CN100364950C - 2-(烷基)环烯酮的制备方法 - Google Patents

2-(烷基)环烯酮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制备2-(烷基)环烯酮的方法，以及使用其制备作为香料原料和生理活性物质有用的(3-氧代-2-烷基环烷基)乙酸烷基酯以及5-烷基-5-链烷醇内酯的方法。用酸催化剂进行化合物(1)的脱水反应，以化合物(1)为基准使反应进行至反应转化率达到20～90%，得到含有化合物(1)和化合物(3)的混合物，然后将残留的化合物(1)继续进行脱水反应，同时进行化合物(3)的异构化反应来制备化合物(2)的方法，以及使用得到的化合物(2)制备化合物(5)以及化合物(6)的方法。以下结构式中n表示1或2的整数，R1和R2表示H或者C1-8的烷基等，R3表示C1-3的烷基。

Description

2-(烷基)环烯酮的制备方法
技术领域
本发明涉及一种作为香料原料有用的二氢茉莉酮酸甲酯、δ-内酯等的合成中间体，即2-(烷基)环烯酮的制法，以及用这些化合物制备(3-氧代-2-烷基环烷基)乙酸烷基酯以及5-烷基-5-链烷醇内酯的方法。
背景技术
以往，作为从2-(1-羟基烷基)环烷酮制备2-(烷基)环烯酮的方法，例如在JP-A 56-147740中，记载了用草酸对醛醇缩合体进行脱水反应后，用溴化氢、盐酸进行异构化反应的方法，或者用溴化氢、盐酸同时进行脱水反应和其后的异构化反应的方法。用溴化氢、氯化氢等的强酸，在脱水反应的同时进行异构化反应，但是由于原料2-(1-羟基烷基)环烷酮和产物2-(烷基)环烯酮发生聚合和分解而不可避免的会使收率下降。
还有，和前述脱水反应与异构化反应同时进行的反应相比，用酸强度弱的草酸等进行脱水反应后再进行异构化反应的二步的情况下，如果追求脱水反应的高转化率，由于2-(亚烷基)环烷酮的聚合和分解，有时也会使收率降低。
此外，在JP-A2001-328965中，记载了由胺和卤化氢组成的催化剂作用于2-(1-羟基烷基)环烷酮，同时进行脱水反应和异构化反应的方法，但是在工业生产上，能够有效进行异构化反应的温度是80℃到200℃。
发明内容
本发明的课题在于提供一种在温和的条件下高效率、高收率地制备2-(烷基)环烯酮的方法，以及用该化合物制备作为香料材料和生理活性物质有用的(3-氧代-2-烷基环烷基)乙酸烷基酯以及5-烷基-5-链烷醇内酯的方法。
本发明提供一种将式(1)
(式中n表示1或2的整数，R1和R2各自表示氢原子或者碳原子数为1～8的直链或支链的烷基，或者R1与R2也可以是和与它们邻接的碳原子一起形成环戊烷环或环己烷环)所示的2-(1-羟基烷基)环烷酮(以下称为化合物(1))作为原料，进行下面的脱水工序，然后进行异构化工序，制备式(2)
Figure C20031012464300042
(式中n、R1以及R2如前面所定义)所示的2-(烷基)环烯酮(以下称为化合物(2))的方法，
脱水工序：用酸催化剂，以化合物(1)为基准使反应进行至脱水反应转化率达到20～90％，得到含有化合物(1)和式(3)
Figure C20031012464300043
(式中n、R1以及R2如前面所定义)所示的2-(亚烷基)环烷酮(以下称为化合物(3))的混合物的工序，
异构化工序：将残留的化合物(1)继续进行脱水反应，同时进行化合物(3)的异构化反应工序。
本发明还提供一种通过使上述制法得到的化合物(2)和式(4)
Figure C20031012464300044
(式中R3表示碳原子数为1～3的直链或支链的烷基，2个R3可以相同或不同)所示的丙二酸二酯(以下称为化合物(4))进行反应，然后和水反应，制备如式(5)
Figure C20031012464300051
(式中n、R1、R2和R3如前面所定义)所示的(3-氧代-2-烷基环烷基)乙酸烷基酯(以下称为化合物(5))的方法，以及用氢还原通过上述制法得到的化合物(2)，然后进行贝耶尔·维利格(Baeyer-Villiger)氧化，制备式(6)
Figure C20031012464300052
(式中n、R1以及R2如前面所定义)所示的5-烷基-5-链烷醇内酯(以下称为化合物(6))的方法。
具体实施方式
到现在为止，人们一直希望有一种能够在更温和的条件下高效率地制备2-(烷基)环烯酮的方法。
根据本发明的方法，可以高效率且高生产性地制备2-(烷基)环烯酮。进一步地，使用所得到的2-(烷基)环烯酮可以高收率、高纯度地制备作为香料原料和生理活性物质有用的(3-氧代-2-烷基环烷基)乙酸烷基酯以及5-烷基-5-链烷醇内酯。
[化合物(2)的制法]
在本发明所使用的原料化合物(1)中，作为构成1-羟基烷基的烷基，可以列举的是例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基、庚基等。
该化合物(1)可以通过一般公知的方法制得，例如可以通过将碳原子数为5或6的环烷酮和式(7)
Figure C20031012464300061
(式中R1以及R2如前面所定义、)所示的醛或酮反应制得。在本发明中，虽然用这种方法得到的化合物(1)可以不经过蒸馏就这样直接使用，在酸催化剂的活性降低的情况下也可以经蒸馏精制后使用。
本发明的脱水工序中，作为脱水反应的催化剂，可以使用酸催化剂，优选是pKa在0以上的，更优选是0.5～7的酸催化剂。此外，催化剂的形态是均相催化剂或固体催化剂都可以。其中，优选磷酸、缩合磷酸、草酸、硫酸，更优选磷酸、缩和磷酸、硫酸。
催化剂的使用量从反应性、经济性的角度看，相对于原料化合物(1)优选在0.01～20重量％，更优选在0.1～10重量％，特别优选0.5～10重量％。
在本发明的脱水工序中，如果脱水反应转化率过低，伴随着在异构化工序中进行的脱水反应所产生的热负荷增大，维持可以有效进行异构化反应的温度(80～200℃)变得困难，还有如果脱水反应转化率过高，会导致原料化合物(1)和脱水反应生成的化合物(3)聚合和分解，以及收率的降低，因此脱水反应的转化率优选在20～90％，更优选40～90％，特别优选50～80％。这里的脱水反应转化率是如下式(I)所定义的值：
Figure C20031012464300062
Figure C20031012464300063
从使反应在短时间内结束，并防止化合物(3)的聚合和分解以及防止收率降低的角度看，脱水工序的反应温度优选为70～150℃，更优选90～120℃。还有，反应压力虽然在常压下就可以进行，但是为了将生成的水高效率地从体系中除去，以及在使原料以及反应生成物不馏出的情况下高效率的进行反应，优选在20～80kPa的减压条件下进行反应。
在本发明的异构化工序中，在脱水反应结束后的产物中残留有酸催化剂的情况下，由于会使异构化反应催化剂的活性降低，因此优选中和。还有，异构化反应可以通过已知的方法进行，优选使用例如JP-A 2001-328965中所记载的，将由胺和卤化氢组成的催化剂作用于含有化合物(1)和化合物(3)的混合物，同时进行脱水反应和异构化反应，高收率地制得化合物(2)的方法。
作为这里所用的胺，优选苯胺、二苯胺、吡啶、甲基吡啶、喹啉、聚乙烯吡啶等芳香族胺或者杂芳环胺，特别优选吡啶、甲基吡啶以及喹啉。作为卤化氢、可以列举的是：氯化氢、溴化氢或碘化氢等，特别优选氯化氢或溴化氢。胺和卤化氢的摩尔比优选是胺/卤化氢(摩尔比)＝1.1/1～5/1。
反应优选在醇溶剂或者在无溶剂的条件下进行。作为醇溶剂，可以列举的是：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇、戊醇、己醇、2-乙基己醇、环己醇、乙二醇、1，8-辛二醇、甘油、聚乙二醇等，特别优选碳原子数为1～8的低级醇类。反应温度在80～200℃，特别优选在100～180℃。
[化合物(5)的制法]
将通过上述制法得到的化合物(2)作为原料，可以依照如JP-A56-147740中所记载的方法，得到作为香料原料和生理活性剂有用的化合物(5)。
具体的说，将化合物(2)和化合物(4)在碱性催化剂的存在下进行反应，得到如式(8)所示的化合物
Figure C20031012464300071
式中n、R1、R2以及R3如前面所定义。
相对于化合物(2)，化合物(4)优选以1～5倍摩尔，更优选以1.2～2倍摩尔的比例进行反应。
作为碱性催化剂可以列举的是：钠、钾等碱金属、醇钠、醇钾等碱金属醇盐等。催化剂的用量相对于化合物(2)优选是0.02～0.2倍摩尔。作为溶剂优选是醇类等极性溶剂。反应温度优选在-10～30℃的范围内，更优选在0～20℃的范围内。
然后，将得到的化合物(8)和水反应，可以制得化合物(5)。相对于化合物(8)，优选以1～3倍摩尔的量向反应体系中滴加水的同时进行反应。反应温度优选在150～220℃的范围内。
[化合物(6)的制法]将通过上述制法制得的化合物(2)作为原料，通过一般公知的方法，可以得到香料原料和生理活性剂有用的化合物(6)。
例如，将化合物(2)在Pd/C等催化剂存在下进行氢化还原，得到式(9)所示的化合物(以下称为化合物(9))
Figure C20031012464300081
式中n、R1以及R2如前面所定义。
可以通过如JP-A 9-104681所记载的方法，用过乙酸等作为氧化剂，将得到的化合物(9)进行贝耶尔·维利格(Baeyer-Villiger)氧化，得到化合物(6)。
实施例
在以下的例子中，生成物的定量是通过气相色谱法的内标法(内标在脱水反应中用卡比醇，在异构化反应中用十一烷)进行的。另外脱水反应收率如式(II)所定义，异构化反应收率如式(III)所定义。
Figure C20031012464300082
Figure C20031012464300083
Figure C20031012464300084
Figure C20031012464300085
制备例1
向备有滴加槽的6m3的反应槽内加入2241kg(26.6 kmol)环戊酮、1007kg水、11kg 48％的NaOH，一边搅拌一边冷却至15℃，然后在同样的温度下用5小时滴加985kg(11.4 kmol)的戊醛。滴加结束后，在同样的温度下搅拌1小时。反应结束后，进行中和，将过量的环戊酮蒸馏回收后，对有机层进行分析，结果发现在反应结束后的1868kg产品中含有1658kg2-(1-羟基戊基)-环戊酮和40kg的2-亚戊基-环戊酮。
实施例1
在备有单蒸馏塔的6m3的反应器内，向含有通过如制备例1同样方法得到的1677kg(9.8kmol)2-(1-羟基戊基)-环戊酮和52kg(0.3kmol)2-亚戊基-环戊酮的1893kg液状有机物中，加入17kg105％的磷酸催化剂，加热混合至100℃、40kPa。反应1.5小时后冷却至室温，对反应结束后的产物进行分析，发现含有464.5kg(2.7kmol)未反应的2-(1-羟基戊基)-环戊酮和1058.2kg(7.0kmol)作为脱水产物的2-亚戊基-环戊酮。脱水反应转化率为72.3％，脱水反应收率为95％。
将该反应结束后产物的一部分用48％的NaOH中和，取出300.2g有机层，向备有脱水管的1000ml 4口烧瓶内加入300.0g 2-乙基环己醇和17.4g 3-甲基吡啶以及17.7g 35％盐酸的混合液，升温至140℃，然后用2小时内滴加该有机层。滴加结束后，在相同温度下加热搅拌5小时。反应结束后冷却至室温，对有机层进行分析，结果发现反应结束后的产品中含有198.5g 2-戊基-2-环戊烯酮。异构化反应收率为78.6％。脱水反应收率和异构化反应收率的综合收率为74.7％。
实施例2
在备有单蒸馏塔的2L的反应器内，向含有通过如制备例1同样方法得到的860.2g(5.05mol)2-(1-羟基戊基)-环戊酮和32.0g(0.21mol)2-亚戊基-环戊酮的1000g液状有机物中，加入8.7g 105％的磷酸催化剂，加热混合至100℃、40kPa。反应0.5小时后冷却至室温，对反应结束后的产物进行分析，发现含有390.6g(2.29mol)未反应的2-(1-羟基正戊基)-环戊酮和426.3kg(2.80mol)作为脱水产物的2-亚戊基-环戊酮。脱水反应转化率为54.6％，脱水反应收率为96.8％。
将该反应结束后产物的一部分用48％的NaOH中和，取出100g有机层，向备有脱水管的1000ml 4口烧瓶内加入100g 2-乙基己醇和5.3g 3-甲基吡啶以及5.4g 35％盐酸的混合液，升温至140℃，然后用2小时内滴加该有机层。滴加结束后，在同温度下加热搅拌4小时。反应结束后冷却至室温，对有机层进行分析，结果发现反应结束后的产品中含有63.5g 2-戊基-2-环戊烯酮。异构化反应收率为80％。脱水反应收率和异构化反应收率的综合收率为77％。
比较例1
在和实施例1同样的反应器内，向含有通过如制造例1同样方法得到的1361kg(8.0kmol)2-(1-羟基戊基)-环戊酮和65kg(0.4kmol)2-亚戊基-环戊酮的1791kg液状有机物中，加入14kg105％的磷酸催化剂，加热混合至100℃、40kPa。反应4小时后冷却至室温，对反应结束后的产物进行分析，发现含有19kg(0.1kmol)未反应的2-(1-羟基戊基)-环戊酮和1128kg(7.4kmol)作为脱水产物的2-亚戊基-环戊酮。脱水反应转化率为98.6％，脱水反应收率为89.4％。
将该反应结束后产物的一部分用48％的NaOH中和，取出1551kg有机层，向设有单蒸馏塔的6m3的反应器内加入1551kg2-乙基己醇和76kg 3-甲基吡啶以及84kg35％盐酸的混合液，升温至140℃，然后用1.8小时滴加该有机层。滴加结束后，在同温度下加热搅拌5小时。反应结束后冷却至室温，对有机层进行分析，结果发现反应结束后的产品中含有811kg 2-戊基-2-环戊烯酮。异构化反应收率为71.9％。脱水反应收率和异构化反应收率的综合收率为64.2％。
实施例3
将通过和实施例1同样的方法合成得到的反应结束后的产品进行精馏，得到190g(1.2mol)2-戊基-2-环戊烯酮。进一步的在氮气氛围下将236g(1.8mol)丙二酸二甲酯溶解在76g无水甲醇中，冷却至0℃，再添加12.9g(0.072mol)甲醇钠(30％甲醇溶液)，在0℃下，用2小时向该混合物中滴加190g(1.2mol)上述得到的2-戊基-2-环戊烯酮。滴加结束后，在同样的温度下搅拌3小时。减压蒸馏除去未反应的丙二酸二甲酯，得到320g的迈克尔加成产物。
向带有蒸馏馏出管的反应装置中加入上述得到的迈克尔加成产物，加热至215℃，以6.4g/h(2％/h)的速度滴加水。馏出所产生的二氧化碳和甲醇，同时在215℃下，滴加4小时进行反应。反应结束后，在251g粗产物中，得到245g 3-氧代-2-戊基环戊基乙酸甲酯。精馏粗产物得到的3-氧代-2-戊基环戊基乙酸甲酯具有水果味的茉莉般的香气，是一种很好的可用作香料原料的物质。

Claims (3)

1.一种制备式(2)所示的2-(烷基)环烯酮的方法，
Figure C2003101246430002C1
式中n表示1或2的整数，R1和R2分别表示氢原子或者碳原子数为1～8的直链或支链烷基，或者R1与R2同相邻的碳原子一起形成环戊烷环或环己烷环，
其中将式(1)所示的2-(1-羟基烷基)环烷酮作为原料，
Figure C2003101246430002C2
式中n、R1以及R2如前面所定义，
该方法包括如下的脱水工序和随后的异构化工序：
脱水工序：用酸催化剂，使反应进行至以化合物(1)为基准的脱水反应转化率达到50～80％，得到含有化合物(1)和式(3)所示的2-(亚烷基)环烷酮的混合物，
Figure C2003101246430002C3
式中n、R1以及R2如前面所定义，
异构化工序：将残留的化合物(1)继续进行脱水反应，同时进行化合物(3)的异构化反应。
2.如权利要求1所记载的制备方法，其中脱水工序中所用的酸催化剂的pKa不小于0。
3.如权利要求1或2所记载的制备方法，其中脱水工序中所用的酸催化剂为至少1种选自磷酸、缩合磷酸和硫酸的化合物。
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