CN102101035B - 一种适用于羟醛反应的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于羟醛反应装置领域，涉及一种将催化剂固定在固定相上的层析柱，所述层析柱为一种适用于羟醛反应的反应装置。所述反应装置为层析柱，层析柱中的固定相为二氧化硅，并且二氧化硅的表面连接催化剂脯氨酸，连接二氧化硅和催化剂脯氨酸的偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。由于本发明将催化剂固定在固定相上，流动相反应原料能够重复流过催化剂，使得反应能够完全进行，而且催化剂不会残留在反应产物中，方便反应产物的分离。
Description
技术领域
本发明属于羟醛反应装置领域，涉及一种将催化剂固定在固定相上的层析柱，所述层析柱为一种适用于羟醛反应的反应装置。
背景技术
羟醛反应的名称来源于反应产物羟醛，即羟基醛。最早发现的羟醛反应是乙醛分子间发生的羟醛反应，产物是一个带羟基的醛，所以得名为羟醛反应。除了醛以外，酮、酯、酰胺等也可以发生羟醛反应。
羟醛反应简单说就是两个醛或者酮分子之间发生的反应。如下述反应式所示：
在碱性条件下两分子乙醛相互作用形成一个新的碳-碳键，生成产物a，即β-羟基丁醛。当反应在较低温度下进行时可以分离得到该羟基醛，反应属于加成反应；当在较高温度下反应时得到脱水产物α,β-不饱和醛b，即巴豆醛，此时反应属于缩合反应。在不对称有机合成中，羟醛加成反应比较重要。
羟醛反应的反应机理：以醛为例，羟醛反应的第一步是一个醛分子在碱的作用下生成亲核性的烯醇盐，然后进攻另一个醛分子亲电的羰基，生成产物羟醛,反应过程参见如下反应式：
羟醛反应也可以在酸的催化下进行，不过一般用碱来催化。上面式子中两个醛分子的R可以相同，也可以不同。不同的醛分子间的反应称为交叉羟醛反应。从上述反应式里可以看出反应生成了一个碳-碳键，同时能生成两个手性中心，这在不对称合成上有重要意义，所以羟醛反应历来备受有机合成化学家们的重视。
上述反应过程中，生成烯醇或烯醇盐的过程称为烯醇化。当一个非对称的酮烯醇化的时候，存在两种可能，具体参见以下反应式：
实验表明，碱催化条件下反应受动力学控制，烯醇化脱质子，为主要影响因素，产物以2b为主。而在酸催化下反应受热力学控制，生成取代度较高较稳定的烯醇，即对应于烯醇盐2a的烯醇。由于烯醇的中间态有不同形式，而且不稳定，因此，提高羟醛反应的的选择性不是太高。
现有技术中，为了提高羟醛反应的选择性，一般有两种反应途径进行定向缩合：
1、将底物酮转变成烯醇的形式进行反烯醇负离子应：如向山（Mukaiyama）羟醛反应，即三甲基氯硅烷与烯醇形成硅醚，把烯醇的双键固定，分离后再与醛或酮反应；或者用LDA将不对称酮大部分转变成动力学控制的烯醇负离子，再用三甲基氯硅烷分离。
2、选用合适的酸性催化剂或碱性催化剂来提高羟醛缩合反应的选择性；常用的酸性催化剂有(VO)2P2O7、α-VOPO4、铌酸和MFI沸石等。在酸性催化剂的阳离子活性中心醛羰基活化形成烯醇正碳离子从而发生缩合反应。但是这些常用的催化剂虽然活性较高，转化率较好，但是在有机合成中应用最多的是交叉羟醛缩合，即利用两个不同的醛或酮进行混合羟醛缩合反应，可得到 α,β-不饱和醛酮。如果两反应物都有活泼的α氢，将得到四种混合产物，若产物难以分离，这就没有多大的利用价值。
所以开发一种活性较高而且选择性较好，反应产物易分离的催化剂是羟醛反应的目标。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种适用于羟醛反应的反应装置，使羟醛反应更绿色、温和，提高羟醛反应的选择性，使反应产物容易分离。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于羟醛反应的反应装置，所述反应装置为层析柱，其中，层析柱中的固定相为二氧化硅，并且二氧化硅的表面连接催化剂脯氨酸，连接二氧化硅和催化剂脯氨酸的偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
上述技术方案中，所述二氧化硅为尺寸为100-200目、200-300目、300-400目的二氧化硅粉末。
上述技术方案中，将催化剂脯氨酸连接到二氧化硅的表面的方法具体为：将硅胶粉分散于酸性溶液中，在60～70℃下搅拌10～14h，然后冷却，经过过滤烘干处理，然后分散于溶剂中，在40℃-60℃条件下加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌10-16h，再把脯氨酸加入溶液中，保持搅拌4-8h；所述酸性溶液选自：盐酸、硫酸或硝酸的水溶液；所述溶剂选自：正己烷、氯仿、二氯甲烷、甲醇、丙酮或乙醇。
将上述表面连接催化剂脯氨酸的二氧化硅通过加压的方式组装成层析柱，然后用乙醇冲洗，把未连接到硅胶上的脯氨酸冲洗下来。
本发明同时要求保护一种催化羟醛反应的方法：采用上述层析柱作为羟醛反应的反应装置，反应底物溶液以流动相的形式流过负载有催化剂脯氨酸的二氧化硅层析柱，将层析柱待液体全部流完，再把收集的溶液再倒入层析柱，重复2～4次，得到羟醛反应产物；优选地，将层析柱竖直放置，将反应底物溶液倒入层析柱中，依靠重力自然下流。
上述技术方案中，所述反应底物溶液为现有技术中羟醛反应的反应物；优选的技术方案中，所述反应底物溶液为醛和酮的混合物溶液，其中，醛为苯甲醛或单取代的苯甲醛，所述单取代的苯甲醛上的取代基选自：卤素、硝基、苯基、甲氧基；所述酮选自：丙酮、苯乙酮或单取代的苯乙酮，所述单取代的苯乙酮上的取代基为卤素或硝基；更优选的技术方案中，所述醛选自：苯甲醛、对硝基苯甲醛、对腈基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、2-甲氧基苯甲醛、2-氯苯甲醛、2-溴苯甲醛、2-硝基基苯甲醛、3-硝基基苯甲醛或对苯甲醛；所述酮选自：丙酮、苯乙酮、对溴苯乙酮、对氯苯乙酮或对硝基苯乙酮；其中，醛与酮的摩尔比为8～12∶1。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．由于本发明将催化剂固定在固定相上，流动相反应原料能够重复流过催化剂，使得反应能够完全进行，而且催化剂不会残留在反应产物中，方便反应产物的分离。
2．本发明所述制备负载型催化剂的方法简单易操作，而且不涉及高温煅烧工艺，易于操作，且成本较低，适于推广应用。
附图说明
图1是实施例一中催化剂脯氨酸负载到二氧化硅表面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明（实用新型）作进一步描述：
实施例一：参见图1，负载脯氨酸的二氧化硅催化剂的制备
将100ml，300-400目硅胶粉分散于酸性溶液中，在60-70℃条件下搅拌12h，然后冷却，处理，然后分散于溶剂中，在40-60℃条件下加入7mL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，稳定搅拌12h，再把2g脯氨酸加入溶液中，保持搅拌4-8h。
实施例二：催化装置的搭建
按照权利要求合成连接有脯氨酸的硅胶粉，把硅胶粉装入层析柱中，然后通过加压使得硅胶能过填充均匀，然后加入足量的乙醇把未连接到硅胶上的脯氨酸冲洗下来，然后待用。
实施例三：催化不同醛酮化合物进行Aldol反应实验
操作流程：把以一定比例混合的醛酮混合溶液（原料1和原料2）倒入层析柱中，依靠重力自然下流，待液体全部流完，再把收集的溶液再倒入实施例二所得层析柱，重复三次。然后取样进行GC测定反应物的成分以及产率，结果见表1。
测试仪器为带氢火焰检测器的气相色谱仪，样品气为钢瓶标气，
色谱仪条件：主机：GC-2014气相色谱仪；色谱柱：5A分子筛填充柱；柱温：100℃，检测器温：300℃。
表1 不同原料进行Aldol反应的结果
| 10mmol原料1 | 原料2 | 产物 | 产率/% | |
| 1 | 苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
85 |
| 2 | 对硝基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
82 |
| 3 | 对腈基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
81 |
| 4 | 对氯苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
83 |
| 5 | 对溴苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
81 |
| 6 | 对甲氧基苯甲醛 | 100ml丙酮 | 78 | |
| 7 | 2-甲氧基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
68 |
| 8 | 2-氯苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
80 |
| 9 | 2-溴硝基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
81 |
| 10 | 2-硝基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
82 |
| 11 | 3-硝基苯甲醛 | 100ml丙酮 |
 |
83 |
| 12 | 苯甲醛 | 100ml环己酮 | 81 | |
| 13 | 苯甲醛 | 15mmol苯乙酮 |
 |
76 |
| 14 | 苯甲醛 | 15mmol对溴苯乙酮 |
 |
75 |
| 15 | 苯甲醛 | 15mmol对氯苯乙酮 |
 |
75 |
| 16 | 苯甲醛 | 15mmol对硝基苯乙酮 |
 |
73 |
Claims (5)
1.一种适用于羟醛反应的反应装置，所述反应装置为层析柱，其特征在于，层析柱中的固定相为二氧化硅，并且二氧化硅的表面连接催化剂脯氨酸，连接二氧化硅和催化剂脯氨酸的偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述适用于羟醛反应的反应装置，其特征在于，所述二氧化硅为尺寸为100-200目、200-300目、300-400目的二氧化硅粉末。
3.一种催化羟醛反应的方法，其特征在于，采用权利要求1所述层析柱作为羟醛反应的反应装置，常温常压下，将反应底物溶液以流动相的形式流过负载有催化剂脯氨酸的二氧化硅层析柱，待液体全部流完，再把收集的溶液再倒入层析柱，重复2～4次，得到羟醛反应产物；所述反应底物溶液为现有技术中羟醛反应的反应物。
4.根据权利要求3所述催化羟醛反应的方法，其特征在于，所述反应底物溶液为醛和酮的混合物溶液，其中，醛为苯甲醛或单取代的苯甲醛，所述单取代的苯甲醛上的取代基选自：卤素、硝基、苯基、甲氧基；所述酮选自：丙酮、苯乙酮或单取代的苯乙酮，所述单取代的苯乙酮上的取代基为卤素或硝基。
5.根据权利要求4所述催化羟醛反应的方法，其特征在于，所述醛选自：苯甲醛、对硝基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、2-甲氧基苯甲醛、2-氯苯甲醛、2-溴苯甲醛、2-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛或对苯甲醛；所述酮选自：丙酮、苯乙酮、对溴苯乙酮、对氯苯乙酮或对硝基苯乙酮；其中，醛与酮的摩尔比为8～12∶1。
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