CN109232207A - 一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,所述方法包括:向反应容器中依次加入烯烃化合物、负载型钯催化剂和反应溶剂,然后加热至20~50℃,然后依次加入助催化剂和氧化剂,得到二次混合反应溶液,然后二次混合反应溶液加热至65~75℃,4~8h后,对其进行固液分离,得到负载型钯催化剂和三次混合反应溶液;之后用乙酸乙酯对步骤3获得的三次混合反应溶液进行萃取,获得有机相;对有机相依次进行水洗、干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物然后进行洗脱后纯化,得到目标产物;本发明方法应用于制备甲基酮物质的原子利用率高、工艺过程简单、反应条件温和、产率和选择性好,具有工业应用环境经济特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,属于有机化学品清洁制备领域。
背景技术
Wacker氧化反应作为一种氧化烯烃制备相应羰基化合物的方法,其在有机合成和工业生产应用领域都有着重要的意义。传统的Wacker氧化方法使用氯化钯、氯化铜、醋酸钯等作为催化剂,其缺陷在于反应过程中产生的氯离子、醋酸根离子、以及铜离子对环境有着较大的危害,且所使用的催化剂昂贵且很难再生回收;由(J Tsuji.Syntheticapplications of the palladium-catalyzed oxidation of olefins toketones.Synthesis,1984,(5):369-384)进一步的研究发现,许多钯配合物催化剂能够被应用到Wacker反应中,其配合合适的氧化剂和溶剂使用能够有效地避免传统Wacker氧化反应的缺陷;但是,目前所发展的方法仍具有以下工业应用局限性:1、钯作为一种贵金属催化剂,将其与复杂配体结合形成的钯配合物催化体系,如喹啉-2-恶唑啉等二齿胺作为钯催化剂配体,催化剂制备复杂,成本特别高昂,难以再生利用,使得工业规模应用受到限制;2、所使用的溶剂如乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、或N-甲基吡咯烷酮等都具有较高的沸点,使得工业生产过程中溶剂的回收变得困难;3、制备反应过程需使用化学计量的高氯酸、三氟乙酸等强酸介质,在生产过程中对设备形成一定程度的腐蚀。
因此,建立能够满足工业制备要求、且节能减排和环境经济特性的方法具有实际意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的局限性,提供了一种制备工艺技术简单,反应条件温和,产率好,环境友好的催化氧化烯烃制备甲基酮的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明提供一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,该方法的步骤具体为:
步骤1:向反应容器中依次加入烯烃化合物、负载型钯催化剂和反应溶剂,得到混合反应溶液;
步骤2、将步骤1所得的混合反应溶液加热至20~50℃,然后依次加入助催化剂和氧化剂,得到二次混合反应溶液;
反应方程式如下:
烯烃化合物结构如(Ⅰ),目标产物结构如(Ⅱ);
式(Ⅰ)、(Ⅱ)中:R可以选自氢、C1-C4烷基、甲氧基、氟、氯、溴。
步骤3、将步骤2所得的二次混合反应溶液加热至65~75℃,4~8h后,对其进行固液分离,得到负载型钯催化剂和三次混合反应溶液;
步骤4、用乙酸乙酯对步骤3获得的三次混合反应溶液进行萃取,获得有机相;
步骤5、对步骤4获得的有机相依次进行水洗、干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物;
步骤6、用洗脱液对步骤4所的粗产物进行洗脱后纯化,得到目标产物。
进一步,所述负载型钯催化剂,包括但不限于:钯/炭、钯/碳酸钙、钯/碳纳米管、钯/石墨烯。
进一步,所述反应溶剂为下列之一或其混合物:乙酸乙酯、二氯甲烷、氯苯、乙腈、碳酸乙烯酯、乙醇、丙酮、甲苯、1,4-二氧六环。
进一步,所述助催化剂具体为sted酸,且所述sted酸具体为盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸、硼酸、乙酸、水杨酸、酒石酸中任一种。
进一步,所述氧化剂为双氧水、过氧化氢叔丁醇、过氧化苯甲酸、过氧化二叔丁基中任一种。
进一步,氧化剂、负载型钯催化剂、助催化剂、反应溶剂、烯烃化合物之间的摩尔比为1~10:0.01~0.1:0.01~0.1:50~300:1。
进一步,步骤6中洗脱液具体为乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合液。
进一步,步骤6中所述纯化具体为采用硅胶柱对洗脱后的粗产物进行纯化。
本发明还提供一种负载型钯催化剂回收利用方法,该方法具体为将步骤3所得的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重。
进一步,所述还原剂为甲酸、甲醛、水合肼之一。
本发明相比现有技术具有以下优点:
1、本发明方法制备甲基酮所述催化剂为钯/炭、钯/碳酸钙、钯/碳纳米管、钯/石墨烯负载型催化剂,商业化产品,制备工艺简单,能多次再生使用。
2、本发明方法制备甲基酮,制备工艺技术简单,反应条件温和,产率好,;本发明所述方法中,使用钯/炭负载催化剂,在20~50℃温度范围催化反应即可达到很好的催化反应效果;
3、本发明方法制备甲基酮,原子利用率高,所有底物的原子能够全部构建成产物分子;
4、本发明方法所用氧化剂为过氧化物,这些过氧化物是双氧水、过氧化氢叔丁醇、过氧化苯甲酸和过氧化叔丁基,其完全分解后的产物对环境影响小;
5、本发明方法所用助催化剂温和且为催化计量,对设备和制备操作的影响小;
6、本发明方法所用反应溶剂均为低沸点溶剂,这些溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯和水中的一种或其混合物,降低了溶剂回收处理温度,节能减排。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施例1:
在50mL反应器中,加入苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙醇5mL,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol、质量分数为30%的双氧水6mmol,加料完成后升温至65℃搅拌反应6h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为甲酸。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后,得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物,经气相色谱内标法分析,苯乙酮产率为84%。
具体实施例2:
在50mL反应器中,加入对甲基苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙醇5mL,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol、质量分数为30%的双氧水6mmol,随后升温至65℃反应4h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为甲醛。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后,得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化,得到目标产物对甲基苯乙酮,产率为86%。
具体实施例3:
在50mL反应器中,加入对氯苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙腈5mL,搅拌升温至35℃,依次加入硫酸0.02mmol、质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至75℃反应8h,TLC(V乙酸乙酯∶V石油醚=1∶20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为水合肼之一。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后,得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物对氯苯乙酮,产率为76%。
具体实施例4:
在50mL反应器中,加入间氯苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙醇5ml,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol和质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至75℃反应8h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为甲酸。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物间氯苯乙酮,产率为72%。
具体实施例5:
在50mL反应器中,加入邻氯苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙醇5mL,搅拌升温升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol和质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至65℃反应6h,TLC(V乙酸乙酯∶V石油醚=1∶20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为甲醛。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物邻氯苯乙酮,产率为65%。
具体实施例6:
在50mL反应器中,加入对氟苯乙烯1mmol、钯/炭0.1mmol和乙醇5ml,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol和质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至65℃反应6h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为水合肼之一。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物对氟苯乙酮,产率为89%。
具体实施例7:
在50mL反应器中,加入苯乙烯1mmol、再生一次的钯/炭0.1mmol和乙醇5ml,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol和质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至65℃反应6h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为甲酸。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物,苯乙酮产率为89%。
具体实施例8:
在50mL反应器中,加入苯乙烯1mmol、再生二次的钯/炭0.1mmol和乙醇5ml,搅拌升温至35℃,依次加入硝酸0.02mmol和质量分数为30%的双氧水6mmol,升温至65℃反应6h,TLC(V乙酸乙酯:V石油醚=1:20)监测反应进程。反应结束后,固液分离得到负载型钯催化剂和反应液。
对所得到的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重,还原剂为水合肼之一。
用乙酸乙酯对反应液萃取至水相无荧光为止,获得有机相,有机相经水洗(3×30mL)、无水硫酸钠干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物。使用乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合有机溶剂为洗脱液,用硅胶柱纯化得到目标产物,苯乙酮产率为87%。
由实施例1-8可以看出,本发明制备甲基酮的过程中采用的负载型钯催化剂,其具体为商业化产品,制备工艺简单,能多次再生使用,可有效降低制造成本;本发明制备工艺技术简单,反应条件温和,产率好;本发明方法所用氧化剂为过氧化物,这些过氧化物是双氧水、过氧化氢叔丁醇、过氧化苯甲酸和过氧化叔丁基,其完全分解后的产物对环境影响小;本发明方法所用反应溶剂均为低沸点溶剂,这些溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯和水中的一种或其混合物,降低了反应溶剂回收处理温度,节能减排。
Claims (10)
1.一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,该方法的步骤具体为:
步骤1:向反应容器中依次加入烯烃化合物、负载型钯催化剂和反应溶剂,得到混合反应溶液;
步骤2、将步骤1所得的混合反应溶液加热至20~50℃,然后依次加入助催化剂和氧化剂,得到二次混合反应溶液;
步骤3、将步骤2所得的二次混合反应溶液加热至65~75℃,4~8h后,对其进行固液分离,得到负载型钯催化剂和三次混合反应溶液;
步骤4、用乙酸乙酯对步骤3获得的三次混合反应溶液进行萃取,获得有机相;
步骤5、对步骤4获得的有机相依次进行水洗、干燥、抽滤、减压蒸馏后得到粗产物;
步骤6、用洗脱液对步骤4所的粗产物进行洗脱后纯化,得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,所述负载型钯催化剂,包括但不限于:钯/炭、钯/碳酸钙、钯/碳纳米管、钯/石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,所述反应溶剂为下列之一或其混合物:乙酸乙酯、二氯甲烷、氯苯、乙腈、碳酸乙烯酯、乙醇、丙酮、甲苯、1,4-二氧六环。
4.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,所述助催化剂具体为sted酸,且所述sted酸具体为盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸、硼酸、乙酸、水杨酸、酒石酸中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,所述氧化剂为双氧水、过氧化氢叔丁醇、过氧化苯甲酸、过氧化二叔丁基中任一种。
6.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,氧化剂、负载型钯催化剂、助催化剂、反应溶剂、烯烃化合物之间的摩尔比为1~10:0.01~0.1:0.01~0.1:50~300:1。
7.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,步骤6中洗脱液具体为乙酸乙酯:石油醚=1:20的混合液。
8.根据权利要求1所述的一种钯催化氧化烯烃化合物制备甲基酮的方法,其特征在于,步骤6中所述纯化具体为采用硅胶柱对洗脱后的粗产物进行纯化。
9.一种根据权利要求1所述的方法中负载型钯催化剂回收利用方法,其特征在于,该方法具体为将步骤3所得的负载型钯催化剂经70%乙醇水溶液洗涤和还原剂还原后干燥至恒重。
10.根据权利要求9所述的一种负载型钯催化剂回收利用方法,其特征在于,所述还原剂为甲酸、甲醛、水合肼之一。
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