説明

炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法

【課題】 安価な触媒により比較的温和な条件下で反応が進行し、目的化合物を簡易な手段で大量に製造できる炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法を提供する。
【解決手段】 プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、有機化合物を反応させて炭素−炭素結合又は炭素−酸素結合を形成する。例えば、1,3−ジカルボニル化合物と、不飽和化合物又はアルコールとを反応させて、下記式(3a)又は(3b)


で表される化合物を生成させる。
(式中、R,R,R,R,R,R,R10は同一又は異なって水素原子又は非金属原子含有基等を示す)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、1,3−ジカルボニル化合物と不飽和化合物又はアルコールとを反応させて炭素−炭素結合を形成したり、カルボン酸と不飽和化合物とを反応させて炭素−酸素結合を形成する炭素−炭素又は炭素−酸素結合の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
炭素−炭素結合や炭素−酸素結合の選択的な形成は、ファインケミカルズ合成の基幹となる反応プロセスであり、有機合成化学において重要な位置を占める。マイケル(Michael)反応、アルドール(Aldol)反応などでは、古くから酸塩基触媒として硫酸や塩酸などのブレンステッド酸、塩化アルミニウムやフッ化ホウ素などのルイス酸、又は水酸化ナトリウム、アルカリ金属アルコラート、アミン類に代表される均一系塩基が化学量論又は量論量近く使用されている。これらの試剤は反応性が高いものの、生成物との分離操作が煩雑で、回収・再使用が困難であり、反応器も耐腐食性の高いものを使用する必要がある。また、反応後の中和処理によって、多量の無機塩を再生不可能な廃棄物として生成することが多いため、反応のグリーン度が低いという問題がある。また、通常の酸塩基触媒を用いた1,3−ジカルボニル化合物のマイケル反応では、電子が欠乏した活性なアルケンしか反応が進行せず、単純なアルケンでは付加反応がほとんど進行しないという制約がある。
【0003】
近年、中性条件下でのこれらの単純なアルケンへの均一系付加反応を可能とする有機金属錯体を用いた触媒反応も活発に研究されている[J. Am. Chem. Soc., 123, 11290(2001)、J. Am. Chem. Soc., 126, 6884(2004)など]。しかし、これらの方法では高価な金属や環境面で好ましくないハロゲン系溶媒を用いる必要がある。また、反応後の生成物の分離、触媒の再使用が困難という実用上の問題がある。
【0004】
【非特許文献1】J. Am. Chem. Soc., 123, 11290(2001)
【非特許文献2】J. Am. Chem. Soc., 126, 6884(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、安価な触媒で且つ比較的温和な条件下で反応が進行し、目的化合物を簡易な手段で大量に製造可能な炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法を提供することにある。本発明の他の目的は、汎用性に優れる炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、生成物と触媒とを簡単に分離でき、触媒の再使用が容易である炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、モンモリロナイトから容易に調製できるプロトン型モンモリロナイトを触媒として用いると、炭素−炭素結合形成反応や炭素−酸素結合形成反応が比較的温和な条件下で進行し、目的化合物を簡易な操作で収率良く製造できることを見出し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明は、プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、有機化合物を反応させて炭素−炭素結合又は炭素−酸素結合を形成することを特徴とする炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法を提供する。
【0008】
この方法では、例えば、下記式(1)
【化1】

(式中、R1、R2、R3は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。R1、R2、R3のうち少なくとも2つが結合して隣接する複数の炭素原子とともに環を形成していてもよい)
で表される1,3−ジカルボニル化合物と、下記式(2a)又は(2b)
【化2】

[式中、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。式(2a)において、R4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに環を形成していてもよい。式(2b)において、R8、R9、R10のうち少なくとも2つが結合して隣接する炭素原子とともに環を形成していてもよい]
で表される不飽和化合物とを反応させて炭素−炭素結合を形成し、下記式(3a)又は(3b)
【化3】

(式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10は前記に同じ)
で表される化合物を生成させることができる。
【0009】
また、下記式(4)
【化4】

(式中、R11は水素原子又は非金属原子含有基を示す)
で表されるカルボン酸と、下記式(2a)
【化5】

[式中、R4、R5、R6、R7は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。式(2a)において、R4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに環を形成していてもよい]
で表される不飽和化合物とを反応させて炭素−酸素結合を形成し、下記式(5)
【化6】

(式中、R4、R5、R6、R7は前記に同じ)
で表される化合物を生成させることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の方法によれば、安価な触媒で且つ比較的温和な条件下で反応が進行し、目的化合物を簡易な手段で大量に製造することができる。また、本発明の方法は基質の制約が少なく、汎用性に優れる。さらに、生成物と触媒とを簡単に分離でき、触媒の再使用が容易である。従って、目的物の大量生産に適しており、またグリーンケミストリー上、極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
[プロトン型モンモリロナイト触媒]
本発明で触媒として用いるプロトン型モンモリロナイト(H−モンモリロナイト)は、モンモリロナイトの陽イオンをプロトンと交換したものであり、例えば、ナトリウム型モンモリロナイト等のモンモリロナイト(通常、粉末状のモンモリロナイト)を酸で処理することにより容易に調製できる。なお、モンモリロナイトは層状ケイ酸塩鉱物の一種であるスメクタイトに分類される粘土鉱物(ベントナイトの主成分)であり、モンモリロナイトの結晶は、ケイ酸四面体層−アルミナ八面体層−ケイ酸四面体層の3層構造を有している。モンモリロナイトのカチオン交換能は、通常0.5〜3meq/g程度である。
【0012】
モンモリロナイトを酸で処理する場合の酸としては、強酸が好ましく、特に塩酸が好ましい。酸は、通常水溶液で使用され、その濃度は特に制限はないが、例えば0.1〜10重量%程度である。処理温度は、例えば20〜150℃、好ましくは50〜110℃程度である。処理時間は処理温度によっても異なるが、通常1時間〜4日、好ましくは10時間〜2日程度である。酸処理の後、濾過、水洗、乾燥することにより、プロトン型モンモリロナイトを得ることができる。
【0013】
プロトン型モンモリロナイトとしては、モンモリロナイトの金属陽イオン(ナトリウムイオン等)が、プロトンで30%以上、好ましくは50%以上、さらに好ましくは90%以上交換されたものが望ましい。プロトン型モンモリロナイトの酸量(Amount of Acid Site)は、通常0.15〜3mmol/g、好ましくは0.5〜3mmol/g程度である。
【0014】
プロトン型モンモリロナイトは粉末状で、あるいは粉末状のものを打錠、成形することにより使用に供される。
【0015】
本発明の方法では、プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、有機化合物を反応させて炭素−炭素結合又は炭素−酸素結合を形成する。以下、代表的な炭素−炭素結合方法及び炭素−酸素結合方法について説明する。
【0016】
[炭素−炭素結合形成方法]
プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、前記式(1)で表される1,3−ジカルボニル化合物と、前記式(2a)又は(2b)で表される不飽和化合物又はアルコールとを反応させると、炭素−炭素結合が形成され、それぞれ前記式(3a)又は(3b)で表される化合物が生成する。
【0017】
式(1)において、R1、R2、R3は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。R1、R2、R3のうち少なくとも2つが結合して隣接する複数の炭素原子とともに環を形成していてもよい。式(2a)、(2b)において、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。また、式(2a)において、R4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに環を形成していてもよい。式(2b)において、R8、R9、R10のうち少なくとも2つが結合して隣接する炭素原子とともに環を形成していてもよい。
【0018】
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10における非金属原子含有基としては、例えば、ハロゲン原子、炭化水素基、複素環式基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換若しくは無置換カルバモイル基、シアノ基、アシル基、ニトロ基、アルキルスルフィニル基、硫黄酸基、硫黄酸エステル基、ヒドロキシル基、置換オキシ基、メルカプト基、置換チオ基、これらが複数個結合した基などが挙げられる。前記カルボキシル基、硫黄酸基、ヒドロキシル基、メルカプト基は保護基で保護されていてもよい。保護基としては有機合成の分野で慣用の保護基を使用できる。
【0019】
前記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子が挙げられる。炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらが複数結合した基が挙げられる。脂肪族炭化水素基として、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、ビニル、アリル、エチニル、1−プロピニル基などの炭素数1〜20(好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜8)程度の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基(アルキル基、アルケニル基、アルキニル基)などが挙げられる。脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、シクロオクチル、シクロデシル、シクロドデシル、ノルボルニル、アダマンチル基などの炭素数3〜20(好ましくは3〜15)程度の脂環式炭化水素基(シクロアルキル基、シクロアルケニル基、橋架け炭素環式基等)などが挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル、ナフチル基などの炭素数6〜14程度の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
【0020】
脂肪族炭化水素基と脂環式炭化水素基とが結合した基として、例えば、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル基などが挙げられる。また、脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合した基として、例えば、ベンジル、2−フェニルエチル、1−フェニルエチル、3−フェニルプロピル等のアラルキル基;2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル基などが挙げられる。
【0021】
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10における非金属原子含有基としての複素環式基を構成する複素環には、芳香族性複素環及び非芳香族性複素環が含まれる。このような複素環としては、例えば、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環(例えば、フラン、テトラヒドロフラン、オキサゾール、イソオキサゾールなどの5員環、4−オキソ−4H−ピラン、テトラヒドロピランなどの6員環、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、4−オキソ−4H−クロメン、クロマン、イソクロマンなどの縮合環など)、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環(例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、チアジアゾールなどの5員環、4−オキソ−4H−チオピランなどの6員環、ベンゾチオフェンなどの縮合環など)などが挙げられる。
【0022】
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10における非金属原子含有基としての置換オキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロピルオキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、t−ブチルオキシカルボニル基等のC1-10アルコキシ−カルボニル基;ビニルオキシカルボニル基等のC2-10アルケニルオキシカルボニル基;シクロヘキシルオキシ−カルボニル基等のC3-15シクロアルキルオキシカルボニル基;フェニルオキシカルボニル基等のC6-14アリールオキシ−カルボニル基;C7-15ベンジルオキシカルボニル基等のアラルキルオキシカルボニル基などが挙げられる。置換若しくは無置換カルバモイル基としては、例えば、カルバモイル基、メチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基などが挙げられる。アシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ヘキサノイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アセトアセチル基等のC1-10脂肪族アシル基;シクロヘキサンカルボニル基等のC3-15脂環式アシル基;ベンゾイル基等のC6-14芳香族アシル基;複素環式アシル基などが挙げられる。アルキルスルフィニル基としては、例えば、メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基などが挙げられる。硫黄酸エステル基としては、例えば、メタンスルホニル基、p−トルエンスルホニル基などが挙げられる。
【0023】
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10における非金属原子含有基としての置換オキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ブトキシ基等のC1-6アルコキシ基;シクロヘキシルオキシ基等のシクロアルキルオキシ基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;アセチルオキシ、プロピオニルオキシ基等のアシルオキシ基などが挙げられる。置換チオ基としては、例えば、メチルチオ、エチルチオ基等のC1-6アルキルチオ基;シクロヘキシルチオ基等のシクロアルキルチオ基;フェニルチオ基等のアリールチオ基;アセチルチオ基等のアシルチオ基などが挙げられる。
【0024】
式(1)におけるR1、R2、R3のうち少なくとも2つが結合して隣接する複数の炭素原子とともに形成する環、式(2a)におけるR4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに形成する環、式(2b)において、R8、R9、R10のうち少なくとも2つが結合して隣接する炭素原子とともに形成する環としては、例えば、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロペンテン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、シクロオクタン環、シクロデカン環、シクロドデカン環、デカリン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、アダマンタン環などの3〜20員(好ましくは3〜15員)程度の非芳香族性炭素環(シクロアルカン環、シクロアルケン環、橋かけ炭素環);オキシラン環、オキセタン環、オキソラン環、オキサン環、オキセパン環、チオラン環、チアン環などの酸素原子及び硫黄原子からなる群より選択された少なくとも1種のヘテロ原子を有する非芳香族性複素環が挙げられる。これらの環は、置換基を有していてもよく、また他の環(非芳香族性環又は芳香族性環)が縮合していてもよい。
【0025】
1、R2、R3としては、特に、水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換オキシ基であるのが好ましい。R1とR3が結合して隣接する複数の炭素原子とともに環(置換基を有していてもよい非芳香族性炭素環又は非芳香族性複素環等)を形成するのも好ましい。
【0026】
また、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10としては、特に、水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基であるのが好ましい。また、R4とR6が結合して隣接する炭素原子とともに非芳香族性炭素環又は非芳香族性複素環を構成するのも好ましい。R8、R9、R10のうち少なくとも1つはアリール基、芳香族性複素環式基又は1−アルケニル基であるのが好ましい。
【0027】
式(1)で表される1,3−ジカルボニル化合物の代表的な例として、例えば、アセチルアセトン、3−メチル−2,4−ペンタンジオン、プロピオニルアセトン、ブチリルアセトン、ベンゾイルアセトン、ジベンゾイルメタン、2−アセチルシクロヘキサン−1−オン、2−アセチルシクロペンタン−1−オンなどのβ−ジケトン;アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、3−オキソペンタン酸メチル、3−オキソペンタン酸エチル、2−メチル−3−オキソブタン酸メチル、2−メチル−3−オキソブタン酸エチル、ベンゾイル酢酸メチル、ベンゾイル酢酸エチル、2−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、2−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、2−オキソシクロヘキサンカルボン酸メチル、2−オキソシクロヘキサンカルボン酸エチル、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、α−アセチル−δ−バレロラクトンなどのβ−ケトエステルなどが挙げられる。
【0028】
式(2a)で表される不飽和化合物の代表的な例として、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、3−ヘキセン、1−オクテン、1−デセンなどのアルケン;スチレン、p−クロロスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、α−メチルスチレン、1−プロペニルベンゼン、2−ビニルナフタレンなどの芳香族ビニル化合物;シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネンなどの環状オレフィンなどが挙げられる。本発明では、電子吸引性基によって活性化されていない単純なアルケン類等の不飽和化合物であっても反応が円滑に進行する。
【0029】
式(2b)で表されるアルコールの代表的な例として、例えば、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、t−ブタノール、アリルアルコール、クロチルアルコールなどの脂肪族アルコール;シクロヘキシルアルコール、2−シクロヘキセン−1−オールなどの脂環式アルコール;ベンジルアルコール、1−フェニルエチルアルコール、1−(4−クロロフェニル)エチルアルコール、1−(4−メチルフェニル)エチルアルコール、1−(2−ナフチル)エチルアルコール、ベンズヒドロール、トリチルアルコールなどの芳香族アルコールなどが挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシル基のβ,γ位に炭素−炭素二重結合を有するいわゆるアリルアルコール類や、ヒドロキシル基のβ位に芳香環を有するいわゆるベンジルアルコール類を用いると、α−アリル化反応、α−ベンジル化反応が速やかに進行して目的化合物を高い収率で得ることができる。また、前記アルコールとして第2級アルコールを用いると、高い収率で目的化合物が得られる。
【0030】
反応は、溶媒の存在下又は非存在下で行われる。溶媒としては、反応を阻害しないような溶媒であればよく、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの飽和脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタンなどの飽和脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどの鎖状又は環状エーテルなどが用いられる。
【0031】
式(1)で表される化合物と式(2a)又は(2b)で表される化合物との比率は適宜選択できるが、一般に、化合物(2a)又は(2b)で表される化合物の使用量は、式(1)で表される化合物1モルに対して、例えば0.1〜10モル、好ましくは0.3〜3モル程度である。プロトン型モンモリロナイト触媒の使用量は、原料の種類によっても異なるが、式(1)で表される化合物及び式(2a)又は(2b)で表される化合物のうち少ない方の化合物1モルに対して、例えば1〜1000g、好ましくは10〜500g程度である。反応温度は原料の種類等に応じて適宜選択でき、例えば20〜250℃、好ましくは50〜200℃程度である。反応は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方式で行うことができる。反応は常圧で行ってもよく、加圧下で行ってもよい。反応器は混合撹拌型の反応器、固定床方式の反応器等の何れであってもよい。
【0032】
前記式(1)で表される1,3−ジカルボニル化合物と式(2a)で表される不飽和化合物との反応により、前記式(3a)で表される付加反応生成物(2−置換−1,3−ジカルボニル化合物)が生成する。また、式(1)で表される1,3−ジカルボニル化合物と式(2b)で表されるアルコールとの反応により、式(3b)で表される脱水反応生成物(2−置換1,3−ジカルボニル化合物)が生成する。β−ケトエステルのノルボルネンへの付加は本発明によって初めて達成されたものである。なお、式(1)で表される1,3−ジカルボニル化合物において、分子内に炭素−炭素二重結合やヒドロキシル基を有する場合[式(2a)又は(2b)で表される化合物にも相当する場合]には、分子内で反応が進行して環状化合物が生成しうる。
【0033】
反応終了後、反応生成物は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
【0034】
[炭素−酸素結合形成方法]
プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、前記式(4)で表されるカルボン酸と前記式(2a)で表される不飽和化合物とを反応させると、炭素−酸素結合が形成され、前記式(5)で表される化合物が生成する。
【0035】
式(4)において、R11は水素原子又は非金属原子含有基を示す。式(2a)は前記に同じである。
【0036】
11における非金属原子含有基としては、前記R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10における非金属原子含有基と同様のものが挙げられる。R11としては、特に、水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよい複素環式基であるのが好ましい。
【0037】
式(4)で表されるカルボン酸の代表的な例として、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、4−ペンテン酸、ヘキサン酸、デカン酸などの脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンカルボン酸、1−シクロヘキシル酢酸、2−シクロペンテン−1−酢酸などの脂環式カルボン酸;安息香酸、フェニル酢酸、4−メチルフェニル酢酸などの芳香族カルボン酸;複素環式カルボン酸などが挙げられる。
【0038】
反応は、溶媒の存在下又は非存在下で行われる。溶媒としては、反応を阻害しないような溶媒であればよく、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの飽和脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタンなどの飽和脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどの鎖状又は環状エーテルなどが用いられる。
【0039】
式(4)で表される化合物と式(2a)で表される化合物との比率は適宜選択できるが、一般に、式(2a)で表される化合物の使用量は、式(4)で表される化合物1モルに対して、例えば0.1〜10モル、好ましくは0.3〜3モル程度である。プロトン型モンモリロナイト触媒の使用量は、原料の種類によっても異なるが、式(4)で表される化合物及び式(2a)で表される化合物のうち少ない方の化合物1モルに対して、例えば1〜1000g、好ましくは10〜500g程度である。反応温度は原料の種類等に応じて適宜選択でき、例えば20〜250℃、好ましくは50〜200℃程度である。反応は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方式で行うことができる。反応は常圧で行ってもよく、加圧下で行ってもよい。反応器は混合撹拌型の反応器、固定床方式の反応器等の何れであってもよい。
【0040】
前記式(4)で表されるカルボン酸と式(2a)で表される不飽和化合物との反応により、前記式(5)で表される付加反応生成物(エステル)が生成する。なお、式(4)で表されるカルボン酸において、分子内に炭素−炭素二重結合を有する場合[式(2a)で表される化合物にも相当する場合]には、分子内で反応が進行して環状化合物(ラクトン)が生成しうる。
【0041】
反応終了後、反応生成物は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
【実施例】
【0042】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、生成物の同定は1H-NMRにより行った。また、原料としてノルボルネンを用いた反応では、反応生成物は、実施例27を除き、エキソ体のみであった。
【0043】
製造例1(プロトン型モンモリロナイトの調製)
ナトリウム型モンモリロナイト[クニミネ工業(株)製、商品名「クニピアF」、元素分析値:Na, 2.69;Mg, 1.97;Al, 11.8;Fe, 1.46 %]3.0g、1.1重量%塩酸200mlの混合物を90℃で24時間撹拌した。反応混合液(スラリー)を濾過し、1Lの蒸留水で水洗し、空気中110℃の温度で乾燥することにより、白っぽい灰色の粉末状のプロトン型モンモリロナイトを得た。プロトン型モンモリロナイトの酸量(Amount of Acid Site)を測定したところ0.86mmol/gであった。ナトリウムイオンのプロトンへの変換率は98.9%であった。
元素分析値:Na, 0.03;Mg, 1.73;Al, 10.0;Fe, 1.34 %。
【0044】
実施例1
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.03g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.3mmol、ノルボルネン1.0mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。0.5時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、ノルボルネンの転化率は87%であり、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)ペンタン−2,4−ジオンが83%の収率で生成していた。
【0045】
比較例1
プロトン型モンモリロナイトの代わりにプロトン型モルデナイト(市販品)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果、ノルボルネンの転化率は11%であり、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)ペンタン−2,4−ジオンは痕跡程度しか生成していなかった。
【0046】
比較例2
プロトン型モンモリロナイトの代わりにH−ZSM−5(市販品)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。しかし、反応は全く進行しなかった。
【0047】
比較例3
プロトン型モンモリロナイトの代わりに硫酸0.1mmolを用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果、ノルボルネンの転化率は29%であり、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)ペンタン−2,4−ジオンの収率は4%であった。
【0048】
比較例4
プロトン型モンモリロナイトの代わりにp−トルエンスルホン酸1水塩0.1mmolを用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。しかし、反応は全く進行しなかった。
【0049】
比較例5
触媒を使用しなかった以外は実施例1と同様の操作を行った。しかし、反応は全く進行しなかった。
【0050】
実施例2
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)ペンタン−2,4−ジオンが90%の収率で得られた。
【0051】
実施例3
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイルアセトン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−4−フェニルブタン−2,4−ジオンが88%の収率で得られた。
【0052】
実施例4
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ジベンゾイルメタン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,3−ジフェニルプロパン−1,3−ジオンが93%の収率で得られた。
【0053】
実施例5
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセト酢酸エチル1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−3−オキソブタン酸エチルが71%の収率で生成していた。
【0054】
実施例6
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイル酢酸エチル1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−3−オキソ−3−フェニルプロパン酸エチルが74%の収率で得られた。
【0055】
実施例7
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、2−アセチル−1−シクロペンタノン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−アセチル−2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1−シクロペンタノンが83%の収率で得られた。
【0056】
実施例8
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、α−アセチル−γ−ブチロラクトン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、α−アセチル−α−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−γ−ブチロラクトンが87%の収率で得られた。
【0057】
実施例9
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ジベンゾイルメタン1mmol、シクロペンテン5mmolを入れ、180℃で激しく撹拌した。24時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2−シクロペンチル−1,3−ジフェニルプロパン−1,3−ジオンが66%の収率で生成していた。
【0058】
実施例10
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイルアセトン1mmol、シクロヘキセン5mmolを入れ、180℃で激しく撹拌した。24時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−シクロヘキシル−4−フェニルブタン−2,4−ジオンが78%の収率で得られた。
【0059】
実施例11
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ジベンゾイルメタン1mmol、シクロヘキセン5mmolを入れ、180℃で激しく撹拌した。24時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2−シクロヘキシル−1,3−ジフェニルプロパン−1,3−ジオンが80%の収率で生成していた。
【0060】
実施例12
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ジベンゾイルメタン1mmol、1−ペンテン15mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。なお、1−ペンテンはステップワイズに系内に添加した。24時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−ペンチル−1,3−ジフェニルプロパン−1,3−ジオンが53%の収率で生成していた(2−付加体:3−付加体=9:1)。
【0061】
実施例13
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ジベンゾイルメタン1mmol、1−ヘキセン15mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。なお、1−ヘキセンはステップワイズに系内に添加した。24時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−ヘキシル−1,3−ジフェニルプロパン−1,3−ジオンが60%の収率で生成していた(2−付加体:3−付加体=5:1)。
【0062】
実施例14
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイル酢酸エチル3mmol、スチレン1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。なお、スチレンはステップワイズに系内に添加した。3時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−(1−フェニルエチル)−ベンゾイル酢酸エチルが72%の収率で生成していた。
【0063】
実施例15
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、2−アセチル−1−シクロペンタノン1.3mmol、p−クロロスチレン1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。3時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−[1−(4−メチルフェニル)エチル]−2−アセチル−1−シクロペンタノンが72%の収率で生成していた。
【0064】
実施例16
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、3−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)ペンタン−2,4−ジオンが93%の収率で生成していた。濾液を濃縮した後、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し純粋な生成物を得た(単離収率90%)。回収した触媒を用いて同様の反応を繰り返したところ、少なくとも7回目までは活性及び選択性の低下は見られなかった。繰り返し第1回目、第2回目及び第7回目の収率は、それぞれ92%、93%、93%であった。
【0065】
実施例17
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.5mmol、1−フェニルエチルアルコール1mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−(1−フェニルエチル)ペンタン−2,4−ジオンが90%の収率で得られた。
【0066】
実施例18
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.5mmol、1−(4−クロロフェニル)エチルアルコール1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−[1−(4−クロロフェニル)エチル]ペンタン−2,4−ジオンが80%の収率で得られた。
【0067】
実施例19
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.5mmol、1−(2−ナフチル)エチルアルコール1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。0.5時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−[1−(2−ナフチル)エチル]ペンタン−2,4−ジオンが72%の収率で得られた。
【0068】
実施例20
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.5mmol、ベンズヒドロール1mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−ベンゾヒドリルペンタン−2,4−ジオンが91%の収率で得られた。
【0069】
実施例21
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセチルアセトン1.5mmol、2−シクロヘキセン−1−オール1mmolを入れ、90℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、3−シクロヘキシルペンタン−2,4−ジオンが80%の収率で生成していた。
【0070】
実施例22
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイルアセトン1mmol、1−フェニルエチルアルコール1mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、4−フェニル−3−(1−フェニルエチル)ブタン−2,4−ジオンが86%の収率で得られた(ジアステレオマー比1:1)。
【0071】
実施例23
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、2−アセチル−1−シクロペンタノン1.5mmol、1−フェニルエチルアルコール1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。0.5時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−アセチル−2−(1−フェニルエチル)−1−シクロペンタノンが86%の収率で得られた(ジアステレオマー比1:1)。
【0072】
実施例24
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセト酢酸エチル1.5mmol、1−フェニルエチルアルコール1mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−オキソ−2−(1−フェニルエチル)ブタン酸エチルが88%の収率で得られた(ジアステレオマー比1:1)。
【0073】
実施例25
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、ベンゾイル酢酸エチル1.5mmol、1−フェニルエチルアルコール1mmolを入れ、100℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、3−オキソ−3−フェニル−2−(1−フェニルエチル)プロパン酸エチルが51%の収率で得られた(ジアステレオマー比1:1)。
【0074】
実施例26
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、アセト酢酸エチル1.5mmol、2−シクロヘキセン−1−オール1mmolを入れ、90℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−シクロヘキシル−3−オキソブタン酸エチルが48%の収率で得られた(ジアステレオマー比1:1)。
【0075】
実施例27
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、安息香酸1mmol、ノルボルネン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−ベンゾイルオキシノルボルナンが89%の収率で得られた[エンド体/エキソ体=1/4]。
【0076】
実施例28
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、4−メチルフェニル酢酸1mmol、シクロペンテン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、4−メチルフェニル酢酸シクロペンチルが84%の収率で得られた。
【0077】
実施例29
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、4−メチルフェニル酢酸1mmol、シクロヘキセン1.3mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、4−メチルフェニル酢酸シクロヘキシルが81%の収率で得られた。
【0078】
実施例30
耐圧管に、プロトン型モンモリロナイト0.15g、n−ヘプタン2ml、2−シクロペンテン−1−酢酸1mmolを入れ、150℃で激しく撹拌した。1時間後、触媒を濾別し、濾液を濃縮し、濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製したところ、2−オキサビシクロ[3.3.0]オクタン−3−オンが91%の収率で得られた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロトン型モンモリロナイト触媒の存在下、有機化合物を反応させて炭素−炭素結合又は炭素−酸素結合を形成することを特徴とする炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法。
【請求項2】
下記式(1)
【化1】

(式中、R1、R2、R3は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。R1、R2、R3のうち少なくとも2つが結合して隣接する複数の炭素原子とともに環を形成していてもよい)
で表される1,3−ジカルボニル化合物と、下記式(2a)又は(2b)
【化2】

[式中、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。式(2a)において、R4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに環を形成していてもよい。式(2b)において、R8、R9、R10のうち少なくとも2つが結合して隣接する炭素原子とともに環を形成していてもよい]
で表される不飽和化合物又はアルコールとを反応させて炭素−炭素結合を形成し、下記式(3a)又は(3b)
【化3】

(式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10は前記に同じ)
で表される化合物を生成させる請求項1記載の炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法。
【請求項3】
下記式(4)
【化4】

(式中、R11は水素原子又は非金属原子含有基を示す)
で表されるカルボン酸と、下記式(2a)
【化5】

[式中、R4、R5、R6、R7は、同一又は異なって、水素原子又は非金属原子含有基を示す。式(2a)において、R4、R5、R6、R7のうち少なくとも2つが結合して隣接する1又は2以上の炭素原子とともに環を形成していてもよい]
で表される不飽和化合物とを反応させて炭素−酸素結合を形成し、下記式(5)
【化6】

(式中、R4、R5、R6、R7は前記に同じ)
で表される化合物を生成させる請求項1記載の炭素−炭素又は炭素−酸素結合形成方法。

【公開番号】特開2007−238529(P2007−238529A)
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−64969(P2006−64969)
【出願日】平成18年3月9日(2006.3.9)
【出願人】(504176911)国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】(000002901)ダイセル化学工業株式会社 (1,236)
【Fターム(参考)】