含酸素環状化合物及びその製造方法
【課題】医・農薬、電子材料等の機能性化学品として有用な含酸素環状化合物を効率的に製造する方法を提供する。
【解決手段】芳香族性化合物と４−オキソカルボン酸を触媒存在下で反応させ、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を製造する。触媒としては、ゼオライト等の固体酸触媒を使用でき、ゼオライトとしてはベータ型等が好ましい。また、マイクロ波照射を用いることにより、より効率的に反応を行うことができる。
【解決手段】芳香族性化合物と４−オキソカルボン酸を触媒存在下で反応させ、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を製造する。触媒としては、ゼオライト等の固体酸触媒を使用でき、ゼオライトとしてはベータ型等が好ましい。また、マイクロ波照射を用いることにより、より効率的に反応を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含酸素環状化合物の効率的製造方法と新規な含酸素環状化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラン、ラクトン等の基本骨格を有する含酸素環状化合物は、医・農薬や電子材料等の分野で利用される機能性化学品である。たとえば、アリール基を置換基として有するフラン等の含酸素環状化合物には抗菌性、殺虫性、抗ガン性等、さまざまな生理活性作用が知られており、医・農薬等において利用価値が高い（非特許文献１−３）。
そのような含酸素環状化合物のうち、２−位及び５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類の従来の製造法としては、ポリリン酸やｐ−トルエンスルホン酸等の酸触媒存在下で１，４−位にアリール基を有する１，４−ジケトン類の環化反応を行うＫｎｏｒｒ法（非特許文献１、４、５）、パラジウム触媒存在下で２，５−ジスタニルフランとハロゲン化アリールとのクロスカップリング（Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応）を行う方法（非特許文献２）、パラジウム触媒存在下で２−アリール−５−ブロモフランとアリールボロン酸とのクロスカップリング（鈴木−宮浦カップリング反応）を行う方法（非特許文献３）、パラジウム触媒及びトリエチルアミン存在下で１−位及び４−位に同一又は相異なるアリール基を有する２−ブチン−１−オンを異性化させる方法（非特許文献６）、レニウム触媒存在下でα−ブロモアセトフェノン類をα−メトキシスチレン類と反応させる方法（非特許文献７）、パラジウム触媒存在下で２，５−ジブロモフランとアリールグリニャール試薬（ヘテロアリールグリニャール試薬）とのクロスカップリングを行う方法（非特許文献８）、パラジウム触媒及び酢酸カリウム存在下で２−アリールフランを臭化アリールと反応させる方法（非特許文献９）、パラジウム触媒存在下で１，４−位にアリール基を有する２−ブテン−１，４−ジオン（又は２−ブチン−１，４−ジオン）をギ酸、硫酸と反応させて還元・環化反応を行う方法（非特許文献１０）、ルテニウム触媒存在下でアリールアセチレンをメタノールと反応させて得られる１，４−ジアリール−１−メトキシ−１，３−ジエンをｐ−トルエンスルホン酸、塩化第二銅及び水で処理して加水分解・環化を行う方法（非特許文献１１）等が知られていた。また、Ｓｉ／Ａｌ比＝１５．９（シリカ／アルミナ比＝８．０）のＨ−Ｙ型ゼオライト触媒存在下で、アニソールと２−メチルコハク酸無水物を反応させ、２，５−ジアリールフラン類の２，５−ビス（４−メトキシフェニル）−３−メチルフランが少量副生することが知られていた（非特許文献１２）。
一方、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類については、芳香族化合物とレブリン酸を、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物存在下で反応させる方法が報告されていた（非特許文献１３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，４４，３８３８（２００１）
【非特許文献２】Ｅｕｒ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，４１，７５６（２００６）
【非特許文献３】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．４５，７１５７（２００４）
【非特許文献４】Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，５９３（１９８４）
【非特許文献５】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６０，３０１（１９９５）
【非特許文献６】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６６，６０１４（２００１）
【非特許文献７】Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，７１，４７５（１９９８）
【非特許文献８】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４１，１９１９（１９８５）
【非特許文献９】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｒｋｉｎ Ｔｒａｎｓ．１，２２４７（１９９７）
【非特許文献１０】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６８，５３９２（２００３）
【非特許文献１１】Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４８，１６８１（２００９）
【非特許文献１２】Ａｃｔａ Ｃｈｅｍ．Ｓｃａｎｄ．，５１，１２２９（１９９７）
【非特許文献１３】Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．，３２，３１６９（２００２）
【０００４】
しかしながら、上記の方法では、（１）アリール基を有する１，４−ジケトン類、２，５−ジスタニルフラン、アリールボロン酸、アリール基を有する２−ブチン−１−オン、２，５−ジブロモフラン、２−アリールフラン、２−ブテン−１，４−ジオン、２−ブチン−１，４−ジオン、アリールアセチレン等の原料化合物が高価である、及び／又は、入手・合成が容易でない（非特許文献１−６、８−１１）、（２）触媒としてパラジウム、レニウム、ルテニウムのような高価な貴金属が必要である（非特許文献２、３、６−１１）、（３）毒性・安全性の面で問題があるスズ化合物、ホウ素化合物、又は臭素化合物を使用するとともに、スズ、ホウ素、又は臭素を含む廃棄物が多量に（原料に対して当量）生成する（非特許文献２、３、７）等の問題があり、いずれも工業的に有利な方法とはいえなかった。
一方、２−メチルコハク酸無水物を用いる方法（非特許文献１２）は、原料は安価で入手容易であるものの、反応例は２−メチルコハク酸無水物とアニソールを原料としたものだけであること、及び、通常加熱による１５０℃、２４時間の反応における主生成物は収率２５％で得られる５員環ラクトンの４，４−ビス（４−メトキシフェニル）−２−メチル−４−ブテノリドであり、少量副生成物として得られる２，５−ビス（４−メトキシフェニル）−３−メチルフランの収率は４％にすぎないことから、工業的に十分な製造方法とはいえなかった。
さらに、２−位及び５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類を製造できる方法は上記の方法の一部であり（非特許文献１、３−７、９、１０）、他の方法（非特許文献２、８、１１、１２）では、同一の置換基を有するものしか製造できないという問題点があった。
また、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物存在下で反応させる方法（非特許文献１３）では、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物が液体であるため、それらと生成物との分離・回収が容易でなく、また、それらの酸性物質を溶媒量使用するため、大量の酸性廃棄物が生じるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、入手容易な原料化合物を用いて効率よく環化反応を進行させることにより、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を効率よく製造することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（１）安価で入手容易な芳香族性化合物と、比較的入手容易な４−オキソカルボン酸類を用いた反応が、酸触媒存在下でスムーズに進行し、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類が収率よく得られる、及び、（２）マイクロ波照射により反応がより効率的に進行する、という新規な事実を見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
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〉下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物と、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、その炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。また、上記式においてカルボキシ基からみて２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つは反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸類を、触媒存在下で反応させ、環化させることにより、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類、Ｒ２がメチル基である場合にはこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造する方法。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
〈２〉前記の触媒として、酸触媒を用いることを特徴とする〈１〉に記載の製造方法。〈３〉前記の酸触媒として、固体酸触媒を用いることを特徴とする〈２〉に記載の製造方法。
〈４〉前記の固体酸触媒として、ゼオライト、モンモリロナイト又はヘテロポリ酸を用いることを特徴とする〈３〉に記載の製造方法。
〈５〉前記のゼオライトとして、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型又はＺＳＭ−５型のゼオライトを使用することを特徴とする〈４〉に記載の製造方法。
〈６〉前記のゼオライトとして、シリカ／アルミナ比が２〜６００のものを使用することを特徴とする〈４〉又は〈５〉に記載の製造方法。
〈７〉反応をマイクロ波照射下で行うことを特徴とする〈１〉、〈２〉、〈３〉、〈４〉、〈５〉、又は〈６〉に記載の製造方法。
〈８〉下記一般式(VI)で表されるフラン類。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法を用いることにより、環化反応が効率よく進行し、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を、従来の方法に比べより効率的に製造できるという効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、芳香族性化合物と４−オキソカルボン酸類を触媒存在下で反応させることを特徴とする。
本反応でフランが生成する場合には、１分子の芳香族性化合物（Ｉ）と１分子の４−オキソカルボン酸（II）が触媒存在下で反応し、２分子の水の脱離を伴って、１分子のフラン（III）が生成すると考えられる。推定される反応経路を下記に示す。
【化４】
上記式に示すように、フラン類（III）と共に生成する共生成物は水のみであり、本反応系は低環境負荷型のクリーンな反応系である。
一方、５員環ラクトン又は２−シクロペンテノンが生成する場合に推定される反応経路を下記に示す。
【化５】
Ｒ２がアリール基又はヘテロアリール基の場合には、Ｒ２の隣のカルボニル基の求電子性がそれほど高くないために、末端のカルボキシ基が芳香族化合物（Ｉ）と反応しやすく、フラン（III）が生成しやすいと考えられる。
それに対して、Ｒ２がアルキル基又はアラルキル基の場合には、Ｒ２の隣のカルボニル基の求電子性が高くなり、芳香族化合物（Ｉ）への付加と脱水的環化反応を経て、５員環ラクトン（IＶ）が生成しやすくなると考えられる。
さらに、Ｒ２がメチル基の時には、メチル基の隣のカルボニル基が関与するエノール化も起きる可能性があるために、末端のカルボキシ基が芳香族化合物（Ｉ）と反応した場合、メチル基の部分でのエノール化とそれに続く環化反応及び脱水反応により、２−シクロペンテノン（Ｖ）が生成すると考えられる。
【００１０】
本発明において、原料として使用する芳香族性化合物は、下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物である。
【００１１】
一般式（Ｉ）において、Ｒ１がアリール基の場合には、環内炭素数が好ましくは６〜２２、より好ましくは６〜１４である。
したがって、それらのアリール基を有する芳香族性化合物の具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ペリレン、ペンタセン等が挙げられる。
【００１２】
また、Ｒ１がヘテロアリール基の場合には、ヘテロ原子は硫黄原子、酸素原子、窒素原子等であり、環内炭素数が好ましくは４〜１２、より好ましくは４〜８である。
したがって、それらのヘテロアリール基を有する芳香族性化合物の具体例としては、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、Ｎ−メチルピロール等が挙げられる。
【００１３】
さらに、上記Ｒ１はその環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよく、それらの基の具体例としては、メチル基、イソプロピル基、ヘキシル基等のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基のようなアルコキシ基の他に、環上の２つの炭素原子を結合させる２価の基であるオキシエチレン基やオキシエチレンオキシ基等を挙げることができる。
したがって、それらの基を有する芳香族性化合物の具体例としては、トルエン、アニソール、エトキシベンゼン（フェネトール）、ブトキシベンゼン、ヘキシルオキシベンゼン、２−メチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、１，２−ジメトキシベンゼン、２，３−ジヒドロベンゾフラン、１，３−ベンゾジオキソール、１，４−ベンゾジオキサン、２−又は３−メチルチオフェン、２−又は３−メチルフラン等が挙げられる。
【００１４】
一方、上記芳香族性化合物と反応させる４−オキソカルボン酸類は、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸である。
一般式（II）において、Ｒ2がアリール基の場合には、環内炭素数が好ましくは６〜２２、より好ましくは６〜１４であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアリール基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、トリル基、ブロモフェニル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、メトキシフェニル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアリール基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−フェニル−４−オキソブタン酸、４−ナフチル−４−オキソブタン酸、４−（４−トリル）−４−オキソブタン酸、４−（４−ブロモフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−クロロフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−フルオロフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−メトキシフェニル）−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
また、Ｒ2がヘテロアリール基の場合には、ヘテロ原子は硫黄原子、酸素原子、窒素原子等であり、環内炭素数が好ましくは４〜１２、より好ましくは４〜８であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのヘテロアリール基の具体例としては、チエニル基、ベンゾチエニル基、フリル基、ベンゾフリル基、Ｎ−メチルピロリル基等を挙げることができる。
したがって、それらのヘテロアリール基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−（２−チエニル）−４−オキソブタン酸、４−（２−フリル）−４−オキソブタン酸、４−（２−Ｎ−メチルピロリル）−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
【００１５】
さらに、Ｒ2がアルキル基の場合には、炭素数が好ましくは１〜１２、より好ましくは１〜１０であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、クロロプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアルキル基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−オキソペンタン酸（レブリン酸）、４−オキソヘキサン酸、７−クロロ−４−オキソヘプタン酸等が挙げられる。
一方、Ｒ2がアラルキル基の場合には、環内炭素数が好ましくは７〜２３、より好ましくは７〜１６であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアラルキル基の具体例としては、ベンジル基、４−クロロフェニルメチル基、フェネチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアラルキル基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、５−フェニル−４−オキソペンタン酸、６−フェニル−４−オキソヘキサン酸、５−（４−クロロフェニル）−４−オキソペンタン酸等が挙げられる。
【００１６】
また、一般式（II）においては、２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つが反応に関与しない基で置換されていてもよく、それらの基の具体例としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、デシル基等のようなアルキル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ドデセニル基のようなアルケニル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ヘキシルオキシ基のようなアルコキシ基の他に、２つの炭素原子を結合させる２価の基であるテトラメチレン基等を挙げることができる。
したがって、それらの基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、２−メチル−４−オキソブタン酸、２，３−ジメチル−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
【００１７】
４−オキソカルボン酸（II）に対する芳香族性化合物（Ｉ）のモル比は任意に選ぶことができるが、４−オキソカルボン酸に対するフラン類の収率を考慮すれば、通常０．５以上３００以下であり、好ましくは１以上２００以下であり、より好ましくは２以上１５０以下である。
【００１８】
上記の芳香族性化合物（Ｉ）と４−オキソカルボン酸（II）との反応で、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類を製造することができ、Ｒ２がメチル基の場合はこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造することができる。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
Ｒ１及びＲ２の具体例としては、前記に示したもの等を挙げることができ、それらの基を有するフラン類（III）の具体例としては、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン、２−（４−エトキシフェニル）−５−フェニルフラン、２，５−ビス（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−クロロフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−ブロモフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−メトキシフェニル）−５−（４−トリル）フラン、２−（４−メトキシ−３−メチルフェニル）−２−フェニルフラン、２−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−５−フェニルフラン、２−（４−ヒドロキシフェニル）−５−フェニルフラン、２−フェニル−５−（２−チエニル）フラン、２−（４−メトキシフェニル）−３−メチル−５−フェニルフラン、２−（４−メトキシフェニル）−５−メチルフラン、２−ベンジル−５−（４−メトキシフェニル）フラン等が挙げられる。
また、５員環ラクトン類（IＶ）の具体例としては、４−（４−メトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−（４−エトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−エチル−４−（４−メトキシフェニル）−４−ブタノリド等が挙げられ、２−シクロペンテノン類の具体例としては、３−（４−メトキシフェニル）−２−シクロペンテノン、３−（４−エトキシフェニル）−２−シクロペンテノン、３−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−２−シクロペンテノン等が挙げられる。
反応で得られるこれらの生成物の種類は、原料の種類、触媒の種類、反応温度等の反応条件によって制御することができる。たとえば、原料の種類に関しては、４−オキソカルボン酸において、Ｒ２がアリール基又はヘテロアリール基の場合、フラン類（III）をほぼ選択的に得ることができる。一方、４−オキソカルボン酸において、Ｒ２がアルキル基又はアラルキル基の場合には、５員環ラクトン類（IＶ）が得られやすくなり、Ｒ２がメチル基の場合はこれらに加えて更に２−シクロペンテノン類（Ｖ）も生成する。
【００１９】
本発明ではフリーデル・クラフツ型の求電子置換反応等で使われる従来公知の各種の触媒を用いることができる。
それらの具体例としては、金属塩、金属酸化物等の無機物、有機物等、各種酸性化合物が挙げられ、無機物の触媒をより具体的に示せば、金属塩（アルミニウム、鉄等の塩化物、臭化物等）や、プロトン性水素原子あるいは金属カチオン（アルミニウム、チタン、ガリウム、鉄、セリウム、スカンジウム等）を有する、ゼオライト、モンモリロナイト、シリカ、ヘテロポリ酸等の無機系固体酸が挙げられる。
また、有機物の触媒をより具体的に示せば、スルホ基を有するナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標、デュポン社より入手可能）、ダウエックス（Ｄｏｗｅｘ、登録商標、ダウ・ケミカル社より入手可能）、アンバーライト（Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ、登録商標、ローム＆ハス社より入手可能）等の酸性ポリマーや他の有機系固体酸が挙げられる。さらに、シリカ等にナフィオン等の有機系酸性化合物を担持した触媒（たとえば、Ｎａｆｉｏｎ ＳＡＣ−１３等）を用いることもできる。
【００２０】
触媒として用いられるゼオライトの種類としては、ベータ型、Ｙ型、ＺＳＭ−５型、モルデナイト型、ＳＡＰＯ型等の基本骨格を有する各種のゼオライトが使用可能で、この中では、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型及びＺＳＭ−５型が好ましく、べータ型がより好ましい。
これらゼオライトにおいては、プロトン性水素原子を有するブレンステッド酸型のものや金属カチオンを有するルイス酸型のものなど、各種のゼオライトを使用できる。この中で、プロトン性水素原子を有するプロトン型のものは、Ｈ−ベータ型、Ｈ−Ｙ型、Ｈ−モルデナイト型、Ｈ−ＺＳＭ−５型等で表される。また、アンモニウム型のものである、ＮＨ４−ベータ型、ＮＨ４−Ｙ型、ＮＨ４−モルデナイト型、ＮＨ４−ＺＳＭ−５型等のゼオライトを焼成して、プロトン型に変換したものも使用することができる。
さらに、ゼオライトのシリカ／アルミナ比については、反応条件に応じて各種の比を選択できるが、好ましくは２〜６００であり、より好ましくは３〜５００、さらに好ましくは３〜４００である。
【００２１】
それらゼオライトとしては、市販品を含む各種のものを使用できる。市販品の具体例を示すと、ベータ型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＰ８１１Ｃ、ＣＰ８１４Ｎ、ＣＰ７１１９、ＣＰ８１４Ｅ、ＣＰ７１０５、ＣＰ８１４ＣＮ、ＣＰ８１１ＴＬ、ＣＰ８１４Ｔ、ＣＰ８１４Ｑ、ＣＰ８１１Ｑ、ＣＰ８１１Ｅ−７５、ＣＰ８１１Ｅ、及びＣＰ８１１Ｃ−３００等、東ソー社より市販されているＨＳＺ−９３０ＨＯＡ及びＨＳＺ−９４０ＨＯＡ等、ＵＯＰ社より市販されているＵＯＰ−Ｂｅｔａ等が挙げられる。また、Ｙ型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＢＶ７２０、ＣＢＶ７６０、ＣＢＶ７８０、ＣＢＶ７１２、及びＣＢＶ６００等、東ソー社より市販されているＨＳＺ−３６０ＨＯＡ及びＨＳＺ−３２０ＨＯＡ等が挙げられる。さらに、モルデナイト型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されているＣＢＶ２１Ａ及びＣＢＶ９０Ａ等、東ソー社より市販されている、ＨＳＺ−６６０ＨＯＡ、ＨＳＺ−６２０ＨＯＡ、及びＨＳＺ−６９０ＨＯＡ等が挙げられ、ＺＳＭ−５型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＢＶ５５２４Ｇ、ＣＢＶ８０２０、及びＣＢＶ８０１４Ｎ等が挙げられる。
原料に対する触媒量は任意に決めることができるが、重量比では、通常は０．０００１〜１００程度で、好ましくは０．００１〜７０程度、さらに好ましくは０．００１〜５０程度である。
【００２２】
また本発明では、反応をマイクロ波照射下で行うことにより、より効率的に反応を進めることができる。本反応系では、共生成物である水や固体酸触媒の誘電損失係数が大きく、それらがマイクロ波を効率よく吸収するため、マイクロ波照射下では触媒表面からの水の脱着や固体酸触媒の活性化が促進され、反応をより効率的に進行させることが可能である。
マイクロ波照射を用いる反応では、接触式又は非接触式の温度センサーを備えた各種の市販装置等が使用可能である。マイクロ波照射の出力、キャビティの種類（マルチモード、シングルモード）、照射の形態（連続的、断続的）等は、反応のスケールや種類等に応じて任意に決めることができる。マイクロ波の周波数としては、通常、０．３〜３０ＧＨｚである。具体的な周波数帯としては、ＩＳＭ周波数帯（産業、科学、医療の分野で使用できる電波法での周波数帯）として知られる、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯等を利用できる。
【００２３】
マイクロ波照射下での反応では、反応系を効率よく加熱するために、マイクロ波を吸収して発熱する加熱材（サセプター）を反応系に添加することができる。加熱材の種類としては、活性炭、黒鉛、炭化ケイ素、炭化チタン等、従来公知の各種のものを使用できる。
また、先に記載した触媒と加熱材の粉末を混合し、セピオライト、ホルマイト等の適当なバインダーを利用して焼成加工した成形触媒を用いることもできる。
【００２４】
本発明の反応は、反応温度や反応圧力に応じて、液相又は気相状態で行うことができる。また、反応装置の形態としては、バッチ型、フロー型等、従来知られている各種形態で行うことができる。
反応温度は、２０℃以上、好ましくは２０〜３５０℃、より好ましくは、２０〜３００℃である。さらに、反応圧力は、通常０．１〜１００気圧で、好ましくは０．１〜８０気圧、より好ましくは０．１〜６０気圧である。
反応時間は、反応温度、触媒量、反応装置の形態等に依存するが、１〜３００分、好ましくは１〜２４０分、より好ましくは１〜１８０分程度である。
【００２５】
本反応を液相系で行う場合、溶媒の有無にかかわらず実施できるが、溶媒を用いる場合には、デカリン（デカヒドロナフタレン）、デカン等の炭化水素、クロロベンゼン、１，２−又は１，３−ジクロロベンゼン、２，４−ジクロロトルエン、１，２，４−トリクロロベンゼン、１，２−又は１，３−ジブロモベンゼン等のハロゲン化炭化水素、ジブチルエーテル等のエーテル等、原料と反応するものを除いた各種の溶媒が使用可能で、２種以上混合して用いることもできる。
また、原料の芳香族性化合物よりも反応性の低い芳香族性化合物を溶媒とすることもできる。たとえば、アニソールを原料とする場合には、トルエン、キシレン等を溶媒として使用できる。
一方、本反応を気相で行う場合には、窒素等の不活性ガスを混合して反応を行うこともできる。
【００２６】
本発明の方法で生成するフラン類、５員環ラクトン類および２−シクロペンテノン類の精製は、再結晶、カラムクロマトグラフィー、蒸留等の有機化学上通常用いられる手段により容易に達せられる。
【００２７】
また、本発明の製造方法により、下記一般式（VI）で表される新規なフラン類が提供される。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
これらのヒドロキシ基又はアルコキシ構造を有するフラン誘導体は、制ガン作用を示すフラン類と類似した構造を有し、制ガン剤等としての利用を期待できる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、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）
アニソール（Ｉａ） ２．８４ｍｍｏｌ、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ） ０．３０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５０ｍｇ、１，２−ジクロロベンゼン １．０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型）を用いて、攪拌しながら２００℃で３０分反応させた。生成物をガスクロマトグラフ及びガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIａ）が８４．２％の収率で生成したことがわかった（表１参照）。
【００２９】
（実施例２〜６２）
反応条件（原料の種類と量、触媒、添加物、溶媒、反応装置、温度、時間等）を変えて、実施例１と同様に反応及び分析を行い、生成物の収率を測定した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１−１】
【００３１】
【表１−２】
【００３２】
【表１−３】
【００３３】
（実施例６３）
アニソール（Ｉａ） ２４ｍｍｏｌ、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ） ３．０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５００ｍｇ、トルエン １０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型、２．４５ＧＨｚ）を用いて、攪拌しながら２００℃で３時間反応させた。遠心分離器で固体を上澄み液と分離し、トルエン（８ｍＬで２回）およびアセトン（８ｍＬで２回）で固体を洗浄した。上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝５／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIａ）が１．５４ｍｍｏｌ（収率５１％）得られた。
【００３４】
（実施例６４）
アニソール（Ｉａ）の代わりに２，３−ジヒドロベンゾフラン（Ｉｂ）を用い、反応時間を２時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝３／１）で生成物を精製した結果、２−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−５−フェニルフラン（IIIｂ）が２．２９ｍｍｏｌ（収率７６％）得られた。
【００３５】
（IIIｂ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:121-123℃.
1H-NMR(CDCl3):δ3.23(t,J=8.6Hz,2H,OCCH2),4.58(t,J=8.6Hz,2H,OCH2),6.54(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.69(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.81(d,J=8.4Hz,1H,芳香環H),7.20-7.26(m,1H,芳香環H),7.33-7.40(m,2H,芳香環H),7.48-7.53(m,1H,芳香環H),7.57(s,1H,芳香環H),7.68-5.74(m,2H,芳香環H).
13C-NMR(CDCl3):δ29.6,71.4,102.7,123.5,123.9,124.1,127.0,127.5,128.6,130.9,152.4,153.8,159.7.
IR(KBr):ν1489,1244,1116,1023,982,946,780,757,687cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)262(M+,100),157(13),131(12),115(10),105(14),77(15).
【００３６】
（実施例６５）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−トリル）−４−オキソブタン酸（IIｂ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝４／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−（４−トリル）フラン（IIIｃ）が１．７６ｍｍｏｌ（収率５９％）得られた。
【００３７】
（実施例６６）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−クロロフェニル）−４−オキソブタン酸（IIｃ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応を行った。上澄み液を分離し、固体を酢酸エチル（２０ｍＬ）及びアセトン（２０ｍＬ）で洗浄し、上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮した。得られた固体生成物を再結晶（トルエン ２ｍＬ／ヘキサン ２ｍＬ）で精製した結果、２−（４−クロロフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン（IIIｄ）が１．８２ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００３８】
（IIIｄ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:173-175℃.
1H-NMR(CDCl3):δ3.85(s,3H,OCH3),6.59(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.70(d,J=3.0Hz,1H,フラン環H),6.93-6.97(m,2H,ベンゼン環H),7.33-7.37(m,1H,ベンゼン環H),7.63-7.68(m,4H,ベンゼン環H).
13C-NMR(CDCl3):δ55.3,105.7,107.7,114.2,123.7,124.7,125.2,128.9,129.4,132.6,151.6,153.8,159.2.
IR(KBr):ν1497,1479,1297,1254,1177,1094,1029,928,835,789cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)284(M+,100),269(86),241(20),178(18),142(14),111(12),75(11).
【００３９】
（実施例６７）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−ブロモフェニル）−４−オキソブタン酸（IIｄ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応を行った。上澄み液を分離し、固体を酢酸エチル（２０ｍＬで８回）で洗浄し、上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮した。得られた生成物を再結晶（トルエン ２ｍＬ／ヘキサン ２ｍＬ）で精製した結果、２−（４−ブロモフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン（IIIｅ）が１．８１ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００４０】
（実施例６８）
アニソール（Ｉａ）の代わりにフェノール（Ｉｃ）を用い、反応時間を３時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）で生成物を精製した結果、２−（４−ヒドロキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIｆ）が１．８０ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００４１】
（IIIｆ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:122-124℃.
1H-NMR(CDCl3):δ5.09(s,1H,OH),6.58(d,J=3.5Hz,1H,フラン環H),6.70(d,J=3.5Hz,1H,フラン環H),6.83-6.88(m,2H,ベンゼン環H),7.22-7.27(m,1H,ベンゼン環H),7.36-7.42(m,2H,ベンゼン環H),7.60-7.64(m,2H,ベンゼン環H),7.68-7.73(m,2H,ベンゼン環H).
13C-NMR(CDCl3):δ105.6,107.2,115.7,123.5,123.8,125.4,127.1,128.7,130.9,152.7,153.3,155.0.
IR(KBr):ν3324,1601,1498,1448,1247,1108,1023,927,829,793,757,691cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)236(M+,100),207(16),131(21),118(14),115(12),105(15),77(24).
【００４２】
（実施例６９）
アニソール（Ｉａ）の代わりにチオフェン（Ｉｄ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン）で生成物を精製した結果、２−フェニル−５−（２−チエニル）フラン（IIIｇ）が１．１４ｍｍｏｌ（収率３８％）得られた。
【００４３】
（実施例７０）
アニソール（Ｉａ） ２７．６ｍｍｏｌ、レブリン酸（IIｅ） ３．０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５００ｍｇ、１，２−ジクロロベンゼン １０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型、２．４５ＧＨｚ）を用いて、攪拌しながら２００℃で３時間反応させた。遠心分離器で固体を上澄み液と分離し、トルエン（８ｍＬで２回）およびアセトン（８ｍＬで３回）で固体を洗浄した。同じ反応と後処理を繰り返して行い、得られた上澄み液と洗浄液をすべて合わせて減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／酢酸エチル＝１９／１〜３／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−メチルフラン（IIIｈ）が０．２９ｍｍｏｌ（収率４．８％）、４−（４−メトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド（IＶａ）が２．６０ｍｍｏｌ（収率４３．３％）、３−（４−メトキシフェニル）−２−シクロペンテノン（Ｖａ）が０．３４ｍｍｏｌ（収率５．６％）得られた。
【００４４】
上記の実施例８及び実施例１では、２００℃の温度で、それぞれ１０分及び３０分の反応を行い、（IIIａ）を６３．４％及び８４．２％の収率で得ているが、マイクロ波照射装置の代わりにオイルバス加熱装置を用いた場合の（IIIａ）の収率はそれぞれ３９．４％及び８０．０％であった（それぞれ実施例９及び実施例１０）。
この結果は、本発明の反応では、マイクロ波照射を行わない通常加熱法でも、反応時間等の反応条件を制御することにより（IIIａ）を良好な収率で得ることができることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の方法により、機能性化学品として有用なフラン類、５員環ラクトン類および２−シクロペンテノン類を安価で入手容易な原料を使用して効率的かつ安全に製造できるため、本発明の利用価値は高く、その工業的意義は多大である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含酸素環状化合物の効率的製造方法と新規な含酸素環状化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラン、ラクトン等の基本骨格を有する含酸素環状化合物は、医・農薬や電子材料等の分野で利用される機能性化学品である。たとえば、アリール基を置換基として有するフラン等の含酸素環状化合物には抗菌性、殺虫性、抗ガン性等、さまざまな生理活性作用が知られており、医・農薬等において利用価値が高い（非特許文献１−３）。
そのような含酸素環状化合物のうち、２−位及び５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類の従来の製造法としては、ポリリン酸やｐ−トルエンスルホン酸等の酸触媒存在下で１，４−位にアリール基を有する１，４−ジケトン類の環化反応を行うＫｎｏｒｒ法（非特許文献１、４、５）、パラジウム触媒存在下で２，５−ジスタニルフランとハロゲン化アリールとのクロスカップリング（Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応）を行う方法（非特許文献２）、パラジウム触媒存在下で２−アリール−５−ブロモフランとアリールボロン酸とのクロスカップリング（鈴木−宮浦カップリング反応）を行う方法（非特許文献３）、パラジウム触媒及びトリエチルアミン存在下で１−位及び４−位に同一又は相異なるアリール基を有する２−ブチン−１−オンを異性化させる方法（非特許文献６）、レニウム触媒存在下でα−ブロモアセトフェノン類をα−メトキシスチレン類と反応させる方法（非特許文献７）、パラジウム触媒存在下で２，５−ジブロモフランとアリールグリニャール試薬（ヘテロアリールグリニャール試薬）とのクロスカップリングを行う方法（非特許文献８）、パラジウム触媒及び酢酸カリウム存在下で２−アリールフランを臭化アリールと反応させる方法（非特許文献９）、パラジウム触媒存在下で１，４−位にアリール基を有する２−ブテン−１，４−ジオン（又は２−ブチン−１，４−ジオン）をギ酸、硫酸と反応させて還元・環化反応を行う方法（非特許文献１０）、ルテニウム触媒存在下でアリールアセチレンをメタノールと反応させて得られる１，４−ジアリール−１−メトキシ−１，３−ジエンをｐ−トルエンスルホン酸、塩化第二銅及び水で処理して加水分解・環化を行う方法（非特許文献１１）等が知られていた。また、Ｓｉ／Ａｌ比＝１５．９（シリカ／アルミナ比＝８．０）のＨ−Ｙ型ゼオライト触媒存在下で、アニソールと２−メチルコハク酸無水物を反応させ、２，５−ジアリールフラン類の２，５−ビス（４−メトキシフェニル）−３−メチルフランが少量副生することが知られていた（非特許文献１２）。
一方、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類については、芳香族化合物とレブリン酸を、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物存在下で反応させる方法が報告されていた（非特許文献１３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，４４，３８３８（２００１）
【非特許文献２】Ｅｕｒ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，４１，７５６（２００６）
【非特許文献３】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．４５，７１５７（２００４）
【非特許文献４】Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，５９３（１９８４）
【非特許文献５】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６０，３０１（１９９５）
【非特許文献６】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６６，６０１４（２００１）
【非特許文献７】Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，７１，４７５（１９９８）
【非特許文献８】Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４１，１９１９（１９８５）
【非特許文献９】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｒｋｉｎ Ｔｒａｎｓ．１，２２４７（１９９７）
【非特許文献１０】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６８，５３９２（２００３）
【非特許文献１１】Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４８，１６８１（２００９）
【非特許文献１２】Ａｃｔａ Ｃｈｅｍ．Ｓｃａｎｄ．，５１，１２２９（１９９７）
【非特許文献１３】Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．，３２，３１６９（２００２）
【０００４】
しかしながら、上記の方法では、（１）アリール基を有する１，４−ジケトン類、２，５−ジスタニルフラン、アリールボロン酸、アリール基を有する２−ブチン−１−オン、２，５−ジブロモフラン、２−アリールフラン、２−ブテン−１，４−ジオン、２−ブチン−１，４−ジオン、アリールアセチレン等の原料化合物が高価である、及び／又は、入手・合成が容易でない（非特許文献１−６、８−１１）、（２）触媒としてパラジウム、レニウム、ルテニウムのような高価な貴金属が必要である（非特許文献２、３、６−１１）、（３）毒性・安全性の面で問題があるスズ化合物、ホウ素化合物、又は臭素化合物を使用するとともに、スズ、ホウ素、又は臭素を含む廃棄物が多量に（原料に対して当量）生成する（非特許文献２、３、７）等の問題があり、いずれも工業的に有利な方法とはいえなかった。
一方、２−メチルコハク酸無水物を用いる方法（非特許文献１２）は、原料は安価で入手容易であるものの、反応例は２−メチルコハク酸無水物とアニソールを原料としたものだけであること、及び、通常加熱による１５０℃、２４時間の反応における主生成物は収率２５％で得られる５員環ラクトンの４，４−ビス（４−メトキシフェニル）−２−メチル−４−ブテノリドであり、少量副生成物として得られる２，５−ビス（４−メトキシフェニル）−３−メチルフランの収率は４％にすぎないことから、工業的に十分な製造方法とはいえなかった。
さらに、２−位及び５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類を製造できる方法は上記の方法の一部であり（非特許文献１、３−７、９、１０）、他の方法（非特許文献２、８、１１、１２）では、同一の置換基を有するものしか製造できないという問題点があった。
また、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物存在下で反応させる方法（非特許文献１３）では、トリフルオロメタンスルホン酸または五酸化ニリン／トリフルオロメタンスルホン酸混合物が液体であるため、それらと生成物との分離・回収が容易でなく、また、それらの酸性物質を溶媒量使用するため、大量の酸性廃棄物が生じるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、入手容易な原料化合物を用いて効率よく環化反応を進行させることにより、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を効率よく製造することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（１）安価で入手容易な芳香族性化合物と、比較的入手容易な４−オキソカルボン酸類を用いた反応が、酸触媒存在下でスムーズに進行し、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類が収率よく得られる、及び、（２）マイクロ波照射により反応がより効率的に進行する、という新規な事実を見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
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〉下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物と、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、その炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。また、上記式においてカルボキシ基からみて２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つは反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸類を、触媒存在下で反応させ、環化させることにより、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類、Ｒ２がメチル基である場合にはこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造する方法。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
〈２〉前記の触媒として、酸触媒を用いることを特徴とする〈１〉に記載の製造方法。〈３〉前記の酸触媒として、固体酸触媒を用いることを特徴とする〈２〉に記載の製造方法。
〈４〉前記の固体酸触媒として、ゼオライト、モンモリロナイト又はヘテロポリ酸を用いることを特徴とする〈３〉に記載の製造方法。
〈５〉前記のゼオライトとして、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型又はＺＳＭ−５型のゼオライトを使用することを特徴とする〈４〉に記載の製造方法。
〈６〉前記のゼオライトとして、シリカ／アルミナ比が２〜６００のものを使用することを特徴とする〈４〉又は〈５〉に記載の製造方法。
〈７〉反応をマイクロ波照射下で行うことを特徴とする〈１〉、〈２〉、〈３〉、〈４〉、〈５〉、又は〈６〉に記載の製造方法。
〈８〉下記一般式(VI)で表されるフラン類。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法を用いることにより、環化反応が効率よく進行し、２，５−位に同一又は相異なる置換基を有するフラン類、４−位に置換基を有する５員環ラクトン類及び／又は３−位に置換基を有する２−シクロペンテノン類を、従来の方法に比べより効率的に製造できるという効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、芳香族性化合物と４−オキソカルボン酸類を触媒存在下で反応させることを特徴とする。
本反応でフランが生成する場合には、１分子の芳香族性化合物（Ｉ）と１分子の４−オキソカルボン酸（II）が触媒存在下で反応し、２分子の水の脱離を伴って、１分子のフラン（III）が生成すると考えられる。推定される反応経路を下記に示す。
【化４】
上記式に示すように、フラン類（III）と共に生成する共生成物は水のみであり、本反応系は低環境負荷型のクリーンな反応系である。
一方、５員環ラクトン又は２−シクロペンテノンが生成する場合に推定される反応経路を下記に示す。
【化５】
Ｒ２がアリール基又はヘテロアリール基の場合には、Ｒ２の隣のカルボニル基の求電子性がそれほど高くないために、末端のカルボキシ基が芳香族化合物（Ｉ）と反応しやすく、フラン（III）が生成しやすいと考えられる。
それに対して、Ｒ２がアルキル基又はアラルキル基の場合には、Ｒ２の隣のカルボニル基の求電子性が高くなり、芳香族化合物（Ｉ）への付加と脱水的環化反応を経て、５員環ラクトン（IＶ）が生成しやすくなると考えられる。
さらに、Ｒ２がメチル基の時には、メチル基の隣のカルボニル基が関与するエノール化も起きる可能性があるために、末端のカルボキシ基が芳香族化合物（Ｉ）と反応した場合、メチル基の部分でのエノール化とそれに続く環化反応及び脱水反応により、２−シクロペンテノン（Ｖ）が生成すると考えられる。
【００１０】
本発明において、原料として使用する芳香族性化合物は、下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物である。
【００１１】
一般式（Ｉ）において、Ｒ１がアリール基の場合には、環内炭素数が好ましくは６〜２２、より好ましくは６〜１４である。
したがって、それらのアリール基を有する芳香族性化合物の具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ペリレン、ペンタセン等が挙げられる。
【００１２】
また、Ｒ１がヘテロアリール基の場合には、ヘテロ原子は硫黄原子、酸素原子、窒素原子等であり、環内炭素数が好ましくは４〜１２、より好ましくは４〜８である。
したがって、それらのヘテロアリール基を有する芳香族性化合物の具体例としては、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、Ｎ−メチルピロール等が挙げられる。
【００１３】
さらに、上記Ｒ１はその環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよく、それらの基の具体例としては、メチル基、イソプロピル基、ヘキシル基等のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基のようなアルコキシ基の他に、環上の２つの炭素原子を結合させる２価の基であるオキシエチレン基やオキシエチレンオキシ基等を挙げることができる。
したがって、それらの基を有する芳香族性化合物の具体例としては、トルエン、アニソール、エトキシベンゼン（フェネトール）、ブトキシベンゼン、ヘキシルオキシベンゼン、２−メチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、１，２−ジメトキシベンゼン、２，３−ジヒドロベンゾフラン、１，３−ベンゾジオキソール、１，４−ベンゾジオキサン、２−又は３−メチルチオフェン、２−又は３−メチルフラン等が挙げられる。
【００１４】
一方、上記芳香族性化合物と反応させる４−オキソカルボン酸類は、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸である。
一般式（II）において、Ｒ2がアリール基の場合には、環内炭素数が好ましくは６〜２２、より好ましくは６〜１４であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアリール基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、トリル基、ブロモフェニル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、メトキシフェニル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアリール基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−フェニル−４−オキソブタン酸、４−ナフチル−４−オキソブタン酸、４−（４−トリル）−４−オキソブタン酸、４−（４−ブロモフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−クロロフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−フルオロフェニル）−４−オキソブタン酸、４−（４−メトキシフェニル）−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
また、Ｒ2がヘテロアリール基の場合には、ヘテロ原子は硫黄原子、酸素原子、窒素原子等であり、環内炭素数が好ましくは４〜１２、より好ましくは４〜８であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのヘテロアリール基の具体例としては、チエニル基、ベンゾチエニル基、フリル基、ベンゾフリル基、Ｎ−メチルピロリル基等を挙げることができる。
したがって、それらのヘテロアリール基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−（２−チエニル）−４−オキソブタン酸、４−（２−フリル）−４−オキソブタン酸、４−（２−Ｎ−メチルピロリル）−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
【００１５】
さらに、Ｒ2がアルキル基の場合には、炭素数が好ましくは１〜１２、より好ましくは１〜１０であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、クロロプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアルキル基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、４−オキソペンタン酸（レブリン酸）、４−オキソヘキサン酸、７−クロロ−４−オキソヘプタン酸等が挙げられる。
一方、Ｒ2がアラルキル基の場合には、環内炭素数が好ましくは７〜２３、より好ましくは７〜１６であり、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。それらのアラルキル基の具体例としては、ベンジル基、４−クロロフェニルメチル基、フェネチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアラルキル基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、５−フェニル−４−オキソペンタン酸、６−フェニル−４−オキソヘキサン酸、５−（４−クロロフェニル）−４−オキソペンタン酸等が挙げられる。
【００１６】
また、一般式（II）においては、２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つが反応に関与しない基で置換されていてもよく、それらの基の具体例としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、デシル基等のようなアルキル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ドデセニル基のようなアルケニル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ヘキシルオキシ基のようなアルコキシ基の他に、２つの炭素原子を結合させる２価の基であるテトラメチレン基等を挙げることができる。
したがって、それらの基を有する４−オキソカルボン酸の具体例としては、２−メチル−４−オキソブタン酸、２，３−ジメチル−４−オキソブタン酸等が挙げられる。
【００１７】
４−オキソカルボン酸（II）に対する芳香族性化合物（Ｉ）のモル比は任意に選ぶことができるが、４−オキソカルボン酸に対するフラン類の収率を考慮すれば、通常０．５以上３００以下であり、好ましくは１以上２００以下であり、より好ましくは２以上１５０以下である。
【００１８】
上記の芳香族性化合物（Ｉ）と４−オキソカルボン酸（II）との反応で、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類を製造することができ、Ｒ２がメチル基の場合はこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造することができる。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
Ｒ１及びＲ２の具体例としては、前記に示したもの等を挙げることができ、それらの基を有するフラン類（III）の具体例としては、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン、２−（４−エトキシフェニル）−５−フェニルフラン、２，５−ビス（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−クロロフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−ブロモフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン、２−（４−メトキシフェニル）−５−（４−トリル）フラン、２−（４−メトキシ−３−メチルフェニル）−２−フェニルフラン、２−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−５−フェニルフラン、２−（４−ヒドロキシフェニル）−５−フェニルフラン、２−フェニル−５−（２−チエニル）フラン、２−（４−メトキシフェニル）−３−メチル−５−フェニルフラン、２−（４−メトキシフェニル）−５−メチルフラン、２−ベンジル−５−（４−メトキシフェニル）フラン等が挙げられる。
また、５員環ラクトン類（IＶ）の具体例としては、４−（４−メトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−（４−エトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−４−メチル−４−ブタノリド、４−エチル−４−（４−メトキシフェニル）−４−ブタノリド等が挙げられ、２−シクロペンテノン類の具体例としては、３−（４−メトキシフェニル）−２−シクロペンテノン、３−（４−エトキシフェニル）−２−シクロペンテノン、３−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−２−シクロペンテノン等が挙げられる。
反応で得られるこれらの生成物の種類は、原料の種類、触媒の種類、反応温度等の反応条件によって制御することができる。たとえば、原料の種類に関しては、４−オキソカルボン酸において、Ｒ２がアリール基又はヘテロアリール基の場合、フラン類（III）をほぼ選択的に得ることができる。一方、４−オキソカルボン酸において、Ｒ２がアルキル基又はアラルキル基の場合には、５員環ラクトン類（IＶ）が得られやすくなり、Ｒ２がメチル基の場合はこれらに加えて更に２−シクロペンテノン類（Ｖ）も生成する。
【００１９】
本発明ではフリーデル・クラフツ型の求電子置換反応等で使われる従来公知の各種の触媒を用いることができる。
それらの具体例としては、金属塩、金属酸化物等の無機物、有機物等、各種酸性化合物が挙げられ、無機物の触媒をより具体的に示せば、金属塩（アルミニウム、鉄等の塩化物、臭化物等）や、プロトン性水素原子あるいは金属カチオン（アルミニウム、チタン、ガリウム、鉄、セリウム、スカンジウム等）を有する、ゼオライト、モンモリロナイト、シリカ、ヘテロポリ酸等の無機系固体酸が挙げられる。
また、有機物の触媒をより具体的に示せば、スルホ基を有するナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標、デュポン社より入手可能）、ダウエックス（Ｄｏｗｅｘ、登録商標、ダウ・ケミカル社より入手可能）、アンバーライト（Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ、登録商標、ローム＆ハス社より入手可能）等の酸性ポリマーや他の有機系固体酸が挙げられる。さらに、シリカ等にナフィオン等の有機系酸性化合物を担持した触媒（たとえば、Ｎａｆｉｏｎ ＳＡＣ−１３等）を用いることもできる。
【００２０】
触媒として用いられるゼオライトの種類としては、ベータ型、Ｙ型、ＺＳＭ−５型、モルデナイト型、ＳＡＰＯ型等の基本骨格を有する各種のゼオライトが使用可能で、この中では、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型及びＺＳＭ−５型が好ましく、べータ型がより好ましい。
これらゼオライトにおいては、プロトン性水素原子を有するブレンステッド酸型のものや金属カチオンを有するルイス酸型のものなど、各種のゼオライトを使用できる。この中で、プロトン性水素原子を有するプロトン型のものは、Ｈ−ベータ型、Ｈ−Ｙ型、Ｈ−モルデナイト型、Ｈ−ＺＳＭ−５型等で表される。また、アンモニウム型のものである、ＮＨ４−ベータ型、ＮＨ４−Ｙ型、ＮＨ４−モルデナイト型、ＮＨ４−ＺＳＭ−５型等のゼオライトを焼成して、プロトン型に変換したものも使用することができる。
さらに、ゼオライトのシリカ／アルミナ比については、反応条件に応じて各種の比を選択できるが、好ましくは２〜６００であり、より好ましくは３〜５００、さらに好ましくは３〜４００である。
【００２１】
それらゼオライトとしては、市販品を含む各種のものを使用できる。市販品の具体例を示すと、ベータ型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＰ８１１Ｃ、ＣＰ８１４Ｎ、ＣＰ７１１９、ＣＰ８１４Ｅ、ＣＰ７１０５、ＣＰ８１４ＣＮ、ＣＰ８１１ＴＬ、ＣＰ８１４Ｔ、ＣＰ８１４Ｑ、ＣＰ８１１Ｑ、ＣＰ８１１Ｅ−７５、ＣＰ８１１Ｅ、及びＣＰ８１１Ｃ−３００等、東ソー社より市販されているＨＳＺ−９３０ＨＯＡ及びＨＳＺ−９４０ＨＯＡ等、ＵＯＰ社より市販されているＵＯＰ−Ｂｅｔａ等が挙げられる。また、Ｙ型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＢＶ７２０、ＣＢＶ７６０、ＣＢＶ７８０、ＣＢＶ７１２、及びＣＢＶ６００等、東ソー社より市販されているＨＳＺ−３６０ＨＯＡ及びＨＳＺ−３２０ＨＯＡ等が挙げられる。さらに、モルデナイト型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されているＣＢＶ２１Ａ及びＣＢＶ９０Ａ等、東ソー社より市販されている、ＨＳＺ−６６０ＨＯＡ、ＨＳＺ−６２０ＨＯＡ、及びＨＳＺ−６９０ＨＯＡ等が挙げられ、ＺＳＭ−５型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、ＣＢＶ５５２４Ｇ、ＣＢＶ８０２０、及びＣＢＶ８０１４Ｎ等が挙げられる。
原料に対する触媒量は任意に決めることができるが、重量比では、通常は０．０００１〜１００程度で、好ましくは０．００１〜７０程度、さらに好ましくは０．００１〜５０程度である。
【００２２】
また本発明では、反応をマイクロ波照射下で行うことにより、より効率的に反応を進めることができる。本反応系では、共生成物である水や固体酸触媒の誘電損失係数が大きく、それらがマイクロ波を効率よく吸収するため、マイクロ波照射下では触媒表面からの水の脱着や固体酸触媒の活性化が促進され、反応をより効率的に進行させることが可能である。
マイクロ波照射を用いる反応では、接触式又は非接触式の温度センサーを備えた各種の市販装置等が使用可能である。マイクロ波照射の出力、キャビティの種類（マルチモード、シングルモード）、照射の形態（連続的、断続的）等は、反応のスケールや種類等に応じて任意に決めることができる。マイクロ波の周波数としては、通常、０．３〜３０ＧＨｚである。具体的な周波数帯としては、ＩＳＭ周波数帯（産業、科学、医療の分野で使用できる電波法での周波数帯）として知られる、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯等を利用できる。
【００２３】
マイクロ波照射下での反応では、反応系を効率よく加熱するために、マイクロ波を吸収して発熱する加熱材（サセプター）を反応系に添加することができる。加熱材の種類としては、活性炭、黒鉛、炭化ケイ素、炭化チタン等、従来公知の各種のものを使用できる。
また、先に記載した触媒と加熱材の粉末を混合し、セピオライト、ホルマイト等の適当なバインダーを利用して焼成加工した成形触媒を用いることもできる。
【００２４】
本発明の反応は、反応温度や反応圧力に応じて、液相又は気相状態で行うことができる。また、反応装置の形態としては、バッチ型、フロー型等、従来知られている各種形態で行うことができる。
反応温度は、２０℃以上、好ましくは２０〜３５０℃、より好ましくは、２０〜３００℃である。さらに、反応圧力は、通常０．１〜１００気圧で、好ましくは０．１〜８０気圧、より好ましくは０．１〜６０気圧である。
反応時間は、反応温度、触媒量、反応装置の形態等に依存するが、１〜３００分、好ましくは１〜２４０分、より好ましくは１〜１８０分程度である。
【００２５】
本反応を液相系で行う場合、溶媒の有無にかかわらず実施できるが、溶媒を用いる場合には、デカリン（デカヒドロナフタレン）、デカン等の炭化水素、クロロベンゼン、１，２−又は１，３−ジクロロベンゼン、２，４−ジクロロトルエン、１，２，４−トリクロロベンゼン、１，２−又は１，３−ジブロモベンゼン等のハロゲン化炭化水素、ジブチルエーテル等のエーテル等、原料と反応するものを除いた各種の溶媒が使用可能で、２種以上混合して用いることもできる。
また、原料の芳香族性化合物よりも反応性の低い芳香族性化合物を溶媒とすることもできる。たとえば、アニソールを原料とする場合には、トルエン、キシレン等を溶媒として使用できる。
一方、本反応を気相で行う場合には、窒素等の不活性ガスを混合して反応を行うこともできる。
【００２６】
本発明の方法で生成するフラン類、５員環ラクトン類および２−シクロペンテノン類の精製は、再結晶、カラムクロマトグラフィー、蒸留等の有機化学上通常用いられる手段により容易に達せられる。
【００２７】
また、本発明の製造方法により、下記一般式（VI）で表される新規なフラン類が提供される。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
これらのヒドロキシ基又はアルコキシ構造を有するフラン誘導体は、制ガン作用を示すフラン類と類似した構造を有し、制ガン剤等としての利用を期待できる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、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）
アニソール（Ｉａ） ２．８４ｍｍｏｌ、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ） ０．３０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５０ｍｇ、１，２−ジクロロベンゼン １．０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型）を用いて、攪拌しながら２００℃で３０分反応させた。生成物をガスクロマトグラフ及びガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIａ）が８４．２％の収率で生成したことがわかった（表１参照）。
【００２９】
（実施例２〜６２）
反応条件（原料の種類と量、触媒、添加物、溶媒、反応装置、温度、時間等）を変えて、実施例１と同様に反応及び分析を行い、生成物の収率を測定した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１−１】
【００３１】
【表１−２】
【００３２】
【表１−３】
【００３３】
（実施例６３）
アニソール（Ｉａ） ２４ｍｍｏｌ、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ） ３．０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５００ｍｇ、トルエン １０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型、２．４５ＧＨｚ）を用いて、攪拌しながら２００℃で３時間反応させた。遠心分離器で固体を上澄み液と分離し、トルエン（８ｍＬで２回）およびアセトン（８ｍＬで２回）で固体を洗浄した。上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝５／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIａ）が１．５４ｍｍｏｌ（収率５１％）得られた。
【００３４】
（実施例６４）
アニソール（Ｉａ）の代わりに２，３−ジヒドロベンゾフラン（Ｉｂ）を用い、反応時間を２時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝３／１）で生成物を精製した結果、２−（２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル）−５−フェニルフラン（IIIｂ）が２．２９ｍｍｏｌ（収率７６％）得られた。
【００３５】
（IIIｂ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:121-123℃.
1H-NMR(CDCl3):δ3.23(t,J=8.6Hz,2H,OCCH2),4.58(t,J=8.6Hz,2H,OCH2),6.54(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.69(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.81(d,J=8.4Hz,1H,芳香環H),7.20-7.26(m,1H,芳香環H),7.33-7.40(m,2H,芳香環H),7.48-7.53(m,1H,芳香環H),7.57(s,1H,芳香環H),7.68-5.74(m,2H,芳香環H).
13C-NMR(CDCl3):δ29.6,71.4,102.7,123.5,123.9,124.1,127.0,127.5,128.6,130.9,152.4,153.8,159.7.
IR(KBr):ν1489,1244,1116,1023,982,946,780,757,687cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)262(M+,100),157(13),131(12),115(10),105(14),77(15).
【００３６】
（実施例６５）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−トリル）−４−オキソブタン酸（IIｂ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／トルエン＝４／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−（４−トリル）フラン（IIIｃ）が１．７６ｍｍｏｌ（収率５９％）得られた。
【００３７】
（実施例６６）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−クロロフェニル）−４−オキソブタン酸（IIｃ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応を行った。上澄み液を分離し、固体を酢酸エチル（２０ｍＬ）及びアセトン（２０ｍＬ）で洗浄し、上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮した。得られた固体生成物を再結晶（トルエン ２ｍＬ／ヘキサン ２ｍＬ）で精製した結果、２−（４−クロロフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン（IIIｄ）が１．８２ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００３８】
（IIIｄ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:173-175℃.
1H-NMR(CDCl3):δ3.85(s,3H,OCH3),6.59(d,J=3.3Hz,1H,フラン環H),6.70(d,J=3.0Hz,1H,フラン環H),6.93-6.97(m,2H,ベンゼン環H),7.33-7.37(m,1H,ベンゼン環H),7.63-7.68(m,4H,ベンゼン環H).
13C-NMR(CDCl3):δ55.3,105.7,107.7,114.2,123.7,124.7,125.2,128.9,129.4,132.6,151.6,153.8,159.2.
IR(KBr):ν1497,1479,1297,1254,1177,1094,1029,928,835,789cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)284(M+,100),269(86),241(20),178(18),142(14),111(12),75(11).
【００３９】
（実施例６７）
アニソール（Ｉａ）を２８ｍｍｏｌとし、４−フェニル−４−オキソブタン酸（IIａ）の代わりに４−（４−ブロモフェニル）−４−オキソブタン酸（IIｄ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応を行った。上澄み液を分離し、固体を酢酸エチル（２０ｍＬで８回）で洗浄し、上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下で濃縮した。得られた生成物を再結晶（トルエン ２ｍＬ／ヘキサン ２ｍＬ）で精製した結果、２−（４−ブロモフェニル）−５−（４−メトキシフェニル）フラン（IIIｅ）が１．８１ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００４０】
（実施例６８）
アニソール（Ｉａ）の代わりにフェノール（Ｉｃ）を用い、反応時間を３時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）で生成物を精製した結果、２−（４−ヒドロキシフェニル）−５−フェニルフラン（IIIｆ）が１．８０ｍｍｏｌ（収率６０％）得られた。
【００４１】
（IIIｆ）は文献未載の化合物であり、そのスペクトルデータ等は下記の通りであった。
Mp:122-124℃.
1H-NMR(CDCl3):δ5.09(s,1H,OH),6.58(d,J=3.5Hz,1H,フラン環H),6.70(d,J=3.5Hz,1H,フラン環H),6.83-6.88(m,2H,ベンゼン環H),7.22-7.27(m,1H,ベンゼン環H),7.36-7.42(m,2H,ベンゼン環H),7.60-7.64(m,2H,ベンゼン環H),7.68-7.73(m,2H,ベンゼン環H).
13C-NMR(CDCl3):δ105.6,107.2,115.7,123.5,123.8,125.4,127.1,128.7,130.9,152.7,153.3,155.0.
IR(KBr):ν3324,1601,1498,1448,1247,1108,1023,927,829,793,757,691cm-1.
GC-MS(EI,70eV):m/z(相対強度)236(M+,100),207(16),131(21),118(14),115(12),105(15),77(24).
【００４２】
（実施例６９）
アニソール（Ｉａ）の代わりにチオフェン（Ｉｄ）を用い、反応時間を１．５時間とする他は実施例５６と同様に反応及び後処理を行った。カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン）で生成物を精製した結果、２−フェニル−５−（２−チエニル）フラン（IIIｇ）が１．１４ｍｍｏｌ（収率３８％）得られた。
【００４３】
（実施例７０）
アニソール（Ｉａ） ２７．６ｍｍｏｌ、レブリン酸（IIｅ） ３．０ｍｍｏｌ、Ｈ−ベータ型ゼオライト ＣＰ８１１Ｃ（ゼオリスト社製） ５００ｍｇ、１，２−ジクロロベンゼン １０ｍＬの混合物を反応管に入れ、放射温度計を備えたマイクロ波照射装置（Ｂｉｏｔａｇｅ社製 Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ、シングルモード型、２．４５ＧＨｚ）を用いて、攪拌しながら２００℃で３時間反応させた。遠心分離器で固体を上澄み液と分離し、トルエン（８ｍＬで２回）およびアセトン（８ｍＬで３回）で固体を洗浄した。同じ反応と後処理を繰り返して行い、得られた上澄み液と洗浄液をすべて合わせて減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／酢酸エチル＝１９／１〜３／１）で生成物を精製した結果、２−（４−メトキシフェニル）−５−メチルフラン（IIIｈ）が０．２９ｍｍｏｌ（収率４．８％）、４−（４−メトキシフェニル）−４−メチル−４−ブタノリド（IＶａ）が２．６０ｍｍｏｌ（収率４３．３％）、３−（４−メトキシフェニル）−２−シクロペンテノン（Ｖａ）が０．３４ｍｍｏｌ（収率５．６％）得られた。
【００４４】
上記の実施例８及び実施例１では、２００℃の温度で、それぞれ１０分及び３０分の反応を行い、（IIIａ）を６３．４％及び８４．２％の収率で得ているが、マイクロ波照射装置の代わりにオイルバス加熱装置を用いた場合の（IIIａ）の収率はそれぞれ３９．４％及び８０．０％であった（それぞれ実施例９及び実施例１０）。
この結果は、本発明の反応では、マイクロ波照射を行わない通常加熱法でも、反応時間等の反応条件を制御することにより（IIIａ）を良好な収率で得ることができることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の方法により、機能性化学品として有用なフラン類、５員環ラクトン類および２−シクロペンテノン類を安価で入手容易な原料を使用して効率的かつ安全に製造できるため、本発明の利用価値は高く、その工業的意義は多大である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物と、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、その炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。また、上記式においてカルボキシ基からみて２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つは反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸類を、触媒存在下で反応させ、環化させることにより、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類、Ｒ２がメチル基である場合はこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造する方法。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
【請求項２】
前記の触媒として、酸触媒を用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記の酸触媒として、固体酸触媒を用いることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記の固体酸触媒として、ゼオライト、モンモリロナイト又はヘテロポリ酸を用いることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記のゼオライトとして、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型又はＺＳＭ−５型のゼオライトを使用することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記のゼオライトとして、シリカ／アルミナ比が２〜６００のものを使用することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
反応をマイクロ波照射下で行うことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
下記一般式（VI）で表されるフラン類。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
【請求項１】
下記一般式（Ｉ）
Ｒ１Ｈ （Ｉ）
（式中、Ｒ１はアリール基又はヘテロアリール基を示し、環上の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される芳香族性化合物と、下記一般式（II）
【化１】
（式中、Ｒ２はアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、又はアラルキル基であり、その炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。また、上記式においてカルボキシ基からみて２−位及び３−位の炭素上のそれぞれ２個の水素原子のうちの一つは反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
で表される４−オキソカルボン酸類を、触媒存在下で反応させ、環化させることにより、下記一般式（III）で表されるフラン類、あるいは、下記一般式（III）で表されるフラン類及び下記一般式（IＶ）で表される５員環ラクトン類、Ｒ２がメチル基である場合はこれらに加えて更に下記一般式（Ｖ）で表される２−シクロペンテノン類を製造する方法。
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は前記と同じ意味である。また、炭素上の水素原子の一部又は全部が反応に関与しない基で置換されていても差し支えない。）
【請求項２】
前記の触媒として、酸触媒を用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記の酸触媒として、固体酸触媒を用いることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記の固体酸触媒として、ゼオライト、モンモリロナイト又はヘテロポリ酸を用いることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記のゼオライトとして、ベータ型、Ｙ型、モルデナイト型又はＺＳＭ−５型のゼオライトを使用することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記のゼオライトとして、シリカ／アルミナ比が２〜６００のものを使用することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
反応をマイクロ波照射下で行うことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
下記一般式（VI）で表されるフラン類。
【化３】
（式中、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、４−ヒドロキシフェニル基及びフェニル基、４−クロロフェニル基及び４−メトキシフェニル基、又は、２，３−ジヒドロベンゾフラン−５−イル基及びフェニル基である。）
【公開番号】特開２０１１−２０１８４７（Ｐ２０１１−２０１８４７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８９９（Ｐ２０１１−８８９９）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「革新的マイクロ反応場利用部材技術開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「革新的マイクロ反応場利用部材技術開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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