含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法
【課題】酵素を用いることなく、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を製造する新たな方法を提供すること。
【解決手段】ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程は、加圧条件下で行われることが好ましい。
【解決手段】ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程は、加圧条件下で行われることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４−メチルチオ―２−オキソ酪酸等の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、例えば医農薬等の製造中間体として有用な化合物であることが知られている。
【０００３】
含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法として、例えば非特許文献１（Ｔａｂｌｅ ４等参照。）には、Ｄ−２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸を酵素により酸化することにより、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８８年，第２８巻，４３３〜４３９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記方法は、酵素を反応試剤として用いる必要がある。本発明の目的は、酵素を用いることなく、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を製造する新たな方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討したところ、本発明に至った。
【０００７】
即ち本発明は、以下の通りである。
〔１〕 ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。〔２〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、加圧条件下で行なわれる〔１〕記載の製造方法。
〔３〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる〔１〕又は〔２〕記載の製造方法。
〔４〕 典型金属化合物がアルカリ金属水酸化物である〔３〕記載の製造方法。
〔５〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、酸素の存在下に行われる〔１〕〜〔４〕のいずれか１記載の製造方法。
〔６〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物が式（１）
【０００８】
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）
で示される化合物であり、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が式（２）
【０００９】
【化２】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である〔１〕〜〔５〕のいずれか１記載の製造方法。
〔７〕 Ｒ１がメチル基であり、ｎが２である〔６〕記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、酵素を用いることなく、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を製造する新たな方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法は、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする。以下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を、含硫ヒドロキシ酢酸化合物と記すことがある。また、含硫ヒドロキシ酢酸化合物の酸化を、本反応と記すことがある。本反応により、含硫ヒドロキシ酢酸化合物に含まれる−ＣＨ（ＯＨ）−で表される基が酸化されて−ＣＯ−で表される基に変換され、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物に変換される。
【００１３】
本発明において、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、遊離酸の形態であってもよく、塩の形態であってもよい。かかる塩の形態としては、含硫ヒドロキシ酢酸のＣＯＯＨから解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わったものが挙げられ、陽イオンとしては例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン及びマグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン；テトラメチルアンモニウムイオン及びテトラブチルアンモニウムイオン等の４級アンモニウムイオン；並びにアンモニウムイオンが挙げられる。
【００１４】
含硫ヒドロキシ酢酸化合物において、含硫黄炭化水素基は、硫黄原子と炭素原子と水素原子とからなる基であり、該含硫黄炭化水素基に含まれる水素原子は、本反応に不活性な、任意の基で置換されていてもよい。
含硫黄炭化水素基は、多重結合を有しない飽和の含硫黄炭化水素基であってもよく、二重結合を有する不飽和の含硫黄炭化水素基であってもよい。
【００１５】
飽和の含硫黄炭化水素基は、直鎖状又は分岐鎖状であってもよく、環状であってもよい。以下、直鎖状又は分岐鎖状である飽和の含硫黄炭化水素基を、飽和鎖式含硫黄炭化水素基と記すことがある。また、環状である飽和の含硫黄炭化水素基を、飽和環式含硫黄炭化水素基と記すことがある。
【００１６】
飽和鎖式含硫黄炭化水素基としては例えば、メチルチオメチル基、エチルチオメチル基、プロピルチオメチル基、イソプロピルチオメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルチオメチル基、１−（メチルチオ）エチル基、２−（メチルチオ）エチル基、１−（エチルチオ）エチル基、２−（エチルチオ）エチル基、１−（プロピルチオ）エチル基、２−（プロピルチオ）エチル基、２−（イソプロピルチオ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルチオ）エチル基、１−（メチルチオ）プロピル基、２−（メチルチオ）プロピル基、３−（メチルチオ）プロピル基、３−（エチルチオ）プロピル基、３−（プロピルチオ）プロピル基、３−（イソプロピルチオ）プロピル基及び２，３−（ジメチルチオ）プロピル基が挙げられる。
【００１７】
飽和環式含硫黄炭化水素基としては例えば、シクロプロピルチオメチル基、シクロブチルチオメチル基、シクロペンチルチオメチル基、シクロヘキシルチオメチル基、２−（メチルチオ）シクロプロピル基、２−（メチルチオ）シクロブチル基、２−（メチルチオ）シクロペンチル基、２−（メチルチオ）シクロヘキシル基、４−（メチルチオ）シクロヘキシル基、２−メチル−４−（メチルチオ）シクロヘキシル基、２，４−（ジメチルチオ）シクロヘキシル基、２−チアシクロヘキシル基及び４−チアシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１８】
不飽和の含硫黄炭化水素基としては、例えば、２−メチルチオフェニル基、３−メチルチオフェニル基、４−メチルチオフェニル基、２−メチル−４−メチルチオフェニル基、２，４−（ジメチルチオ）フェニル基、フェニルチオメチル基、１−（フェニルチオ）エチル基、２−（フェニルチオ）エチル基、ベンジルチオメチル基、１−（ベンジルチオ）エチル基、２−（ベンジルチオ）エチル基、２−チエニル基、３−チエニル基、２−メチル−３−チエニル基が挙げられる。
【００１９】
本反応に不活性な基としては例えば、下記＜群Ｐ１＞から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
【００２０】
＜群Ｐ１＞
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
ベンジルオキシ基等の炭素数７〜１２のアラルキルオキシ基；
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基及びシクロヘキシルオキシ基等の炭素数３〜８のシクロアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
トリフルオロメトキシ基及びペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；
アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ベンジルアミノ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルアミノ基及びベンジルオキシカルボニルアミノ基等の置換若しくは無置換のアミノ基（置換アミノ基の炭素数は例えば１〜１２である。）；
アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基及びベンゾイル基等の炭素数２〜１２のアシル基；
アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、イソバレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等の炭素数２〜１２のアシルオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２１】
上述の群Ｐ１において、炭素数１〜１２のアルコキシ基及び炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、例えば、下記＜群Ｐ２＞から選ばれる少なくとも一種の基を有していてもよい。
【００２２】
＜群Ｐ２＞
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２３】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基は、置換基を有していてもよい飽和の含硫黄炭化水素基であることが好ましく、置換基を有していてもよい飽和鎖式含硫黄炭化水素基であることがより好ましく、Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−（但し、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で表される基であることがさらに好ましい。
【００２４】
Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−で表される基において、Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基における、炭素数１〜１２のアルキル基としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基及びオクチル基が挙げられる。Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における、炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基及び置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における置換基としては、例えば本反応に不活性な基が挙げられ、好ましくは下記の＜群Ｐ３＞から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
【００２５】
＜群Ｐ３＞
フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基及び４−メチルフェニル基等の炭素数６〜２０のアリール基；
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
ベンジルオキシ基等の炭素数７〜１２のアラルキルオキシ基；
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基及びシクロヘキシルオキシ基等の炭素数３〜８のシクロアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
トリフルオロメトキシ基及びペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；
アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ベンジルアミノ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルアミノ基及びベンジルオキシカルボニルアミノ基等の置換若しくは無置換のアミノ基（置換アミノ基の炭素数は例えば１〜１２である。）；
アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基及びベンゾイル基等の炭素数２〜１２のアシル基；
アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、イソバレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等の炭素数２〜１２のアシルオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２６】
上述の群Ｐ３において、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基及び炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、例えば、上述の＜群Ｐ２＞から選ばれる少なくとも一種の基を有していてもよい。
【００２７】
Ｒ１で表される置換基を有する炭素数１〜１２のアルキル基及び置換基を有する炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては例えば、ベンジル基、ナフタレン−１−イルメチル基、ナフタレン−２−イルメチル基、４−メチルベンジル基、３，４−ジメチルベンジル基、４−メトキシベンジル基、３，４−ジメトキシベンジル基、４−フェニルベンジル基、４−フェノキシベンジル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、イソプロピルオキシメチル基、ブチルオキシメチル基、イソブチルオキシメチル基、ｓｅｃ−ブチルオキシメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシメチル、フェノキシメチル基、２−メチルフェノキシメチル基、４−メチルフェノキシメチル基、１−フェニルエチル基、２−フェニルエチル基、１−（ナフタレン−１−イル）エチル基、１−（ナフタレン−２−イル）エチル基、１−（４−メチルフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメチルフェニル）エチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメトキシフェニル）エチル基、１−（４−フェニルフェニル）エチル基、１−（４−フェノキシフェニル）エチル基、２−（メトキシ）エチル基、２−（エトキシ）エチル基、２−（イソプロピルオキシ）エチル基、２−（ブチルオキシ）エチル基、２−（イソブチルオキシ）エチル基、２−（ｓｅｃ−ブチルオキシ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルオキシ）エチル、２−（フェノキシ）エチル基、２−（２−メチルフェノキシ）エチル基、２−（４−メチルフェノキシ）エチル基、２−フェニルシクロプロピル基及び４−フェニルシクロヘキシル基が挙げられる。
【００２８】
Ｒ１は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基であり、より好ましくはフェニル基を有していてもよい炭素数１〜４のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
【００２９】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基として、Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−で表される基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物は、式（１）
【００３０】
【化３】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である。以下、式（１）で表される化合物を、化合物（１）と記すことがある。好ましい含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、化合物（１）である。
【００３１】
化合物（１）としては例えば、２−ヒドロキシー３−メチルチオプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、３−エチルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸、４−エチルチオ−２−ヒドロキシ酪酸、２−ヒドロキシ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−ヒドロキシ酪酸、２−ヒドロキシ−５−（メチルチオ）ペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−ヒドロキシペンタン酸、２−ヒドロキシ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−ヒドロキシペンタン酸、２−ヒドロキシ−６−（メチルチオ）ヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−ヒドロキシヘキサン酸、２−ヒドロキシ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−ヒドロキシヘキサン酸及びそれらの塩が挙げられる。
化合物（１）としては、市販品及び例えば特開２００６−１０９８３４号公報に記載される方法に準じて製造したものが挙げられる。
【００３２】
次いで、含硫ヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を説明する。かかる工程において、本反応により、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物に変換される。
【００３３】
本反応は、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下に行われる。以下、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種を、ルテニウム触媒と記すことがある。
【００３４】
ルテニウム化合物としては例えば、酸化ルテニウム及び水酸化ルテニウムが挙げられる。
【００３５】
ルテニウム触媒は、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種が担体に担持された触媒（以下、担持ルテニウム触媒と記すことがある）であることが好ましい。
担体としては、例えば、活性炭、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、ゼオライト、珪藻土、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ハイドロキシアパタイト及びハイドロタルサイトからなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。かかる担体の表面積は、良好な触媒活性を示す点で広い方が好ましい。
担持ルテニウム触媒としては、市販品及び、例えば、ルテニウム金属又はルテニウムの硝酸塩、硫酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、水酸化物又は酸化物等を上述の担体に共沈法或いは含浸法等により担持させ、必要に応じて焼成又は水素還元したものが挙げられる。
【００３６】
ルテニウム触媒の使用量は、その使用形態により異なるが、含硫ヒドロキシ酢酸化合物に対して、例えば０．１重量％〜１００重量％の範囲である。ルテニウム触媒に含まれるルテニウムの量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは０．００１モル以上である。ルテニウム触媒に含まれるルテニウムの量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、０．５モル以下であることが実用的である。
【００３７】
本反応は、好ましくは、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる。
【００３８】
アルカリ金属化合物としては例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸リチウム及び炭酸水素リチウム等のアルカリ金属炭酸塩
並びに
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物が挙げられる。
アルカリ土類金属化合物としては例えば、炭酸マグネシウム及び炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩
並びに
水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物が挙げられる。
典型金属化合物は、好ましくはアルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくはアルカリ金属水酸化物であり、さらに好ましくは水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。
【００３９】
典型金属化合物の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは０．５モル以上であり、その上限は制限されない。典型金属化合物の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、２モル以下であることが実用的である。
【００４０】
本反応は、好ましくは、酸素存在下に行われる。
酸素は、酸素ガスであってもよく、窒素等の不活性ガスにより希釈された酸素ガスであってもよく、大気に含まれる酸素であってもよい。また、大気に含まれる酸素を窒素等の不活性ガスにより希釈したものであってもよい。
酸素の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは１モル以上であり、その上限は制限されない。
【００４１】
本反応は、好ましくは、溶媒の存在下で行われる。
溶媒としては例えば、アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン溶媒、アセト二トリル及びプロピオニトリル等のニトリル溶媒、トルエン及びベンゾトリフルオリド等の芳香族溶媒、水並びにこれらの混合溶媒が挙げられる。溶媒は、好ましくは水、ケトン溶媒又は芳香族溶媒であり、より好ましくは水又はトルエンである。
溶媒の使用量は特に制限されず、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１重量部に対して、１００重量部以下とすることが容積効率の点で好ましい。
【００４２】
本反応において、反応試剤の混合順序は制限されない。好ましい実施態様としては例えば、含硫ヒドロキシ酢酸化合物と溶媒と典型金属化合物とルテニウム触媒とを混合し、得られる混合物と酸素とを混合する方法が挙げられる。
【００４３】
本反応は、減圧条件下、常圧条件下及び加圧条件下のいずれの条件下でも行われるが、好ましくは、常圧条件下又は加圧条件下で行われ、より好ましくは、加圧条件下で行われる。加圧条件は、例えば０．２〜１０ＭＰａＧ（ゲージ圧）が挙げられる。
【００４４】
本反応の反応温度は、反応混合物中の含硫ヒドロキシ酢酸化合物の濃度やルテニウム触媒の使用量等により異なるが、好ましくは２０℃〜１５０℃の範囲である。反応温度が２０℃よりも低い場合は、本反応の速度が低くなる傾向にあり、反応温度が１５０℃よりも高い場合は、本反応の選択率が低下する傾向にある。
【００４５】
反応の進行度合いは、例えばガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル分析、赤外吸収スペクトル分析等の分析手段により確認することができる。
【００４６】
反応終了後、例えば、得られる反応混合物を濾過することにより、反応混合物からルテニウム触媒を取り除いた後、必要に応じて硫酸、塩酸などの鉱酸で中和処理を行い、濃縮処理、冷却処理等或いは例えばアセトンとの混合処理を行うことにより、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を固体として取り出すことができる。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が親油性を示す化合物である場合は、反応終了後、得られる反応混合物を濾過することにより、反応混合物からルテニウム触媒を取り除いた後、水に非混和性の溶媒と混合し、抽出処理、濃縮処理、冷却処理等を行うことにより含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を取り出すことができる。水に非混和性の溶媒としては、例えば、酢酸エチル等のエステル溶媒およびメチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のエーテル溶媒が挙げられ、その使用量は制限されない。
取り出した含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、蒸留、カラムクロマトグラフィー、結晶化などの精製手段により、精製することができる。
【００４７】
かくして得られる含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を有する。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物における置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基は、上述の含硫ヒドロキシ酢酸化合物における置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基と同じ意味を表す。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、遊離酸の形態であってもよく、塩の形態であってもよい。含硫２−ケトカルボン酸化合物が塩の形態である場合、含硫黄２−ケトカルボン酸のＣＯＯＨから解離し得るＨ＋が置き換わった陽イオンとしては、上述の含硫ヒドロキシ酢酸化合物における陽イオンと同様のものが挙げられる。
【００４８】
かかる含硫黄２−ケトカルボン酸化合物としては例えば、３−メチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−エチルチオ−２−オキソプロピオン酸、４−メチルチオ−２−オキソ酪酸、４−エチルチオ−２−オキソ酪酸、２−オキソ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−オキソ酪酸、５−メチルチオ−２−オキソペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−オキソペンタン酸、２−オキソ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−オキソペンタン酸、６−メチルチオ−２−オキソヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−オキソヘキサン酸、２−オキソ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−オキソヘキサン酸及びそれらの塩が挙げられる。
【実施例】
【００４９】
次に実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００５０】
以下の各実施例では、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて下記分析条件により反応混合物を分析し、下式に基づいて転化率及び選択率を算出した。
【００５１】
＜分析条件＞
ＬＣカラム ：Ｌｉｃｈｒｏｓｏｒｂ−ＲＰ−８
カラム温度 ：４０℃
移動相 ：アセトニトリル／水＝５／９５
添加剤 １−ペンタンスルホン酸ナトリウム
添加剤濃度 ２．５ｍｍｏｌ／Ｌ
移動相のｐＨ ３（４０％リン酸を添加して調整）
流速 ：１．５ｍＬ／分
検出波長 ：２１０ｎｍ
測定時間 ：６０分
【００５２】
＜転化率の算出＞
転化率（％）＝１００（％）−（化合物（１）のピーク面積（％））
【００５３】
＜選択率の算出＞
選択率（％）＝（化合物（２）のピーク面積）／（全生成物のピーク面積）Ｘ１００
【００５４】
＜実施例１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２９ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３（和光純薬工業株式会社製）１００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに３０％酸素／７０％窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は１１％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は４２％であった。
【００５５】
＜実施例２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、トルエン２．２５ｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３（和光純薬工業株式会社製）１００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに３０％酸素／７０％窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は４９％であった。
【００５６】
＜実施例３＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２５ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３ １００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は６１％であった。
【００５７】
＜実施例４＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２５ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及びＲｕ（ＯＨ）ｘ／Ａｌ２Ｏ３（Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ ２００２年，第４１巻，４５３８〜４５４２頁参照。）２２０ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ（ＯＨ）ｘ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２．５％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は３９％であった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
４−メチルチオ―２−オキソ酪酸等の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、例えば医農薬等の製造中間体として有用な化合物であることが知られている。本発明は含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法として産業上利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４−メチルチオ―２−オキソ酪酸等の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、例えば医農薬等の製造中間体として有用な化合物であることが知られている。
【０００３】
含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法として、例えば非特許文献１（Ｔａｂｌｅ ４等参照。）には、Ｄ−２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸を酵素により酸化することにより、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８８年，第２８巻，４３３〜４３９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記方法は、酵素を反応試剤として用いる必要がある。本発明の目的は、酵素を用いることなく、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を製造する新たな方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討したところ、本発明に至った。
【０００７】
即ち本発明は、以下の通りである。
〔１〕 ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。〔２〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、加圧条件下で行なわれる〔１〕記載の製造方法。
〔３〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる〔１〕又は〔２〕記載の製造方法。
〔４〕 典型金属化合物がアルカリ金属水酸化物である〔３〕記載の製造方法。
〔５〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、酸素の存在下に行われる〔１〕〜〔４〕のいずれか１記載の製造方法。
〔６〕 置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物が式（１）
【０００８】
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）
で示される化合物であり、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が式（２）
【０００９】
【化２】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である〔１〕〜〔５〕のいずれか１記載の製造方法。
〔７〕 Ｒ１がメチル基であり、ｎが２である〔６〕記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、酵素を用いることなく、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を製造する新たな方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法は、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする。以下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を、含硫ヒドロキシ酢酸化合物と記すことがある。また、含硫ヒドロキシ酢酸化合物の酸化を、本反応と記すことがある。本反応により、含硫ヒドロキシ酢酸化合物に含まれる−ＣＨ（ＯＨ）−で表される基が酸化されて−ＣＯ−で表される基に変換され、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物に変換される。
【００１３】
本発明において、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、遊離酸の形態であってもよく、塩の形態であってもよい。かかる塩の形態としては、含硫ヒドロキシ酢酸のＣＯＯＨから解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わったものが挙げられ、陽イオンとしては例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン及びマグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン；テトラメチルアンモニウムイオン及びテトラブチルアンモニウムイオン等の４級アンモニウムイオン；並びにアンモニウムイオンが挙げられる。
【００１４】
含硫ヒドロキシ酢酸化合物において、含硫黄炭化水素基は、硫黄原子と炭素原子と水素原子とからなる基であり、該含硫黄炭化水素基に含まれる水素原子は、本反応に不活性な、任意の基で置換されていてもよい。
含硫黄炭化水素基は、多重結合を有しない飽和の含硫黄炭化水素基であってもよく、二重結合を有する不飽和の含硫黄炭化水素基であってもよい。
【００１５】
飽和の含硫黄炭化水素基は、直鎖状又は分岐鎖状であってもよく、環状であってもよい。以下、直鎖状又は分岐鎖状である飽和の含硫黄炭化水素基を、飽和鎖式含硫黄炭化水素基と記すことがある。また、環状である飽和の含硫黄炭化水素基を、飽和環式含硫黄炭化水素基と記すことがある。
【００１６】
飽和鎖式含硫黄炭化水素基としては例えば、メチルチオメチル基、エチルチオメチル基、プロピルチオメチル基、イソプロピルチオメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルチオメチル基、１−（メチルチオ）エチル基、２−（メチルチオ）エチル基、１−（エチルチオ）エチル基、２−（エチルチオ）エチル基、１−（プロピルチオ）エチル基、２−（プロピルチオ）エチル基、２−（イソプロピルチオ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルチオ）エチル基、１−（メチルチオ）プロピル基、２−（メチルチオ）プロピル基、３−（メチルチオ）プロピル基、３−（エチルチオ）プロピル基、３−（プロピルチオ）プロピル基、３−（イソプロピルチオ）プロピル基及び２，３−（ジメチルチオ）プロピル基が挙げられる。
【００１７】
飽和環式含硫黄炭化水素基としては例えば、シクロプロピルチオメチル基、シクロブチルチオメチル基、シクロペンチルチオメチル基、シクロヘキシルチオメチル基、２−（メチルチオ）シクロプロピル基、２−（メチルチオ）シクロブチル基、２−（メチルチオ）シクロペンチル基、２−（メチルチオ）シクロヘキシル基、４−（メチルチオ）シクロヘキシル基、２−メチル−４−（メチルチオ）シクロヘキシル基、２，４−（ジメチルチオ）シクロヘキシル基、２−チアシクロヘキシル基及び４−チアシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１８】
不飽和の含硫黄炭化水素基としては、例えば、２−メチルチオフェニル基、３−メチルチオフェニル基、４−メチルチオフェニル基、２−メチル−４−メチルチオフェニル基、２，４−（ジメチルチオ）フェニル基、フェニルチオメチル基、１−（フェニルチオ）エチル基、２−（フェニルチオ）エチル基、ベンジルチオメチル基、１−（ベンジルチオ）エチル基、２−（ベンジルチオ）エチル基、２−チエニル基、３−チエニル基、２−メチル−３−チエニル基が挙げられる。
【００１９】
本反応に不活性な基としては例えば、下記＜群Ｐ１＞から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
【００２０】
＜群Ｐ１＞
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
ベンジルオキシ基等の炭素数７〜１２のアラルキルオキシ基；
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基及びシクロヘキシルオキシ基等の炭素数３〜８のシクロアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
トリフルオロメトキシ基及びペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；
アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ベンジルアミノ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルアミノ基及びベンジルオキシカルボニルアミノ基等の置換若しくは無置換のアミノ基（置換アミノ基の炭素数は例えば１〜１２である。）；
アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基及びベンゾイル基等の炭素数２〜１２のアシル基；
アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、イソバレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等の炭素数２〜１２のアシルオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２１】
上述の群Ｐ１において、炭素数１〜１２のアルコキシ基及び炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、例えば、下記＜群Ｐ２＞から選ばれる少なくとも一種の基を有していてもよい。
【００２２】
＜群Ｐ２＞
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２３】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基は、置換基を有していてもよい飽和の含硫黄炭化水素基であることが好ましく、置換基を有していてもよい飽和鎖式含硫黄炭化水素基であることがより好ましく、Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−（但し、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で表される基であることがさらに好ましい。
【００２４】
Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−で表される基において、Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基における、炭素数１〜１２のアルキル基としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基及びオクチル基が挙げられる。Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における、炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基及び置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における置換基としては、例えば本反応に不活性な基が挙げられ、好ましくは下記の＜群Ｐ３＞から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
【００２５】
＜群Ｐ３＞
フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基及び４−メチルフェニル基等の炭素数６〜２０のアリール基；
メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルキルオキシ基；
ベンジルオキシ基等の炭素数７〜１２のアラルキルオキシ基；
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基及びシクロヘキシルオキシ基等の炭素数３〜８のシクロアルキルオキシ基；
フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基及び４−フェニルフェニル基等の炭素数６〜１２のアリールオキシ基；
トリフルオロメトキシ基及びペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；
アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ベンジルアミノ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルアミノ基及びベンジルオキシカルボニルアミノ基等の置換若しくは無置換のアミノ基（置換アミノ基の炭素数は例えば１〜１２である。）；
アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基及びベンゾイル基等の炭素数２〜１２のアシル基；
アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、イソバレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等の炭素数２〜１２のアシルオキシ基；
並びに
フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子。
【００２６】
上述の群Ｐ３において、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基及び炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、例えば、上述の＜群Ｐ２＞から選ばれる少なくとも一種の基を有していてもよい。
【００２７】
Ｒ１で表される置換基を有する炭素数１〜１２のアルキル基及び置換基を有する炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては例えば、ベンジル基、ナフタレン−１−イルメチル基、ナフタレン−２−イルメチル基、４−メチルベンジル基、３，４−ジメチルベンジル基、４−メトキシベンジル基、３，４−ジメトキシベンジル基、４−フェニルベンジル基、４−フェノキシベンジル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、イソプロピルオキシメチル基、ブチルオキシメチル基、イソブチルオキシメチル基、ｓｅｃ−ブチルオキシメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシメチル、フェノキシメチル基、２−メチルフェノキシメチル基、４−メチルフェノキシメチル基、１−フェニルエチル基、２−フェニルエチル基、１−（ナフタレン−１−イル）エチル基、１−（ナフタレン−２−イル）エチル基、１−（４−メチルフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメチルフェニル）エチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメトキシフェニル）エチル基、１−（４−フェニルフェニル）エチル基、１−（４−フェノキシフェニル）エチル基、２−（メトキシ）エチル基、２−（エトキシ）エチル基、２−（イソプロピルオキシ）エチル基、２−（ブチルオキシ）エチル基、２−（イソブチルオキシ）エチル基、２−（ｓｅｃ−ブチルオキシ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルオキシ）エチル、２−（フェノキシ）エチル基、２−（２−メチルフェノキシ）エチル基、２−（４−メチルフェノキシ）エチル基、２−フェニルシクロプロピル基及び４−フェニルシクロヘキシル基が挙げられる。
【００２８】
Ｒ１は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基であり、より好ましくはフェニル基を有していてもよい炭素数１〜４のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
【００２９】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基として、Ｒ１−Ｓ−（ＣＨ２）ｎ−で表される基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物は、式（１）
【００３０】
【化３】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である。以下、式（１）で表される化合物を、化合物（１）と記すことがある。好ましい含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、化合物（１）である。
【００３１】
化合物（１）としては例えば、２−ヒドロキシー３−メチルチオプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、３−エチルチオ−２−ヒドロキシプロピオン酸、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸、４−エチルチオ−２−ヒドロキシ酪酸、２−ヒドロキシ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−ヒドロキシ酪酸、２−ヒドロキシ−５−（メチルチオ）ペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−ヒドロキシペンタン酸、２−ヒドロキシ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−ヒドロキシペンタン酸、２−ヒドロキシ−６−（メチルチオ）ヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−ヒドロキシヘキサン酸、２−ヒドロキシ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−ヒドロキシヘキサン酸及びそれらの塩が挙げられる。
化合物（１）としては、市販品及び例えば特開２００６−１０９８３４号公報に記載される方法に準じて製造したものが挙げられる。
【００３２】
次いで、含硫ヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を説明する。かかる工程において、本反応により、含硫ヒドロキシ酢酸化合物は、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物に変換される。
【００３３】
本反応は、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下に行われる。以下、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種を、ルテニウム触媒と記すことがある。
【００３４】
ルテニウム化合物としては例えば、酸化ルテニウム及び水酸化ルテニウムが挙げられる。
【００３５】
ルテニウム触媒は、ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種が担体に担持された触媒（以下、担持ルテニウム触媒と記すことがある）であることが好ましい。
担体としては、例えば、活性炭、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、ゼオライト、珪藻土、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ハイドロキシアパタイト及びハイドロタルサイトからなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。かかる担体の表面積は、良好な触媒活性を示す点で広い方が好ましい。
担持ルテニウム触媒としては、市販品及び、例えば、ルテニウム金属又はルテニウムの硝酸塩、硫酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、水酸化物又は酸化物等を上述の担体に共沈法或いは含浸法等により担持させ、必要に応じて焼成又は水素還元したものが挙げられる。
【００３６】
ルテニウム触媒の使用量は、その使用形態により異なるが、含硫ヒドロキシ酢酸化合物に対して、例えば０．１重量％〜１００重量％の範囲である。ルテニウム触媒に含まれるルテニウムの量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは０．００１モル以上である。ルテニウム触媒に含まれるルテニウムの量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、０．５モル以下であることが実用的である。
【００３７】
本反応は、好ましくは、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる。
【００３８】
アルカリ金属化合物としては例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸リチウム及び炭酸水素リチウム等のアルカリ金属炭酸塩
並びに
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物が挙げられる。
アルカリ土類金属化合物としては例えば、炭酸マグネシウム及び炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩
並びに
水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物が挙げられる。
典型金属化合物は、好ましくはアルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくはアルカリ金属水酸化物であり、さらに好ましくは水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。
【００３９】
典型金属化合物の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは０．５モル以上であり、その上限は制限されない。典型金属化合物の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、２モル以下であることが実用的である。
【００４０】
本反応は、好ましくは、酸素存在下に行われる。
酸素は、酸素ガスであってもよく、窒素等の不活性ガスにより希釈された酸素ガスであってもよく、大気に含まれる酸素であってもよい。また、大気に含まれる酸素を窒素等の不活性ガスにより希釈したものであってもよい。
酸素の使用量は、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１モルに対して、好ましくは１モル以上であり、その上限は制限されない。
【００４１】
本反応は、好ましくは、溶媒の存在下で行われる。
溶媒としては例えば、アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン溶媒、アセト二トリル及びプロピオニトリル等のニトリル溶媒、トルエン及びベンゾトリフルオリド等の芳香族溶媒、水並びにこれらの混合溶媒が挙げられる。溶媒は、好ましくは水、ケトン溶媒又は芳香族溶媒であり、より好ましくは水又はトルエンである。
溶媒の使用量は特に制限されず、含硫ヒドロキシ酢酸化合物１重量部に対して、１００重量部以下とすることが容積効率の点で好ましい。
【００４２】
本反応において、反応試剤の混合順序は制限されない。好ましい実施態様としては例えば、含硫ヒドロキシ酢酸化合物と溶媒と典型金属化合物とルテニウム触媒とを混合し、得られる混合物と酸素とを混合する方法が挙げられる。
【００４３】
本反応は、減圧条件下、常圧条件下及び加圧条件下のいずれの条件下でも行われるが、好ましくは、常圧条件下又は加圧条件下で行われ、より好ましくは、加圧条件下で行われる。加圧条件は、例えば０．２〜１０ＭＰａＧ（ゲージ圧）が挙げられる。
【００４４】
本反応の反応温度は、反応混合物中の含硫ヒドロキシ酢酸化合物の濃度やルテニウム触媒の使用量等により異なるが、好ましくは２０℃〜１５０℃の範囲である。反応温度が２０℃よりも低い場合は、本反応の速度が低くなる傾向にあり、反応温度が１５０℃よりも高い場合は、本反応の選択率が低下する傾向にある。
【００４５】
反応の進行度合いは、例えばガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル分析、赤外吸収スペクトル分析等の分析手段により確認することができる。
【００４６】
反応終了後、例えば、得られる反応混合物を濾過することにより、反応混合物からルテニウム触媒を取り除いた後、必要に応じて硫酸、塩酸などの鉱酸で中和処理を行い、濃縮処理、冷却処理等或いは例えばアセトンとの混合処理を行うことにより、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を固体として取り出すことができる。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が親油性を示す化合物である場合は、反応終了後、得られる反応混合物を濾過することにより、反応混合物からルテニウム触媒を取り除いた後、水に非混和性の溶媒と混合し、抽出処理、濃縮処理、冷却処理等を行うことにより含硫黄２−ケトカルボン酸化合物を取り出すことができる。水に非混和性の溶媒としては、例えば、酢酸エチル等のエステル溶媒およびメチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のエーテル溶媒が挙げられ、その使用量は制限されない。
取り出した含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、蒸留、カラムクロマトグラフィー、結晶化などの精製手段により、精製することができる。
【００４７】
かくして得られる含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を有する。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物における置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基は、上述の含硫ヒドロキシ酢酸化合物における置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基と同じ意味を表す。含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、遊離酸の形態であってもよく、塩の形態であってもよい。含硫２−ケトカルボン酸化合物が塩の形態である場合、含硫黄２−ケトカルボン酸のＣＯＯＨから解離し得るＨ＋が置き換わった陽イオンとしては、上述の含硫ヒドロキシ酢酸化合物における陽イオンと同様のものが挙げられる。
【００４８】
かかる含硫黄２−ケトカルボン酸化合物としては例えば、３−メチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−エチルチオ−２−オキソプロピオン酸、４−メチルチオ−２−オキソ酪酸、４−エチルチオ−２−オキソ酪酸、２−オキソ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−オキソ酪酸、５−メチルチオ−２−オキソペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−オキソペンタン酸、２−オキソ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−オキソペンタン酸、６−メチルチオ−２−オキソヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−オキソヘキサン酸、２−オキソ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−オキソヘキサン酸及びそれらの塩が挙げられる。
【実施例】
【００４９】
次に実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００５０】
以下の各実施例では、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて下記分析条件により反応混合物を分析し、下式に基づいて転化率及び選択率を算出した。
【００５１】
＜分析条件＞
ＬＣカラム ：Ｌｉｃｈｒｏｓｏｒｂ−ＲＰ−８
カラム温度 ：４０℃
移動相 ：アセトニトリル／水＝５／９５
添加剤 １−ペンタンスルホン酸ナトリウム
添加剤濃度 ２．５ｍｍｏｌ／Ｌ
移動相のｐＨ ３（４０％リン酸を添加して調整）
流速 ：１．５ｍＬ／分
検出波長 ：２１０ｎｍ
測定時間 ：６０分
【００５２】
＜転化率の算出＞
転化率（％）＝１００（％）−（化合物（１）のピーク面積（％））
【００５３】
＜選択率の算出＞
選択率（％）＝（化合物（２）のピーク面積）／（全生成物のピーク面積）Ｘ１００
【００５４】
＜実施例１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２９ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３（和光純薬工業株式会社製）１００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに３０％酸素／７０％窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は１１％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は４２％であった。
【００５５】
＜実施例２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、トルエン２．２５ｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３（和光純薬工業株式会社製）１００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに３０％酸素／７０％窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は４９％であった。
【００５６】
＜実施例３＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２５ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及び５％Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３ １００ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は６１％であった。
【００５７】
＜実施例４＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸１５０ｍｇ、水２．２５ｇ、水酸化カリウム４５ｍｇ及びＲｕ（ＯＨ）ｘ／Ａｌ２Ｏ３（Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ ２００２年，第４１巻，４５３８〜４５４２頁参照。）２２０ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。このオートクレーブに窒素を圧入して２ＭＰａＧ（ゲージ圧）とした後、混合物を８０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を濾過してＲｕ（ＯＨ）ｘ／Ａｌ２Ｏ３を除去した後、高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、２−ヒドロキシ−４−（メチルチオ）酪酸の転化率は２．５％であり、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の選択率は３９％であった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
４−メチルチオ―２−オキソ酪酸等の含硫黄２−ケトカルボン酸化合物は、例えば医農薬等の製造中間体として有用な化合物であることが知られている。本発明は含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法として産業上利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。
【請求項２】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、加圧条件下で行われる請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
典型金属化合物がアルカリ金属水酸化物である請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、酸素の存在下に行われる請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物が式（１）
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）
で示される化合物であり、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が式（２）
【化２】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
Ｒ１がメチル基であり、ｎが２である請求項６記載の製造方法。
【請求項１】
ルテニウム金属及びルテニウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の存在下、置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程を含むことを特徴とする含硫黄２−ケトカルボン酸化合物の製造方法。
【請求項２】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、加圧条件下で行われる請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の典型金属化合物の存在下に行われる請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
典型金属化合物がアルカリ金属水酸化物である請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物を酸化する工程が、酸素の存在下に行われる請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
置換基を有していてもよい含硫黄炭化水素基を２位に有するヒドロキシ酢酸化合物が式（１）
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）
で示される化合物であり、含硫黄２−ケトカルボン酸化合物が式（２）
【化２】
（式中、Ｒ１及びｎは上記と同じ意味を表す。）
で示される化合物である請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
Ｒ１がメチル基であり、ｎが２である請求項６記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−６７０７４（Ｐ２０１２−６７０７４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５５６８（Ｐ２０１１−１５５５６８）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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