CN103274911A - 一种1,3-二羟基-2-丙酮的制备新方法 - Google Patents
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Abstract
一种1,3-二羟基-2-丙酮的制备新方法，涉及一种重要的化工原料和医药中间体的制备方法。该方法依次包括如下步骤：采用甘油为原料,先与对甲基苯磺酰氯反应，然后再在铂催化条件下通入氧气进行氧化反应,最后在碱性条件下水解得到产品1,3-二羟基-2-丙酮，本发明提出了一条新的合成路线，所用原料来源广泛充足，价格便宜、反应得到的产品纯度高，颜色好，有较强的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及1,3-二羟基-2-丙酮的制备方法，涉及一种重要的化工原料和医药中间体的制备方法。
背景技术
1,3-二羟基-2-丙酮是一种重要的化工原料、医药中间体,其化学性质活泼，能广泛参与诸如聚合、缩合等反应。其衍生物也是有机合成化学中一类非常重要的中间体,用途极其广泛，以其衍生物为中间体合成的一些化合物,还具有治疗心血管疾病、糖尿病和抗病毒活性(如艾滋病)的作用等。
同时，1,3-二羟基-2-丙酮是一种天然存在的酮糖,具有生物可降解性,可食用且对人体和环境无毒害,是一种具有多功能的添加剂,可用于化妆品、医药和食品行业。
1,3-二羟基-2-丙酮其合成方法主要都是采用甘油为主要原料，一般通过选择性氧化或者是微生物发酵法催化得到产品。
其中中国专利(专利号102432445)采用在过渡金属化合物的催化下，用双氧水进行氧化反应制备得到1,3-二羟基-2-丙酮，取得了较好的效果，但是双氧水在使用中要求较高，并且有爆炸危险，同时甘油的转化率和产品的收率并不高，配套设施要求较多，不利于大规模生产；
另外很多外国文献（例如J.Am.Chem.Soc.,1944,66(7),pp1183–1188）采用微生物发酵法制备产品，该类方法反应条件温和、操作简单，但是菌种昂贵，保存条件苛刻，并且后处理复杂，产品纯度不高。
在总结了国内外相关经验的基础上，我们提出了一条新的路线，各步反应均为常规操作，设备较简单。并且原料采用的是价格合适且供应充足的甘油，采用氧气氧化的步骤基本无三废产生，符合绿色化学的理念，较好的提高了原料的转化率，减轻了环保的压力，同时得到的产品也纯度较高，外观较同类产品颜色更好，具有较好的工业前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、工艺和设备简单、便于操作且无损环境的一种重要的化工原料和医药中间体1,3-二羟基-2-丙酮的制备方法。
为达上述目的，我们进行了一系列实验，提出了一条全新的合成路线。
实现本发明的技术方案如下：
一种1,3-二羟基-2-丙酮的制备新方法，其特征在于：以式（I）表示的1,3-二羟基-2-丙酮按照如下步骤获得：
A.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备
在反应器中加入甘油1倍，二氯甲烷6-10倍（重量比）和碳酸钠或者碳酸钾，其中碳酸钠的加入量为甘油重量的2.30-2.54倍，碳酸钾的加入量为甘油重量的3.00-3.30倍，搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯，对甲苯磺酰氯的加入量为甘油重量的4.12-4.56倍，加入完毕后升温至50℃反应2-6小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品经过乙醇重结晶后得到精品。
B.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）的制备
在压力反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）1倍，无水乙醇2-6倍（重量比）和贵金属含量为5%的铂碳催化剂0.05-0.06倍（重量比），搅拌均匀后加热至70℃，然后通入氧气，保持釜内压力为0.2MPa，在此温度和压力下继续搅拌反应2-4小时，反应完毕后冷却至室温并放气至常压，过滤回收催化剂，滤液常压浓缩除去溶剂，得到的油状物加入丁酮析晶，析出的固体为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ），该中间体经HPLC检测含量大于95%，不需要进一步纯化，可直接用于下一步反应。
C.1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）1倍和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液6-8倍（重量比），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应2-5小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）。
本发明的优点：
1.本发明采用的各步原料均为市售，来源广泛，供应充足，并且避免了发酵工艺中菌种昂贵且不易保存的缺点等。
2.本发明反应选择性好，原料转化率高，并且得到的产品纯度和外观与现有产品相比，有较大提高。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明是如何实现的：
实施例1
A.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备
在反应器中加入甘油（92g，1.0mol），二氯甲烷（920g）和碳酸钠（233.2g，2.2mol），搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯（418g，2.2mol），加入完毕后升温至50℃反应6小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品烘干后经过乙醇重结晶后得到精品，为类白色固体，为354.6g，收率约为88.7%，熔点为44-46℃。
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.37（6H，s），3.98-4.12（5H，m），7.44-7.46（4H，m），7.78-7.81（4H，m）。ESI-MS(m/z)：401(M+H)。
B.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）的制备
在压力反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）（400g，1.0mol），无水乙醇（2400g）和贵金属含量为5%的铂碳催化剂（24g），搅拌均匀后加热至70℃，然后通入氧气，保持釜内压力为0.2MPa，在此温度和压力下继续搅拌反应4小时，反应完毕后冷却至室温并放气至常压，过滤回收催化剂，滤液常压浓缩除去溶剂，得到的油状物加入丁酮析晶，析出的固体为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ），为286.5g，收率约为72.0%，该中间体经HPLC检测含量大于95%，不需要进一步纯化，可直接用于下一步反应。取样纯化后检测图谱数据如下：
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.38（6H，s），4.72（4H，s），7.45-7.48（4H，m），7.76-7.79（4H，m）。ESI-MS(m/z)：399(M+H)。
C.1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）（398g，1.0mol）和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液（3180g），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应5小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ），为73.4g，收率约为81.6%。HPLC检测含量为98.7%，与标准品保留时间一致，熔点76-78℃，ESI-MS(m/z)：92(M+2H)。
实施例2
其他步骤与实施例1相同，只是A步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备方法如下：
在反应器中加入甘油（92g，1.0mol），二氯甲烷（555g）和碳酸钠（212g，2.0mol），搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯（380g，2.0mol），加入完毕后升温至50℃反应2小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品烘干后经过乙醇重结晶后得到精品，为类白色固体，为315.7g，收率约为78.9%，熔点为44-46℃。
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.37（6H，s），3.98-4.12（5H，m），7.44-7.46（4H，m），7.78-7.81（4H，m）。ESI-MS(m/z)：401(M+H)。
实施例3
其他步骤与实施例1相同，只是A步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备方法如下：
在反应器中加入甘油（92g，1.0mol），二氯甲烷（800g）和碳酸钠（222.6g，2.1mol），搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯（399g，2.1mol），加入完毕后升温至50℃反应4小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品烘干后经过乙醇重结晶后得到精品，为类白色固体，为336.8g，收率约为84.2%，熔点为44-46℃。
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.37（6H，s），3.98-4.12（5H，m），7.44-7.46（4H，m），7.78-7.81（4H，m）。ESI-MS(m/z)：401(M+H)。
实施例4
其他步骤与实施例1相同，只是A步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备方法如下：
在反应器中加入甘油（92g，1.0mol），二氯甲烷（650g）和碳酸钾（280g，约2.0mol），搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯（385g，约2.0mol），加入完毕后升温至50℃反应3小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品烘干后经过乙醇重结晶后得到精品，为类白色固体，为321.3g，收率约为80.3%，熔点为44-46℃。
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.37（6H，s），3.98-4.12（5H，m），7.44-7.46（4H，m），7.78-7.81（4H，m）。ESI-MS(m/z)：401(M+H)。
实施例5
其他步骤与实施例1相同，只是A步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备方法如下：
在反应器中加入甘油（92g，1.0mol），二氯甲烷（850g）和碳酸钾（303g，约2.2mol），搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯（415g，约2.2mol），加入完毕后升温至50℃反应5小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品烘干后经过乙醇重结晶后得到精品，为类白色固体，为342.6g，收率约为85.7%，熔点为44-46℃。
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.37（6H，s），3.98-4.12（5H，m），7.44-7.46（4H，m），7.78-7.81（4H，m）。ESI-MS(m/z)：401(M+H)。
实施例6
其他步骤与实施例1相同，只是B步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）的制备方法如下：
在压力反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）（400g，1.0mol），无水乙醇（800g）和贵金属含量为5%的铂碳催化剂（20g），搅拌均匀后加热至70℃，然后通入氧气，保持釜内压力为0.2MPa，在此温度和压力下继续搅拌反应2小时，反应完毕后冷却至室温并放气至常压，过滤回收催化剂，滤液常压浓缩除去溶剂，得到的油状物加入丁酮析晶，析出的固体为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ），为237.2g，收率约为59.6%，该中间体经HPLC检测含量大于95%，不需要进一步纯化，可直接用于下一步反应。取样纯化后检测图谱数据如下：
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.38（6H，s），4.72（4H，s），7.45-7.48（4H，m），7.76-7.79（4H，m）。ESI-MS(m/z)：399(M+H)。
实施例7
其他步骤与实施例1相同，只是B步骤的1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）的制备方法如下：
在压力反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）（400g，1.0mol），无水乙醇（1600g）和贵金属含量为5%的铂碳催化剂（22g），搅拌均匀后加热至70℃，然后通入氧气，保持釜内压力为0.2MPa，在此温度和压力下继续搅拌反应3小时，反应完毕后冷却至室温并放气至常压，过滤回收催化剂，滤液常压浓缩除去溶剂，得到的油状物加入丁酮析晶，析出的固体为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ），为264.7g，收率约为66.5%，该中间体经HPLC检测含量大于95%，不需要进一步纯化，可直接用于下一步反应。取样纯化后检测图谱数据如下：
1H NMR(CDCl3，500MHz)δ：2.38（6H，s），4.72（4H，s），7.45-7.48（4H，m），7.76-7.79（4H，m）。ESI-MS(m/z)：399(M+H)。
实施例8
其他步骤与实施例1相同，只是C步骤的1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备方法如下：
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）（398g，1.0mol）和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液（2340g），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应2小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ），为60.2g，收率约为66.9%。HPLC检测含量为98.7%，与标准品保留时间一致，熔点76-78℃，ESI-MS(m/z)：92(M+2H)。
实施例9
其他步骤与实施例1相同，只是C步骤的1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备方法如下：
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）（398g，1.0mol）和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液（2800g），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应4小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ），为65.1g，收率约为72.3%。HPLC检测含量为98.7%，与标准品保留时间一致，熔点76-78℃，ESI-MS(m/z)：92(M+2H)。
实施例10
其他步骤与实施例1相同，只是C步骤的1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备方法如下：
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）（398g，1.0mol）和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液（3000g），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应3小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ），为63.8g，收率约为70.9%。HPLC检测含量为98.7%，与标准品保留时间一致，熔点76-78℃，ESI-MS(m/z)：92(M+2H)。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的范围，凡依本发明所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (1)
1.一种1,3-二羟基-2-丙酮的制备新方法，其特征在于：以式（I）表示的1,3-二羟基-2-丙酮按照如下步骤获得：
A.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）的制备
在反应器中加入甘油1倍，二氯甲烷6-10倍（重量比）和碳酸钠或者碳酸钾，其中碳酸钠的加入量为甘油重量的2.30-2.54倍，碳酸钾的加入量为甘油重量的3.00-3.30倍，搅拌均匀后再分批加入对甲苯磺酰氯，对甲苯磺酰氯的加入量为甘油重量的4.12-4.56倍，加入完毕后升温至50℃反应2-6小时，反应结束后，自然冷却至室温，过滤除去不溶物，滤液常压蒸除溶剂后，得到的油状物为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）粗品，粗品经过乙醇重结晶后得到精品；
B.1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）的制备
在压力反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙醇（Ⅱ）1倍，无水乙醇2-6倍（重量比）和贵金属含量为5%的铂碳催化剂0.05-0.06倍（重量比），搅拌均匀后加热至70℃，然后通入氧气，保持釜内压力为0.2MPa，在此温度和压力下继续搅拌反应2-4小时，反应完毕后冷却至室温并放气至常压，过滤回收催化剂，滤液常压浓缩除去溶剂，得到的油状物加入丁酮析晶，析出的固体为1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ），该中间体经HPLC检测含量大于95%，不需要进一步纯化，可直接用于下一步反应；
C.1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）的制备
在反应器中加入1,3-二对甲苯磺酰氧基-2-丙酮（Ⅲ）1倍和重量百分数为15%的氢氧化钠水溶液6-8倍（重量比），搅拌均匀后升温至回流状态，在回流状态下继续搅拌反应2-5小时，反应结束后改为蒸馏装置浓缩除去大部分水，残余溶液中加入氯仿萃取，分液，有机相经无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂后常压蒸馏除去溶剂，残余物为1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）粗品，粗品经纯化后得到精品1,3-二羟基-2-丙酮（Ⅰ）。
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