JP6310326B2

JP6310326B2 - δ−バレロラクトンの製造方法

Info

Publication number: JP6310326B2
Application number: JP2014108790A
Authority: JP
Inventors: 進悦武藤; 亮太増田
Original assignee: 富士フレーバー株式会社
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2034-05-27
Also published as: JP2015224206A

Description

本発明は、γδ不飽和−δ−バレロラクトンから水素化反応によりδ−バレロラクトンを製造する方法に関する。

δ−バレロラクトンは、香料、農薬、医薬などの合成中間体や材料として有用である。特にメチル基やエチル基などの置換基を持ったδ−バレロラクトンは利用価値が高い。このようなδ−バレロラクトンの製造方法として、γδ不飽和−δ−バレロラクトンを水素化してδ−バレロラクトンを得る方法が知られている。

γδ不飽和−δ−バレロラクトンは、例えば、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８９年、５４巻、２３６４−２３６９頁に記載されている方法により、簡便かつ高収率で合成することができ、様々な置換基を持ったγδ不飽和−δ−バレロラクトンを容易に合成することができる。γδ不飽和−δ−バレロラクトンの水素化反応としては、ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ、２０１０年、第５１巻、３８２７−３８２９頁に記載のようにパラジウム−カーボンを水素化触媒として用いた方法（製造方法１）が知られている。

しかしながら、γδ不飽和−δ−バレロラクトンの水素化反応は、加水素分解が起こりやすいため、δ−バレロラクトンの実用的な製造方法はほとんどない。例えば、ＯｒｇａｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓ、２００９年、第１１巻、１６２３−１６２５頁に記載のように、γδ不飽和−δ−バレロラクトンにパラジウム−カーボン触媒を用いた水素化反応ではδ−バレロラクトンは得られず、加水素分解されたカルボン酸が高収率で得られている。上記の製造方法１においても加水素分解が起きているため、δ−バレロラクトンの収率が低く、実用的でない。

「ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ」ＥｌｓｅｖｉｅｒＬｔｄ．出版、２０１０年、第５１巻、３８２７−３８２９頁「ＯｒｇａｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓ」ＡＣＳＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ出版、２００９年、第１１巻、１６２３−１６２５頁

本発明は、γδ不飽和−δ−バレロラクトンの水素化反応における副反応である加水素分解を抑え、γδ不飽和−δ−バレロラクトンからδ−バレロラクトンを高収率で製造することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下で水素化反応させるとδ−バレロラクトンを収率よく得られることを見出した。

さらに、本発明者らは、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下、エステル系溶媒中で水素化反応させるとδ−バレロラクトンを非常に収率よく得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は第一に、式（１）

（式中Ｒ₁〜Ｒ₃は、水素原子、メチル基、エチル基を表す。）で表されるγδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒の存在下で水素化反応させることを特徴とする式（２）

（式中Ｒ₁〜Ｒ₃は、水素原子、メチル基、エチル基を表す。）で表されるδ−バレロラクトンの製造方法である。
第二に、前記水素化反応で使用される溶媒が、Ｒ₁ＣＯＯＲ₂（式中Ｒ₁は炭素数１〜３の分岐していてもよいアルキル基、Ｒ₂は炭素数１〜２のアルキル基を表す。）で表されるエステルであることを特徴とする、上記第一に記載のδ−バレロラクトンの製造方法である。

以下、本発明に係るδ−バレロラクトンの製造方法についてさらに詳細に説明する。

γδ不飽和−δ−バレロラクトンである上記式（１）におけるＲ₁〜Ｒ₃は水素原子、メチル基、エチル基を表し、その組み合わせは自在に選択できる。

水素化触媒は、市販のパラジウム−アルミナ触媒を使用することができる。パラジウム−アルミナ触媒の使用量は、上記式（１）で表されるγδ不飽和−δ−バレロラクトンの重量に対して、０．０１〜０．３倍量の範囲で使用でき、好ましくは０．０２〜０．１５倍量である。

水素の反応圧力は、常圧から高圧まで使用可能であり、具体的には常圧から５ＭＰａの範囲であり、好ましくは常圧から３ＭＰａの範囲である。

反応温度は、１０℃〜６０℃が好ましく、より好ましくは２０℃〜４５℃である。

水素化反応における溶媒としては、エステル系やアルコール系など特に制限はないが、パラジウム−アルミナ触媒とエステル系の溶媒との組み合わせが加水素分解を顕著に抑えることができるため、δ−バレロラクトンの収率が格段に向上するので、エステル系の溶媒が特に好適である。エステル系の溶媒としては、具体的には酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチルの中から１種類または複数種類の組み合わせで使用することができる。溶媒の使用量は、上記式（１）で表されるγδ不飽和−δ−バレロラクトンの重量に対して、１〜２０倍量であり、好ましくは３〜１０倍量である。

反応終了後は、触媒を濾過し、濾液を減圧濃縮することにより、上記式（２）で表されるδ−バレロラクトンを高収率で得ることができる。

本発明によれば、γδ不飽和−δ−バレロラクトンの水素化反応における副反応である加水素分解を抑え、γδ不飽和−δ−バレロラクトンからδ−バレロラクトンを高収率で製造することができる。

以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

５０ｍｌのナスフラスコに６−エチル−３，５−ジメチル−３，４−ジヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オン（１．０ｇ）、５％パラジウム−アルミナ触媒（１００ｍｇ）、酢酸エチル（１０ｍｌ）を加え、水素で置換し、水素圧力は常圧とした。室温で５時間撹拌後、反応容器を窒素で置換した。反応溶液を濾過し、濾液を減圧濃縮し、粗生成物（１．０ｇ）を得た。ガスクロマトグラフィー分析によると、６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンが９６％、加水素分解物であるカルボン酸が４％であった。

酢酸エチルの代わりにイソ酪酸メチルを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は９６％であった。

酢酸エチルの代わりにプロピオン酸メチルを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は９５％であった。

水素圧力を常圧の代わりに０．４ＭＰａとした以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は９７％であった。

水素圧力を常圧の代わりに１．０ＭＰａとした以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は９７％であった。

水素圧力を常圧の代わりに３．０ＭＰａとした以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は９１％であった。

［比較例１］
５％パラジウム−アルミナの代わりに５％パラジウム−カーボンを触媒として用い、酢酸エチルの代わりに２−プロパノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は６９％であった。

［比較例２］
５％パラジウム−アルミナの代わりに５％パラジウム−炭酸カルシウムを触媒として用い、酢酸エチルの代わりに２−プロパノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は５９％であった。

［比較例３］
５％パラジウム−アルミナの代わりに５％パラジウム−硫酸バリウムを触媒として用い、酢酸エチルの代わりに２−プロパノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は６９％であった。

［比較例４］
５％パラジウム−アルミナの代わりに５％パラジウム−カーボンを触媒として用い、酢酸エチルの代わりにメタノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は６２％であった。

［比較例５］
５％パラジウム−アルミナの代わりに５％パラジウム−カーボンを触媒として用い、酢酸エチルの代わりにエタノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は６４％であった。

実施例１〜６より、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下、エステル系溶媒中で水素化反応させると、δ−バレロラクトンが９１％以上という非常に高い収率で得られた。一方、パラジウム−アルミナ触媒以外の触媒存在下、アルコール系溶媒中で水素化反応させた比較例１〜５では、δ−バレロラクトンが最大６９％という低い収率であった。

６−エチル−３，５−ジメチル−３，４−ジヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの代わりに６−メチル−３，４−ジヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンを原料として用いた以外は実施例１と同様の操作を行い、粗生成物（１．０ｇ）を得た。ガスクロマトグラフィー分析によると、６−メチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンが９２％、加水素分解物であるカルボン酸が８％であった。

［比較例６］
５０ｍｌのナスフラスコに実施例７と同様の原料である６−メチル−３，４−ジヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オン（１．０ｇ）、５％パラジウム−カーボン触媒（１００ｍｇ）、２−プロパノール（１０ｍｌ）を加え、水素で置換し、水素圧力は常圧とした。室温で５時間撹拌後、反応容器を窒素で置換した。反応溶液を濾過し、濾液を減圧濃縮し、粗生成物（１．０ｇ）を得た。ガスクロマトグラフィー分析によると、６−メチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンが６８％、加水素分解物であるカルボン酸が３２％であった。

実施例７と比較例６より、実施例１とは置換基が異なるγδ不飽和−δ−バレロラクトンを原料としてパラジウム−アルミナ触媒存在下、エステル系溶媒中で水素化反応させてもδ−バレロラクトンが非常に高い収率で得られた。

酢酸エチルの代わりに２−プロパノールを溶媒として用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。６−エチル−３，５−ジメチルテトラヒドロ−２Ｈ−ピラン−２−オンの収率は８６％であった。

実施例８より、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下、アルコール系溶媒中で水素化反応させると、δ−バレロラクトンが高い収率で得られた。

以上より、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下で水素化反応させるとδ−バレロラクトンが高い収率で得られ、さらに、γδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒存在下、エステル系溶媒中で水素化反応させるとδ−バレロラクトンが非常に高い収率で得られることが分かった。

Claims

式（１）

（式中Ｒ₁〜Ｒ₃は、水素原子、メチル基、エチル基を表す。）で表されるγδ不飽和−δ−バレロラクトンをパラジウム−アルミナ触媒の存在下で水素化反応させることを特徴とする式（２）

（式中Ｒ₁〜Ｒ₃は、水素原子、メチル基、エチル基を表す。）で表されるδ−バレロラクトンの製造方法。
前記水素化反応で使用される溶媒が、Ｒ₁ＣＯＯＲ₂（式中Ｒ₁は炭素数１〜３の分岐していてもよいアルキル基、Ｒ₂は炭素数１〜２のアルキル基を表す。）で表されるエステルであることを特徴とする、請求項１に記載のδ−バレロラクトンの製造方法。