发明内容
为了克服上述技术缺陷,本发明提供了一种反式-4-羟基环已烷甲酸叔丁酯的制备方法,以4-氧代环己烷羧酸叔丁酯为原料,经过三步反应得到产品。第一步在催化量三苯基硼存在下,采用还原剂对羰基进行还原,提高反式的选择性。第二步对得到的顺反异构体进行乙酰基保护进而纯化得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯。第三步加碱脱除乙酰基保护,得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯。
一种反式-4-羟基环已烷甲酸叔丁酯的制备方法,其特征在于,反应方程式如下:
包括选择性还原反应、羟基的乙酰基保护反应及纯化和脱乙酰基保护反应,其具体步骤如下:
第一步:还原反应
将4-氧代环己烷羧酸叔丁酯溶于有机溶剂中,在催化量三苯基硼存在下,采用还原剂对羰基进行还原,得到以反式为主的4-羟基环已基甲酸叔丁酯。
第二步:乙酰基对羟基进行保护及纯化
将以反式为主的4-羟基环已基甲酸叔丁酯溶于有机溶剂中,加入乙酰基保护试剂,得到以反式为主的4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯,重结晶纯化得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯。
第三步:脱乙酰基保护反应
将以反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯溶于有机溶剂中,加碱反应得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯。
进一步地,在上述技术方案中,所述还原剂选自二异丁基氢化铝、三异丙氧基铝、三仲丁基硼氢化锂或四甲基三乙酰氧硼氢化胺。
进一步地,在上述技术方案中,第一步所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈、异丙醇、醋酸或者其任意混合溶剂。采用三异丙基氧基铝时,对应的反应溶剂为异丙醇。
进一步地,在上述技术方案中,所述4-氧代环己烷羧酸叔丁酯、还原剂与三苯基硼摩尔比为1:1.0-2.0:0.03-0.08。其中,三苯基硼的加入对提高反式产物比例非常关键,在无该催化剂存在下,不同的还原剂顺反比例通常在40-54:60-46。
进一步地,在上述技术方案中,第二步中,所述有机溶剂选自甲基叔丁基醚或二氯甲烷。
进一步地,在上述技术方案中,第二步上保护时,需要加入碱,碱选自三乙胺、吡啶、碳酸氢钠或碳酸氢钾;所述乙酰基保护试剂选自乙酰氯或乙醋酐。乙酰基保护试剂为反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯用量的1.2-1.5当量。
进一步地,在上述技术方案中,第三步中,所述有机溶剂选自叔丁醇、甲醇、乙醇、异丙醇或二氯甲烷。
进一步地,在上述技术方案中,所述碱优选无机碱,例如碳酸钾、碳酸钠、氟化钾、磷酸钾、氢氧化锂等。
进一步地,在上述技术方案中,所述无机碱为反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯用量的1.0-3.0当量。
发明有益效果
本发明以4-氧代环己烷羧酸叔丁酯为原料,首先用位阻大的还原试剂对羰基进行还原,随后对得到的顺反异构体进行乙酰基保护进而纯化得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯,最后入弱碱脱除乙酰基保护,得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯。该方法操作简便,反应收率高,得到的产品纯度可达99%以上,具备潜在的工艺放大前景。
具体实施例
下面通过具体实例对本发明进行进一步说明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。
本发明以下实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件进行。本发明以下实施例中所用的原料或试剂除特别说明之外,均市售可得。
本发明以下实施例中所述的室温均值20-25℃。除非特别指出,所述的试剂不特别说明均为不经纯化直接使用。所有溶剂均购自商业化供应商,并且不经处理就可使用。反应通过TLC、GC分析,通过起始材料的消耗来判断反应的终止。
第一步:还原反应
实施例1
氮气保护下,反应瓶内投入4-氧代环己烷羧酸叔丁酯19.8g(0.1mol)、三苯基硼(0.006mol)和四氢呋喃80g。降温-40℃下,滴加二异丁基氢化铝17g(0.12mol),滴加结束后缓慢升至室温搅拌2小时,取样淬灭后GC检测无原料剩余,顺式产物:反式产物为15:85。体系降温至-5℃,滴加甲醇淬灭,再滴加饱合酒石酸钾溶液,二氯甲烷进行萃取,浓缩后得到反式为主的4-羟基环已基甲酸叔丁酯19.3g,GC:95.5%(顺+反),收率:92.2%。
实施例2
氮气保护下,反应瓶内投入以反式为主的4-氧代环己烷羧酸叔丁酯19.8g(0.1mol)、三苯基硼(0.005mol)和异丙醇80g。降温0℃下,分批加入三异丙氧基铝40.8g(0.2mol),滴加结束后缓慢升至室温搅拌2小时,取样淬灭后GC检测无原料剩余,顺式产物:反式产物为14:86。体系降温至-5℃,滴加滴加1M/L盐酸溶液以淬灭并调节pH=5,二氯甲烷进行萃取,浓缩后得到反式为主的4-羟基环已基甲酸叔丁酯19.8g,GC:95%(顺+反),收率:94%。
实施例3
氮气保护下,反应瓶内投入4-氧代环己烷羧酸叔丁酯19.8g(0.1mol)、三苯基硼(0.008mol)和乙腈:乙酸重量比为1:1的混合溶剂80g。室温下,分批加入四甲基三乙酰氧硼氢化胺27.5g(0.105mol),再室温搅拌2小时,取样淬灭后GC检测无原料剩余,顺式产物:反式产物为13:87。体系降温至-5℃,滴加甲醇淬灭,再滴加1M盐酸溶液调节pH=5,二氯甲烷进行萃取,浓缩后得到反式为主的4-羟基环已基甲酸叔丁酯19.9g,GC:94.9%(顺+反),收率:94.4%。
第二步:反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯
实施例4
在反应瓶内,投入实施例1中得到的反式为主4-羟基环已基甲酸叔丁酯19.3g(0.092mol)、三乙胺140g(0.14mol)和甲基叔丁基醚60g,控制在10℃下滴加乙酰氯8.7g(0.11mmol),滴加结束后,室温反应2小时,GC检测无原料剩余,过滤,滤液加入去离子水进行水洗至中性,分液,有机相浓缩至干得到粗品,加入甲基叔丁基醚13.5g、异丙醇1.5g和正庚烷30g对粗品重结晶,降温到5℃,过滤,得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯16.4g,GC:98.9%(反),收率74%。1H NMR(400MHz,CDCl3):3.17-3.23(m,1H),2.32-2.27(m,1H),2.10(s, 3H), 1.85-1.79(m,4H), 1.72-1.68(m,4H),1.39(s,H).
实施例5
在反应瓶内,投入实施例2得到的反式为主4-羟基环已基甲酸叔丁19.5g(0.094mol)和二氯甲烷60g,控制在20℃下滴加乙酸酐10.5g(0.1mmol),滴加结束后,35-40℃反应2小时,GC检测无原料剩余,加入去离子水进行水洗至中性,分液,有机相浓缩至干得到粗品,加入甲苯13.5g和正庚烷31.5g对粗品重结晶,降温到5℃,过滤,得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯18.2g,GC:99.1%(反),收率80%。1H NMR(400MHz,CDCl3):3.17-3.23(m,1H), 2.32-2.27(m,1H), 2.10(s, 3H), 1.85-1.79(m,4H),1.72-1.68(m,4H),1.39(s,H)。
实施例6
在反应瓶内,投入实施例3得到反式为主4-羟基环已基甲酸叔丁酯19.9g(0.0944mol)、碳酸氢钠15.8g(0.19mol)、水50g和甲基叔丁基醚60g,控制在10℃下滴加乙酰氯11.1g(0.14mmol),滴加结束后,室温反应2小时,GC检测无原料剩余,过滤,加入去离子水进行水洗至中性,分液,有机相浓缩至干得到粗品,加入甲苯13g和正庚烷30g对粗品重结晶,降温到5℃,过滤,得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯17.5g,GC:98.3%(反),收率76.7%。1H NMR(400MHz,CDCl3):3.17-3.23(m,1H),2.32-2.27(m,1H),2.10(s,3H),1.85-1.79 (m, 4H),1.72-1.68 (m, 4H),1.39(s,H)。
第三步:反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯的合成
实施例7
反应瓶内投入反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯14.5g(0.06mol)、碳酸钠7.6g(0.072mol)和异丙醇58g,控制在室温反应2小时(TLC检测反应终点),过滤,滤液浓缩,蒸馏得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯11.1g,GC:99.7%(反),收率92.5%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6): 4.52(d,1H),3.38-3.29(m,1H),2.10-2.02(m,1H),1.82-1.79(m,4H),1.38(s,9H),1.34-1.24(m,2H), 1.18-1.08(m,2H)。
实施例8
反应瓶内投入反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯14.5g(0.06mol)、碳酸钾9.1g(0.066mol)和二氯甲烷58g,控制在室温反应2小时(TLC检测反应终点),过滤,滤液浓缩,蒸馏得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯10.9g,GC:99.4%(反),收率91%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6):4.52(d,1H),3.38-3.29(m,1H),2.10-2.02(m,1H),1.82-1.79(m,4H),1.38(s,9H),1.34-1.24(m,2H), 1.18-1.08(m,2H)。
实施例9
反应瓶内投入反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯14.5g(0.06mol)、氢氧化锂1.44g(0.06mol)和叔丁醇58g,控制在室温反应1小时(TLC检测反应终点),过滤,滤液浓缩,蒸馏得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯11.2g,GC:99.1%(反),收率93%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6):4.52(d,1H),3.38-3.29(m,1H),2.10-2.02(m,1H),1.82-1.79(m,4H),1.38(s,9H),1.34-1.24(m,2H), 1.18-1.08(m,2H)。
实施例10
反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯的合成:
氮气保护下,在30L反应釜内投入4-氧代环己烷羧酸叔丁酯3.96Kg、三苯基硼259g和乙腈:乙酸重量比为1:1的混合溶剂16Kg。室温下,分批加入四甲基三乙酰氧硼氢化胺5.5Kg(1.05eq),再室温搅拌1.5小时,取样淬灭后GC检测无原料剩余,顺式产物:反式产物为13:87。体系降温至-5℃,滴加甲醇淬灭,将物料减压浓缩,再滴加1M/L盐酸溶液调节pH=5,二氯甲烷进行萃取,向滴加乙酸酐1.92Kg(0.1mmol),滴加结束后,35-40℃反应2小时,GC检测无原料剩余,加入去离子水进行水洗至中性,分液,有机相浓缩至干得到粗品,加入甲苯2.7Kg和正庚烷6.3g对粗品重结晶,降温到5℃,过滤,得到反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯3.64Kg,GC:99.7%(反),收率75%。1HNMR(400 MHz,CDCl3):3.17-3.23(m, 1H),2.32-2.27(m,1H),2.10(s,3H),1.85-1.79(m,4H),1.72-1.68(m,4H),1.39(s,H)。
反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯的合成。
在30L玻璃反应釜内投入反式-4-乙酰氧基环已基甲酸叔丁酯3.64Kg、氢氧化锂362g(1eq)和叔丁醇13Kg,控制在室温反应1小时(TLC检测反应终点),过滤,滤液浓缩,蒸馏得到反式-4-羟基环已基甲酸叔丁酯3.01Kg,GC:99.2%(反),收率93%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6):4.52(d,1H),3.38-3.29(m,1H),2.10-2.02(m,1H),1.82-1.79(m,4H),1.38(s,9H),1.34-1.24(m, 2H), 1.18-1.08(m,2H)。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。