(57)【要約】【課題】２−（アルキリデン）シクロアルカノンを効率的に高収率で製造する方法、並びにそれを用いた香料素材や生理活性物質として有用なアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び５−アルキル−５−アルカノリドの製法の提供。【解決手段】化合物（１）を、固体酸触媒を用いて脱水反応させる、化合物（２）の製法、並びにこの製法で得られた化合物（２）、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を用いた化合物（５）及び（６）の製法。【化１】2004203844.tif 000018【化２】2004203844.tif 000019【化３】2004203844.tif 000020【化４】2004203844.tif 000021（ｎは１又は２、Ｒ1及びＲ2はＨ、Ｃ1-8のアルキル基等、Ｒ3はＣ1-3のアルキル基を示す。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（１）
【化１】
2004203844.tif 000012
（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ、水素原子又は炭素数１〜８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示すか、あるいはＲ1とＲ2が一緒になって隣接する炭素原子と共にシクロペンタン環もしくはシクロヘキサン環を形成してもよい。）
で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン（以下化合物（１）という）を、固体酸触媒を用いて脱水反応させる、式（２）
【化２】
2004203844.tif 000013
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン（以下化合物（２）という）の製法。
【請求項２】
温度７０〜１５０℃、圧力２０〜１０１ｋＰａで反応させる請求項１記載の製法。
【請求項３】
固体酸触媒が、ＡｌＰＯ4、ＴｉＯ2、カチオン交換樹脂から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の製法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の製法で得られた化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、式（３）
【化３】
2004203844.tif 000014
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
で表される２−（アルキル）シクロアルケノン（以下化合物（３）という）とし、次いで式（４）
【化４】
2004203844.tif 000015
（式中、Ｒ3は炭素数１〜３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示し、２個のＲ3は同一でも異なっていてもよい。）
で表されるマロン酸ジエステルとを反応させ、次いで水を反応させる、式（５）
【化５】
2004203844.tif 000016
（式中、ｎ、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は前記の意味を示す。）
で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテートの製法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の製法で得られた化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、化合物（３）とし、次いで水素還元させた後、バイヤービリガー酸化させる、式（６）で表される５−アルキル−５−アルカノリドの製法。
【化６】
2004203844.tif 000017
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は香料素材として有用なジヒドロジャスモン酸メチル、δ−ラクトン等の中間体である２−（アルキリデン）シクロアルカノンの製法、並びにそれを用いた、アルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び５−アルキル−５−アルカノリドの製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンから２−（アルキリデン）シクロアルカノンを製造する際には、脱水反応触媒として均一系の酸触媒が一般的に用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１では、２−（アルキリデン）シクロアルカノンを得るために、アルドール縮合体にシュウ酸を添加して脱水反応を行っているが、反応後にアルカリによる中和、分層が必要であり、工程が多く、排水も生じる。また、酸により設備が腐食したり、アルカリによる中和時に２−（アルキリデン）シクロアルカノンが重合および分解し収率が低下する場合もある。
【０００４】
さらに、このような重合および分解のため、これを用いて合成されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテートや５−アルキル−５−アルカノリドの匂いの低下が生じる場合がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５６−１４７７４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、２−（アルキリデン）シクロアルカノンを効率的に高収率で製造する方法、並びにそれを用いた香料素材や生理活性物質として有用なアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び５−アルキル−５−アルカノリドの製法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、式（１）
【０００８】
【化７】
2004203844.tif 000002
【０００９】
（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ、水素原子又は炭素数１〜８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示すか、あるいはＲ1とＲ2が一緒になって隣接する炭素原子と共にシクロペンタン環もしくはシクロヘキサン環を形成してもよい。）
で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン（以下化合物（１）という）を、固体酸触媒を用いて脱水反応させる、式（２）
【００１０】
【化８】
2004203844.tif 000003
【００１１】
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン（以下化合物（２）という）の製法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、上記の製法で得られた化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、式（３）
【００１３】
【化９】
2004203844.tif 000004
【００１４】
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
で表される２−（アルキル）シクロアルケノン（以下化合物（３）という）とし、次いで式（４）
【００１５】
【化１０】
2004203844.tif 000005
【００１６】
（式中、Ｒ3は炭素数１〜３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示し、２個のＲ3は同一でも異なっていてもよい。）
で表されるマロン酸ジエステル（以下化合物（４）という）とを反応させ、次いで水を反応させる、式（５）
【００１７】
【化１１】
2004203844.tif 000006
【００１８】
（式中、ｎ、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は前記の意味を示す。）
で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート（以下化合物（５）という）の製法、並びに上記製法で得られた化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、化合物（３）とし、次いで水素還元させた後、バイヤービリガー酸化させる、式（６）で表される５−アルキル−５−アルカノリド（以下化合物（６）という）の製法を提供する。
【００１９】
【化１２】
2004203844.tif 000007
【００２０】
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
【００２１】
【発明の実施の形態】
［化合物（２）の製法］
本発明の原料として用いられる、化合物（１）において、１−ヒドロキシアルキル基を構成するアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基等が挙げられる。
【００２２】
この化合物（１）は、一般的に公知の方法により製造でき、例えば炭素数５又は６のシクロアルカノンと、式（７）
【００２３】
【化１３】
2004203844.tif 000008
【００２４】
（式中、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
で表されるアルデヒド又はケトンを反応させることにより得ることができる。本発明では、このような方法で得られる化合物（１）を蒸留せずに用いることもできるが、固体酸触媒の活性が低下する場合は蒸留精製して使用してもよい。
【００２５】
本発明に用いられる固体酸触媒としては、ＡｌＰＯ4、Ａｌ2Ｏ3、活性アルミナ、硫酸ジルコニア、トリポリリン酸二水素アルミニウム、ＴｉＯ2等の無機金属固体触媒や、カチオン交換樹脂、ＳｉＯ2−ＴｉＯ2、ＳｉＯ2−ＣａＯ、ＳｉＯ2−ＭｇＯ、ゼオライト等を用いることができ、ＡｌＰＯ4、ＴｉＯ2、カチオン交換樹脂から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００２６】
固体酸触媒の形状は、粉末でも成型したものでもよい。さらに、固体酸触媒の使用方法も、懸濁床でも固定床でもよいが、固定床の場合には、触媒と反応終了物との分離工程がいらないことから、大量生産する際には有効である。また、この脱水反応は回分式でも連続式でもよい。
【００２７】
固体酸触媒の使用量は、反応形式により適宜最適化すればよいが、回分式の場合は、反応性、経済性の面から原料である化合物（１）に対して０．５〜２０重量％が好ましく、１〜１０重量％がより好ましい。
【００２８】
また、例えば化合物（３）を得るために脱水反応後に異性化反応を行う場合は、脱水反応転化率が低すぎると、異性化反応中に脱水反応を同時に行わなければならず、異性化反応を効率的に行える温度（８０℃〜２００℃）を維持することが困難となり、また、脱水反応転化率が高すぎると、脱水反応の原料の化合物（１）や生成物の化合物（２）が重合および分解し、収率の低下を招くので、脱水反応転化率は４０〜９０％が好ましく、５０〜８０％がより好ましい。
ここで、脱水反応転化率は、以下の式（Ｉ）で定義される値である。
【００２９】
【数１】
2004203844.tif 000009
【００３０】
脱水反応の温度は、反応を短時間で終わらせ、化合物（２）の重合および分解を防いで収率の低下を防ぐという観点から、７０〜１５０℃が好ましく、９０〜１２０℃が更に好ましい。また、反応圧力は、常圧でも反応は進行するが、生成する水を効率的に系外へ留去させ、原料および反応生成物を留出させないで効率的に反応させるために、２０〜１０１ｋＰａが好ましく、２０〜８０ｋＰａの減圧下で反応させることが更に好ましい。
【００３１】
本発明の脱水反応においては、生成する水を留去しながら反応を行うことが好ましい。反応後は、固体酸触媒を濾過等により、反応液と容易に分離することができ、リサイクルすることも可能である。
【００３２】
［化合物（５）の製法］
上記製法により得られた化合物（２）、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を原料とし、例えば特開昭５６−１４７７４０号公報に記載の方法により香料素材や生理活性剤として有用な化合物（５）を得ることができる。
【００３３】
具体的には、まず化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、化合物（３）を得る。
【００３４】
この脱水反応及び異性化反応は、既知の方法を用いることができ、例えば特開２００１−３２８９６５号公報に記載されているように、化合物（２）、又は化合物（１）を含有する化合物（２）に、アミンとハロゲン化水素からなる触媒を作用させて行う。
【００３５】
ここで用いるアミンとしては、アニリン、ジフェニルアミン、ピリジン、ピコリン、キノリン、ポリビニルピリジン等の芳香族アミン又は複素芳香環アミンが好ましく、特にピリジン、ピコリン及びキノリンが好ましい。ハロゲン化水素としては、塩化水素、臭化水素又はヨウ化水素等が挙げられ、特に塩化水素又は臭化水素が好ましい。
【００３６】
反応は、アルコール溶媒中又は無溶媒下で行うのが好ましい。アルコール溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、２−エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、１，８−オクタンジオール、グリセリン、ポリエチレングリコール等が挙げられ、炭素数１〜８の低級アルコール類が特に好ましい。反応温度は８０〜２００℃、特に１００〜１８０℃が好ましい。
【００３７】
次いで、得られる化合物（３）と化合物（４）とを塩基性触媒存在下に反応させて、式（８）で表される化合物（以下化合物（８）という）を得る。
【００３８】
【化１４】
2004203844.tif 000010
【００３９】
（式中、ｎ、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は前記の意味を示す。）
化合物（３）に対して化合物（４）を、好ましくは１〜５モル倍、更に好ましくは１．２〜２モル倍の割合で反応させる。
【００４０】
塩基性触媒としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド等のアルカリ金属アルコキシド等が挙げられる。触媒の使用量は化合物（３）に対して０．０２〜０．２モル倍が好ましい。溶媒としてはアルコール類等の極性溶媒が好ましい。反応温度は−１０〜３０℃の範囲が好ましく、０〜２０℃の範囲が更に好ましい。
【００４１】
次に、得られた化合物（８）と水とを反応させることにより、化合物（５）を製造することができる。水は、化合物（８）に対して１〜３モル倍量を反応系中に滴下しながら反応させることが好ましい。反応温度は１５０〜２２０℃の範囲が好ましい。
【００４２】
このようにして得られた化合物（５）は、脱水反応において均一系の酸触媒を用いた場合に比べ、収率がよく、不純物が少ないので、化合物（５）を高純度で得るための精留負荷が低減でき、香料素材として優れたものである。
【００４３】
［化合物（６）の製法］
上記製法により得られた化合物（２）、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を原料とし、既知の一般的な方法により、香料素材や生理活性剤として有用な化合物（６）を得ることができる。
【００４４】
例えば、上記のように化合物（２）を異性化反応させるか、又は化合物（１）を含有する化合物（２）を脱水反応させつつ異性化反応させて、化合物（３）を得る。次いで、Ｐｄ／Ｃ等の触媒存在下で水素還元させ、式（９）で表される化合物（以下化合物（９）という）を得る。
【００４５】
【化１５】
2004203844.tif 000011
【００４６】
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
得られた化合物（９）を、例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸等を酸化剤として用い、バイヤービリガー（Baeyer-Villiger）酸化させて、化合物（６）を得る。
【００４７】
このようにして得られた化合物（６）は、脱水反応において均一系の酸触媒を用いた場合に比べ、収率がよく、不純物が少ないので、化合物（６）を高純度で得るための精留負荷が低減でき、香料素材として優れたものである。
【００４８】
【実施例】
以下の例において、生成物の定量はガスクロマトグラフィーによる内部標準法（内標は、カルビトール又はウンデカン）によって行った。
【００４９】
製造例１
滴下槽を備えた６ｍ3の反応槽に、シクロペンタノン２２４１ｋｇ（２６．６ｋｍｏｌ）、水１００７ｋｇ、４８％ＮａＯＨ１１ｋｇを仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド９８５ｋｇ（１１．４ｋｍｏｌ）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で１時間撹拌した。反応終了後、中和し、過剰のシクロペンタノンを蒸留回収した後、有機層を分析した結果、反応終了品１８６８ｋｇ中には、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノンが１７０６ｋｇ含まれていた。
【００５０】
実施例１
脱水管を備えた３００ｍｌの４つ口フラスコに、製造例１と同様に製造した反応終了品を精留して得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノン１７０ｇ（０．９９ｍｏｌ）、ＴｉＯ2（球状成型品、直径１．５ｍｍ）８．５ｇを加え、１００℃、５３ｋＰａになるように加熱し混合した。反応６時間後には、留分が１６．７ｇ得られ、反応終了物を分析すると、２−ペンチリデンシクロペンタノンが１４１ｇ含まれていることがわかった。収率は９３％であった。
【００５１】
実施例２
実施例１と同様の装置に、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノン１７０ｇ（０．９９ｍｏｌ）、ＡｌＰＯ4（ヌードル状成型品、直径０．８ｍｍ、長さ＜５ｍｍ）８．５ｇを加え、１２０℃、１０１ｋＰａになるように加熱し混合した。反応５時間後には、留分が１６．７ｇ得られ、反応終了物を分析すると、２−ペンチリデンシクロペンタノンが１４１ｇ含まれていることがわかった。収率は９３％であった。
【００５２】
実施例３
固体酸触媒としてＮａｆｉｏｎ  ＮＲ−５０（デュポン（株）、ヌードル状成型品）１．７ｇを用いる以外は実施例２と同様にして、反応を行った結果、２−ペンチリデンシクロペンタノンが１２１ｇ得られた。収率は８０％であった。
【００５３】
実施例４
固体酸触媒としてＤＩＡＩＯＮ  ＲＣＰ１６０Ｍ（三菱化学（株）、球状成型品、直径約１ｍｍ）８．５ｇを用い、圧力２６．７ｋＰａ、温度１００℃とする以外は実施例２と同様にして、反応を行った結果、２−ペンチリデンシクロペンタノンが９４ｇ得られた。収率は６２％であった。
【００５４】
実施例５
実施例１と同様にして得られた反応終了物中の固体酸触媒を濾過し、１５３ｇの濾過終了物を得た。この中に含まれる２−ペンチリデンシクロペンタノンは１４１ｇ（０．９３ｍｏｌ）であった。この濾過終了物をｎ−ブタノール１５３ｇに溶かし、１３０℃に昇温した後、同温度で３−ピコリン１４．５ｇ（０．１５ｍｏｌ）と３５％塩酸１０．５ｇ（０．１ｍｏｌ）の混合液を３０分で滴下した。滴下終了後、同温度で３．５時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、有機層を分析した結果、反応終了品中には、２−ペンチル−２−シクロペンテノンが１１８ｇ含まれていることがわかった。この異性化反応の収率は８３％であった。
【００５５】
この反応終了品を精留し、２−ペンチル−２−シクロペンテノンを９５ｇ（０．６ｍｏｌ）得た。さらに、窒素雰囲気下にてマロン酸ジメチル１１８ｇ（０．９ｍｏｌ）を無水メタノール３８ｇに溶解し、０℃に冷却して、ナトリウムメトキシド（３０％メタノール溶液）６．５ｇ（０．０３６ｍｏｌ）を添加したものに、上記で得られた２−ペンチル−２−シクロペンテノン９５ｇ（０．６ｍｏｌ）を０℃で、２時間かけて滴下した。滴下終了後、未反応のマロン酸ジメチルを減圧留去し、１６０ｇのマイケル付加物を得た。
【００５６】
蒸留留出管をつけた反応装置に、上記で得られたマイケル付加物を加え、２１５℃に加熱し、水を３．２ｇ／ｈ（２％／ｈ）の速度で滴下した。発生する二酸化炭素とメタノールを留出させながら、２１５℃で、４時間滴下反応を行った。反応終了後、粗生成物１２６ｇ中に、３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチル１２３ｇを得た。
【００５７】
粗生成物を精留して得られた３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチルは、フルーティでジャスミン様の香気を有しており、香料素材としても優れたものであった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、脱水反応触媒として均一系触媒を用いる場合のように反応後に中和／分層等の工程がなく、設備の腐食の可能性もなく、高収率かつ高生産性で２−（アルキリデン）シクロアルカノンを製造することができる。更に、得られた２−（アルキリデン）シクロアルカノンを用い、香料素材や生理活性物質として有用なアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び５−アルキル−５−アルカノリドを高収率、高純度で製造することができる。