ピロリノン化合物の製造方法及びビピロリノン化合物の製造方法
【課題】収率が高く、かつ生産性に優れるピロリノン化合物の製造方法、及び収率が高く、かつ生産性に優れるビピロリノン化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。前記したいずれかの第一工程と、この第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法。
【解決手段】酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。前記したいずれかの第一工程と、この第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収率が高く、かつ生産性に優れるピロリノン化合物の製造方法、及び収率が高く、かつ生産性に優れるビピロリノン化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピロリノン化合物は、５員環不飽和ラクタムであり、その存在自体は１９世紀末から知られており、ビピロリノンの生成中間体として、また、ピロリノンとアルデヒドとの縮合体の中間体として知られてきた。
【０００３】
ピロリノン化合物は、β−ベンゾイルプロピオン酸をアミンやアンモニアなどのアミン類、あるいは、それらの酢酸塩や硫酸塩などのアンモニウム塩と加熱することにより、製造することができる（非特許文献１、非特許文献２）。しかしながら、この製造方法は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドを中間体として経由するため、目的のピロリノン化合物を得るには、オートクレーブなどの加圧反応設備や、減圧蒸留設備などを使用して、強制的に脱水する必要があった。
【０００４】
式(1)
【０００５】
【化１】
【０００６】
また、ピロールの過酸化水素による酸化によって、ピロリノン化合物を得る方法が知られている（非特許文献３）。しかしながら、この製造方法は、爆発性の高い過酸化物を使用するため、安全面において課題があった。また、ピロールを原料として用いる製造方法は、β−ベンゾイルプロピオン酸を原料として用いる方法に比べ、原料入手の点で劣るものであった。
【０００７】
式(2)
【０００８】
【化２】
【０００９】
また、フラノンとアンモニアとの反応により、ピロリノン化合物を得る方法が知られている（非特許文献４）。しかし、この製造方法を実施したところ、フラノンはピロリノンに直接変換されるわけではなく、一旦、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドが生成した後、上記同様の脱水工程を経ることによってピロリノンが生成することを確認した。
【００１０】
式(3)
【００１１】
【化３】
【００１２】
さらにまた、ベンゾイルコハク酸ジエチルと酢酸アンモニウムを酢酸中で加熱することにより、ピロリノンカルボン酸エチルを得る方法が知られている（非特許文献５）。この製造方法は、エナミンがカルボン酸エステルと分子内環化反応し、カルボン酸アミドを経ることなく、ピロリノン化合物を直接与えるものと考えられる。しかし、この反応原料となるベンゾイルコハク酸ジエチルは、β−エトキシカルボニル−β−ベンゾイルプロピオン酸のエチルエステルであり、β−置換−β−ベンゾイルプロピオン酸カルボン酸から直接ピロリノンを製造しているわけではなく、カルボン酸のエステル化工程を必要とするものであった。
【００１３】
式(4)
【００１４】
【化４】
【００１５】
要するに、β−アリーロイルプロピオン酸化合物以外の物質を出発原料とする反応によりピロリノン化合物を得る製造方法は、原料入手が容易でなかったり、安全性に乏しかったり、より多くの工程数を経なければ目的物質が得られないという欠点がある。
またβ−アリーロイルプロピオン酸化合物を出発原料とする反応によりピロリノン化合物を得る製造方法にしても、従来の製造方法は、収率および、生産性の点で、必ずしも十分とはいえなかった。
また、ビピロリノン化合物は、上記のβ−アリーロイルプロピオン酸化合物からピロリノン化合物を得る反応を、酸素気流中で行うことにより、ピロリノン化合物を経由して得ることができる（非特許文献１）。
あるいは、ビピロリノン化合物を得る別法として、ジフラノン（Pechmann色素）をアンモニアなどによりアミノ化する方法が知られている（特許文献１）。
しかしながら、β−アリーロイルプロピオン酸を出発原料としてピロリノン化合物経由によりビピロリノン化合物を得る反応は、前記の通り、種々の副反応が進行し、中間体となるピロリノン化合物の収率が低く、ピロリノン化合物が酸素により酸化されて得られるビピロリノン化合物の収率も２０％未満と非常に低かった。
また、ジフラノン（Pechmann色素）のアミノ化によりビピロリノンを得る方法は、収率は７０％程度と低くないものの、原料となるジフラノンの入手が容易でなく、ジフラノン前駆体であるアリーロイルアクリル酸からジフラノンへの変換収率は４０〜５０％であるため、アリーロイルプロピオン酸からビピロリノンへの総収率は３０％以下とやはり低かった。
また、ビフラノンを経由するビピロリノンの合成は、ビフラノンの溶解性が低くなるほど、一方のフラノンがアミノ化された段階（フラノンピロリノン）で反応の進行が緩慢になり、両方のフラノンがアミノ化されることにより得られるビピロリノンの収率がさらに低下し易く、ビピロリノンを収率良く得ることは困難であった。
【００１６】
【非特許文献１】Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎ． Cｈｅｍ．，７０２，１１２（１９６７）．
【非特許文献２】Cｈｅｍ． Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ Ｃｏｍｐ．，３７，５５０（２００１）．
【非特許文献３】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，２１１（１９７１）．
【非特許文献４】Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ４９９６（１９６３）．
【非特許文献５】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ．，５８，５５４７（２００２）．
【特許文献１】WO ２００４／０８９９４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、入手の容易なβ−アリーロイルプロピオン酸化合物を原料として、収率良くかつ、高い生産性でピロリノン化合物を製造する方法を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は、前記で得られたピロリノン化合物を酸化、２量化して、ピロリノン化合物と同様、収率良くかつ、高い生産性でビピロリノン化合物を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者等は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とする工程を、酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中で実施することにより、ピロリノン化合物が収率良く得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
また本発明者等は、前記した第一工程と、それによって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法により、ビピロリノン化合物も、収率良く得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
即ち本発明は、酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法を提供する。
また本発明は、前記したいずれかの第一工程と、この第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のピロリノン化合物の製造方法では、酸化剤を含有する均一系またはカルボン酸を含有する脱水剤を採用することで、強制的な脱水設備を使用することなく、副反応を抑制しながら、エナミン化と脱水環化を促進できるので、ピロリノン化合物の収率と生産性を高めることが出来る。
また、本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記で得られたピロリノン化合物を、さらに酸化することによって得るので、ビピロリノン化合物の収率を高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のピロリノン化合物の製造方法は、特定の反応系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法である。
【００２２】
また本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記した本発明のピロリノン化合物の製造方法を第一工程とし、次いで、それからビピロリノン化合物を得る第二工程の二つの工程から構成される。
【００２３】
まず本発明のピロリノン化合物の製造方法について説明する。
本発明者等は、ピロリノン化合物の製造方法に係る第一工程において、副反応を抑制出来る反応系として、異なる二つの反応系を見い出した。この第一工程では、次のＡ）またはＢ）のいずれか一つの方法が採用される。
【００２４】
Ａ）酸化剤を含有する均一系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
Ｂ）カルボン酸を含有する脱水剤中で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
【００２５】
まず二つの反応系のうち、Ａ）法について説明する。
ピロリノン化合物は、それ自体が反応性に富むという特性を有している。従って、折角生成したピロリノン化合物が、それを得るために用いたはずの残留する原料や、副反応生成物との再反応をする様な不測の反応により、別の化合物に変化することが起こり得る。具体的にはピロリノン化合物は、カルボニル基のα位メチレンが活性で、種々の求核反応により、脱水縮合物を比較的容易に生成し、ピロリノン化合物が縮合反応に消費される結果、ピロリノン化合物の収率が低下しやすい。酸化剤は、反応系に生成したピロリノン化合物の活性メチレン基とすみやかに可逆的結合を生成し、ジケトピロリノン前駆体を形成する。酸化剤が均一に存在する系を採用することにより、ピロリノン化合物の収率を低下させる脱水縮合物の生成が阻害される結果、ピロリノン化合物の収率が向上する。
【００２６】
このＡ）法は、比較的低温で反応制御することで、ピロリノン化合物のみを選択的に製造することが出来るが、後記する様に、比較的高温で反応制御することで、ピロリノン化合物を経由してビピロリノン化合物のみを選択的に製造することが出来る。
【００２７】
式(5)
【００２８】
【化５】
【００２９】
次に、もう一方のＢ）法について説明する。
β−アリーロイルプロピオン酸化合物からピロリノン化合物を得る反応を、脱水剤存在下行った場合、β−アリーロイルプロピオン酸化合物が分子内脱水環化したフラノン化合物が生成するが、脱水剤からなる反応系内にβ−アリーロイルプロピオン酸化合物以外のカルボン酸を存在させた場合には、β−アリーロイルプロピオン酸化合物と脱水剤との反応生成物の生成もしくはフラノン化合物の生成を、平衡の移動によって抑制することが出来る。このＢ）法は、この原理を有効に利用したものである。脱水剤だけを反応系とするのではなくて、カルボン酸を含有する脱水剤を反応系として採用することにより、ピロリノン化合物の収率を低下させるフラノン化合物等の生成が阻害される結果、β−アリーロイルプロピオン酸化合物を実質的に仕込み量通り、エナミン化することが出来、ピロリノン化合物の収率が向上する。
【００３０】
式(6)
【００３１】
【化６】
【００３２】
後記する第二工程におけるビピロリノン化合物の収率を向上させるためには、この第一工程におけるβ−アリーロイルプロピオン酸やβ−アリーロイルプロピオン酸アミドなどと、暫時生成するピロリノン化合物との比較的速い副反応を抑制する様にする。
【００３３】
Ａ）法における酸化剤は、反応原料を仕込んだ時に均一系を形成できる、液体または固体の酸化剤である。この酸化剤は、後記する第二工程におけるピロリノン化合物を酸化する作用を有するものであり、例えば、過酸化水素、ｍ−クロロ過安息香酸(ｍＣＰＢＡ)などの過酸化物、ニトロベンゼンなどのニトロ化合物、クロラニル、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン（ＤＤＱ）などのキノン化合物、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）などのスルフォキシド化合物、クロム酸、二酸化マンガン、二酸化セレンなどの金属酸化物、四酢酸鉛などの金属塩などが挙げられる。
【００３４】
この酸化剤は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物に対し１当量以上用いることが出来る。均一系を形成させるために、前記した様に酸化剤にそれを溶解する様な有機溶媒を併用することも出来るが、常温液状の酸化剤の場合には、それを酸化剤として機能する量を越えた使用量を用いることで、酸化剤が溶媒を兼ねた反応系とすることが出来る。この様な使い方の場合には、酸化剤は、質量換算でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物１００部当たり、５０〜２０００部とすることが好ましい。
【００３５】
酸化剤としては、有機溶媒への溶解性を高め易い点で、有機酸化剤が好ましい。また、安全性の面から酸化性の高い酸化剤を多量に用いることは避けることが好ましい。この様な観点から、酸化剤として空気や酸素を用いて、これを反応系に吹き込む様な不均一となりやすい方法よりも、仮に過剰に用いても、反応性が温和で、かつ、安全性が高い点で、ニトロ化合物、キノン化合物が好ましく、原料の入手が容易な点でニトロ化合物、とりわけニトロベンゼンが好ましい。
【００３６】
一方、Ｂ）法におけるカルボン酸を含有する脱水剤におけるカルボン酸は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物以外のモノカルボン酸であり、例えば、酢酸、プロピオン酸、フタル酸等が挙げられる。一方、前記脱水剤は、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミドや前記カルボン酸の無水物であり、後者としては、例えば、無水酢酸、無水フタル酸が挙げられる。カルボン酸と脱水剤との組合せとしては、入手が容易で、いずれも液状で取り扱いが容易かつ反応液からの除去が容易な点で、酢酸と無水酢酸との組合せが好適である。
【００３７】
脱水剤に含有させるカルボン酸の量は、質量換算で、例えば、カルボン酸無水物１００部当たり１０〜１０００部、中でも、ピロリノン化合物の収率が高くなる点で、無水酢酸の１００部当たり、酢酸５０〜５００部とすることが好ましい。このカルボン酸は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物よりも多く用いることが、後記するように、化学平衡をずらし目的物の収率を高める上で好ましい。
【００３８】
本発明のピロリノン化合物の製造方法（本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第一工程）では、上記したいずれかの反応系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
【００３９】
このβ−アリーロイルプロピオン酸化合物は、プロピオン酸のβ位にアリーロイル基を有する化合物であり、アリーロイル基中のカルボニル基に直結する芳香族基は、芳香族炭化水素環、または芳香族複素環である。
【００４０】
β−アリーロイルプロピオン酸は、β位のアリーロイル基以外に、β位にさらに一つの置換基を有してもよい。β−アリーロイルプロピオン酸のアリーロイル基として、例えば、ベンゾイル、α−ナフトイル、９−アントラセンカルボニル、１−ピレンカルボニルなどのアリールカルボニル基や、３−フロイル、２−テオニル、ニコチノイル、２-インドリルカルボニル、３-カルバゾリルカルボニルなどのヘテロアリールカルボニル基が挙げられる。これはまた、これらのアリーロイル基は、芳香環上に置換基を有してもよい。β−アリーロイルプロピオン酸のβ位及び、芳香環上の置換基としては、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基、フッ素、塩素などのハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基などが挙げられる。なかでも、好ましいβ−アリーロイルプロピオン酸化合物は、ベンゼン環に置換基を有していても良いベンゾイルプロピオン酸である。
【００４１】
β−アリーロイルプロピオン酸のエナミン化には、アミノ化剤が用いられる。このアミノ化剤としては、アンモニアまたはアミン、あるいは反応時にアンモニアやアミンを発生する化合物を用いることが出来る。この様な化合物としては、例えば、アンモニアガス、液体アンモニアや、酢酸アンモニウム、塩酸アンモニウム、尿素などのアンモニウム塩、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−ブチルアミンなどの１級アミンなどが挙げられる。アミノ化剤が固体や液体の場合は、それをそのまま反応系に仕込めば良いし、それが気体の場合は、それを反応系にバブリングすれば良い。
【００４２】
アンモニアガスをアミノ化剤とする場合は、それを反応系にバブリングする。アミノ化剤の使用量は、例えば、β−アリーロイルプロピオン酸化合物１モル当たり、１〜２０モルの範囲から選択することが出来る。エナミン化反応の反応率を高めるために、アミノ化剤はβ−アリーロイルプロピオン酸化合物に対し過剰に用いることが好ましく、アミノ化剤が酢酸アンモニウムの場合、それをβ−アリーロイルプロピオン酸化合物１モルに対し２〜２．５モル用いれば良い。
【００４３】
β−アリーロイルプロピオン酸のエナミン化は、β−アリーロイルプロピオン酸とアミノ化剤を、必要に応じて用いる有機溶媒中で混合攪拌することにより行うことが出来る。この時に用いる有機溶媒としては、前記した常温液状の酸化剤や、常温液状の脱水剤を用いることが出来る。
【００４４】
このエナミン化反応を行うに当たって、常温において、反応性が低い場合は加熱すれば良い。加熱温度及び加熱時間は、例えば、５０〜２００℃かつ１〜５０時間の範囲から選択することが出来る。
【００４５】
また、酸などの触媒によってもエナミン化反応速度を向上させることが出来る。酸触媒としては、例えば、パラトルエンスルフォン酸、酢酸などの有機酸、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸などが挙げられる。酸触媒は、アミノ化剤と塩を形成するため、強酸性触媒の場合は、β−アリーロイルプロピオン酸１モルに対して触媒量、例えば、０．０５〜０．５モルを用いることが出来る。
【００４６】
また、酸触媒が酢酸などの弱酸性の場合、アミノ化剤と形成された酢酸塩は、反応時に可逆的にアミンを生成できるので、β−アリーロイルピロピオン酸１モルに対して１〜１．５モルの範囲で用いれば良い。
【００４７】
エナミン化の進行にともなって遊離する水は、生成したエナミンを加水分解するため、例えばディーン・シュターク・トラップなどを用いて反応系外に除くことが好ましい。
【００４８】
アミノ化により生成したエナミン中間体は、さらに分子内でカルボキシル基と脱水縮合し、ピロリノン化合物を与える。この分子内脱水縮合反応は、例えば、酸触媒により促進出来る。よって、予め前記した様な酸触媒を反応系に仕込んでおくことが好ましい。この酸触媒としては、エナミン化時に用いられる前記の酸触媒が挙げられる。
【００４９】
また、分子内脱水縮合反応においても、エナミン化反応同様、平衡を生成系に傾かせるために、この分子内脱水により生成した水を反応系外に除くことが好ましい。
【００５０】
この脱水環化反応を行うに当たって、加熱温度及び加熱時間は、例えば、６０〜１７０℃かつ３０分〜１０時間の範囲から選択することが出来る。
【００５１】
エナミン化と脱水環化の反応温度としては、ピロリノン化合物を最終目的物とする場合は、８０〜１５０℃であることが好ましい。
【００５２】
本発明のピロリノン化合物の製造方法での反応の終点は、例えば、反応液を各種クロマトグラフィーにかけ、ピロリノン化合物の生成量が飽和することにより確認することが出来る。前記Ａ）及びＢ）のいずれの方法を採用するにしても、こうしてピロリノン化合物を得ることが出来る。
【００５３】
こうして得られたピロリノン化合物は、濾過や乾燥することにより、任意の形態として用いることが出来る。また、洗浄、再結晶等を行うことにより精製することも出来る。
【００５４】
次に本発明のビピロリノン化合物の製造方法について、説明する。
本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記したＡ）法又はＢ）法のいずれかの第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法である。
【００５５】
本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第二工程では、前記本発明のピロリノン化合物の製造方法（本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第一工程）で得られたピロリノン化合物を酸化することにより、ビピロリノン化合物とする。この反応は、２モルのピロリノン化合物から１モルのビピロリノン化合物が生成する反応である。
【００５６】
第一工程にてＡ）法を採用した場合には、第一工程終了後に既に、反応系に酸化剤として作用する物質が含まれているため、第二工程において特段に酸化剤を反応系に加えることなく酸化を行うことが出来る。一方、第一工程にてＢ）法を採用した場合には、第一工程終了後に既に、反応系に脱水剤として作用する物質と平衡をずらす作用を有するカルボン酸とが共に含まれているものの、それだけでは酸化を充分に行えないため、第二工程において別途酸化剤を反応系に加えて酸化を行なければならない。
【００５７】
第一工程にてＢ）法を採用した場合の第二工程に用いることが出来る酸化剤は、前記Ａ）法を採用した場合に用いることが出来るとして例示した酸化剤を、同様に用いることが出来る。
【００５８】
一分子のピロリノン化合物は、そのカルボニル基のアルファ位のメチレン炭素が酸化されて、２，３−ジケトピロリンを生じ、さらにそれは別の分子のピロリノン化合物との分子間脱水縮合によってビピロリノン化合物が生成すると推定される。第二工程では、ピロリノン化合物の酸化により生成する２，３−ジケトピロリンに対し、それと反応するピロリノン化合物が不足して、ビピロリノン化合物の収率が低下しないように、酸化性の高い酸化剤を過剰に用いることは避けることが好ましい。このことから、前記したのと同様に、反応性が温和で、かつ、より均一な酸化を行え、安全性が高い酸化剤を用いた方法を採用するのが好ましい。
【００５９】
第二工程は、有機溶媒の存在下で行っても良い。この際の有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒が挙げられる。
【００６０】
このピロリノン化合物のビピロリノン化合物への酸化反応を行うに当たって、加熱温度及び加熱時間は、例えば、７０〜２５０℃かつ１〜５０時間の範囲から選択することが出来る。一定時間一定温度を保持してから昇温する様にして、段階的な加熱を行ってもよい。
【００６１】
第二工程の酸化反応は、脱水縮合反応により生成する水が突沸しない様に攪拌することが好ましい。反応温度は、ニトロベンゼンを酸化剤兼反応溶媒とした場合、５０〜２５０℃に加熱することが酸化反応速度を向上させる点で好ましく、１００〜２２０℃に加熱することが脱水縮合反応を促進する点で好ましい。さらに１５５〜２００℃に加熱することにより、ビピロリノン化合物の生成速度をさらに向上させることができる。
【００６２】
本発明のビピロリノン化合物の製造方法においては、第一工程（本発明のピロリノン化合物の製造方法）にて、酸化剤兼反応溶媒として機能する量の酸化剤を含む均一系を用いて、かつ比較的低温（例えば５０〜１５０℃）で反応を行う様にしたＡ）法を採用し、そこで得られたピロリノン化合物を用いて第二工程を行うことで、直ちにビピロリノン化合物を得ることが出来る。つまり、ピロリノン化合物を製造する段階において、製造すべき最終目的物がビピロリノン化合物であることが予め明らかな場合には、Ａ）法を採用することにより、Ｂ）法を採用するのに比べて、新たに酸化剤を加える手間が必要ない等、後続する第二工程での操作を簡素化することが出来るので好ましい。
【００６３】
しかも、上記したＡ）法を採用して一つの反応容器内で第二工程を行う様にすれば、第二工程のための別途の反応容器の準備は必要なく、第一工程で得られたピロリノン化合物の第二工程で用いる反応容器への移し変えの手間や得量の損失がなく、第一工程で用いた反応容器内の温度を比較的高温（第一工程よりも高い温度、例えば１５５〜２００℃）となる様に加熱するだけで第二工程の反応を行うことが出来、見かけ上は一工程で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物からビピロリノン化合物を一挙に、比較的高い収率で得ることができ、生産性を一層向上させることが出来るので特に好ましい。
【００６４】
この第二工程の酸化に伴って生成する水は、反応温度が高い場合、水蒸気となって反応系外へ自然放出される。反応を円滑に進めるため、縮合水をディーン・シュターク・トラップなどを用いて除いてもよい。尚、この第二工程で前記した様な芳香族炭化水素系溶剤を併用して、反応系中に生成する水を共沸させて、前記と同様に反応系外に水を除くことも出来る。
【００６５】
第二工程の反応の終点は、例えば、反応液を各種クロマトグラフィーにかけ、ビピロリノン化合物の生成量が飽和することにより確認することが出来る。
【００６６】
こうして得られたビピロリノン化合物は、濾過や乾燥することにより、任意の形態として用いることが出来る。また、洗浄、再結晶等を行うことにより精製することも出来る。更に、微細化や各種表面処理を行うことで、被着色媒体の着色に適した有機顔料として用いることが出来る。
【００６７】
以下、本発明の詳細を実施例を挙げて、説明する。
【実施例１】
【００６８】
〔前記Ａ）法によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、ニトロベンゼン１０ｇを各々仕込み、昇温して１３０〜１４０℃（液温）で３時間加熱攪拌して、薄層クロマトグラフィーによりフェニルピロリノンの生成を確認後、放冷した。
反応液にヘキサンを加え、黄色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、水で洗浄後、乾燥して淡い黄色粉末状のフェニルピロリノン２．５ｇ（収率８０％）を得た。
【実施例２】
【００６９】
〔前記Ｂ）法によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、無水酢酸５．６ｇと酢酸３．０ｇとの混合溶剤を各々仕込み、昇温して１時間還流攪拌し、放冷した。
反応液を氷に加え、析出した黄緑色沈殿を吸引濾過、水洗、乾燥して、フェニルピロリノン２．２ｇ（収率６８％）を得た。
【００７０】
比較例１
〔前記Ａ）法に対する、非酸化性溶剤によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、キシレン１０ｇを各々仕込み、昇温して４時間加熱還流攪拌した後、減圧濃縮して得られた暗黄緑色固体を、水中で攪拌した後、濾過、水洗、乾燥して、黄緑色粉２．８ｇ（粗収率８７％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドとフェニルピロリノンの脱水縮合物であったため、以下の方法によりフェニルピロリノンを精製した。
上記粗生成物２．８ｇをテトラヒドロフラン２００ｍｌ中で還流した後、放冷静置した。少量の黒緑色沈殿をデカンテーションして除き、黄緑色上澄み液に攪拌しながら、ヘキサン２００ｍｌを滴下した。析出した淡緑色沈殿を濾過、ヘキサンで洗浄、乾燥後、メタノール１０ｇ中で超音波分散し、少量の暗緑色沈殿を濾過して除いた黄色濾液を濃縮乾固し、黄茶色粉０．１２ｇ（粗収率４％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分はフェニルピロリノンであり、不純物としてβ−ベンゾイルプロピオン酸アミドとフェニルピロリノンの脱水縮合物を含んでいた。
【００７１】
比較例２
〔前記Ｂ）法に対する、カルボン酸を含有しない脱水剤中によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、無水酢酸１０．０ｇを各々仕込み、昇温して４時間加熱還流攪拌した後、減圧濃縮して得られた赤褐色固体を、水中で攪拌した後、濾過、水洗、乾燥して、こげ茶色粉２．５５ｇ（粗収率８０％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドであったため、以下の方法によりフェニルピロリノンを精製した。
上記粗生成物２．５５ｇを酢酸エチル１５０ｇ中で加熱還流した後、放冷静置した。山吹色沈殿を濾過して除き、酢酸エチルで沈殿を洗浄し、赤茶色の濾過液に加えた。濾過液を攪拌しながら、ヘキサン５００ｍｌを少しずつ加え、得られた綿状沈殿を濾取し、ヘキサンで洗浄後、乾燥して黄土色粉状のフェニルピロリノン０．３８ｇ（収率１２％）を得た。
【実施例３】
【００７２】
〔前記Ａ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
水との共沸溶剤としてキシレン５０ｇを含有する脱水用トラップを装着した攪拌羽根付き反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸１７８ｇ（１．０モル）、酢酸アンモニウム１９３ｇ（２．５当量）、ニトロベンゼン５００ｇを各々仕込み、昇温して１００℃（浴温）で１時間半加熱攪拌する第一工程を行い、薄層クロマトグラフィーによりフェニルピロリノンの生成を確認後、そのまま攪拌しながらさらに昇温して１９０℃（浴温）で４時間加熱する第二工程を行ってから、放冷した。
黒色結晶沈殿が析出した反応液にヘキサンを加え、黒色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、アセトン、メタノール、水、湯の順に洗浄後、乾燥して黒緑色結晶状のジフェニルビピロリノン８１ｇ（収率５２％）を得た。
【実施例４】
【００７３】
〔前記Ｂ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）と、無水酢酸５．６ｇと酢酸３．０ｇとの混合溶剤を各々仕込み、昇温して１時間還流攪拌し、放冷した。
反応液を氷に加え、析出した黄緑色沈殿を吸引濾過、水洗、乾燥して、フェニルピロリノン２．２ｇ（収率６８％）を得た（第一工程）。
別に用意した攪拌羽根付き反応容器に、上記フェニルピロリノン１．６ｇ（０．０１モル）、ニトロベンゼン５．０ｇを各々仕込み、昇温して１９０℃で５時間加熱攪拌し、放冷した。
黒色結晶沈殿が析出した反応液にヘキサンを加え、黒色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、アセトン、メタノール、水で洗浄後、乾燥して黒色粉末状のジフェニルビピロリノン１．３ｇ（収率８０％）を得た（第二工程）。第一工程、第二工程を合わせた総収率は５４％だった。
実施例４では、ビピロリノン化合物の収率は、実施例３と同等以上であるが、第一工程と第二工程との間では反応生成物の反応容器移し変えの手間が、第二工程では、酸化剤を別途添加作業の手間が発生しており、実施例３に比べて、作業が煩雑となり生産性がやや劣る傾向にあることがわかる。
【００７４】
比較例３
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）を酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）とキシレン１０ｇ中、４時間還流攪拌した。反応液を減圧濃縮後、水中で攪拌後、吸引濾過、水洗、乾燥して黄緑色の粗生成物２．８ｇを得た。高速液体クロマトグラフィー分析の結果、上記粗生成物中には、ジフェニルビピロリノン０．０５ｇ(収率２％)が含まれていることを確認した。
尚、前記粗生成物をアントラキノン系触媒の存在下、空気を通気する第二工程によりビピロリノン化合物とすることでビピロリノン化合物の収率はかなり向上したが、依然として単位時間当たりのビピロリノン化合物の生産性は実施例３〜４のそれらより低かった。
【実施例５】
【００７５】
〔前記Ａ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−p−ビフェノイルプロピオン酸２．５ｇ（０．０１モル）、酢酸アンモニウム１．９ｇ（２．５当量）と、ニトロベンゼン５．０ｇを仕込み、８０℃で３０分、１００℃で３０分、１２０℃で１時間、１５０℃で１時間加熱攪拌した。さらに、温度を上げて、２００℃で５時間加熱攪拌した。
黒紫色結晶沈殿が析出した反応液にアセトンを加え、吸引濾過、アセトン、メタノール、水、ジメチルフォルムアミドの順に洗浄後、乾燥して黒紫色結晶状のジ（ｐ−ビフェニル）ビピロリノン１．０ｇ（収率４３％）を得た。
【００７６】
比較例４
〔従来法を経由したビフラノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、ｐ−ビフェノイルアクリル酸１０．０ｇ（０．０４モル）、塩化銅（Ｉ）２．０ｇ（０．０１モル）、塩化アンモニウム２．２ｇ（０．０４１モル）、無水酢酸５０ｍｌを仕込み、２時間加熱還流攪拌した。放冷後、氷冷し、濾過、水洗、乾燥して茶褐色の粗生成物５．１ｇを得た。トルエンでソックスレー抽出し、抽出液中に生じた赤黒色沈殿を濾過、水洗、乾燥して、黒赤色粉３．３ｇ（収率３５％）を得た。
〔従来法を経由したビフラノン化合物からビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、上記黒赤色粉２．０ｇ、酢酸５０ｍｌを仕込み、液中にアンモニアガスを吹き込みながら、２時間加熱還流攪拌した。放冷後、濾過、水、エタノール、エーテルで洗浄、乾燥し、黒褐色の粗生成物１．７ｇを得た。ジメチルフォルムアミドでソックスレー抽出後、抽出液中に生じた黒色沈殿を濾過、水洗、乾燥して、黒紫色粉１．２ｇ（収率６０％）を得た。ｐ−ビフェノイルプロピオン酸からの総収率は、２１％であり、実施例５の収率より低かった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収率が高く、かつ生産性に優れるピロリノン化合物の製造方法、及び収率が高く、かつ生産性に優れるビピロリノン化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピロリノン化合物は、５員環不飽和ラクタムであり、その存在自体は１９世紀末から知られており、ビピロリノンの生成中間体として、また、ピロリノンとアルデヒドとの縮合体の中間体として知られてきた。
【０００３】
ピロリノン化合物は、β−ベンゾイルプロピオン酸をアミンやアンモニアなどのアミン類、あるいは、それらの酢酸塩や硫酸塩などのアンモニウム塩と加熱することにより、製造することができる（非特許文献１、非特許文献２）。しかしながら、この製造方法は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドを中間体として経由するため、目的のピロリノン化合物を得るには、オートクレーブなどの加圧反応設備や、減圧蒸留設備などを使用して、強制的に脱水する必要があった。
【０００４】
式(1)
【０００５】
【化１】
【０００６】
また、ピロールの過酸化水素による酸化によって、ピロリノン化合物を得る方法が知られている（非特許文献３）。しかしながら、この製造方法は、爆発性の高い過酸化物を使用するため、安全面において課題があった。また、ピロールを原料として用いる製造方法は、β−ベンゾイルプロピオン酸を原料として用いる方法に比べ、原料入手の点で劣るものであった。
【０００７】
式(2)
【０００８】
【化２】
【０００９】
また、フラノンとアンモニアとの反応により、ピロリノン化合物を得る方法が知られている（非特許文献４）。しかし、この製造方法を実施したところ、フラノンはピロリノンに直接変換されるわけではなく、一旦、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドが生成した後、上記同様の脱水工程を経ることによってピロリノンが生成することを確認した。
【００１０】
式(3)
【００１１】
【化３】
【００１２】
さらにまた、ベンゾイルコハク酸ジエチルと酢酸アンモニウムを酢酸中で加熱することにより、ピロリノンカルボン酸エチルを得る方法が知られている（非特許文献５）。この製造方法は、エナミンがカルボン酸エステルと分子内環化反応し、カルボン酸アミドを経ることなく、ピロリノン化合物を直接与えるものと考えられる。しかし、この反応原料となるベンゾイルコハク酸ジエチルは、β−エトキシカルボニル−β−ベンゾイルプロピオン酸のエチルエステルであり、β−置換−β−ベンゾイルプロピオン酸カルボン酸から直接ピロリノンを製造しているわけではなく、カルボン酸のエステル化工程を必要とするものであった。
【００１３】
式(4)
【００１４】
【化４】
【００１５】
要するに、β−アリーロイルプロピオン酸化合物以外の物質を出発原料とする反応によりピロリノン化合物を得る製造方法は、原料入手が容易でなかったり、安全性に乏しかったり、より多くの工程数を経なければ目的物質が得られないという欠点がある。
またβ−アリーロイルプロピオン酸化合物を出発原料とする反応によりピロリノン化合物を得る製造方法にしても、従来の製造方法は、収率および、生産性の点で、必ずしも十分とはいえなかった。
また、ビピロリノン化合物は、上記のβ−アリーロイルプロピオン酸化合物からピロリノン化合物を得る反応を、酸素気流中で行うことにより、ピロリノン化合物を経由して得ることができる（非特許文献１）。
あるいは、ビピロリノン化合物を得る別法として、ジフラノン（Pechmann色素）をアンモニアなどによりアミノ化する方法が知られている（特許文献１）。
しかしながら、β−アリーロイルプロピオン酸を出発原料としてピロリノン化合物経由によりビピロリノン化合物を得る反応は、前記の通り、種々の副反応が進行し、中間体となるピロリノン化合物の収率が低く、ピロリノン化合物が酸素により酸化されて得られるビピロリノン化合物の収率も２０％未満と非常に低かった。
また、ジフラノン（Pechmann色素）のアミノ化によりビピロリノンを得る方法は、収率は７０％程度と低くないものの、原料となるジフラノンの入手が容易でなく、ジフラノン前駆体であるアリーロイルアクリル酸からジフラノンへの変換収率は４０〜５０％であるため、アリーロイルプロピオン酸からビピロリノンへの総収率は３０％以下とやはり低かった。
また、ビフラノンを経由するビピロリノンの合成は、ビフラノンの溶解性が低くなるほど、一方のフラノンがアミノ化された段階（フラノンピロリノン）で反応の進行が緩慢になり、両方のフラノンがアミノ化されることにより得られるビピロリノンの収率がさらに低下し易く、ビピロリノンを収率良く得ることは困難であった。
【００１６】
【非特許文献１】Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎ． Cｈｅｍ．，７０２，１１２（１９６７）．
【非特許文献２】Cｈｅｍ． Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ Ｃｏｍｐ．，３７，５５０（２００１）．
【非特許文献３】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，２１１（１９７１）．
【非特許文献４】Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ４９９６（１９６３）．
【非特許文献５】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ．，５８，５５４７（２００２）．
【特許文献１】WO ２００４／０８９９４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、入手の容易なβ−アリーロイルプロピオン酸化合物を原料として、収率良くかつ、高い生産性でピロリノン化合物を製造する方法を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は、前記で得られたピロリノン化合物を酸化、２量化して、ピロリノン化合物と同様、収率良くかつ、高い生産性でビピロリノン化合物を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者等は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とする工程を、酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中で実施することにより、ピロリノン化合物が収率良く得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
また本発明者等は、前記した第一工程と、それによって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法により、ビピロリノン化合物も、収率良く得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
即ち本発明は、酸化剤を含有する均一系で、または、カルボン酸を含有する脱水剤中でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法を提供する。
また本発明は、前記したいずれかの第一工程と、この第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のピロリノン化合物の製造方法では、酸化剤を含有する均一系またはカルボン酸を含有する脱水剤を採用することで、強制的な脱水設備を使用することなく、副反応を抑制しながら、エナミン化と脱水環化を促進できるので、ピロリノン化合物の収率と生産性を高めることが出来る。
また、本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記で得られたピロリノン化合物を、さらに酸化することによって得るので、ビピロリノン化合物の収率を高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のピロリノン化合物の製造方法は、特定の反応系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法である。
【００２２】
また本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記した本発明のピロリノン化合物の製造方法を第一工程とし、次いで、それからビピロリノン化合物を得る第二工程の二つの工程から構成される。
【００２３】
まず本発明のピロリノン化合物の製造方法について説明する。
本発明者等は、ピロリノン化合物の製造方法に係る第一工程において、副反応を抑制出来る反応系として、異なる二つの反応系を見い出した。この第一工程では、次のＡ）またはＢ）のいずれか一つの方法が採用される。
【００２４】
Ａ）酸化剤を含有する均一系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
Ｂ）カルボン酸を含有する脱水剤中で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
【００２５】
まず二つの反応系のうち、Ａ）法について説明する。
ピロリノン化合物は、それ自体が反応性に富むという特性を有している。従って、折角生成したピロリノン化合物が、それを得るために用いたはずの残留する原料や、副反応生成物との再反応をする様な不測の反応により、別の化合物に変化することが起こり得る。具体的にはピロリノン化合物は、カルボニル基のα位メチレンが活性で、種々の求核反応により、脱水縮合物を比較的容易に生成し、ピロリノン化合物が縮合反応に消費される結果、ピロリノン化合物の収率が低下しやすい。酸化剤は、反応系に生成したピロリノン化合物の活性メチレン基とすみやかに可逆的結合を生成し、ジケトピロリノン前駆体を形成する。酸化剤が均一に存在する系を採用することにより、ピロリノン化合物の収率を低下させる脱水縮合物の生成が阻害される結果、ピロリノン化合物の収率が向上する。
【００２６】
このＡ）法は、比較的低温で反応制御することで、ピロリノン化合物のみを選択的に製造することが出来るが、後記する様に、比較的高温で反応制御することで、ピロリノン化合物を経由してビピロリノン化合物のみを選択的に製造することが出来る。
【００２７】
式(5)
【００２８】
【化５】
【００２９】
次に、もう一方のＢ）法について説明する。
β−アリーロイルプロピオン酸化合物からピロリノン化合物を得る反応を、脱水剤存在下行った場合、β−アリーロイルプロピオン酸化合物が分子内脱水環化したフラノン化合物が生成するが、脱水剤からなる反応系内にβ−アリーロイルプロピオン酸化合物以外のカルボン酸を存在させた場合には、β−アリーロイルプロピオン酸化合物と脱水剤との反応生成物の生成もしくはフラノン化合物の生成を、平衡の移動によって抑制することが出来る。このＢ）法は、この原理を有効に利用したものである。脱水剤だけを反応系とするのではなくて、カルボン酸を含有する脱水剤を反応系として採用することにより、ピロリノン化合物の収率を低下させるフラノン化合物等の生成が阻害される結果、β−アリーロイルプロピオン酸化合物を実質的に仕込み量通り、エナミン化することが出来、ピロリノン化合物の収率が向上する。
【００３０】
式(6)
【００３１】
【化６】
【００３２】
後記する第二工程におけるビピロリノン化合物の収率を向上させるためには、この第一工程におけるβ−アリーロイルプロピオン酸やβ−アリーロイルプロピオン酸アミドなどと、暫時生成するピロリノン化合物との比較的速い副反応を抑制する様にする。
【００３３】
Ａ）法における酸化剤は、反応原料を仕込んだ時に均一系を形成できる、液体または固体の酸化剤である。この酸化剤は、後記する第二工程におけるピロリノン化合物を酸化する作用を有するものであり、例えば、過酸化水素、ｍ−クロロ過安息香酸(ｍＣＰＢＡ)などの過酸化物、ニトロベンゼンなどのニトロ化合物、クロラニル、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン（ＤＤＱ）などのキノン化合物、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）などのスルフォキシド化合物、クロム酸、二酸化マンガン、二酸化セレンなどの金属酸化物、四酢酸鉛などの金属塩などが挙げられる。
【００３４】
この酸化剤は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物に対し１当量以上用いることが出来る。均一系を形成させるために、前記した様に酸化剤にそれを溶解する様な有機溶媒を併用することも出来るが、常温液状の酸化剤の場合には、それを酸化剤として機能する量を越えた使用量を用いることで、酸化剤が溶媒を兼ねた反応系とすることが出来る。この様な使い方の場合には、酸化剤は、質量換算でβ−アリーロイルプロピオン酸化合物１００部当たり、５０〜２０００部とすることが好ましい。
【００３５】
酸化剤としては、有機溶媒への溶解性を高め易い点で、有機酸化剤が好ましい。また、安全性の面から酸化性の高い酸化剤を多量に用いることは避けることが好ましい。この様な観点から、酸化剤として空気や酸素を用いて、これを反応系に吹き込む様な不均一となりやすい方法よりも、仮に過剰に用いても、反応性が温和で、かつ、安全性が高い点で、ニトロ化合物、キノン化合物が好ましく、原料の入手が容易な点でニトロ化合物、とりわけニトロベンゼンが好ましい。
【００３６】
一方、Ｂ）法におけるカルボン酸を含有する脱水剤におけるカルボン酸は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物以外のモノカルボン酸であり、例えば、酢酸、プロピオン酸、フタル酸等が挙げられる。一方、前記脱水剤は、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミドや前記カルボン酸の無水物であり、後者としては、例えば、無水酢酸、無水フタル酸が挙げられる。カルボン酸と脱水剤との組合せとしては、入手が容易で、いずれも液状で取り扱いが容易かつ反応液からの除去が容易な点で、酢酸と無水酢酸との組合せが好適である。
【００３７】
脱水剤に含有させるカルボン酸の量は、質量換算で、例えば、カルボン酸無水物１００部当たり１０〜１０００部、中でも、ピロリノン化合物の収率が高くなる点で、無水酢酸の１００部当たり、酢酸５０〜５００部とすることが好ましい。このカルボン酸は、β−アリーロイルプロピオン酸化合物よりも多く用いることが、後記するように、化学平衡をずらし目的物の収率を高める上で好ましい。
【００３８】
本発明のピロリノン化合物の製造方法（本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第一工程）では、上記したいずれかの反応系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後、脱水環化する。
【００３９】
このβ−アリーロイルプロピオン酸化合物は、プロピオン酸のβ位にアリーロイル基を有する化合物であり、アリーロイル基中のカルボニル基に直結する芳香族基は、芳香族炭化水素環、または芳香族複素環である。
【００４０】
β−アリーロイルプロピオン酸は、β位のアリーロイル基以外に、β位にさらに一つの置換基を有してもよい。β−アリーロイルプロピオン酸のアリーロイル基として、例えば、ベンゾイル、α−ナフトイル、９−アントラセンカルボニル、１−ピレンカルボニルなどのアリールカルボニル基や、３−フロイル、２−テオニル、ニコチノイル、２-インドリルカルボニル、３-カルバゾリルカルボニルなどのヘテロアリールカルボニル基が挙げられる。これはまた、これらのアリーロイル基は、芳香環上に置換基を有してもよい。β−アリーロイルプロピオン酸のβ位及び、芳香環上の置換基としては、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基、フッ素、塩素などのハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基などが挙げられる。なかでも、好ましいβ−アリーロイルプロピオン酸化合物は、ベンゼン環に置換基を有していても良いベンゾイルプロピオン酸である。
【００４１】
β−アリーロイルプロピオン酸のエナミン化には、アミノ化剤が用いられる。このアミノ化剤としては、アンモニアまたはアミン、あるいは反応時にアンモニアやアミンを発生する化合物を用いることが出来る。この様な化合物としては、例えば、アンモニアガス、液体アンモニアや、酢酸アンモニウム、塩酸アンモニウム、尿素などのアンモニウム塩、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−ブチルアミンなどの１級アミンなどが挙げられる。アミノ化剤が固体や液体の場合は、それをそのまま反応系に仕込めば良いし、それが気体の場合は、それを反応系にバブリングすれば良い。
【００４２】
アンモニアガスをアミノ化剤とする場合は、それを反応系にバブリングする。アミノ化剤の使用量は、例えば、β−アリーロイルプロピオン酸化合物１モル当たり、１〜２０モルの範囲から選択することが出来る。エナミン化反応の反応率を高めるために、アミノ化剤はβ−アリーロイルプロピオン酸化合物に対し過剰に用いることが好ましく、アミノ化剤が酢酸アンモニウムの場合、それをβ−アリーロイルプロピオン酸化合物１モルに対し２〜２．５モル用いれば良い。
【００４３】
β−アリーロイルプロピオン酸のエナミン化は、β−アリーロイルプロピオン酸とアミノ化剤を、必要に応じて用いる有機溶媒中で混合攪拌することにより行うことが出来る。この時に用いる有機溶媒としては、前記した常温液状の酸化剤や、常温液状の脱水剤を用いることが出来る。
【００４４】
このエナミン化反応を行うに当たって、常温において、反応性が低い場合は加熱すれば良い。加熱温度及び加熱時間は、例えば、５０〜２００℃かつ１〜５０時間の範囲から選択することが出来る。
【００４５】
また、酸などの触媒によってもエナミン化反応速度を向上させることが出来る。酸触媒としては、例えば、パラトルエンスルフォン酸、酢酸などの有機酸、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸などが挙げられる。酸触媒は、アミノ化剤と塩を形成するため、強酸性触媒の場合は、β−アリーロイルプロピオン酸１モルに対して触媒量、例えば、０．０５〜０．５モルを用いることが出来る。
【００４６】
また、酸触媒が酢酸などの弱酸性の場合、アミノ化剤と形成された酢酸塩は、反応時に可逆的にアミンを生成できるので、β−アリーロイルピロピオン酸１モルに対して１〜１．５モルの範囲で用いれば良い。
【００４７】
エナミン化の進行にともなって遊離する水は、生成したエナミンを加水分解するため、例えばディーン・シュターク・トラップなどを用いて反応系外に除くことが好ましい。
【００４８】
アミノ化により生成したエナミン中間体は、さらに分子内でカルボキシル基と脱水縮合し、ピロリノン化合物を与える。この分子内脱水縮合反応は、例えば、酸触媒により促進出来る。よって、予め前記した様な酸触媒を反応系に仕込んでおくことが好ましい。この酸触媒としては、エナミン化時に用いられる前記の酸触媒が挙げられる。
【００４９】
また、分子内脱水縮合反応においても、エナミン化反応同様、平衡を生成系に傾かせるために、この分子内脱水により生成した水を反応系外に除くことが好ましい。
【００５０】
この脱水環化反応を行うに当たって、加熱温度及び加熱時間は、例えば、６０〜１７０℃かつ３０分〜１０時間の範囲から選択することが出来る。
【００５１】
エナミン化と脱水環化の反応温度としては、ピロリノン化合物を最終目的物とする場合は、８０〜１５０℃であることが好ましい。
【００５２】
本発明のピロリノン化合物の製造方法での反応の終点は、例えば、反応液を各種クロマトグラフィーにかけ、ピロリノン化合物の生成量が飽和することにより確認することが出来る。前記Ａ）及びＢ）のいずれの方法を採用するにしても、こうしてピロリノン化合物を得ることが出来る。
【００５３】
こうして得られたピロリノン化合物は、濾過や乾燥することにより、任意の形態として用いることが出来る。また、洗浄、再結晶等を行うことにより精製することも出来る。
【００５４】
次に本発明のビピロリノン化合物の製造方法について、説明する。
本発明のビピロリノン化合物の製造方法は、前記したＡ）法又はＢ）法のいずれかの第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法である。
【００５５】
本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第二工程では、前記本発明のピロリノン化合物の製造方法（本発明のビピロリノン化合物の製造方法における第一工程）で得られたピロリノン化合物を酸化することにより、ビピロリノン化合物とする。この反応は、２モルのピロリノン化合物から１モルのビピロリノン化合物が生成する反応である。
【００５６】
第一工程にてＡ）法を採用した場合には、第一工程終了後に既に、反応系に酸化剤として作用する物質が含まれているため、第二工程において特段に酸化剤を反応系に加えることなく酸化を行うことが出来る。一方、第一工程にてＢ）法を採用した場合には、第一工程終了後に既に、反応系に脱水剤として作用する物質と平衡をずらす作用を有するカルボン酸とが共に含まれているものの、それだけでは酸化を充分に行えないため、第二工程において別途酸化剤を反応系に加えて酸化を行なければならない。
【００５７】
第一工程にてＢ）法を採用した場合の第二工程に用いることが出来る酸化剤は、前記Ａ）法を採用した場合に用いることが出来るとして例示した酸化剤を、同様に用いることが出来る。
【００５８】
一分子のピロリノン化合物は、そのカルボニル基のアルファ位のメチレン炭素が酸化されて、２，３−ジケトピロリンを生じ、さらにそれは別の分子のピロリノン化合物との分子間脱水縮合によってビピロリノン化合物が生成すると推定される。第二工程では、ピロリノン化合物の酸化により生成する２，３−ジケトピロリンに対し、それと反応するピロリノン化合物が不足して、ビピロリノン化合物の収率が低下しないように、酸化性の高い酸化剤を過剰に用いることは避けることが好ましい。このことから、前記したのと同様に、反応性が温和で、かつ、より均一な酸化を行え、安全性が高い酸化剤を用いた方法を採用するのが好ましい。
【００５９】
第二工程は、有機溶媒の存在下で行っても良い。この際の有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒が挙げられる。
【００６０】
このピロリノン化合物のビピロリノン化合物への酸化反応を行うに当たって、加熱温度及び加熱時間は、例えば、７０〜２５０℃かつ１〜５０時間の範囲から選択することが出来る。一定時間一定温度を保持してから昇温する様にして、段階的な加熱を行ってもよい。
【００６１】
第二工程の酸化反応は、脱水縮合反応により生成する水が突沸しない様に攪拌することが好ましい。反応温度は、ニトロベンゼンを酸化剤兼反応溶媒とした場合、５０〜２５０℃に加熱することが酸化反応速度を向上させる点で好ましく、１００〜２２０℃に加熱することが脱水縮合反応を促進する点で好ましい。さらに１５５〜２００℃に加熱することにより、ビピロリノン化合物の生成速度をさらに向上させることができる。
【００６２】
本発明のビピロリノン化合物の製造方法においては、第一工程（本発明のピロリノン化合物の製造方法）にて、酸化剤兼反応溶媒として機能する量の酸化剤を含む均一系を用いて、かつ比較的低温（例えば５０〜１５０℃）で反応を行う様にしたＡ）法を採用し、そこで得られたピロリノン化合物を用いて第二工程を行うことで、直ちにビピロリノン化合物を得ることが出来る。つまり、ピロリノン化合物を製造する段階において、製造すべき最終目的物がビピロリノン化合物であることが予め明らかな場合には、Ａ）法を採用することにより、Ｂ）法を採用するのに比べて、新たに酸化剤を加える手間が必要ない等、後続する第二工程での操作を簡素化することが出来るので好ましい。
【００６３】
しかも、上記したＡ）法を採用して一つの反応容器内で第二工程を行う様にすれば、第二工程のための別途の反応容器の準備は必要なく、第一工程で得られたピロリノン化合物の第二工程で用いる反応容器への移し変えの手間や得量の損失がなく、第一工程で用いた反応容器内の温度を比較的高温（第一工程よりも高い温度、例えば１５５〜２００℃）となる様に加熱するだけで第二工程の反応を行うことが出来、見かけ上は一工程で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物からビピロリノン化合物を一挙に、比較的高い収率で得ることができ、生産性を一層向上させることが出来るので特に好ましい。
【００６４】
この第二工程の酸化に伴って生成する水は、反応温度が高い場合、水蒸気となって反応系外へ自然放出される。反応を円滑に進めるため、縮合水をディーン・シュターク・トラップなどを用いて除いてもよい。尚、この第二工程で前記した様な芳香族炭化水素系溶剤を併用して、反応系中に生成する水を共沸させて、前記と同様に反応系外に水を除くことも出来る。
【００６５】
第二工程の反応の終点は、例えば、反応液を各種クロマトグラフィーにかけ、ビピロリノン化合物の生成量が飽和することにより確認することが出来る。
【００６６】
こうして得られたビピロリノン化合物は、濾過や乾燥することにより、任意の形態として用いることが出来る。また、洗浄、再結晶等を行うことにより精製することも出来る。更に、微細化や各種表面処理を行うことで、被着色媒体の着色に適した有機顔料として用いることが出来る。
【００６７】
以下、本発明の詳細を実施例を挙げて、説明する。
【実施例１】
【００６８】
〔前記Ａ）法によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、ニトロベンゼン１０ｇを各々仕込み、昇温して１３０〜１４０℃（液温）で３時間加熱攪拌して、薄層クロマトグラフィーによりフェニルピロリノンの生成を確認後、放冷した。
反応液にヘキサンを加え、黄色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、水で洗浄後、乾燥して淡い黄色粉末状のフェニルピロリノン２．５ｇ（収率８０％）を得た。
【実施例２】
【００６９】
〔前記Ｂ）法によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、無水酢酸５．６ｇと酢酸３．０ｇとの混合溶剤を各々仕込み、昇温して１時間還流攪拌し、放冷した。
反応液を氷に加え、析出した黄緑色沈殿を吸引濾過、水洗、乾燥して、フェニルピロリノン２．２ｇ（収率６８％）を得た。
【００７０】
比較例１
〔前記Ａ）法に対する、非酸化性溶剤によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、キシレン１０ｇを各々仕込み、昇温して４時間加熱還流攪拌した後、減圧濃縮して得られた暗黄緑色固体を、水中で攪拌した後、濾過、水洗、乾燥して、黄緑色粉２．８ｇ（粗収率８７％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドとフェニルピロリノンの脱水縮合物であったため、以下の方法によりフェニルピロリノンを精製した。
上記粗生成物２．８ｇをテトラヒドロフラン２００ｍｌ中で還流した後、放冷静置した。少量の黒緑色沈殿をデカンテーションして除き、黄緑色上澄み液に攪拌しながら、ヘキサン２００ｍｌを滴下した。析出した淡緑色沈殿を濾過、ヘキサンで洗浄、乾燥後、メタノール１０ｇ中で超音波分散し、少量の暗緑色沈殿を濾過して除いた黄色濾液を濃縮乾固し、黄茶色粉０．１２ｇ（粗収率４％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分はフェニルピロリノンであり、不純物としてβ−ベンゾイルプロピオン酸アミドとフェニルピロリノンの脱水縮合物を含んでいた。
【００７１】
比較例２
〔前記Ｂ）法に対する、カルボン酸を含有しない脱水剤中によるピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）、無水酢酸１０．０ｇを各々仕込み、昇温して４時間加熱還流攪拌した後、減圧濃縮して得られた赤褐色固体を、水中で攪拌した後、濾過、水洗、乾燥して、こげ茶色粉２．５５ｇ（粗収率８０％）を得た。高速液体クロマトグラフ分析の結果、主成分は、β−ベンゾイルプロピオン酸アミドであったため、以下の方法によりフェニルピロリノンを精製した。
上記粗生成物２．５５ｇを酢酸エチル１５０ｇ中で加熱還流した後、放冷静置した。山吹色沈殿を濾過して除き、酢酸エチルで沈殿を洗浄し、赤茶色の濾過液に加えた。濾過液を攪拌しながら、ヘキサン５００ｍｌを少しずつ加え、得られた綿状沈殿を濾取し、ヘキサンで洗浄後、乾燥して黄土色粉状のフェニルピロリノン０．３８ｇ（収率１２％）を得た。
【実施例３】
【００７２】
〔前記Ａ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
水との共沸溶剤としてキシレン５０ｇを含有する脱水用トラップを装着した攪拌羽根付き反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸１７８ｇ（１．０モル）、酢酸アンモニウム１９３ｇ（２．５当量）、ニトロベンゼン５００ｇを各々仕込み、昇温して１００℃（浴温）で１時間半加熱攪拌する第一工程を行い、薄層クロマトグラフィーによりフェニルピロリノンの生成を確認後、そのまま攪拌しながらさらに昇温して１９０℃（浴温）で４時間加熱する第二工程を行ってから、放冷した。
黒色結晶沈殿が析出した反応液にヘキサンを加え、黒色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、アセトン、メタノール、水、湯の順に洗浄後、乾燥して黒緑色結晶状のジフェニルビピロリノン８１ｇ（収率５２％）を得た。
【実施例４】
【００７３】
〔前記Ｂ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）、酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）と、無水酢酸５．６ｇと酢酸３．０ｇとの混合溶剤を各々仕込み、昇温して１時間還流攪拌し、放冷した。
反応液を氷に加え、析出した黄緑色沈殿を吸引濾過、水洗、乾燥して、フェニルピロリノン２．２ｇ（収率６８％）を得た（第一工程）。
別に用意した攪拌羽根付き反応容器に、上記フェニルピロリノン１．６ｇ（０．０１モル）、ニトロベンゼン５．０ｇを各々仕込み、昇温して１９０℃で５時間加熱攪拌し、放冷した。
黒色結晶沈殿が析出した反応液にヘキサンを加え、黒色沈殿を吸引濾過、ヘキサン、アセトン、メタノール、水で洗浄後、乾燥して黒色粉末状のジフェニルビピロリノン１．３ｇ（収率８０％）を得た（第二工程）。第一工程、第二工程を合わせた総収率は５４％だった。
実施例４では、ビピロリノン化合物の収率は、実施例３と同等以上であるが、第一工程と第二工程との間では反応生成物の反応容器移し変えの手間が、第二工程では、酸化剤を別途添加作業の手間が発生しており、実施例３に比べて、作業が煩雑となり生産性がやや劣る傾向にあることがわかる。
【００７４】
比較例３
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−ベンゾイルプロピオン酸３．６ｇ（０．０２モル）を酢酸アンモニウム３．９ｇ（２．５当量）とキシレン１０ｇ中、４時間還流攪拌した。反応液を減圧濃縮後、水中で攪拌後、吸引濾過、水洗、乾燥して黄緑色の粗生成物２．８ｇを得た。高速液体クロマトグラフィー分析の結果、上記粗生成物中には、ジフェニルビピロリノン０．０５ｇ(収率２％)が含まれていることを確認した。
尚、前記粗生成物をアントラキノン系触媒の存在下、空気を通気する第二工程によりビピロリノン化合物とすることでビピロリノン化合物の収率はかなり向上したが、依然として単位時間当たりのビピロリノン化合物の生産性は実施例３〜４のそれらより低かった。
【実施例５】
【００７５】
〔前記Ａ）法を経由したビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、β−p−ビフェノイルプロピオン酸２．５ｇ（０．０１モル）、酢酸アンモニウム１．９ｇ（２．５当量）と、ニトロベンゼン５．０ｇを仕込み、８０℃で３０分、１００℃で３０分、１２０℃で１時間、１５０℃で１時間加熱攪拌した。さらに、温度を上げて、２００℃で５時間加熱攪拌した。
黒紫色結晶沈殿が析出した反応液にアセトンを加え、吸引濾過、アセトン、メタノール、水、ジメチルフォルムアミドの順に洗浄後、乾燥して黒紫色結晶状のジ（ｐ−ビフェニル）ビピロリノン１．０ｇ（収率４３％）を得た。
【００７６】
比較例４
〔従来法を経由したビフラノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、ｐ−ビフェノイルアクリル酸１０．０ｇ（０．０４モル）、塩化銅（Ｉ）２．０ｇ（０．０１モル）、塩化アンモニウム２．２ｇ（０．０４１モル）、無水酢酸５０ｍｌを仕込み、２時間加熱還流攪拌した。放冷後、氷冷し、濾過、水洗、乾燥して茶褐色の粗生成物５．１ｇを得た。トルエンでソックスレー抽出し、抽出液中に生じた赤黒色沈殿を濾過、水洗、乾燥して、黒赤色粉３．３ｇ（収率３５％）を得た。
〔従来法を経由したビフラノン化合物からビピロリノン化合物の製造〕
マグネチックスターラー回転子、還流用冷却管を付けた反応容器に、上記黒赤色粉２．０ｇ、酢酸５０ｍｌを仕込み、液中にアンモニアガスを吹き込みながら、２時間加熱還流攪拌した。放冷後、濾過、水、エタノール、エーテルで洗浄、乾燥し、黒褐色の粗生成物１．７ｇを得た。ジメチルフォルムアミドでソックスレー抽出後、抽出液中に生じた黒色沈殿を濾過、水洗、乾燥して、黒紫色粉１．２ｇ（収率６０％）を得た。ｐ−ビフェノイルプロピオン酸からの総収率は、２１％であり、実施例５の収率より低かった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を含有する均一系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。
【請求項２】
酸化剤がニトロベンゼンである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
カルボン酸を含有する脱水剤中で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。
【請求項４】
脱水剤が無水酢酸であり、カルボン酸が酢酸である請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
β−アリーロイルプロピオン酸化合物が、ベンゼン環に置換基を有していても良いベンゾイルプロピオン酸である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法からなる第一工程と、第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法。
【請求項１】
酸化剤を含有する均一系で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。
【請求項２】
酸化剤がニトロベンゼンである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
カルボン酸を含有する脱水剤中で、β−アリーロイルプロピオン酸化合物をエナミン化後脱水環化してピロリノン化合物とするピロリノン化合物の製造方法。
【請求項４】
脱水剤が無水酢酸であり、カルボン酸が酢酸である請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
β−アリーロイルプロピオン酸化合物が、ベンゼン環に置換基を有していても良いベンゾイルプロピオン酸である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法からなる第一工程と、第一工程によって製造されたピロリノン化合物を酸化してビピロリノン化合物とする第二工程とを含むビピロリノン化合物の製造方法。
【公開番号】特開２００８−１０６０２１（Ｐ２００８−１０６０２１Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９２４７９（Ｐ２００６−２９２４７９）
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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