CN108586488B - 一种维生素B6中间体Diels-Alder加成物的光催化合成方法 - Google Patents
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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
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 (9)
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；
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；
光照所用的光源波长为200-700nm；
反应温度为50℃-160℃。
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。
3.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，所述的含氮类半导体为Ti、Ta、Ga、Ge的含氮化合物。
4.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，所述的含硫类半导体为Bi、Cd、Zn、W、Mo的含硫化合物。
5.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，所述的有机氮碳化合物为C3N4。
6.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，所述的金属有机络合物为Cr(ph2phen)3或[Cr(ph2phen)3](BF4)3。
7.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。
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，光照所用的光源波长为300-500nm。
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，反应温度为80-130℃。
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