JPS6144853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、４−ペンテン酸またはそのエステル
からのレブリン酸またはそのエステルの製造方法
に関するものである。

レブリリン酸及びそのエステルは香料原料、医
薬品原料として重要である。

従来、レブリン酸の製造方法としては、(1)澱粉
または糖密を加熱処理する方法（例えば、Org.
Syn.Coll.Vol.1、p335等）、(2)フルフリルアルコ
ールを希酸中で加熱開環させる方法（例えば特公
昭51−39205号公報等）、(3)アセトニルマロン酸を
脱炭酸させる方法（例えば特公昭52−17009号公
報等）等がある。しかしながら、(1)の方法は副反
応が多く収率が低く、(3)の方法は出発物質が高価
であり、いずれも工業的製法として満足できるも
のとはいいがたい。又(2)の方法は収率はよいが反
応条件が過酷である。

本発明者らは従来法における上記問題点のない
方法を開発するために鋭意研究した結果、４−ペ
ンテン酸またはそのエステルを水系混合溶媒中塩
化パラジウム、塩化銅及び酸素を用いて酸化する
ことにより、レブリン酸またはそのエステルを得
る方法を見い出し本発明にいたつた。

本発明の目的は、工業的に容易かつ安価に入手
可能な物質から出発する穏和な条件下での反応に
よるレブリン酸またはそのエステルの製造方法を
提供することにある。

即ち上記目的を達成した本発明は、水または水
系混合溶媒中、一般式 CH₂＝CHCH₂CH₂CO₂R（Ｒは水素原子または低
級アルキル基） で示される４−ペンテン酸またはそのエステルを
塩化銅及び酸素の存在下塩化パラジウムで酸化す
ることを特徴とするものである。

本発明方法の反応は次式のように進行するもの
と考えられる。

CH₂＝CHCH₂CH₂CO₂R＋PdCl₂ ＋H₂O→CH₃COCH₂CH₂CO₂R ＋Pd＋2HCl ……(1) Pd＋2CuCl₂→PdCl₂＋2CuCl …(2) 2CuCl＋１／２O₂＋2HCl→2CuCl₂ ＋H₂O ……(3) 総計として CH₂＝CHCH₂CH₂CO₂R＋１／２O₂ →CH₃COCH₂CH₂CO₂R ……(4) 但しＲは前述の通り。

即ち、４−ペンテン酸またはそのエステルは水
の存在下塩化パラジウムによつて穏和な条件下で
容易に酸化されてレブリン酸またはそのエステル
となる（式(1)）。パラジウムは０価の状態に還元
されるが塩化第二銅によつて再酸化され塩化パラ
ジウムとなる（式(2)）。塩化第二銅はパラジウム
を酸化することによつて塩化第一銅となるが、塩
酸（式(1)によつて生成する）の存在下酸素によつ
て容易に酸化されて塩化第二銅となる。総計とし
ては４−ペンテン酸またはそのエステルが酸素の
みによつて酸化されレブリン酸またはそのエステ
ルとなることになり、消費される試薬はない。

本発明で出発物質として用いる４−ペンテン酸
またはそのエステルは、ハロゲン化アリルとマロ
ン酸エステルの反応によつても得られるが、より
安価にはアジピン酸モノメチルエステルのコルベ
電解反応によるセバシン酸ジメチルの製造の際の
副生物として得られる。即ち、４−ペンテン酸メ
チルとｎ−吉草酸メチルの混合物がセバシン酸ジ
メチル製造の際低沸点副生物として得られるが、
これをそのまま本発明方法の出発物質とすること
が可能である。そして、酸化反応ののちレブリン
酸メチルとｎ−吉草酸メチルは容易に分離でき
る。

出発物質として用いる４−ペンテン酸とそのエ
ステルを比較すると、反応収率の点から４−ペン
テン酸エステルの方が好ましい。４−ペンテン酸
エステルとしては、炭素数１〜８の低級アルコー
ルのエステル、例えば、４−ペンテン酸メチル、
４−ペンテン酸エチル、４−ペンテン酸イソプロ
ピルなどであればよいが、工業的な入手のしやす
さからは４−ペンテン酸メチルが最も好ましい。
溶媒としては、水のみ、水−四塩化炭素、水−ベ
ンゼン、水−クロロホルム等の二層系混合溶媒、
ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、
ヘキサメチルホスホルトリアミド等の極性非プロ
トン性溶媒と水との均一層系混合溶媒、メタノー
ル、エタノール等のアルコールと水との均一層系
混合溶媒などが用いられるが、反応収率の点から
水−四塩化炭素、水−ベンゼンまたは水−ジメチ
ルホルムアミド系の混合溶媒が好ましい。一方塩
化パラジウム及び塩化銅の回収再使用の容易さか
らは水−四塩化炭素、水−ベンゼン等の二層系混
合溶媒が好ましい。従つて、工業的には水−四塩
化炭素系混合溶媒または水−ベンゼン系混合溶媒
が最も好ましい。

水系混合溶媒を使用する場合水と有機溶媒の使
用割合としては、水：四塩化炭素系または水：ベ
ンゼン系のような二層系では水：有機溶媒の容量
比１：0.1〜１：20の範囲が好ましく、水：ジメ
チルホルムアミド系のような均一層系では容量比
１：２〜１：15の範囲が好ましい。水系混合溶媒
の使用量は、４−ペンテン酸またはそのエステ
ル、塩化パラジウム及び塩化銅を溶解する量でか
つ撹拌が十分に行なえる量であればよい。

水のみを用いる場合の溶媒の使用量は、塩化パ
ラジウム及び塩化銅を溶解する量でかつ撹拌が十
分に行なえる量であればよい。

本発明において酸化剤として用いられる塩化パ
ラジウムは、反応式(1)、(2)に示したように一旦０
価のパラジウムに還元されるが、塩化銅によつて
酸化をうけて再び塩化パラジウムとなる。従つて
塩化パラジウムの使用量は触媒量でよく、通常４
−ペンテン酸またはそのエステルの使用量に対し
て0.05〜0.7モル当量、好ましくは0.07〜0.2モル
当量が用いられる。

本発明で用いる塩化銅は塩化第一銅、塩化第二
銅、またはその混合物のいずれも用いることが可
能であるが、収率の点からは塩化第一銅が好まし
い。一方、高価なパラジウム触媒の損失という点
からは塩化第二銅が好ましい。

塩化第一銅を用いた場合、塩化第二銅を用いる
場合に比べて目的物の収率が10％程度も向上する
理由は明らかではないが、塩化第一銅を用いた場
合には、出発原料である４−ペンテン酸またはそ
のエステルの塩素化が押えられるためではないか
と考えられる。

反応中に失われるパラジウムは、四塩化炭素
層、ベンゼン層等の生成物中に含まれる。塩化第
一銅を用いた場合、有機層へのパラジウムの逃散
は0.53ｇ−Pd／Kg−レブリン酸メチルにもなるの
に対し、塩化第二銅を用いた場合には0.01ｇ−
Pd／Kg−レブリン酸メチル以下の逃散である。
従つてパラジウムの損失という点からは塩化第二
銅が好ましい。

従つて、塩化銅として塩化第一銅を用いた場合
と塩化第二銅を用いた場合のどちらが有利である
かは製造条件その他により異なるので一概にはい
えないが、一般にはパラジウムの損失の少ない塩
化第二銅が好ましい。塩化銅の使用量は、通常４
−ペンテン酸またはそのエステルの使用量に対し
て0.1〜３モル当量、好ましくは0.4〜1.5モル当量
が用いられる。

本発明方法は０℃〜100℃の範囲内の温度で行
なわれるが、反応収率の点から50〜70℃が好まし
い。

また本発明は加圧下でも微減圧下でも行なうこ
とができるが、反応装置の点から常圧で行なうの
が好ましい。

酸素の供給量は反応液１あたり500〜4000
c.c.／分程度でよく、細かく分散させて吹き込むこ
とが好ましい。

生成物であるレブリン酸またはそのエステル
は、使用した溶媒の種類に応じて、分液、蒸留、
抽出、カラムクロマトグラフイー、ガスクロマト
グラフイーなどの常法によつて容易に単離精製す
ることができる。

反応に使用した塩化パラジウムは、例えば水−
ジメチルホルムアミド系混合溶媒を使用した場合
は、レブリン酸またはそのエステルを分離したの
ちに再使用が可能であるが、常法によりピリジ
ン、ピコリンといつた有機塩基などの適当な沈澱
剤を用いてパラジウム錯体として沈澱させ分離回
収することもできる。また水−四塩化炭素系混合
溶媒または水−ベンゼン系混合溶媒などの二層系
溶媒を用いた場合は、有機層と水層を分離し、水
層はさらに四塩化炭素またはベンゼンでレブリン
酸またはそのエステルを抽出したのち、次回の酸
化反応において再使用することができる。

水のみを用いた場合、反応液はベンゼン、四塩
化炭素、エーテル等の適当な有機溶媒でレブリン
酸またはそのエステルを抽出した後に再使用する
ことができる。

以上のように塩化パラジウム及び塩化銅の回収
再使用を考慮すると、水−ジメチルホルムアミド
系混合溶媒などの均一層系混合溶媒は工業的実施
上問題がある。更に反応収率をも考慮すると水−
四塩化炭素または水−ベンゼン系混合溶媒などの
二層系混合溶媒が工業的実施には適している。

生成物として単離精製したレブリン酸またはそ
のエステルは、そのまま製品としてもよいし、レ
ブリン酸の場合は常法により容易に適当なアルコ
ールとのエステルとすることができるし、またレ
ブリン酸エステルで得られる場合は、常法により
加水分解してレブリン酸とすることもきわめて容
易である。

本発明方法を実施する場合、回分的にも、連続
的にも反応操作が行なえることはいうまでもな
い。

本発明は、 (a) 出発物質として４−ペンテン酸またはそのエ
ステルを用いるために、アジピン酸モノメチル
からのセバシン酸ジメチルの電解製造の際の副
生物を利用することができ、工業的に入手可能
な安価な物質から出発しうる点で非常に経済的
である。

(b) 穏和な酸化剤である塩化パラジウムを用い、
その再酸化も酸素を消費するだけで容易に行な
えるので、全体としての反応条件は穏和で反応
操作も容易である等の効果を有する。

このように本発明は、レブリン酸またはそのエ
ステルの製造にあたつて非常に有利な工業的製法
を提供したという点で大きな意味を有するもので
ある。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。な
お、実施例中で用いられる用語は次の定義に従う
ものとする。

(1) 転化率 転化率＝消費された４−ペンテン酸またはそのエステルのモル数／仕込まれた４−ペンテン酸またはそのエステルの
モル数×100（％） (2) 選択率 選択率＝生成したレブリン酸またはそのエステルのモル数／消費された４−ペンテン酸またはそのエステルのモル数
×100（％） (3) 収率 収率＝生成したレブリン酸またはそのエステルのモル数／仕込まれた４−ペンテン酸またはそのエステルのモル数×
100（％） 実施例 １ ３ツ口フラスコ（容量１）に塩化パラジウム
5.93ｇ（33.4ｍmole）、塩化第二銅２水和物52.3
ｇ（307ｍmole）、水201.8ｇ、四塩化炭素491.8
ｇ、及び４−ペンテン酸メチル38.1ｇ（334ｍ
mole）を入れた後油浴中で内温を63℃に保ち撹
拌を十分に行ないながら、微泡化した酸素を700
ml／分で吹き込んだ。63℃で２時間反応を行なつ
たのち室温でさらに14時間30分反応を続けた。四
塩化炭素層を分離し、水層を四塩化炭素で数回抽
出した。抽出した四塩化炭素溶液は、さきの四塩
化炭素層と合わせて常法蒸留により四塩化炭素を
留去した。残渣を減圧蒸留して沸点84〜86℃／14
mmHgの無色液体としてレブリン酸メチル30.2ｇ
を得た。単離収率は69.5％であつた。ガスクロマ
トグラフイーによる定量では４−ペンテン酸メチ
ルの転化率99.8％、レブリン酸メチルの選択率
74.2％であつた。

レブリン酸メチルを留出させたあとの蒸留残渣
を石英ビーカーに移し電気炉中で有機物を燃焼さ
せ、次いで残つた灰分に王水を加え煮沸、蒸発乾
固を３回繰り返した。最後に灰分を塩酸溶液とし
て原子吸光分析でパラジウムを定量した。四塩化
炭素層に逃散したパラジウムはレブリン酸メチル
１Kgあたり0.0029ｇであつた。

実施例 ２ 実施例１で四塩化炭素抽出した後の水層に、新
たに四塩化炭素492ｇ及び４−ペンテン酸メチル
38.5ｇ（338ｍmole）を加えて実施例１と同様に
反応を行なつた。ガスクロマトグラフイーによる
分析から、４−ペンテン酸メチルの転化率100
％、レブリン酸メチルの選択率75.1％であつた
（新たに加えた４−ペンテン酸メチル基準）。

実施例 ３ 100c.c.容の３ツ口フラスコに、塩化パラジウム
0.526ｇ（2.97ｍmole）、塩化第二銅２水和物2.58
ｇ（15.1ｍmole）、水4.11ｇ、ジメチルホルムア
ミド30.78ｇ、及び４−ペンテン酸メチル3.43ｇ
（30.1ｍmole）を入れた後、油浴中で内温を62℃
に保ち撹拌を十分に行ないながら微泡化した酸素
を50ml／分で吹き込んだ。４時間15分反応を行な
つた後に分析したところ、４−ペンテン酸メチル
の転化率98.8％、レブリン酸メチルの選択率62.0
％であつた。

実施例 ４ 100c.c.３ツ口フラスコに、塩化パラジウム0.576
ｇ（3.25ｍmole）、塩化第二銅２水和物5.18ｇ
（30.4ｍmole）、水20.03ｇ、四塩化炭素47.75ｇ及
び４−ペンテン酸3.09ｇ（30.9ｍmole）を仕込
み、油浴中で内温を62℃に保ち撹拌を十分に行な
いながら微泡化した酸素を40ml／分で吹き込ん
だ。５時間30分反応を行なつた後に、水層、四塩
化炭素層ともジアゾメタンを吹き込んで分析した
ところ、４−ペンテン酸の転化率99.9％、レブリ
ン酸の収率9.8％であつた。

実施例 ５ フラスコに、塩化パラジウム0.513ｇ（28.9ｍ
mole）塩化第二銅２水和物2.59ｇ（15.2ｍ
mole）、水2.16ｇ、ジメチルホルムアミド13.27ｇ
及び４−ペンテン酸3.00ｇ（30.0ｍmole）を仕込
み、油浴中で内温を60℃に保ち撹拌を十分に行な
いながら微泡化した酸素を20ml／分で吹き込ん
だ。５時間30分反応を続けた後分析したところ、
４−ペンテン酸の転化率100％、レブリン酸の収
率11.9％であつた。

実施例 ６ アジピン酸モノメチル400ｇ、水酸化カリウム
14ｇ、メタノール586ｇの混合物を、白金陽極を
用いて電流密度10A/dm²、液温55℃で無隔膜電解
した。電解液を蒸留することにより、４−ペンテ
ン酸メチルとｎ−吉草酸メチルの１：１混合物39
ｇとセバシン酸ジメチル207ｇを得た。こうして
得られた４−ペンテン酸メチルとｎ−吉草酸メチ
ルの混合物23.0ｇに、塩化パラジウム1.56ｇ、塩
化第二銅２水和物18.5ｇ、水70.0ｇ、及び四塩化
炭素151.2ｇを加え、油浴中で内温を64℃に保ち
撹拌を十分に行ないながら微泡化した酸素を200
ml／分で吹き込んだ。64℃で15時間反応を続けた
後四塩化炭素層を分離し水層を四塩化炭素で数回
抽出した。抽出した四塩化炭素溶液をさきの四塩
化炭素層とあわせて常圧蒸留により四塩化炭素を
留去した。続いてｎ−吉草酸メチル10.2ｇを、常
圧で126〜127℃の留分として分離した。残渣を減
圧蒸留して沸点84〜86℃／14mmHgのレブリン酸
メチル9.23ｇを得た。単離収率は70.4％であつ
た。ガスクロマトグラフイーによる定量では、４
−ペンテン酸メチルの転化率100％、レブリン酸
メチルの収率75.0％であつた。

実施例 ７ 滴下ロートとデイムロース冷却器を備えつけた
100c.c.フラスコに、塩化パラジウム0.533ｇ（3.01
ｍmole）、塩化第二銅２水和物2.67ｇ（15.5ｍ
mole）、水4.20ｇ、ジメチルホルムアミド31.2ｇ
を入れて、油浴中で内温を62℃に保ち撹拌を十分
に行ないながら微泡化した酸素を100ml／分で吹
き込み続けた。撹拌及び酸素の吹き込みを続けな
がら、４−ペンテン酸メチルを滴下ロートから２
時間かかつて滴下した。その後４時間撹拌を続け
た後に分析したところ４−ペンテン酸メチルの転
化率99.0％、レブリン酸メチルの選択率60.8％で
あつた。

実施例 ８ 塩化パラジウム0.535ｇ（3.02ｍmole）、塩化第
二銅２水和物5.30ｇ（30.9ｍmole）、水4.30ｇ、
ジメチルホルムアミド30.8ｇ及び４−ペンテン酸
メチル3.47ｇ（30.4ｍmole）の混合物を実施例３
と同様にして62℃で６時間45分反応させた。結果
は、４−ペンテン酸メチルの転化率98.9％、レブ
リン酸メチルの選択率60.6％であつた。

実施例 ９ 塩化パラジウム0.558ｇ（3.15ｍmole）、塩化第
二銅２水和物2.71ｇ（15.8ｍmole）、水4.20ｇ、
ジメチルホルムアミド32.1ｇ、及び４−ペンテン
酸メチル3.26ｇ（28.6ｍmole）の混合物を実施例
３と同様にして５℃で９時間10分反応させた後17
〜21℃で12時間反応させた。結果は４−ペンテン
酸メチルの転化率52.6％、レブリン酸メチルの選
択率29.4％であつた。

実施例 10 塩化パラジウム0.536ｇ（3.02ｍmole）、塩化第
二銅２水和物2.79ｇ（16.3ｍmole）、水4.1ｇ、ジ
メチルホルムアミド31.0ｇ及び４−ペンテン酸メ
チル3.43ｇ（30.1ｍmole）の混合物を実施例３と
同様にして、82℃で３時間20分反応させた。結果
は４−ペンテン酸メチルの転化率97.2％、レブリ
ン酸メチルの選択率46.8％であつた。

実施例 11 塩化パラジウム0.640ｇ（3.61ｍmole）、塩化第
二銅２水和物5.36ｇ（31.2ｍmole）、水20.3ｇ、
ベンゼン49.5ｇ及び４−ペンテン酸メチル3.82ｇ
（33.5ｍmole）の混合物を実施例３と同様にして
64℃で13時間反応させた。結果は４−ペンテン酸
メチルの転化率99.7％、レブリン酸メチルの選択
率80.0％であつた。

ベンゼン層を分析したところ、パラジウムのベ
ンゼン層への逃散はレブリン酸メチル１Kgあたり
0.011ｇであつた。

実施例 12 塩化パラジウム3.26ｇ（18.4ｍmole）、塩化第
一銅16.02ｇ（161.8、mmole）、水104.2ｇ、四塩
化炭素252.4ｇ、４−ペンテン酸19.30ｇ（169.3ｍ
mole）の混合物を実施例１と同様にして62℃で
８時間反応させた。結果は４−ペンテン酸メチル
の転化率99.9％、レブリン酸メチルの選択率90.6
％であつた。

四塩化炭素層を分析したところ、パラジウムの
四塩化炭素層への逃散はレブリン酸メチル１Kgあ
たり0.53ｇであつた。

実施例 13 塩化パラジウム3.23ｇ（18.2ｍmole）、塩化第
一銅15.86ｇ（160.2ｍmole）、水102.2ｇ、ベンゼ
ン253.8ｇ及び４−ペンテン酸メチル20.29ｇ
（167.3ｍmole）の混合物を実施例１と同様にして
62℃で10時間反応させたところ結果は、４−ペン
テン酸メチルの転化率99.6％、レブリン酸メチル
の選択率83.5％であつた。

実施例 14 塩化パラジウム0.533ｇ（3.01ｍmole）、塩化第
一銅3.02ｇ（30.5ｍmole）、水4.1ｇ、ジメチルホ
ルムアミド31.2ｇ、４−ペンテン酸メチル3.46ｇ
（30.3ｍmole）の混合物を実施例３と同様にして
62℃で４時間40分反応させた。結果は４−ペンテ
ン酸メチルの転化率100％、レブリン酸メチルの
収率69.8％であつた。

実施例 15 塩化パラジウム0.661ｇ（3.73ｍmole）、塩化第
一銅3.71ｇ（37.5ｍmole）、水22.1ｇ、ベンゼン
250.6ｇ及び４−ペンテン酸メチル4.24ｇ（37.2ｍ
mole）の混合物を実施例１と同様にして62℃で
22時間30分反応させたところ、４−ペンテン酸メ
チルの転化率100％、レブリン酸メチルの収率
85.7％であつた。

実施例 16 塩化パラジウム0.547ｇ（3.09ｍmole）、塩化第
二銅２水和物2.76ｇ（16.1ｍmole）、水35.2ｇ及
び４−ペンテン酸メチル3.53ｇ（31.0ｍmole）の
混合物を実施例３と同様にして62℃で５時間30分
反応させた。結果は４−ペンテン酸の転化率100
％、レブリン酸メチルの収率37.3％であつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水または水系混合溶媒中、一般式 CH₂＝CHCH₂CH₂CO₂R（Ｒは水素原子または低
   級アルキル基）で示される４−ペンテン酸または
   そのエステルを、塩化銅及び酸素の存在下塩化パ
   ラジウムで酸化することを特徴とする一般式 CH₃COCH₂CH₂CO₂R（Ｒは上記と同じ）で示さ
   れるレブリン酸またはそのエステルの製造方法。 ２ 水系混合溶媒が、水−四塩化炭素系混合溶
   媒、水−ベンゼン系混合溶媒または水−ジメチル
   ホルムアミド系混合溶媒である特許請求の範囲第
   １項記載の製造方法。 ３ 水系混合溶媒が、水−四塩化炭素系混合溶媒
   または水−ベンゼン系混合溶媒である特許請求の
   範囲第２項記載の製造方法。 ４ Ｒが低級アルキル基である特許請求の範囲第
   １項記載の製造方法。 ５ 低級アルキル基がメチル基である特許請求の
   範囲第４項記載の製造方法。 ６ 酸化を50〜70℃の温度範囲で行なう特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。