CN102964192B

CN102964192B - 一种醇氧化制醛或酮的方法

Info

Publication number: CN102964192B
Application number: CN201110256424.0A
Authority: CN
Inventors: 李军; 高爽; 张恒耘; 赵公大; 张毅; 吕迎
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102964192A

Abstract

本发明提供一种醇氧化制醛和酮的方法，该方法包括在酸性添加剂和液相条件下，用2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌(DDQ)为催化剂，亚硝酸钠为助催化剂，氧气(或空气)为氧化剂在有机溶剂中对醇进行氧化生成醛和酮。该方法反应条件温和，操作简便，金属污染少，是一种绿色环保的非金属催化醇氧化制醛酮的新方法。

Description

一种醇氧化制醛或酮的方法

技术领域

本发明涉及一种用于醇氧化制醛或酮的方法。

背景技术

醇类选择性氧化成羰基化合物是有机合成中的一个重要反应，并广泛的应用于实验室和工业生产中，且在精细化学工业中起着关键的作用。用2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌(DDQ)把醇氧化成醛和酮是已知的一种方法。(参见Becker等人，The Journal of Organic Chemistry，45卷，1596-1600页(1980年))。但是由于DDQ比较昂贵，$526/mol(参见2009-2010Aldrichcatalog)，同时由于他的结构中含有两个-CN基团，易水解，且产生一定的毒性。由此限制了它的使用。从经济和环境友好的角度考虑，人们一直在寻找一种能够使DDQ循环起来的方法，如式1所示，即用氧化剂使DDQ的还原产物DDQH氧化为DDQ从而使氧化反应连续进行。2010年Floreancig等报道了以MnO₂为氧化剂DDQ为催化剂可以有效地进行氧化反应(Organic Letters2010，12，(20)，4686-4689)，2011年，Helquist等用Mn(OAc)₃为氧化剂，DDQ为催化剂催化醇氧化制醛酮(Organic Letters 2011，13，(8)，2071-2073)。虽然上述两种方法都成功地实现了DDQ催化氧化反应，但是DDQ的用量较高为20mol％，而氧化剂Mn盐的用量为底物的6倍。反应之后会产生大量的金属盐，后处理麻烦，且不符合环境友好的要求。

式1

发明内容

本发明目的在于克服上述氧化体系存在后处理麻烦，污染等问题提供一种DDQ催化氧化醇制取醛酮的新方法。该方法采用价廉绿色氧化剂氧气或空气，降低了生产成本，对环境没有污染。

本发明提供一种醇氧化制醛和酮的新方法，该方法包括如下步骤：在酸性添加剂存在和液相条件下，用2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌(DDQ)为催化剂，亚硝酸钠为助催化剂，氧气(或空气)为氧化剂在有机溶剂中对醇进行氧化。其中所述添加剂为酸性添加剂，包括：高氯酸，盐酸，硫酸，磷酸，硝酸，对甲苯磺酸，乙酸，丙酸，丁酸和强酸性离子交换树脂等固体酸。其中酸的用量和底物醇用量的摩尔比为10∶100-100∶100。酸性添加剂对反应起着至关重要的作用，没有添加剂氧化反应不发生或只得到低收率的产物。。

本发明所述溶剂包括二氯乙烷，二氯甲烷，三氯甲烷，甲苯，三氟甲苯，乙腈，二氧六环，乙酸乙酯，四氢呋喃等。所选的溶剂不仅与底物的溶解度有关，也和加入的酸有关，一般情况下，无机酸如高氯酸，盐酸，硫酸，磷酸，硝酸等，用二氧六环，四氢呋喃，乙腈溶剂为好。

本发明所使用的氧气或空气的压力为0.1MPa～1.0MPa。

本发明所适宜的底物为芳香醇：

其中R₁，R₂，R₃，R₄，R₅分别＝-H，Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-10)，-OR₉(R₉＝-H，Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-4))，NR₇R₈(R₇，R₈分别＝H，Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-4)，R₆＝H，Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-4)。烯丙醇：

其中R＝Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-10)，或为

等环状烯丙醇。炔丙醇：

其中R＝Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-10)，和其中R，R₁＝Ph，-C_nH_2n+1(n＝1-10)。

本发明适合的反应温度典型的约为20℃～100℃。优选的，该反应约在25℃-60℃进行。如果底物的活性高的话，尽量采用温度相对较低的条件下进行反应，这样可以避免(或减少)副产物脂类化合物和醚类化合物的生成。因为在温度较高的条件下，酸也可以催化醇生成脂和醚。

本发明中2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌和醇以0.5∶100～15∶100的摩尔比进行反应。优选为1∶100～10∶100。DDQ的用量与底物的活性有关，活性高的底物，DDQ的用量较少，活性低的物质DDQ的用量就有所增加。2，3-二氯-5，6-二氰对苯醌(DDQ)和亚硝酸钠以1∶1～1∶20的摩尔比进行反应。反应结束后，将反应体系冷却至室温，然后慢慢放出氧气(或空气)，减压除去溶剂，所得混合物溶于二氯甲烷，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱层析后可得到纯度高的产物。

由于上述技术的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本催化体系的氧化反应，使用绿色价廉的氧气(或空气)为氧源；避免了使用现有技术中毒性和危险性较大的氧化剂，如：Mn(OAc)₃和MnO₂等，对环境友好，而且成本相对较低。

2、由于氧气，催化剂，助催化剂和添加剂的使用使反应条件温和，选择性高，操作简单，产品易分离。

具体实施方式

下面通过一些实施例详细说明本发明的具体实施步骤，不应将这些实施例当做本发明范围限制。常压反应在500mL圆底烧瓶中进行，加压反应在带有聚四氟内衬的100mL不锈钢反应釜中进行的。

实施例1-11反应条件的考察

首先我们以乙酸为添加剂，以肉桂醇为模型底物对反应条件进行了初步考察，结果见表1

表1反应条件的考察

注：肉桂醇的用量为0.1mol。二氯甲烷为溶剂100mL。反应时间25h。

0.1 MPa O₂。DDQ，NaNO₂，HOAc的用量分别是相对于肉桂醇的用量。

从表1可知DDQ对反应最为重要，没有DDQ反应不进行，亚硝酸钠和乙酸已很重要，不加入反应进行的不好只有7-12％的产品收率。当DDQ，亚硝酸钠，乙酸加入比例匹配是产物可以得到大于90％的收率。当然氧气也很重要，它是最终的氧化剂。反应温度高，氧气压力大，得到相同收率的产物所需的反应时间少。

实施例11-乙酸的用量对反应的影响

注：肉桂醇的用量为0.1mol。二氯甲烷为溶剂100mL。反应温度35℃，反应时间25h。DDQ，NaNO₂ HOAc的用量分别是相对于肉桂醇的用量。从表2可见乙酸的用量对反应用很大影响，当乙酸和底物的摩尔比大于1∶10是为好。氧气为氧化剂的反应速度快于空气为氧化剂。

18、肉桂醇氧化

在500mL圆底烧瓶中加入134.18g肉桂醇，11.35g DDQ，69.0g亚硝酸钠，280mL甲苯，10mL乙酸，0.1MPaO₂，25℃搅拌36h。反应结束减压除去溶剂，所得到的混合物溶于二氯甲烷，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱层析得到130g(98％收率)肉桂醛。¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ9.71(d，J＝7.8Hz，1H)，7.60-7.52(m，3H)，7.47-7.42(m，3H)，6.75(dd，J＝15.9，7.8Hz，1H)。

19、对羟基苯甲醇氧化

将124.2g对羟基苯甲醇，22.7g DDQ，13.8g亚硝酸钠，340mL二氧六环和20g强酸性离子交换树脂Amberlyst-15加入到反应瓶中，密闭，交换氧气3次，连接氧气气球，35℃搅拌24h。过滤，减压除去二氧六环，所得混合物溶于二氯甲烷，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到100g(81％收率)对羟基苯甲醛。¹H NMR(300MHz，CDCl₃，)：δ6.96(d，J＝7.6Hz，2H)，7.79(d，J＝7.6Hz，2H)，9.86(s，1H)，10.6(s，1H)。

20、苯甲醇氧化

将10.8g苯甲醇，1.3g DDQ，1.2g亚硝酸钠，50mL乙腈和1mL高氯酸加入到100mL不锈钢反应釜中，在0.3MPa的氧气压力下65℃反应40min.冷却至室温，慢慢放出氧气，减压除去溶剂，所得混合物溶于二氯甲烷，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到7.8g (80％收率)苯甲醛。¹H NMR(300MHz，CDCl₃，)：δ7.51(t，J＝7.6Hz，2H)，7.61(t，J＝7.2Hz，1H)，7.86(d，J＝7.6Hz，2H)，9.99(s，1H)。

21、二苯基甲醇氧化

将184.2g二苯基甲醇，20.5g DDQ，38.1g亚硝酸钠，290mL四氢呋喃，10mL浓盐酸加入到反应瓶中在0.1Mpa空气下，30℃反应15h，减压除去溶剂，所得混合物溶于二氯甲烷，碱洗，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到172g(94％收率)二苯酮。¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.46(m，2H)，7.57(m，2H)，7.79(m，2H)。

22、9-羟基芴氧化

将18.2g 9-羟基芴，2.27g DDQ，3.2g亚硝酸钠，50mL乙腈和2mL磷酸加入到100mL不锈钢反应釜中，在0.5MPa的空气压力下55℃反应12h，冷却至室温，慢慢放出空气，减压除去溶剂，所得混合物溶于二氯甲烷，碱洗，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到16g(93％收率)产物9-芴酮。黄色固体，mp 78-80℃，¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.67(d，J＝7.5Hz，2H)，7.56-7.47(m，4H)，7.30(dt，J＝7.2，1.2Hz，2H).

23、2-环己烯醇氧化

将98.14g 2-环己烯醇，22.7g DDQ，6.9g亚硝酸钠，300mL乙酸乙酯和30mL丁酸加入到反应瓶中，在0.1MPa O₂下，30℃反应12h.反应结束后，过滤，蒸馏除去乙酸乙酯和丁酸，所得混合物加入二氯甲烷溶解，水洗，干燥，除去二氯甲烷，分离得到89.6g(92％收率)2-环己烯酮。¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.00(dt，J＝9.9，4.2Hz，1H)，6.01(d，J＝10.2Hz，1H)，2.43(t，J＝7.2Hz，2H)，2.38-2.32(m，2H)，2.02(p，J＝6.3Hz，2H).

24、4-甲氧基-α-甲基苯乙醇氧化

将152g 4-甲氧基-α-甲基苯乙醇，11.35g DDQ，7.6g亚硝酸钠，350mL二氯乙烷和20mL丙酸加入到500mL反应瓶中，0.1Mpa空气条件下，35℃反应34h.除去溶剂，所得混合物加入二氯甲烷溶解，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到136g(90％收率)4-甲氧基-α-甲基苯乙酮。¹H NMR(300MHz，CDCl₃)：δ2.46(s，3H)，2.29(s，3H).7.75(d，J＝8.0Hz，2H)，7.14(d，J＝7.88Hz，2H)。

25、1-苯基-2-丙炔-1-醇氧化

将13.2g1-苯基-2-丙炔-1-醇，2.72g DDQ，12.42g亚硝酸钠，20mL二氯乙烷和5.5mL乙酸加入到100mL反应釜中，在0.1MPa的空气压力下35℃反应12h，，除去溶剂，所得混合物加入二氯甲烷溶解，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到8.0g(收率：61％)1-苯基-2-丙炔-1-酮。黄色固体熔点42.5-43.5℃；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ3.45(s，1H)，7.49(t，J＝7.4Hz，2H)，7.63(t，J＝7.4Hz，1H)，8.16(d，J＝7.4Hz，2H)。

26、3，4，5-三甲氧基苯甲醇氧化

将198.22g 3，4，5-三甲氧基苯甲醇，15.89gDDQ，48.3g亚硝酸钠，250mL乙腈加入到500mL反应瓶中，冰水冷却，慢慢加入4mL浓硫酸，密闭，连接空气气球，25℃反应5h.减压除去溶剂，所得混合物加入二氯甲烷溶解，碱洗，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到191g(收率：97％)3，4，5-三甲氧基苯甲醇，白色至微黄色针状晶体。熔点74-75℃，¹H NMR(300MHz，CDCl₃)：δ3.934(s，6H)，3.943(s，3H).7.13(m，2H)，9.87(s，1H)。

27、3-苯基-2-丙炔-1-醇氧化

将132.16g 3-苯基-2-丙炔-1-醇，22.7gDDQ，27.6g亚硝酸钠，200mL二氧六环，30mL乙酸密闭，连接空气气球，35℃反应10h.除去溶剂，所得混合物加入二氯甲烷溶解，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到100g苯丙炔醛(收率76％)，黄色液体，

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)：δ7.36(t，J＝7.6Hz，2H)，7.45(t，J＝8.0Hz，1H)，7.57(d，J＝7.2Hz，2H)，9.38(s，1H)。

28、1，3-二苯基-2-丙炔-1-醇氧化

将104.13g 1，3-二苯基-2-丙炔-1-醇，17.1gDDQ，15.5g亚硝酸钠，300mL二氯乙烷，60mL乙酸加入到500mL反应瓶中，密闭，连接空气气球，32℃反应10h.除去溶剂，所得混合物加入二氯甲烷溶解，水洗，干燥，除去二氯甲烷，柱分离得到90g苯丙炔醛(收率87％)，黄色液体。¹H NMR(400MHz，CDCl₃)：δ7.39(t，J＝7.6Hz，2H)，7.51-7.43(m，3H)，7.60(t，J＝7.6Hz，1H)，7.66(d，J＝7.2Hz，2H)，9.38(s，1H)。