ラクトン類の製造方法
【課題】工業的に有利な方法で、且つ環境負荷の少ない方法でγ―ヘプタノラクトン等の５員環ラクトン類を効率よく製造する方法の提供。
【解決手段】下記一般式（１）又は下記一般式（２）
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、ｎは２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化するラクトン類の製造方法。
【解決手段】下記一般式（１）又は下記一般式（２）
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、ｎは２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化するラクトン類の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γーヘキサノラクトン、γーヘプタノラクトン等の５員環のラクトン類を選択的に得ることができる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。特に５員環のものは桃の香料に多く含まれている。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】
本発明者らは、先に環境負荷の少ないラクトンの製造方法として、下記反応式（１）に示すように反応基質として４−ペンテン酸（化合物（A））等のアルケン化合物を用いて、アルミノシリケートと接触させて、γ―バレロラクトン（化合物（B））を選択的に製造する方法を提案した（特許文献３参照）。
【化１】
特許文献３の方法では、γ―バレロラクトンを得ることはできるが、他の５員環のラクトン類を得難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】特開２０１０−２０２６３７号公報。
【非特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明らは、更に環境負荷の少ないラクトン類の製造方法の研究を進める中で、反応基質として、特定のものを用い、特定温度以上でアルミノシリケートと接触させると、選択的にγ―ヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクトン等の種々の５員環のラクトン類が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
即ち、本発明の目的は、工業的に有利な方法で、且つ環境負荷の少ない方法でγ―ヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクトン等の種々の５員環のラクトン類を効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下記一般式（１）又は下記一般式（２）
【化２】
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、は２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化することを特徴とする下記一般式（３）
【化３】
（式中、ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基を示し、ｎは前記と同義、）で表わされラクトン類の製造方法を提供することにより、前記目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて特定温度以上で接触させるだけで、反応基質からγーヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクタム等の種々の５員環のラクトン類を高い転換率で選択的に製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】反応基質として、３−ペンテン酸を用いた場合の予測される反応機構の概略図。
【図２】反応基質として、６−ヘプテン酸を用いた場合の予測される反応機構の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明のラクトン類の製造方法は、反応基質として、特定のものを用い、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて前記反応基質を分子内環状化し、前記一般式（３）で表される５員環のラクトン類を選択的に生成させることにその特徴を有するものである。
【００１３】
発明に係る反応基質は、下記一般式（１）又は（２）で表される。
【化４】
【００１４】
前記一般式（１）で表される反応基質の式中のＲ１は、ＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基であり、式中のｎは２〜８、好ましくは２〜６の整数を示す。
反応基質として、一般式（１）で表されるものを用いた場合は、生成されるラクトン類は、一般式（３）の式中のＣｎＨ２ｎ＋１のｎの値が前記一般式（１）で表される反応基質の式中のＲ１（ＣｎＨ２ｎ＋１）中のｎの値に相当するアルキル基が生成される。
【００１５】
一方、前記一般式（２）で表される反応基質の式中のＲ２は、ＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基であり、式中のｎは２〜８、好ましくは２〜６の整数を示す。
反応基質として、一般式（２）で表されるものを用いた場合は、生成されるラクトン類は、一般式（３）の式中のＣｎＨ２ｎ＋１のｎの値が前記一般式（２）で表される反応基質の式中のＲ２（ＣｎＨ２ｎ―１）中のｎの値に相当するアルキル基が生成される。
【００１６】
前記一般式（１）及び（２）の反応基質としては、ヘキセン酸、ヘプテン酸、デセン酸から選ばれることが好ましい。
一般式（１）で表される反応基質として特に好ましいものは、例えば、下記化学式（１ａ）〜（１ｅ）のものが挙げられる。
【００１７】
【化５】
【００１８】
一般式（２）で表される反応基質として好ましいものは、例えば、下記化学式（２ａ）〜（２ｈ）のものが挙げられる。
【化６】
【００１９】
本発明で環状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。
【００２０】
また、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）が好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明に係る反応は、例えば、反応基質を溶媒に溶解させ、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、反応基質をアルミノシリケートに抱接させながら接触させ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。
【００２５】
前記反応基質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。
【００２６】
本発明に係る反応は、反応基質の構造により、反応中に副反応を抑える必要がある場合には、必要により不活性雰囲気下で行うことができる。不活性雰囲気とは、例えば窒素雰囲気等が挙げられる。
【００２７】
更に、反応は暗所下で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。
【００２８】
本発明において、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８０℃以上、好ましくは８０〜２００℃、いっそ好ましくは８０〜１５０℃で行う必要がある。本発明において反応温度を８０℃以上にする理由は、８０℃より反応温度が低いと６員環のラクトンが多量に副生するためである。
【００２９】
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５時間以上、特に好ましくは８〜３０時間である。
【００３０】
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は分子内付加反応によりぞれぞれ環状化合物の５員環のラクトン類へ随時転換するが、生成したこれらのラクトン類は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、生成したラクトン類をアルミノシリケートから抽出して、これらのラクトン類を回収する工程を設けることが好ましい。
【００３１】
前記抽出方法としては、該アル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。
【００３２】
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、ジクロロメタンが好ましい。
【００３３】
抽出操作終了後、抽出液からアル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。
【００３４】
本発明のラクトン類の製造方法の反応機構は、例えば、反応基質として３-ペンタン酸を用いた場合、３-ペンタン酸はアルミノシリケートに抱接後ブレンステッド酸点への求核攻撃を経ることでカチオン１とカチオン２が得られる。カチオン１と２は電子的な安定性は同じだが、特定温度以上になるとカルボニル酸素の攻撃によるひずみの障害が少ないカチオン２の方が多くなると考えられる。また、カルボニル酸素はγ位の攻撃を受けやすいため、結果として５員環が生成するものと本発明者らは推測している（図１参照）。
また、図２に反応基質として６−ヘプテン酸を用いた場合に考えられる反応機構の概略図を示す。
【００３５】
本発明で得られるラクトン類は、医薬、農薬、香料等の生理活性物質及びその中間体、フレーバとして化粧料、食品、ラッカー、ワニス等の溶剤として特に有用な化合物である。
【実施例】
【００３６】
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。
＜γーヘキサノラクトンの評価＞
γーヘキサノラクトンと副生するδ−ヘキサノラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーヘキサノラクトンの５員環のメチルは１．０ｐｐｍに、６員環のメチルは１．４ｐｐｍに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γーヘキサノラクトンと副生するδ−ヘキサノラクトンのモル比及び質量比を算出した。
＜γーヘプタノラクトンの評価＞
γーヘプタノラクトンと副生するδ−ヘプタノラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーヘプタノラクトンのメチン基は４．５ｐｐｍに、δ−ヘプタノラクトンのメチン基は４．２ｐｐｍに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γーヘプタノラクトンと副生するδ−ヘプタノラクトンのモル比及び質量比を算出した。
＜γ‐デカラクトンの評価＞
γーデカラクトンと副生するδ−デカラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーデカラクトンのメチン基は４．５ｐｐｍに、δ−デカラクトンのメチン基は４．２ｐｐｍに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γーデカラクトンと副生するδ−デカラクトンのモル比及び質量比を算出した。
｛実施例１｝
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、５−ヘキセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００３７】
｛実施例２〜３及び比較例１｝
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、５−ヘキセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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】
｛実施例４｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）に代えて、ＵＳＹ型ゼオライトを使用した以外は実施例２〜３と同様に反応を行った。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００３９】
【化７】
【表１】
【００４０】
｛実施例５｝
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、４−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００４１】
｛実施例６〜８及び比較例２｝
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、４−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４２】
【化８】
【表２】
【００４３】
｛実施例９｝
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、３−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００４４】
｛実施例１０｝
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、３−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４５】
【化９】
【表３】
【００４６】
｛実施例１１〜１２及び比較例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、６−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４７】
【化１０】
【表４】
【００４８】
｛実施例１３〜１４及び比較例４｝
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、４−デセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４９】
【化１１】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて特定温度以上で接触させるだけで、反応基質からγ―ヘキサノラクタム、γ―ヘプタノラクタム等の種々の５員環のラクトン類を高い転換率で選択的に製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷が小さい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γーヘキサノラクトン、γーヘプタノラクトン等の５員環のラクトン類を選択的に得ることができる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。特に５員環のものは桃の香料に多く含まれている。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】
本発明者らは、先に環境負荷の少ないラクトンの製造方法として、下記反応式（１）に示すように反応基質として４−ペンテン酸（化合物（A））等のアルケン化合物を用いて、アルミノシリケートと接触させて、γ―バレロラクトン（化合物（B））を選択的に製造する方法を提案した（特許文献３参照）。
【化１】
特許文献３の方法では、γ―バレロラクトンを得ることはできるが、他の５員環のラクトン類を得難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】特開２０１０−２０２６３７号公報。
【非特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明らは、更に環境負荷の少ないラクトン類の製造方法の研究を進める中で、反応基質として、特定のものを用い、特定温度以上でアルミノシリケートと接触させると、選択的にγ―ヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクトン等の種々の５員環のラクトン類が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
即ち、本発明の目的は、工業的に有利な方法で、且つ環境負荷の少ない方法でγ―ヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクトン等の種々の５員環のラクトン類を効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下記一般式（１）又は下記一般式（２）
【化２】
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、は２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化することを特徴とする下記一般式（３）
【化３】
（式中、ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基を示し、ｎは前記と同義、）で表わされラクトン類の製造方法を提供することにより、前記目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて特定温度以上で接触させるだけで、反応基質からγーヘキサノラクトン、γ―ヘプタノラクタム等の種々の５員環のラクトン類を高い転換率で選択的に製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】反応基質として、３−ペンテン酸を用いた場合の予測される反応機構の概略図。
【図２】反応基質として、６−ヘプテン酸を用いた場合の予測される反応機構の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明のラクトン類の製造方法は、反応基質として、特定のものを用い、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて前記反応基質を分子内環状化し、前記一般式（３）で表される５員環のラクトン類を選択的に生成させることにその特徴を有するものである。
【００１３】
発明に係る反応基質は、下記一般式（１）又は（２）で表される。
【化４】
【００１４】
前記一般式（１）で表される反応基質の式中のＲ１は、ＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基であり、式中のｎは２〜８、好ましくは２〜６の整数を示す。
反応基質として、一般式（１）で表されるものを用いた場合は、生成されるラクトン類は、一般式（３）の式中のＣｎＨ２ｎ＋１のｎの値が前記一般式（１）で表される反応基質の式中のＲ１（ＣｎＨ２ｎ＋１）中のｎの値に相当するアルキル基が生成される。
【００１５】
一方、前記一般式（２）で表される反応基質の式中のＲ２は、ＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基であり、式中のｎは２〜８、好ましくは２〜６の整数を示す。
反応基質として、一般式（２）で表されるものを用いた場合は、生成されるラクトン類は、一般式（３）の式中のＣｎＨ２ｎ＋１のｎの値が前記一般式（２）で表される反応基質の式中のＲ２（ＣｎＨ２ｎ―１）中のｎの値に相当するアルキル基が生成される。
【００１６】
前記一般式（１）及び（２）の反応基質としては、ヘキセン酸、ヘプテン酸、デセン酸から選ばれることが好ましい。
一般式（１）で表される反応基質として特に好ましいものは、例えば、下記化学式（１ａ）〜（１ｅ）のものが挙げられる。
【００１７】
【化５】
【００１８】
一般式（２）で表される反応基質として好ましいものは、例えば、下記化学式（２ａ）〜（２ｈ）のものが挙げられる。
【化６】
【００１９】
本発明で環状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。
【００２０】
また、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）が好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明に係る反応は、例えば、反応基質を溶媒に溶解させ、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、反応基質をアルミノシリケートに抱接させながら接触させ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。
【００２５】
前記反応基質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。
【００２６】
本発明に係る反応は、反応基質の構造により、反応中に副反応を抑える必要がある場合には、必要により不活性雰囲気下で行うことができる。不活性雰囲気とは、例えば窒素雰囲気等が挙げられる。
【００２７】
更に、反応は暗所下で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。
【００２８】
本発明において、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８０℃以上、好ましくは８０〜２００℃、いっそ好ましくは８０〜１５０℃で行う必要がある。本発明において反応温度を８０℃以上にする理由は、８０℃より反応温度が低いと６員環のラクトンが多量に副生するためである。
【００２９】
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５時間以上、特に好ましくは８〜３０時間である。
【００３０】
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は分子内付加反応によりぞれぞれ環状化合物の５員環のラクトン類へ随時転換するが、生成したこれらのラクトン類は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、生成したラクトン類をアルミノシリケートから抽出して、これらのラクトン類を回収する工程を設けることが好ましい。
【００３１】
前記抽出方法としては、該アル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。
【００３２】
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、ジクロロメタンが好ましい。
【００３３】
抽出操作終了後、抽出液からアル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。
【００３４】
本発明のラクトン類の製造方法の反応機構は、例えば、反応基質として３-ペンタン酸を用いた場合、３-ペンタン酸はアルミノシリケートに抱接後ブレンステッド酸点への求核攻撃を経ることでカチオン１とカチオン２が得られる。カチオン１と２は電子的な安定性は同じだが、特定温度以上になるとカルボニル酸素の攻撃によるひずみの障害が少ないカチオン２の方が多くなると考えられる。また、カルボニル酸素はγ位の攻撃を受けやすいため、結果として５員環が生成するものと本発明者らは推測している（図１参照）。
また、図２に反応基質として６−ヘプテン酸を用いた場合に考えられる反応機構の概略図を示す。
【００３５】
本発明で得られるラクトン類は、医薬、農薬、香料等の生理活性物質及びその中間体、フレーバとして化粧料、食品、ラッカー、ワニス等の溶剤として特に有用な化合物である。
【実施例】
【００３６】
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。
＜γーヘキサノラクトンの評価＞
γーヘキサノラクトンと副生するδ−ヘキサノラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーヘキサノラクトンの５員環のメチルは１．０ｐｐｍに、６員環のメチルは１．４ｐｐｍに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γーヘキサノラクトンと副生するδ−ヘキサノラクトンのモル比及び質量比を算出した。
＜γーヘプタノラクトンの評価＞
γーヘプタノラクトンと副生するδ−ヘプタノラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーヘプタノラクトンのメチン基は４．５ｐｐｍに、δ−ヘプタノラクトンのメチン基は４．２ｐｐｍに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γーヘプタノラクトンと副生するδ−ヘプタノラクトンのモル比及び質量比を算出した。
＜γ‐デカラクトンの評価＞
γーデカラクトンと副生するδ−デカラクトンは、１Ｈ−ＮＭＲ分析でγーデカラクトンのメチン基は４．５ｐｐｍに、δ−デカラクトンのメチン基は４．２ｐｐｍに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γーデカラクトンと副生するδ−デカラクトンのモル比及び質量比を算出した。
｛実施例１｝
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、５−ヘキセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００３７】
｛実施例２〜３及び比較例１｝
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、５−ヘキセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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】
｛実施例４｝
Ｙ型結晶系の酸性ゼオライト（ＨＹ）に代えて、ＵＳＹ型ゼオライトを使用した以外は実施例２〜３と同様に反応を行った。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００３９】
【化７】
【表１】
【００４０】
｛実施例５｝
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、４−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００４１】
｛実施例６〜８及び比較例２｝
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、４−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４２】
【化８】
【表２】
【００４３】
｛実施例９｝
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、３−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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１Ｈ−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。
【００４４】
｛実施例１０｝
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、３−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４５】
【化９】
【表３】
【００４６】
｛実施例１１〜１２及び比較例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、６−ヘプテン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４７】
【化１０】
【表４】
【００４８】
｛実施例１３〜１４及び比較例４｝
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、４−デセン酸を用い、シクロヘキサン５０ｍｌ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、１時間攪拌して反応基質をＨＹゼオライトに抱接させた後、ＨＹゼオライトを固液分離して回収し、回収したＨＹゼオライトをボードに移し、電気炉に入れ所定の条件下で加熱した。
加熱処理後、放冷し、次いでジクロロメタン２０ｍｌを加えて超音波でゼオライトから抽出し、ろ過し、ろ液を減圧濃縮して溶媒を除去し残渣を得、得られた残渣を１Ｈ−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。
【００４９】
【化１１】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の製造方法によれば、触媒としてアルミノシリケートを用いて特定温度以上で接触させるだけで、反応基質からγ―ヘキサノラクタム、γ―ヘプタノラクタム等の種々の５員環のラクトン類を高い転換率で選択的に製造することができることから、工業的に有利であり、しかも環境負荷が小さい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）又は下記一般式（２）
【化１】
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、ｎは２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化することを特徴とする下記一般式（３）
【化２】
（式中、ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基を示し、ｎは前記と同義、）で表わされラクトン類の製造方法。
【請求項２】
反応基質が、ヘキセン酸、ヘプテン酸、デセン酸から選ばれ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１】
下記一般式（１）又は下記一般式（２）
【化１】
（式中、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ＋１で表わされるアルキル基、Ｒ２はＣｎＨ２ｎ−１で表わされるアルケン基を示し、ｎは２〜８の整数を示す。）で表わされる反応基質を、アルミノシリケートと８０℃以上で接触させて、前記反応基質を分子内環状化することを特徴とする下記一般式（３）
【化２】
（式中、ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基を示し、ｎは前記と同義、）で表わされラクトン類の製造方法。
【請求項２】
反応基質が、ヘキセン酸、ヘプテン酸、デセン酸から選ばれ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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１６７０６５（Ｐ２０１２−１６７０６５Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９９６２（Ｐ２０１１−２９９６２）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【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２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【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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