CN108997117A - 一种制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的新方法 - Google Patents
一种制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的新方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种制备4‑乙酰氧基‑2‑甲基‑2‑丁烯醛的新方法。包含如下步骤:1、惕各醛与甲醇反应生成缩醛物(I);2、缩醛物(I)在铜盐催化下与过氧化乙酸叔丁酯反应生成缩醛酯(II);3、缩醛酯(II)在酸性条件下水解得到4‑乙酰氧基‑2‑甲基‑2‑丁烯醛。所述方法的起始原料惕各醛廉价易得,工艺路线短,三废少,合成路线经济有效。
Description
技术领域
本发明属于化工中间体合成领域,具体涉及一种制4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的方法。
背景技术
4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛(俗称“五碳醛”)是合成维生素A的重要中间体。由于4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛在合成维生素A行业的重要性,其合成工艺长期以来一直受到关注。
目前4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备工艺主要分为三类:1)以环氧乙烷为起始原料,主要缺点是:会产生大量的不稳定中间体,对中间体的存储以及反应的安全性有较高的要求;2)以二甲氧基丙酮为起始原料,主要缺点是:路线长,收率较低,产生大量的副产物;3)以异戊二烯和次氯酸钠为起始原料,主要缺点是:会产生大量的废水,污染较严重。
专利US5453547公开了一种以二甲氧基丙酮为起始原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的合成路线:
二甲氧基丙酮与乙炔和氢气反应生成化合物2,化合物2与醋酸酐反应生成化合物3,化合物3在Cu催化剂作用下发生异构得到化合物4,化合物4水解最终得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该路线的缺点在于工艺路线较长,收率低,路线总收率为35-45%。
专利US5424478公开了一种以异戊二烯为起始原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的合成路线:
异戊二烯与次氯酸钠加成得到两种构型加成产物5和6,在醋酸作用下进行酰化得到化合物7,再以二甲基亚砜(DMSO)为氧化剂,制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该方法会产生大量的废水,污染较严重。
专利US4124619公开了一种以丁烯二醇为起始原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的合成路线:
该方法以化合物8为原料,经过乙酸酐酰化后得到化合物9,在Rh催化剂催化作用下与合成气加成得到化合物10,进一步脱羧得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的异构体11,在氢气氛围中异构体11发生临氢异构得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该方法没有废水产生,较为环保合理,但是需要用到昂贵的贵金属催化剂。
专利CN101092355A公开了一种以异戊二烯为起始原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的合成路线:
该方法以异戊二烯为原料,直接与次氯酸叔丁酯加成得到化合物12,再以六次甲基四胺为氧化剂得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该步骤路线较短,但次氯酸叔丁酯制备工艺复杂,存储条件要求高,且副产物较多。
专利CN101723827A提供了一条以2-卤代乙醇为起始原料的制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的路线:
该路线以2-卤代乙醇为起始原料,在醋酸酐中酰化之后得到化合物13,与亚磷酸酯反应得到化合物14,与二甲氧基丙酮缩合反应得到化合物15,酸中进一步水解得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该方法对环境的污染较小,但是反应步骤较长。
专利US4873362描述了一种环氧乙烷制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的方法:
该方法以环氧乙烷为原料,环氧乙烷与醋酸开环加成后,制备得到化合物16,在Ag催化下与氧气发生氧化反应制备中间体17,与丙醛反应缩合得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该方法的中间体17极其不稳定,与丙醛的缩合反应难以控制选择性。
专利CN103467287A公开了一种以环氧乙烷和丙烯醛为起始原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的合成路线:
该方法以丙烯醛和环氧乙烷为起始原料,在有机膦试剂作用下,反应生成化合物18,进一步乙酰化得到中间体19,在Pd催化剂作用下临氢异构得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该方法大量消耗价格昂贵的有机膦试剂,且丙烯醛与环氧乙烷的反应选择性难以控制。
上述各方法中均存在相应的缺陷,需要寻找一种经济环保的新工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济环保的合成4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的新路线。
为了达到以上目的,本发明采用如下技术方案:
一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,包含如下步骤:
(1)惕各醛与甲醇反应得到缩醛物(I);
(2)缩醛物(I)与过氧化乙酸叔丁酯反应生成缩醛酯(II);
(3)缩醛酯(II)水解得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
反应方程式为:
本发明中,步骤(1)中加入酸性催化剂,优选对甲苯磺酸、LaCl3、ZrCl4中的一种或多种。
本发明中,步骤(1)中催化剂用量为惕各醛的0.1-1wt%。
本发明中,步骤(1)的反应时间为1-5h,反应温度50-65℃。
本发明中,步骤(1)的甲醇用量为惕各醛质量的5-10倍。
本发明中,步骤(2)的过氧化乙酸叔丁酯与缩醛物(I)的摩尔比为1-2:1。
本发明中,步骤(2)中加入铜盐催化剂,铜盐催化剂包含铜盐与含氮配体,铜盐以铜原子计与配体的摩尔比为1:1-10,优选1:3-5。
本发明中,步骤(2)中的铜盐为一价铜或二价铜的氯化物、硫酸盐、磺酸盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或多种,优选氯化亚铜、三氟甲磺酸亚铜、三氟甲磺酸铜中的一种或多种。
本发明中,步骤(2)的铜盐用量以铜原子计为缩醛物(I)的0.5-2wt%。
本发明中,步骤(2)中含氮配体为2,2’-联吡啶及其衍生物、1,10-菲罗啉及其衍生物中的一种或多种,优选2,2’-联吡啶、三联吡啶、1,10-菲罗啉、3,4,7,8-四甲基-1,10-菲罗啉中的一种或多种。
本发明中,步骤(2)加入溶剂,溶剂为乙腈、四氢呋喃、DMF、甲苯中的一种或多种,溶剂用量为缩醛物(I)质量的4-6倍。
本发明中,步骤(2)的反应温度为0-20℃,反应时间1-5h。
本发明中,步骤(3)中加入酸性催化剂,优选盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一种或多种。
本发明中,步骤(3)的催化剂用量为缩醛酯(II)的0.5-5wt%,优选1-2wt%。
本发明中,步骤(3)的水用量为缩醛酯(II)质量的5-10倍。
本发明中,步骤(3)的反应时间1-5h,反应温度为室温。
本发明路线与现有4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛合成路线相比,具有以下积极效果:
a.新的合成方法中步骤(1)和步骤(3)分别为高收率的醛基保护和脱保护反应,步骤(2)以铜催化剂高选择性地催化烯丙位氧化,路线整体收率高,以惕各醛为起始原料计算,总收率可以达到82%以上,高于现有技术中的55-65%收率;
b.各步骤的反应条件温和,易于实现工业化生产;
c.合成路线环境友好,三废少。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例中部分试剂规格及来源
试剂名称 | 试剂规格 | 生产厂家 |
惕各醛 | AR | 百灵威 |
过氧化乙酸叔丁酯 | 50%溶液 | 百灵威 |
2,2’-联吡啶 | AR | 百灵威 |
1,10-菲罗啉 | AR | 百灵威 |
气相色谱分析(GC):型号Agilent WAX:1701.42249;载气为高纯氮气;进样模式为自动进样器;氮气流量为64.5ml/min;汽化室温度为280℃;分流进样,分流比为1:40;进样量为0.2μl;柱流速为1.5ml/min;柱温为一阶程序升温,初始温度100℃,保持2分钟,然后以15℃/min的速率升至230℃,保持15分钟;运行总时间为25.67min;检测器温度为300℃;选用外标法定量,用于定量分析。
核磁分析(NMR):型号Bruke Fourier 300。用于定性分析。
实施例1
向5L反应釜中加入2500g甲醇、500g惕各醛、0.5g对甲苯磺酸,搅拌,升温至65℃,回流反应1h。反应结束,冷却至室温。反应液通过碱性树脂吸附脱除催化剂后,精馏脱除甲醇,得到缩醛物(I),收率98%。
向2L三颈瓶中加入1040g乙腈,260g缩醛物(I),2g氯化亚铜,32g 2,2’-联吡啶。搅拌,冷却至5℃,滴加528g过氧化乙酸叔丁酯溶液,控制反应液温度0℃。滴加完毕,保持0℃继续反应1h。反应结束,取样进行气相分析,根据分析结果计算收率86%。精馏分离得到缩醛酯(II),纯度>99%。缩醛酯(II)通过核磁分析定性,1H NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.61(m,1H),4.88(m,1H),4.50(d,2JH-H=4.5Hz,2H),3.32(s,6H),2.21(s,3H),1.82(dd,3JH-H=1.2Hz,3H)。
向2L三颈瓶中加入950g水,190g缩醛酯(II),0.95g浓盐酸(37%),室温搅拌反应1h。反应结束,静置分相,有机相使用100mL水洗两次,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,收率98%,纯度>98.5%。
4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛通过核磁分析定性,1H NMR(300MHz,CDCl3):δ=9.46(s,1H),6.50(tq,2JH-H=4.5Hz,3JH-H=1.2Hz,1H),4.91(d,2JH-H=4.5Hz,2H),2.13(s,3H),1.80(d,3JH-H=1.2Hz,3H)。
实施例2
向5L反应釜中加入2500g甲醇、250g惕各醛、2.5g LaCl3,搅拌,升温至65℃,回流反应5h。反应结束,冷却至室温。反应液通过碱性树脂吸附脱除催化剂后,精馏脱除甲醇,得到缩醛物(I),收率97%。
向5L三颈瓶中加入1560g DMF,260g缩醛物(I),17.4g三氟甲磺酸亚铜,14.6g 1,10-菲罗啉。搅拌,温度调节至20℃,滴加1056g过氧化乙酸叔丁酯溶液,控制反应液温度20℃。滴加完毕,保持20℃继续反应5h。反应结束,取样进行气相分析,根据分析结果计算收率89%。精馏分离得到缩醛酯(II),纯度>99%。
向3L三颈瓶中加入1900g水,190g缩醛酯(II),9.5g磷酸,室温搅拌反应5h。反应结束,静置分相,有机相使用100mL水洗两次,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,收率99%,纯度>98.5%。
实施例3
向5L反应釜中加入1500g甲醇、250g惕各醛、1.25g ZrCl4,搅拌,升温至65℃,回流反应2h。反应结束,冷却至室温。反应液通过碱性树脂吸附脱除催化剂后,精馏脱除甲醇,得到缩醛物(I),收率97%。
向5L三颈瓶中加入1300g四氢呋喃,260g缩醛物(I),14.8g三氟甲磺酸铜,28.4g三联吡啶。搅拌,冷却至10℃,滴加792g过氧化乙酸叔丁酯溶液,控制反应温度10℃。滴加完毕,保持10℃继续反应2h。反应结束,取样进行气相分析,根据分析结果计算收率90%。精馏分离得到缩醛酯(II),纯度>99%。
向2L三颈瓶中加入1150g水,190g缩醛酯(II),1.9g浓硫酸(98%),室温搅拌反应2h。反应结束,静置分相,有机相使用100mL水洗两次,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,收率99%,纯度>98.5%。
实施例4
向5L反应釜中加入2000g甲醇、250g惕各醛、2g对甲苯磺酸,搅拌,升温至65℃,回流反应3h。反应结束,冷却至室温。反应液通过碱性树脂吸附脱除催化剂后,精馏脱除甲醇,得到缩醛物(I),收率99%。
向2L三颈瓶中加入1300g甲苯,260g缩醛物(I),6.1g氯化亚铜,72g 3,4,7,8-四甲基-1,10-菲罗啉。搅拌,冷却至15℃,滴加600g过氧化乙酸叔丁酯溶液,控制反应温度15℃。滴加完毕,保持15℃继续反应3h。反应结束,取样进行气相分析,根据分析结果计算收率91%。精馏分离得到缩醛酯(II),纯度>99%。
向3L三颈瓶中加入1500g水,190g缩醛酯(II),3.8g硝酸,室温搅拌反应3h。反应结束,静置分相,有机相使用100mL水洗两次,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,收率99%,纯度>98.5%。
对比例1
参照专利US5424478,以异戊二烯为原料制备4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
异戊二烯与水在三颈瓶中混合并降温至0℃,加入硫酸,滴加次氯酸钠水溶液,维持反应液温度0~5℃。滴加完毕,反应液使用硫酸调节pH至6~7,使用二氯乙烷萃取三次,萃取液除去溶剂得到加成物5和6的混合物。
三颈瓶中加入乙酸和高氯酸,搅拌下加入加成物5和6的混合物,控制反应液温度不超过20℃。滴加完毕,继续搅拌反应2h。加入高氯酸,继续搅拌反应2h。反应结束,向反应液中加入水和二氯乙烷,分相,二氯乙烷相使用水洗三次。除去溶剂并精馏得到化合物7。
向六次甲基四胺的乙腈悬浊液中加入化合物7,室温下搅拌反应16h。过滤,将所得滤饼溶于水中。向水溶液中加入甲苯,升温至75℃。分批加入醋酸,加入完毕继续反应6h。反应完毕,分相,甲苯相使用水洗后除去溶剂,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛粗油。经过柱层析分离,得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,产品纯度>99%,总收率60%(以异戊二烯计)。
凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
Claims (10)
1.一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,包含如下步骤:
(1)惕各醛与甲醇反应得到缩醛物(I);
(2)缩醛物(I)与过氧化乙酸叔丁酯反应生成缩醛酯(II);
(3)缩醛酯(II)水解得到4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中加入酸性催化剂,优选对甲苯磺酸、LaCl3、ZrCl4中的一种或多种;催化剂用量为惕各醛的0.1-1wt%。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(1)的反应时间为1-5h。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中过氧化乙酸叔丁酯与缩醛物(I)的摩尔比为1-2:1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中加入铜盐催化剂,铜盐催化剂包含铜盐与含氮配体,铜盐以铜原子计与配体的摩尔比为1:1-10,优选1:3-5。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中的铜盐为一价铜或二价铜的氯化物、硫酸盐、磺酸盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或多种,优选氯化亚铜、三氟甲磺酸亚铜、三氟甲磺酸铜中的一种或多种;铜盐用量以铜原子计为缩醛物(I)的0.5-2wt%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中含氮配体为2,2’-联吡啶及其衍生物、1,10-菲罗啉及其衍生物中的一种或多种,优选2,2’-联吡啶、三联吡啶、1,10-菲罗啉、3,4,7,8-四甲基-1,10-菲罗啉中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)的反应温度为0-20℃,反应时间1-5h。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(3)中加入酸性催化剂,优选盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一种或多种;催化剂用量为缩醛酯(II)的0.5-5wt%,优选1-2wt%。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(3)的反应时间1-5h。
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