【文献】
Journal of Heterocyclic Chemistry,1988年,Vol.25(2),p.599-601
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の出発原料は、下記一般式(1)に示す3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジエステルである。式中、R
1及びR
2は同じでも異なってもよく、炭素数1から5、好ましくは1から3の1価の炭化水素基を示す。
【0013】
R
1及びR
2の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチルエチル基等の直鎖状、分岐状の飽和炭化水素基の他、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、2−メチル−1−プロペニル基、エチニル基、プロピニル基、1−ブチニル基等の直鎖状、分岐状の不飽和炭化水素基が挙げられ、これらと異性体の関係にある炭化水素基でもよい。また、これらの1価の炭化水素基の水素原子中の一部がメチル基、エチル基等で置換されていてもよい。これらの1価の炭化水素基から、後の反応における反応性や入手の容易さを考慮して適切なものを選択できる。例えば、後述する縮合と加水分解により4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)へ導く際に、基質は加水分解の際に反応性の高い炭素数1から3のアルキル基や一級炭化水素基を有することが好ましいことから、R
1及びR
2としては、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基を挙げられる。
【0014】
3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジエステル(1)は、既存の方法、例えば、
Clive A.Henrick,The Journal of Organic Chemistry,Vol.40,1−7,(1975)及びその引用文献に記載された方法で合成できる。
【0015】
次に、下記一般式に示すように、3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジエステル(1)と2−ノナノン(2)を縮合後に加水分解して、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物を得る工程について述べる。
【0017】
3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジエステル(1)と2−ノナノン(2)の縮合反応では、基質の一部又は全部が上記式(6)又は(7)に示すようなラクトン構造を経由することが考えられる。これらのラクトンの開環とエステルの加水分解反応により、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物が得られる。
【0018】
後述するように、縮合後加水分解工程後の生成物は、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)に加え、他にも二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が存在する可能性があると考えられ、さらに、これらの不飽和ジカルボン酸が分子内環化したラクトンも存在する可能性があると考えられる。
粗生成物中に存在する可能性があると考えられる10種類以上の不飽和ジカルボン酸異性体混合物については、最終工程の水素添加で炭素−炭素二重結合部分は還元されて飽和のカルボン酸である3,5−ジメチルドデカン酸へと収束するので、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−ドデカジエン酸(3)の他にも二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が含まれていても問題はない。これらの不飽和ジカルボン酸が分子内環化したラクトンについても、後述するように、次工程の脱炭酸では不飽和ジカルボン酸の一部又は全部がこれらのラクトンを経由して反応が進行することから、粗生成物中にこれらのラクトンが含まれていても次工程に影響はなく、単離や精製操作は必要としない。
【0019】
縮合と加水分解後に得られる可能性のある不飽和ジカルボン酸の異性体と分子内環化したラクトンの異性体を下記に例示する。例示した化合物101から114以外にも、例えば二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が存在する可能性はあると考えられた。
なお、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸のように幾何を明示していない化合物は、特に明示しない限り全ての幾何異性体の可能性があることを示す。例えば、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸の場合は、下記101、102、103及び104であり、これらが単独又は混合物の場合も含まれる。
【0021】
縮合反応では、通常、基質1モルに対して1モルから500モルまでの塩基を用いて、溶媒中又は無溶媒で必要に応じて冷却又は加熱して反応を行うことが好ましい。
縮合反応における塩基としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムt−ブトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシド等の好ましくはR
3OM(R
3は、アルキル基、好ましくは炭素数1から4のアルキル基を表し、Mは、金属原子、好ましくはアルカリ金属を表す。)で示されるアルコキシド類、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸塩類、メチルリチウム、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、塩化メチルマグネシウム等の有機金属試薬、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムヘキサメチルジシラジド、ナトリウムヘキサメチルジシラジド、リチウムジシクロヘキシルアミド等の金属アミド類、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化カルシウム等の水素化金属類、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、ピロリジン、ピペリジン、コリジン、ルチジン、モルホリン、ピペラジン等の有機塩基類が挙げられる。これらの塩基は単独で用いても複数の塩基を混合して用いてもよく、基質の種類や反応性や選択性を考慮して選択できる。これら塩基のうち、反応性や価格の点でアルコキシド類が好ましく、立体障害の少ない炭素数1から3のアルコキシドが特に好ましい。塩基としてR
3OM(R
3は、アルキル基、好ましくは炭素数1から4のアルキル基を表し、Mは、金属原子、好ましくはアルカリ金属を表す。)で示されるアルコキシド類を用いる場合、基質のR
1及びR
2はエステル交換により、R
3と交換される可能性があると考えられるので、複雑な生成物を与えないように基質のR
1及びR
2に対応するアルコキシド類を選択する方が縮合反応の評価は容易だが、縮合反応後の加水分解工程で基質のエステルはカルボン酸に変換されるので、エステル交換が起こっても反応に影響はない。
【0022】
縮合反応における塩基の使用量は、基質や塩基の種類によって種々異なるが、基質のエステル化合物1モルに対し、好ましくは1モルから100モル、より好ましくは1モルから10モルである。
【0023】
縮合反応における溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、エーテル(ジエチルエーテル)、ジ−n−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、ヘキサメチルフォスフォリックトリアミド(HMPA)等の非プロトン性極性溶媒類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類が挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。また、塩基と溶媒の選択において、上記のアルコキシドR
3OMを使用する場合には、対応するアルコール(R
3OH)を溶媒として選択することが好ましい。
縮合反応における溶媒の使用量は、基質のエステル化合物1モルに対し、好ましくは0gから10000000g、より好ましくは0gから1000gである。
【0024】
縮合反応における基質の反応温度は、好ましくは−78℃から200℃、より好ましくは−5℃から100℃である。反応時間は、任意に設定できるが、薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応の進行を追跡して反応を十分進行させるのがよく、通常5分間から24時間が好ましい。
【0025】
縮合反応後は基質のラクトンの開環とエステルの加水分解を行う。縮合反応後の反応溶液に水酸化物塩類の水溶液を加えて必要に応じて加熱することで、ラクトンの開環とエステルの加水分解を同時に行うことができる。水酸化物塩類としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム等が挙げられる。水酸化物塩類の使用量は、基質のエステル化合物1モルに対し、好ましくは0.1モルから100モル、より好ましくは0.1モルから10モルである。水酸化物塩類を水溶液として用いる場合は、好ましくは1質量%から50質量%の濃度で使用される。
ラクトンの開環とエステルの加水分解における反応温度は、好ましくは20℃から100℃で行う。反応時間は、任意に設定できるが、TLCで反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましく、通常0.1から20時間程度が好ましい。
なお、ガスクロマトグラフィー(GC)による分析を行う場合、サンプルのインジェクション時の熱により生成物の不飽和ジカルボン酸は分子内環化によりラクトンを形成したり、脱炭酸が起こる可能性があり、正確な分析ができない可能性があると考えられるので、GCのみによる反応追跡は好ましくないと考えられる。
反応終了後は減圧蒸留や各種クロマトグラフィー等の精製や単離を必要とせず、粗生成物のまま次の工程に用いることができる。
【0026】
次に、例えば、下記式に示すように、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物を脱炭酸するか又は脱炭酸後に生じた不飽和モノカルボン酸異性体混合物とこれらが分子内環化したラクトンとの混合物を、ラクトンの開環と加水分解条件で処理することにより、3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)に導く。
【0028】
4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物の脱炭酸反応では、基質の一部又は全部が分子内環化により上記式(8)又は(9)に示すラクトンになった後、脱炭酸により上記式(10)又は(11)に示すラクトンになると考えられる。このラクトンを開環することにより上記式(12)に示すエステルもしくは上記式(4)に示す3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物となる。エステルとなったものは加水分解することにより、上記式(4)に示す3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物へ変換する。なお、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物の脱炭酸反応において、基質の一部が分子内環化を起こさないためラクトンを経由しない場合には、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物から(4)に示す3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物へ直接変換される。
【0029】
脱炭酸反応では、基質1モルに対して好ましくは0.001モルから500モルまでの酸又は塩基を用いて、溶媒中又は無溶媒で必要に応じて加熱して反応を行う。基質の脱炭酸は溶媒中又は無溶媒で加熱するだけでも起こるが、酸又は塩基を加えることが好ましく、脱炭酸後にラクトンを開環させるために塩基を加える必要があることから、塩基を用いることが特に好ましい。
【0030】
脱炭酸反応における酸としては、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸等の鉱酸類、酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルフォン酸、ベンゼンスルフォン酸、p−トルエンスルフォン酸等の有機酸類、三塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、四塩化錫、四臭化錫、二塩化ジブチル錫、ジブチル錫ジメトキシド、ジブチル錫オキシド、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)イソプロポキシド、酸化チタン(IV)等のルイス酸(Lewis acid)類が挙げられ、これらは単独又は混合して用いてもよい。
【0031】
脱炭酸反応における塩基としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムt−ブトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシド等の好ましくはR
3OM(R
3は、アルキル基、好ましくは炭素数1から4のアルキル基を表し、Mは、金属原子、好ましくはアルカリ金属を表す。)で示されるアルコキシド類、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム等の水酸化物塩類、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸塩類、メチルリチウム、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、塩化メチルマグネシウム、ジムシルナトリウム等の有機金属試薬、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムヘキサメチルジシラジド、ナトリウムヘキサメチルジシラジド、リチウムジシクロヘキシルアミド等の金属アミド類、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化カルシウム等の水素化金属類、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、ピロリジン、ピペリジン、コリジン、ルチジン、モルホリン、ピペラジン等の有機塩基類が挙げられ、これらは単独又は混合して用いてもよい。これらの塩基のうち、収率の点で有機塩基類が好ましい。上記で例に挙げた有機塩基類の中でも、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、コリジン等の高沸点のものは高温での反応が可能であり脱炭酸反応に特に好ましいと考えられる。
【0032】
脱炭酸反応における酸又は塩基の使用量は、基質や酸もしくは塩基の種類によって種々異なるが、基質1モルに対して好ましくは0.001モルから500モル、より好ましくは0.01モルから20モルである。反応の進行が十分に早い場合には、化学量論量より少ない量の使用が経済的な面から好ましい。
【0033】
脱炭酸反応における溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、エーテル(ジエチルエーテル)、ジ−n−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、ヘキサメチルフォスフォリックトリアミド(HMPA)等の非プロトン性極性溶媒類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類を挙げることができ、これらを単独又は混合して用いることができる。
脱炭酸反応における溶媒の使用量は、基質のエステル化合物1モルに対し、好ましくは0gから10000000g、より好ましくは0gから10000gである。
【0034】
脱炭酸反応における反応温度は、好ましくは20℃から200℃、より好ましくは140℃から180℃で行う。反応時間は任意に設定できるが、薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましく、通常5分から96時間程度である。なお、ガスクロマトグラフィー(GC)による分析を行う場合、サンプルのインジェクション時の熱により基質の不飽和ジカルボン酸は分子内環化によりラクトンを形成したり脱炭酸が起こる可能性があり、生成物の不飽和モノカルボン酸も分子内環化によりラクトンを形成する可能性があることから、正確な分析が行えない可能性があると考えられるので、GCのみによる反応追跡は好ましくないと考えられる。
【0035】
脱炭酸後に生成物として存在する可能性があると考えられる化合物の例を下記に示す。例示した化合物201から214以外にも、例えば二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が存在する可能性はあると考えられる。
【0037】
脱炭酸後は、一部又は全部の基質が上記式(10)及び(11)のようにラクトン化した状態で存在すると考えられるので、塩基を加えて開環反応を行う。開環反応における塩基としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド等の好ましくはR
3OM(R
3は、アルキル基、好ましくは炭素数1から4のアルキル基を表し、Mは、金属原子、好ましくはアルカリ金属を表す。)で示されるアルコキシド類、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム等の水酸化物塩類等が挙げられ、反応性の点でアルコキシド類が好ましく、立体障害の少ない炭素数1から3のアルコキシド類が特に好ましい。
開環反応における塩基の使用量は、基質や塩基の種類によって種々異なるが、基質のラクトン1モルに対して好ましくは1モルから500モル、より好ましくは1モルから10モルである。
【0038】
開環反応における反応温度は、好ましくは20℃から200℃、より好ましくは20℃から100℃で行う。反応時間は、任意に設定できるが、TLCで反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましく、通常5分から24時間程度である。
【0039】
開環反応後に得られた上記式(12)のエステルは加水分解することにより上記式(4)の不飽和モノカルボン酸へ変換する。反応溶液に水を添加することで基質のエステルはカルボン酸へ変換されるが、水酸化ナトリウム等の水酸化物塩類の水溶液を加えることが、反応性の点で特に好ましい。
エステルの加水分解反応における反応温度は、好ましくは20℃から100℃で行う。反応時間は、任意に設定できるが、TLCで反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましく、通常5分から24時間程度である。
【0040】
エステルの加水分解反応の終了後の粗生成物には、3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の他にも二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が含まれる可能性があると考えられるが、反応終了後は減圧蒸留や各種クロマトグラフィー等の精製を必要とせず、粗生成物のまま次の工程に用いることができる。
また、粗生成物中には10種類以上の不飽和モノカルボン酸異性体混合物が含まれる可能性があると考えられるが、次工程の水素添加で炭素−炭素二重結合部分は還元されて飽和のカルボン酸である3,5−ジメチルドデカン酸へと収束するので、3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の他にも二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が含まれていても問題はない。
この粗生成物中に含まれる可能性がある不飽和モノカルボン酸異性体の例を下記に示す。例示した化合物301から312以外にも、例えば二重結合の位置の異なる異性体やそれらの幾何異性体が存在する可能性はあると考えられる。
【0042】
最終工程は、下記式に示すように、3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物を水素添加して、目的の3,5−ジメチルドデカン酸(5)を得る水素添加工程である。
【0044】
水素添加反応としては、通常、水素雰囲気下触媒を用い、溶媒中又は無溶媒で、均一系又は不均一系で必要に応じて冷却又は加熱して反応を行う。
水素添加反応における触媒としては、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、白金、イリジウム、銅、鉄等の金属及びこれらを含む酸化物、水酸化物、ハロゲン化物等が挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。また、上記に例示した金属触媒が担体に担持される場合の担体としては、カーボン、アルミナ、ゼオライト、シリカゲル等が挙げられ、パラジウムカーボンは特に好ましい例として挙げることができる。
【0045】
水素添加反応における溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、エーテル(ジエチルエーテル)、ジ−n−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、ヘキサメチルフォスフォリックトリアミド(HMPA)等の非プロトン性極性溶媒類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類を挙げることができ、これらを単独又は混合して用いることができる。
水素添加反応における溶媒の使用量は、基質のエステル化合物1モルに対し、好ましくは0gから10000000g、より好ましくは0gから100000gである。
【0046】
水素添加反応における水素圧は、常圧から5MPaが好ましく、反応温度は、好ましくは5℃から70℃、より好ましくは20℃から50℃で行う。
水素添加反応における反応時間は、任意に設定できるが、ガスクロマトグラフィー(GC)や薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましく、5分間から240時間が好ましい。
なお、ガスクロマトグラフィー(GC)による分析を行う場合、サンプルのインジェクション時の熱により基質の不飽和モノカルボン酸は分子内環化によりラクトンを形成する可能性があり、正確な分析が行えない可能性があると考えられるので、GCのみによる反応追跡は好ましくないと考えられる。
【0047】
目的の3,5−ジメチルドデカン酸の単離や精製は、減圧蒸留や各種クロマトグラフィー等の通常の有機合成における精製方法から適宜選択して用いることができるが、工業的経済性の観点から減圧蒸留が好ましい。
縮合後加水分解工程、脱炭酸後加水分解工程では、それぞれ単離や精製操作を行っていないので、脱炭酸後加水分解工程で得られる不飽和モノカルボン酸として存在する可能性のある異性体は10種類以上考えられるが、水素添加により炭素−炭素二重結合部分を還元することでこれらの異性体は飽和のカルボン酸である3,5−ジメチルドデカン酸へと収束する。そのため、縮合後加水分解工程、脱炭酸後加水分解工程では、それぞれ単離や精製操作を必要とせず、水素添加工程後に減圧蒸留での精製が可能である。
【0048】
以上のようにして、応用及び利用等に必要な十分量の原体を供給するために簡便で、かつ効率的なCalifornia prionusのフェロモン原体3,5−ジメチルドデカン酸の製造方法が実現でき、3,5−ジメチルドデカン酸を製造するために有用な中間体である4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸が提供できる。
【実施例】
【0049】
以下、実施例を示して、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
合成例1
3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジメチルの合成
化合物(1)においてR
1とR
2がともにCH
3である3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジメチルを化合物(1dMe)とも記載する。
窒素雰囲気下、2−オキソ−4,6−ジメチル−2H−ピラン−5−カルボン酸メチル9.01g[99.1%純度(GCによる、以下同様。)]とメタノール8gの混合物に、室温下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシドのメタノール溶液1.04gを5分間で滴下した。反応混合物を加熱還流下1時間かき混ぜた。反応混合物を減圧濃縮後、減圧蒸留により目的物5.22g(91.0%純度)を得た。前留フラクションを含めた全フラクションの重量x純度の合計で算出した収率は76.5%であった。
【0050】
実施例1
4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物の合成
(ナトリウムメトキシドを塩基として用いた例)。
窒素雰囲気下、3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジメチル(1dMe)89.36g(90.1%純度)、2−ノナノン(2)82.19g(98.8%純度)、メタノール90gの混合物に、室温下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシド メタノール溶液300.39gを40分間で滴下した。反応混合物を65℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を65℃下かき混ぜながら、25質量%水酸化ナトリウム水溶液249.12g、水93.42gを15分間で滴下した。反応混合物を65℃で6時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却後、n−ヘキサン400mlで2回抽出し、水相と有機相に分離した。水相に20質量%塩酸650gを加え、ジエチルエーテル400mlで4回抽出した後、洗浄、乾燥、濃縮による後処理操作により目的物の粗生成物135.83gを得た。この粗生成物は、このまま次の工程に用いた。この粗生成物中には、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む異性体混合物が含まれると考えられ、この粗生成物の物性を以下に示す。
【0051】
4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物
IR(D−ATR):ν=2957,2927,2856,1694,1644,1614,1408,1378,1333,1275,1250,1235,1118,1060cm
-1
1H−NMR(500MHz,CDCl
3):0.84−0.89(14.3H,m),1.17−1.49(43.6H,m),1.59(1.9H,s),1.65(0.9H,s),1.75−1.77(5.6H,d),1.83(1.6H,s),1.93(4.1H,s),1.97(1.0H,s),2.01(1.6H,s),2.05−2.27(5.6H,m),2.30(2.8H,dd,J=1.6,4.0Hz),2.53−2.56(1.1H,m),3.12(1.4H,s),3.28(0.7H,s),3.33(0.1H,s),3.60(2.9H,s),3.62(0.5H,s),3.78(0.3H,s),4.88(0.3H,s),5.17−5.19(0.3H,m),5.27(1.6H,dt,J=1.5,7.3Hz),5.31−5.44(0.6H,m),5.69(1.0H,dd,J=1.5,3.8Hz),5.88−5.92(0.6H,m)ppm。
13C−NMR(125MHz,CDCl
3):δ=14.00,14.04,15.08,15.12,18.34,20.17,20.53,20.64,20.76,21.26,22.57,23.21,23.66,25.06,27.05,27.91,28.89,28.99,29.02,29.06,29.11,29.13,29.40,29.59,29.60,29.62,29.76,31.61,31.63,31.67,31.70,31.75,35.21,35.49,35.52,37.56,39.08,40.45,40.75,43.80,51.56,51.64,51.87,81.76,86.26,113.57,115.80,118.11,118.96,119.39,119.51,119.58,119.74,129.69,130.35,130.49,131.83,134.47,151.30,155.56,156.80,157.95,158.19,165.19,166.54,170.96,171.11,171.27,171.52,171.58,171.66,171.75,176.56,177.38ppm。
【0052】
また、この粗生成物を分析用にジエチルエーテルで再結晶して得られた(Z,E)−4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸の物性を以下に示す。
【0053】
(Z,E)−4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)
白色結晶
融点:132.4℃
IR(D−ATR):ν=2957,2925,2853,1712,1679,1614,1424,1408,1377,1335,1274,1234,1189,1060cm
-1。
1H−NMR(500MHz,DMSO−D
6):δ=0.84(3H,t,J=6.9Hz),1.24−1.35(8H,m),1.66(3H,s),1.76(3H,s),2.03(2H,q,J=7.1Hz),3.35−3.39(2H,m),5.10(1H,dt,J=1.5,7.3Hz),12.16(2H,s)ppm。
13C−NMR(125MHz,DMSO−D
6):δ=13.92,16.58,21.59,22.11,27.37,28.31,28.85,31.15,39.83,129.64,132.29,135.72,138.63,168.71,171,79ppm。
【0054】
実施例2
3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の合成
(トリブチルアミンを塩基として用いて脱炭酸を行った例)
窒素雰囲気下、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物15.33g、トリブチルアミン1.58gの混合物を140℃で5時間かき混ぜた。反応混合物を70℃へ冷却し、70℃下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシドメタノール溶液13.20gを5分間で滴下した。反応混合物を70℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を70℃下かき混ぜながら、25質量%水酸化ナトリウム水溶液27.36g、水30.00gを5分間で滴下した。反応混合物を70℃で6時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却後、n−ヘキサン20mlで2回抽出し、水相と有機相に分離した。水相に20質量%塩酸50gを加え、ジエチルエーテル100mlで4回抽出した後、洗浄、乾燥、濃縮による後処理操作により目的物の粗生成物10.93gを得た。この粗生成物は、このまま次の工程に用いた。この粗生成物は(Z,E)−3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸と(Z,Z)−3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸が大部分であり、その他に(E,E)や(E,Z)の幾何異性体、二重結合の位置の異なる異性体及びそれらの幾何異性体が含まれている可能性があると考えられた。この粗生成物の物性を以下に示す。
【0055】
3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物
IR(D−ATR):ν=2956,2927,2856,1688,1626,1592,1442,1378,1256,1203cm
-1。
1H−NMR(500MHz,CDCl
3):δ=0.84−0.90(5.9H,m),1.10−1.48(19.5H,m),1.73(1.5H,d),1.78(0.1H,s),1.82(1.2H,d),1.85−1.87(0.3H,m),2.03−2.05(2.9H,m),2.05−2.13(2.1H,m),2.14−2.2.17(0.2H,m),3.05(0.2H,s),3.08(0.1H,s),4.77−5.64(0.5H,m),5.64−5.69(1.1H,m),5.76−5.77(0.1H,d),6.36(0.4H,s),6.41(0.6H,s)ppm。
13C−NMR(125MHz,CDCl
3):δ=14.08,15.18,15.50,16.67,16.74,17.80,18.62,21.44,22.49,22.59,22.63,22.66,23.80,24.27,25.66,25.76,27.80,27.96,29.16,29.17,29.64,31.57,31.73,31.80,33.72,40.88,42.08,42.84,43.81,44.53,44.74,45.45,45.71,65.84,113.59,115.67,116.66,116.82,118.98,123.39,123.83,124.64,127.28,127.58,127.75,128.80,129.23,129.29,129.73,130.69,130.72,131.10,131.88,132.12,132.33,132.75,133.66,142.96,143.47,145.68,147.81,149.81,156.25,156.35,171.23,171.30,171.76,172.84,173.59,178.27ppm。
【0056】
実施例3
3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の合成
(2,4−ルチジンを塩基として用いて脱炭酸を行った例)。
窒素雰囲気下、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物1.11g、2,4−ルチジン1.32g、トルエン10mlの混合物を100℃で5時間かき混ぜた。反応混合物を100℃下かき混ぜながら、2,4−ルチジン1.32gを加え、100℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を70℃へ冷却し、70℃下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシド メタノール溶液0.95gを1分間で滴下した。反応混合物を70℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却し、25質量%水酸化ナトリウム水溶液5g、水5gを加えて室温下で6時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却後、水相と有機相に分離した。水相に20質量%塩酸10gを加え、ジエチルエーテル10mlで2回抽出した後、洗浄、乾燥、濃縮による後処理操作により目的物の粗生成物0.89gを得た。この粗生成物は、このまま次の工程に用いた。
【0057】
実施例4
3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の合成
(無溶媒で加熱のみによる脱炭酸を行った例)。
窒素雰囲気下、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物0.72gを140℃下5時間かき混ぜた。反応混合物を70℃下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシド メタノール溶液0.63gを1分間で滴下した。反応混合物を70℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を70℃下かき混ぜながら、25質量%水酸化ナトリウム水溶液1.30g、水5.00gを3分間で滴下した。反応混合物を70℃で6時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却後、n−ヘキサン10mlで2回抽出し、水相と有機相に分離した。水相に20質量%塩酸7gを加え、ジエチルエーテル5mlで4回抽出した後、洗浄、乾燥、濃縮による後処理操作により目的物の粗生成物0.50gを得た。反応の追跡はTLCにより行ったが、脱炭酸の反応途中から構造不明の副生成物が多く生成した。この結果より、脱炭酸反応は酸又は塩基を用いて行うことが好ましいと考えられた。
【0058】
実施例5
3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)の合成
(酸(硫酸)による脱炭酸を行った例)
窒素雰囲気下、4−カルボキシ−3,5−ジメチル−3,5−ドデカジエン酸(3)を含む不飽和ジカルボン酸異性体混合物1.01g、濃硫酸0.05g、酢酸3mlの混合物を加熱還流下5時間かき混ぜた。反応混合物を氷冷し、25質量%水酸化ナトリウム水溶液10gを滴下した。反応混合物を室温下1時間かき混ぜた。反応混合物に、室温下かき混ぜながら20%塩酸12gを滴下し、15分間かき混ぜた。反応混合液を、ジエチルエーテル5mlで4回抽出した後、洗浄・乾燥・濃縮による後処理操作により粗生成物1.54gを得た。この粗生成物1.54gとメタノール2mlの混合物に、70℃下かき混ぜながら、28質量%ナトリウムメトキシド メタノール溶液0.95gを1分間で滴下した。反応混合物を70℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を70℃下かき混ぜながら、25質量%水酸化ナトリウム水溶液5g、水5gを1分間で滴下した。反応混合物を70℃で3時間かき混ぜた。反応混合物を室温まで冷却後、n−ヘキサン5mlで2回抽出し、水相と有機相に分離した。水相に20質量%塩酸6gを加え、ジエチルエーテル5mlで4回抽出した後、洗浄、乾燥、濃縮による後処理操により目的物の粗生成物1.20gを得た。脱炭酸後にラクトン化していると推測される基質を開環するためには、反応液を酸性条件から塩基性条件にする必要があることから、脱炭酸反応は塩基を用いて行うことが効率的で好ましいと考えられた。
【0059】
実施例6
3,5−ジメチルドデカン酸(5)の合成
内容積500mlのステンレス鋼製オートクレーブに3,5−ジメチル−2,4−ドデカジエン酸(4)を含む不飽和モノカルボン酸異性体混合物10.18g、10質量%パラジウムカーボン1.2g、エタノール100gを充填し、水素を室温で0.5MPa加え、2時間かき混ぜた。反応混合物をろ過、濃縮による後処理操作により目的物の粗生成物10.01gを得た。この粗生成物を減圧蒸留によって精製して、目的物5.35g(85.16%純度)を得た。
縮合工程の塩基としてナトリウムメトキシドを用い、脱炭酸工程の塩基としてトリブチルアミンを用いた場合、原料の3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジメチルの仕込み量から換算した、全フラクションの重量x純度の合計で算出した総収率は44.9%であった。また、同様に縮合工程の塩基としてナトリウムメトキシドを用い、脱炭酸工程の塩基として2,4−ルチジンを用いた場合、原料の3−メチル−2−ペンテン−1,5−二酸ジメチルの仕込み量から換算した、総収率は21.6%であった。この結果から、脱炭酸反応はより高温で行った方が良く、塩基の沸点も高いものを用いることが好ましいと考えられた。
【0060】
3,5−ジメチルドデカン酸(5)
IR(D−ATR):ν=2958,2925,2854,1708,1463,1411,1380,1295cm
-1。
1H−NMR(500MHz,CDCl
3):δ=0.84−0.89(6H,m),0.92−0.97(3H,m),1.00−1.17(2H,m),1.23−1.34(12H,m),1.43−1.50(1H,m),2.03−2.18(2H,m),2.28−2.40(1H,m)ppm。
13C−NMR(125MHz,CDCl
3):δ=14.10,19.27,19.37,20.02,20.29,22.68,26.82,27.00,27.63,27.68,29.37,29.91,29.93,30.00,31.90,36.62,37.68,41.47,42.40,44.30,44.55,179.87,180.00ppm
GC条件:Column:DB−WAX,(J&W Scientific社製)30mx0.25mmφ、Temp:100℃+10℃/分→230℃Max、Inj:230℃、Carrier:He 1ml/分、Split ratio:100:1、Detector:FID、保持時間:13.812分(syn体)、13.925分(anti体)。