CN111170837B - 一种甲基酮类化合物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机合成技术领域，提供了一种甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：将端基炔烃、有机溶剂、酸和水混合进行水合反应，得到甲基酮类化合物。本发明提供的合成方法能够避免使用含有金属离子的催化剂和氧化剂，原料直接在酸和水条件下进行水合反应，同时产物后处理过程中避免了繁琐的除去金属离子的操作；本发明提供的方法原料转化率高，产物的收率和纯度较高；合成反应过程操作简便，绿色环保，适用于大规模工业化生产的需要；本发明提供的合成方法反应条件温和，易于控制。实施例结果表明，使用本发明的方法制备甲基酮类化合物，收率可以达到96.4％，产物纯度达到99.2％。

Description

一种甲基酮类化合物的合成方法
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种甲基酮类化合物的合成方法。
背景技术
甲基酮类化合物为常用的有机合成中间体，在医药、农药、精细化工中间体等精细有机合成领域经常使用，具有广阔的应用空间。很多有机化工产品都是通过甲基酮类化合物作为原料经过卤代，缩合，成环等反应用来制备所需要的目标产物。
常规的制备甲基酮类化合物的方法有烯烃氧化法、炔烃水合法等。
烯烃氧化法通常使用高锰酸钾碱性氧化法来制备，反应式如下：
由于高锰酸钾反应后生成二氧化锰固体废物，对环境影响很大，难于满足工业化生产对环境保护的需要。
炔烃水合法中，以端基炔类化合物为原料制备甲基酮类化合物的经典方法为Voucher反应，该反应是炔烃在硫酸汞-硫酸的催化下发生水合反应生成醛或者酮的反应。反应式如下：
炔烃水合法中所用的汞盐有剧毒，针对该反应汞盐剧毒的问题，后续开展了很多非汞催化剂的研究，取得了一些进展，所用的催化剂主要有锌、镉、铜盐，以及三氟化硼和铊盐等。这些替代汞盐的催化剂如镉、铜、铊盐等本身也具有很强的毒性，很多被列为对环境具有重大污染的化合物。因此Kucherov反应及其改进方法在应用上受到了极大地限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种甲基酮类化合物的合成方法，本发明以取代端基炔烃作为原料在酸和水存在下合成甲基酮类化合物，该方法无需使用具有污染和剧毒的催化剂，对环境绿色友好，且工艺过程简单安全，适合进行工业化放大生产。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：
将具有式I所示结构的端基炔烃、有机溶剂、酸和水混合进行水合反应，得到甲基酮类化合物；
式I中：R1为烃基、取代烃基、烃基甲酰基、芳基、芳基甲酰基、取代芳基、取代芳基甲酰基、杂环或杂环甲酰基，R2和R3独立地为烃基、取代烃基或环烃基。
优选的，所述酸包括无机酸和/或有机酸；所述无机酸包括盐酸和/或硫酸；所述有机酸包括对甲苯磺酸、甲磺酸和三氟乙酸中的一种或几种。
优选的，所述酸包括固体酸；所述固体酸包括酸性离子交换树脂和/或杂多酸。
优选的，所述有机溶剂包括烷烃、醚类、芳烃、卤代烃、四氢呋喃和二甲基亚砜中的一种或几种。
优选的，所述具有式I所示结构的端基炔烃、酸、水和有机溶剂的摩尔比为1:(0.01～2.0):(1.0～10.0):(1～50)。
优选的，所述水合反应的温度为0～50℃。
优选的，所述水合反应完成后，还包括将所得水合反应产物料液进行后处理；所述后处理包括以下步骤：
将所述水合反应产物料液降温后依次进行洗涤和分相，得到有机相；
将所述有机相进行减压浓缩，得到浓缩物；
将所述浓缩物进行蒸馏或结晶，得到甲基酮类化合物。
优选的，所述洗涤包括依次进行的碳酸氢钠水溶液洗涤和氯化钠水溶液洗涤。
本发明提供了一种甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：将具有式I所示结构的端基炔烃、有机溶剂、酸和水混合进行水合反应，得到甲基酮类化合物。本发明提供的合成方法能够避免使用具有严重环境污染和剧毒的含有金属离子的催化剂和氧化剂，原料直接在酸和水条件下进行水合反应，同时产物后处理过程中避免了繁琐的除去金属离子的操作；本发明提供的方法原料转化率高，产物甲基酮的收率和纯度较高；本发明提供的方法合成反应过程操作简便，绿色环保，适用于大规模工业化生产的需要；进一步的，本发明提供的合成方法反应条件温和，易于控制，室温或室温附近温度即可进行反应。实施例结果表明，使用本发明的方法制备甲基酮类化合物，收率可以达到96.4％，产物纯度达到99.2％。
具体实施方式
本发明提供了一种甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：
将具有式I所示结构的端基炔烃、有机溶剂、酸和水混合进行水合反应，得到甲基酮类化合物；
式I中：R1为烃基、取代烃基、烃基甲酰基、芳基、芳基甲酰基、取代芳基、取代芳基甲酰基、杂环或杂环甲酰基，R2和R3独立地为烃基、取代烃基或环烃基。
本发明对具有式I所示结构的端基炔烃的来源没有特殊要求，使用市售商品或使用本领域技术人员熟知的方法自行制备均可。
本发明合成甲基酮类化合物的反应方程式如式a所示：
在本发明中，所述酸优选包括无机酸和/或有机酸；所述无机酸优选包括盐酸和/或硫酸；所述有机酸优选包括对甲苯磺酸、甲磺酸和三氟乙酸中的一种或几种；所述酸还优选包括固体酸；所述固体酸优选包括酸性离子交换树脂和/或杂多酸；在本发明中，当所述酸为无机酸时，优选以无机酸溶液的方式使用，例如盐酸溶液或硫酸溶液。
在本发明中，所述有机溶剂优选包括烷烃、醚类、芳烃、卤代烃、四氢呋喃和二甲基亚砜中的一种或几种；更优选为二氯乙烷、氯仿和四氢呋喃中的一种或几种。
在本发明中，所述具有式I所示结构的端基炔烃、酸、水和有机溶剂的摩尔比优选为1:(0.01～2.0):(1.0～10.0):(1～50)，更优选为1:(0.01～1.0):(1.0～2.0):(1～20)；在本发明中，当所述酸以酸溶液的形式使用时，酸溶液中引入的水量忽略不计。
在本发明中，所述水合反应的温度优选为0～50℃，更优选为10～30℃，本发明优选使用TLC或HPLC对水合反应过程进行监测，直至原料全部转化；在本发明的具体实施例中，所述水合反应的时间优选为6～7h。
水合反应完成后，本发明优选还包括将所得水合反应产物料液进行后处理；所述后处理包括以下步骤：
将所述水合反应产物料液降温后依次进行洗涤和分相，得到有机相；
将所述有机相进行减压浓缩，得到浓缩物；
将所述浓缩物进行蒸馏或结晶，得到甲基酮类化合物。
在本发明中，所述降温优选为自然冷却至室温；所述洗涤优选包括依次进行的碳酸氢钠水溶液洗涤和氯化钠水溶液洗涤；所述碳酸氢钠水溶液的质量浓度优选为5～10％；所述氯化钠水溶液的质量浓度优选为13～26％；在本发明中，所述蒸馏优选为减压蒸馏或普通蒸馏；在本发明中，所述结晶用溶剂优选为乙酸乙酯和正庚烷的混合溶剂，所述混合溶剂中乙酸乙酯和正庚烷的体积比优选为1:(0.25～10)。
在本发明中，所得甲基酮类化合物的结构式如式II所示：
式II中，R1、R2、R3的种类和式I中一致，在此不再赘述。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：3-苯基-3-甲基丁-2-酮的合成
反应式：
反应原料及用量见表1：
表1反应原料及用量
将(2-甲基丁基-3-炔-2-基)苯144.2g溶于四氢呋喃720g中，向其中加入33wt％盐酸溶液110.6g和水21.6g，升温至40℃，搅拌反应6小时，待原料全部转化后，将反应混合物降温至室温，使用碳酸氢钠水溶液500mL、盐水500mL进行洗涤，分出有机相，减压浓缩除去溶剂。得到残余物减压蒸馏，得到3-苯基-3-甲基-丁-2-酮纯品。
得到产物156.2g(0.96mol)，收率：96.4％，气相色谱纯度：99.2％。
实施例2：3-环己基-3-甲基丁-2-酮的合成
反应式：
反应原料及用量见表2：
表2反应原料及用量
将(2-甲基丁基-3-炔-2-基)环己烷150.1g溶于四氢呋喃720g中，向其中加入50wt％硫酸溶液98g和水21.6g，升温至30℃，搅拌反应7.5小时，待原料全部转化后，将反应混合物降温至室温，使用碳酸氢钠水溶液500mL、盐水500mL进行洗涤，分出有机相，减压浓缩除去溶剂。得到残余物减压蒸馏，得到3-环己基-3-甲基丁-2-酮纯品。
得到产物160g(0.95mol)，收率：95％，气相色谱纯度：98.5％。
实施例3：3-环己基-3-甲基戊-2-酮的合成
反应式：
反应原料及用量见表3：
表3反应原料及用量
将(2-甲基戊基-3-炔-2-基)环己烷164.3g溶于二氯乙烷990g中，向其中加入33wt％盐酸溶液110.6g和水21.6g，升温至30℃，搅拌反应6.5小时，待原料全部转化后，将反应混合物降温至室温，使用碳酸氢钠水溶液500mL、盐水500mL进行洗涤，分出有机相，减压浓缩除去溶剂。得到残余物减压蒸馏，得到3-环己基-3-甲基戊-2-酮纯品。
得到产物175g(0.96mol)，收率：96％，气相色谱纯度：98.5％。
实施例4:2,2-二甲基-1-苯基丁-1,3-二酮
反应式：
反应原料及用量见表4：
表4反应原料及用量
将2,2-二甲基-1-苯基丁-3-炔-1-酮172.2g溶于二氯乙烷990g中，向其中加入33wt％盐酸溶液110.6g和水21.6g，升温至40℃，搅拌反应7小时，待原料全部转化后，将反应混合物降温至室温，使用碳酸氢钠水溶液500mL、盐水500mL进行洗涤，分出有机相，减压浓缩除去溶剂。得到残余物使用乙酸乙酯和正庚烷进行结晶，过滤，得到2,2-二甲基-1-苯基丁-1,3-二酮纯品。
得到产物176g(0.925mol)，收率：92.5％，气相色谱纯度：98％。
由以上实施例可以看出，本发明提供的合成方法无需使用有毒试剂，合成反应过程操作简便，反应过程绿色环保，反应条件温和，易于控制，适用于大规模工业化生产的需要，并且后处理简便，产物收率高，纯度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将端基炔烃、有机溶剂、酸和水混合进行水合反应，得到甲基酮类化合物；
所述端基炔烃的结构式如下：
所述酸为盐酸和/或硫酸；所述水合反应的温度为0～50℃，时间为6～7h。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂包括烷烃、醚类、芳烃、卤代烃、四氢呋喃和二甲基亚砜中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，所述端基炔烃、酸、水和有机溶剂的摩尔比为1:(0.01～2.0):(1.0～10.0):(1～50)。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述水合反应完成后，还包括将所得水合反应产物料液进行后处理；所述后处理包括以下步骤：
将所述水合反应产物料液降温后依次进行洗涤和分相，得到有机相；
将所述有机相进行减压浓缩，得到浓缩物；
将所述浓缩物进行蒸馏或结晶，得到甲基酮类化合物。
5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述洗涤包括依次进行的碳酸氢钠水溶液洗涤和氯化钠水溶液洗涤。
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