(57)【要約】【課題】  機能性材料、医薬又は農薬の中間体などの原料として有用な、ラクトン環のうち、環内エステル基の酸素原子と結合する炭素原子（例えば、ジヒドロフラン−２−オンの５位の炭素原子など）が無置換であるラクトンを簡易に、効率的かつ経済的に製造する方法を提供すること。【解決手段】  テトロン酸を還元することによりβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を製造する。還元剤としては水素を好ましく使用でき、さらに固体触媒などの還元触媒の存在下、反応を行うのが好ましい。【化４】2009256316.tif 000007【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）で表されるテトロン酸
【化１】
2009256316.tif 000005
を、還元することにより下記式（２）
【化２】
2009256316.tif 000006
で表されるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを得る、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項２】
還元剤として水素を用いる請求項１記載のβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項３】
触媒の存在下に還元を行う請求項１又は２記載のβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項４】
触媒が固体触媒である請求項３記載のβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性材料、医薬又は農薬の中間体などの原料として有用なβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロキシラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンなど）を製造する方法として、種々の方法が知られている。例えば、米国特許４９６８８１７号（特許文献１）には、貴金属触媒存在下、グリシドールと一酸化炭素とを反応させることにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が開示されている。しかし、この方法では、高圧（約３ＭＰａ以上）下、毒性ガスである一酸化炭素を用いて反応させる必要があり、工業的に不利である。
【０００３】
また、（アンゲバンテ・ヘミー・インターナショナルエディション・イングリッシュ（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，Ｅｎｇ．）、５巻、９９４頁（１９６６年）（非特許文献１）には、過酸化水素及びギ酸の共存系により３−ブテン酸を処理し、更に塩酸を作用させることにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が開示され、ＷＯ９８／０４５４３号公報（特許文献２）には、ラクトースなどの炭水化物を塩基性条件下、過酸化水素水で処理し、その後酸処理することにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法、及び前記酸処理により得られる３，４−ジヒドロキシブタン酸をアセトンによりアセトニドに返還し、このケタールを塩酸で処理することにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が開示されている。
【０００４】
ＥＰ７６１６６３号公報（特許文献３）には、４−クロロ−３−ヒドロキシブタン酸エチルを塩酸で処理し、水酸化ナトリウムで中和することにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が開示され、ＷＯ９９／３３８１７号公報（特許文献４）には、グリシドールをシアノ化し、加水分解後ラクトン化することにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの方法は、いずれも溶媒として水を用いるため、その留去に時間や熱エネルギーを必要とし、工業的に不利である。また、使用した酸又は塩基は中和して塩にする必要がある。さらに、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを有機溶剤で抽出することも考えられるが、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンは水溶性が高いため、抽出効率が悪い。従って前記非特許文献１及び特許文献１〜３の方法では、目的化合物を効率よく製造できない。さらに、前記非特許文献１及び特許文献１の方法では、過酸化物を、特許文献３の方法ではシアノ化合物を用いており、その取扱に注意が必要である。
【０００６】
シンレット（Ｓｙｎｌｅｔｔ）、７１頁（１９９７年）（非特許文献２）には、カルニチンを熱処理することにより、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が記載されている。しかし、この方法では、ジメチルスルホキシドのような高沸点の溶媒を用いる必要があり、生成物の単離が困難である。
【０００７】
特開２００１−３０２６５３号公報（特許文献４）には、エポキシカルボン酸又はその誘導体から、４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が記載されている。該方法では、効率よく目的とするラクトンを合成することができるものの、出発原料である３，４−エポキシブタン酸エステルは工業的生産が確立されておらず、より工業的に入手が容易な原料を使用しての４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの製造方法の確立が望まれる。
【０００８】
テトラへドロンレターズ、３０巻、２５１３頁（１９８９年）（非特許文献３）には、４，４−ジメチル−３，４−エポキシペンタン酸エステルを塩酸で処理することにより、４−ヒドロキシ−５−エチルジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が記載されている。しかし、この方法において４位が無置換の３，４−エポキシペンタン酸エステルを原料として用いると、３−ヒドロキシ−４−クロロペンタン酸エステルが生成し、ラクトンが得られない。
【０００９】
なお、テトラヘドロン、４７巻、７１７１頁（１９９１年）（非特許文献４）には、４−エチル−３，４−エポキシペンタン酸エステルを３％硫酸水溶液で処理することにより、４−ヒドロキシ−５−エチルジヒドロフラン−２−オンを製造する方法が記載されている。しかし、この方法では、原料であるエポキシペンタン酸エステルのエポキシ基がエチル基で置換されているため、５位に置換基を有しない４−アシロキシージヒドロフラン−２−オンが得られない。また３％硫酸水を用いるため、目的物を水層から抽出する必要があるものの、目的物は水溶性が高いため、抽出が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許４９６８８１７号
【特許文献２】ＷＯ９８／０４５４３号公報
【特許文献３】ＥＰ７６１６６３号公報
【特許文献４】ＷＯ９９／３３８１７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】アンゲバンテ・ヘミー・インターナショナルエディション・イングリッシュ（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，Ｅｎｇ．）、５巻、９９４頁（１９６６年）
【非特許文献２】シンレット（Ｓｙｎｌｅｔｔ）、７１頁（１９９７年）
【非特許文献３】テトラへドロンレターズ、３０巻、２５１３頁（１９８９年）
【非特許文献４】テトラヘドロン、４７巻、７１７１頁（１９９１年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類のうち、環内エステル基の酸素原子と結合する炭素原子（例えば、ジヒドロフラン−２−オンの５位の炭素原子など）が無置換であるラクトンを製造する方法を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、テトロン酸から、効率よくラクトンを製造できる方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、生成物から効率よく分離できる還元剤を用いるラクトンの製造方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、触媒を用いても、触媒を効率よく分離できるラクトンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、テトロン酸の還元によりβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を製造できることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
すなわち本発明は、下記式（１）で表されるテトロン酸
【化１】
2009256316.tif 000002
を還元することにより下記式（２）
【化２】
2009256316.tif 000003
で表されるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を得る、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）の製造方法を提供する。
【００１７】
還元剤としては、水素を好ましく使用できる。
【００１８】
還元は、触媒の存在下に行うことが好ましく、触媒としては固体触媒を好ましく使用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、工業的に製造販売されており、入手が容易なテトロン酸を原料として、利用価値の高い、ラクトン環の環内エステル基の酸素原子と結合する炭素原子が無置換であるラクトンであるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を容易に製造できる。また、水素を還元剤として用いた場合は、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を容易に単離することができる。特に固体触媒の存在下で反応させると、触媒の除去が容易であり、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を効率よく単離することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［テトロン酸］
本発明によれば、テトロン酸を還元することにより、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン（４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン）を製造することができる。ここで、テトロン酸は通常、下記式（１−１）に示すように、ケト型（１ａ）とエノール型（１ｂ）の互変異性体として存在するが、本明細書中でテトロン酸は、（１ａ）で示すケト型、（１ｂ）で示すエノール型、両者の混合物のいずれであってもよい。
【化３】
2009256316.tif 000004
【００２１】
［還元剤］
還元に際しては、通常用いられる公知の還元剤をいずれも使用することができ、特に限定されない。例えば、水素（Ｈ2）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）などが例示できる。これらの中で、水素を最も好ましく使用することができる。還元剤として水素を用いることにより、反応終了後、過剰の還元剤及び還元剤の酸化体と、目的生成物であるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを容易に分離することができる。
【００２２】
還元剤の使用量は、通常使用される範囲から選択することができ特に制限されない。還元剤として水素を使用する場合であれば、水素雰囲気下あるいは、水素と、例えばヘリウムや窒素などの反応に不活性な気体との混合ガスの雰囲気下に反応を行えばよい。
【００２３】
［触媒］
触媒の存在下にテトロン酸の還元を行うことで、さらに効率よくβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを製造することができる。
【００２４】
触媒としては、テトロン酸の還元を促進する種々の触媒をいずれも使用でき、特に制限されない。例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ等の貴金属又はこれらの貴金属元素を含有する化合物などの貴金属系触媒；Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属又はこれらの金属化合物を含有する卑金属系触媒が挙げられる。これらの触媒は、単独で又は二種以上混合して使用できる。これらの中で、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ又はこれらの金属を含有する触媒が好ましい。なお、上記金属化合物には、酸化物や、各種錯体などが含まれる。
【００２５】
還元は、均一系で行ってもよく、固体触媒を使用して不均一系で行ってもよい。前記固体触媒には、貴金属系触媒を、例えば、シリカゲル、アルミナ、活性炭などの適宜な担持体に担持した貴金属系固体触媒；例えば、スポンジニッケルなどの、卑金属触媒の形状等に改良を加えることにより還元活性を高めたもの、Ｎｉなどの卑金属を適宜な担持体に担持した卑金属系固体触媒が含まれる。
【００２６】
触媒は、反応後に触媒をろ過等により反応液から簡単に除去でき、作業効率を向上できるため、固体触媒を用いるのが好ましい。
【００２７】
触媒の使用量は、テトロン酸１重量部に対して、例えば０．０００００１〜１００重量部程度、好ましくは０．０００１〜１０重量部程度、更に好ましくは０．００５〜０．５重量部（特に０．００１〜０．５重量部程）である。なお、上記触媒の使用量は、触媒として担持型触媒を使用する場合は、担持型触媒の重量から担持体の重量を除いた重量である。
【００２８】
反応温度は、ラクトンの生成速度、原料テトロン酸や生成物（β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン）の安定性などに応じて適宜選択できる。例えば、−３０〜１５０℃、好ましくは−１０〜１００℃、特に好ましくは１５〜４０℃の範囲から選択できる。
【００２９】
反応は、常圧下、又は加圧下（例えば、０．１〜５０ＭＰａ程度、好ましくは、０．１〜１０ＭＰａ程度）で行うことが多い。また、操作上の理由により減圧下で反応してもよい。
【００３０】
反応は、溶媒の存在下又は非存在下で行うことができるが、通常溶媒の存在下で行う。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２−ジメトキシエタンなどのエーテル系溶媒；、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類；例えば、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒；スルホランなどのスルホラン類；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒；γ−ブチロラクトンなどのラクトン類；ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒；メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓ−ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール系溶媒；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、石油エーテルなどの飽和または不飽和炭化水素系溶媒；塩化メチレン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ブロモベンゼンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒；ポリエチレングリコール、シリコーンオイルなどの高沸点溶媒を使用できる。これらの中で、酢酸エステルなどのエステル系溶媒を特に好ましく使用できる。溶媒は単独でまたは２種以上混合して使用することができる。
【００３１】
溶媒の使用量は、反応成分を溶解または分散可能であり、かつ経済性などを損なわない程度の量であれば特に制限されない。例えば、反応系に供給するテトロン酸１００重量部に対して、１〜１０００００重量部、好ましくは１〜１００００重量部程度の範囲から選択することができる。
【００３２】
反応は、バッチ式、セミバッチ式、及び連続式のいずれの方法で行ってもよい。生成したβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンは、必要に応じて慣用の分離精製手段（中和、抽出、蒸留、精留、分子蒸留、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーをもちいた分離など）により精製してもよい。
【００３３】
このようにして得られたβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンは、機能性材料、又は医薬若しくは農薬などの製造中間体として使用できる。特に、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類のうち、環内エステル基の酸素原子と結合する炭素原子（ジヒドロフラン−２−オンの５位の炭素原子など）が無置換であるため、高機能性材料（側鎖を有しない線状高分子など）の原料として有用である。
【実施例】
【００３４】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
なお、実施例で得られた化合物のＮＭＲスペクトルは、５００ＭＨｚ、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定装置（ブルッカー（Ｂｒｕｋｅｒ）社製「ＡＶＡＮＣＥ５００」）を使用し、内部標準としてテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いて測定した。
【００３５】
（実施例１）（ロジウムアルミナ触媒によるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造）
容量５０ｍｌの２口フラスコにロジウムアルミナ触媒（エヌイーケムキャット製；商品名「５％Ｒｈアルミナ」）０．０５ｇ、酢酸エチル（和光純薬製）９．０６ｇ、テトロン酸（東京化成製）１ｇを入れ、窒素置換後、水素風船を装着して系を水素雰囲気にした。室温で７．５時間撹拌した後、反応を停止し、反応混合液をろ過した。得られたろ液を減圧下、４０℃で濃縮して、粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン（式（２）で表される化合物）０．８３ｇを液体として得た。
上記粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの1Ｈ−ＮＭＲ分析を行ったところ、以下に示す結果が得られた。
４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの収率は７２モル％であり、主な副生成物はジヒドロフラン−２−オン（収率１２モル％）であった。
４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（ＣＤＣｌ3）：δ  ２．５３（ｔｄ，Ｊ＝１．０，１７．９Ｈｚ，１Ｈ），２．７６（ｄｄ，Ｊ＝１７．９，６．１Ｈｚ，１Ｈ），４．３０（ｄ，Ｊ＝１０．３Ｈｚ，１Ｈ），４．４２（ｄｄ，Ｊ＝１０．３，４．５Ｈｚ，１Ｈ），４．６−４．７（ｍ，１Ｈ）．
【００３６】
（実施例２）（パラジウムカーボン触媒によるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造）
ロジウムアルミナ触媒に代えて、１０％パラジウムカーボン触媒（エヌイーケムキャット製；商品名「ＰＥ、５０％含水品」）０．１０５ｇを使用した以外は、実施例１と同様の操作を行い、粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン（式（２）で表される化合物）を、テトロン酸との混合物として得た。
４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの収率は２．１モル％であった。
【００３７】
（実施例３）（ニッケル触媒によるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造）
ロジウムアルミナ触媒に代えて、スポンジニッケル触媒（川研ファインケミカル製；商品名「ＮＤＨＴ９０−Ｍ］）０．１２ｇを使用した以外は、実施例１と同様の操作を行い、粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン（式（２）で表される化合物）を、テトロン酸との混合物として得た。
４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オンの収率は０．４０モル％であった。
【００３８】
（実施例４）（ニッケル触媒によるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造）
容量１００ｍｌの三角フラスコに、水２０ｍｌ、水酸化ナトリウム４．５ｇを加え、そこに、Ｎｉ／Ａｌ合金（川研ファインケミカル製；ＮＤ型）１．００ｇを加えて、１００℃の湯浴で４５分間展開させた。その後、水で５回、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で１回洗浄した。
このようにして調製したニッケル触媒にＴＨＦを加え、合計１．２ｇのスラリーとし、さらにテトロン酸１００ｍｇ、ＴＨＦ２．０ｍｌを加えて、５ＭＰａの水素下、８０℃で５時間反応させた。その後、系を室温、常圧に戻し、濾過、濃縮して、粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン（式（２）で表される化合物）を得た。テトロン酸の転化率は９０％であり、反応の選択率は９０％であった。
【００３９】
（実施例５）（パラジウムカーボン触媒によるβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造）
テトロン酸５０ｍｇ、パラジウムカーボン触媒（エヌイーケムキャット製）５０ｍｇ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２．０ｍｌを、５ＭＰａの水素下、５０℃で５時間反応させた。その後、系を室温、常圧に戻し、濾過、濃縮して、粗４−ヒドロキシ−ジヒドロフラン−２−オン（式（２）で表される化合物）を得た。テトロン酸の転化率は５０％であり、反応の選択率は９０％であった。