CN108586488A - 一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法 - Google Patents

一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于维生素B6生产技术领域,具体公开了一种光催化合成VB6重要中间体Diels‑Alder加成物的方法。在光催化剂存在的条件下,将二氢二氧庚环与4‑甲基‑5‑烷氧基噁唑混合,然后在惰性气体氛围,温度为50℃‑160℃,波长为200~760nm的光照条件下反应3‑12小时,减压回收未反应的二氢二氧庚环与4‑甲基‑5‑烷氧基噁唑,即得Diels‑Alder加成物。该合成方法具有反应条件温和、反应活性好和选择性高等优点。

Description

一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法
技术领域
本发明属于维生素的生产技术领域,具体涉及一种维生素B6重要中间体的制备方法。
背景技术
维生素B6是人体必需维生素之一。维生素B6为人体内某些辅酶的组成成分,参与多种代谢反应,尤其是和氨基酸代谢有密切关系,并且在动物生长过程中起着关键作用,因此广泛应用于医疗、食品、饲料添加剂等领域。
目前,维生素B6的生产主要采用噁唑法,其基本工艺由Diels-Alder反应、芳构反应、水解反应和纯化精制几个步骤组成,Diels-Alder反应是至关重要的一步。Diels-Alder反应的选择性不仅决定了VB6的最终收率,也决定了后处理的难易程度。Diels-Alder反应的选择性低时会生成较多显色副产品,经芳构和水解后反应液颜色进一步加深,为后续脱色纯化带来较多困难。
在B6合成中,目前对Diels-Alder反应的研究主要集中在高温环合反应,对光催化环合鲜有报道。美国专利USP3250778所述合成维生素B6中间体时,Diels-Alder反应温度在180℃左右高温环合;USP3296275专利中所述合成维生素B6中间体时,Diels-Alder反应温度在180℃-190℃左右;DSM专利WO 2005/049618A1中Diels-Alder反应也为160-170℃,专利指出反应后式(Ⅱ)所示噁唑分解产物含量2.5%,未知物含量11%。文献Chem.Eur.J.2012,18,6158-6162指出,式(Ⅱ)所示噁唑较易发生聚合。即高温环合反应明显的缺点是噁唑容易分解,副反应较多,选择性不高。
发明内容
为了解决现有技术中维生素B6Diels-Alder反应中间体合成技术存在的一些弊端和不足,提供一种新的Diels-Alder反应中间体合成方法,该方法具有反应条件温和,选择性高,后处理简单的特点。
为了解决上述存在的技术问题,实现本发明目的,具体的技术方案如下所述:
一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,包括以下步骤:
在光催化剂和光照条件下,4-甲基-5-烷氧基噁唑与二氢二氧庚环在惰性气氛中发生Diels-Alder反应,反应结束后经过后处理得到所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物;
所述的Diels-Alder加成物的结构如式(I)所示:
所述的4-甲基-5-烷氧基噁唑的结构如式(II)所示:
所述的二氢二氧庚环的结构如式(III)所示:
式(I)~(Ⅲ)中,R1为C1~C4烷基,R2和R3独立地选自氢、C1~C4烷基、C2~C4链烯基。
本发明通过在光催化剂的作用下使4-甲基-5-烷氧基噁唑与二氢二氧庚环发生Diels-Alder反应,反应温度更低,反应条件更加温和,可以有效地抑制噁唑分解产物的形成,提高反应的选择性,使得后续操作更加方便。
作为优选,所述的光催化剂为含氧类半导体、含氮类半导体、含硫类半导体、有机氮碳催化剂或金属有机络合催化剂的一种或多种。
作为优选,所述的含氧类半导体为Ti、Zr、Fe、Zn、Sr、La、W、V、Cu、Ce、In、Ta、Nb的含氧化合物。作为进一步的优选,所述的含氧类半导体为TiO2、ZnO@Cu2O等。
作为优选,所述的含氮类半导体为Ti、Ta、Ga、Ge的含氮化合物。作为进一步的优选,所述的含氮类半导体为GaN。
作为优选,所述的含硫类半导体为Bi、Cd、Zn、W、Mo的含硫化合物。作为进一步的优选,所述的含硫类半导体为MoS2
作为优选,所述的有机氮碳化合物为C3N4
作为优选,所述的金属络合物为Cr(ph2phen)3或[Cr(ph2phen)3](BF4)3
作为优选,所述4-甲基-5-烷氧基噁唑、二氢二氧庚环、光催化剂的摩尔用量比为1:4~15:0.01~0.05。在Diels-Alder反应结束之后,多余的二氢二氧庚环和未反应完全的4-甲基-5-烷氧基噁唑可以通过蒸馏回收,进行下一批次的反应。
作为优选,光照所用的光源波长为200-700nm,优选为300-500nm。
作为优选,反应温度为50℃-160℃,进一步优选为80-130℃。
本发明中,反应时间为3-12h。
本发明与现有合成技术相比,优势体现如下:
本发明公开了一种新的VB6中间体Diels-Alder加成物的合成方法,开辟了VB6合成的新方法,该方法操作简单,反应条件温和,选择性高,有效提高了VB6合成的经济性。
具体实施方式
以下通过非限制性的实施例对本发明做进一步详细说明,但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
将30g(236mmol,1当量,R1=乙基)4-甲基-5-乙氧基噁唑加入500ml反应瓶中,接着加入335g(2.36mol,10当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入0.9g晶红石TiO2纳米颗粒,将反应液用氮气置换。将反应混合物在300rmp下搅拌,用波长为400nm光源照射,100℃反应8h。8h后将混合物冷却至室温。气相内标测噁唑剩余量,计算噁唑转化率为40.5%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸乙酯含量为0.3%(面积归一化,相对于噁唑)。将反应液置于离心机中离心,滤去催化剂,然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至95℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2.241mol 2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和139mmol噁唑,用于下一批次反应,其中未反应的噁唑和2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英回收率为99%。
在得到的加成物中加入24ml乙醇,24ml水和1.6ml 3mol/L盐酸进行芳构,常温搅拌12h,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为96.2%。
作为对照实验,除了添加光催化剂和波长为400nm光源照射外,完全重复上述实验的反应条件,100℃反应5h,气相内标噁唑转化率为8.4%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸乙酯含量为2%(面积归一化,相对于噁唑)。
实施例2
将30g(236mmol,1当量,R1=乙基)4-甲基-5-乙氧基噁唑加入500ml反应瓶中,接着加入167.7g(1.18mol,5当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入两种氧化物摩尔比为1:1的1.1gZnO@Cu2O纳米颗粒,将反应液用氮气置换。用波长为300nm光源照射,100℃反应8h。8h后将混合物冷却至室温。气相内标测噁唑剩余量,计算噁唑转化率为48.5%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸乙酯含量为0.5%(面积归一化,相对于噁唑)。将反应液置于离心机中离心,滤去催化剂,然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至90℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和噁唑、用于下一批次反应。在加成物中加入29ml乙醇,29ml水和1.9ml 3mol/L盐酸进行芳构,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为95.3%。
实施例3
将30g(193.4mmol,1当量,R1=正丁基)4-甲基-5-丁氧基噁唑加入500ml反应瓶中,接着加入137.5g(967.2mmol,5当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入0.85gGaN纳米颗粒,将反应液用氮气置换。用波长为300nm光源照射,将反应混合物在500rmp下搅拌,100℃加热反应8h。8h后将混合物冷却至室温。气相内标噁唑剩余量,计算噁唑转化率为51.3%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸丁酯含量为0.2%(面积归一化,相对于噁唑)。将反应液置于离心机中离心,滤去催化剂,然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至120℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和噁唑用于下一批次反应。在加成物中加入25ml乙醇,25ml水和1.65ml 3mol/L盐酸进行芳构,常温搅拌12h,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为94.8%。
实施例4
将30g(265mmol,1当量,R1=甲基)4-甲基-5-甲氧基噁唑加入500ml反应瓶中,接着加入376.3g(2.65mol,10当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入噁唑摩尔量5%的[Cr(ph2phen)3](BF4)3,再加入20ml CH3NO3,将反应液用氮气置换。用波长为500nm光源照射,混合物在300rmp下搅拌,100℃加热反应10h。10h后将混合物冷却至室温。气相内标噁唑剩余量,计算噁唑转化率为58.6%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸甲酯含量为0.8%(面积归一化,相对于噁唑)。然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至90℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和噁唑、CH3NO3用于下一批次反应。在加成物中加入39.5ml乙醇,39.5ml水和2.6ml 3mol/L盐酸进行芳构,常温搅拌12h,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为95.4%。
实施例5
将30g(236mmol,1当量,R1=乙基)4-甲基-5-乙氧基噁唑加入500ml反应瓶中,接着加入167.7g(1.18mol,5当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入1.8g粉末状MoS2,将反应液用氮气置换。用波长为300nm光源照射,120℃反应8h。8h后将混合物冷却至室温。气相内标测噁唑剩余量,计算噁唑转化率为54.1%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸乙酯含量为0.7%(面积归一化,相对于噁唑)。将反应液置于离心机中离心,滤去催化剂,然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至90℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和噁唑、用于下一批次反应。在加成物中加入32.4ml乙醇,32.4ml水和2.13ml 3mol/L盐酸进行芳构,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为94.3%。
实施例6
将15g(118mmol,1当量,R1=乙基)4-甲基-5-乙氧基噁唑加入250ml反应瓶中,接着加入83.8g(0.59mol,5当量,R2=丙基,R3=H)2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英,接着再加入0.55g纳米类石墨相C3N4粉末,将反应液用氮气置换。用波长为400nm光源照射,100℃反应8h。8h后将混合物冷却至室温。气相内标测噁唑剩余量,计算噁唑转化率为59.1%,其中噁唑分解副产品2-氰基丙氨酸乙酯含量为0.6%(面积归一化,相对于噁唑)。将反应液置于离心机中离心,滤去催化剂,然后在真空度为70pa条件下进行减压蒸馏,回收初始温度为35℃,缓慢升至55℃,待无蒸馏物蒸出时将温度升至90℃保持30min后结束。得Diels-Alder加成物。回收的2-正丙基-4,7-二氢-1,3-二噁庚英和噁唑、用于下一批次反应。在加成物中加入18ml乙醇,18ml水和1.16ml 3mol/L盐酸进行芳构,内标芳构产品含量。计算基于反应掉的噁唑到芳构产品收率为96.1%。

Claims (10)

1.一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
在光催化剂和光照条件下,4-甲基-5-烷氧基噁唑与二氢二氧庚环在惰性气氛中发生Diels-Alder反应,反应结束后经过后处理得到所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物;
所述的Diels-Alder加成物的结构如式(I)所示:
所述的4-甲基-5-烷氧基噁唑的结构如式(II)所示:
所述的二氢二氧庚环的结构如式(III)所示:
式(I)~(Ⅲ)中,R1为C1~C4烷基,R2和R3独立地选自氢、C1~C4烷基、C2~C4链烯基。
2.根据权利要求1所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的光催化剂为含氧类半导体、含氮类半导体、含硫类半导体、有机氮碳催化剂或金属有机络合催化剂的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的含氧类半导体为Ti、Zr、Fe、Zn、Sr、La、W、V、Cu、Ce、In、Ta、Nb的含氧化合物。
4.根据权利要求2所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的含氮类半导体为Ti、Ta、Ga、Ge的含氮化合物。
5.根据权利要求2所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的含硫类半导体为Bi、Cd、Zn、W、Mo的含硫化合物。
6.根据权利要求2所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的有机氮碳化合物为C3N4
7.根据权利要求2所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述的金属有机络合物为Cr(ph2phen)3或[Cr(ph2phen)3](BF4)3
8.根据权利要求1所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,所述4-甲基-5-烷氧基噁唑、二氢二氧庚环、光催化剂的摩尔用量比为1:4~15:0.01~0.05。
9.根据权利要求1所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,光照所用的光源波长为200-700nm,优选为300-500nm。
10.根据权利要求1所述的维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法,其特征在于,反应温度为50℃-160℃,优选为80-130℃。
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