(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３，３−ジメチルブチルアルデヒドの調製方法であって、当該３，３−ジメチルブチルアルデヒドの生成に有効な温度および圧力においてシリカゲルの存在下で気化させた３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを異性化する段階を含む方法。
【請求項２】
前記シリカゲルがグレード６０シリカゲルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリカゲルが７０〜２３０の範囲のメッシュサイズを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記異性化段階が２００℃〜４００℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記異性化段階が５００ｐｓｉ〜８５０ｐｓｉの圧力下で行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記異性化段階が２〜７２時間かけて行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
３，３−ジメチルブチルアルデヒドの調製方法であって、
（ａ）ジメチルブテンを酸化して３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを生成する段階と、
（ｂ）当該３，３−ジメチルブチルアルデヒドを生成するために効果的な温度および圧力においてシリカゲルの存在下で、前記３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを気化させて異性化する段階、
とを含む方法。
【請求項８】
前記酸化段階が酸素、過酸化物、ジメチルジオキシラン、ＮａＯＣｌまたは過酸の存在下で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記異性化段階が２００℃〜４００℃の温度で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記異性化段階が５００ｐｓｉ〜８５０ｐｓｉの圧力下で行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記異性化段階が２〜７２時間かけて行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化段階が−５℃〜０℃の温度で始められ、２２℃〜２５℃の範囲の温度で行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化段階が２４時間かけて行われる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、シリカゲルの存在下で気化させた１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタンの位置選択的異性化による高度に経済的な方法での３，３−ジメチルブチルアルデヒドの調製方法に関する。また本発明は、３，３−ジメチルブテンをジメチルジオキシランで酸化することによる１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタンの調製方法にも関する。
【０００２】
（背景技術）
エポキシドのカルボニル化合物への転位は以前から知られている。例えば、Ｓｍｉｔｈ，Ｊ．Ｇ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，６２９（１９８４）、を参照にされたい。例えば、ジメチルエーテル中での過塩素酸リチウム（ＬＰＤＥ）を使用した位置特異的な方法により、エポキシドのアルデヒドへの転化が行われてきた。Ｓｕｄｈａ，Ｒ．ら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．６１，１８７７（１９９６）。しかし、この引用文献は、１，２−エポキシヘキサンなどの非環式末端オレフィンエポキシドはＬＰＤＥ媒体中で反応しなかったことを開示している。
【０００３】
さらに別の例は、Ｌｅｍｉｎｉ，Ｃ．ら、Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．２５，２６９５（１９９５）であり、これは非常に温和な条件でシリカゲルを溶液状試薬として用いたアリール一置換オキシランおよび２−アリール、２−メチル二置換オキシランのアルデヒドへの転位について報告している。米国特許第２，６６０，６０９号は、流動形態のシリカゲルまたはフラー土を用いた気相中でのエチレンオキシド、１，２−プロピレンオキシド、または１，２−ブチレンオキシドなどのアルキレンオキシド類のアルデヒドへの異性化に関するものである。しかし、これらの引用文献は、シリカゲルを用いた３，３−ジメチルブチルアルデヒドの位置特異的異性化については開示も示唆もしていない。
【０００４】
さらに、後者の引用文献は、シリカを用いた１，２−エポキシアルカン類の異性化でアルデヒド類とともにケトン類およびアルコール類が生成することも記載している。試薬、反応条件、および置換基次第で、転位によって異なる生成物（アルデヒド類、ケトン類、またはアルコール類）が得られる（エポキシド類のアルデヒド類への異性化の概要：Ｊ．Ｇ．，Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  １９８４，６３７；Ｒｉｃｋｂｏｒｎ，Ｂ．による、Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｂ．Ｍ．Ｔｒｏｓｔ、Ｉ．ＦｌｅｍｉｎｇおよびＧ．Ｐａｔｔｅｎｄｅｎ編著，Ｐｅｒｇａｍｏｎ，Ｏｘｆｏｒｄ，１９９１，第３巻，７３３〜７７５ページ）。従って、ｔ−ブチル基の挙動は、直鎖アルカン類または他の分岐鎖アルカン類の挙動からは予測できない。例えば、１，２−エポキシアルカン類（Ｈｏｕｓｅ，Ｈ．，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５５，７７，５０８３；Ｒがアルキル基の場合）の三フッ化ホウ素エーテラートを用いた転位はアルデヒドのみが得られケトンは得られないが、Ｒがｔ−ブチル基の場合は生成物の混合物または出発物質が回収される（未発表の結果）。ＬｉＢｒ−塩基性アルミナを使用するとケトンのピナコロンのみが生成する（未発表の結果）。ＬｉＢｒ−ＨＭＰＡを用いた１，２−エポキシアルカン類の転位におけるアルキル基の影響も、ＲｉｃｋｂｏｒｎおよびＧｅｒｋｉｎ（Ｒｉｃｋｂｏｒｎ，Ｂ．およびＧｅｒｋｉｎ，Ｒ．Ｍ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９７１，９３，１６９３）により確認されている。このように、ｎ−アルキルまたはある種の分岐鎖アルキル基に有効な条件が、ｔ−ブチル基に有効であるとは必ずしも言えない。
【０００５】
３，３−ジメチルブチルアルデヒドは、米国特許第５，４８０，６６８号および米国特許第５，５１０，５０８号に開示される甘味料のＮ−［Ｎ−（３，３−ジメチルブチル）−Ｌ−α−アスパルチル］−Ｌ−フェニルアラニンの調製に有用な中間体である。従って、経済的で特異的なこの中間体の調製方法が強く望まれている。
【０００６】
（発明の開示）
本発明は、気化させた３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンをシリカゲルの存在下で異性化する段階を含む３，３−ジメチルブチルアルデヒドの調製方法に関する。また本発明は、異性化の段階の前に３，３−ジメチルブテンを酸化して３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを生成する段階をさらに含む上記方法にも関する。本発明のさらに別の実施形態は、ジメチルジオキシランを用いて３，３−ジメチルブテンを処理することによって３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを調製する方法に関する。
【０００７】
本発明の方法により再現性があり高度に経済的な方法で３，３−ジメチルブチルアルデヒドを調製することができ、そのためアスパルテームから誘導される甘味料の調製にアルデヒドを使用することが工業的に実用可能となる。
【０００８】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の方法は、シリカゲルを使用して気化させた３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを位置特異的に異性化して３，３−ジメチルブチルアルデヒドを生成する手段を提供する。
【０００９】
シリカゲルの例としては、アルドリッチ・ケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）より入手可能な、Ｍｅｒｃｋシリカゲル、グレード（ｇｒａｄｅ）６０、グレード７７５４、グレード１０１８０、およびグレード１０１８４が挙げられる。通常、これらのシリカゲルは約７０〜約２３０のメッシュサイズを有する。
【００１０】
３，３−ジメチルブチルアルデヒドの調製には、３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンとシリカゲルをある時間混合して、十分な圧力および温度において気相中で３，３−ジメチルブチルアルデヒドを生成することが含まれる。一般に、反応温度は約２００℃〜約４００℃の間であり、反応圧は、反応器のヘッドスペースにより変化するが、通常加圧され、例えば約５００〜８５０ｐｓｉ、好ましくは約６５０〜７５０ｐｓｉである。反応時間は、通常は約２〜約７２時間の間である。
【００１１】
通常、反応は１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタンとシリカゲルを反応器中で混合することで行われる。有用な反応器は、通常の当業者には公知であり、生成物の必要性に応じて大きさを変更することができる。一般に、シリカゲルの３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンに対する重量比は、約１０：１〜約１：１の範囲内、好ましくは約５：１〜約３：１の範囲内である。通常、反応混合物には、アルゴンなどの不活性ガスが流され、続いて所望の温度および圧力まで加熱および撹拌を行い１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタンを気化させる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、本発明の方法は、異性化段階の前にジメチルブテンを酸化することによって３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを調製する段階を含む。この２段階合成を、以下に図示する。
【００１３】
【化１】
0004234903.tif 000002
酸化段階は、通常は３，３−ジメチルブテンを酸化剤にさらすことで行われる。好ましい酸化剤としては、ジメチルジオキシラン、酸素、過酸化物、ＮａＯＣｌ、および過酸が挙げられる。過酸の例としては、制限するものではないが、過安息香酸、メタクロロ安息香酸、モノペルオキシフタル酸、トリフルオロ過酢酸、モノペルオキシフタル酸マグネシウム、過酢酸が挙げられる。他の酸化試薬としては、例えば、過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、および過酸化ジベンゾイルなどの過酸化物が挙げられる。特に好ましい酸化剤はジメチルジオキシランである。
【００１４】
一般に酸化剤は、ジメチルブテンのモル重量に対して約１．０〜約１．０５％の間の量が加えられる。通常、酸化段階は約−５℃〜約０℃の間の温度で大気圧において開始し、約２２〜２５℃で約２４時間の反応時間で行われる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態は、ジメチルジオキシランを用いた３，３−ジメチルブテンの酸化を経て３，３−ジメチル−１，２−エポキシブタンを生成する方法を含む。好ましくは、ジメチルジオキシランを用いた３，３−ジメチルブテンの酸化は、アセトンとオキソン（Ｏｘｏｎｅ）（ペルオキシモノ硫酸カリウム、Ｅ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ、より入手可能）の反応によりその場でジメチルジオキシランを生成して行うことができる。このような場合、一般にオキソンとアセトンは、約１：５〜約１：９のモル比で混ぜられ３，３−ジメチルブテンと混合される。
【００１６】
以下の実施例は、本発明のある好ましい実施形態を説明することを意図しており、本発明の限定を意味するものではない。
【００１７】
実施例１
１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタンの合成
【００１８】
【化２】
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モノ過硫酸カリウム（オキソン、４．０８ｇ、１６．１ｍｍｏｌ）とＥＤＴＡ（約２００ｍｇ）を蒸留水（１００ｍｌ）に溶解した溶液を、０．６０ＭのＫＨ２ＰＯ４／Ｎａ２ＨＰＯ４緩衝溶液（２００ｍｌ、ｐＨ７．５）と、ＣＨ２Ｃｌ２（３００ｍｌ）と、アセトン（８．３ｍｌ，０．１１３ｍｏｌ）と、相間移動触媒として使用した１８−クラウン−６（１，４，７，１０，１３，１６−ヘキサオキサシクロオクタデカン）（２．５ｇ、９．４６ｍｍｏｌ）と、３，３−ジメチルブテン（１．２９ｍｌ、０．８４ｇ、１０ｍｍｏｌ）との２相系に加えた。加える前には、全溶液を０℃に維持し、得られた混合物は０℃で１時間撹拌した後、室温まで温め、さらに２２時間撹拌した。この後で、反応混合物を分液漏斗に移し、有機層を分離させた。水相をＣＨ２Ｃｌ２（各１５０ｍｌ）で３回抽出した。ＣＨ２Ｃｌ２溶液を合わせたものを、ＭｇＳＯ４を用いて乾燥し、ろ過し、蒸留によって少量（５０〜６５ｍｌ）になるまで濃縮し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）で分析と定量を行った。収率７５〜７７．１％（７５１．５〜７７２．７ｍｇ、７．５０〜７．７１ｍｍｏｌ）。１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：０．８６（９Ｈ  ｔ−Ｂｕ）、２．５５（２Ｈ，ＣＨ２）、２．６６（１Ｈ，ＣＨ）；１３Ｃ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：２４．７、２９．７、４３．２、５９．２。
【００１９】
実施例２
シリカゲルを触媒として使用するエポキシドの転位。
【００２０】
【化３】
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冷却したパー反応器（Ｐａｒｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）に１，２−エポキシ−３，３−ジメチルブタン（１０ｇ；９９．８ｍｍｏｌ）を投入した。この反応器をドライアイス浴上に置いて、シリカゲル４０ｇをゆっくりと加えた。反応器を閉じて、アルゴンを流して５０ｐｓｉにする操作を２回行った。次に注意深く撹拌と加熱を行った。温度が上昇するにつれて、反応器内の圧力も上昇した。最大圧力は７３５ｐｓｉになると計算され、最適温度は２００〜４００℃の間となった。３００〜３１０℃の温度で、圧力は７００〜７１０ｐｓｉに達し、反応器をこの反応条件で残りの反応時間の間維持した。１日間および３日間の異なる反応時間で実験を行った。転化率はＧＣで分析した。分析を行うときは、所望の時間において撹拌を停止して、圧力が１０〜５０ｐｓｉになるまで反応器をドライアイス上に置いた。ガスバルブを開けて常圧に戻した（この気体中からは３，３−ジメチルブチルアルデヒドは検出されなかった）。一部のシリカを取り出して、メタノール中に懸濁し、そのメタノール抽出液をＧＣで分析した。１日後、この条件では７１％の転化率が得られた。反応時間を１日間の代わりに３日間まで延長すると、転位の転化率は平均９４％（８４．４％、９１．５％、１００％、１００％）まで上昇した。
【００２１】
【化４】
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３，３−ジメチルブチルアルデヒドの生成は、これを２，４−ジニトロ−フェニルヒドラジン誘導体に転化することでさらに確認した。融点および核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光分析結果は、文献（Ｐｕｔｅｒｂａｕｇｈ，Ｗ．Ｈ．およびＮｅｗｍａｎ，Ｍ．Ｓ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．７９，３４６９（１９５７））に記載の結果と適合した。
【００２２】
本発明の他の変形または修正は、当業者であれば明らかであろう。本発明は特許請求の範囲の記載内容以外に限定されるべきものではない。