CN101575274A - 2-烷基环戊(己)酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种得率高、成本低、产品纯度高、整个工艺流程短、三废产生少的制备2－烷基环戊(己)酮的方法。该方法的特征在于：引发剂是1，1－二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯。
Description
技术领域
本发明涉及2-烷基环戊(己)酮的制备方法。尤其涉及以一步法获得2-烷基环戊(己)酮的制备方法。
背景技术
现有的2-取代环戊(己)酮的制备方法主要有如下三种。
第一种为两步法。即，以下述式(I)所示的环戊(己)酮为原料，与脂肪醛缩合生成下述式(II)所示的2-烷烯基环戊(己)酮，再催化氢化生成下述式(III)所示的2-取代环戊(己)酮。
该方法在很多文献中都有报道，如Eur.Pat.Appl.，1577287，21 Sep 2005；Jpn.Kokai Tokkyo Koho，2004203844，22 Jul 2004；Eur.Pat.Appl.，1433773，30Jun 2004；Eur.Pat.Appl.，1433772，30 Jun 2004；Synthesis，(7)，592-595，1990等。在羟醛缩合中主要使用强碱催化剂，如氢氧化钠、氢氧化钾等。该方法的缺点是在反应过程中会发生醛酮自身缩合的副反应，导致得率不高，并且需要进行精馏以处理副产物，操作较复杂，成本高。
第二种为三步法。即，使下述式(IV)所示的二元羧酸经过缩合生成下述式(V)所示的2-羧基环戊(己)酮，再与溴代物反应生成下述式(VI)所示的2-取代-2-羧酸环戊(己)酮，最后经过脱羧生成下述式(III)所示的2-取代环戊(己)酮。
由三步法生成2-取代-2-羧酸环戊(己)酮在Journal of Organic Chemistry，50(18)，3416-3417，1985；Tetrahedron，43(18)，4107-4112，1987；PCT Int.Appl.，9724308，10 Jul 1997等专利和文献中都有报道，其中，生成上述式(V)所示的化合物时存在反应体系变粘、流动性不好等问题，该问题是影响得率的主要因素，另外，该方法整个工艺的成本较高。
第三种为一步法。即，以下述式(I)所示的环戊(己)酮为原料，通过自由基反应，在引发剂催化下与烯烃加成一步得到下述式(III)所示的2-取代环戊(己)酮。
在Russian Journal of Applied Chemistry，English，70，4，1997，621～626和Izvestiya Akademii Nauk SSSR，Seriya Khimicheskaya(1965)，(5)，876～882，Nikishin，G.I.等人报道了以二叔丁基过氧化物为引发剂，在130～170℃条件下，进行1-庚烯与环戊(己)酮和脂肪酮的加成反应。在Uzebekskii KhimicheskiiZhural(1969)，13(2)，29～31中报道了使环戊酮与烯烃在叔丁基过氧化氢的引发下进行反应，来合成2-取代环戊酮，据介绍在常压下回流得率大约20％左右，而用高压釜来做上面的反应，结果得率能提高到46％左右。在Tezisy Resp.Nauchn.Konf.Molodykh Uch.-Khim.Azerb.(1974)，40-1，Kh.M等人报道了通过在加压下使得反应温度提升到160℃，并且使用二叔丁基过氧化物作为引发剂，使C5-C7烯烃的进行加成反应，结果反应的得率比常压有所提高。
在Zhur.Org.Khim.(1977)，13，2498～2504中，Bцнозpaoe，M.T.等人报道了使环酮和脂肪酮在醋酸锰催化下，与烯烃加成来合成2-取代的环酮和取代脂肪酮；在Azerbaidzhanskii Khimicheskii Zhurnal(1973)，(4)，29～36，Nauchn.Osn.Pererab.Nefti Gaza Neftekhim.，Tezisy Dokl.，Vses.Konf.(1977)，172-173、Doklady-Akademiya Nauk Azerbaidzhanskoi SSR(1975)，31(8)，28-31，Azarbaycan Neft Tasarrufati(1975)，(9)，69-72，79和文献AzerbaidzhanskiiKhimicheskii Zhurnal(1979)，(3)，42-46中，Mekhtiev，S.D.等人也报道了通过使用二叔丁基过氧化物和叔丁基过氧化氢作为引发剂，使烯烃与环戊酮或环己酮进行自由基加成来合成2-取代环戊(己)酮，此反应主要是通过在高压釜中提高反应温度来实现的，反应的得率都不高。
两步法和三步法由于如上所述存在诸多缺点和限制，在工业应用中有一定局限性。而关于一步法，虽然前人也有过一定的研究，但是所有的研究都仅停留在某一阶段，都仅研究温度对反应得率的影响，而且，实质上其反应得率也并不是很理想。
发明内容
本发明就是鉴于上述的目前的情况而进行的，目的是提供一种得率高、成本低、产品纯度高、整个工艺流程短、三废产生少的合成2-烷基环戊(己)酮的方法。
本发明人发现当以环戊(己)酮与烯烃为原料，按照一步法合成2-烷基环戊(己)酮时，若采用1，1-二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯为引发剂的话，能够获得理想的效果。
即，本发明提供如下的技术方案。
[1]2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：引发剂为1，1-二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯。
[2]根据[1]记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为5～20∶1∶0.05～0.5。
[3]根据[1]记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为7～15∶1∶0.1～0.3。
[4]根据[1]记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为9～12∶1∶0.19～0.23。
[5]根据[1]～[4]中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：所述烯烃为碳原子数3～15的烯烃。
[6]根据[1]～[4]中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：所述烯烃为1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯或1-十一碳烯。
[7]根据[1]～[6]中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：反应温度为80～180℃。
[8]根据[1]～[6]中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：反应温度为反应发生回流的温度。
根据本发明的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，能够以高得率、低成本生产出高纯度的产品，而且整个工艺流程短、三废产生少。
具体实施方式
在自由基反应中，如果选择适合的温度和适合的引发剂，则有利于反应以一个适合的速度进行，其结果能够得到理想的产品。即，特定的反应原料有着其特定的适合的反应温度，而特定的引发剂也有着其适合的产生自由基的特定温度，因此当根据反应原料的特定的适合的反应温度针对性地选择引发剂时，能够起到事半功倍的效果，省去了从众多的引发剂中选择适合的引发剂的麻烦。本发明人基于上述认识对制备2-烷基环戊(己)酮的反应进行了研究，发现当使用1，1-二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯作为引发剂时，反应的得率显著提高。
本发明人还发现，对于生产2-烷基环戊(己)酮而言，在原料环戊(己)酮的沸点温度下进行反应时，能够得到很好的效果。并且发现，在进行该反应时，如果使用1，1-二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯作为引发剂，可以得到很好的效果。
即，本发明为生产2-烷基环戊(己)酮的方法，以环戊(己)酮和烯烃为原料，在自由基引发剂催化下，通过一步反应来实现，具体反应过程如下：将环戊(己)酮和引发剂计量加入到反应器中，升温到80～180℃下加入烯烃，后回流6～7小时，降温回收过量的环戊(己)酮，剩余液进行减压精馏可以得到含量99％以上的产品。
本发明人对过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化乙酸叔丁酯、1，1-二叔丁基过氧化环己烷、二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化环己烷等进行了实验，结果发现在本发明中以1，1-二叔丁基过氧化环己烷或过氧化苯甲酸叔丁酯作为引发剂时，可以得到很好的效果。
在本发明中，也可以并用1，1-二叔丁基过氧化环己烷和过氧化苯甲酸叔丁酯，但是从操作的简便性角度考虑，优选单独使用。
本发明所用的烯烃可以为C3～C15的烯烃，优选1-戊烯、1-己烯、1-庚烯或1-辛烯
反应温度为80～180℃。但是，考虑操作性，优选在常压下，在回流条件下进行反应，即优选在环戊(己)酮的沸点温度，边回流边进行反应。关于环戊(己)酮的沸点温度，通常是环戊酮为130℃，环己酮为155.6℃，但根据具体环境该温度会有所不同，在本发明中，只要是能够发生回流的温度即可。
反应的物料配比为环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂(摩尔比)＝5～20∶1∶0.05～0.5，更优选7～15∶1∶0.1～0.3，特别优选9～12∶1∶0.19～0.23。
在生产2-烷基环戊(己)酮的过程中，环戊(己)酮的使用量应当在上述范围内。若使用环戊(己)酮的量过少，反应的得率较低，而使用的环戊(己)酮过大，虽然能提高2-烷基环戊(己)酮的得率，但是过多的使用环戊(己)酮会增加能耗，同时反应得率在环戊(己)酮增加到一定量时基本上不会再增加，本发明以1摩尔的烯烃计，需要环戊(己)酮5～20摩尔，另外本发明将过量的环戊(己)酮循环使用，即用回收的环戊(己)酮作为新鲜的环戊(己)酮使用，对产品收率没有任何影响，使得环戊(己)酮得到充分利用，同时该工艺过程一步就可以得到产品，回收过量的环戊(己)酮循环使用，中间不用进行其他化学处理和使用其他溶剂的处理，也使本发明成为接近零排污的清洁工艺。
本发明以1摩尔的烯烃计，需要引发剂0.05～0.5摩尔，如果引发剂用量过少，则反应速度慢，并且使副反应增加；如果用量过多，则反应过快，导致副反应增加，得率下降。
实施例
下面通过实施例和比较例对本发明作进一步的描述。但是，本发明并不限定于这些实施例。也就是说，本说明书中虽然没有对所有的环戊(己)酮和烯烃和引发剂的组合进行一一记载，但是这并不能被理解为没有记载的组合就不能实现本发明。
此外，在下述实施例和比较例中，产品的含量是采用气相色谱进行测定。得率是以烯烃为基准进行计算的。在计算得率时，如果产品的纯度高达99％，则为了便于计算，在本领域通常会按照100％来计算。即，在本发明中，得率是根据本领域的惯用手法，按照以下公式进行计算，并进行四舍五入取到小数点1位。
产品得率＝(产品克数/产品分子量)/烯烃摩尔数×100％
实施例1：合成2-戊基环戊酮
采用1，1-二叔丁基过氧化环己烷(其纯度为80％，以下相同)作为引发剂进行合成。在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到11.5克含量99％的产品。
得率＝(11.5/154)/0.1×100％＝74.7％
将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
实施例2：合成2-戊基环戊酮
采用过氧化苯甲酸叔丁酯(其纯度为75％，以下相同)作为引发剂进行合成。在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，5克(0.019摩尔)过氧化苯甲酸叔丁酯，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应7小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到11.8克含量99％的产品，得率76.6％。将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
比较例1：合成2-戊基环戊酮
作为比较例1，采用现有技术中的二叔丁基过氧化物(其纯度为99％，以下相同)作为引发剂进行合成。在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，4克(0.027摩尔)二叔丁基过氧化物，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到7克含量99％的产品，得率45.5％。将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
实施例3：合成2-戊基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，5克(0.019摩尔)过氧化苯甲酸叔丁酯，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到12.8克含量99％的产品，得率76.2％。将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
实施例4：合成2-戊基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到13.1克含量99％的产品，得率78％。将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
比较例2：合成2-戊基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，3克(0.021摩尔)二叔丁基过氧化物，搅拌加热，回流状态下5小时内加入7克(0.1摩尔)1-戊烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到7.8克含量99％的产品，得率46.4％。将原料的配比及产品的得率汇总到表1。
表1
从上述实施例1和2以及比较例1来看，就合成2-戊基环戊酮来说，本发明的采用过氧化苯甲酸叔丁酯或1，1-二叔丁基过氧化环己烷作为引发剂的实施例1和2中，产品得率超过70％。而采用以往的二叔丁基过氧化物作为引发剂的比较例1中，产品得率仅为45.5％。
从上述实施例3和4以及比较例2来看，就合成2-戊基环己酮来说，本发明的采用过氧化苯甲酸叔丁酯或1，1-二叔丁基过氧化环己烷作为引发剂的实施例3和4中，产品得率超过70％。而采用以往的二叔丁基过氧化物作为引发剂的比较例2中，产品得率仅为46.4％。
比较例3～7
在比较例3～7中，将过氧化甲乙酮、过氧化乙酸叔丁酯、二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化环己烷作为引发剂，按照下表2表示的配合进行合成，其他条件与实施例1相同。将产品的得率一并表示在表2中。
表2
从表2可以知道，采用了过氧化甲乙酮、过氧化乙酸叔丁酯、二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化环己烷这些引发剂的比较例1～7的得率都比较低。
实施例5：合成2-己基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入8.4克(0.1摩尔)1-己烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到13.7克含量99％的产品，得率75.3％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例6：合成2-庚基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入9.8克(0.1摩尔)1-庚烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到15.5克含量99％的产品，得率79.1％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例7：合成2-辛基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入11.2克(0.1摩尔)1-辛烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到16.0克含量99％的产品，得率76.2％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例8：合成2-壬基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入12.6克(0.1摩尔)1-壬烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到16.6克含量99％的产品，得率74.3％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例9：合成2-癸基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入14克(0.1摩尔)1-癸烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到17.5克含量99％的产品，得率73.5％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例10：合成2-十一烷基环己酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入98克(1摩尔)环己酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入15.4克(0.1摩尔)1-十一碳烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到18.2克含量99％的产品，得率72.2％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例11：合成2-己基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入8.4克(0.1摩尔)1-己烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到13.3克含量99％的产品，得率79.2％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例12：合成2-庚基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入9.8克(0.1摩尔)1-庚烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到14.2克含量99％的产品，得率78.1％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例13：合成2-辛基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入11.2克(0.1摩尔)1-辛烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到15.0克含量99％的产品，得率76.5％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。实施例13：合成2-辛基环戊酮
实施例14：合成2-壬基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入12.6克(0.1摩尔)1-壬烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到15.8克含量99％的产品，得率75.4％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例15：合成2-癸基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入14克(0.1摩尔)1-癸烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到16.5克含量99％的产品，得率73.6％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
实施例16：合成2-十一烷基环戊酮
在装有搅拌回流装置和温度测量的反应瓶中，加入80克(0.95摩尔)环戊酮，8克(0.023摩尔)1，1-二叔丁基过氧化环己烷，搅拌加热，回流状态下5小时内加入15.4克(0.1摩尔)1-十一碳烯，加完继续回流反应6小时，回收过量环戊酮，后减压精馏，得到17.3克含量99％的产品，得率72.8％。将原料的配比及产品的得率汇总到表3。
表3
从上述实施例5～16来看，当采用本发明的引发剂合成2-己基环己酮、2-庚基环己酮、2-辛基环己酮、2-壬基环己酮、2-癸基环己酮、2-十一烷基环己酮、2-己基环戊酮、2-庚基环戊酮、2-辛基环戊酮、2-壬基环戊酮、2-癸基环戊酮或2-十一烷基环戊酮时，同样也能够得到得率不错的产品。
实施例17～28、以及比较例8～11
除了按照下述表4来变更原料的种类和配比以外，其他按照实施例1进行合成。将产品的得率一并表示在表4中。
表4
从上述表4可以知道，当原料范围处于环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂＝5～20∶1∶0.05～0.5时，能够得到较好的效果，而当处于7～15∶1∶0.1～0.3时，效果更佳，尤其是处于9～12∶1∶0.19～0.23时，效果非常优异。
工业实用性
采用本发明的制备方法合成2-烷基环戊(己)酮的话，得率高、成本低、产品纯度高、整个工艺流程短，而且符合清洁生产。因此，本发明的2-烷基环戊(己)酮的制备方法具有很高的经济价值和社会价值。
Claims (8)
1.2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：引发剂为1，1-二叔丁基过氧化环己烷和/或过氧化苯甲酸叔丁酯。
2.根据权利要求1记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为5～20∶1∶0.05～0.5。
3.根据权利要求1记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为7～15∶1∶0.1～0.3。
4.根据权利要求1记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：环戊(己)酮∶烯烃∶引发剂的使用量按照摩尔比计为9～12∶1∶0.19～0.23。
5.根据权利要求1～4中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：所述烯烃为碳原子数3～15的烯烃。
6.根据权利要求1～4中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：所述烯烃为1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯或1-十一碳烯。
7.根据权利要求1～6中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：反应温度为80～180℃。
8.根据权利要求1～6中的任一项记载的2-烷基环戊(己)酮的制备方法，其特征在于：反应温度为反应发生回流的温度。
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