α，β−不飽和カルボン酸の製造方法
【課題】温和な反応条件下で、α，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高収率で得ることができると共に反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作を不要とし、かつ環境や人体への影響・毒性がきわめて小さい、α，β−不飽和アルデヒドの過酸化水素酸化反応による安全かつ簡便で効率的なα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供する。
【解決手段】好ましくは有機溶媒の非在下、α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させてα，β−不飽和カルボン酸を製造する。
【解決手段】好ましくは有機溶媒の非在下、α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させてα，β−不飽和カルボン酸を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の有機化合物の中間体として有用なα，β−不飽和カルボン酸の新規な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α，β−不飽和アルデヒドを酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法としては、（１） 亜塩素酸ナトリウムを用いる方法（非特許文献１参照）、（２） シアン化水素を用いたのち酸化銀（ＩＩ）（ＡｇＯ）を作用させる方法（非特許文献２参照）、（３） 酸化銀（Ｉ）（Ａｇ２Ｏ）を用いる方法（非特許文献３参照）、などが報告されているが、これらは、毒性の高い酸化剤の使用、光に対し不安定という点で工業的に優れた方法とは言い難い。
【０００３】
これに対して、過酸化水素は、安価で腐食性がなく、反応後の副生物は無害な水であるために環境負荷が小さく、工業的に利用するのに優れた酸化剤ということができる。
【０００４】
過酸化水素を酸化剤とするα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法としては、触媒としてルテニウムの塩化物を用いる方法（非特許文献４参照）あるいは、イリジウム、ロジウム、パラジウムの塩化物を触媒とする方法（非特許文献５参照）が知られている。
【０００５】
しかし、これらの方法ではα，β−不飽和カルボン酸を高収率で得ることが困難であり、しかも酢酸などの有機溶媒を大量に使用するため、環境に与える負荷が大きく、工業的に優れた方法とは言い難い。
したがって、有機溶媒を使用しない条件下、簡便な操作で安全にα，β−不飽和アルデヒドから高効率かつ高選択的にα，β−不飽和カルボン酸を収率良く製造する方法の開発が強く要望されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Org. Chem. 1986, 51, 567.
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc. 1968,90, 5616.
【非特許文献３】J. Org. Chem. 1980, 45, 3698.
【非特許文献４】Appl. Organomet. Chem. 2006, 20, 20.
【非特許文献５】Appl. Organomet. Chem. 2007, 21, 135.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を克服するためになされたもので、温和な反応条件下で、α，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高収率で得ることができると共に反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作を不要とし、かつ環境や人体への影響・毒性がきわめて小さい、α，β−不飽和アルデヒドの過酸化水素酸化反応による安全かつ簡便で効率的なα，β−不飽和カルボン酸の製造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】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、酸化剤を過酸化水素とし、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を触媒とする条件に選定すると、α，β−不飽和アルデヒドから対応するα，β−不飽和カルボン酸が有機溶媒を使用しなくても高収率で安全かつ簡便に製造でき、しかも目的物であるα，β−不飽和カルボン酸も容易に分離できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、この出願は、以下の発明を提供するものである。
〈１〉α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
〈２〉有機溶媒の非在下で反応を行うことを特徴とする〈１〉に記載のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により提供されるα，β−不飽和カルボン酸の製造方法は、種々の医薬原料、有機化合物の中間体として幅広く用いられる有用なα，β−不飽和カルボン酸を、温和な条件下で、かつ高収率で得ることができる。また、本発明方法は、有機溶媒を使用しなくても反応を効果的に実施することができるため、反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作等を不要とすると共に、環境や人体への影響・毒性がきわめて小さく、環境に対する負荷を軽減する効果も有し、安全かつ簡便で効率的にα，β−不飽和カルボン酸を得ることができる。したがって、本発明方法は工業的に多大な効果をもたらす発明ということができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明方法のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法は、α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とする。
【００１２】
本発明方法の原料であるα，β−不飽和アルデヒド類としては、種々のものが使用できるが、通常、下記一般式（１）で示されるα，β−不飽和アルデヒド類が用いられる。
（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、水素原子、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、スルホン酸基、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基、シリル基、ホスホリル基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホナート基を示す。また、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合して環を形成していても良く、更にはＲ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が２価の原子又は／及び２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。）
【００１３】
前記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルキル基の場合のアルキル基としては、炭素数は１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられ、具体例としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げられる。
【００１４】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいシクロアルキル基の場合のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数３〜２０、好ましくは３〜１０の単環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられ、より具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。
【００１５】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアリール基の場合のアリール基としては、例えば炭素数は６〜２０、好ましくは６〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。
【００１６】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアラルキル基の場合のアラルキル基としては、例えば、炭素数は７〜２０、好ましくは７〜１５の単環、多環又は縮合環式のアラルキル基が挙げられ、より具体的には、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
【００１７】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよい複素環基の場合の複素環基としては、環中に少なくとも１個以上の窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する３〜１５員環、好ましくは３〜１０員環であって、シクロアルキル基、シクロアルケニル基又はアリール基などの炭素環式基と縮合していてもよい飽和又は不飽和の単環、多環又は縮合環式のものが挙げられ、より具体的には、例えば、オキシラニル基、ピリジル基、チエニル基、フェニルチエニル基、チアゾリル基、フリル基、ピペリジル基、ピペラジル基、ピロリル基、イミダゾリル基、キノリル基、ピリミジル基等が挙げられる。
【００１８】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルコキシ基の場合のアルコキシ基としては、炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基が挙げられ、具体例としては例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｔ−ブトキシ基等が挙げられる。
【００１９】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基の場合のアルコキシカルボニル基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアルコキシカルボニル基が挙げられ、具体例としては例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ｉ−プロポキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等が挙げられる。
【００２０】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアシル基の場合のアシル基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアシル基が挙げられ、具体例としては例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ヘプタノイル基、シクロヘキサンカルボニル基等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアミド基の場合のアミド基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアミド基が挙げられ、具体例としては例えば、メチルアミド基、エチルアミド基、ｉ−プロピルアミド基、テトラデシルアミド基等が挙げられる。
【００２２】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいシリル基の場合のシリル基としては、具体例として、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリフェニルシリル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいホスホリル基の場合のホスホリル基としては、具体例として、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシホスホリル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルフィニル基の場合のスルフィニル基としては、具体例として、メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルホニル基の場合のスルホニル基としては、具体例として、メチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等が挙げられる。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルホナート基の場合のスルホナート基としては、具体例として、メチルスルホナート基、フェニルスルホナート基等が挙げられる。
【００２３】
これらのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基、シリル基、ホスホリル基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホナート基の置換基としては、当該反応に悪影響を及ぼさないものであればどのような置換基でも良いが、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、例えばフェニル基、ナフチル基等のアリール基、例えばオキシラニル基、ピリジル基、フリル基等の複素環基、例えばメトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等のアルコキシ基、例えばメトキシカルボニル基、ｉ−プロポキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、スルホン酸基、シアノ基、ニトロ基、例えばトリメチルシリル基、トリフェニルシリル基等のシリル基、ヒドロキシ基、例えば無置換アミド基、メチルアミド基、プロピルアミド基、テトラデシルアミド基等のアミド基、例えばアセチル基、ベンゾイル基等のアシル基、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシホスホリル基等のホスホリル基、例えばメチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等のスルフィニル基、例えばメチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等のスルホニル基、例えばメチルスルホナート基、フェニルスルホナート基等のスルホナート基等が挙げられる。
【００２４】
また、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合して環を形成していても良く、更にはＲ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が２価の原子又は／及び２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。この場合の二価の原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等が、また２価の官能基としてはシリレン基、エチレンジオキシ基、アリーレンジオキシ基、カルボニル基、スルホキシド基、スルホン基等が例示される。
【００２５】
本発明においては、このような一般式（１）で示されるα，β−不飽和アルデヒドとして、種々のものを用いることができるが、好ましくは、２−ヘキセナール、２−ヘプテナール、２−オクテナール、２−ノネナール、２−デセナール、けい皮アルデヒドを用いることが望ましい。
【００２６】
本発明方法においては酸化剤として過酸化水素を用いる。過酸化水素の使用量は、α，β−不飽和アルデヒド類のアルデヒド基に対して通常１．０〜５．０モル倍、好ましくは１．０〜２．２モル倍の範囲である。過酸化水素の濃度は特に制限はなく、市販の３０％水溶液で充分であるが、希釈して用いてもよい。
【００２７】
本発明方法においては、触媒として、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を用いる。
本発明でいう、「脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩」とは２価のパラジウム金属１原子に対し脂肪族カルボン酸が２分子の割合で結合した塩を意味する。
脂肪族カルボン酸としては、たとえば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の炭素数１〜６の脂肪族カルボン酸が挙げられる。また、この脂肪族カルボン酸はフッ素などのハロゲン原子で置換されていてもよい。本発明で好ましく使用される触媒は、酢酸パラジウムおよびビス（トリフルオロ酢酸）パラジウムである。
これらの脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩は単独で使用しても、２種類を混合使用してもよい。その使用量は基質のアルデヒド類に対して通常０．０００１〜１０モル％、好ましくは０．０００５〜５モル％の範囲である。
本発明方法においては、触媒として、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を用いることが必要である。すなわち、後記比較例１から明らかなように、０価のパラジウム錯体触媒を用いた場合には、所望の不飽和カルボン酸を高収率で得ることができない。また後記比較例２にみられるように、２価のパラジウム金属塩であっても、塩化パラジムのような無機酸の２価のパラジウム金属塩を触媒としても、不飽和カルボン酸の収率は向上しない。また、比較例３〜４にみられるように、脂肪族カルボン酸の２価の金属塩であっても、酢酸銅や酢酸ニッケルなどのようなパラジウムを含まない金属塩触媒の場合にも、目的とする不飽和カルボン酸の収率が著しく低下し、所望の触媒効果が発現しない。
この理由は現時点では定かではないが、後記比較例２および４は触媒が有機層に溶解しないため、また後記比較例１および３は触媒が有機層に溶解するものの不飽和アルデヒドのオレフィン部位を高効率に活性化できないことに帰因するものと推定される。
【００２８】
本発明方法においては、前記特有な触媒を用いたことから、酢酸、メタノール、ｔ−ブチルアルコールやアセトニトリルなどの有機溶媒を使用しなくても該酸化反応を効果的に実施することができ、対応するα，β−不飽和カルボン酸を高収率で製造することができる。また、反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作等を不要とすると共に、環境や人体への影響・毒性がきわめて小さく、環境に対する負荷を軽減する効果も有し、安全かつ簡便で効率的にα，β−不飽和カルボン酸を得ることができる。
【００２９】
本発明方法の反応条件には、特に制約はないが、通常、反応は５〜９０℃、好ましくは１０〜３０℃の範囲で行われる。反応圧力は常圧、加圧、減圧のいずれでも良いが、常圧で行うことが望ましい。
【００３０】
本発明の好ましい製造方法においては、α，β−不飽和アルデヒドと触媒を混合した溶液を反応実施温度に設定し、ついで過酸化水素水溶液を徐々に滴下して撹拌しながら反応させる方法が採られる。
【００３１】
本発明方法で得られるα，β−不飽和カルボン酸は、例えば、２−ヘキセン酸、２−ヘプテン酸、２−オクテン酸、２−ノネン酸、２−デセン酸、けい皮酸、ゲラン酸、ネラン酸などが例示される。
【００３２】
本発明の製造法における反応時間は、所望する副反応抑制の程度により適宜、決定することができる。通常は５時間以内で、好ましくは２時間以内で行われる。
【００３３】
かくして生成した目的のα，β−不飽和カルボン酸は、反応終了後に水相から分離して取り出し、再結晶や蒸留、昇華等の通常の方法によって精製される。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により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。
【００３５】
実施例１
脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒として、ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム（１３．２ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用い、このものとけい皮アルデヒド（２６５ｍｇ，２．０ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（４５３ｍｇ，４．０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、ＧＬＣを測定したところ、けい皮酸の収率は９２％であった。
【００３６】
比較例１
実施例１の触媒に代えて、０価のパラジウム化合物である、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（４６．２ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は１３％であった。
【００３７】
比較例２
実施例１の触媒に代えて、塩酸の２価のパラジウム塩である、塩化パラジウム（７．１ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は６％であった。
【００３８】
比較例３
実施例１の触媒に代えて、脂肪族カルボン酸の銅塩である、酢酸銅（７．３ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００３９】
比較例４
実施例１の触媒に代えて、脂肪族カルボン酸のニッケル塩である、酢酸ニッケル４水和物（１０ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００４０】
比較例５
実施例１において、ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム触媒を用いずに、無触媒条件下で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００４１】
実施例２
脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒として、酢酸パラジウム（９．０ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用い、このものとけい皮アルデヒド（２６５ｍｇ，２．０ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（４５３ｍｇ，４．０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、ＧＬＣを測定したところ、けい皮酸の収率は７０％であった。
【００４２】
実施例３
ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム触媒（０．５３ｇ，１．６ｍｍｏｌ）と２−オクテナール（１０ｇ，７９ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（１８ｇ，１６０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、有機相を分液し１０ｍＬの飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄後に蒸留したところ、２−オクテン酸が７４％（８．３ｇ，５９ｍｍｏｌ）の収率で得られた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の有機化合物の中間体として有用なα，β−不飽和カルボン酸の新規な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α，β−不飽和アルデヒドを酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法としては、（１） 亜塩素酸ナトリウムを用いる方法（非特許文献１参照）、（２） シアン化水素を用いたのち酸化銀（ＩＩ）（ＡｇＯ）を作用させる方法（非特許文献２参照）、（３） 酸化銀（Ｉ）（Ａｇ２Ｏ）を用いる方法（非特許文献３参照）、などが報告されているが、これらは、毒性の高い酸化剤の使用、光に対し不安定という点で工業的に優れた方法とは言い難い。
【０００３】
これに対して、過酸化水素は、安価で腐食性がなく、反応後の副生物は無害な水であるために環境負荷が小さく、工業的に利用するのに優れた酸化剤ということができる。
【０００４】
過酸化水素を酸化剤とするα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造する方法としては、触媒としてルテニウムの塩化物を用いる方法（非特許文献４参照）あるいは、イリジウム、ロジウム、パラジウムの塩化物を触媒とする方法（非特許文献５参照）が知られている。
【０００５】
しかし、これらの方法ではα，β−不飽和カルボン酸を高収率で得ることが困難であり、しかも酢酸などの有機溶媒を大量に使用するため、環境に与える負荷が大きく、工業的に優れた方法とは言い難い。
したがって、有機溶媒を使用しない条件下、簡便な操作で安全にα，β−不飽和アルデヒドから高効率かつ高選択的にα，β−不飽和カルボン酸を収率良く製造する方法の開発が強く要望されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Org. Chem. 1986, 51, 567.
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc. 1968,90, 5616.
【非特許文献３】J. Org. Chem. 1980, 45, 3698.
【非特許文献４】Appl. Organomet. Chem. 2006, 20, 20.
【非特許文献５】Appl. Organomet. Chem. 2007, 21, 135.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を克服するためになされたもので、温和な反応条件下で、α，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高収率で得ることができると共に反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作を不要とし、かつ環境や人体への影響・毒性がきわめて小さい、α，β−不飽和アルデヒドの過酸化水素酸化反応による安全かつ簡便で効率的なα，β−不飽和カルボン酸の製造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】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、酸化剤を過酸化水素とし、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を触媒とする条件に選定すると、α，β−不飽和アルデヒドから対応するα，β−不飽和カルボン酸が有機溶媒を使用しなくても高収率で安全かつ簡便に製造でき、しかも目的物であるα，β−不飽和カルボン酸も容易に分離できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、この出願は、以下の発明を提供するものである。
〈１〉α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
〈２〉有機溶媒の非在下で反応を行うことを特徴とする〈１〉に記載のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により提供されるα，β−不飽和カルボン酸の製造方法は、種々の医薬原料、有機化合物の中間体として幅広く用いられる有用なα，β−不飽和カルボン酸を、温和な条件下で、かつ高収率で得ることができる。また、本発明方法は、有機溶媒を使用しなくても反応を効果的に実施することができるため、反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作等を不要とすると共に、環境や人体への影響・毒性がきわめて小さく、環境に対する負荷を軽減する効果も有し、安全かつ簡便で効率的にα，β−不飽和カルボン酸を得ることができる。したがって、本発明方法は工業的に多大な効果をもたらす発明ということができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明方法のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法は、α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とする。
【００１２】
本発明方法の原料であるα，β−不飽和アルデヒド類としては、種々のものが使用できるが、通常、下記一般式（１）で示されるα，β−不飽和アルデヒド類が用いられる。
（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立して、水素原子、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、スルホン酸基、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基、シリル基、ホスホリル基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホナート基を示す。また、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合して環を形成していても良く、更にはＲ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が２価の原子又は／及び２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。）
【００１３】
前記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルキル基の場合のアルキル基としては、炭素数は１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられ、具体例としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げられる。
【００１４】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいシクロアルキル基の場合のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数３〜２０、好ましくは３〜１０の単環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられ、より具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。
【００１５】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアリール基の場合のアリール基としては、例えば炭素数は６〜２０、好ましくは６〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。
【００１６】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアラルキル基の場合のアラルキル基としては、例えば、炭素数は７〜２０、好ましくは７〜１５の単環、多環又は縮合環式のアラルキル基が挙げられ、より具体的には、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
【００１７】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよい複素環基の場合の複素環基としては、環中に少なくとも１個以上の窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する３〜１５員環、好ましくは３〜１０員環であって、シクロアルキル基、シクロアルケニル基又はアリール基などの炭素環式基と縮合していてもよい飽和又は不飽和の単環、多環又は縮合環式のものが挙げられ、より具体的には、例えば、オキシラニル基、ピリジル基、チエニル基、フェニルチエニル基、チアゾリル基、フリル基、ピペリジル基、ピペラジル基、ピロリル基、イミダゾリル基、キノリル基、ピリミジル基等が挙げられる。
【００１８】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルコキシ基の場合のアルコキシ基としては、炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基が挙げられ、具体例としては例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｔ−ブトキシ基等が挙げられる。
【００１９】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基の場合のアルコキシカルボニル基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアルコキシカルボニル基が挙げられ、具体例としては例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ｉ−プロポキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等が挙げられる。
【００２０】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアシル基の場合のアシル基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアシル基が挙げられ、具体例としては例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ヘプタノイル基、シクロヘキサンカルボニル基等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいアミド基の場合のアミド基としては、炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０の直鎖状又は分岐状のアミド基が挙げられ、具体例としては例えば、メチルアミド基、エチルアミド基、ｉ−プロピルアミド基、テトラデシルアミド基等が挙げられる。
【００２２】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいシリル基の場合のシリル基としては、具体例として、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリフェニルシリル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいホスホリル基の場合のホスホリル基としては、具体例として、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシホスホリル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルフィニル基の場合のスルフィニル基としては、具体例として、メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等が挙げられる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルホニル基の場合のスルホニル基としては、具体例として、メチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等が挙げられる。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が置換基を有していてもよいスルホナート基の場合のスルホナート基としては、具体例として、メチルスルホナート基、フェニルスルホナート基等が挙げられる。
【００２３】
これらのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基、シリル基、ホスホリル基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホナート基の置換基としては、当該反応に悪影響を及ぼさないものであればどのような置換基でも良いが、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、例えばフェニル基、ナフチル基等のアリール基、例えばオキシラニル基、ピリジル基、フリル基等の複素環基、例えばメトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等のアルコキシ基、例えばメトキシカルボニル基、ｉ−プロポキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、スルホン酸基、シアノ基、ニトロ基、例えばトリメチルシリル基、トリフェニルシリル基等のシリル基、ヒドロキシ基、例えば無置換アミド基、メチルアミド基、プロピルアミド基、テトラデシルアミド基等のアミド基、例えばアセチル基、ベンゾイル基等のアシル基、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシホスホリル基等のホスホリル基、例えばメチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等のスルフィニル基、例えばメチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等のスルホニル基、例えばメチルスルホナート基、フェニルスルホナート基等のスルホナート基等が挙げられる。
【００２４】
また、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合して環を形成していても良く、更にはＲ１、Ｒ２及びＲ３の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が２価の原子又は／及び２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。この場合の二価の原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等が、また２価の官能基としてはシリレン基、エチレンジオキシ基、アリーレンジオキシ基、カルボニル基、スルホキシド基、スルホン基等が例示される。
【００２５】
本発明においては、このような一般式（１）で示されるα，β−不飽和アルデヒドとして、種々のものを用いることができるが、好ましくは、２−ヘキセナール、２−ヘプテナール、２−オクテナール、２−ノネナール、２−デセナール、けい皮アルデヒドを用いることが望ましい。
【００２６】
本発明方法においては酸化剤として過酸化水素を用いる。過酸化水素の使用量は、α，β−不飽和アルデヒド類のアルデヒド基に対して通常１．０〜５．０モル倍、好ましくは１．０〜２．２モル倍の範囲である。過酸化水素の濃度は特に制限はなく、市販の３０％水溶液で充分であるが、希釈して用いてもよい。
【００２７】
本発明方法においては、触媒として、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を用いる。
本発明でいう、「脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩」とは２価のパラジウム金属１原子に対し脂肪族カルボン酸が２分子の割合で結合した塩を意味する。
脂肪族カルボン酸としては、たとえば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の炭素数１〜６の脂肪族カルボン酸が挙げられる。また、この脂肪族カルボン酸はフッ素などのハロゲン原子で置換されていてもよい。本発明で好ましく使用される触媒は、酢酸パラジウムおよびビス（トリフルオロ酢酸）パラジウムである。
これらの脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩は単独で使用しても、２種類を混合使用してもよい。その使用量は基質のアルデヒド類に対して通常０．０００１〜１０モル％、好ましくは０．０００５〜５モル％の範囲である。
本発明方法においては、触媒として、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩を用いることが必要である。すなわち、後記比較例１から明らかなように、０価のパラジウム錯体触媒を用いた場合には、所望の不飽和カルボン酸を高収率で得ることができない。また後記比較例２にみられるように、２価のパラジウム金属塩であっても、塩化パラジムのような無機酸の２価のパラジウム金属塩を触媒としても、不飽和カルボン酸の収率は向上しない。また、比較例３〜４にみられるように、脂肪族カルボン酸の２価の金属塩であっても、酢酸銅や酢酸ニッケルなどのようなパラジウムを含まない金属塩触媒の場合にも、目的とする不飽和カルボン酸の収率が著しく低下し、所望の触媒効果が発現しない。
この理由は現時点では定かではないが、後記比較例２および４は触媒が有機層に溶解しないため、また後記比較例１および３は触媒が有機層に溶解するものの不飽和アルデヒドのオレフィン部位を高効率に活性化できないことに帰因するものと推定される。
【００２８】
本発明方法においては、前記特有な触媒を用いたことから、酢酸、メタノール、ｔ−ブチルアルコールやアセトニトリルなどの有機溶媒を使用しなくても該酸化反応を効果的に実施することができ、対応するα，β−不飽和カルボン酸を高収率で製造することができる。また、反応操作が簡便で反応終了後の溶媒除去操作等を不要とすると共に、環境や人体への影響・毒性がきわめて小さく、環境に対する負荷を軽減する効果も有し、安全かつ簡便で効率的にα，β−不飽和カルボン酸を得ることができる。
【００２９】
本発明方法の反応条件には、特に制約はないが、通常、反応は５〜９０℃、好ましくは１０〜３０℃の範囲で行われる。反応圧力は常圧、加圧、減圧のいずれでも良いが、常圧で行うことが望ましい。
【００３０】
本発明の好ましい製造方法においては、α，β−不飽和アルデヒドと触媒を混合した溶液を反応実施温度に設定し、ついで過酸化水素水溶液を徐々に滴下して撹拌しながら反応させる方法が採られる。
【００３１】
本発明方法で得られるα，β−不飽和カルボン酸は、例えば、２−ヘキセン酸、２−ヘプテン酸、２−オクテン酸、２−ノネン酸、２−デセン酸、けい皮酸、ゲラン酸、ネラン酸などが例示される。
【００３２】
本発明の製造法における反応時間は、所望する副反応抑制の程度により適宜、決定することができる。通常は５時間以内で、好ましくは２時間以内で行われる。
【００３３】
かくして生成した目的のα，β−不飽和カルボン酸は、反応終了後に水相から分離して取り出し、再結晶や蒸留、昇華等の通常の方法によって精製される。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により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。
【００３５】
実施例１
脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒として、ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム（１３．２ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用い、このものとけい皮アルデヒド（２６５ｍｇ，２．０ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（４５３ｍｇ，４．０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、ＧＬＣを測定したところ、けい皮酸の収率は９２％であった。
【００３６】
比較例１
実施例１の触媒に代えて、０価のパラジウム化合物である、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（４６．２ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は１３％であった。
【００３７】
比較例２
実施例１の触媒に代えて、塩酸の２価のパラジウム塩である、塩化パラジウム（７．１ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は６％であった。
【００３８】
比較例３
実施例１の触媒に代えて、脂肪族カルボン酸の銅塩である、酢酸銅（７．３ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００３９】
比較例４
実施例１の触媒に代えて、脂肪族カルボン酸のニッケル塩である、酢酸ニッケル４水和物（１０ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００４０】
比較例５
実施例１において、ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム触媒を用いずに、無触媒条件下で反応を行った。けい皮酸の収率は０％であった。
【００４１】
実施例２
脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒として、酢酸パラジウム（９．０ｍｇ，０．０４０ｍｍｏｌ）を用い、このものとけい皮アルデヒド（２６５ｍｇ，２．０ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（４５３ｍｇ，４．０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、ＧＬＣを測定したところ、けい皮酸の収率は７０％であった。
【００４２】
実施例３
ビス（トリフルオロ酢酸）パラジウム触媒（０．５３ｇ，１．６ｍｍｏｌ）と２−オクテナール（１０ｇ，７９ｍｍｏｌ）を混合し、１０℃で１０分間撹拌した。その混合溶液へ３０％過酸化水素水溶液（１８ｇ，１６０ｍｍｏｌ）を徐々に滴下し、１０℃で２時間撹拌した後、有機相を分液し１０ｍＬの飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄後に蒸留したところ、２−オクテン酸が７４％（８．３ｇ，５９ｍｍｏｌ）の収率で得られた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【請求項２】
有機溶媒の非在下で酸化反応を行うことを特徴とする請求項１に記載のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【請求項１】
α，β−不飽和アルデヒド類と過酸化水素水溶液とを、脂肪族カルボン酸の２価のパラジウム金属塩触媒の存在下で、酸化反応させることを特徴とするα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【請求項２】
有機溶媒の非在下で酸化反応を行うことを特徴とする請求項１に記載のα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１８９３２６（Ｐ２０１０−１８９３２６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６０１４（Ｐ２００９−３６０１４）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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