２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造方法
【課題】収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法を提供すること。
【解決手段】シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）を有する製造方法である。
工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程。
工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程。
工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程。
【解決手段】シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）を有する製造方法である。
工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程。
工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程。
工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンは、生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。この２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造方法としては、水と塩基触媒の存在下で、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、バッチ式によりアルドール縮合反応させる方法が知られている（特許文献１〜３参照）。しかし、これらの方法はバッチ式であることから、反応を終了させるたびに塩基触媒水溶液の酸による中和、ならびに有機層に含まれる水及びシクロアルカノンの蒸留回収が必要となり、生産性の点で満足いくものではなかった。また、特許文献３には、アルドール縮合反応で用いた水層部を再使用できることが示唆されている。しかし、水層を再使用するためには、一旦酸を加えて中和し、有機層を分層除去した後、水層に塩基触媒を加えて塩基性にする必要がある。この方法では、中和塩の増加により、アルドール縮合反応の原料の水層への溶解性が低下するため、水層の再利用のたびに目的化合物の収率が低下するという問題があった。そのため、目的化合物の収率の低下を抑制するために、水層の再使用の回数が制限され、再使用できなくなった大量の水を廃棄しなければならなかった。また、水層に溶解しているシクロアルカノンを損失するという問題もあった。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１４７７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５５２９号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを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】
【０００５】
本発明者らは、上記問題を鑑みて、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとの混合液を、塩基触媒水溶液中に滴下・混合する一方、得られた反応混合物を反応系外に抜き出す工程の際に、該反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加することで、連続的にアルドール縮合反応を行い２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法を見出した。また、連続的にアルドール縮合反応を行うにあたり、反応系外に抜き出した反応混合物を有機層と水層とに分離して得られた水層を反応系に回収再使用する際、原料となるアルキルアルデヒドに少量含まれるアルキルカルボン酸との反応により中和塩を生成して失活する塩基触媒を連続的に反応系に添加して補う必要があることを見出した。このような塩基触媒を含む水の反応系への添加により、反応系内の塩基触媒の濃度及び量を一定に保つことができるので、反応速度の低下と塩基触媒の失活とを抑制し、半永久的にアルドール縮合反応を進行させて、目的化合物である２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを効率よく、連続的に製造しうることを見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程、工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程、及び工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程、を有する製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法によれば、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の製造方法の好ましい態様を概念的に示す説明図である。本発明の製造方法を、図１を用いて説明する。反応器は、水及び塩基触媒の存在下、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを連続的に添加・混合してアルドール縮合反応させるものであり、該反応器にはシクロアルカノン及びアルキルアルデヒド、ならびに塩基触媒を含む水が連続的に供給される。反応器中の反応混合物は、分離器に連続的に抜き出され、該分離器において有機層と水層とに分離される。
【０００９】
［工程（ｉ）］
工程（ｉ）は、水及び塩基触媒の存在下、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを連続的に添加して反応系を形成する工程であり、該反応系では、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとのアルドール縮合反応が行われる。工程（ｉ）で用いる反応器は、シクロアルカノン、アルキルアルデヒド、水及び塩基触媒などの供給口、反応混合物の抜出口、水層などの再利用に用いるための口などが備えられていれば特に制限はなく、例えば攪拌槽式などを用いればよい。
【００１０】
反応温度は、特に限定されるものではないが、例えば水層部の凝固を防止し、シクロアルカノンの二量体などの副生成物の生成を抑制する目的から、−５〜４０℃が好ましく、−５〜３０℃がより好ましい。また、アルドール縮合反応の反応圧力は、絶対圧で１０ｋＰａ〜１ＭＰａが好ましく、使用する装置を安価とする観点から、５０〜３００ｋＰａがより好ましく、８０〜１２０ｋＰａがさらに好ましい。
【００１１】
［シクロアルカノン］
本発明で用いられるシクロアルカノンは、好ましくは炭素数４〜８のシクロアルカノンであり、より好ましくはシクロペンタノン又はシクロヘキサノンであり、さらに好ましくはシクロペンタノンである。
【００１２】
［アルキルアルデヒド］
本発明で用いられるアルキルアルデヒドは、好ましくは炭素数１〜１５のアルキル基、より好ましくは炭素数１〜８のアルキル基、さらに好ましくは炭素数３〜５のアルキル基、特に好ましくは炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒドである。炭素数３〜５のアルキル基を有するアルデヒドとしては、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、ヘキシルアルデヒドなどが挙げられ、炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒドは、バレルアルデヒドである。
【００１３】
シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとは、良好な収率を得て、酸による中和を行わずに反応混合物を水層と有機層とに分離するために、シクロアルカノンを過剰に反応させることが好ましい。一方、過剰分のシクロアルカノンの回収などの生産性の低下を考慮すると、シクロアルカノンの添加量は、アルキルアルデヒド１モルに対して２〜６モルが好ましく、３〜５モルがより好ましく、３〜４モルがさらに好ましい。
【００１４】
シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドは、（ｉ）あらかじめシクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを混合して、あるいは（ｉｉ）シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを別々に、供給することができるが、（ｉ）により供給することが好ましい。
【００１５】
［塩基触媒］
本発明に用いられる塩基触媒としては、特に制限されるものではないが、例えば式（７）で表される化合物が好ましく挙げられる。
Ｍ（ＯＨ）m （７）
式中、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属、又はＭｇ、Ｃａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属であり、良好な効率を得るためには、アルカリ金属が好ましい。ｍは１又は２の整数である。上記の式（７）で表される塩基触媒のなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムが好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがより好ましく、水酸化ナトリウムがさらに好ましい。
【００１６】
反応系における塩基触媒の量は、副反応の抑制及び反応速度の向上の観点から、時間あたり供給するアルキルアルデヒド１モルに対して、好ましくは０．００５〜０．５モル、より好ましくは０．０１〜０．１モル、さらに好ましくは０．０２〜０．０８モルとなるように調整することが望ましい。
【００１７】
［水］
反応系における水の量は、反応系における塩基触媒の濃度を決定する上で重要であり、アルキルアルデヒド及びシクロアルカノンの二量体、高沸成分などの副生成物の生成を抑制する観点から、反応系における水と塩基触媒との合計に対する塩基触媒の濃度が０．１〜３質量％となるような量とすることが好ましく、０．５〜２．５質量％がより好ましく、０．８〜２質量％がさらに好ましい。
【００１８】
［溶媒］
アルキルアルデヒドとシクロアルカノンとの反応は、溶媒を用いて行ってもよい。ただし、当該反応はシクロアルカノンと水との二層系の反応であるから、これに適した溶媒を選択することが好ましい。好ましい溶媒としては、アルドール縮合反応に対して不活性であり、かつ本発明の目的化合物の分離精製を阻害しないものであれば特に制限されないが、例えば、沸点範囲が１４０〜２１０℃程度の、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素系溶媒；ノナン、デカン、ウンデカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
【００１９】
本発明にかかるアルドール縮合反応で得られる２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンとしては、下記一般式（１）で表される化合物（１）が好ましく挙げられる。
【００２０】
【化１】
【００２１】
式中、ｎは１又は２の整数を示し、１が好ましい。また、Ｒ1は水素原子、又は炭素数１〜８のアルキル基を示し、炭素数３〜５の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基が好ましく、炭素数４の直鎖のアルキル基がより好ましい。
【００２２】
また、アルドール縮合反応において、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの脱水体であるアルキリデンシクロアルカノンが生成する。この脱水体は、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンと同様に生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。
【００２３】
［工程（ｉｉ）］
工程（ｉｉ）は、工程（ｉ）の進行の際に、得られた反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程である。ここで、「工程（ｉ）の進行の際に」とは、工程（ｉ）の開始と同時に、あるいは工程（ｉ）の進行中に、などの態様を含むものである。本発明の製造方法は、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの反応系内への連続的添加（混合）と、反応混合物の反応系外への連続的な抜き出しとにより、反応１回ごとに独立して反応させるバッチ式に比べて、生産性の高い連続的な目的化合物の製造を可能にする。
反応混合物の抜出量は、工程（ｉ）における反応系内へのシクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量と、抜き出した反応混合物中の有機層の量とがほぼ同量となるように調整することが好ましい。反応混合物の抜出量は、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量に対して、１〜２．５倍（容量比）であることが好ましく、１〜２倍がより好ましく、１．２〜２倍がさらに好ましい。反応混合物の抜出量が上記範囲内にあれば、高い収率を得ることができる。
【００２４】
［工程（ｉｉｉ）］
工程（ｉｉｉ）は、工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、好ましくは塩基触媒の濃度及び水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程である。ここで、「工程（ｉｉ）の進行の際に」とは、工程（ｉｉ）の開始と同時に、あるいは工程（ｉｉ）の進行中に、などの態様を含むものである。
【００２５】
本発明で用いられるアルキルアルデヒドは、その酸化物であるアルキルカルボン酸を含むことがある。反応系に添加される塩基触媒は、当該アルキルカルボン酸との反応により消費される塩基触媒を補充するために、すなわち反応系中の塩基触媒の濃度を一定に保つために、添加されるものである。添加される塩基触媒の量は、上記の消費される塩基触媒を補充できる量と同量であればよい。具体的には、塩基触媒の量は、原料であるバレルアルデヒドの酸価を測定し、その中に含まれる吉草酸とほぼ同じモル数とする。また、水の量は、有機層に溶解して抜き出される水の量と同量とする。
【００２６】
本発明においては、反応混合物を水層と有機層とに迅速に分離させるために必要となる酸を供給することがないので、酸と塩基触媒との反応により生成する中和塩の生成が抑えられる。これにより、塩基触媒は、上記したアルキルアルデヒドに含まれるアルキルカルボン酸による消費分を補う分を添加するだけでよく、その添加量が抑えられる。
【００２７】
工程（ｉｉｉ）において、塩基触媒を含む水の反応系への添加は、塩基触媒をあらかじめ水に溶解させて塩基触媒水溶液として添加することができる。
【００２８】
［工程（ｉｖ）］
工程（ｉｖ）は、工程（ｉｉ）で抜き出した反応混合物を有機層と水層に分離して、該水層を再使用する工程である。本発明の製造方法は、廃水の量を低減し、かつ該水層に含まれるシクロアルカノンを再使用する観点から、工程（ｉｖ）を好ましく有する。また、分離器で分離された水層は、反応系に戻して再使用される。
【００２９】
［工程（ｖ）］
本発明の製造方法は、生産効率を向上させる観点から、工程（ｉｖ）で分離した有機層に含まれるシクロアルカノンを蒸留回収し、再使用する工程（ｖ）を有することが好ましい。本発明の製造方法において過剰に用いられたシクロアルカノンが未反応のまま有機層中に含まれるため、これを蒸留により回収して再使用することで、生産効率を向上させることができる。また、本工程により、有機層中に含まれる水を回収し、再利用することもできる。
【００３０】
［アルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテートの製造方法］
下記一般式（５）で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート（以下、化合物（５）という。）は、香料素材、生理活性剤として有用な化合物であり、上記の製造方法で得られた化合物（１）から得ることができる。
【００３１】
【化２】
【００３２】
式中、ｎ及びＲ1は前記と同様である。Ｒ2は、炭素数１〜３のアルキル基を示し、メチル基が好ましい。
【００３３】
化合物（５）の調製方法は特に限定されるものではないが、例えば、次のようにして得られる。まず、化合物（１）の脱水反応により一般式（２）で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン（以下、化合物（２）という。）を得て、還流するｎ−ブタノール中で、塩酸、臭化水素酸などの水性酸の存在下で、化合物（２）を異性化反応させて、一般式（３）で表される２−（アルキル）シクロアルケノン（以下、化合物（３）という。）を得る。次いで、化合物（３）と下記一般式（４）で表されるマロン酸ジエステル（以下、化合物（４）という。）と、を塩基性触媒存在下で反応させて、一般式（８）で表される化合物（８）を得る。
【００３４】
【化３】
【００３５】
式中、ｎ及びＲ1及びＲ2は、前記と同様である。また、一般式（４）及び（８）における２個のＲ2は、同一でも異なっていてもよい。
【００３６】
化合物（３）と化合物（４）との反応に用いられる塩基触媒としては、特に限定はされないが、例えばナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシドなどのアルカリ金属アルコキシドなどが挙げられる。該塩基触媒の使用量は、化合物（３）１モルに対して０．００５〜０．２モルが好ましい。また、好ましくはアルコール類などの極性溶媒を用いることができる。反応温度は−１０〜３０℃が好ましく、０〜２０℃がより好ましい。
【００３７】
このようにして得られた化合物（８）と水とを反応させることにより、化合物（５）が得られる。水は、滴下しながら添加することが好ましく、添加量は、化合物（８）１モルに対して１〜３倍量が好ましい。また、反応温度は１５０〜２５０℃が好ましい。
【００３８】
［５−アルキル−５−アルカノリドの製造方法］
上記の製造方法で得られた化合物（１）を原料として、香料素材、生理活性剤として有用な、下記一般式（６）で表される５−アルキル−５−アルカノリド（以下、化合物（６）という。）を得ることができる。
【００３９】
【化４】
【００４０】
式中、ｎ及びＲ1は前記と同様である。
【００４１】
化合物（６）は、具体的には、次のようにして得られる。まず、化合物（１）の脱水反応により化合物（２）を得て、還流するｎ−ブタノール中で、塩酸、臭化水素酸などの水性酸の存在下で、化合物（２）を異性化反応させて、化合物（３）を得る。次いで、Ｐｄ／Ｃなどの触媒存在下で水素還元させて、一般式（９）で表される化合物（９）を得る。
【００４２】
【化５】
【００４３】
式中、ｎ及びＲ1は、前記と同様である。
【００４４】
このようにして得られた化合物（９）を例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸などの酸化剤を用いて、バイヤービリガー（Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ）酸化させることにより、化合物（６）が得られる。
【実施例】
【００４５】
実施例１
１００ｍＬの４つ口フラスコに、水１６．６ｇ（０．９２ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．１６ｇ（０．００４ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃とした後、バレルアルデヒド６１．３ｇ（０．７１ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液３６．０ｇ（０．３６質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．４倍の速度で反応混合物を滴下ろうと（分離器）に抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、１時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド３．０６ｇ（０．０３６ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１０６．５ｇ（０．６３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン２．１３ｇ（０．０１４ｍｏｌ）が含まれていた（バレルアルデヒド転化率９５．０％、収率８９．９％）。
一方、滴下後１〜２時間目の抜き出した有機層の組成は、バレルアルデヒド０．９質量％、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン３２．４質量％であり、滴下後５〜６時間目の有機層の組成は、バレルアルデヒド１．０質量％、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン３２．６質量％であり、滴下中は反応が安定して進行していることが示された。また、滴下終了後の水層に含まれる水の量、及び水酸化ナトリウムの量は、初期仕込み量とほぼ同量であり、有機層に溶解した水の量、及びバレルアルデヒド中に含まれる吉草酸との反応により消費された塩基触媒の量を、水酸化ナトリウム水溶液を滴下することで連続的に補っていることが確認された。
【００４６】
実施例２
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．６ｇ（１．４４ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン４８２．２ｇ（５．７３ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液５６．４ｇ（０．２２質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．７倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド２．９８ｇ（０．０３５ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２１３．４ｇ（１．２５ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン４．１９ｇ（０．０２８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９７．６％、収率８９．３％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４７】
実施例３
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．２ｇ（１．４３ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン３６１．８ｇ（４．３０ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液４７．９ｇ（０．２７質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．９倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド４．８７ｇ（０．０５７ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２１１．８ｇ（１．２４ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン４．２０ｇ（０．０２８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９６．０％、収率８８．９％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４８】
実施例４
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６３ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．２ｇ（１．４３ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２４１．２ｇ（２．８７ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液３５．５ｇ（０．３７質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の２．１倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド１０．０９ｇ（０．１２ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１９１．７ｇ（１．１３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン５．９４ｇ（０．０３９ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９１．８％、収率８１．５％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４９】
実施例５
１００ｍＬの４つ口フラスコに、水１６．６ｇ（０．９２ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．１６ｇ（０．００４ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１６５．３ｇ（１．９２ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン６４６．４ｇ（７．６８ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液９５．１ｇ（０．３５質量％）を１６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．４倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、１時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド１１．８８ｇ（０．１４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２７８．１ｇ（１．６３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン５．８ｇ（０．０３８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９２．８％、収率８７．１％となった。
第１表に、経時の有機層の主成分の組成を示す。この結果から、１６時間という長期の連続反応を行っても、反応は安定していることが確認された。
【００５０】
【表１】
【００５１】
比較例１−１
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水５０．０ｇ（２．７８ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．４８ｇ（０．０１２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．７ｇ（０．６９ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．９ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド２．１０ｇ（０．０２４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１０１．６ｇ（０．６０ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．９１ｇ（０．０１３ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９６．５％、収率８８．０％となった。
【００５２】
比較例１−２
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−１で得られた水層２７．２ｇ、水２７．９ｇ（１．５５ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．６ｇ（０．６９ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド３．７９ｇ（０．０４４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン９８．３ｇ（０．５８ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．６２ｇ（０．０１１ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９３．６％、収率８５．０％となった。
【００５３】
比較例１−３
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−２で得られた水層２８．０ｇ、水２８．２ｇ（１．５６ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．０ｇ（０．６８ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド９．７７ｇ（０．１１ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン８５．８ｇ（０．５０ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．１４ｇ（０．００８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率８３．４％、収率７４．８％となった。
【００５４】
比較例１−４
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−３で得られた水層２７．７ｇ、水２８．１ｇ（１．５６ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．０ｇ（０．６８ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド４３．５ｇ（０．５１ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２５．４ｇ（０．１５ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン０．２１ｇ（０．００１ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率２６．２％、収率２２．０％となった。
【００５５】
実施例１〜５の結果から、本発明の製造方法により、高い収率で２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが連続的に得られることが示された。また、比較例１−１〜１−４の結果から、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程を有さない場合には、良好な結果が得られないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の製造方法によれば、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが得られる。これらの化合物は、生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の製造方法を概念的に示す説明図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンは、生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。この２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造方法としては、水と塩基触媒の存在下で、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、バッチ式によりアルドール縮合反応させる方法が知られている（特許文献１〜３参照）。しかし、これらの方法はバッチ式であることから、反応を終了させるたびに塩基触媒水溶液の酸による中和、ならびに有機層に含まれる水及びシクロアルカノンの蒸留回収が必要となり、生産性の点で満足いくものではなかった。また、特許文献３には、アルドール縮合反応で用いた水層部を再使用できることが示唆されている。しかし、水層を再使用するためには、一旦酸を加えて中和し、有機層を分層除去した後、水層に塩基触媒を加えて塩基性にする必要がある。この方法では、中和塩の増加により、アルドール縮合反応の原料の水層への溶解性が低下するため、水層の再利用のたびに目的化合物の収率が低下するという問題があった。そのため、目的化合物の収率の低下を抑制するために、水層の再使用の回数が制限され、再使用できなくなった大量の水を廃棄しなければならなかった。また、水層に溶解しているシクロアルカノンを損失するという問題もあった。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１４７７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５５２９号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを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】
【０００５】
本発明者らは、上記問題を鑑みて、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとの混合液を、塩基触媒水溶液中に滴下・混合する一方、得られた反応混合物を反応系外に抜き出す工程の際に、該反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加することで、連続的にアルドール縮合反応を行い２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法を見出した。また、連続的にアルドール縮合反応を行うにあたり、反応系外に抜き出した反応混合物を有機層と水層とに分離して得られた水層を反応系に回収再使用する際、原料となるアルキルアルデヒドに少量含まれるアルキルカルボン酸との反応により中和塩を生成して失活する塩基触媒を連続的に反応系に添加して補う必要があることを見出した。このような塩基触媒を含む水の反応系への添加により、反応系内の塩基触媒の濃度及び量を一定に保つことができるので、反応速度の低下と塩基触媒の失活とを抑制し、半永久的にアルドール縮合反応を進行させて、目的化合物である２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを効率よく、連続的に製造しうることを見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程、工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程、及び工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程、を有する製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法によれば、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の製造方法の好ましい態様を概念的に示す説明図である。本発明の製造方法を、図１を用いて説明する。反応器は、水及び塩基触媒の存在下、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを連続的に添加・混合してアルドール縮合反応させるものであり、該反応器にはシクロアルカノン及びアルキルアルデヒド、ならびに塩基触媒を含む水が連続的に供給される。反応器中の反応混合物は、分離器に連続的に抜き出され、該分離器において有機層と水層とに分離される。
【０００９】
［工程（ｉ）］
工程（ｉ）は、水及び塩基触媒の存在下、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを連続的に添加して反応系を形成する工程であり、該反応系では、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとのアルドール縮合反応が行われる。工程（ｉ）で用いる反応器は、シクロアルカノン、アルキルアルデヒド、水及び塩基触媒などの供給口、反応混合物の抜出口、水層などの再利用に用いるための口などが備えられていれば特に制限はなく、例えば攪拌槽式などを用いればよい。
【００１０】
反応温度は、特に限定されるものではないが、例えば水層部の凝固を防止し、シクロアルカノンの二量体などの副生成物の生成を抑制する目的から、−５〜４０℃が好ましく、−５〜３０℃がより好ましい。また、アルドール縮合反応の反応圧力は、絶対圧で１０ｋＰａ〜１ＭＰａが好ましく、使用する装置を安価とする観点から、５０〜３００ｋＰａがより好ましく、８０〜１２０ｋＰａがさらに好ましい。
【００１１】
［シクロアルカノン］
本発明で用いられるシクロアルカノンは、好ましくは炭素数４〜８のシクロアルカノンであり、より好ましくはシクロペンタノン又はシクロヘキサノンであり、さらに好ましくはシクロペンタノンである。
【００１２】
［アルキルアルデヒド］
本発明で用いられるアルキルアルデヒドは、好ましくは炭素数１〜１５のアルキル基、より好ましくは炭素数１〜８のアルキル基、さらに好ましくは炭素数３〜５のアルキル基、特に好ましくは炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒドである。炭素数３〜５のアルキル基を有するアルデヒドとしては、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、ヘキシルアルデヒドなどが挙げられ、炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒドは、バレルアルデヒドである。
【００１３】
シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとは、良好な収率を得て、酸による中和を行わずに反応混合物を水層と有機層とに分離するために、シクロアルカノンを過剰に反応させることが好ましい。一方、過剰分のシクロアルカノンの回収などの生産性の低下を考慮すると、シクロアルカノンの添加量は、アルキルアルデヒド１モルに対して２〜６モルが好ましく、３〜５モルがより好ましく、３〜４モルがさらに好ましい。
【００１４】
シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドは、（ｉ）あらかじめシクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを混合して、あるいは（ｉｉ）シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを別々に、供給することができるが、（ｉ）により供給することが好ましい。
【００１５】
［塩基触媒］
本発明に用いられる塩基触媒としては、特に制限されるものではないが、例えば式（７）で表される化合物が好ましく挙げられる。
Ｍ（ＯＨ）m （７）
式中、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属、又はＭｇ、Ｃａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属であり、良好な効率を得るためには、アルカリ金属が好ましい。ｍは１又は２の整数である。上記の式（７）で表される塩基触媒のなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムが好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがより好ましく、水酸化ナトリウムがさらに好ましい。
【００１６】
反応系における塩基触媒の量は、副反応の抑制及び反応速度の向上の観点から、時間あたり供給するアルキルアルデヒド１モルに対して、好ましくは０．００５〜０．５モル、より好ましくは０．０１〜０．１モル、さらに好ましくは０．０２〜０．０８モルとなるように調整することが望ましい。
【００１７】
［水］
反応系における水の量は、反応系における塩基触媒の濃度を決定する上で重要であり、アルキルアルデヒド及びシクロアルカノンの二量体、高沸成分などの副生成物の生成を抑制する観点から、反応系における水と塩基触媒との合計に対する塩基触媒の濃度が０．１〜３質量％となるような量とすることが好ましく、０．５〜２．５質量％がより好ましく、０．８〜２質量％がさらに好ましい。
【００１８】
［溶媒］
アルキルアルデヒドとシクロアルカノンとの反応は、溶媒を用いて行ってもよい。ただし、当該反応はシクロアルカノンと水との二層系の反応であるから、これに適した溶媒を選択することが好ましい。好ましい溶媒としては、アルドール縮合反応に対して不活性であり、かつ本発明の目的化合物の分離精製を阻害しないものであれば特に制限されないが、例えば、沸点範囲が１４０〜２１０℃程度の、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素系溶媒；ノナン、デカン、ウンデカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
【００１９】
本発明にかかるアルドール縮合反応で得られる２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンとしては、下記一般式（１）で表される化合物（１）が好ましく挙げられる。
【００２０】
【化１】
【００２１】
式中、ｎは１又は２の整数を示し、１が好ましい。また、Ｒ1は水素原子、又は炭素数１〜８のアルキル基を示し、炭素数３〜５の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基が好ましく、炭素数４の直鎖のアルキル基がより好ましい。
【００２２】
また、アルドール縮合反応において、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの脱水体であるアルキリデンシクロアルカノンが生成する。この脱水体は、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンと同様に生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。
【００２３】
［工程（ｉｉ）］
工程（ｉｉ）は、工程（ｉ）の進行の際に、得られた反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程である。ここで、「工程（ｉ）の進行の際に」とは、工程（ｉ）の開始と同時に、あるいは工程（ｉ）の進行中に、などの態様を含むものである。本発明の製造方法は、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの反応系内への連続的添加（混合）と、反応混合物の反応系外への連続的な抜き出しとにより、反応１回ごとに独立して反応させるバッチ式に比べて、生産性の高い連続的な目的化合物の製造を可能にする。
反応混合物の抜出量は、工程（ｉ）における反応系内へのシクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量と、抜き出した反応混合物中の有機層の量とがほぼ同量となるように調整することが好ましい。反応混合物の抜出量は、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量に対して、１〜２．５倍（容量比）であることが好ましく、１〜２倍がより好ましく、１．２〜２倍がさらに好ましい。反応混合物の抜出量が上記範囲内にあれば、高い収率を得ることができる。
【００２４】
［工程（ｉｉｉ）］
工程（ｉｉｉ）は、工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、好ましくは塩基触媒の濃度及び水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程である。ここで、「工程（ｉｉ）の進行の際に」とは、工程（ｉｉ）の開始と同時に、あるいは工程（ｉｉ）の進行中に、などの態様を含むものである。
【００２５】
本発明で用いられるアルキルアルデヒドは、その酸化物であるアルキルカルボン酸を含むことがある。反応系に添加される塩基触媒は、当該アルキルカルボン酸との反応により消費される塩基触媒を補充するために、すなわち反応系中の塩基触媒の濃度を一定に保つために、添加されるものである。添加される塩基触媒の量は、上記の消費される塩基触媒を補充できる量と同量であればよい。具体的には、塩基触媒の量は、原料であるバレルアルデヒドの酸価を測定し、その中に含まれる吉草酸とほぼ同じモル数とする。また、水の量は、有機層に溶解して抜き出される水の量と同量とする。
【００２６】
本発明においては、反応混合物を水層と有機層とに迅速に分離させるために必要となる酸を供給することがないので、酸と塩基触媒との反応により生成する中和塩の生成が抑えられる。これにより、塩基触媒は、上記したアルキルアルデヒドに含まれるアルキルカルボン酸による消費分を補う分を添加するだけでよく、その添加量が抑えられる。
【００２７】
工程（ｉｉｉ）において、塩基触媒を含む水の反応系への添加は、塩基触媒をあらかじめ水に溶解させて塩基触媒水溶液として添加することができる。
【００２８】
［工程（ｉｖ）］
工程（ｉｖ）は、工程（ｉｉ）で抜き出した反応混合物を有機層と水層に分離して、該水層を再使用する工程である。本発明の製造方法は、廃水の量を低減し、かつ該水層に含まれるシクロアルカノンを再使用する観点から、工程（ｉｖ）を好ましく有する。また、分離器で分離された水層は、反応系に戻して再使用される。
【００２９】
［工程（ｖ）］
本発明の製造方法は、生産効率を向上させる観点から、工程（ｉｖ）で分離した有機層に含まれるシクロアルカノンを蒸留回収し、再使用する工程（ｖ）を有することが好ましい。本発明の製造方法において過剰に用いられたシクロアルカノンが未反応のまま有機層中に含まれるため、これを蒸留により回収して再使用することで、生産効率を向上させることができる。また、本工程により、有機層中に含まれる水を回収し、再利用することもできる。
【００３０】
［アルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテートの製造方法］
下記一般式（５）で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート（以下、化合物（５）という。）は、香料素材、生理活性剤として有用な化合物であり、上記の製造方法で得られた化合物（１）から得ることができる。
【００３１】
【化２】
【００３２】
式中、ｎ及びＲ1は前記と同様である。Ｒ2は、炭素数１〜３のアルキル基を示し、メチル基が好ましい。
【００３３】
化合物（５）の調製方法は特に限定されるものではないが、例えば、次のようにして得られる。まず、化合物（１）の脱水反応により一般式（２）で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン（以下、化合物（２）という。）を得て、還流するｎ−ブタノール中で、塩酸、臭化水素酸などの水性酸の存在下で、化合物（２）を異性化反応させて、一般式（３）で表される２−（アルキル）シクロアルケノン（以下、化合物（３）という。）を得る。次いで、化合物（３）と下記一般式（４）で表されるマロン酸ジエステル（以下、化合物（４）という。）と、を塩基性触媒存在下で反応させて、一般式（８）で表される化合物（８）を得る。
【００３４】
【化３】
【００３５】
式中、ｎ及びＲ1及びＲ2は、前記と同様である。また、一般式（４）及び（８）における２個のＲ2は、同一でも異なっていてもよい。
【００３６】
化合物（３）と化合物（４）との反応に用いられる塩基触媒としては、特に限定はされないが、例えばナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシドなどのアルカリ金属アルコキシドなどが挙げられる。該塩基触媒の使用量は、化合物（３）１モルに対して０．００５〜０．２モルが好ましい。また、好ましくはアルコール類などの極性溶媒を用いることができる。反応温度は−１０〜３０℃が好ましく、０〜２０℃がより好ましい。
【００３７】
このようにして得られた化合物（８）と水とを反応させることにより、化合物（５）が得られる。水は、滴下しながら添加することが好ましく、添加量は、化合物（８）１モルに対して１〜３倍量が好ましい。また、反応温度は１５０〜２５０℃が好ましい。
【００３８】
［５−アルキル−５−アルカノリドの製造方法］
上記の製造方法で得られた化合物（１）を原料として、香料素材、生理活性剤として有用な、下記一般式（６）で表される５−アルキル−５−アルカノリド（以下、化合物（６）という。）を得ることができる。
【００３９】
【化４】
【００４０】
式中、ｎ及びＲ1は前記と同様である。
【００４１】
化合物（６）は、具体的には、次のようにして得られる。まず、化合物（１）の脱水反応により化合物（２）を得て、還流するｎ−ブタノール中で、塩酸、臭化水素酸などの水性酸の存在下で、化合物（２）を異性化反応させて、化合物（３）を得る。次いで、Ｐｄ／Ｃなどの触媒存在下で水素還元させて、一般式（９）で表される化合物（９）を得る。
【００４２】
【化５】
【００４３】
式中、ｎ及びＲ1は、前記と同様である。
【００４４】
このようにして得られた化合物（９）を例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸などの酸化剤を用いて、バイヤービリガー（Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ）酸化させることにより、化合物（６）が得られる。
【実施例】
【００４５】
実施例１
１００ｍＬの４つ口フラスコに、水１６．６ｇ（０．９２ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．１６ｇ（０．００４ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃とした後、バレルアルデヒド６１．３ｇ（０．７１ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液３６．０ｇ（０．３６質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．４倍の速度で反応混合物を滴下ろうと（分離器）に抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、１時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド３．０６ｇ（０．０３６ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１０６．５ｇ（０．６３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン２．１３ｇ（０．０１４ｍｏｌ）が含まれていた（バレルアルデヒド転化率９５．０％、収率８９．９％）。
一方、滴下後１〜２時間目の抜き出した有機層の組成は、バレルアルデヒド０．９質量％、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン３２．４質量％であり、滴下後５〜６時間目の有機層の組成は、バレルアルデヒド１．０質量％、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン３２．６質量％であり、滴下中は反応が安定して進行していることが示された。また、滴下終了後の水層に含まれる水の量、及び水酸化ナトリウムの量は、初期仕込み量とほぼ同量であり、有機層に溶解した水の量、及びバレルアルデヒド中に含まれる吉草酸との反応により消費された塩基触媒の量を、水酸化ナトリウム水溶液を滴下することで連続的に補っていることが確認された。
【００４６】
実施例２
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．６ｇ（１．４４ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン４８２．２ｇ（５．７３ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液５６．４ｇ（０．２２質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．７倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド２．９８ｇ（０．０３５ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２１３．４ｇ（１．２５ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン４．１９ｇ（０．０２８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９７．６％、収率８９．３％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４７】
実施例３
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．２ｇ（１．４３ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン３６１．８ｇ（４．３０ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液４７．９ｇ（０．２７質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．９倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド４．８７ｇ（０．０５７ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２１１．８ｇ（１．２４ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン４．２０ｇ（０．０２８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９６．０％、収率８８．９％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４８】
実施例４
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水３３．０ｇ（１．８３ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．６３ｇ（０．０２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１２３．２ｇ（１．４３ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２４１．２ｇ（２．８７ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液３５．５ｇ（０．３７質量％）を６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の２．１倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、０．５時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド１０．０９ｇ（０．１２ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１９１．７ｇ（１．１３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン５．９４ｇ（０．０３９ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９１．８％、収率８１．５％となった。
また、実施例１と同様に、混合液の滴下初期（１〜２時間目）の抜き出した有機層の組成と、滴下後半（５〜６時間目）の有機層の組成とはほぼ同じであり、反応が安定して進行していることが確認された。
【００４９】
実施例５
１００ｍＬの４つ口フラスコに、水１６．６ｇ（０．９２ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．１６ｇ（０．００４ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド１６５．３ｇ（１．９２ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン６４６．４ｇ（７．６８ｍｏｌ）との混合液及び水酸化ナトリウム水溶液９５．１ｇ（０．３５質量％）を１６時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度の１．４倍の速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離し、下層となる水層をフラスコに戻した。上層となる有機層は、１時間毎にまとめてガスクロマトグラフィーで分析を行った。滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド１１．８８ｇ（０．１４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２７８．１ｇ（１．６３ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン５．８ｇ（０．０３８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９２．８％、収率８７．１％となった。
第１表に、経時の有機層の主成分の組成を示す。この結果から、１６時間という長期の連続反応を行っても、反応は安定していることが確認された。
【００５０】
【表１】
【００５１】
比較例１−１
２００ｍＬの４つ口フラスコに、水５０．０ｇ（２．７８ｍｏｌ）及び水酸化ナトリウム０．４８ｇ（０．０１２ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．７ｇ（０．６９ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．９ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド２．１０ｇ（０．０２４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン１０１．６ｇ（０．６０ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．９１ｇ（０．０１３ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９６．５％、収率８８．０％となった。
【００５２】
比較例１−２
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−１で得られた水層２７．２ｇ、水２７．９ｇ（１．５５ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．６ｇ（０．６９ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド３．７９ｇ（０．０４４ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン９８．３ｇ（０．５８ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．６２ｇ（０．０１１ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率９３．６％、収率８５．０％となった。
【００５３】
比較例１−３
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−２で得られた水層２８．０ｇ、水２８．２ｇ（１．５６ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．０ｇ（０．６８ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド９．７７ｇ（０．１１ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン８５．８ｇ（０．５０ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン１．１４ｇ（０．００８ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率８３．４％、収率７４．８％となった。
【００５４】
比較例１−４
２００ｍＬの４つ口フラスコに、比較例１−３で得られた水層２７．７ｇ、水２８．１ｇ（１．５６ｍｏｌ）を仕込み、攪拌しながら１５℃に冷却した後、バレルアルデヒド５９．０ｇ（０．６８ｍｏｌ，酸価１．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とシクロペンタノン２３７．８ｇ（２．８３ｍｏｌ）との混合液を２時間かけて滴下した。滴下しながら、滴下速度と同じ速度で反応混合物を滴下ろうとに抜き出して、有機層と水層とに分離して、下層となる水層をフラスコに戻した。混合液を滴下終了後、フラスコ内の反応混合物を分層し、有機層と水層とを各々ガスクロマトグラフィーで分析した。その結果、有機層には、バレルアルデヒド４３．５ｇ（０．５１ｍｏｌ）、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペタノン２５．４ｇ（０．１５ｍｏｌ）、ペンチリデンシクロペンタンノン０．２１ｇ（０．００１ｍｏｌ）が含まれており、バレルアルデヒド転化率２６．２％、収率２２．０％となった。
【００５５】
実施例１〜５の結果から、本発明の製造方法により、高い収率で２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが連続的に得られることが示された。また、比較例１−１〜１−４の結果から、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程を有さない場合には、良好な結果が得られないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の製造方法によれば、収率の低下を抑えながら、連続的に２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが得られる。これらの化合物は、生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の製造方法を概念的に示す説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）を有する製造方法。
工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程。
工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程。
工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程。
【請求項２】
さらに、下記工程（ｉｖ）を有する請求項１に記載の製造方法。
工程（ｉｖ）：工程（ｉｉ）で抜き出した反応混合物を有機層と水層とに分離して、該水層を再使用する工程。
【請求項３】
さらに、下記工程（ｖ）を有する請求項２に記載の製造方法。
工程（ｖ）：工程（ｉｖ）で分離した有機層に含まれるシクロアルカノンを蒸留回収し、再使用する工程。
【請求項４】
シクロアルカノンの添加量が、アルキルアルデヒドの添加量１モルに対して２〜６モルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
反応混合物の抜出量が、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量の１〜２．５倍（容量比）である請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
工程（ｉ）において−５〜４０℃で反応させる請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが、下記一般式（１）：
【化１】
（式中、ｎは１又は２の整数であり、Ｒ1は水素原子、又は炭素数１〜８のアルキル基を示す。）
で表される化合物である請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１】
シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、水及び塩基触媒中の存在下でアルドール縮合させて、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンを製造する方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）を有する製造方法。
工程（ｉ）：シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドを、水及び塩基触媒中に連続的に混合して反応系を形成し、反応させる工程。
工程（ｉｉ）：工程（ｉ）の進行の際に、反応混合物を反応系外に連続的に抜き出す工程。
工程（ｉｉｉ）：工程（ｉｉ）の進行の際に、反応系中の塩基触媒の濃度及び／又は水の量を一定に保つために、塩基触媒を含む水をさらに反応系に添加する工程。
【請求項２】
さらに、下記工程（ｉｖ）を有する請求項１に記載の製造方法。
工程（ｉｖ）：工程（ｉｉ）で抜き出した反応混合物を有機層と水層とに分離して、該水層を再使用する工程。
【請求項３】
さらに、下記工程（ｖ）を有する請求項２に記載の製造方法。
工程（ｖ）：工程（ｉｖ）で分離した有機層に含まれるシクロアルカノンを蒸留回収し、再使用する工程。
【請求項４】
シクロアルカノンの添加量が、アルキルアルデヒドの添加量１モルに対して２〜６モルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
反応混合物の抜出量が、シクロアルカノン及びアルキルアルデヒドの添加量の１〜２．５倍（容量比）である請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
工程（ｉ）において−５〜４０℃で反応させる請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンが、下記一般式（１）：
【化１】
（式中、ｎは１又は２の整数であり、Ｒ1は水素原子、又は炭素数１〜８のアルキル基を示す。）
で表される化合物である請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１６１４６３（Ｐ２００９−１６１４６３Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４０８９２（Ｐ２００７−３４０８９２）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
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