(57)【要約】【課題】安価な出発原料、汎用の反応器を使用してα-メチレン-β-アルキル-γ-ブチロラクトンを工業的に有利に製造する方法を提供すること。【解決手段】式（ＩＩ）【化１】2006312616.tif 000024〔式中R1は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕で表される化合物に、ホルムアルデヒド前駆物質と、式（ＩＩＩ）【化２】2006312616.tif 000025［式中、R２およびR３は互いに独立して、直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数１〜１３のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基またはアルキルアリール基、あるいは飽和または一部若しくは全部が不飽和であるヘテロ原子０ないし２個を含む５または６員環基を表す。］で表される化合物またはアルカリ金属炭酸塩とを反応させることを特徴とする式（Ｉ）【化３】2006312616.tif 000026で表される化合物の製造法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（ＩＩ）
【化１】
2006312616.tif 000019
〔式（ＩＩ）中、R1、R2はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
で表されるα-アルキルオキザリル-β-アルキル-γ-ブチロラクトンに、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドを発生する前駆物質と、式（ＩＩＩ）
【化２】
2006312616.tif 000020
［式（ＩＩＩ）中、R３およびR４はそれぞれ独立して、直鎖若しくは分岐状の炭素数１〜１３のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基またはアルキルアリール基、あるいは飽和または一部若しくは全部が不飽和であるヘテロ原子０ないし２個を含む５または６員環基を表す。］
で表される第二級アミンの塩またはアルカリ金属炭酸塩とを反応させることを特徴とする式（Ｉ）
【化３】
2006312616.tif 000021
〔式（Ｉ）中、Ｒ２は式（II）と同義である。〕
で表されるα-メチレン-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンの製造法。
【請求項２】
前記式（ＩＩ）で表されるα-アルキルオキザリル-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンが、式（Ｖ）
【化４】
2006312616.tif 000022
〔式（Ｖ）中、Ｒ２は式（ＩＩ）と同義である。〕
で表される３-シアノ-２-アルキルプロパノールに対し、アルカリ加水分解及びそれに引き続いての酸処理、或いは酸加水分解処理、或いは熱水処理を行い製造した式（ＩＶ）
【化５】
2006312616.tif 000023
〔式（ＩＶ）中、R２は式（ＩＩ）と同義である。〕
で表されるβ‐アルキル‐γ-ブチロラクトンをアルキルオキザリル化したものであることを特徴とする請求項１記載のα-メチレン-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、α-メチレン-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンの新規製造方法に関する。α-メチレン-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンは、メタクリル酸エステル類やスチレンなどと共重合することによりガラス転移温度の高い成形材料を製造することができる。
【背景技術】
【０００２】
α-メチレン-β-アルキル-γ-ブチロラクトンまたはその関連物質の製造方法に関しては、これまで数々の報告がされている。例えば、下記の方法が非特許文献１に記載されている。
【化１】
2006312616.tif 000002
しかしながらこの反応では、高価なパラジウム錯体触媒を用いるので実用的な合成方法とは言いがたい。また、非特許文献２には、アルキリデンマロン酸を原料としたα-カルボキシ-β-アルキル-γ-ブチロラクトンの製造方法が記載されている。
【化２】
2006312616.tif 000003
しかしながら、この方法において原料として用いるアルキリデンマロン酸は、マロン酸とアルデヒド等を反応させて得られるものであるが、この反応の収率が悪いという問題があった。
非特許文献３には、以下の方法でβ−アルキリデン−γ−ブチロラクトンを合成し、接触還元して得られるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンのα位にカルボキシル基を導入してからマンニッヒ反応でメチレンを導入してα-メチレン-β-アルキル-γ-ブチロラクトンを合成する方法が記載されている。しかしながら、この方法ではアルキリデンコハク酸ハーフエステルをハイドライド還元しているので工業的な製造法とは言いがたい。
【化３】
2006312616.tif 000004
【０００３】
特許文献１にはメタリルアセテートを原料として、パラジウム触媒によってヒドロホルミル化を行い４−アセトキシ−３−メチルブチルアルデヒドを合成し、マンニッヒ反応でメチレン基を導入してから酸化してα-メチレン-β-アルキル-γ-ブチロラクトンを製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法ではヒドロホルミル化反応に有害な一酸化炭素を使用するので工業的に製造する場合にはそれに対する対策が必要であり、また、反応には高価な貴金属触媒が必要である。
【化４】
2006312616.tif 000005
また、特許文献２にはβ−メチル−γ−ブチロラクトンをマンガン−酸化マグネシウム触媒とメタノールとともに５００℃に加熱することによりα-メチレン-β-メチル-γ-ブチロラクトンを製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法では重合の危険性の高いモノマーを５００℃という高温で製造するので工程中重合する可能性がある。
【化５】
2006312616.tif 000006
非特許文献４には、アセトアルデヒドとアクリル酸メチルを原料にα-ヒドロキシエチルアクリル酸メチルを合成し、NBSによりα-ブロモメチルクロトン酸メチルに誘導してからホルマリンを反応させてα-メチレン-β-メチル-γ-ブチロラクトンを製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法は、ＤＡＢＣＯによるアクリル酸メチルのヒドロキシエチル化反応に長時間を要し、高価なＮＢＳを使用するので工業的な製造法とは言いがたい。
【化６】
2006312616.tif 000007
【０００４】
α−メチレンラクトン類の製造法に関しては、非特許文献５や、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８に総説が記載されているが、これらの製造方法を大きく分類すると、何らかの方法でβ−メチル−γ−ブチロラクトンを合成し、そのα位を活性化してメチレン基を導入する方法と、すでに存在するオレフィンを利用してα−メチレン−γ−ブチロラクトンを製造する方法に分けられる。
β−メチル−γ−ブチロラクトンの製造方法としては、特許文献３や特許文献４にβ−メチル−γ−ブチロラクトールの酸化で製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、原料として、毒性の高い一酸化炭素、および高価なメタリルアルコールを使用するという問題がある。
非特許文献９、及び非特許文献１０にはアルデヒドとグリオキサル酸からα、β−不飽和ブチロラクトンを合成し、接触水素化によりβ−メチル−γ−ブチロラクトンを得る方法が記載されている。
【化７】
2006312616.tif 000008
しかしながら、これらの方法ではラクトールからラクトンを作るのに高価な還元剤を使用する必要がある。
【０００５】
γ−ブチロラクトン類のα位へのメチレン基の導入に関しては、非特許文献１１にラクトンのα位にエチルオキサリル基を導入してガス状のホルムアルデヒドを反応させる方法が記載されている。
【化８】
2006312616.tif 000009
また、同様に非特許文献１２には、ワンポット反応でラクトン環のα位にエチルオキサリル化、次いでホルムアルデヒドガスで処理することにより高収率でα-メチレン-β-メチル-γ-ブチロラクトンを製造する方法が記載されている。
【化９】
2006312616.tif 000010
しかし、これらの方法ではガス状のホルムアルデヒドを用いるので製造工程にホルムアルデヒドガス発生装置を設置したり、ホルムアルデヒドガスを発生している工場に隣接した場所で製造を行わなければならず、一般的な製造方法とは言い難い。
【０００６】
非特許文献１３には、ラクトン環のα位をホルミル化で活性化して３７％ホルマリン水溶液でメチレン化する方法が記載されている。
【化１０】
2006312616.tif 000011
しかしながら、この方法では副反応を抑えるのが困難であり、収率が低いという問題がある。
また、ラクトン環のα位の活性化にはカルボキシル基を導入する方法がある。非特許文献１４や非特許文献１５にはラクトン環のα位に炭酸ガスでカルボキシル基を導入し、３７％ホルマリンとジエチルアミンと酢酸/酢酸ナトリウムの存在下でメチレン基を導入する方法が記載されている。しかしながら、この方法はＬＤＡという高価な試薬を使用するので工業的な製造法とは言いがたい。
【化１１】
2006312616.tif 000012
【０００７】
以上のように従来からα−メチレン−γ−ブチロラクトン或いはその関連物質に関する製造法は種々開発されていたが、使用する試薬が高価なものであったり、収率が30〜50%程度と不満足であったり、ヒドロホルミル化のように特殊な反応器と毒性の強い一酸化炭素を使用せざるを得なかったり、あるいはホルムアルデヒドガスのように毒性も強く取り扱いにくい原料を使用するなど何れも工業的には大きな問題点があり、低コストで容易に製造できる実用的な工業製法としては必ずしも満足できるものではなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１４７５８１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４７５６０号公報
【特許文献３】特開平８−８１４１０号公報
【特許文献４】特開平１０−１４７５８１号公報
【非特許文献１】J.Org.Chem.,1982、47、3630−3633
【非特許文献２】Chem.Express、7(12)、901−4、1992
【非特許文献３】Liebigs Ann. Chem.,1992、177−181
【非特許文献４】J.Polym.Sci.,PartA,41、1759（2003）
【非特許文献５】Synthesis,1975、67-82
【非特許文献６】Synthesis,1986、157-183
【非特許文献７】J.Org.Chom.,41(26)、1976、4065-69
【非特許文献８】Syn.Comn.,1975、5(4)、245-268
【非特許文献９】J.Org.Chem.,46、4889、1981
【非特許文献１０】J.Med.Chem.,31、893、1988
【非特許文献１１】J.Org.Chom.,4２(27)、1977、1991-2001
【非特許文献１２】Macromolecule,12(4)、546-551、1979
【非特許文献１３】Agri.BiolChem.,42、1585、1978
【非特許文献１４】J.Am.Chem.Soc.,91(25)、7208、1969
【非特許文献１５】J.C.S.Chem.Comm.,500、1973
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の課題は、安価な出発原料、汎用の反応器を使用してα-メチレン-β-アルキル-γ-ブチロラクトンを安価かつ容易に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】
【００１０】
本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンにホルムアルデヒドまたはその前駆物質と第二級アミン塩またはアルカリ金属炭酸塩を反応させることにより安全、簡便且つ高収率にα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造できること、また、原料となるα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンは３−シアノ−２−アルキルプロパノールのアルカリ加水分解とそれに引き続いた酸処理、あるいは酸加水分解処理、あるいは熱水処理により製造されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンをアルキルオキザリル化することにより製造することができることを見出して本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明は、式（ＩＩ）
【化１２】
2006312616.tif 000013
〔式（ＩＩ）中、R1は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
で表されるα-アルキルオキザリル-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンに、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドを発生する前駆物質と、式（ＩＩＩ）
【化１３】
2006312616.tif 000014
［式（ＩＩＩ）中、R２およびR３は互いに独立して、直鎖若しくは分岐状の炭素数１〜１３のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基またはアルキルアリール基、あるいは飽和または一部若しくは全部が不飽和であるヘテロ原子０ないし２個を含む５または６員環基を表す。］で表される第二級アミンの塩またはアルカリ金属炭酸塩とを反応させることを特徴とする式（Ｉ）
【化１４】
2006312616.tif 000015
〔式（Ｉ）中、Ｒ２は式（II）と同義である。〕
で表されるα-メチレン-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンの製造法に関する。
Ｒ２としては、重合体のガラス転移温度を向上させる効果からは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが好ましい。
【００１２】
また、前記式（ＩＩ）で表されるα-アルキルオキザリル-β‐アルキル‐γ-ブチロラクトンは、式（Ｖ）
【化１５】
2006312616.tif 000016
〔式（Ｖ）中、Ｒ２は式（II）と同義である。〕
で表されるβ‐アルキル‐γ-シアノプロパノールのアルカリ加水分解処理及びそれに引き続いての酸処理、或いは酸加水分解処理、或いは熱水処理により製造した式（ＩＶ）
【化１６】
2006312616.tif 000017
〔式（ＩＶ）中、Ｒ２は式（II）と同義である。〕
で表されるβ‐アルキル‐γ-ブチロラクトンをアルキルオキザリル化することにより製造できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、α-メチレン-β−アルキル−γ-ブチロラクトンを安価な原料から効率よく製造することが可能である。また、反応系内で発生させたホルムアルデヒドを用いるため、ホルムアルデヒドガスを反応系外で発生させて導入する方法に比べて安全性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明で用いるα-アルキルオキザリル-β−アルキル−γ-ブチロラクトンは、如何なる合成法で得たものでも使用可能であるが、
（１） ３−シアノ−２−アルキルプロパノールに対し、アルカリ加水分解処理とそれに引き続いた酸処理、あるいは酸加水分解処理、あるいは熱水処理を施しβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造し、
（２） β−アルキル−γ−ブチロラクトンをアルキルオキザリル化してα-アルキルオキザリル-β−アルキル−γ-ブチロラクトンを製造する、
方法が、簡便な操作で且つ高収率を挙げられるので好ましい。
本発明では、さらに、
（３） α-アルキルオキザリル-β−アルキル−γ-ブチロラクトンと、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド前駆物質と、前記式（III）で表される第二級アミンの塩またはアルカリ金属炭酸塩とを反応させ、
α-メチレン-β−アルキル−γ-ブチロラクトンを製造する。
まず、（１）の方法について説明する。
３−シアノ−２−アルキルプロパノールの製造法の例として、３−シアノ−２−メチルプロパノールの製造スキームを以下に示す。
【化１７】
2006312616.tif 000018
【００１５】
収率面で考えると、チオニルクロリドを使って環状亜硫酸エステルを製造し、これにシアン化アルカリを反応させる方法が好ましい。この時環状亜硫酸エステルが水分により分解する副反応を併発するのでシアン化アルカリを溶解する非水溶剤中で反応させるのが好ましい。このような溶剤としては、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、スルフォラン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、エチレンカーボネートなどがあげられる。
シアン化アルカリを溶剤に懸濁して加熱して溶解させ、そこに環状亜硫酸エステルを滴下すると、若干の発熱を伴ってシアノ化反応が始まり、滴下終了後、５〜１０時間その温度を保って攪拌を続けることにより反応を完結することができる。
シアン化アルカリとしては、シアン化ナトリウム、シアン化カリウム、シアン化リチウムなどがあげられる。反応温度は、任意に設定できるが、副反応の抑制、反応速度などの点から考えると、８０〜１００℃が好ましく、９０〜９５℃がより好ましい。
シアン化アルカリの使用量は、環状亜硫酸エステルに対して任意に設定できるが、副反応の抑制、シアン化合物の重合抑制、シアン化アルカリの後処理などを考慮すると、環状亜硫酸エステルに対して０．５〜２倍当量が望ましく、０．９〜１．５倍当量の間がより望ましい。
反応終了後は、通常の抽出操作により３−シアノ−２−アルキルプロパノールを得ることができるが、反応終了後に使用した溶剤を減圧にて濃縮することにより、抽出操作における抽出溶剤の使用量を削減することができるのみならず、抽出操作が容易になることにより３−シアノ−２−アルキルプロパノールの取得量を増やすことができるので好ましい。抽出溶剤は、水と混和しにくい有機溶剤ならいずれも使用できるが、抽出操作を容易にして収率を向上するにはクロロホルム、ジクロロエタン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、メチルｔ−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、トルエン等が望ましい。得られた３−シアノ−２−アルキルプロパノールは、蒸留精製することなくそのまま次の工程で使用することもでき、その場合は、反応に使用した溶剤など不純物の含有量が１〜５％以下であることが好ましい。
また、反応終了後に、反応中間体として生成した３−シアノ−２−アルキルプロパノールの亜硫酸エステルを分解するために、水酸化ナトリウム水溶液等の塩基性水溶液で処理することが好ましい。
【００１６】
（ｉ）３−シアノ−２−アルキルプロパノールのアルカリ加水分解／熱処理
上述のようにして得られた３−シアノ−２−アルキルプロパノールのアルカリ加水分解は、アルカリ（土類）金属水酸化物、第四級アンモニウム水酸化物等の塩基性物質共存下、水中または水性溶媒中で行われる。
水性溶媒としては、水溶性の有機溶媒と水の混合物を用いることが好ましく、水溶性の有機溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ジエチレングリコール等のアルコール類、あるいはテトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類が好ましく用いられる。
塩基性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物が好ましく用いられる。
アルカリ加水分解は、３−シアノ−２−アルキルプロパノールに対して、当量ないし１．５当量以下程度の小過剰の塩基性物質を添加して、常温から溶媒の沸点の範囲で行われるが、工業的には還流下で行うのが便利である。加熱すると、アンモニアの発生を伴って加水分解が進行する。通常の反応時間は２〜５時間である。
アンモニアの発生が終わると加水分解反応は終了するが、その後の工程のためには、更に２〜３時間還流を続けて溶解しているアンモニアを放出するか、あるいは加水分解終了後に減圧にして水や溶媒と共にアンモニアを留去することが望ましい。
反応終了後は、反応液を０〜５℃に冷却し、加水分解に用いた塩基性物質の小過剰当量の酸性物質を用いて反応液のｐＨが２以下になるように酸処理（ラクトン化）を行う。酸処理は、塩酸、硫酸等の鉱酸、メタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸などの酸性物質共存下、加水分解工程に引き続いて、水中または加水分解工程で用いた水性溶媒中で行われる。
酸性物質としては、塩酸、硫酸、有機スルホン酸類等が好ましく用いられ、特に濃硫酸、濃塩酸などが好ましい。
ラクトン化を十分に進行させ、反応液からの回収を効率よく行うため、使用する酸性物質の量は加水分解に用いる塩基性物質の１〜１．２倍当量の間で設定するのが望ましい。
（ｉｉ）３−シアノ−２−アルキルプロパノールの酸加水分解
３−シアノ−２−アルキルプロパノールの酸加水分解は、水中または水性溶媒中、酸性物質を添加して行われる。
水性溶媒は、アルカリ加水分解に用いるものと同様のものを用いることができる。
用いる酸性物質としては硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ｐ−トルエンスルフォン酸、メタンスルフォン酸などがあげられる。
反応は通常０℃から１００℃の間で任意に設定して行えるが、ニトリル類の酸加水分解では大きな反応熱を伴うことがあるので、反応原料を仕込む際には反応系を良く冷却して原料を仕込んだり、原料を滴下するなど反応熱の発生を分散させることが好ましい。
酸性物質の使用量は、３−シアノ−２−アルキルプロパノールに対して当量乃至小過剰で十分であるが、反応後期では酸性物質が加水分解により生成するアンモニアの塩となって消費されて酸性物質の濃度が低くなるので、１．２〜３倍当量が好ましい。
３−シアノ−２−アルキルプロパノールの濃度は、生成物の抽出工程の効率を考えると、高いほど好ましいが、副生するアンモニアの塩の析出により取扱いが難しくなるので、５％から２０％の間が好ましい。
（ｉｉｉ）３−シアノ−２−アルキルプロパノールの熱水処理
３−シアノ−２−アルキルプロパノールを水または中性塩の水溶液に溶かし、熱水処理を行うことでβ−アルキル−γ-ブチロラクトンを製造することも可能である。この場合、処理温度は高いほど効率的であるが、７０℃〜１１０℃の間で設定するのが好ましい。
熱水処理する場合の３−シアノ−２−アルキルプロパノールの濃度は、高いほど好ましいが、高すぎると３−シアノ−２−アルキルプロパノールが二層分離して反応の効率を落とすおそれがあるので１０％〜７０％の範囲内が好ましい。
熱水処理は、１〜５時間行うことが好ましい。
塩析効果により生成するβ−アルキル−γ-ブチロラクトンの抽出効果を上げることが出来るため、熱水処理の際に中性塩を共存させることが好ましい。
熱水処理中に共存させる中性塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化ナトリウムなどのハロゲン化アルカリ類、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウムなどのアルカリ（土類）硫酸塩、その他、硝酸ナトリウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、など無機酸アルカリ塩などが挙げられる。中でも、安価で塩析効果の大きな点で、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどが好ましい。
【００１７】
このように合成されたβ−アルキル−γ−ブチロラクトンは、溶媒抽出等により回収する。β−アルキル−γ−ブチロラクトンは水に対する溶解度が高く、そのような化合物をよく溶解する点で抽出溶剤としては、クロロホルム、ジクロロエタン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、メチルｔ−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどが望ましい。
熱水処理で中性塩を共存させた場合は抽出される反応液に塩析効果を有する中性塩が溶解しているので、β−アルキル−γ−ブチロラクトンの抽出には好ましいが、更に中性塩を添加して抽出効率を高めることが望ましい。抽出したβ−アルキル−γ−ブチロラクトンは、次の工程ではアルキル金属アルコラートを使用するので減圧蒸留等により精製するのが好ましい。
【００１８】
次に、（２）の方法を説明する。
前記一般式（ＩＩ）で表されるα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの合成は、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムエチラート、カリウムt−ブチラートなどのアルカリ金属アルコラート（アルカリ金属アルコキシド）のアルコール溶液に冷却下で１〜１０倍当量のシュウ酸ジアルキルエステルを添加し、次いでβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを滴下することにより行うことができる。ここで用いるアルコールとそのアルコラートとの組み合わせは任意であるが、反応物を複雑にしないためにはシュウ酸エステルに用いられているアルコールとそのアルコラートの組み合わせが好ましい。例えば、シュウ酸ジメチルエステルの場合はメタノール／ナトリウムメチラート、シュウ酸ジエチルエステルの場合にはエタノール／ナトリウムエチラートの組み合わせなどが好ましい。
しかしながら製造コストを勘案すると必ずしもこの組み合わせにこだわる必要はない。例えば、シュウ酸ジエチルエステルの場合でも、ナトリウムメチラートのメタノール溶液を使用してもα-アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエステルが一部エステル交換されるだけで、その後の反応には何ら差し支えるものではない。
原料のβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの滴下に伴う発熱はほとんどないので、反応温度は任意に設定できるが、室温から５０℃の間が好ましい。
アルコラートの使用量は、β−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して０．９〜２倍モルが望ましく、反応効率、製造コストなどを考慮すると、１〜１．１倍モルがより望ましい。
反応時間は任意に設定できるが、反応収率、作業効率を考慮すると１〜２４時間が望ましく、３〜５時間がより望ましい。
使用するアルコールの量が少ないと、反応終了時にα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのアルカリ金属塩が析出し、反応系全体が固化する危険性もあるので工業的に製造する場合には、溶剤とするアルコール量はβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの重量に対して１．５〜１０倍が望ましく、製造コスト、反応収率、攪拌機の破損の回避などを考えると、２〜５倍がより望ましい。
【００１９】
反応終了後は、生成したα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのアルカリ金属塩を中和して有機溶剤によって抽出することにより目的物を得ることができる。中和に用いる酸は塩酸、硫酸などの無機酸が好ましい。
抽出に用いる溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチルt−ブチルエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化物、ヘキサン、オクタンなどのアルカン系溶剤などが挙げられる。
抽出したα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンは濃縮後、１〜５torrの減圧下で、６０〜１２０℃に加熱して低沸点の不純物と未反応のβ−アルキル−γ-ブチロラクトンを除去する。このようにして得られた粗α−アルキルオキザリル-β−アルキル−γ−ブチロラクトンは、そのまま次工程に用いても、また抽出精製などを行い、精製品を用いても良い。
【００２０】
最後に（３）の方法を説明する。
このように得られたα−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンと、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドを発生する前駆物質と、式（ＩＩＩ）で表される第二級アミンの塩またはアルカリ金属炭酸塩とを反応させてα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを合成する。
反応の手順は、特に限定されず、例えば、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを必要に応じてテトラヒドロフラン等の溶媒に溶解し、式（ＩＩＩ）で表される第二級アミンの塩もしくはアルカリ金属炭酸塩またはその水溶液と、ホルムアルデヒドもしくはホルムアルデヒドを発生する前駆体またはその水溶液の混合物中に冷却しながら滴下し、その後温度を徐々に上げて反応させる方法でもよいし、これらの物質を冷却しながら一度に仕込み、それから昇温させて反応させてもよい。
ここで用いるアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムなどがあげられるが、反応後の後処理が容易になることを考えると炭酸カリウムが好ましい。
反応に用いるアルカリ金属炭酸塩の量は、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、１〜１０倍当量が望ましく、２〜５倍当量がさらに望ましい。
アルカリ金属炭酸塩を用いる場合は水に溶解して用いることが好ましい。アルカリ金属炭酸塩を溶解させるために用いる水の量は、α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンが水に溶けやすい点では少量でよく、反応収率を考えると、使用するアルカリ金属炭酸塩を溶解させる最小限の量より多いことが望ましいため、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの重量に対して０．５〜１０倍であることが望ましい。
【００２１】
前記式（ＩＩＩ）で表される第二級アミンとしては、コストの点でＲ３、Ｒ４はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基が好ましい。具体的には、例えば、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジアザビシクロオクタデカン、ピペリジン、モルフォリン、ジシクロヘキシルアミンなどを挙げることができ、コストや反応効率から考えるとジエチルアミンが好ましい。
また、前記式（ＩＩＩ）で表される第二級アミンが形成する塩としては、塩酸塩、酢酸塩、硫酸塩などが例示でき、反応効率から考えると塩酸塩が好ましい。前記第二級アミンの塩の使用量は、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、１〜１０倍モルが望ましく、２〜５倍がさらに望ましい。
ホルムアルデヒドを発生する前駆体としては、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、ホルマールなどが挙げられるが、通常は、ホルマリンやパラホルムアルデヒドの水溶液を用いるのが便利である。
ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドを発生する前駆体の使用量は特に限定されないが、α−アルキルオキザリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して１．２〜１０倍モルが望ましく、コストと反応収率を考えると、１．５〜３倍モルがより望ましい。
反応温度は室温から１００℃の間で任意に設定できるが、合成されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンが重合しやすい化合物であることを考えると、室温から５０℃の間で設定するのが望ましい。
反応時間は、反応温度にも因るが、１時間から２４時間の間で任意に設定できるが、製品の安定性などを考慮すると、２時間から５時間の間で設定するのが望ましい。
【実施例】
【００２２】
次に実施例に従って本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
生成物の同定は１Ｈ−ＮＭＲ、ガスリキッドクロマトグラフィ（ＧＬＣ）およびＧＣ−ＭＳで行った。
＜実施例１＞
（１）３−シアノ−２−メチルプロパノールの合成
２−メチル−１，３−プロパンジオール４５０ｇ（５モル）を塩化カルシウム管と窒素導入管を装備した攪拌機付きの丸底フラスコに仕込み、氷水で０−５℃に冷却し、攪拌して窒素を導入し、発生する亜硫酸ガスと塩化水素を除去しながら塩化チオニル６０６．７ｇ（５．１モル）を滴下した。滴下終了後、室温で５時間攪拌した後に水流ポンプ減圧下で反応液温度を約５０℃に上げて脱塩酸を行った。粗５−メチル−２−オキシチオ−１，３−ジオキサン６７６ｇを得た。収率：９９．４％であった。
ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）２リットルを攪拌機の付いた５リットルの三口フラスコに仕込み、内温を９０℃に上げた。
滴下ロートに粗５−メチル−２−オキシチオ−１，３−ジオキサン４００ｇ（２．９４モル）を投入し、上記フラスコに装着した。
良く換気の効いたドラフト内でシアン化ナトリウム１６７．７ｇをフラスコ内に投入して良く攪拌しながら溶解させた。換気に注意しながら滴下ロート内の粗５−メチル−２−オキシチオ−１，３−ジオキサンを滴下した。滴下と共に反応温度が若干上昇したが、内温を９５℃に制御しながら滴下を続けた。
滴下終了後、内温を９５℃に保って５時間攪拌を続けた。その後、反応液の温度を保ったまま水流ポンプで減圧にしてＤＭＳＯを約１リットル留去した。
反応液の温度を室温に下げてから亜硫酸ガスの発生に注意しながら８％水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。滴下終了後、室温で１時間ほど攪拌し、メチルｔ−ブチルエーテル１リットルを添加して抽出した。メチルｔ−ブチルエーテル相と水相を分離した後に水相に更にメチルｔ−ブチルエーテル１リットルを添加して抽出した。メチルｔ−ブチルエーテルは併せて約２００ｍｌの飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。
ろ過した後にメチルｔ−ブチルエーテル相を減圧で濃縮して３−シアノ−２−メチルプロパノール２１０ｇを得た。これはそのまま次の工程に使用した。
【００２３】
（２）β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成（アルカリ加水分解／酸処理）
３−シアノ−２−メチルプロパノール４８．４ｇをマグネチック攪拌子と共に２００ｍｌの丸底フラスコに仕込み、水酸化ナトリウム２５ｇを水２０ｍｌに溶解した水溶液を加えて還流するまで加熱した。5時間還流した後に氷水で冷却し、９８％硫酸３１ｇをゆっくりと滴下した。反応液のｐHを2以下にするように更に９８％硫酸を追加した。次に反応液にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出した。水相には更にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出し、クロロホルム相を併せて飽和食塩水３０ｍｌで一回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥して減圧で濃縮した。得られた粗生成物６４ｇを減圧蒸留して目的のβ−メチル−γ−ブチロラクトンを４３ｇ得た。沸点：６８℃／７torr、ガスリキッドクロマトグラフィー（GLC）純度：９５％であった。
【００２４】
（３）α−エチルオキザリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
２８％ナトリウムメトキシドメタノール溶液８７ｇをスリーワンモーターに連動した攪拌羽を付けて、窒素置換した三口フラスコに仕込み、氷水で冷却した。シュウ酸ジエチル６６ｇを滴下ロートより滴下し、次いでβ−メチル−γ−ブチロラクトン４３ｇを約３０分かけて滴下した。滴下終了後、氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って１時間攪拌を続けた。その後、室温で3時間攪拌を続けると反応液が固化した。そのまま室温で一夜放置し、再び反応液を氷水で冷却してから３５％濃塩酸４６ｍｌと水１００ｍｌを加えて反応液を懸濁状態にした。
ここにメチルｔ−ブチルエーテル１００ｍｌを加えて抽出し、有機相を分離した後に再びメチルｔ−ブチルエーテル１００ｍｌを水相に加えて抽出した。これらの有機相を併せて飽和食塩水２０ｍｌで洗浄した。有機相は硫酸マグネシウムで乾燥した後に減圧で濃縮し、約１００℃のオイルバスにて加熱しながら７０℃／７torrまでの留分を留去した。残った粗α−エチルオキザリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンは７４ｇであった。これをそのまま次の工程で使用した。
【００２５】
（４）α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
炭酸カリウム１２７ｇを水２５３ｍｌに溶解し、３７％ホルマリン５６ｇを加えた。これを室温で攪拌しながらテトラヒドロフラン７６０ｍｌに溶解した粗α−エチルオキザリル−β−メチル−γ−ブチロラクトン９２ｇを約１時間掛けて滴下した。
滴下終了後、室温で２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。その後、テトラヒドロフラン相を分離し、残った水相にメチルt-ブチルエーテル２００ｍｌを加えて抽出した。
テトラヒドロフラン相とメチルｔ−ブチルエーテル相を併せて飽和食塩水５０ｍｌで洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥して減圧にて濃縮した後に減圧蒸留した。α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン３６．５ｇを得た。沸点：７０−７５℃／５torr、GLC純度：９９％であった。
【００２６】
＜実施例２＞
α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
実施例１と同様にして得られたα−エチルオキザリル−β−メチル−γ−ブチロラクトン０．４ｇとジエチルアミン塩酸塩０．４ｇを３７％ホルマリン１ｍｌに溶解して８０℃で２１時間反応させた。反応液をGLCで分析してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンがほぼ定量的に生成しているのを確認した。
【００２７】
＜参考例１＞
β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成（酸加水分解）
３−シアノ-２−メチルプロパノール９９ｇと３７％塩酸１００ｍｌをマグネチック攪拌子と共に３００ｍｌの丸底フラスコに仕込み、還流するまで加熱した。5時間還流した後に氷水で冷却し反応液にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出した。水相には更にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出し、クロロホルム相を併せて飽和食塩水３０ｍｌで一回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥してから減圧で濃縮した。得られた粗生成物７３ｇを減圧蒸留して目的のβ−メチル−γ−ブチロラクトンを６２ｇ得た。沸点：６７−８℃／７torr、GLC純度：９７％であった。
【００２８】
＜参考例２＞
β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成（熱水処理）
３−シアノ-２−メチルプロパノール９９ｇとイオン交換水１００ｍｌをマグネチック攪拌子と共に３００ｍｌの丸底フラスコに仕込み、還流するまで加熱した。２時間還流した後に氷水で冷却し反応液にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出した。水相には更にクロロホルム２００ｍｌを加えて抽出し、クロロホルム相を併せて飽和食塩水３０ｍｌで一回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥してから減圧で濃縮した。得られた粗生成物７５ｇを減圧蒸留して目的のβ−メチル−γ−ブチロラクトンを６４ｇ得た。沸点：６５−８℃／６torr、GLC純度：９７％であった。
【００２９】
＜実施例３＞
（１）α−エトキシオキザリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
２８％ナトリウムメトキシドメタノール溶液４３ｇをスリーワンモーターに連動した攪拌羽を付けて、窒素置換した三口フラスコに仕込み、氷水で冷却した。シュウ酸ジエチル３３ｇを滴下ロートより滴下し、次いでβ−エチル−γ−ブチロラクトン２１．５ｇを約３０分かけて滴下した。滴下終了後、氷水で冷却しながら内温を０−５℃に保って１時間攪拌を続けた。その後、室温で５時間攪拌を続けると反応液が固化した。そのまま室温で一夜放置し、再び反応液を氷水で冷却してから３５％濃塩酸２３ｍｌと水５０ｍｌを加えて反応液を懸濁状態にした。
ここにメチルｔ−ブチルエーテル６０ｍｌを加えて抽出し、有機相を分離した後に再びメチルｔ−ブチルエーテル６０ｍｌを水相に加えて抽出した。これらの有機相を併せて飽和食塩水２０ｍｌで洗浄した。有機相は硫酸マグネシウムで乾燥した後に減圧で濃縮し、約１００℃のオイルバスにて加熱しながら７０℃／７torrまでの留分を留去した。残った粗α−エトキシオキザリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンは３６ｇであった。これをそのまま次の工程で使用した。
【００３０】
（２）α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
炭酸カリウム４３ｇを水８２ｍｌに溶解し、３７％ホルマリン１９ｇを加えた。こ
れを室温で攪拌しながらアセトニトリル２２０ｍｌに溶解した粗α−エトキシオキザリ
ル−β−エチル−γ−ブチロラクトン３６ｇを約１時間掛けて滴下した。滴下終了後、室温で２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。その後、アセトニトリル相を分離し、残った水相にメチルt-ブチルエーテル６０ｍｌを加えて抽出した。
アセトニトリル相とメチルｔ−ブチルエーテル相を併せて飽和食塩水２０ｍｌで洗浄
し、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した後に減圧蒸留した。α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン２１ｇを得た。沸点：６６−６９℃／３torr、GLC純度：９９％であった。
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月25日(2005.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１４７５８１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４７５６０号公報
【特許文献３】特開平８−８１４１０号公報
【特許文献４】特開平１０−１４７５８１号公報
【非特許文献１】J. Org. Chem. 1982, 47, 3630−3633
【非特許文献２】Chem. Express, 1992, 7, 901−904
【非特許文献３】Liebigs Ann. Chem. 1992,  177−181
【非特許文献４】J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. 2003, 41, 1759-1777
【非特許文献５】Synthesis, 1975, 67-82
【非特許文献６】Synthesis, 1986, 157-183
【非特許文献７】J. Org. Chem. 1976, 41, 4065-4069
【非特許文献８】Syn. Comn., 1975, 5, 245-268
【非特許文献９】J.Org.Chem.,46、4889、1981
【非特許文献１０】J.Med.Chem.,31、893、1988
【非特許文献１１】J. Org. Chem. 1977, 42, 1180-1185
【非特許文献１２】Macromolecules, 1979, 12, 546-551
【非特許文献１３】Agric. Biol. Chem. 1978, 42, 1585-1588
【非特許文献１４】J.Am.Chem.Soc.,91(25)，7208，1969
【非特許文献１５】Chem. Comm. 1973, 500-501