CN103086852A - 一种制备2,3-蒎二酮的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备2,3-蒎二酮的新方法,该方法以β-蒎烯为原料,以丙酮为溶剂,以酸性高锰酸钾为氧化剂,β-蒎烯经选择性氧化生成诺蒎酮;采用KOH为催化剂,37%甲醛水溶液为羟甲基化试剂与诺蒎酮进行连续羟甲基化-消化反应生成3-亚甲基诺蒎酮;以高锰酸钾为氧化剂,采用丙酮-水混合溶剂,3-亚甲基诺蒎酮经选择性氧化生成2,3-蒎二酮。该方法的突出优点包括:简化了2,3-蒎二酮的合成工艺,克服了传统方法中所用的试剂SeO2和臭氧毒性大、容易爆炸、反应时间长、反应温度过低导致能耗大等不足,降低了2,3-蒎二酮的生产成本,提高了生产安全性,有较好的实用性。

Description

一种制备2,3-蒎二酮的新方法
技术领域
本发明涉及有机物的合成方法,具体涉及一种制备2,3-蒎二酮的新方法。
背景技术
2,3-蒎二酮,化学名为6,6-二甲基双环[3.1.1]庚-2,3-二酮,英文名为6,6-dimethylbicyclo[3.1.1]heptane-2,3-dione,分子式为C9H12O2,分子量为152,是一种黄色晶体,微溶于热水,不溶于冷水,溶于乙醇、乙酸乙酯、甲苯等有机溶剂,是一种重要的有机合成中间体,同时也是一种重要的生物活性物质。2,3-蒎二酮与重氮甲烷反应,生成具有高反应活性的a-环氧酮活性单体;2,3-蒎二酮也是一种重要的手性配体,用于合成新型的双螺旋烯;2,3-蒎二酮与羟胺和伯胺反应,再与醛进行环化生成环状萜烯基咪唑衍生物,用作羟醛缩合反应催化剂;Christophe等利用2,3-蒎二酮与1,2-二苯基乙二胺等邻二胺反应成功合成了2,3-diphenyl-pinazine和6,7-dimethyl-pinquinox等两种新型的手性配体。2,3-蒎二酮也是一种具有生物活性的双酮化合物,可用作蟑螂引诱剂的主要成分。
2,3-蒎二酮是一种蒎烯衍生物,其起始原料主要为α-蒎烯和β-蒎烯。Christophe等以SeO2作氧化剂氧化β-蒎烯制得松香芹酮,松香芹酮再经低温臭氧氧化和甲硫醚还原得到2,3-蒎二酮(scheme1)。
Figure BDA00002847331800011
该方法松香芹酮选择性差,得率低,仅为16%左右,而且所用的试剂SeO2和臭氧毒性较大,容易爆炸;在松香芹酮氧化制备2,3-蒎二酮的反应过程必须在超低温下进行,反应时间长达72h,导致此法难以大规模应用。Kulhánek等也以β-蒎烯为原料,但其合成方法与Christophe的完全不同。首先采用臭氧作氧化剂将β-蒎烯氧化成环氧化物,再以甲硫醚将环氧化物还原,制得诺蒎酮;以甲酸乙酯作羟亚甲基试剂与诺蒎酮反应制得3-亚甲基诺蒎酮;再以臭氧氧化和甲硫醚还原制得2,3-蒎二酮(scheme2)。
Figure BDA00002847331800021
西野等则以α-蒎烯为原料,采用间氯过氧苯甲酸作氧化剂将α-蒎烯氧化成2,3-.环氧蒎烷,再以二异丙基氨基锂作还原剂在四氢呋喃中进行还原,得到松香芹醇,再以吡啶为溶剂经CrO3氧化得到2,3-蒎二酮(Scheme3)。
Figure BDA00002847331800022
该方法所用二异丙基氨基锂需在无水无氧条件下进行,而且2,3-蒎二酮得率仅为42%(以松香芹醇为基准)。
就目前的3种合成方法看,均存在不同的缺点。为此,探索新的合成路线和合成方法是合成2,3-蒎二酮的研究方向之一。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种制备2,3-蒎二酮的新方法,以使其具有制备简单、成本低廉、产品质量好和得率高等优点。
技术方案:为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种制备2,3-蒎二酮的新方法,以β-蒎烯为原料,以丙酮为溶剂,以酸性高锰酸钾为氧化剂,β-蒎烯经选择性氧化生成诺蒎酮;采用KOH为催化剂,37%甲醛水溶液为羟甲基化试剂与诺蒎酮进行连续羟甲基化—消化反应生成3-亚甲基诺蒎酮;以高锰酸钾为氧化剂,采用丙酮-水混合溶剂,3-亚甲基诺蒎酮经选择性氧化生成2,3-蒎二酮。
具体反应路线为:
Figure BDA00002847331800023
其中,高锰酸钾与3-亚甲基诺蒎酮的摩尔比为2~4:1,优选为3:1。
所述的丙酮—水混合溶剂,丙酮与水的体积比为10:1。
高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应温度为0~15℃,优选为5℃。
高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应时间为1~9h,优选为6h。
上述制备3-亚甲基诺蒎酮的新方法,具体制备步骤包括:
(1)诺蒎酮的制备:反应式为
Figure BDA00002847331800031
诺蒎酮的制备方法,可以参照文献[左旋β—蒎烯选择性氧化合成右旋诺蒎酮的研究,南京林业大学学报:自然科学版,2010,34(2),89—94]中公开的方法进行。
(2)3-亚甲基诺蒎酮的制备:反应式为
Figure BDA00002847331800032
3-亚甲基诺蒎酮的制备方法,可以参照文献[β-蒎烯合成3-亚甲基诺蒎酮的研究,林产化学与工业,2012,32(6),69—74]中公开的方法进行。
在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中加入诺蒎酮、催化剂和甲醛的水溶液,加热回流反应4~10h,反应物经冷却后,加乙酸乙酯或甲苯萃取若干次,合并各次萃取液并用饱和食盐水洗涤至中性,经无水Na2SO4干燥后蒸馏除去溶剂,得到浅黄色粗产品,经硅胶柱色谱分离后[V环己烷:V乙酸乙酯=50:3mL/mL],得到浅黄色产品3-亚甲基诺蒎酮,纯度为98.1%,比旋光度为其中,诺蒎酮与甲醛的摩尔比为1:1~5;催化剂为NaOH或KOH,催化剂的用量为足够催化量即可。
(3)2,3-蒎二酮的制备,反应式为
在四口烧瓶中加入3-亚甲基诺蒎酮,丙酮—水混合溶剂,冰浴冷却,待体系温度降至0~5℃时加入充分研细的高锰酸钾,开动搅拌,在30min左右加完,待加料完成后维持反应在0~5℃。反应时间为3~6h,并用GC跟踪检测反应进程。反应结束后,用砂芯漏斗过滤除去MnO2,在用丙酮洗涤固体残渣。用旋转浓缩仪回收丙酮,剩余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和食盐水洗涤至中性后,用无水Na2SO4干燥有机层,用旋转蒸发仪蒸去乙酸乙酯后得到黄色液体。经硅胶柱色谱V(二氯甲烷):V(甲醇)=50:1分离后,得到浅黄色液体,再经甲醇结晶得到浅黄色晶体2,3-蒎二酮。
有益效果:与现有技术相比,本发明制备2,3-蒎二酮的新方法的突出优点包括:简化了2,3-蒎二酮的合成工艺,克服了传统方法中所用的试剂SeO2和臭氧毒性大、价格昂贵、容易爆炸、反应时间长、反应温度过低导致能耗大等不足,降低了2,3-蒎二酮的生产成本,提高了生产安全性,具有制备简单、成本低廉、产品质量好和得率高等优点,有较好的实用性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
以下实施例中,诺蒎酮的制备,参照文献[左旋β—蒎烯选择性氧化合成右旋诺蒎酮的研究,南京林业大学学报:自然科学版,2010,34(2):89—94]中公开的方法进行;3-亚甲基诺蒎酮的制备,参照文献[β-蒎烯合成3-亚甲基诺蒎酮的研究,林产化学与工业,2012,32(6),69—74]中公开的方法进行。
合成所得3-亚甲基诺蒎酮用作制备2,3-蒎二酮原料。
实施例1
在配有搅拌器、温度计、回流冷凝器的100mL四口烧瓶中加入3-亚甲基诺蒎酮0.01mol,溶剂丙酮20mL,去离子水2mL,冰浴冷却,在2℃时加入0.03mol充分研细的高锰酸钾,在30min左右加完,待加料完成后维持反应在5℃下反应6h,并用GC跟踪检测反应进程。反应结束后,用砂芯漏斗过滤除去MnO2,在用丙酮(2×20mL)洗涤固体残渣。用旋转浓缩仪回收丙酮,剩余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和食盐水洗涤至中性后,用无水Na2SO4干燥有机层,用旋转蒸发仪蒸去乙酸乙酯后得到黄色液体。经硅胶柱色谱V(二氯甲烷):V(甲醇)=50:1分离后,得到浅黄色液体,再经甲醇结晶得到浅黄色晶体2,3-蒎二酮1.14g,得率为75.11%,纯度为纯度为98.88%,熔点49.3℃;比旋光度
Figure BDA00002847331800041
Figure BDA00002847331800042
EI-MS m/z(%):152(18),137(1),109(8),96(2),81(100),69(38),55(58);FT-IR(KBr)ν(cm-1):2957(νC-H),2872(νC-H),1742(vC=O),1724(vC=O);1HNMR(500MHz,CDCl3)δ:2.85~2.87(t,J1=5.9Hz,J2=5.95Hz,1H),2.77~2.83(m,1H),2.70~2.76(tt,J1=2.8Hz,J2=3.7Hz,1H),2.56~2.61(dd,J1=3.3Hz,J2=3.25Hz,1H),2.33~2.37(m,1H),1.59(d,J=11.65Hz,1H),1.35(s,3H),0.81(s,3H);13C NMR(500MHz,CDCl3)δ:196.67,195.36,56.32,42.02,41.01,37.82,27.82,26.04,21.76。
实施例2
在配有搅拌器、温度计、回流冷凝器的100mL四口烧瓶中加入3-亚甲基诺蒎酮0.02mol,溶剂丙酮40mL,去离子水4mL,冰浴冷却,在2℃时加入0.06mol充分研细的高锰酸钾,加料完成后在15℃下反应6h,并用GC跟踪检测反应进程。反应结束后,用砂芯漏斗过滤除去MnO2,在用丙酮(2×20mL)洗涤固体残渣。用旋转浓缩仪回收丙酮,剩余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和食盐水洗涤至中性后,用无水Na2SO4干燥有机层,用旋转蒸发仪蒸去乙酸乙酯后得到黄色液体。经硅胶柱色谱V(二氯甲烷):V(甲醇)=50:1分离后,得到浅黄色液体,再经甲醇结晶得到浅黄色晶体2,3-蒎二酮2.11g,得率为69.24%
实施例3
3-亚甲基诺蒎酮氧化制备2,3-蒎二酮的方法同实施例1,其中,3-亚甲基诺蒎酮用量为0.02mol,高锰酸钾0.04mol,丙酮40mL,水2mL,反应温度0℃,反应时间3h,得到2,3-蒎二酮1.25g,得率为41.14%。
实施例4
3-亚甲基诺蒎酮氧化制备2,3-蒎二酮的方法同实施例1,其中,3-亚甲基诺蒎酮用量为0.02mol,高锰酸钾0.08mol,丙酮40mL,水2mL,反应温度10℃,反应时间6h,得到2,3-蒎二酮1.35g,得率为44.33%。

Claims (9)

1.一种制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:该方法以β-蒎烯为原料,以丙酮为溶剂,以酸性高锰酸钾为氧化剂,β-蒎烯经选择性氧化生成诺蒎酮;采用KOH为催化剂,诺蒎酮与37%甲醛水溶液进行连续羟甲基化-消化反应生成3-亚甲基诺蒎酮;采用丙酮-水混合溶剂,以高锰酸钾为氧化剂,3-亚甲基诺蒎酮经选择性氧化生成2,3-蒎二酮。
2.根据权利要求1所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾与3-亚甲基诺蒎酮的摩尔比为2~4:1。
3.根据权利要求1或2所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾与3-亚甲基诺蒎酮的摩尔比为3:1。
4.根据权利要求1所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:所述的丙酮-水混合溶剂,丙酮与水的体积比为10:1。
5.根据权利要求1所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应温度为0~15℃。
6.根据权利要求1或5所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应温度为5℃。
7.根据权利要求1所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应时间为1~9h。
8.根据权利要求1或7所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:高锰酸钾氧化3-亚甲基诺蒎酮的反应时间为6h。
9.根据权利要求1所述的制备2,3-蒎二酮的新方法,其特征在于:所述采用丙酮-水混合溶剂,以高锰酸钾为氧化剂,3-亚甲基诺蒎酮经选择性氧化生成2,3-蒎二酮,具体操作为:
在四口烧瓶中加入3-亚甲基诺蒎酮,丙酮-水混合溶剂,冰浴冷却,待体系温度降至0~5℃时加入充分研细的高锰酸钾,开动搅拌,30min加完,待加料完成后控温0~5℃维持反应3~6h,并用GC跟踪检测反应进程;反应结束后,用砂芯漏斗过滤除去二氧化锰,在用丙酮洗涤固体残渣;用旋转浓缩仪回收丙酮,剩余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和食盐水洗涤至中性后,用无水Na2SO4干燥有机层,用旋转蒸发仪蒸去乙酸乙酯后得到黄色液体;经硅胶柱色谱流动相为V二氧甲 :V甲醇=50:1分离后,得到浅黄色液体,再经甲醇结晶得到浅黄色晶体2,3-蒎二酮。
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