CN1105714C - d,1－α－生育酚的制备方法 - Google Patents

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Abstract

通过三甲基氢醌和异植醇的催化缩合反应制备d，l-α-生育酚的方法，该方法包括在催化剂双-(三氟甲基磺酰基)胺[HN(SO2CF3)2]或其金属盐式Met[N(SO2CF3)2]n(I)，其中Met表示选自锂，硼，镁，铝，硅，钪，钛，钒，锰，铁，钴，镍，铜，锌，钇，锆，铑，钯，银，锡，镧，铈，钕，镨，铕，镝，镱，铪，铂和金的金属原子，n表示相应金属原子Met的化合价(1，2，3或4)，或者作为催化剂系的式(I)所示金属盐和强质子酸的组合存在下在有机溶剂中进行该缩合反应。本方法的产物是维生素E中最具活性的一种。

Description

d，l-α-生育酚的制备方法
本发明涉及通过三甲基氢醌和异植醇的催化缩合反应制备d，l-α-生育酚的新方法。众所周知，d，l-α-生育酚是2，5，7，8-四甲基-2-(4’，8’，12’-三甲基-三癸基)-6-色原烷醇(α-生育酚)的非对映体混合物，它是维生素E中最有活性和工业上最重要的一种。
在催化剂或催化剂系存在下，通过三甲基氢醌(TMHQ)和异植醇(IP)的缩合反应制备d，l-α-生育酚的各种方法，在文献中已经有了很多描述。这些方法可以追溯到Karrer等、Bergel等及Smith等人的工作[分别参见瑞士化学学报(Helv.Chim.Acta) 21，520及以下等等(1938)，自然(Nature) 142，36及以下等等(1938)，科学(Science) 88，37及以下等等(1938)和美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.) 61，2615及以下等等(1939)]。Kareer等人是在无水氯化锌(一种Lewis酸)的存在下，用TMHQ和植基溴(phytyl bromide)合成d，l-α-生育酚，Bergel等和Smith等人也都是以TMHQ和植醇作为起始原料。以后几年的工作进展主要是在改进上，例如更换了溶剂和Lewis酸。在1941年从Karrer等人的工作中人们开发出一种技术上令人感兴趣的方法，即在催化剂系氯化锌/盐酸的存在下，以TMHQ和IP的缩合反应为基础制备d，l-α-生育酚的方法(美国专利2 411969)。在后来的公开中，例如日本专利公开(Kokai)54380/1985、64977/1985和226979/1987[分别参见化学文摘(C.A.) 103，123731s(1985)、C.A. 103，104799d(1985)和C.A. 110，39217r(1989)]，描述了这个在锌和氯化锌(ZnCl2)及质子酸(例如氢卤酸，如盐酸(HCl)，三氯乙酸，乙酸等)、特别是作为催化剂系的ZnCl2/HCl存在下的缩合反应。
在三氟化硼(BF3)或其醚合物(BF3·Et2O)存在下，通过TMHQ和植基氯的反应制备d，l-α-生育酚的方法可参见德国专利公开(DOS)960720和1015446及美国专利3 444 123和4 634 781。然而，三氟化硼带有腐蚀性。
在ZnCl2/HCl或者催化剂系Lewis酸(例如BF3或氯化铝(AlCl3))和盐酸存在下，用TMHQ与IP或植醇(已经用氨或胺处理过)进行缩合反应也可参见专利文献，例如DOS 2 606 830、美国专利4 634 781和欧洲专利公开(EP)100471，但仍然存在腐蚀问题。
另一种用TMHQ和IP制备d，l-α-生育酚的令人感兴趣的方法，包括使用分离出来的TMHQ-AlCl3复合物(DOS 1909164)。这个方法的不同之处在于由于反应条件温和而避免了大量不希望有的副产物的生成。基于IP得到产率为77％的d，l-α-生育酚。缺点是使用了溶剂混合物，例如二氯甲烷/硝基甲烷。
采用文献中描述的方法，在ZnCl2和酸如三氯乙酸、乙酸或酸式盐如硫酸氢钠的存在下，通过TMHQ和IP反应，得到的d，l-α-生育酚达不到所需要的纯度(大约85％)(参见，例如DOS 1909164)。
另一个在TMHQ和IP的缩合反应中使用ZnCl2(同时加入溴)的公开在捷克和斯洛伐克专利205952中。
另一个方法是用质子酸预处理过的硅酸和氧化铝的混合物来有效地进行TMHQ和IP的缩合反应从而生成d，l-α-生育酚(参见DOS2404621)。用这个方法得到收率90％的d，l-α-生育酚；然而，缺点是需要使用过量的IP(基于TMHQ)。
使用离子交换剂和金属离子(Zn2+、Sn2+和Sn4+)，通过TMHQ和IP的缩合反应制备d，l-α-生育酚，这个方法公开在日本化学学会通报(Bull Chem，Soc.Japan) 50，2477及以下等等(1977)。产物收率是70-87.5％。
所有使用ZnCl2和质子酸(Bronsted acid)作为催化剂系的方法都存在腐蚀问题和含锌离子废水的潜在污染等缺点。
美国专利3459773在中描述了TMHQ和IP的缩合反应中使用离子交换剂(Amberlyst15)作为催化剂。然而，该方法得不到所需纯度的d，l-α-生育酚。
根据EP 603 695，在离子交换剂存在下，在液体或超临界二氧化碳中通过TMHQ和IP的缩合反应制备d，l-α生育酚，其产率大约为85％。
DOS 2160103和美国专利3789086描述了在由氯化亚铁(II)、金属铁和氯化氢气体组成的催化剂系存在下的缩合反应。与上述使用氯化锌和盐酸的方法相比，优点是生成的副产物较少。然而，同样有腐蚀问题和氯化物污染等缺点。
另一个用TMHQ和IP缩合制备d，l-α-生育酚的令人感兴趣的方法包括使用三氟乙酸(EP 12824)。这个方法的优点是可以很好地循环再利用酸并避免使用盐酸。缺点是三氟乙酸相对较贵并且很难得到用于生产方法的合适原料。
缩合反应中使用基于硅酸盐的多相催化剂(粘土；特别是沸石)可参见C.A. 100，22833(1984年)，得到产率为92％的d，l-α-生育酚。
首次使用杂多钨酸作为TMHQ和IP缩合反应的催化剂可参见反应动力学催化通信(React.Kinet.Catal.Lett.) 47，59及以下等等(1992)。此方法是以甲苯为溶剂，得到产率90％的d，l-α-生育酚。然而，分离催化剂和更明确的实验细节例如异植醇的用量在这篇参考文献中并没有描述。其缺点是要使用过量的IP(基于TMHQ)。
可见于文献的另一个合成d，l-α-生育酚的方法是基于使用镧族元素的三氟甲磺酸盐(lathanide triflate)，例如三氟甲磺酸钪。用过量10％的IP，本方法的产率是96-98％[EP 658 552；日本化学学会通报(Bull.Chem.Soc.Japan) 68，3569及以下等等(1995年)]。
在载体如膨润土或蒙脱石上使用氯化钪和其他氯化物(钇、镧等)作为TMHQ和IP缩合反应的催化剂，缺点是需要大量的催化剂和过量(大约10％)的IP[EP 677 522；日本化学学会通报(Bull.Chem.Soc.Japan) 69，137及以下等等(1996)]。
根据EP 694 544，在乙酸异丙酯中用ZnCl2/HCl催化TMHQ和IP的缩合反应，得到产率98.6％、纯度98.6％的d，l-α-生育酚。这个方法的缺点除了含锌离子废水的污染以外，还有较大的：催化剂用量”(例如制备67g产物需要23.3g ZnCl2)以及需要使用过量的异植醇。
从上述说明中可以明显看出上述已知的方法有很多缺点。例如，所有方法都存在腐蚀问题，当使用三氟化硼时，三氟化硼加合物还存在毒性问题，当使用铁或锌时，铁或锌离子的废水污染在现在是不可接受的。尤其严重的问题是，在一些方法中生成不希望有的副产物，例如植基甲苯和氯代植醇。
本发明的目标是提供一种通过三甲基氢醌和异植醇的缩合反应制备d，l-α-生育酚的方法，本方法是在没有上述已知方法缺点的催化剂的存在下进行的。在这一点上，使用的催化剂必须没有腐蚀作用，无毒，不污染环境并尽可能选择性地催化所需要的反应以及高收率。而且，催化剂仅使用催化量就应表现出其活性，催化剂还应该易于分离并可再重复使用几次。
在本发明的范围内，这个目标是通过在一种特殊的胺催化剂存在下，在有机溶剂中用三甲基氢醌与异植醇进行缩合反应来实现的。这个缩合反应是根据下面按常规表示的反应图式进行的：
Figure C9719963300071
三甲基氢醌                            异植醇
Figure C9719963300072
                                                     d，l-α-生育酚其中催化剂是一种特殊的胺催化剂，其特性将在下面进行更详细的说明。并且，这个缩合反应是在有机溶剂中进行的。
根据本发明通过三甲基氢醌和异植醇的催化缩合反应制备d，l-α-生育酚的方法，包括在催化剂双-(三氟甲磺酰基)胺[HN(SO2CF3)2]或下式所示的其金属盐，
               Met[N(SO2CF3)2]n            I其中Met 表示选自下列的金属原子：锂、硼、镁、铝、硅、钪、钛、钒、
锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铑、钯、银、锡、镧、铈、
钕、镨、铕、镝、镱、铪、铂和金n表示相应金属原子Met的化合价(1，2，3或4)，或者作为催化剂系的式(I)所示金属盐和强质子酸结合的存在下在有机溶剂中进行缩合反应。
双-(三氟甲基磺酰基)胺和一些式(I)所示的金属盐都是已知的化合物[参见，例如EP 364 340，日本专利公开(Kokai)246 338/1995，DOS 19533711，合成通信(Synlett)1996，171-172，合成通信(Synlett)1996，265-266，化学通信(Chem.Lett.)1995，307-308及另一些本领域的参考文献]。那些还不为人所知的式I所示金属盐可以根据本身已知的方法制备，即类似于已知方法用相应的金属乙酸盐、氧化物、氢氧化物和醇化物制备。对于双-(三氟甲基磺酰基)胺的铝盐和锌盐(分子式分别是Al[N(SO2CF3)2]3和Zn[N(SO2CF3)2]2来说，制备这些盐可以用相应的烷基金属或氢化二烷基金属，例如分别从二乙基锌、三乙基铝或氢化二异丁基铝制备。
双-(三氟甲基磺酰基)胺的金属盐可以以单体或聚合的形式存在，因此，这就意味着式I包括所有这些形式。而且，这些催化剂可以以分离出来的形式使用或者原地制备。
催化剂系中的Bronsted酸是这种类型的无机酸或有机酸。Bronsted酸的实例是硫酸、磷酸和对甲苯磺酸。
在本发明范围内使用的溶剂是非质子性溶剂，尤其是脂族酮和环酮，例如，分别可以是异丁基甲基酮和二乙基酮及环戊酮和异佛尔酮；脂族酯和环酯，例如，分别可以是乙酸乙酯、乙酸异丙酯及γ-丁内酯；以及芳族烃，例如甲苯和二甲苯。在缩合反应中通过共沸蒸馏除去反应生成的水是有利的。
缩合反应一般在大约80-150℃，优选大约100-140℃，尤其是大约105-120℃间进行。
而且，通常使用大约等摩尔量的三甲基氢醌和异植醇两种离析物。基于离析物(三甲基氢醌或异植醇)的量，催化剂的量对双-(三氟甲基磺酰基)胺来说一般大约是0.08-0.3mol％，对式I所示的金属盐来说一般大约是0.5-4mol％。若使用的是催化剂系(式I所示金属盐和强Bronsted酸联合使用)，基于离析物的量，金属盐的量一般大约是0.1-4mol％，Bronsted酸的量一般大约是0.01-0.5mol％。
此外，每100mmol的离析物一般使用大约25-100ml，优选大约40-50ml的有机溶剂。
根据本发明的方法，可以以非常简单的方式通过向三甲基氢醌和催化剂于溶剂的悬浮液中滴加异植醇来完成。异植醇滴加的速率并不是关键。异植醇一般滴加0.5-5小时。在异植醇的滴加结束并经过适当的后续反应时间之后，通过有机化学中的常规方法进行后处理。
根据本发明的方法，使用的催化剂易于分离并可再重复使用几次。
在本发明的方法中，使用的催化剂的优点除了d，l-α-生育酚的产率高以外，还有避免了腐蚀，避免了重金属离子的废水污染，高选择性及易于从未反应的三甲基氢醌中分离等优点。
而且，值得注意的是无论是双-(三氟甲基磺酰基)胺还是其衍生物以前都未曾用于缩合反应，更没有将其用于制备d，l-α-生育酚。此外，至今也没有人把胺作为催化剂用于三甲基氢醌和异植醇的缩合以制备d，l-α-生育酚。
下面的实施例是对本发明的方法进行说明：
                         实施例1
氩气保护下，在装有进气管、搅拌器、温度计、水分离器和加料装置的500ml四口圆底烧瓶中，将31.4g(200mmol)三甲基氢醌(TMHQ；97％)悬浮分散在100ml回流甲苯中。用0.7ml的1.37g双-(三氟甲基磺酰基)胺在10ml甲苯中的溶液(大约含催化剂84mg)处理悬浮液。随后在140℃(油浴温度)以2.4ml/分钟的速度(加料时间＝30分钟)向此悬浮液中加入73.02ml(200mmol)的异植醇(IP；96％)。然后，把所得的混合物在140℃(油浴温度)继续回流30分钟。在反应中TMHQ进入溶液，反应混合物内部温度从110℃升至120℃。反应结束后得到暗棕色溶液。在冷却至室温后把反应溶液转移到一个1升圆底烧瓶中，在50℃和20毫巴(2kPa)下减压浓缩。
用这种方法得到90％理论产率的d，l-α-生育酚。
                        实施例2-36
根据实施例1中描述的方法，在双-(三氟甲基磺酰基)胺或式I所示的其金属盐的存在下，用等摩尔量的TMHQ和IP彼此缩合制备d，l-α-生育酚。各自不同的操作细节及结果列如下表中，其中在每个实施例中催化剂以其化学式表示：
                                                     表
实施例号 催化剂 催化剂的量 mmolTMHQ/IP 溶剂 溶剂的量    d，l-α-生育酚产率
    234567891011  HN(SO2CF3)2″″Mg[N(SO2CF3)2]2″Al[N(SO2CF3)2]3″Sc[N(SO2CF3)2]3V[N(SO2CF3)2]3Mn[N(SO2CF3)2]2   1.37g″″1.17g1.25g1.73g0.56g0.27g1.78g1.23g  200″″100″″″″″″ 异丁基甲基酮乙酸异丙酯乙酸乙酯甲苯异丁基甲基酮甲苯″″″″  100ml″″45ml″″″″″″     92.5％91.7％87.2％92.6％75％78％89％86.6％76.3％92.5％
    1213141516171819202122232425   ″″Fe[N(SO2CF3)2]2Fe[N(SO2CF3)2]3Co[N(SO2CF3)2]2Ni[N(SO2CF3)2]2Cu[N(SO2CF3)2]2Zn[N(SO2CF3)2]2″Y[N(SO2CF3)2]3Pd[N(SO2CF3)2]2AgN(SO2CF3)2Sn[N(SO2CF3)2]2La[N(SO2CF3)2]3   ″″0.31-1.23g1.79g1.24g1.25g0.05g0.07-1.25g1.24g0.45g1.34g1.34g1.36g1.96g   ″″″″″″″″″″″″″″ 异丁基甲基酮乙酸异丙酯甲苯″″″″″异丁基甲基酮甲苯″″″″   ″″″″″″″″″″″″″″     87.9％77.1％86.2-91.6％85.5％87.2％91.3％86％86-93％90％89.5％80％82％84.8％91.1％
  2627282930313233343536   ″″Ce[N(SO2CF3)2]4Nd[N(SO2CF3)2]3Pr[N(SO2CF3)2]3Eu[N(SO2CF3)2]3Dy[N(SO2CF3)2]3Yb[N(SO2CF3)2]3Hf[N(SO2CF3)2]4B[N(SO2CF3)2]3Rh2[N(SO2CF3)2]4   2.00g″1.96g1.97g1.96g1.99g2.00g2.03g2.60g1.00g1.2g  ″″″″″″″″″200″ 异丁基甲基酮乙酸异丙酯甲苯″″″″″″″″   ″″″″″″″″″100ml″     92.6％90.3％90.2％89.5％92.8％82.7％87.5％88.6％77.5％88.4％88.4％
                         实施例37
氩气保护下，在装有进气管、搅拌器、温度计、水分离器和加料装置的500ml四口圆底烧瓶中，将31.8g(200mmol)TMHQ(98.5％)悬浮分散在90ml回流甲苯中。用1.15g双-(三氟甲基磺酰基)氨基锂盐和80mg对甲苯磺酸处理悬浮液。其它的操作按照实施例1中所描述的方法进行。
用这种方法得到92％理论产率的d，l-α-生育酚。

Claims (13)

1.一种通过三甲基氢醌和异植醇的催化缩合反应制备d，l-α-生育酚的方法，该方法包括在催化剂双-(三氟甲基磺酰基)胺[HN(SO2CF3)2]或下式所示的其金属盐，Met[N(SO2CF3)2]n        I
其中Met 表示选自下列的金属原子：锂、硼、镁、铝、硅、钪、钛、钒、锰、
铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铑、钯、银、锡、镧、铈、钕、镨、
铕、镝、镱、铪、铂和金。n表示相应金属原子Met的化合价，它可以是1，2，3或4，或者作为催化剂系的式(I)所示金属盐和强质子酸的结合存在下在有机溶剂中进行该缩合反应。
2.根据权利要求1的方法，其中用作有机溶剂的是非质子性溶剂。
3.根据权利要求2的方法，其中所述非质子性溶剂为脂族酮或环酮、脂族酯或环酯或者芳族烃。
4.根据权利要求3的方法，其中所述溶剂是异丁基甲基酮、乙酸乙酯、乙酸异丙酯或甲苯。
5.根据权利要求1的方法，其中基于三甲基氢醌或异植醇的量，用作催化剂的双-(三氟甲基磺酰基)胺的使用量是0.08-0.3mol％。
6.根据权利要求1的方法，其中基于三甲基氢醌或异植醇的量，式I所示催化剂的使用量是0.5-4mol％。
7.根据权利要求1-4和6中任一项的方法，其中基于离析物的量，催化剂系中式I所示金属盐的使用量是0.1-4mol％，质子酸的使用量是0.01-0.5mol％。
8.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中每100mmol三甲基氢醌或异植醇使用25-100ml有机溶剂。
9.根据权利要求8的方法，其中每100mmol三甲基氢醌或异植醇使用40-50ml的有机溶剂。
10.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中缩合反应是在温度为80-150℃下进行。
11.根据权利要求10的方法，其中缩合反应是在温度为100-140℃下进行
12.根据权利要求11的方法，其中缩合反应是在温度为105-120℃下进行
13.根据权利要求1-7中任一项的方法，其特征在于将异植醇滴加到三甲基氢醌和催化剂于溶剂中的悬浮液内。
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