CN101565341A

CN101565341A - 一种(E)-α,β-不饱和羰基化合物的合成方法

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Publication number: CN101565341A
Application number: CNA2009100435727A
Authority: CN
Inventors: 尹双凤; 邱仁华; 邱一苗; 张晓文; 许新华; 夏军
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: CN101565341B

Abstract

本发明提供了一种(E)－α，β－不饱和羰基化合物的合成方法，是以醛和酮为原料，采用含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂，脂肪胺为助催化剂，质子溶剂中进行催化反应，制得(E)－α，β－不饱和羰基化合物。该合成方法为(E)－α，β－不饱和羰基化合物的制备开辟了新的低成本“绿色”途径，其优点在于：原料来源广泛，目标产物的选择性和产率均接近100％，催化剂可以多次重复利用，反应条件简单，易于操作，成本低，制备过程绿色环保。

Description

一种(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成方法

【技术领域】

本发明属于催化有机合成领域，具体地说涉及一种(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成方法。

【背景技术】

α，β-不饱和羰基化合物被广泛的应用于有机合成化学和生物化学，例如可以作为反应底物用于氢化、过氧化、环加成、迈克尔加成、共轭加成等等反应。生物应用方面可以作为过氧化酶增生扩散体活化受体γ，配体的核心单元。但是，在合成α，β-不饱和羰基化合物过程构建碳-碳双键仍然面临艰难的挑战。传统的碳-碳双键构建方法是在强碱催化下芳香醛和脂肪酮通过克莱森-施密特缩合而得到，该法使用强碱，例如氢氧化钠，甲醇钠等，从而不可避免地导致双缩合和脂肪醛二聚等副反应的发生。同时对强碱敏感的底物也不适用，选择性很差。改进的方法是使用路易斯酸催化的Mukaiyama醛酮缩合然后再脱水。该法是多步反应，且底物需要活化分离，同时产生了很多有机或盐类废物，既不符合节能要求也不符合原子经济性的要求。最近报道的二丁基锡二甲氧烷催化的不同的醛酮缩合制备α，β-不饱和羰基化合物，该法选择性很好，产率较高，但是酮需要通过制备成三氯乙酸烷基烯醇酯来活化，操作复杂，反应步骤多，原料要求高，同时使用甲醇做溶剂，毒性大，不环保。

近来，直接构建碳-碳双键法被认为是理想的方法，因为它不需要活化的底物做原料，同时水是唯一的副产物，另外因为不需要多步转化和从多种副产物进行产物分离而显著符合节能和原子经济性的要求。但是通常的直接构建的碳-碳双键的方法需要无水条件，有些顺反选择性也差。从环境保护、节能和原子经济性的角度，用未经活化的醛或酮直接高效选择性的构建(E)-α，β-不饱和羰基化合物就变得非常具有吸引力。但是这种直接构建方法需要理想合适的催化剂。

铋作为唯一稳定的重金属而且没有毒性和辐射性。近年来，在催化和有机合成领域，应用铋化合物得到了深入的研究。例如，包含有稳定的环状结构的有机铋氧化物、及其氢氧化物和甲氧基化物被合成出来并发现可以作为很好的固定二氧化碳的催化剂和试剂。另外，在不对称合成催化领域，双功能催化剂得到了越来越多的重视，该类催化剂包含硬的路易斯酸和软的路易斯碱，通过共同作用同时活化反应物亲电和亲核部分，从而高效的得到目标产物，通常是一种高效的立体选择性催化剂。

据报道，5，6，7，12-四氢二苯并[1，5][c，f]硫铋辛烯骨架可以构建稳定铋-碳键，同时硫原子不仅可以作为铋的配位离子，它的另外一对孤对电子可以作为路易斯碱中心，而金属铋原子可以作为路易斯酸中心，因此该骨架可以构建酸碱双功能的金属有机铋化合物。另外，用全氟辛基磺酸根离子作为对应离子制备离子型的有机金属路易斯酸并且得到了酸性很强的对空气稳定金属有机路易斯酸。基于此，可以考虑采用5，6，7，12-四氢二苯并[1，5][c，f]硫铋辛烯骨架并引入具有强拉电子能力的阴离子作为对应离子，得到理想的强酸性和较弱碱性的酸碱双功能的对空气稳定的离子型路易斯酸碱有机铋化合物，同时该类化合物也可能符合直接构建碳-碳双键所需的那种高效立体选择性催化性能催化剂的要求。本专利申请人在其于2009年3月24日提交的申请号为CN200910042943.X的题为“含桥式硫原子配体的有机铋离子化合物及其制备与应用”的专利申请中，记载了一种阳离子型有机铋配合物。研究表明，以该配合物作为催化剂，开发一种全新的(E)-α，β-不饱和羰基化合物的选择性催化合成路径，在理论和实践上都是可行的。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成方法，以提高产率和催化剂的选择性。

为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案：

一种(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成方法，以醛和酮为原料，采用含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂，脂肪胺为助催化剂，在质子溶剂中进行催化反应，制得(E)-α，β-不饱和羰基化合物。

上述合成方法中，所述催化剂是具有结构式I的阳离子型有机铋配合物：

该配合物中的Bi³⁺除与配体中的两个碳原子成键外，还与配体中的硫原子形成配位键，与对应的阴离子形成离子键。

上述合成方法中，所述结构式I中的X基团是带有较强拉电能力的阴离子，优选全氟烷基磺酸根离子、PF₆ ^-、BF₄ ^-、ClO₄ ^-、HSO₃ ^-或HSO₄ ^-。

上述合成方法中，所述主催化剂的摩尔添加量为0.01-12％。

上述合成方法中，所述助催化剂脂肪胺优选环己胺、正丁胺、正丙胺或乙胺中的至少一种。

上述合成方法中，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，优选苯甲醛、对氯苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、对硝基苯甲醛或糠醛。

上述合成方法中，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，优选环己酮、环戊酮、丙酮、苯乙酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙酰丙酮。

上述合成方法中，所述质子溶剂优选甲醇、乙醇或水。

上述合成方法中，所述催化反应的条件为：在0-120℃下反应0.5-12小时。

本发明所采用的含桥式硫原子配体的有机铋离子化合物催化剂，其具体化合物及其制备方法，请参照本专利申请人于2009年3月24日提交的申请号为CN200910042943.X的题为“含桥式硫原子配体的有机铋离子化合物及其制备与应用”的专利申请。

本发明所提供的合成方法为(E)-α，β-不饱和羰基化合物的制备开辟了新的低成本“绿色”途径，其优点在于：原料来源广泛，目标产物的选择性和产率均接近100％，催化剂可以多次重复利用，反应条件简单，易于操作，成本低，制备过程绿色环保。

【附图说明】

图1所示是本发明提供的(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成路径图。

【具体实施方式】

本发明所提供的催化合成(E)-α，β-不饱和羰基化合物方法的合成路径，请参见附图1：将作为原料化合物的醛和酮置入反应容器内，加入在水或其他质子溶剂，然后加入催化剂有机铋离子化合物和助催化剂脂肪胺，在0-120℃的环境下反应0.5-12小时，反应完成后即得目标化合物。

下面结合具体的制备例对本发明做进一步说明：

制备例1

在50mL单口烧瓶中加入0.01mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₈F₁₇)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为95％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为100％。催化剂重复利用10次后，其催化性能未见下降。

制备例2

在50mL单口烧瓶中加入0.03mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₆F₅)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol苯乙酮(R²＝Ph，R³＝H)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，110℃下进行反应1小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-查尔酮，产率为98％，(E)-查尔酮的选择性为100％。催化剂重复利用5次后，其催化性能未见下降。

制备例3

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂CF₃)和2.0mL乙醇、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol丙酮(R²＝CH₃，R³＝H)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮，产率为100％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为100％。催化剂重复利用10次后，其催化性能未见下降。

制备例4

在50mL单口烧瓶中加入0.07mmol有机铋离子化合物(X＝PF₆)和2.0mL甲醇、1.0mmol对氯苯甲醛(R¹＝p-ClC₆H₄)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，95℃下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为89％，(E)-2-(4-氯苄烯)环己酮的选择性为100％。

制备例5

在50mL单口烧瓶中加入0.001mmol有机铋离子化合物(X＝BF₄)和2.0mL乙醇、1.0mmol对三氟甲基苯甲醛(R¹＝p-CF₃C₆H₄)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-三氟甲基苄烯)环己酮，产率为100％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为99％。

制备例6

在50mL单口烧瓶中加入0.0002mmol有机铋离子化合物(X＝ClO₄)和2.0mL水、1.0mmol对甲基苯甲醛(R¹＝p-CH₃C₆H₄)和1.0mmol乙胺(R⁴＝n-C₂H₅)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环戊酮(R²-R³＝-(CH₂)₃-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，0℃下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-甲基苄烯)环戊酮，产率为97％，(E)-2-(4-甲基苄烯)环戊酮的选择性为100％。催化剂重复利用10次后，其催化性能未见下降。

制备例7

在50mL单口烧瓶中加入0.008mmol有机铋离子化合物(X＝HSO₃)和2.0mL甲醇、1.0mmol对甲氧基苯甲醛(R¹＝p-CH₃OC₆H₄)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环戊酮(R²-R³＝-(CH₂)₃-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，60℃下进行反应8小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-甲氧基苄烯)环戊酮，产率为99％，(E)-2-(4-甲氧基苄烯)环戊酮的选择性为100％。

制备例8

在50mL单口烧瓶中加入0.02mmol有机铋离子化合物(X＝HSO₄)和2.0mL甲醇、1.0mmol肉桂醛(R¹＝(E)-PhCH＝CH)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol丙二酸二甲酯(R²＝OCH₃，R³＝C(O)OCH₃)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，45℃下进行反应1小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-二甲基-2-(3-苯基烯丙基烯)马来酸酯，产率为100％，(E)-二甲基-2-(3-苯基烯丙基烯)马来酸酯的选择性为99％。

制备例9

在50mL单口烧瓶中加入0.06mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₈F₁₇)和2.0mL乙醇、1.0mmol正辛醛(R¹＝C₇H₁₅)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，105℃下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-正辛烯环己酮，产率为98％，(E)-2-正辛烯环己酮的选择性为98％。

制备例10

在50mL单口烧瓶中加入0.09mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂CF₃)和2.0mL乙醇、1.0mmol糠醛(R¹＝2-Furyl)和1.0mmol环己胺(R⁴＝C₆H₁₁)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环戊酮(R²-R³＝-(CH₂)₃-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，75℃下进行反应5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(2-(呋喃-2-亚甲基)环戊酮，产率为85％，(E)-2-(2-(呋喃-2-亚甲基)环戊酮的选择性为100％。

制备例11

在50mL单口烧瓶中加入0.01mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₄F₉)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol乙酰丙酮(R²＝COCH₃，R³＝CH₃)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，110℃下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：3-苄烯戊烷-2，4-二酮，产率为100％，3-苄烯戊烷-2，4-二酮的选择性为100％。

制备例12

在50mL单口烧瓶中加入0.04mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₈F₁₇)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol丙酮(R²＝CH₃，R³＝H)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，10℃下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮，产率为90％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为100％。

制备例13

在50mL单口烧瓶中加入0.02mmol有机铋离子化合物(X＝PF₆)和2.0mL甲醇、1.0mmol对氯苯甲醛(R¹＝p-ClC₆H₄)和1.0mmol乙胺(R⁴＝n-C₂H₅)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，0℃下进行反应1小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为83％，(E)-2-(4-氯苄烯)环己酮的选择性为100％。

制备例14

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol有机铋离子化合物(X＝PF₄)和2.0mL水、1.0mmol对三氟甲基苯甲醛(R¹＝p-CF₃C₆H₄)和1.0mmol乙胺(R⁴＝n-C₂H₅)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环戊酮(R²-R³＝-(CH₂)₃-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-三氟甲基苄烯)环戊酮，产率为100％，(E)-2-苄烯环戊酮的选择性为92％。

制备例15

在50mL单口烧瓶中加入0.09mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₈F₁₇)和2.0mL乙醇、1.0mmol对甲基苯甲醛(R¹＝p-CH₃C₆H₄)和1.0mmol正丙胺(R⁴＝n-C₃H₇)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，120℃下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-甲基苄烯)环己酮，产率为90％，(E)-2-(4-甲基苄烯)环己酮的选择性为100％。

制备例16

在50mL单口烧瓶中加入0.12mmol有机铋离子化合物(X＝OSO₂CF₃)和2.0mL水、1.0mmol对甲氧基苯甲醛(R¹＝p-CH₃OC₆H₄)和1.0mmol环己胺(R⁴＝C₆H₁₁)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环戊酮(R²-R³＝-(CH₂)₃-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，30℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-(4-甲氧基苄烯)环戊酮，产率为93％，(E)-2-(4-甲氧基苄烯)环戊酮的选择性为97％。

制备例17

在50mL单口烧瓶中加入0.03mmol有机铋离子化合物(X＝HSO₃)和2.0mL甲醇、1.0mmol苯甲醛(R¹＝p-CH₃OC₆H₄)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol丙二酸二乙酯(R²＝OC₂H₅，R³＝C(O)OC₂H₅)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：二甲基-2-苄烯马来酸酯，产率为99％，二乙基-2-苄烯马来酸酯的选择性为100％。

制备例18

在50mL单口烧瓶中加入0.07mmol回收有机铋离子化合物(X＝OSO₂C₄F₉)和2.0mL水、1.0mmol正辛醛(R¹＝C₇H₁₅)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，25℃下进行反应7小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-正辛烯环己酮，产率为100％，(E)-2-正辛烯环己酮的选择性为100％。

为了进一步说明本发明方法的优越性，选用以下现有技术中的合成途径作为对比：

比较例1

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol三氟磺酸铋(Bi(OSO₂CF₃)₃)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，20℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为64％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为86％。

比较例2

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol三氟磺酸铋(BiCl₃)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，20℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为34％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为56％。

比较例3

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol二丁基锡二甲氧烷(Bu₂Sn(OCH₃)₂)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝，n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，20℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为34％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为79％。

比较例4

在50mL单口烧瓶中加入0.05mmol氢氧化钠(NaOH)和2.0mL水、1.0mmol苯甲醛(R¹＝Ph)和1.0mmol正丁胺(R⁴＝n-C₄H₉)，搅拌5分钟后，加入1.2mmol环己酮(R²-R³＝-(CH₂)₄-)，置于带磁力搅拌的水浴反应器中，20℃下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为：(E)-2-苄烯环己酮，产率为10％，(E)-2-苄烯环己酮的选择性为81％。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种(E)-α，β-不饱和羰基化合物的合成方法，其特征在于，以醛和酮为原料，采用含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂，脂肪胺为助催化剂，质子溶剂中进行催化反应，制得(E)-α，β-不饱和羰基化合物。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述主催化剂是具有结构式I的阳离子型有机铋配合物：

其中，该配合物中的Bi³⁺除与配体中的两个碳原子成键外，还与配体中的硫原子形成配位键、与对应的阴离子形成离子键。

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述结构式I中的X基团是带有较强拉电能力的阴离子，优选全氟烷基磺酸根离子、PF₆ ^-、BF₄ ^-、ClO₄ ^-、HSO₃ ^-或HSO₄ ^-。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的合成方法，其特征在于，所述主催化剂的摩尔添加量为0.01-12％。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述助催化剂脂肪胺是选自环己胺、正丁胺、正丙胺或乙胺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，优选苯甲醛、对氯苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、对硝基苯甲醛或糠醛。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，优选环己酮、环戊酮、丙酮、苯乙酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙酰丙酮。

8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述质子溶剂优选甲醇、乙醇或水。

9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述催化反应的条件为：在0-120℃下反应0.5-12小时。