(57)【要約】  【課題】Ｅｎｄｏ体純度９０％以上である高純度トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸（ＴＣＤＡ）を効率よく、工業的に有利に製造する方法を提供すること。  【解決手段】（ａ）ＨＦの存在下、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−３−エンと一酸化炭素を反応温度２０℃以上４０℃未満の条件下で反応させ、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライド（ＴＣＤ−ＣＯＦ）を得るカルボニル化工程、（ｂ）上記（ａ）工程で得られたＴＣＤ−ＣＯＦのＨＦ溶液を４０〜１００℃で３〜２４時間保液することにより、Ｅｘｏ体ＴＣＤ−ＣＯＦからＥｎｄｏ体ＴＣＤ−ＣＯＦへ異性化反応を行う異性化工程、および（ｃ）上記（ｂ）工程で得られたＥｎｄｏ体ＴＣＤ−ＣＯＦと水を反応させることにより、Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＡを得る加水分解工程を実施する。  【選択図】      無【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を含むことを特徴とする高純度エキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸の製造方法。
（ａ）ＨＦの存在下、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−３−エンと一酸化炭素を反応温度２０℃以上４０℃未満の条件下で反応させ、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライドを得るカルボニル化工程。
（ｂ）（ａ）で得られたトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライドのＨＦ溶液を４０〜１００℃で３〜２４時間保液することにより、エンド−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エキソ−２−カルボン酸フロライドからエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸フロライドへ異性化反応を行う異性化工程。
（ｃ）（ｂ）で得られたエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸フロライドと水を反応させることにより、エキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸を得る加水分解工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、香料又は香料成分、および医薬品等の原料として有用なエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸を効率よく、工業的に有利に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸のエステル（以下、ＴＣＤＣＥと称すことがある。）には、下記の式（１）に示すエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸エステル（以下、エステル基に着目し、Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＣＥと称すことがある。）と式（２）に示すエンド−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エキソ−２−カルボン酸エステル（Ｅｘｏ体ＴＣＤＣＥ）の構造異性体が存在する。
トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸（以下、ＴＣＤＡと称すことがある。）についても同様に、Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＡとＥｘｏ体ＴＣＤＡが存在する。
【０００３】
【化１】
2006248958.tif 000002
【０００４】
ＴＣＤＡを製造する方法としては、ジシクロペンタジエン（以下、ＤＣＰＤと称すことがある。）とギ酸を反応させた後水添して得られるトリシクロ［５．２．１．０２，６］デク−８−イルホルメートと無機強酸性触媒を接触させながら反応させる方法（例えば、特許文献１参照）が知られているが、Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＡとＥｘｏ体ＴＣＤＡの生成比率は通常ほぼ１：１であり、生成する異性体比について詳細に検討されているわけではない。
また、酸触媒の存在下、ヒドロキシ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカンを一酸化炭素及び水と反応させることにより、エンド−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸を製造する方法（例えば、特許文献２参照）が示されているが、Ｅｎｄｏ体純度は最高８８％程度である。
【０００５】
一方、ＴＣＤＣＥを加水分解することにより、ＴＣＤＡが得られることから、本発明の目的物であるエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸（Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＡ）は、前記Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＣＥを加水分解すれば得られると考えられる。
従来、ＴＣＤＣＥを製造する方法としては、ヒドロキシ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカンに無機強酸性触媒の存在下で蟻酸を反応させるコッホ反応の蟻酸法（例えば、特許文献３参照）が知られているが、Ｅｎｄｏ体ＴＣＤＣＥとＥｘｏ体ＴＣＤＣＥの生成比率は通常ほぼ１：１であり、生成する異性体比について詳細に検討されているわけではない。
ファインケミカル等の分野においてエンド体の純品を必要とする場合には精密蒸留を行う必要があるが、不要留分の有効利用が図られない限り経済的な方法とは言えない。
【０００６】
また、反応条件による制御ではなく、ＤＣＰＤを水素化して得られるトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−３−エン（ジヒドロジシクロペンタジエン、以下、ＤＨＤＣＰＤと称すことがある。）の異性体比をエキソ−ＤＨＤＣＰＤ／エンド−ＤＨＤＣＰＤ比として８／９２以上とすることにより、エキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸エステル（Ｅｎｄｏ体）含有量を高めうることが開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、このようなＤＨＤＣＰＤを得るためには、エキソ体含有量の高いＤＣＰＤを入手する必要があるが、一般に入手可能なＤＣＰＤ中のエキソ体／エンド体比はせいぜい０．５／９９．５であり、エキソ体含有量の高いＤＣＰＤの入手は困難である。
これらの問題点を解決する方法として、例えば下記の式（３）に示したルートにより、ＨＦ中でＤＨＤＣＰＤと一酸化炭素及びアルコールを反応させ、カルボニル化反応とエステル化反応を同時に起こすことにより高収率にＴＣＤＣＥを得る方法が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
【化２】
2006248958.tif 000003
【特許文献１】特公昭６１−４０６５８号公報
【特許文献２】特許第３１３５０９９号公報
【特許文献３】特公昭５６−１２８７３５号公報
【特許文献４】特開平９−１９４４３３号公報
【特許文献５】特許第２６８００６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献５に開示された方法は、カルボン酸を分離することなく、ｉｎ  ｓｉ・ｔｕにエステルを得ることができ、しかもＨＦ触媒の回収も容易なことから工業的に実施する上で有望な方法であるが、Ｅｎｄｏ体純度９０％以上（Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比が９以上）は得られないことが本発明者らの研究で分かった。
本発明は、このような状況下で、Ｅｎｄｏ体純度９０％以上である高純度トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸を効率よく、工業的に有利に製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、Ｅｎｄｏ体純度９０％以上のＴＣＤＡを製造する方法について、鋭意検討を行った結果、ＨＦ触媒を用いてＤＨＤＣＰＤと一酸化炭素を反応させ、得られたトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライドを異性化し、次いで水と反応させることにより、Ｅｎｄｏ体純度９０％以上のＴＣＤＡが効果的に得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする高純度エキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸の製造方法、を提供するものである。
（ａ）ＨＦの存在下、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−３−エンと一酸化炭素を反応温度２０℃以上４０℃未満の条件下で反応させ、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライドを得るカルボニル化工程。
（ｂ）（ａ）で得られたトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライドのＨＦ溶液を４０〜１００℃で３〜２４時間保液することにより、エンド−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エキソ−２−カルボン酸フロライドからエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸フロライドへ異性化反応を行う異性化工程。
（ｃ）（ｂ）で得られたエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸フロライドと水を反応させることにより、エキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸を得る加水分解工程。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、香料又は香料成分、および医薬品等の原料として有用なエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸を効率よく、工業的に有利に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の方法において、原料として用いられるトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−３−エン（ＤＨＤＣＰＤ）は、その由来については特に制限はなく、いかなる方法により得られたものであってもよいが、通常ＤＣＰＤを常法に従って水素化することにより、調製される。
本発明の方法においては、前記のＤＨＤＣＰＤを原料として用い、（ａ）カルボニル化工程、（ｂ）異性化工程及び（ｃ）加水分解工程が実施される。
このように、本発明においては、ＤＨＤＣＰＤのカルボニル化反応は、加水分解反応とは分離して別個に行われる。カルボニル化反応と加水分解反応を同時に行ってしまうと、カルボニル化反応で生成した酸フロライドがすぐに加水分解されてしまう。そのためＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比を考慮せずにＴＣＤＡを得る場合には高収率が得られるが、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比９以上でＴＣＤＡを得るためには、ＤＨＤＣＰＤがカルボニル化を受けた直後でＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比９以上のトリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−２−カルボン酸フロライド（以下、ＴＣＤ−ＣＯＦと称すことがある。）の生成が必要となる。上記同時反応の場合、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比９以上のＴＣＤＡは得られないことが本発明者らの研究で分かった。
【００１２】
本発明においては、（ａ）カルボニル化工程の後に（ｂ）異性化工程を有するため、カルボニル工程で生成するＴＣＤ−ＣＯＦのＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比に考慮を払う必要がなく、収率及び生産性の面で最適の条件を選択することが可能となる。
（ａ）工程におけるＤＨＤＣＰＤのカルボニル反応は、ＨＦ触媒の存在下で一酸化炭素の加圧下に実施される。この際、一酸化炭素中には窒素やメタン等の不活性ガスが含まれていてもよい。一酸化炭素分圧については特に限定されないが、通常０．５〜５ＭＰａ程度である。一酸化炭素分圧が上記範囲にあると、カルボニル化反応が十分に進行し、不均化や重合などの副反応が抑制され、しかもあまり大きな設備費を必要としない。好ましい一酸化炭素分圧は１〜３ＭＰａの範囲である。
この際、ＨＦ触媒としては、実質的に無水のものが好ましく用いられる。ＨＦの使用量は、カルボニル化反応が十分に進行し、かつ不均化や重合などの副反応を抑制しうると共に、ＨＦの分離費用や装置容積効率などの点から、原料ＤＨＤＣＰＤに対して、通常４〜１２倍モル程度、好ましくは６〜１０倍モルの範囲で選定される。
反応の形式については特に制限はなく、半連続式及び連続式などのいずれであってもよい。
【００１３】
カルボニル化の反応温度はＴＣＤ−ＣＯＦの収率に鋭敏に作用するため特に重要である。先にも述べたように、本発明においてはＴＣＤ−ＣＯＦのＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比への考慮は不要であるため、収率のみに着目して反応温度との関係について検討を行ったところ、３０℃付近に高収率の条件があることが判明した。
したがって、本発明においてカルボニル化反応は２０℃以上４０℃未満、好ましくは２５〜３５℃の範囲で実施される。
本発明においては、原料ＤＨＤＣＰＤを溶解する能力を有し、かつＤＨＤＣＰＤ及びＨＦに対して不活性な反応溶媒、例えばヘキサン、ヘプタン、デカン等の飽和脂肪族炭化水素類等を使用してもよい。この場合には更に重合反応が抑制され収率が向上するが、大量の溶媒を使用すると容積効率が低下すると同時に、分離に要するエネルギー原単位の悪化を招くので、使用の有無・使用量は適宜選択される。
【００１４】
この（ａ）工程のカルボニル化反応で生成したＴＣＤ−ＣＯＦは、引続き（ｂ）異性化工程にてＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比９以上に異性化される。この際ＴＣＤ−ＣＯＦを一旦分離した後、再度ＨＦ触媒の存在下で異性化反応を実施してもよいが、通常は、ＴＣＤ−ＣＯＦの分離をせずに、カルボニル化反応で得られた反応液をそのまま異性化反応させる。異性化反応も一酸化炭素加圧下で行う。この際一酸化炭素分圧は、ＴＣＤ−ＣＯＦの分解抑制及び装置面などから、通常０．５〜５ＭＰａ程度、好ましくは１〜３ＭＰａの範囲で選定される。
異性化工程における反応温度は、反応速度、ＴＣＤ−ＣＯＦの分解の抑制及び他の異性体への異性化の抑制などを考慮すると、４０〜１００℃の範囲、好ましくは４５〜７０℃の範囲で選定される。
【００１５】
この（ｂ）異性化工程においてＥｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比が調整されたＴＣＤ−ＣＯＦは、引き続き（ｃ）加水分解工程にて水と反応させることによりＴＣＤＡとなる。この際、ＴＣＤ−ＣＯＦを一旦分離した後、再度ＨＦ触媒下で水と加水分解反応させてもよいが、通常は、ＴＣＤ−ＣＯＦの分離なしに異性化反応液をそのまま水と反応させＴＣＤＡを製造する方法が採られる。
この加水分解反応は、生成したカルボン酸生成物の分解抑制や、装置の腐食性などの面から、通常２０℃以下、好ましくは−２０〜１０℃の範囲の温度で実施される。
このようにして得られたカルボン酸生成物からＨＦを留去したのち、蒸留などの常法に従い精製することにより、Ｅｎｄｏ体純度９０％以上のＴＣＤＡを得ることができる。
【実施例】
【００１６】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【００１７】
＜調製例１＞
Ｃｕ−Ｃｒ水添触媒を用い、市販のＤＣＰＤを水素圧２ＭＰａ、反応温度９０℃で、水素の吸収が認められなくなるまで約５時間反応させた。濾過によりＣｕ−Ｃｒ水添触媒を取り除き、次いで蒸留により精製し、原料のＤＨＤＣＰＤを得た。（純度９８．５％）
【００１８】
＜実施例１＞
ナックドライブ式攪拌機と上部に３個の入口ノズル、底部に１個の抜き出しノズルを備え、ジャケットにより内部温度を抑制できる内容積１０００ｍｌのステンレス製オートクレープを用いて実験を行った。
まずオートクレープ内部を一酸化炭素で置換した後、フッ化水素２５６ｇ（１２．８モル）を導入し、液温３０℃とした後、一酸化炭素にて２ＭＰａまで加圧した。
反応温度を３０℃に保持し、かつ反応圧力を２ＭＰａに保ちながら、ＤＨＤＣＰＤ２１４．７ｇ（１．６０モル）を溶解させたｎ−ヘプタン溶液３５８ｇをオートクレープ上部より供給してカルボニル化反応を行った。ＤＨＤＣＰＤの供給終了後、一酸化炭素の吸収が認められなくなるまで約１０分間攪拌を継続した。
得られた反応液の一部を氷水中にサンプリングし、油相と水相とを分離した。油相を中和、水洗した後、得られた油相をガスクロマトグラフィーで分析したところ、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比は０．５３であった。
引き続き、反応圧力を２ＭＰａに保ちながら反応液温度を５５℃に昇温し、８時間この温度を維持し、異性化反応を行った。８時間保持後、反応液温度を−１０℃に冷却し、水をオートクレープ上部より２８．８ｇ（１．６０モル）供給して、攪拌下にて１時間加水分解を行った。
反応液をオートクレープ底部より氷水中に抜き出し、油相と水相を分離した後、油相を２質量％水酸化ナトリウム水溶液１００ｍｌで２回、蒸留水１００ｍｌで２回洗浄し、無水硫酸ナトリウム１０ｇで脱水した。得られた液を内部標準法によりガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、ＴＣＤＡ収率５１．５％（ＤＨＤＣＰＤ基準）、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝１０．３の反応成績が得られた。
さらに、得られた液を理論段数２０段の精留塔を用いて精留を行ったところ、主留部分としてＥｎｄｏ体ＴＣＤＡ９０．２４質量％、Ｅｘｏ体ＴＣＤＡ８．７６質量％（Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝１０．３）のものが蒸留収率８６．６％で得られた。蒸留による異性体比率の変動はなかった。
【００１９】
＜比較例１＞
異性化の反応温度を３０℃、保持時間を７２時間とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた油相を分析したところ、ＴＣＤＡ収率５１．７％（ＤＨＤＣＰＤ基準）、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝６．４の反応成績が得られた。
発明温度より低かったので、７２時間保持しても、異性化が不十分であった。
【００２０】
＜比較例２＞
カルボニル化の反応温度を７０℃とし、異性化反応は行わなかった。得られた油相を分析したところ、ＴＣＤＡ収率３５．０％（ＤＨＤＣＰＤ基準）、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝１０．１の反応成績が得られた。
異性化反応は行わなかったので、実施例１と比較し、大きく収率が低下した。
【００２１】
＜実施例２＞
異性化の反応温度を６５℃、保持時間を３時間とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた油相を分析したところ、ＴＣＤＡ収率４７．５％（ＤＨＤＣＰＤ基準）、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝１１．５の反応成績が得られた。
【００２２】
＜実施例３＞
異性化の反応温度を４５℃、保持時間を２４時間とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた油相を分析したところ、ＴＣＤＡ収率５０．３％（ＤＨＤＣＰＤ基準）、Ｅｎｄｏ体／Ｅｘｏ体比＝１４．３の反応成績が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、香料又は香料成分、および医薬品等の原料として有用なエキソ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン−エンド−２−カルボン酸を効率よく、工業的に有利に製造できる。