CN110818666A - 4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备4‑甲基‑6‑(2,4,4‑三甲基戊基)‑2‑吡喃酮的方法，利用异戊烯酸甲酯和异壬酰氯在氯化铝（氯化铝与异壬酰氯络合，充当配位催化剂）存在条件下发生反应，生成二酮酯，反应过程中充分利用了反应放出的热量（不采用“冰浴”，根据自然温度调节在10‑80℃之间），减少了冷量和热量的使用，节省了成本；在淬灭反应液的过程中，充分利用了前述反应过程中产生的尾气HCl被水吸收制得的盐酸，减少了浓盐酸及工艺水的使用，减少了废液，从而节约了成本；对4‑甲基‑6‑(2,4,4‑三甲基戊基)‑2‑吡喃酮粗品以减压蒸馏的方式进行纯化，减少了三废的处理，同时使得4‑甲基‑6‑(2,4,4‑三甲基戊基)‑2‑吡喃酮产品纯度更高，颜色更浅，有利于用于下游产物的合成制备。
Description
技术领域
本发明涉及吡喃酮合成技术领域，尤其是4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法。
背景技术
4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮是一种无色或橙色粘稠状液体，是高效去屑止痒剂OCT的重要中间体。通过对比实验可以肯定，与现有的去屑止痒剂相比，OCT的去屑止痒效果最好，使用安全性最高，可与常规的表面活性剂复配制成外观透明的洗发香波。但OCT的合成过程比较复杂，原料价格较高，在国内生产受到一定限制。因此，研究并开发出其中间体4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法，减少盐酸和能量的消耗，充分利用合成过程中的“三废”等，在现阶段具有重要意义。
目前，4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备有两条技术路线。
技术路线一：由李倩等推出，其以异壬酰氯、异戊烯酸甲酯为原料先制备出酮酯，再将酮酯在碱性条件下水解制备酮酸，最后在醋酸及浓硫酸存在条件下制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮。
该技术路线虽然条件较温和，所需反应温度不高，但是产生的废液较多，而且最后一步反应时间较长，生产周期长；另外，该技术路线需要先水解，再酸化，然后再内酯化，步骤较繁多，会大大降低反应的收率，增大反应成本。
技术路线二：由郭瑞娟等推出，其以异壬酰氯、异戊烯酸甲酯为原料制备出酮酯，再高温环合制备出4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮。
该技术路线的优点包括，高温环合过程转化率高、收率高、所需反应时间短。但是，该技术路线中的傅克反应是放热反应，郭瑞娟等是选择在“冰水浴”下滴加异戊烯酸甲酯，从而未将该部分热量充分用于反应的进行，造成了反应时间的延长以及冷量和热量的浪费。另外，对反应液的淬灭使用了浓盐酸，造成了吸收废酸的浪费；而在纯化吡喃酮时，使用了大量的饱和碳酸氢钠溶液、氯化钠溶液、水，造成了大量的废液需要处理；使用了无水硫酸钠进行干燥，造成了大量废固需要处理。该路线两个反应过程都要使用二氯甲烷，造成了溶剂的消耗量较大。虽然经过了一系列复杂的纯化过程，但得到的4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯度较低，颜色较深。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明对技术路线二进行改进，提供了一种更绿色的4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法，所述方法为：
S1:制备含有酮酯的二氯甲烷溶液：
室温下向反应容器中加入二氯甲烷、氯化铝，分散1-10h，得到分散液；将异壬酰氯按照异壬酰氯与氯化铝的摩尔比为1:1-10的量向分散液中滴加异壬酰氯，室温下搅拌1-6h；将异戊烯酸甲酯按照异戊烯酸甲酯与异壬酰氯摩尔比为1-5:1的量，向反应容器中缓慢滴加异戊烯酸甲酯；滴加完毕后，根据反应体系的自然温度采用油浴加热或不加热的方式控制反应温度为10-80℃，反应时间为1-10h；前述反应在氯化铝的催化作用下，异壬酰氯与异戊烯酸甲酯反应生成酮酯并放出热量，热量促进反应的进行；
所述反应容器设有尾气导出口，所述尾气导出口连接尾气吸收装置，所述尾气吸收装置内盛装有水或稀盐酸；所述尾气吸收装置将上述反应过程中产生的HCl吸收得到盐酸溶液，将盐酸溶液调节温度至-50-50℃；
将反应容器内的反应液冷却至室温后再滴加到所述温度为-50-50℃的盐酸溶液中，将反应液猝灭，然后分液并用二氯甲烷萃取水层两次，合并有机相；所述有机相为含有酮酯的二氯甲烷溶液；
S2:制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品：
将步骤S1制得的含有酮酯的二氯甲烷溶液在常压下，于20-100℃蒸出部分二氯甲烷对溶液进行浓缩，然后开始加热升温，使温度升至120-220℃的高温，酮酯在该高温条件下发生环合反应，生成4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮，保持前述温度条件1-10h，即得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品；其中蒸出的二氯甲烷、以及在该加热升温过程中的馏出物被收集冷凝和回用；
S3: 制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品：
将步骤S2制得的4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品冷至室温后、减压蒸馏，压力<1000Pa，蒸馏温度80-120℃，直至基本无馏出液，则反应容器内得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品。
优选地，步骤S1所使用的反应容器的尾气导出口还连接有干燥管，干燥管内装无水氯化钙粉末。
优选地，步骤S2、S3所使用的反应容器设有馏出物导出口，所述馏出物导出口连接气体干燥装置、冷凝装置和若干个储液容器中；将不同温度区域的馏出物经气体干燥、冷凝后收集到不同的储液容器中。
优选地，步骤S2、S3所使用的反应容器内设有温度计以实时监测反应容器内的温度，步骤S2中加热升温的速度控制在2-10℃/min。
优选地，步骤S1中，观察所述尾气吸收装置至无气泡冒出时表示反应完成，即采用所述尾气吸收装置得到的盐酸溶液将反应猝灭。
优选地，步骤S1中，所述尾气吸收装置吸收尾气产生的盐酸溶液，根据需要进行浓度调节后，用于反应猝灭。
（三）有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的方法，在反应过程中充分利用了反应放出的热量（不采用“冰浴”，根据自然温度调节在10-80℃之间），减少了冷量和热量的使用，节省了成本；在淬灭反应液的过程中，充分利用了尾气吸收产生的盐酸废水（根据情况加水稀释或加商品盐酸提高浓度），减少了浓盐酸及工艺水的使用，减少了废液，从而节约了成本；对4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品以减压蒸馏的方式进行纯化，减少了三废的处理，同时使得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮产品纯度更高，颜色更浅，有利于用于下游产物的合成制备。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法，步骤如下：
（1）制备酮酯的二氯甲烷溶液：
取一个干燥的250 ml三口烧瓶，安装干燥管(无水氯化钙)与酸性气体尾气吸收装置(1000g水)，往三口烧瓶中加入二氯甲烷和无水三氯化铝，搅拌分散6h，取异壬酰氯与三氯化铝络合，滴加完毕后，反应液由无色变为橙红色，另有部分白色无水氯化铝悬浮，络合6h，室温下滴加异戊烯酸甲酯，此处异戊烯酸甲酯投料过量，滴加后，反应液颜色变深。尾气管中有气体冒出，滴加完毕后，油浴加热至回流状态，40℃回流反应8h，尾气管中基本无气泡冒出，反应液呈棕色，取反应液样品，测GC分析异戊烯酸甲酯含量/二酮酯含量比值为0.11，说明反应基本进行完全。
后处理：停止加热，将反应液冷却至室温，再取尾气吸收的盐酸废液加到1000 mL四口瓶中并冷至10℃，然后缓慢将冷却后的二酮酯反应液滴加至盐酸废液中，滴加过程中温度控制在5-10℃，充分搅拌后静置分层，取有机相，水相用二氯甲烷萃取两次，合并有机相，得酮酯的二氯甲烷溶液184.73 g。
（2）制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品：
将(1)中酮酯的二氯甲烷溶液加入到250 mL三口瓶中，在100℃下蒸除二氯甲烷，将温度升至190℃，常压下反应8h，降至室温后，取样GC(二酮酯转化率99%，说明反应基本进行完全)，得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品。
（3）制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品：
压力<1000 Pa，将(2)中粗品逐渐升温至120℃，减压蒸馏收集4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮11.93 g，纯度90.540%，两步总收率53.6%。
实施例2
4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的绿色制备方法，步骤如下：
（1）酮酯的二氯甲烷溶液的制备：
取一个干燥的500mL三口烧瓶，安装干燥管(无水氯化钙)与酸性气体尾气吸收装置(1000g水)，往三口烧瓶中加入二氯甲烷和无水三氯化铝，搅拌分散6h，取3,5,5三甲基己酰氯（异壬酰氯）与三氯化铝络合，滴加完毕后，反应液由无色变为橙红色，另有部分白色无水氯化铝悬浮，络合5h，室温下滴加异戊烯酸甲酯，此处异戊烯酸甲酯投料过量，滴加后，反应液颜色变深，尾气管中有气体冒出，滴加完毕后，油浴加热至回流状态，40℃回流反应6h，尾气管中基本无气泡冒出，反应液呈棕色，取反应液样品，测GC分析异戊烯酸甲酯含量/二酮酯含量比值为0.09，说明反应基本进行完全。
后处理：停止加热，将反应液冷却至室温，再取尾气吸收盐酸废液加入1000 mL四口瓶中并冷至-5℃，然后缓慢将冷却后的二酮酯反应液滴加至盐酸废液中，滴加过程中温度控制在-5-0℃，充分搅拌后静置分层，取有机相，水相用二氯甲烷萃取两次，合并有机相，得酮酯的二氯甲烷溶液529.26 g。
（2）4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品的制备：
将(1)中酮酯的二氯甲烷溶液分三批加入到500 mL三口瓶中，在90℃下蒸除二氯甲烷，将温度升至210℃，常压下反应8h，降至室温后，取样GC(二酮酯转化率99%，说明反应基本进行完全)，得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品。
（3）4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品的制备：
压力<1000 Pa，将(2)中粗品逐渐升温至110℃，减压蒸馏收集4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮56.11 g，纯度92.783%，两步总收率84.1%。
实施例3
4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的绿色制备方法，步骤如下：
（1）酮酯的二氯甲烷溶液的制备：
取一个干燥的1000 ml三口烧瓶，安装干燥管(无水氯化钙)与酸性气体尾气吸收装置(1060g水)，往三口烧瓶中加入二氯甲烷和无水三氯化铝，搅拌分散8h，取3,5,5三甲基己酰氯（异壬酰氯）与三氯化铝络合，滴加完毕后，反应液由无色变为橙红色，另有部分白色无水氯化铝悬浮，络合5h，室温下滴加异戊烯酸甲酯，此处异戊烯酸甲酯投料过量，滴加后，反应液颜色变深，尾气管中有气体冒出，滴加完毕后，油浴加热至回流状态，40℃回流反应10h，尾气管中基本无气泡冒出，反应液呈棕色，取反应液样品，测GC分析异戊烯酸甲酯含量/二酮酯含量比值为0.05，说明反应基本进行完全。
后处理：停止加热，将反应液冷却至室温，再取尾气吸收盐酸废液1060 g(不足时加入纯水)加入2000 mL三口瓶中并冷至-5-0℃，然后缓慢将冷却后的二酮酯反应液滴加至盐酸废液中，滴加过程中温度控制在-5-0℃，充分搅拌后静置分层，取有机相，水相用二氯甲烷萃取两次，合并有机相，得酮酯的二氯甲烷溶液1020 g。
（2）4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品的制备：
将(1)中酮酯的二氯甲烷溶液加入到2000 mL三口瓶中，在110℃下蒸除二氯甲烷。将已蒸除部分二氯甲烷的反应液转至250 mL三口瓶中，再升温至190℃，常压下反应9h，降至室温后，取样GC(二酮酯转化率99%，说明反应基本进行完全)，得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品。
（3）4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品的制备：
压力<1000 Pa，将(2)粗品逐渐升温至110℃，减压蒸馏收集4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮112.10 g，纯度93.472%，两步总收率84.0%。
本申请的制备方法使用反应放出的热量促进傅克反应的进行（步骤（1）中），减少了能量的使用，节约了成本；使用尾气吸收产生的盐酸溶液淬灭反应液，减少了第一步反应尾气HCl的处理成本及浓盐酸和水的使用，节约了成本；采用高温环合，缩短了反应时间，减少了三废；采用减压蒸馏的方式进行提纯，减少了三废，提高了产品纯度。
以上实施例已对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举。应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1:制备含有酮酯的二氯甲烷溶液：
室温下向反应容器中加入二氯甲烷、氯化铝，分散1-10h，得到分散液；将异壬酰氯按照异壬酰氯与氯化铝的摩尔比为1:1-10的量向分散液中滴加异壬酰氯，室温下搅拌1-6h；将异戊烯酸甲酯按照异戊烯酸甲酯与异壬酰氯摩尔比为1-5:1的量，向反应容器中缓慢滴加异戊烯酸甲酯；滴加完毕后，根据反应体系的自然温度采用油浴加热或不加热的方式控制反应温度为10-80℃，反应时间为1-10h；前述反应在氯化铝的催化作用下，异壬酰氯与异戊烯酸甲酯反应生成酮酯并放出热量，热量促进反应的进行；
所述反应容器设有尾气导出口，所述尾气导出口连接尾气吸收装置，所述尾气吸收装置内盛装有水或稀盐酸；所述尾气吸收装置将上述反应过程中产生的HCl吸收得到盐酸溶液，将盐酸溶液调节温度至-50-50℃；
将反应容器内的反应液冷却至室温后再滴加到所述温度为-50-50℃的盐酸溶液中，将反应液猝灭，然后分液并用二氯甲烷萃取水层两次，合并有机相；所述有机相为含有酮酯的二氯甲烷溶液；
S2:制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品：
将步骤S1制得的含有酮酯的二氯甲烷溶液在常压下，于20-100℃蒸出部分二氯甲烷对溶液进行浓缩，然后开始加热升温，使温度升至120-220℃的高温，酮酯在该高温条件下发生环合反应，生成4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮，保持前述温度条件1-10h，即得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品；其中蒸出的二氯甲烷、以及在该加热升温过程中的馏出物被收集冷凝和回用；
S3: 制备4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品：
将步骤S2制得的4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮粗品冷至室温后、减压蒸馏，压力<1000Pa，蒸馏温度80-120℃，直至基本无馏出液，则反应容器内得4-甲基-6-(2,4,4-三甲基戊基)-2-吡喃酮纯品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2、S3所使用的反应容器设有馏出物导出口，所述馏出物导出口连接气体干燥装置、冷凝装置和若干个储液容器中；将不同温度区域的馏出物经气体干燥、冷凝后收集到不同的储液容器中。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所使用的反应容器的尾气导出口还连接有干燥管，干燥管内装无水氯化钙粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，观察所述尾气吸收装置至无气泡冒出时表示反应完成，即采用所述尾气吸收装置得到的盐酸溶液将反应猝灭。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述尾气吸收装置吸收尾气产生的盐酸溶液，根据需要进行浓度调节后，用于反应猝灭。
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