CN112912361A - 生产羟甲基醇类的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产包含至少一个伯醇羟基和至少一个仲醇羟基的有机化合物A的方法，包括其中使包含至少一个腈基和至少一个酮基的化合物B与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应的工艺步骤。

Description

生产羟甲基醇类的方法
本发明涉及一种生产包含至少一个伯醇羟基和至少一个仲醇羟基的有机化合物A的方法，包括其中使包含至少一个腈基和至少一个酮基的化合物B与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应的工艺步骤。
羟甲基醇类是多功能材料，尤其用于聚合物应用中。例如，5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇(Ia)是一种二醇，可以如DE 102012003375所述与多异氰酸酯组合用作制备例如聚氨酯涂料的单体。它还可以如对多元醇，Ulmann's encyclopedia of industrialchemistry，2012，DOI:10.1002/14356007.a01_305.pub2中所给脂族二醇所述那样用作制备聚酯或聚碳酸酯和所有其他聚合物应用的单体。
目前，生产5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇的唯一方法是如TetrahedronLetters，2001，42，8007-8010所述经由使用化学计算量的LiAlH4将5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲腈还原成相应胺以及随后使用KOH在升高的温度下脱氨。
Figure BDA0003028465460000011
该程序具有几个缺点：必须将化学计算量的昂贵金属氢化物用于该还原。这类还原还产生化学计算量的金属废物，后者必须分离和处置。该方法要求两步，这导致更高复杂性。原料也不易得到，因为它必须经由在前额外步骤中的还原由可得异佛尔酮腈制备。
对于通过使用钌-或镍催化剂的脂族-和芳脂族腈描述了使用过渡金属催化剂还原水解腈类，其中在水存在下氢化该腈并且作为副产物形成氨：
Figure BDA0003028465460000021
该腈基的过渡金属催化还原水解例如描述于a)Catalysis Communications，2004，5，237-238；b)Chinese Journal of Catalysis，2004，25，611-614；c)Bulletin dela Societe chimique France，1969，1，126-127；d)US 5741955；e)ChemCatChem，2017，9，4175-4178中。但是这些文献均没有描述羟甲基醇类如式(Ia)的3-羟甲基醇5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇的合成。
由该现有技术出发，本发明的目的是要提供一种生产羟甲基醇类，如5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇的经济上有利的工业方法。
该目的由一种生产包含至少一个伯醇羟基和至少一个仲醇羟基的有机化合物A的方法实现，该方法包括其中使包含至少一个腈基和至少一个酮基的化合物B与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应的工艺步骤。
惊人地发现当使用易得化合物B—下文也称为腈-酮时，在还原腈水解条件下该酮官能团也被氢化并且包含至少一个伯醇羟基和至少一个仲醇羟基的目标有机化合物A在单一工艺步骤中得到。与制备5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇的现有技术不同的是，不要求化学计算量的金属氢化物，副产物为氨并且由该腈-酮开始，产物—有机化合物A与已知合成途径中的多步相比在一步中得到。
优选包含至少一个伯醇羟基和至少一个仲醇羟基的有机化合物A是式(I)化合物：
Figure BDA0003028465460000022
其中
R1为具有1-40个碳原子的有机基团，
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R1与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数，
并且包含至少一个腈基和至少一个酮基的化合物B是式(II)化合物：
Figure BDA0003028465460000031
其中
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R4为具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R4与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数。
若无其他限制，则本发明的取代基按如下定义：
本文中所用术语“具有1-40个碳原子的有机基团”例如涉及C1-C40烷基、取代的C1-C40烷基、C1-C10氟烷基、C1-C12烷氧基、饱和C3-C20杂环基团、C6-C40芳基、C2-C40杂芳族基团、C6-C10氟芳基、C6-C10芳氧基、具有3-24个碳原子的甲硅烷基、C2-C20链烯基、C2-C20炔基、C7-C40芳烷基或C8-C40芳基链烯基。有机基团在每种情况下衍生于有机化合物。因此，有机化合物甲醇原则上可以产生3个具有1个碳原子的不同有机基团，即甲基(H3C-)、甲氧基(H3C-O-)和羟甲基(HOC(H2)-)。因此，术语“具有1-40个碳原子的有机基团”除了烷氧基外例如还包括二烷基氨基、单烷基氨基或烷硫基。
在本说明书中，当在所示式中定义变量Rx时，术语基与术语基团互换使用。
本文中所用术语“烷基”包括线性或者单或多重支化饱和烃，其也可以是环状的。优选C1-C18烷基如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、环戊基、环己基、异丙基、异丁基、异戊基、异己基、仲丁基或叔丁基。
本文中所用术语“取代烷基”包括被官能基团如CN、OH、SH、NH2、COOH、巯基、卤素或SO3H单取代或多取代的线性或者单或多重支化饱和烃，其也可以是环状的。
本文中所用术语“链烯基”包括具有一个或多个可以是累积或交替的C-C双键的线性或者单或多重支化烃。
本文中所用术语“饱和杂环基团”例如涉及单环或多环、取代或未被取代的脂族或部分不饱和烃基，其中一个或多个碳原子、CH基团和/或CH2基团已经被优选选自元素O、S、N和P的杂原子替代。取代或未被取代饱和杂环基团的优选实例是吡咯烷基、咪唑烷基、吡唑烷基、哌啶基、哌嗪基、吗啉基、四氢呋喃基、四氢吡喃基、四氢噻吩基等，以及还有其甲基-、乙基-、丙基-、异丙基-和叔丁基取代衍生物。
本文中所用术语“芳基”例如涉及芳族和任选稠合的多芳族烃基，其可以被线性或支化C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C2-C10链烯基，卤素，尤其是氟，或官能基团如COOH、羟基、NH2、巯基或SO3H单取代或多取代。取代和未被取代芳基的优选实例尤其是苯基、五氟苯基、4-甲基苯基、4-乙基苯基、4-正丙基苯基、4-异丙基苯基、4-叔丁基苯基、4-甲氧基苯基、1-萘基、9-蒽基、9-菲基、3,5-二甲基苯基、3,5-二叔丁基苯基或4-三氟甲基苯基。
本文中所用术语“杂芳族基团”例如涉及其中一个或多个碳原子或CH基团已经被氮、磷、氧或硫原子或其组合替代的芳族烃基。这些可以像芳基一样任选被线性或支化C1-C18烷基，C2-C10链烯基，卤素，尤其是氟，或官能基团如COOH、羟基、NH2、巯基或SO3H单取代或多取代。优选实例是呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基、吡唑基、咪唑基、
Figure BDA0003028465460000041
唑基、噻唑基、嘧啶基、吡嗪基等，以及还有其甲基-、乙基-、丙基-、异丙基-和叔丁基取代衍生物。
本文中所用术语“芳基烷基”例如涉及包含芳基的取代基，其中相应芳基经由烷基链连接于该分子的其余部分。优选实例是苄基、取代苄基、苯基乙基、取代苯基乙基和相关结构。
术语氟烷基和氟芳基是指相应基团的至少一个氢原子，优选不止一个氢原子，理想的是所有氢原子已经被氟原子替代。优选含氟基团的实例是三氟甲基、2,2,2-三氟乙基、五氟苯基、4-三氟甲基苯基、4-全氟叔丁基苯基和相关结构。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于有机化合物A是式(I)化合物：
Figure BDA0003028465460000051
其中
R1为具有1-40个碳原子的有机基团，
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R1与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于化合物B是式(II)化合物：
Figure BDA0003028465460000052
其中
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R4为具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R4与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数。
在一个优选实施方案中，本发明描述了一种生产式(I)化合物的方法：
Figure BDA0003028465460000061
其中
R1为具有1-40个碳原子的有机基团，
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R1与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数，
包括如下工艺步骤：
a)使式(II)化合物与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应：
Figure BDA0003028465460000062
其中R2、R3和x具有式(I)中的相同含义，
R4为具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R4与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团。
包含至少一个腈基和至少一个酮基的化合物B易于得到，例如经由HCN加成于广泛可得的α,β-不饱和羰基化合物。上述异佛尔酮腈目前如EP 0671384A1所述通过使异佛尔酮与HCN反应而生产。在这种情况下，在式I或式II中x为1。
Figure BDA0003028465460000071
制备式(I)的腈-酮的另一方法是丙烯腈加成于酮如环己醇上(Organic ProcessResearch&Development 2001，5，69-76)。在这种情况下，在式I或式II中x为2。
Figure BDA0003028465460000072
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于有机化合物A是选自式Ia、Ib和Ic化合物的化合物。
Figure BDA0003028465460000073
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于有机化合物B是选自式IIa、IIb、IIc和IId化合物的化合物：
Figure BDA0003028465460000081
在本发明的优选实施方案中，该腈-酮为异佛尔酮腈(IIa)且形成的羟甲基醇是5-羟基-1,3,3-三甲基环己烷甲醇(Ia)。
在另一优选实施方案中，该腈-酮为3-氧代戊腈(IIb)且形成的羟甲基醇是1,4-戊二醇(Ib)。
在另一优选实施方案中，R4也含有腈基并且该腈-酮为5-氧代壬二腈(IIc)且形成的产物是1,5,8-壬三醇(Ic)。
在另一优选实施方案中，该腈-酮为2-氧代环己烷丙腈(IId)且形成的羟甲基醇是2-羟基环己烷丙醇(Id)。
在本发明的方法中，使化合物B—式II的腈-酮与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应。
该均相过渡金属催化剂TMC 1包含选自根据IUPAC的元素周期表的第8、9或10族金属的过渡金属，如Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd或Pt，优选Ru。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于该均相过渡金属催化剂TMC1包含选自根据IUPAC的元素周期表的第8、9和10族金属的过渡金属，如Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd或Pt，优选钌、铑、铱、镍、铂和钯，尤其是Ru。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于该过渡金属催化剂TMC1是均相催化剂。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于均相过渡金属催化剂TMC 1的过渡金属是Ru。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于该过渡金属催化剂TMC1是均相催化剂，其中该过渡金属催化剂的过渡金属是Ru。
本发明方法的氢化催化剂可以以包含该金属化合物和一种或多种配体的预制金属配合物形式使用。或者，该催化体系通过将金属化合物—本文也称为预催化剂与一种或多种合适配体合并以在反应混合物中形成催化活性金属配合物而在反应混合物中就地形成。
合适的预催化剂选自钌的中性金属配合物、氧化物和盐。可以用作预催化剂的钌化合物例如为[Ru(对异丙基甲苯)Cl2]2、[Ru(苯)Cl2]n、[Ru(CO)2Cl2]n、[Ru(CO)3Cl2]2、[Ru(COD)(烯丙基)]、[RuCl3·H2O]、[Ru(乙酰丙酮化物)3]、[Ru(DMSO)4Cl2]、[Ru(PPh3)3Cl2]、[Ru(环戊二烯基)(PPh3)2Cl]、[Ru(环戊二烯基)(CO)2Cl]、[Ru(环戊二烯基)(CO)2H]、[Ru(环戊二烯基)(CO)2]2、[Ru(五甲基环戊二烯基)(CO)2Cl]、[Ru(五甲基环戊二烯基)(CO)2H]、[Ru(五甲基环戊二烯基)(CO)2]2、[Ru(茚基)(CO)2Cl]、[Ru(茚基)(CO)2H]、[Ru(茚基)(CO)2]2、二茂钌、[Ru(2,2'-联吡啶)2(Cl)2·H2O]、[Ru(COD)(Cl)2H]2、[Ru(五甲基环戊二烯基)(COD)Cl]、[Ru3(CO)12]和[Ru(四苯基羟基环戊二烯基)(CO)2H]。
对于本发明方法的氢化，可以使用本领域已知的任何复合配体，尤其可以使用已知可以用于钌催化氢化中的那些。
适合用于本发明方法的氢化的催化体系的配体例如是如下所示式IV和V的单-、二-、三-和四齿膦：
Figure BDA0003028465460000091
其中
n为0或1；
R5a-R12相互独立地为未被取代或至少单取代的C1-C10烷基、C1-C4烷基二苯基膦(-C1-C4烷基-P(苯基)2)、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O
和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
A为：
i)选自如下的桥接基团：未被取代或者至少单取代的N、O、P、C1-C6链烷烃、C3-C10环烷烃、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环烷烃、C5-C14芳烃和包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C6杂芳烃，
其中取代基选自C1-C4烷基、苯基、F、Cl、Br、OH、OR16、NH2、NHR16或N(R16)2，
其中R16选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
或者
ii)式(VI)或(VII)的桥接基团：
Figure BDA0003028465460000101
m、q相互独立地为0、1、2、3或4；
R13、R14相互独立地选自C1-C10烷基、F、Cl、Br、OH、OR15、NH2、NHR15和N(R15)2，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
X1、X2相互独立地为NH、O或S；
X3为键、NH、NR16、O、S或CR17R18；
R16为未被取代或者至少单取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基；
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
R17、R18相互独立地为未被取代或至少单取代的C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、C3-C10环烷基、C3-C10环烷氧基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基、C5-C14芳氧基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
Y1、Y2、Y3相互独立地为键、未被取代或至少单取代的亚甲基、亚乙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基或六亚甲基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、OR15、CN、NH2、NHR15、N(R15)2和C1-C10烷基，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基。
A为桥接基团。对于A选自未被取代或至少单取代的C1-C6链烷烃、C3-C10环烷烃、C3-C10杂环烷烃、C5-C14芳烃和C5-C6杂芳烃的情形，对于情形(n＝0)，该桥接基团的两个氢原子被与相邻取代基Y1和Y2的键替代。对于情形(n＝1)，该桥接基团的三个氢原子被三根与相邻取代基Y1、Y2和Y3的键替代。
对于A为P(磷)的情形，对于情形(n＝0)，磷形成两根与相邻取代基Y1和Y2的键以及一根与选自C1-C4烷基和苯基的取代基的键。对于情形(n＝1)，该磷形成三根与相邻取代基Y1、Y2和Y3的键。
对于A为N(氮)的情形，对于情形(n＝0)，氮形成两根与相邻取代基Y1和Y2的键以及一根与选自C1-C4烷基和苯基的取代基的键。对于情形(n＝1)，该氮形成三根与相邻取代基Y1、Y2和Y3的键。
对于A为O(氧)的情形，n＝0。该氧形成两根与相邻取代基Y1和Y2的键。
优选包含至少一种选自钌和铱的元素的配位催化剂。
在优选实施方案中，本发明方法在至少一种配位催化剂存在下进行，该催化剂包含至少一种选自元素周期表第8、9和10族的元素以及还有至少一种通式(V)的磷供体配体，其中
n为0或1；
R7-R12相互独立地为未被取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基；
A为：
i)选自如下的桥接基团：未被取代的C1-C6链烷烃、C3-C10环烷烃、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环烷烃、C5-C14芳烃和包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C6杂芳烃；
或者
ii)式(VI)或(VII)的桥接基团：
Figure BDA0003028465460000121
m、q相互独立地为0、1、2、3或4；
R13、R14相互独立地选自C1-C10烷基、F、Cl、Br、OH、OR15、NH2、NHR15和N(R15)2，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
X1、X2相互独立地为NH、O或S；
X3为键、NH、NR16、O、S或CR17R18；
R16为未被取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基；
R17、R18相互独立地为未被取代的C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、C3-C10环烷基、C3-C10环烷氧基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基、C5-C14芳氧基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基；
Y1、Y2、Y3相互独立地为键、未被取代的亚甲基、亚乙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基或六亚甲基。
在进一步优选的实施方案中，本发明方法在至少一种配位催化剂存在下进行，该催化剂包含至少一种选自元素周期表第8、9和10族的元素以及还有至少一种通式(VIII)的磷供体配体：
Figure BDA0003028465460000131
其中
R7-R10相互独立地为未被取代或至少单取代的C1-C10烷基、C1-C4烷基二苯基膦(-C1-C4烷基-P(苯基)2)、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
A为：
i)选自如下的桥接基团：未被取代或者至少单取代的N、O、P、C1-C6链烷烃、C3-C10环烷烃、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环烷烃、C5-C14芳烃和包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C6杂芳烃，
其中取代基选自C1-C4烷基、苯基、F、Cl、Br、OH、OR15、NH2、NHR15或N(R15)2，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
或者
ii)式(VI)或(VII)的桥接基团：
Figure BDA0003028465460000132
m、q相互独立地为0、1、2、3或4；
R13、R14相互独立地选自C1-C10烷基、F、Cl、Br、OH、OR15、NH2、NHR15和N(R15)2，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
X1、X2相互独立地为NH、O或S，
X3为键、NH、NR16、O、S或CR17R18；
R16为未被取代或者至少单取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
R17、R18相互独立地为未被取代或至少单取代的C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、C3-C10环烷基、C3-C10环烷氧基、包含至少一个选自N、O
和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基、C5-C14芳氧基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
Y1、Y2相互独立地为键、未被取代或至少单取代的亚甲基、亚乙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基或六亚甲基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、OR15、CN、NH2、NHR15、N(R15)2和C1-C10烷基，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基。
在进一步优选的实施方案中，本发明方法在至少一种配位催化剂存在下进行，该催化剂包含至少一种选自元素周期表第8、9和10族的元素以及还有至少一种通式(IX)的磷供体配体：
Figure BDA0003028465460000141
其中
R7-R12相互独立地为未被取代或至少单取代的C1-C10烷基、C1-C4烷基二苯基膦、C3-C10环烷基、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环基、C5-C14芳基或包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C10杂芳基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、CN、NH2和C1-C10烷基；
A选自如下的桥接基团：未被取代或至少单取代的N、P、C1-C6链烷烃、C3-C10环烷烃、包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C3-C10杂环烷烃、C5-C14芳烃和包含至少一个选自N、O和S的杂原子的C5-C6杂芳烃，
其中取代基选自C1-C4烷基、苯基、F、Cl、Br、OH、OR15、NH2、NHR15或N(R15)2，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基；
Y1、Y2、Y3相互独立地为键、未被取代或至少单取代的亚甲基、亚乙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基或六亚甲基，
其中取代基选自F、Cl、Br、OH、OR15、CN、NH2、NHR15、N(R15)2和C1-C10烷基，
其中R15选自C1-C10烷基和C5-C10芳基。
在进一步优选的实施方案中，本发明方法在至少一种配位催化剂存在下进行，该催化剂包含至少一种选自元素周期表第8、9和10族的元素以及还有至少一种通式(VIII)的磷供体配体，其中
R7-R10相互独立地为甲基、乙基、异丙基、叔丁基、环戊基、环己基、苯基或
Figure BDA0003028465460000152
基；
A为：
i)选自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、环己烷、苯、萘和蒽的桥接基团；
或者
ii)式(X)或(XI)的桥接基团；
Figure BDA0003028465460000151
X1、X2相互独立地为NH、O或S；
X3为键、NH、O、S或CR17R18；
R17、R18相互独立地为未被取代的C1-C10烷基；
Y1、Y2相互独立地为键、亚甲基或亚乙基。
在特别优选的实施方案中，本发明方法在至少一种配位催化剂存在下进行，该催化剂包含至少一种选自元素周期表第8、9和10族的元素以及还有至少一种通式(XII)或(XIII)的磷供体配体：
Figure BDA0003028465460000161
其中对于m、q、R7、R8、R9、R10、R13、R14、X1、X2和X3，上面所列定义和优选情形适用。
在一个实施方案中，本发明方法在至少一种过渡金属配位催化剂存在下进行并且本文优选的式IV的单齿配体是其中R5a、R5b和R6各自为任选带有1或2个C1-C4烷基取代基的苯基或烷基的那些以及其中R7、R8和R9各自为C5-C8环烷基或C2-C10烷基，尤其是未支化的线性n-C2-C10烷基的那些。基团R5a-R6可以相同或不同。优选基团R5a-R6相同且选自本文所述取代基，尤其选自作为优选显示的那些。优选的单齿配体IV的实例是三苯基膦(TPP)、三乙基膦、三正丁基膦、三正辛基膦和三环己基膦。
在另一实施方案中，本发明方法在至少一种过渡金属配位催化剂和至少一种选自1,2-二(二苯基膦基)乙烷(dppe)、1,2-二(二苯基膦基)丙烷(dppp)、1,2-二(二苯基膦基)丁烷(dppb)、2,3-二(二环己基膦基)乙烷(dcpe)、4,5-二(二苯基膦基)-9,9-二甲基呫吨(xantphos)、二(2-二苯基膦基乙基)苯基膦和1,1,1-三(二苯基膦基甲基)乙烷(triphos)的磷供体配体存在下进行。
在进一步特别优选的实施方案中，本发明方法在包含钌和至少一种选自4,5-二(二苯基膦基)-9,9-二甲基呫吨(xantphos)、二(2-二苯基膦基乙基)苯基膦和1,1,1-三(二苯基膦基甲基)乙烷(triphos)的磷供体配体的配位催化剂存在下进行。
在进一步特别优选的实施方案中，本发明方法在包含铱以及还有至少一种选自4,5-二(二苯基膦基)-9,9-二甲基呫吨(xantphos)、二(2-二苯基膦基乙基)苯基膦和1,1,1-三(二苯基膦基甲基)乙烷(triphos)的磷供体配体的配位催化剂存在下进行。
在本发明上下文中，C1-C10烷基应理解为指支化、未支化、饱和和不饱和基团。优选具有1-6个碳原子的烷基(C1-C6烷基)。更优选具有1-4个碳原子的烷基(C1-C4烷基)。
饱和烷基的实例是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和己基。
不饱和烷基(链烯基、炔基)的实例是乙烯基、烯丙基、丁烯基、乙炔基和丙炔基。
C1-C10烷基可以未被取代或者被一个或多个选自如下的取代基取代：F、Cl、Br、羟基(OH)、C1-C10烷氧基、C5-C10芳氧基、C5-C10烷基芳氧基、包含至少一个选自N、O、S的杂原子的C5-C10杂芳氧基、氧代、C3-C10环烷基、苯基、包含至少一个选自N、O、S的杂原子的C5-C10杂芳基、包含至少一个选自N、O、S的杂原子的C5-C10杂环基、萘基、氨基、C1-C10烷基氨基、C5-C10芳基氨基、包含至少一个选自N、O、S的杂原子的C5-C10杂芳基氨基、二-C1-C10烷基氨基、二-C10-C12芳基氨基、C10-C20烷基芳基氨基、C1-C10酰基、C1-C10酰氧基、NO2、C1-C10羧基、氨基甲酰基、羧酰胺、氰基、磺酰基、磺酰氨基、亚磺酰基、亚磺酰氨基、硫醇、C1-C10烷基硫醇、C5-C10芳基硫醇或C1-C10烷基磺酰基。
C1-C10烷基的上述定义相应地适用于C1-C30烷基和C1-C6链烷烃。
C3-C10环烷基在本案中应理解为指饱和、不饱和单环和多环基团。C3-C10环烷基的实例是环丙基、环丁基、环戊基、环己基或环庚基。环烷基可以未被取代或者被一个或多个上面就基团C1-C10烷基所定义的取代基取代。
该活性氢化催化剂可以通过将配体加入上述前体中在反应混合物中就地产生。该过渡金属和该配体之间的摩尔比在2:1-1:50，优选1:1-1:10，最优选1:2-1:5范围内。
除了该一种或多种选自上述配体的配体外，本发明方法的催化体系还可以包括至少一种选自卤化物、氨化物、羧酸酯、乙酰丙酮化物、芳基-或烷基磺酸酯、氢化物、CO、烯烃、二烯、环烯烃、腈、芳族烃和杂芳族烃、醚、PF3、磷杂环戊二烯类、磷杂苯类以及单-、二-和多齿次亚膦酸酯、亚膦酸酯、氨基磷酸酯和亚磷酸酯配体的其他配体。优选该催化剂还含有CO作为配体。
该活性催化剂还可以在专用合成步骤中预制。合适的预制催化剂可以是[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]、[Ru(PPh3)3(CO)Cl2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]、[Ru(binap)(Cl)2]、[Ru(PMe3)4(H)2]、[Ru(PEt3)4(H)2]、[Ru(Pn-Pr3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]和[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]，优选[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]、[Ru(PPh3)3(CO)Cl2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)2，最优选该活性催化剂为[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于该均相过渡金属催化剂TMC1选自[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]、[Ru(PPh3)3(CO)Cl2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]、[Ru(binap)(Cl)2]、[Ru(PMe3)4(H)2]、[Ru(PEt3)4(H)2]、[Ru(Pn-Pr3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]和[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]，优选[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]、[Ru(PPh3)3(CO)Cl2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)2，最优选[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]。
若使用预制活性催化剂，则也可能有益的是将额外的式IV或V的配体加入反应混合物中。
在本发明方法中，基于化合物B，优选根据式II的腈-酮的量，过渡金属催化剂TMC1的用量可以在宽范围内变化。该均相过渡金属催化剂TMC1相对于化合物B通常以亚化学计算量使用。均相过渡金属催化剂TMC 1的量基于化合物B的量通常不超过50mol％，常常不超过20mol％，尤其不超过10mol％或不超过5mol％。优选在本发明方法中均相过渡金属催化剂TMC 1基于化合物B的量以0.001-50mol％，常常是0.001-20mol％，尤其是0.005-5mol％的量使用。优选过渡金属催化剂的用量为0.01-5mol％。全部量的所示过渡金属配位催化剂作为过渡金属计算并且基于化合物B的量。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于过渡金属配位催化剂TMC1以0.001-20mol％的量使用，作为过渡金属计算并且基于该方法中所用化合物B的量。
化合物B与氢气和水的反应原则上可以根据本领域熟练技术人员已知适合式II的腈-酮与H2在水存在下反应的所有方法进行。
用于该还原反应的氢气(H2)可以以纯净形式使用，或者需要的话也以与其他，优选惰性气体，如氮气或氩气的混合物形式使用。优选以未稀释形式使用H2。
该反应通常在0.1-400巴，优选10-200巴，更优选20-180巴范围内的H2压力下进行。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于化合物B、水和氢气之间的反应在20-180巴范围内的压力下进行。
该反应原则上可以连续、半连续或不连续进行。优选连续方法。
该反应原则上可以在本领域熟练技术人员已知用于该类反应并且因此相应地选择反应器的所有反应器中进行。合适的反应器在相关现有技术，例如在US 6639114 B2第16栏第45-49行中提到的合适专论和参考著作中说明和综述。优选对于该反应使用可以具有内部搅拌器和内衬的高压釜。
在本发明的还原腈水解中得到的组合物包含有机化合物A，优选如上所述式I的羟甲基醇类。
本发明方法可以在宽温度范围内进行。优选该反应在20-200℃，更优选50-180℃，尤其是100-170℃范围内的温度下进行。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于化合物B、水和氢气之间的反应在50-180℃范围内的温度下进行。
该还原腈水解和酮氢化在水存在下进行。该反应可以在作为溶剂的水中进行，但也可以与溶剂组合进行。在该还原腈水解中优选使用水-溶剂混合物。合适的溶剂选自脂族烃，芳族烃，醚或醇及其混合物。优选的溶剂是：
-脂族烃，如戊烷、己烷、庚烷、辛烷或环己烷；
-芳族烃，如苯、甲苯、二甲苯类、乙苯、
Figure BDA0003028465460000201
或三氟甲苯；
-醚如二
Figure BDA0003028465460000202
烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙醚、二丁醚、甲基叔丁基醚、二异丙基醚、二甲氧基乙烷或二甘醇二甲基醚和其他甘醇二甲醚类(丙二醇和乙二醇的各种齐聚物的醚)；
-醇如甲醇、乙醇、2-丙醇、1-丁醇、异丁醇、叔丁醇、甲氧基乙醇。
优选使用选自二
Figure BDA0003028465460000203
烷、四氢呋喃、甘醇二甲醚类、甲醇和乙醇的溶剂。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于化合物B、水和氢气之间的反应在选自溶剂二
Figure BDA0003028465460000204
烷、四氢呋喃、甘醇二甲醚类、甲醇和乙醇的溶剂存在下进行。
需要的话，还可以使用两种或更多种上述溶剂的混合物。
当使用额外溶剂时，水与溶剂的摩尔比在50:1-1:50，优选2:1-1:30，最优选2:1-1:10范围内。
或者，本发明方法可以在不存在任何上述有机溶剂下，即在所谓的纯净条件下，优选在有机化合物A，优选如上所述的式I的羟甲基醇类与水一起作为溶剂存在下进行。
在本发明方法—还原腈水解和酮氢化—中得到的组合物包含有机化合物A，优选式I的3-或4-羟甲基醇类。本发明方法的反应混合物的后处理和有机化合物A的分离以常规方式进行，例如通过过滤、萃取后处理或蒸馏，例如在减压下蒸馏而进行。有机化合物A可以通过应用该类措施或其组合而以足够纯度得到，排除了额外提纯步骤。或者，可以通过本领域常用的方法如层析进行进一步提纯。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于在还原腈水解之后经由蒸馏将有机化合物A，优选式I的羟甲基醇与该过渡金属催化剂分离。
蒸馏残余物通常仍以活性形式包含该过渡金属催化剂，其可以再用于新的还原腈水解和酮氢化步骤，即新的工艺步骤a中。只要蒸馏条件，尤其是温度处理，不太苛刻，则该过渡金属催化剂保持活性。
在本发明的一个实施方案中，本发明方法的特征在于该均相过渡金属催化剂TMC1通过经由蒸馏从反应混合物中除去化合物A和其他挥发性化合物而再循环。
本发明提供了一种在单一工艺步骤中由易得腈-酮生产羟甲基醇类的经济方法。
本发明由下列实施例说明，但这些实施例并不限制本发明。
以百分数表示的数值各自基于重量％，除非另有明确说明。
通用说明
所有化学品和溶剂购自Sigma-Aldrich或ABCR并且没有进一步提纯而使用。分析薄层色谱法(TLC)在预涂Macherey-Nagel
Figure BDA0003028465460000212
SIL G/UV254聚酯板上进行。显色使用高锰酸钾染色[在水(1000mL)中的KMnO4(10g)，K2CO3(65g)和NaOH水溶液(1N，15mL)]并随后加热而实现。柱层析在Aldrich硅胶(
Figure BDA0003028465460000213
70-230目，63-200μm)上进行。1H和13CNMR光谱在Bruker Avance III 300，Bruker Avance III 400或Bruker Avance III 500光谱仪上在环境温度下记录。化学位移δ相对于残留溶剂或四甲基硅烷(TMS)以ppm记录。多重性记录如下：s＝单峰，bs＝宽单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰，m＝多重峰，td＝双峰的三重峰，tt＝三重峰的三重峰。
实施例1：
Figure BDA0003028465460000211
试剂 MW[g/mol] 当量 mmol 克(mg)
1 165.24 1 1 165.2
2 952.41 0.05 0.05 47.6
程序：在空气下向约80mL Parr高压釜中加入RuHCl(CO)(PPh3)3(47.6mg，0.05mmol)、腈(165.2mg，1mmol)、1,4-二
Figure BDA0003028465460000214
烷(12.0mL)和水(12.0mL)。将该混合物用氩气温和脱气。在密闭该反应容器之后，将该体系首先用氮气吹扫(3×)，然后用氢气吹扫(3×)。最后将该高压釜用氢气加压(45巴)并在140℃下加热。在这些条件下搅拌22小时。注意：在该温度下内部压力升至55巴。然后将该反应冷却至室温并小心减压。向该粗材料中加入盐水(10mL)并将有机相用EtOAc萃取(3×30mL)，用盐水洗涤并在Na2SO4上干燥。滤过短棉垫并在真空下浓缩。该粗材料通过在SiO2上的快速柱层析使用己烷/EtOAc/丙酮(1:1:0.1)作为洗脱剂提纯。产物作为非对映体的3:1混合物分离。黄色油状物(136.8mg，80％产率)。
主要异构体：1H NMR(300MHz，CDCl3)δ3.98(tt，J＝11.4，4.1Hz，1H)，3.23(s，2H)，1.81-1.72(m，2H)，1.71-1.62(m，2H)，1.15(s，2H)，1.04(s，3H)，1.03(s，3H)，0.96(s，3H)。13C NMR(75MHz，CDCl3)δ75.1，65.9，49.0，45.9，43.2，37.6，35.2，32.5，28.4，23.2。次要异构体：1H NMR(300MHz，CDCl3)δ3.87(tt，J＝11.4，4.1Hz，1H)，3.51(s，2H)，1.96-1.84(m，2H)，1.52-1.44(m，2H)，1.11(s，2H)，1.07(s，3H)，0.99(s，3H+3H)。注意：一些1H NMR信号与主要异构体的信号部分重叠。13C NMR(75MHz，CDCl3)δ69.1，65.7，48.7，46.2，44.0，37.8，35.2，32.3，29.3，28.0。
实施例2：
Figure BDA0003028465460000221
试剂 MW[g/mol] 当量 mmol 克(mg)
1 111.14 1 1 111.1
2 952.41 0.05 0.05 47.6
程序：在空气下向约40mL Premex高压釜中加入RuHCl(CO)(PPh3)3、该腈、1,4-二
Figure BDA0003028465460000222
烷(6.0mL)和水(6.0mL)。将该混合物用氩气温和脱气。在密闭该反应容器之后，将该体系首先用氮气吹扫(3×)，然后用氢气吹扫(3×)。最后将该高压釜用氢气加压(45巴)并在140℃下加热。在这些条件下搅拌22小时。注意：在该温度下内部压力升至55巴。然后将该反应冷却至室温并小心减压。向该粗材料中加入盐水(10mL)并将有机相用EtOAc萃取(3×30mL)，用盐水洗涤并在Na2SO4上干燥。滤过短棉垫并在真空下浓缩。该粗材料通过在SiO2上的快速柱层析使用己烷/EtOAc(梯度从40％到70％)作为洗脱剂提纯。产物作为褐色油状物分离(47.7mg，40％产率)。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.85-3.77(m，1H)，3.66(t，J＝6.4Hz，2H)，1.66(bs，2H)，1.63-1.38(m，6H)，1.19(d，J＝6.2Hz，3H)。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ68.2，62.9，39.0，32.7，23.7，22.1。
实施例3：
Figure BDA0003028465460000231
试剂 MW[g/mol] 当量 mmol 克(mg)
1 151.21 1 1 151.2
2 952.41 0.05 0.05 47.6
程序：在空气下向约40mL Premex高压釜中加入RuHCl(CO)(PPh3)3、该腈、1,4-二
Figure BDA0003028465460000232
烷(6.0mL)和水(6.0mL)。将该混合物用氩气温和脱气。在密闭该反应容器之后，将该体系首先用氮气吹扫(3×)，然后用氢气吹扫(3×)。最后将该高压釜用氢气加压(45巴)并在140℃下加热。在这些条件下搅拌22小时。注意：在该温度下内部压力升至55巴。然后将该反应冷却至室温并小心减压。向该粗材料中加入盐水(10mL)并将有机相用EtOAc萃取(3×30mL)，用盐水洗涤并在Na2SO4上干燥。滤过短棉垫并在真空下浓缩。该粗材料通过在SiO2上的快速柱层析使用己烷/EtOAc(梯度从70％到100％)作为洗脱剂提纯。产物作为非对映体的3:1混合物分离。黄色油状物(130.0mg，82％产率，[基于NMR纯度为95％])。
主要异构体：1H NMR(500MHz，CDCl3)δ3.87(s，J＝1.7Hz，1H)，3.68-3.55(m，2H)，2.50(s，2H)，1.80-1.71(m，1H)，1.66-1.50(m，4H)，1.50-1.30(m，6H)，1.29-1.18(m，2H)。13CNMR(126MHz，CDCl3)δ69.1，63.0，41.2，33.0，30.0，27.9，27.2，25.1，20.8。次要异构体：1HNMR信号全部重叠，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.23(td，J＝9.5，4.5Hz，1H)，1.98-1.91(m，1H)例外。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ74.8，63.3，44.8，36.0，30.6，29.7，28.4，25.7，25.1。

Claims (8)

1.一种生产式(I)的有机化合物A的方法：
Figure FDA0003028465450000011
其中
R1为具有1-40个碳原子的有机基团，
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R1与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数，
包括其中使式(II)的化合物B与氢气和水在至少一种均相过渡金属催化剂TMC 1存在下反应的单一工艺步骤：
Figure FDA0003028465450000012
其中
R2为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R3为氢或具有1-40个碳原子的有机基团，
R4为具有1-40个碳原子的有机基团，
或者R4与R3一起或R2与R3一起和连接它们的原子一起形成具有1-40个碳原子的二价有机基团，和
x为1-10的整数。
2.根据权利要求1的方法，其中均相过渡金属催化剂TMC 1包含选自根据IUPAC的元素周期表的第8、9和10族金属的过渡金属。
3.根据权利要求1或2的方法，其中均相过渡金属催化剂TMC 1选自[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]、[Ru(PPh3)3(CO)Cl2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]、[Ru(binap)(Cl)2]、[Ru(PMe3)4(H)2]、[Ru(PEt3)4(H)2]、[Ru(Pn-Pr3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(Pn-Bu3)4(H)2]、[Ru(P正辛基3)4(H)2]、[Ru(PPh3)3(CO)(H)Cl]和[Ru(PPh3)3(CO)(H)2]。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中过渡金属配位催化剂TMC1作为过渡金属计算并且基于所述方法中所用化合物B的量以0.001-20mol％的量使用。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中化合物B、水和氢气之间的反应在20-180巴范围内的压力下进行。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中化合物B、水和氢气之间的反应在50-180℃范围内的温度下进行。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中化合物B、水和氢气之间的反应在选自二
Figure FDA0003028465450000021
烷、四氢呋喃、甘醇二甲醚类、甲醇和乙醇的溶剂存在下进行。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中均相过渡金属催化剂TMC1通过经由蒸馏从反应混合物中除去化合物A和其他挥发性化合物而再循环。
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