ラクトン類の製造方法
【課題】香料、或いは中間体として有用な二環系のラクトン類を選択的に製造する方法の提供。
【解決手段】下記一般式（１）
（式中、環Ａは１個又は２個の不飽和結合を有するシクロアルケン環、Ｒ１およびＲ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。）で表されるラクトン類を得る方法。
【解決手段】下記一般式（１）
（式中、環Ａは１個又は２個の不飽和結合を有するシクロアルケン環、Ｒ１およびＲ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。）で表されるラクトン類を得る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二環系のラクトン類の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環状のエステルであるラクトンは、果実用香気誘導体物質として知られている。従来のラクトンの製造方法としては、例えばヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応（例えば、非特許文献１参照。）、或いは過酸による環状ケトンの環拡大によるＢａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法（例えば、非特許文献２参照。）が知られている。また、下記特許文献１には、水素化触媒の存在下に、ケトンエステルを水素と気相反応させる方法、或いは下記特許文献２には不飽和カルボン酸を水素還元するか或いはエステル化後水素還元したのちアルカリ加水分解して、相当する飽和脂肪族オキシカルボン酸塩を得た後、該塩を酸性条件下で還元する方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、前記ヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応は、平衡反応であり加水分解により容易にヒドロキシカルボン酸に戻ってしまい収率が問題になる。また、前記Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法は、過酸の取り扱いが問題となり工業的に有利でない。また、前記特許文献１及び特許文献２の方法によれば、環境負荷が大きい。
【０００４】
また、ラクトン類のうち、二環系のラクトン類（「ビシクロラクトン類」とも言う。）は、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として有用であることが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、ワインラクトンは、飲食品の香料として使用することが提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００５】
本発明者らは、先に下記一般式（Ａ）で表されるラクトン類の環境負荷の少ない製造方法として、下記一般式（Ｂ）で表されるものを反応基質として用いて、該反応基質とアルミノシリケートを接触させる方法を提案した（下記特許文献５参照）。
【化１】
（式中、Ｘは、ＣＯＯＨ基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平１−４８９０７号公報。
【特許文献２】特開昭４９−３６６７８号公報。
【特許文献３】特表２００２−５０９１４５号公報。
【特許文献４】特開２００４−２６９４６３号公報。
【特許文献５】特開２０１０−２０２６３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｆｏｏｄｓ Ｆｏｏｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ Ｊ．ＪＰｎ．, Ｎｏ．１９５, ２００１, ４４−６０。
【非特許文献２】「第５版実験化学講座 １６」、 発行所 丸善、発行日 平成１７年３月３１日、７０頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、アルミノシリケートを触媒として用いる環境負荷の少ない環境調和型の有機合成反応を種々提案している。本発明者らは、更にアルミノシリケートを触媒とする環境負荷の少ない有機合成反応の検討を行う中で、特定のシクロアルケン環を有する化合物をアルミノシリケートと接触させると、二環系のラクトン類が選択的に生成されることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
即ち、本発明は環境負荷が小さく、工業的に有利な方法で香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な二環系のラクトン類を選択的に生成させる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記一般式（１）
【化２】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化３】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることにより、前記目的を達成したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて接触させることにより、香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な二環系のラクトン類を選択的に生成させることができることから、二環系のラクトン類の製造方法として工業的に有利な方法であり、しかも環境負荷も小さい。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、下記一般式（１）
【化４】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化５】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることを特徴とする。
【００１３】
反応基質となる前記一般式（１）のシクロアルケン誘導体の式中のＲ１及びＲ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。前記アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙がられる。
なお、Ｒ１及びＲ２は同一の基でも、異なる基であってもよい。
【００１４】
前記一般式（１）の式中の環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。
環Ａとしては、好ましくは炭素数５〜８、好ましくは炭素数５〜６のシクロアルケン環が好ましい。該シクロアルケン環としては、例えば、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、１,３−シクロヘキサジエン環、１,４−シクロヘキサジエン環、シクロヘプテン環、１,５−シクロオクタジエン環等が挙げられ、これらのうち、１,３−シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環又はシクロペンテン環が特に好ましい。
【００１５】
本発明で製造されるラクトン類は、前記一般式（２）で表される。式（２）中のＲ１及びＲ２は式（１）中のＲ１及びＲ２にそれぞれ相当する。式中の環Ｂは環Ａの反応残基であり、本発明の反応では、環Ａのシクロアルケン環の１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合も反応するので、得られるラクトン類は環Ａより−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合が１個少ない環を形成する。即ち、環Ａとして２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を含むシクロアルケン誘導体を反応基質として用いた場合は、生成されるラクトン類の環Ｂは反応残基として１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環になる。一方、環Ａとして１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を含むシクロアルケン誘導体を反応基質として用いた場合は、生成されるラクトン類の環Ｂは反応残基としてシクロアルキル環になる。
【００１６】
本製造方法は、例えば、下記反応基質（１ａ）〜（１ｃ）から対応するラクトン類（２ａ）〜（２ｃ）を得るのに好適に用いることができる。
【化６】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）
【００１７】
本製造方法で、環化反応の触媒として使用するアルミノシリケートは、合成品に限らず天然品であっても差し支えないが、品質上の面からＡ型、Ｐ型、Ｘ型、Ｙ型或いはＵＳＹ型（Utra Stable Y型）の結晶系の合成ゼオライト、その他ソーダライト、アナルサイム、モルデナイト、ハイシリカゼオライト等の合成品が好適に用いられる。これらは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属で一部置換したものであってもよい。かかるアルミノシリケートは結晶質であっても非晶質であってもよい。
【００１８】
また、本製造方法に係るアルミノシリケートは、酸性アルミノシリケートを使用することが好ましく、特にＹ型結晶系の合成ゼオライト（以下、酸性ゼオライト（ＨＹ）と略記することがある）又はハイシリカゼオライトが好ましい。
【００１９】
アルミノシリケートの添加量は、特に制限されないが、反応基質となるシクロアルケン誘導体１質量部に対して、１０００質量部以下、好ましくは５００質量部以下、特に１０〜５００質量とすることが好ましい。
【００２０】
また、該アルミノシリケートは、反応に使用する前に加熱処理等により脱水したものが好ましい。加熱処理は使用する前記アルミノシリケートの種類により異なるが、アルミノシリケート中に存在する水分と有機物が焼失すればよく、多くの場合５００℃で１０時間以上、好ましくは１２〜２４時間程度焼成すればよい。
【００２１】
なお、本発明において、反応終了後、該アルミノシリケートは加熱処理することにより再利用することができる。
【００２２】
本製造方法に係る反応は、例えば、反応基質となるシクロアルケン誘導体を溶媒に溶解させ、該溶液にアルミノシリケートを粉末として添加し、攪拌することで、反応基質のシクロアルケン誘導体をアルミノシリケートと接触させながら環化反応を行う方法が適用できる。かかる反応において、アルミノシリケートは、反応基質を溶解させた溶液に予め添加するか、或いは反応基質を溶解させた溶液に、後で該アルミノシリケートを添加すればよい。また、反応基質を溶媒に溶解させた溶液とアルミノシリケートを接触させて、一旦、アルミノシリケートに前記反応基質を保持させた後、固液分離してアルミノシリケートを回収し、該回収した乾燥アルミノシリケートを反応場としてそのまま反応を行ってよい。なお、該アルミノシリケートをカラムに充填し、原料を含む溶液をポンプでカラムへ送液しカラム内を循環させながら反応を行うことができる。
【００２３】
前記反応基質のシクロアルケン誘導体を溶解させる溶媒は、該反応基質を溶解することができ、該反応基質と反応生成物に対して不活性な溶媒が用いられる。例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、シクロヘキサンが好ましい。
【００２４】
本製造方法に係る反応は、反応基質の前記シクロアルケン誘導体の構造により、反応中に副反応を抑える必要がある場合には、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。不活性雰囲気とは、例えば窒素雰囲気等が挙げられる。
【００２５】
更に、反応は暗所下で攪拌することにより行うことが好ましく、このようにすることで、反応中に副反応を抑えることができる。暗所での反応とは、反応容器を光から遮断して反応させることを意味する。
【００２６】
本製造方法において、反応温度は、目的物とするラクトン類を選択的に収率よく得るため６０℃以上、好ましくは８０〜１００℃で行う必要がある。本発明において反応温度を６０℃以上にする理由は、６０℃より反応温度が低いと副生物が多量に副生するためである。
【００２７】
また、反応時間は、環化反応が進行すれば特に制限されないが、多くの場合、１０分以上、好ましくは１時間以上、特に好ましくは１〜３０時間である。
【００２８】
本発明にかかる反応は、アルミノシリケートの細孔内に保持された反応基質のシクロアルケン誘導体は分子内付加反応により環状化合物の二環系のラクトン類へ随時転換するが、生成したラクトン類もアルミノシリケートの細孔内にそのまま保持される。
従って、本発明では、反応終了後、反応液から常法により固液分離してアルミノシリケートを回収し、次いで、生成されたラクトン類をアルミノシリケートから抽出して、該ラクトン類を回収する工程を設けることが好ましい。
【００２９】
前記抽出方法としては、該アルキミノシリケートを有機溶媒中で超音波処理する方法を用いることができ、該方法によれば効率よく目的とするラクトン類を抽出することができる。
【００３０】
前記抽出に用いる溶媒としては、生成するラクトン類を溶解できるものであれば特に制限はないが、例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、アセトンが好ましい。
【００３１】
抽出操作終了後、抽出液からアルキミノシリケートを常法により固液分離して除去し、抽出液から溶媒を蒸留等により常法により除去した後、必要により、更に溶媒抽出、カラムクロマトグラフィー等で精製処理を行って、目的とするラクトン類を得る。
【００３２】
本発明で得られるラクトン類は、香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な化合物である。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
｛実施例１〜３｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、２−シクロペンタン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨＹゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、ジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３４】
｛実施例４〜６｝
酸性ハイシリカゼオライト（Ｈ−ＺＳＭ５）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、２−シクロペンタン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨ−ＺＳＭ５ゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、アセトン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３５】
【化７】
【表１】
【００３６】
なお、生成するラクトン類（化合物（２ａ―１））と副生する化合物（３ａ―１）の、１Ｈ−ＮＭＲ分析での評価は、ラクトン類（化合物（２ａ―１））は５．０ｐｐｍに、副生する化合物（３ａ―１）は４．８ｐｐｍに特徴的なピークが現れるため、このピークを用いて、積分強度比から生成するラクトン類（化合物（２ａ―１））と副生する化合物（３ａ―１）の質量比を算出した。
【００３７】
｛実施例７〜８｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、１−シクロヘキセン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨＹゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、アセトン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３８】
【化８】
【表２】
【００３９】
なお、生成するラクトン類（化合物（２ｃ―１））の１Ｈ−ＮＭＲ分析での評価は、ラクトン類（化合物（２ｃ―１））は４．５ｐｐｍにに特徴的なピークが現れるため、このピークを用いて、積分強度比から生成するラクトン類（化合物（２ｃ―１））の質量比を算出した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二環系のラクトン類の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環状のエステルであるラクトンは、果実用香気誘導体物質として知られている。従来のラクトンの製造方法としては、例えばヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応（例えば、非特許文献１参照。）、或いは過酸による環状ケトンの環拡大によるＢａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法（例えば、非特許文献２参照。）が知られている。また、下記特許文献１には、水素化触媒の存在下に、ケトンエステルを水素と気相反応させる方法、或いは下記特許文献２には不飽和カルボン酸を水素還元するか或いはエステル化後水素還元したのちアルカリ加水分解して、相当する飽和脂肪族オキシカルボン酸塩を得た後、該塩を酸性条件下で還元する方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、前記ヒドロキシカルボン酸の脱水閉環反応は、平衡反応であり加水分解により容易にヒドロキシカルボン酸に戻ってしまい収率が問題になる。また、前記Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ酸化反応を利用する方法は、過酸の取り扱いが問題となり工業的に有利でない。また、前記特許文献１及び特許文献２の方法によれば、環境負荷が大きい。
【０００４】
また、ラクトン類のうち、二環系のラクトン類（「ビシクロラクトン類」とも言う。）は、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として有用であることが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、ワインラクトンは、飲食品の香料として使用することが提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００５】
本発明者らは、先に下記一般式（Ａ）で表されるラクトン類の環境負荷の少ない製造方法として、下記一般式（Ｂ）で表されるものを反応基質として用いて、該反応基質とアルミノシリケートを接触させる方法を提案した（下記特許文献５参照）。
【化１】
（式中、Ｘは、ＣＯＯＨ基を示す。ｎは２〜３の整数を示す。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平１−４８９０７号公報。
【特許文献２】特開昭４９−３６６７８号公報。
【特許文献３】特表２００２−５０９１４５号公報。
【特許文献４】特開２００４−２６９４６３号公報。
【特許文献５】特開２０１０−２０２６３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｆｏｏｄｓ Ｆｏｏｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ Ｊ．ＪＰｎ．, Ｎｏ．１９５, ２００１, ４４−６０。
【非特許文献２】「第５版実験化学講座 １６」、 発行所 丸善、発行日 平成１７年３月３１日、７０頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、アルミノシリケートを触媒として用いる環境負荷の少ない環境調和型の有機合成反応を種々提案している。本発明者らは、更にアルミノシリケートを触媒とする環境負荷の少ない有機合成反応の検討を行う中で、特定のシクロアルケン環を有する化合物をアルミノシリケートと接触させると、二環系のラクトン類が選択的に生成されることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
即ち、本発明は環境負荷が小さく、工業的に有利な方法で香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な二環系のラクトン類を選択的に生成させる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記一般式（１）
【化２】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化３】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることにより、前記目的を達成したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて接触させることにより、香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な二環系のラクトン類を選択的に生成させることができることから、二環系のラクトン類の製造方法として工業的に有利な方法であり、しかも環境負荷も小さい。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、下記一般式（１）
【化４】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化５】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることを特徴とする。
【００１３】
反応基質となる前記一般式（１）のシクロアルケン誘導体の式中のＲ１及びＲ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。前記アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙がられる。
なお、Ｒ１及びＲ２は同一の基でも、異なる基であってもよい。
【００１４】
前記一般式（１）の式中の環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。
環Ａとしては、好ましくは炭素数５〜８、好ましくは炭素数５〜６のシクロアルケン環が好ましい。該シクロアルケン環としては、例えば、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、１,３−シクロヘキサジエン環、１,４−シクロヘキサジエン環、シクロヘプテン環、１,５−シクロオクタジエン環等が挙げられ、これらのうち、１,３−シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環又はシクロペンテン環が特に好ましい。
【００１５】
本発明で製造されるラクトン類は、前記一般式（２）で表される。式（２）中のＲ１及びＲ２は式（１）中のＲ１及びＲ２にそれぞれ相当する。式中の環Ｂは環Ａの反応残基であり、本発明の反応では、環Ａのシクロアルケン環の１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合も反応するので、得られるラクトン類は環Ａより−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合が１個少ない環を形成する。即ち、環Ａとして２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を含むシクロアルケン誘導体を反応基質として用いた場合は、生成されるラクトン類の環Ｂは反応残基として１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環になる。一方、環Ａとして１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を含むシクロアルケン誘導体を反応基質として用いた場合は、生成されるラクトン類の環Ｂは反応残基としてシクロアルキル環になる。
【００１６】
本製造方法は、例えば、下記反応基質（１ａ）〜（１ｃ）から対応するラクトン類（２ａ）〜（２ｃ）を得るのに好適に用いることができる。
【化６】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）
【００１７】
本製造方法で、環化反応の触媒として使用するアルミノシリケートは、合成品に限らず天然品であっても差し支えないが、品質上の面からＡ型、Ｐ型、Ｘ型、Ｙ型或いはＵＳＹ型（Utra Stable Y型）の結晶系の合成ゼオライト、その他ソーダライト、アナルサイム、モルデナイト、ハイシリカゼオライト等の合成品が好適に用いられる。これらは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属で一部置換したものであってもよい。かかるアルミノシリケートは結晶質であっても非晶質であってもよい。
【００１８】
また、本製造方法に係るアルミノシリケートは、酸性アルミノシリケートを使用することが好ましく、特にＹ型結晶系の合成ゼオライト（以下、酸性ゼオライト（ＨＹ）と略記することがある）又はハイシリカゼオライトが好ましい。
【００１９】
アルミノシリケートの添加量は、特に制限されないが、反応基質となるシクロアルケン誘導体１質量部に対して、１０００質量部以下、好ましくは５００質量部以下、特に１０〜５００質量とすることが好ましい。
【００２０】
また、該アルミノシリケートは、反応に使用する前に加熱処理等により脱水したものが好ましい。加熱処理は使用する前記アルミノシリケートの種類により異なるが、アルミノシリケート中に存在する水分と有機物が焼失すればよく、多くの場合５００℃で１０時間以上、好ましくは１２〜２４時間程度焼成すればよい。
【００２１】
なお、本発明において、反応終了後、該アルミノシリケートは加熱処理することにより再利用することができる。
【００２２】
本製造方法に係る反応は、例えば、反応基質となるシクロアルケン誘導体を溶媒に溶解させ、該溶液にアルミノシリケートを粉末として添加し、攪拌することで、反応基質のシクロアルケン誘導体をアルミノシリケートと接触させながら環化反応を行う方法が適用できる。かかる反応において、アルミノシリケートは、反応基質を溶解させた溶液に予め添加するか、或いは反応基質を溶解させた溶液に、後で該アルミノシリケートを添加すればよい。また、反応基質を溶媒に溶解させた溶液とアルミノシリケートを接触させて、一旦、アルミノシリケートに前記反応基質を保持させた後、固液分離してアルミノシリケートを回収し、該回収した乾燥アルミノシリケートを反応場としてそのまま反応を行ってよい。なお、該アルミノシリケートをカラムに充填し、原料を含む溶液をポンプでカラムへ送液しカラム内を循環させながら反応を行うことができる。
【００２３】
前記反応基質のシクロアルケン誘導体を溶解させる溶媒は、該反応基質を溶解することができ、該反応基質と反応生成物に対して不活性な溶媒が用いられる。例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、シクロヘキサンが好ましい。
【００２４】
本製造方法に係る反応は、反応基質の前記シクロアルケン誘導体の構造により、反応中に副反応を抑える必要がある場合には、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。不活性雰囲気とは、例えば窒素雰囲気等が挙げられる。
【００２５】
更に、反応は暗所下で攪拌することにより行うことが好ましく、このようにすることで、反応中に副反応を抑えることができる。暗所での反応とは、反応容器を光から遮断して反応させることを意味する。
【００２６】
本製造方法において、反応温度は、目的物とするラクトン類を選択的に収率よく得るため６０℃以上、好ましくは８０〜１００℃で行う必要がある。本発明において反応温度を６０℃以上にする理由は、６０℃より反応温度が低いと副生物が多量に副生するためである。
【００２７】
また、反応時間は、環化反応が進行すれば特に制限されないが、多くの場合、１０分以上、好ましくは１時間以上、特に好ましくは１〜３０時間である。
【００２８】
本発明にかかる反応は、アルミノシリケートの細孔内に保持された反応基質のシクロアルケン誘導体は分子内付加反応により環状化合物の二環系のラクトン類へ随時転換するが、生成したラクトン類もアルミノシリケートの細孔内にそのまま保持される。
従って、本発明では、反応終了後、反応液から常法により固液分離してアルミノシリケートを回収し、次いで、生成されたラクトン類をアルミノシリケートから抽出して、該ラクトン類を回収する工程を設けることが好ましい。
【００２９】
前記抽出方法としては、該アルキミノシリケートを有機溶媒中で超音波処理する方法を用いることができ、該方法によれば効率よく目的とするラクトン類を抽出することができる。
【００３０】
前記抽出に用いる溶媒としては、生成するラクトン類を溶解できるものであれば特に制限はないが、例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。このうち、アセトンが好ましい。
【００３１】
抽出操作終了後、抽出液からアルキミノシリケートを常法により固液分離して除去し、抽出液から溶媒を蒸留等により常法により除去した後、必要により、更に溶媒抽出、カラムクロマトグラフィー等で精製処理を行って、目的とするラクトン類を得る。
【００３２】
本発明で得られるラクトン類は、香料、或いは、医薬品、農薬、香料などの原料中間体として特に有用な化合物である。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
｛実施例１〜３｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、２−シクロペンタン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨＹゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、ジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３４】
｛実施例４〜６｝
酸性ハイシリカゼオライト（Ｈ−ＺＳＭ５）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、２−シクロペンタン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨ−ＺＳＭ５ゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、アセトン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３５】
【化７】
【表１】
【００３６】
なお、生成するラクトン類（化合物（２ａ―１））と副生する化合物（３ａ―１）の、１Ｈ−ＮＭＲ分析での評価は、ラクトン類（化合物（２ａ―１））は５．０ｐｐｍに、副生する化合物（３ａ―１）は４．８ｐｐｍに特徴的なピークが現れるため、このピークを用いて、積分強度比から生成するラクトン類（化合物（２ａ―１））と副生する化合物（３ａ―１）の質量比を算出した。
【００３７】
｛実施例７〜８｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）を電気炉を用いて５００℃で、空気中で１５時間加熱活性化した。
反応基質として、１−シクロヘキセン−１−酢酸を用い、シクロヘキサン３０ｍｌを加えて、暗所で窒素雰囲気下で１時間攪拌した。その後、前記で調製した加熱活性化したＨＹゼオライトを加え、所定の条件下で反応を行った。
反応終了後の懸濁液は、ろ過して溶液とゼオライトを分け、回収したゼオライトは、デシケーター内で乾燥後、アセトン２０ｍｌを加えて超音波で抽出し、再びろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得た。得られた残渣をＨ１−ＮＭＲで分析し、生成物の組成をＮＭＲの積分強度比から定量的に求めた。
【００３８】
【化８】
【表２】
【００３９】
なお、生成するラクトン類（化合物（２ｃ―１））の１Ｈ−ＮＭＲ分析での評価は、ラクトン類（化合物（２ｃ―１））は４．５ｐｐｍにに特徴的なピークが現れるため、このピークを用いて、積分強度比から生成するラクトン類（化合物（２ｃ―１））の質量比を算出した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化２】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることを特徴とするラクトン類の製造方法。
【請求項２】
一般式（１）の式中の環Ａが１,３−シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環又はシクロペンテン環であることを特徴とする請求項１記載のラクトン類の製造方法。
【請求項３】
シクロアルケン誘導体が下記一般式（１ａ）〜（１ｃ）で表されるものであり、生成する対応するするラクトン類がそれぞれ下記一般式（２ａ）〜（２ｃ）で表されるラクトン類であることを特徴とする請求項１又は２記載のラクトン類の製造方法。
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）
【請求項４】
アルミノシリケートが酸性アルミノシリケートであることを特徴とする請求項１乃至３記載のラクトン類の製造方法。
【請求項５】
酸性アルミノシリケートがＨ型のＹ型結晶系ゼオライト又はＨ型のハイシリカゼオライトである請求項４記載の環状化合物の製造方法。
【請求項６】
シクロアルケン誘導体と、アルミノシリケートの接触は６０℃以上で行うことを特徴とする請求項１乃至５記載のラクトン類の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
（式中、環Ａは１個又は２個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２は水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるシクロアルケン誘導体を、アルミノシリケートと接触させて分子内環状化させ、対応する下記一般式（２）
【化２】
（式中、環Ｂは環Ａの反応残基であるシクロアルキル環又は１個の−Ｃ＝Ｃ−不飽和結合を有するシクロアルケン環を示す。また、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）で表されるラクトン類を得ることを特徴とするラクトン類の製造方法。
【請求項２】
一般式（１）の式中の環Ａが１,３−シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環又はシクロペンテン環であることを特徴とする請求項１記載のラクトン類の製造方法。
【請求項３】
シクロアルケン誘導体が下記一般式（１ａ）〜（１ｃ）で表されるものであり、生成する対応するするラクトン類がそれぞれ下記一般式（２ａ）〜（２ｃ）で表されるラクトン類であることを特徴とする請求項１又は２記載のラクトン類の製造方法。
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同義。）
【請求項４】
アルミノシリケートが酸性アルミノシリケートであることを特徴とする請求項１乃至３記載のラクトン類の製造方法。
【請求項５】
酸性アルミノシリケートがＨ型のＹ型結晶系ゼオライト又はＨ型のハイシリカゼオライトである請求項４記載の環状化合物の製造方法。
【請求項６】
シクロアルケン誘導体と、アルミノシリケートの接触は６０℃以上で行うことを特徴とする請求項１乃至５記載のラクトン類の製造方法。
【公開番号】特開２０１３−１０７８３４（Ｐ２０１３−１０７８３４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１９９６（Ｐ２０１１−２５１９９６）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００２３０５９３）日本化学工業株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００２３０５９３）日本化学工業株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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