(57)【要約】      （修正有）【課題】工業的に有利で、且つ環境負荷の少ない方法によるラクトン等の環状化合物の効率的製造法の提供。【解決手段】一般式（１）2010202637.tif 000015（式中、Ｘは、ＣＯＯＨ基、ＯＨ基等。ｎは２、３）で表されるアルケン化合物を、アルミノシリケートと接触させて分子内環化し、生成される環状化合物が、例えばＸがＣＯＯＨ基のとき、式（２）で表される化合物であることを特徴とする環状化合物の製造方法。2010202637.tif 000016【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
2010202637.tif 000012
（式中、Ｘは、ＣＯＯＨ基、ＯＨ基、ＳＨ基及びＮＨ２基からなる群より選ばれるいずれか１種の求核基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）で表される求核基を有するアルケン化合物を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化し、生成される環状化化合物が、前記求核基がＣＯＯＨ基である場合には下記一般式（２）であり、前記求核基がＯＨ基、ＳＨ基又はＮＨ２基である場合には対応する下記一般式（３）で表される化合物であることを特徴とする環状化合物の製造方法。
【化２】
2010202637.tif 000013
（式中、ｎは２〜３の整数を示す。）
【化３】
2010202637.tif 000014
（式中、ＹはＯ、Ｓ又はＮＨ基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）
【請求項２】
前記反応は、生成される環状化合物をアルミノシリケートに保持させながら行うことを特徴とする請求項１記載の環状化合物の製造方法。
【請求項３】
生成された環状化合物をアルミノシリケートから抽出し、該環状化合物を回収する工程を有することを特徴とする請求項２記載の環状化合物の製造方法。
【請求項４】
前記アルミノシリケートが脱水したアルミノシリケートである請求項１記載の環状化合物の製造方法。
【請求項５】
前記一般式（１）中のＸがＯＨ基、ＣＯＯＨ基、又はＳＨ基であるときには、前記アルミノシリケートが酸性アルミノシリケートであり、前記式中のＸがＮＨ２基であるときに、前記アルミノシリケートが中性乃至塩基性アルミノシリケートである請求項１乃至４記載の環状化合物の製造方法。
【請求項６】
前記酸性アルミノシリケートがＨ型のＹ型結晶系ゼオライトである請求項５記載の環状化合物の製造方法。
【請求項７】
前記求核基を有するアルケン化合物を、不活性雰囲気下で前記アルミノシリケートと接触させる請求項１乃至６の環状化合物の製造方法。
【請求項８】
前記求核基を有するアルケン化合物を、暗所下で前記アルミノシリケートと接触させる請求項１乃至７の環状化合物の製造方法。
【請求項９】
前記一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基である請求項１乃至８記載の環状化合物の製造方法。
【請求項１０】
前記求核基を有するアルケン化合物とアルミノシリケートとの接触はマイクロウェーブ照射下に行う請求項１の環状化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラクトン等の環状化合物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環状のエステルであるラクトンは、果実用香気誘導体物質として知られている。特に５員間及び６員環のものは桃の香料に多く含まれている。従来のラクトンの製造方法としては、例えばヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応（例えば、非特許文献１参照。）、或いは過酸による環状ケトンの環拡大によるＢａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法（例えば、非特許文献２参照。）が知られている。また、下記特許文献１には、水素化触媒の存在下に、ケトンエステルを水素と気相反応させる方法、或いは下記特許文献２には不飽和カルボン酸を水素還元するか或いはエステル化後水素還元したのちアルカリ加水分解して、相当する飽和脂肪族オキシカルボン酸塩を得た後、該塩を酸性条件下で還元する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平１−４８９０７号公報。
【特許文献２】特開昭４９−３６６７８号公報。
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆｏｏｄｓ Ｆｏｏｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ Ｊ．ＪＰｎ．, Ｎｏ．１９５, ２００１, ４４−６０。
【非特許文献２】「第５版実験化学講座  １６」、  発行所  丸善、発行日  平成１７年３月３１日、７０頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記ヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応は、平衡反応であり加水分解により容易にヒドロキシカルボン酸に戻ってしまい収率が問題になる。また、前記Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法は、過酸の取り扱いが問題となり工業的に有利でない。また、前記特許文献１及び特許文献２の方法によれば、環境負荷が大きい。
【０００６】
従って、本発明の目的は、工業的に有利な方法で、且つ環境負荷の少ない方法でラクトン等の環状化合物を効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、求核置換基を有する脂肪族アルケン化合物を、アルミノシリケートと接触させると、原料の求核基を有する脂肪族アルケン化合物から、高い転換率で目的とする環状化合物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記一般式（１）
【化１】
2010202637.tif 000002
（式中、Ｘは、ＣＯＯＨ基、ＯＨ基、ＳＨ基及びＮＨ２基からなる群より選ばれるいずれか１種の求核基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）で表される求核基を有するアルケン化合物を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化し、生成される環状化化合物が、前記求核基がＣＯＯＨ基である場合には下記一般式（２）であり、前記求核基がＯＨ基、ＳＨ基又はＮＨ２基である場合には対応する下記一般式（３）で表される化合物であることを特徴とする環状化合物の製造方法を提供するものである。
【化２】
2010202637.tif 000003
（式中、ｎは２〜３の整数を示す。）
【化３】
2010202637.tif 000004
（式中、ＹはＯ、Ｓ又はＮＨ基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて接触させるだけで、ラクトン等の環状化合物を高い転換率で製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１で用いた反応基質４−ペンテン酸のＩＲチャート。
【図２】実施例１で反応時間を２４時間としたときに得られた残渣（Ｂ２）のＩＲチャート。
【図３】市販のγ―バレロラクトンのＩＲチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明で用いられる求核基を有するアルケン化合物は、下記一般式（１）で表される。
【化４】
2010202637.tif 000005
【００１２】
前記一般式（１）中のＸはＣＯＯＨ基、ＯＨ基、ＳＨ基及びＮＨ２基からなる群より選ばれるいずれか１種の求核基を示し、一般式（１）中のｎは２〜３の整数を示す。
【００１３】
また、一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基である場合には、下記一般式（２）で表されるラクトンを得ることができる。
【化５】
2010202637.tif 000006
（式中、ｎは２〜３の整数を示す。）。
【００１４】
また、一般式（１）中のＸがＯＨ基、ＳＨ基、ＮＨ２基である場合には対応する下記一般式（３）で表される化合物を得ることができる。
【化６】
2010202637.tif 000007
（式中、ＹはＯ、Ｓ又はＮＨ基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）。
【００１５】
即ち、本発明によれば、一般式（１）中のＸがＯＨ基である場合には、一般式（３）中のＹがＯである環状化合物、一般式（１）中のＸがＳＨ基である場合には、一般式（３）中のＹがＳである環状化合物、一般式（１）中のＸがＮＨ２基である場合には、一般式（３）中のＹがＮＨである環状化合物を製造することができる。
【００１６】
本発明の環状化合物の製造方法において、特に一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基であるアルケン化合物から一般式（２）で表される環状化合物を得る反応において、ほぼ目的とする化合物を副生物もなく、一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基であるアルケン化合物から一般式（２）で表される環状化合物を特に高い転換率で得ることができる。
【００１７】
本発明で環化反応の触媒として使用するアルミノシリケートは、合成品に限らず天然品であっても差し支えないが、品質上の面からＡ型、Ｐ型、Ｘ型またはＹ型結晶系の合成ゼオライト、その他ソーダライト、アナルサイム、モルデナイト、ハイシリカゼオライト等の合成品が好適に用いられる。これらは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属で一部置換したものであってもよい。かかるアルミノシリケートは結晶質であっても非晶質であってもよい。
【００１８】
更にまた、アルミノシリケートは、原料となる前記求核基を有するアルケン化合物（以下、「アルケン化合物」と略記することがある）の求核基の酸性度に応じて適宜選択することが好ましい。
【００１９】
即ち、一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基、ＯＨ基、又はＳＨ基であるときは、酸性アルミノシリケート（Ｈ型アルミノシリケート）を使用することが好ましい。該酸性アルミノシリケートとしては、特にＹ型結晶系の合成ゼオライト（以下、酸性ゼオライト（ＨＹ）と略記することがある）が好ましい。
【００２０】
一方、一般式（１）中のＸがＮＨ２基であるときは、中性乃至塩基性のアルミノシリケートを使用することが好ましい。中性乃至塩基性のアルミノシリケートとしては、フォージャサイト型のアルカリ金属ゼオライトが好ましい。
【００２１】
アルミノシリケートの添加量は、特に制限されないが、原料となる前記アルケン化合物１質量部に対して、１０００質量部以下、好ましくは５００質量部以下、特に１０〜５００質量部とすることが好ましい。
【００２２】
また、該アルミノシリケートは、反応に使用する前に加熱処理等により脱水したものが好ましい。加熱処理は使用する前記アルミノシリケートの種類により異なるが、アルミノシリケート中に存在する有機物が焼失すればよく、多くの場合５００℃で１０時間以上、好ましくは１２〜２４時間程度焼成すればよい。
【００２３】
なお、本発明において、反応終了後、該アルミノシリケートは加熱処理することにより再利用することができる。
【００２４】
反応は、例えば、原料となる前記アルケン化合物を溶媒に溶解させ、該溶液にアルミノシリケートを粉末として添加し、攪拌させることで、前記アルケン化合物をアルミノシリケートと接触させながら環化反応を行う方法が適用できる。かかる反応において、アルミノシリケートは、原料を溶解させた溶液に予め添加するか、或いは原料を溶解させた溶液に、後で該アルミノシリケートを添加すればよい。また、原料となる前記アルケン化合物を溶媒に溶解させた溶液とアルミノシリケートを接触させて、一旦、アルミノシリケートに前記アルケン化合物を保持させた後、固液分離してアルミノシリケートを回収し、該回収した乾燥アルミノシリケートを反応場としてそのまま反応を行ってよい。なお、該アルミノシリケートをカラムに充填し、原料を含む溶液をポンプでカラムへ送液しカラム内を循環させながら反応を行ってもよい。
【００２５】
前記アルケン化合物を溶解させる溶媒は、該アルケン化合物を溶解することができ、該アルケン化合物と反応生成物に対して不活性な溶媒が用いられる。例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、シクロヘキサンが好ましい。
【００２６】
反応は、原料の前記アルケン化合物の構造により、反応中に副反応を抑える必要がある場合には、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。不活性雰囲気とは、例えば窒素雰囲気等が挙げられる。
【００２７】
更に、反応は暗所下で攪拌することにより行うことが好ましく、このようにすることで、反応中に副反応を抑えることができる。暗所での反応とは、反応容器を光から遮断して反応させることを意味する。
【００２８】
反応温度は、使用するアルケン化合物の種類によっても異なるが、多くの場合、２０℃〜使用する溶媒の沸点までで行うことが好ましい。反応温度は、一般式（１）中のアルキレン鎖長によって変わるが、鎖長が長い程、高温で反応する必要がある。なお、ｎが２の場合は、室温付近（２０〜３０℃）でも環状化が十分に進む。
【００２９】
また、反応時間は、環化反応が進行すれば特に制限されないが、多くの場合、１０分以上、好ましくは２０時間以上、特に好ましくは２０〜３０時間である。
【００３０】
また、本発明では、加熱が必要な場合はマイクロ波照射によって行うことにより、反応時間を短縮することができる。反応時間は１０分以上、好ましくは３時間以上、特に好ましくは３〜１０時間である。
本発明の効果を損なわないものであれば使用する装置等は制限されない。例えば実験や工業用の市販のマイクロウェーブ装置に限らず、２．４５ＧＨｚの周波数が発生可能な一般家庭の電子レンジであってもよい。
マイクロウェーブ照射の条件は、２００〜５００Ｗで行うことが好ましい。
【００３１】
本発明にかかる反応は、アルミノシリケートの細孔内に保持された原料のアルケン化合物は分子内付加反応により環状化合物へ随時転換するが、生成した環状化合物もアルミノシリケートの細孔内にそのまま保持される。
【００３２】
従って、本発明では、反応終了後、反応液から常法により固液分離してアルミノシリケートを回収し、次いで、生成された環状化合物をアルミノシリケートから抽出して、該環状化合物を回収する工程を設けることが好ましい。
【００３３】
前記抽出方法としては、該アルキミノシリケートを有機溶媒中で超音波処理する方法を用いることができ、該方法によれば効率よく目的とする環状化合物を抽出することができる。
【００３４】
前記抽出に用いる溶媒としては、生成する環状化合物を溶解できるものであれば特に制限はないが、例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、ジクロロメタンが好ましい。
【００３５】
抽出操作終了後、抽出液からアルキミノシリケートを常法により固液分離して除去し、抽出液から溶媒を蒸留等により常法により除去した後、必要により、更に溶媒抽出、カラムクロマトグラフィー等で精製処理を行って、目的とする環状化合物を得る。なお、本発明の環状化合物の製造方法において、少なくとも一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基で、ｎが２である場合において、一般式（２）で表わされる環状化合物への転換率は、ほぼ１００％にすることができる。従って、少なくとも一般式（１）中のＸがＣＯＯＨ基で、ｎが２である場合において、一般式（２）で表わされる環状化合物については、特に精製処理を行う必要がない。
【００３６】
本発明で得られる環状化合物は、医薬、農薬、香料等の生理活性物質の中間体として特に有用な化合物であり、例えば、下記化学式（２ａ）で示されるγ-バレロラクトンはローソン試薬により桃の香料成分である下記化学式で示されるγ-バレロチオラクトン（化合物（４））に容易に誘導することができる。
【化７】
2010202637.tif 000008
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３８】
＜反応基質＞
（４−ペンテン酸）
反応基質となる４−ペンテン酸（東京化成工業  ＞９８％（GC.T）EP）は市販品を使用した。
【００３９】
｛実施例１｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）を電気炉を用いて５００℃空気中で１５時間加熱活性化した。電気炉で２００℃まで冷却後、デシケーターで減圧し、室温に戻した。
別途、前記で調製した４−ペンテン酸（化合物（１ａ））２５３ｍｇ（２．５３×１０−３モル）を溶解したシクロヘキサン溶液５０ｍｌを調製した。そこへ、加熱活性化した前記酸性ゼオライト（ＨＹ）２．０ｇを添加し、表１に示す時間、窒素雰囲気下、暗所で３５℃で攪拌した。
反応終了後の反応液は濾過してろ液（Ａ１）と酸性ゼオライトに分けた。回収した酸性ゼオライトにジクロロメタン２０ｍｌを加え超音波（出力１００Ｗ）で１０分間抽出し、再び濾過し、ろ液（Ｂ１）を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣（Ｂ２）を得た。
一方、前記反応液のろ液（Ａ１）も減圧濃縮して溶媒を除去し残渣（Ａ２）を得た。
前記で得られた残渣（Ａ１）及び残渣（Ｂ２）各１０ｍｇ、２００ｍｇについて、ＩＲを測定した。なお、ＩＲの測定では、４−ペンテン酸に由来する１７１５ｃｍ−１の吸収スペクトルと生成物に由来する１７７０ｃｍ−１の吸収スペクトルの有無の比較を行った。また、市販のγ―バレロラクトン（化学式（２ａ））のＩＲを測定し、そのＩＲスペクトルパターンを比較することにより最終的に得られたものがγ―バレロラクトン（化合物（２ａ））であるかどうかを確認した。
【００４０】
【化８】
2010202637.tif 000009
【表１】
2010202637.tif 000010
注）表中の「○」はピークが検出されたこと、「−」は検出されなかったことを示す。また、符号は、１７１５ｃｍ−１のピーク強度と１７７０ｃｍ−１のピーク強度の比較において定量的な基質と生成物の生成割合の優劣を示す。
【００４１】
なお、図１に反応基質４−ペンテン酸のＩＲチャート、図２に２４時間の反応で得られた残渣（Ｂ２）のＩＲチャート、図３に市販のγ―バレロラクトンのＩＲチャートをそれぞれ示す。
【００４２】
表１の結果より、６時間反応を行うことにより生成物への転換率がほぼ５０％程度となり、更に２４時間反応を行うことにより目的とする生成物への転換率が１００％となることが分かる。
【００４３】
｛実施例２｝
実施例１と同様の反応をマイクロ波照射装置を用いて４５℃、２００Ｗで所定時間反応を行って、残渣（Ａ２）及び残渣（Ｂ２）を得た。
【表２】
2010202637.tif 000011
注）表中の「○」はピークが検出されたこと、「−」は検出されなかったことを示す。また、符号は、１７１５ｃｍ−１のピーク強度と１７７０ｃｍ−１のピーク強度の比較において定量的な基質と生成物の生成割合の優劣を示す。
【００４４】
表２及び表１の結果より、生成物への転換率がほぼ１００％になる時間を比較すると、マイクロウェーブ照射下に反応を行うことにより反応時間が短縮できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて接触させるだけで、ラクトン等の環状化合物を高い転換率で製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷も小さい。
【図１】
2010202637.tif 000017
【図２】
2010202637.tif 000018
【図３】
2010202637.tif 000019