JP2010285449A

JP2010285449A - 光学活性γ−ラクトンの製造法

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Publication number: JP2010285449A
Application number: JP2010175998A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wada; 繁和田; Nobuhiko Ito; 信彦伊藤; Yasuhisa Yamagami; 康寿山上; Akio Hasebe; 昭雄長谷部
Original assignee: Soda Aromatic Co Ltd
Current assignee: Soda Aromatic Co Ltd
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP5212953B2

Abstract

【課題】γ-ラクトンを出発原料に用い、副反応を抑制し反応収率を向上させるとともに、製造工程を短縮し、効率よく簡便に光学活性γ-ラクトンを製造する方法の提供。
【解決手段】（±）−γ−ラクトンを水または水に可溶な溶媒との混合溶媒中で無機アルカリを用いて加水分解し、ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を生成せしめた後、水と分離可能な有機溶媒の存在下に、使用した無機アルカリに対して１当量以上の無機酸で中和してヒドロキシアルカン酸を有機溶媒相に抽出する工程、その有機溶媒相へ光学活性α−フェニルエチルアミンを加え、難溶性の光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸α−フェニルエチルアミン塩を結晶として晶析させる工程、得られた結晶を酸で複分解反応して光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸とする工程を経て、脱水環化反応して光学活性γ−ラクトンに変換する工程からなる光学活性γ−ラクトンの製造法。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸を用いる光学活性γ−ラクトンの製造法に関するものである。

従来、光学活性γ−ラクトンを取得する方法として、（±）γ−ヒドロキシウンデカン酸に光学活性α−フェニルエチルアミンを作用させジアステレオマ−塩を調製し、分離精製して難溶性のジアステレオマ−塩を得た後、複分解、脱水環化処理する方法が知られている（特許文献１参照。）。

特開昭５５−０４３０５３号公報

しかしながら、上記の方法で使用される（±）−γ−ヒドロキシウンデカン酸は不安定であり、そのもの自身酸触媒としての作用で（±）−γ−ウンデカラクトンが副生してしまいジアステレオマ−塩の収率が低下するという問題を有していた。また、この方法では（±）−γ−ヒドロキシウンデカン酸に対して等モルの光学活性α−フェニルエチルアミンを作用させており、純粋な難溶性塩を得るためには3〜5回の再結晶を繰り返すという煩雑な操作を必要とし、未だ十分な方法であるとは言えない。また、γ−ヒドロキシウンデカン酸以外の炭素数の異なるラクトンについては何等言及されていない。

本発明の目的は、（±）−γ−ラクトンを出発原料に用い、副反応を抑制し、反応収率を向上させるとともに、製造工程を短縮し、効率よく簡便に光学活性γ−ラクトンを製造する方法を提供することにある。

本発明によれば、上記目的は、（±）−γ−ラクトンを水または水に可溶な溶媒との混合溶媒中で無機アルカリを用いて加水分解し、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を生成せしめた後、水と分離可能な有機溶媒の存在下に、使用した無機アルカリの当量以上の無機酸で中和して（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を有機溶媒相に抽出する工程、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸が存在する有機溶媒相へ好ましくは０．３〜０．７当量の光学活性α−フェニルエチルアミンを加え、必要に応じて水に可溶な有機溶媒を添加し、難溶性の光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸α−フェニルエチルアミン塩を結晶として晶析させる工程、得られた結晶を複分解するために酸処理あるいはアルカリ−酸処理して光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸とした後、脱水環化反応して光学活性γ−ラクトンに変換する工程からなる光学活性γ−ラクトンの製造法により達成される。

すなわち、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を生成せしめた後、水と分離可能な有機溶媒の存在下に、使用した無機アルカリの当量以上の無機酸で中和して（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を有機溶媒相に抽出することにより不安定な（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸の単離が不要となり、また、水と分離可能な有機溶媒に対して溶解性の（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を共存させることにより（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸の一方の鏡像体が光学活性α−フェニルエチルアミンと難溶性塩を形成し、光学純度の高い難溶性塩をより高い収率で取得することができる。しかも、分割剤である光学活性α−フェニルエチルアミンが従来法のほぼ半量で目的が達せられるという利点が生ずる。そして、得られた難溶性塩を再結晶で分離後、得られた結晶を複分解反応するために酸処理あるいはアルカリ−酸処理して光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸とした後、脱水環化反応させることにより収率良く高い光学純度で光学活性γ−ラクトンを製造することができる。

本発明によれば、光学活性なγ−ラクトンを、副反応を抑制し反応収率を向上させるとともに、製造工程を短縮し、効率よく簡便に光学分割することによって得ることができる。

本発明の光学活性γ−ラクトンの製造法で用いられる光学分割法においては、（±）−γ−ラクトンは光学異性体の混合物であれば特にその純度の制限はなく、どちらかの異性体が多く含まれたものであっても使用することが可能である。また、光学分割の後に濾過濾液から回収されるγ−ラクトン、γ−ヒドロキシアルカン酸、γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩、γ−ヒドロキシウンデカン酸α−フェニルエチルアミン塩あるいはこれらの混合物は再度本発明の光学活性γ−ラクトンの製造に利用することもできる。すなわち、濾液を酸で中和後溶媒抽出によりγ−ラクトン、γ−ヒドロキシアルカン酸あるいはこれらの混合物として回収し、これを溶媒回収した残渣あるいは抽出液そのものを本発明の製造法の原料とするものである。この際、γ−ラクトン、γ−ヒドロキシアルカン酸あるいはこれらの混合物は光学純度的にはどちらかの異性体が多く含まれており有効な原料となりうる。

また、原料の（±）−γ−ラクトンは、本発明で使用される溶媒であらかじめ希釈して溶液としてアルカリ加水分解に使用することも可能である。

本発明の光学活性γ−ラクトンの製造法で用いられる光学分割法においては、（±）−γ−ラクトンをアルカリ加水分解して得られる（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を調製するために用いられる無機アルカリは、ラクトンを加水分解できるものであれば特に限定されることはないが、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム等が好ましく用いられ、これらの二種以上を併用してもよい。

無機アルカリの使用量は、ラクトンに対して好適には０．７当量以上でありより好ましくは１〜１０当量更に好ましくは１〜３当量の範囲で用いられる。

また、本発明で用いられる加水分解に使用される溶媒は、水または水に可溶な溶媒との混合溶媒であれば特に限定されることはなく、水に可溶な溶媒として、例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、イソプロパノ−ル、アセトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルジメチルエ−テルおよび1,4−ジオキサン等があげられ、これらの一種または二種以上の任意の割合からなる混合溶媒が用いられる。

また、本発明で用いられる無機酸の種類は、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を中和するものであれば特に限定されることはないが、塩酸、硫酸、リン酸、および硝酸のごとき鉱酸の一種または二種以上が好ましく用いられる。その使用量は（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩に対して好ましくは0.3〜1当量に（±）−γ−ラクトンのアルカリ加水分解に使用される理論量以外の残存するアルカリを中和するのに必要な量を加えた量が望ましく、過剰の（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩または過剰の（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を用いた溶媒に対して大きな溶解性を有するような形で溶液に留めておくように設定することが好ましい。
さらに、本発明で用いられる（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を抽出するために用いられる溶媒としては、水と分離する有機溶媒であり、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸と光学活性α−フェニルエチルアミンの難溶性塩を晶析しやすく、かつ光学活性α−フェニルエチルアミンと塩を形成していないγ−ヒドロキシアルカン酸を溶液中に保留する効果のあるものであれば特に限定されることはなく、具体的にはエ−テル、トルエン、酢酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサンまたはこれらの任意の割合の混合物が好ましく用いられる。

また、本発明で用いられる（±）−γ−ラクトンに対する光学活性α−フェニルエチルアミンの好ましい使用量は、好ましくは０．３〜０．７当量、より好ましくは０．４〜０．６当量である。本発明では、原理的には０．３〜０．７当量に限定する必然性は考えられないが、実際的には０．３当量より少ない量で光学活性α−フェニルエチルアミンを使用すると、母液にγ−ヒドロキシアルカン酸が多量に存在する結果となり、実用上好ましくない。また、０．７当量を超えて使用した場合は、本発明の意義が薄れる傾向を示す。

本発明においては、このような分割剤を作用させることにより、（＋）−γ−ヒドロキシアルカン酸と（−）−γ−ヒドロキシアルカン酸に、それぞれ対応するジアステレオマ−塩が形成される。例えば、分割剤として（−）−α−フェニルエチルアミンを用いた場合には（＋）−γ−ヒドロキシアルカン酸・（−）−α−フェニルエチルアミン塩および（−）−γ−ヒドロキシアルカン酸・（−）−α−フェニルエチルアミン塩が生成する。

また、本発明で使用される溶媒としては、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸と光学活性α−フェニルエチルアミンの難溶性塩を晶析しやすく、かつ光学活性α−フェニルエチルアミンと塩を形成していないγ−ヒドロキシアルカン酸またはγ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩をよく溶かす溶媒であれば特に限定されることはないが、水または水に可溶な溶媒、例えばメタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、イソプロパノ−ル、アセトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルジメチルエ−テル、1,4−ジオキサン等との任意の割合からなる混合溶媒が好ましい。

得られた難溶性塩は必要に応じて再結晶を行ない光学純度をあげることができる。得られた塩は酸またはアルカリを用いた複分解反応で光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸または光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩に誘導する。そして、光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩に関しては、無機酸で酸性化して光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸に誘導する。得られた光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸を脱水環化反応させることにより光学活性γ−ラクトンを短工程で効率よく取得することができる。

脱水環化反応には、ヒドロキシ酸のラクトン化に用いられる通常の条件が好ましい。すなわち、硫酸などの無機酸あるいはパラトルエンスルホン酸などの有機酸を一種あるいは二種以上の混合物として添加し反応するもので、この際に生成する水をトルエンなどの溶媒を使用して共沸除去することもできるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、減圧蒸留などの加熱減圧条件では酸を添加しなくとも目的のラクトンが留出物として得られることもある。

（光学純度の分析方法）
得られた光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸α−フェニルエチルアミン塩および光学活性γ−ラクトンについては、以下のようにその光学純度を確認した。光学活性ラクトンは、ガスクロマトグラフィ−を用いてカラムChiraldex G−TA０．２５ｍｍ×２０ｍ(astec社製)により分析した。炭素数９から１１については、注入口温度１７０度、検出器温度１７０度、オ−ブン温度１３０度恒温、スプリット比１：１００、サンプル注入量５％ヘキサン溶液として数マイクロリットル、炭素数１２については注入口温度１７０度、検出器温度１７０度、オ−ブン温度１２０度から１４０度へ１度／分昇温、スプリット比１：１００、サンプル注入量５％ヘキサン溶液として数マイクロリットル、という分析条件で実施した。光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸α−フェニルエチルアミン塩は硫酸水で酸性化して複分解し、得られた光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸をトルエン抽出し、溶媒回収後減圧蒸留により脱水環化反応をして光学活性γ−ラクトンにし、その後同様にしてガスクロマトグラフィ−分析を行なった。

（実施例１）
光学活性(R)−(+)−γ−デカラクトンの製造水酸化ナトリウム105.7g（2.643mol）と水955gの溶液を60℃に加熱し、その水溶液に（±）−γ−デカラクトン300g（1.762mol）を滴下し、1時間撹拌した。内温20℃に冷却後、酢酸エチル818g添加した。引き続いて同温度にて20wt％硫酸691g（1.410mol）を添加した。分液して水層を除去後、メタノ−ル273g、（−）−α−フェニルエチルアミン106.8g（0.881mol）を添加後、−5〜−10℃に冷却した。析出した結晶を濾過し、光学活性(S)−(−)−α−フェニルエチルアンモニウムγ−ヒドロキシデカノエ−トを得た。この塩を硫酸で複分解した後、減圧蒸留してラクトン化して、（R）−（+）−γ−デカラクトン81.7gを得た。光学純度は86％e.e.、収率はγ−デカラクトンのラセミ体半量に対して54％であった。

（実施例２）
光学活性(R)−(+)−γ−ドデカラクトンの製造水酸化ナトリウム6.0g（0.15mol）と水54.2gの溶液を60℃に加熱し、その水溶液に（±）−γ−ドデカラクトン19.8g（0.1mol）を滴下し、1時間撹拌した。内温30℃に冷却後、トルエン84g、メタノ−ル8.4gを添加した。引き続いて同温度にて20wt％硫酸39.2g（0.08mol）を添加した。分液して水層を除去した後、（−）−α−フェニルエチルアミン6.1g（0.05mol）を添加後、5〜10℃に冷却した。析出した結晶を遠心濾過し、光学活性(S)−(−)−α−フェニルエチルアンモニウムγ−ヒドロキシドデカノエ−ト21.8gを得た。これを硫酸で複分解させた後、減圧蒸留してラクトン化して、（R）−（+）−γ−ドデカラクトン6.38gを得た。光学純度は79％e.e.、収率はγ−ドデカラクトンのラセミ体半量に対して65％であった。

Claims

（±）−γ−ラクトンを水または水に可溶な溶媒との混合溶媒中で無機アルカリを用いて加水分解し、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩を生成せしめた後、水と分離可能な有機溶媒の存在下に、使用した無機アルカリに対して１当量以上の無機酸で中和して（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸を有機溶媒相に抽出する工程、（±）−γ−ヒドロキシアルカン酸が存在する有機溶媒相へ光学活性α−フェニルエチルアミンを加え、必要に応じて水に可溶な有機溶媒を添加し、難溶性の光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸α−フェニルエチルアミン塩を結晶として晶析させる工程、得られた結晶を酸で複分解反応して光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸とするか、アルカリを用いて複分解反応し光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸アルカリ塩とした後酸で光学活性γ−ヒドロキシアルカン酸とする工程、脱水環化反応して光学活性γ−ラクトンに変換する工程からなる光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記水と分離可能な有機溶媒が、エ−テル、トルエン、酢酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサン、またはこれらの任意の割合の混合物である請求項１記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記（±）−γ−ラクトンの構成炭素数が９から１２である請求項１から２のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記水に可溶な溶媒が、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、イソプロパノ−ル、アセトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコ−ル、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルジメチルエ−テル、1,4−ジオキサンまたはこれらの任意の割合の混合物からなる請求項１から３のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記無機アルカリが、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、水酸化カルシウムまたはこれらの任意の割合の混合物からなる請求項１から４のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記中和用の無機酸が、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸またはこれらの任意の割合の混合物からなる請求項１から５のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記無機アルカリと光学活性α−フェニルエチルアミンの使用量が、（±）−γ−ラクトンに対して、それぞれ０．７当量以上、０．３〜０．７当量である請求項１から６のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。
前記無機アルカリの使用量が（±）−γ−ラクトンに対して０．７〜１．０当量の場合は前記中和用の無機酸の使用量が（±）−γ−ラクトンに対して０．３〜１．０当量であり、前記無機アルカリの使用量が（±）−γ−ラクトンに対して１．０当量を超える場合は前記中和用の無機酸の使用量が（±）−γ−ラクトンに対して０．３〜１．０当量に（±）−γ−ラクトンに対して過剰な無機アルカリに対して１．０当量を足した量である請求項１から７のいずれかに記載の光学活性γ−ラクトンの製造法。