CN113185481A - 四氢呋喃-3-酮的合成方法 - Google Patents

四氢呋喃-3-酮的合成方法 Download PDF

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林昆华
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    • C07D307/32Oxygen atoms

Abstract

本发明公开了一种四氢呋喃‑3‑酮的合成方法,在碱性条件下,将乙醇酸酯(I)与丙烯酸酯(II)在溶剂中进行混合,通过缩合成环反应,得到4‑甲酸酯‑四氢呋喃‑3‑酮(Ⅲ);然后在酸性条件下,使4‑甲酸酯‑四氢呋喃‑3‑酮(Ⅲ)经过回流脱羧反应,得到四氢呋喃‑3‑酮(Ⅳ)。本发明方法四氢呋喃‑3‑酮的合成方法,收率大于82%;本发明方法条件温和易控,反应温和,操作简单安全,环境友好。

Description

四氢呋喃-3-酮的合成方法
技术领域
本发明涉及一种四氢呋喃-3-酮类化合物的制备方法,应用于医药和化工中间体、香料制备领域。
背景技术
四氢呋喃-3-酮是一种非常重要的医药和化工中间体,其还原产物3-羟基-四氢呋喃广泛用于制备降血糖药、抗肿瘤药、抗艾滋病药等,并且在香料和农药等领域也有着广泛的应用。
目前,已报道的制备四氢呋喃-3-酮的方法均存在一定的缺陷:
中国专利CN102321054A公开了一种2-丁炔-1,4-二醇类化合物在硫酸溶液中,经硫酸高铈催化发生水合反应和脱水反应,通过一锅得到四氢呋喃-3-酮类化合物。但是该方法收率低,副产物较多,不适合工业化生产。
Figure BDA0003009237310000011
中国专利CN101712664A公开了一种将乙酰乙酸叔丁酯与溴代丙酰氯反应,再经过脱羧和环化反应,制得烷基呋喃酮。该方法使用了金属钠、双氧水和乙醚等危险品,并且反应路线长,污染大。
申请号为WO2006/067430的国际专利申请和文献J.Org.Chem.1989,54,1249-1256,公开3-羟基四氢呋喃被氯铬酸吡啶嗡盐(PCC或PDC)氧化制备四氢呋喃-3-酮。
Figure BDA0003009237310000012
Figure BDA0003009237310000013
该方法使用重金属铬化合物作为氧化剂,环境危害大。
在中国专利CN105051021A公开了一种3-羟基-四氢呋喃在催化量的TEMPO存在下利用三氯异氰酸氧化合成四氢呋喃-3-酮,但是该方法杂质较多,纯化困难。
Figure BDA0003009237310000021
已报道的四氢呋喃-3-酮的化学合成方法比较有限,普遍存在产率低,环境污染大和生产安全性低等缺陷。如何提供了一种原料便宜,操作简单安全,环境友好和产率较高的制备四氢呋喃-3-酮的方法,成为急需解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种四氢呋喃-3-酮的合成方法,原料便宜,操作简单安全,环境友好,产率高。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种四氢呋喃-3-酮的合成方法,在碱性条件下,将乙醇酸酯(I)与丙烯酸酯(II)在溶剂中进行混合,通过缩合成环反应,得到4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ);然后在酸性条件下,使4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)经过回流脱羧反应,得到四氢呋喃-3-酮(Ⅳ);
所述乙醇酸酯(I)和丙烯酸酯(II)具有如下结构通式:
Figure BDA0003009237310000022
上式中R1和R2分别为甲基和乙基中的至少一种烷基;
缩合成环反应和回流脱羧反应的反应方程式如下:
Figure BDA0003009237310000023
优选地,在乙醇酸酯(I)与丙烯酸酯(II)进行缩合成环反应时,所述的乙醇酸酯与丙烯酸酯的投料摩尔比为1:(1.0~1.2)。
优选地,在进行缩合成环反应时,碱性条件采用的碱为NaH、碳酸钠、碳酸钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾和三乙胺中的至少一种。
优选地,在进行缩合成环反应时,乙醇酸酯(I)与碱的投料摩尔比为1:(1.0~1.5)。
优选地,在进行缩合成环反应时,溶剂采用四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
优选地,在进行缩合成环反应时,所述缩合成环反应的温度为0~60℃。
优选地,在进行缩合成环反应时,所述缩合成环反应的时间为4~24h。
优选地,在进行缩合成环反应时,所述的乙醇酸酯与丙烯酸酯的投料摩尔比为1:(1.1~1.2);乙醇酸酯(I)与碱的投料摩尔比为1:(1.2~1.5)。
优选地,在进行缩合成环反应完成时,采用蒸馏、减压蒸馏和硅胶柱层析分离,对粗产物进行纯化。
优选地,在使4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)进行回流脱羧反应时,所述酸性条件采用的酸为硫酸、盐酸、冰醋酸中的任意一种或者任意多种的酸混合物;所述硫酸的质量百分比浓度为10~50%,盐酸的质量百分比浓度为5~30%。
优选地,在进行回流脱羧反应时,所述的4-羧酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)与酸的投料摩尔比为1:(3~10)。
优选地,在进行回流脱羧反应时,所述回流脱羧反应温度为80~100℃。
优选地,在进行回流脱羧反应时,所述的回流脱羧反应时间为3~12h。
优选地,在进行回流脱羧反应完成时,采用蒸馏、减压蒸馏和硅胶柱层析,对产物进行纯化。
优选地,在缩合成环反应完成时,用酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,得到粗产物,然后对粗产物进行纯化处理;
优选地,在回流脱羧反应完成时,冷却到室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,得到产物,然后对产物进行纯化处理。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明方法产物通过缩合成环和回流脱羧反应,产物通过萃取,硅胶柱层析和蒸馏进行分离提纯;
2.本发明方法四氢呋喃-3-酮的合成方法,收率大于82%;本发明方法条件温和易控,反应温和,操作简单安全,环境友好;
3.本发明方法工艺简单,易于实现,原料便宜,生产成本低,具有较高的工业化价值。
附图说明:
图1为本发明实施例一方法制备的4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮在氘代氯仿中的氢谱图。
图2为本发明实施例九方法制备的四氢呋喃-3-酮在氘代氯仿中的氢谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。下述各实施例所得产物均采用气相色谱和核磁共振氢谱进行结构确认。
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中,制备4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸甲酯(I,3g,33.3mmol)溶于50mL四氢呋喃中,分批加入NaH(60%in oil,1.6g,40mmol),搅拌约1小时等氢气产生结束。在缓慢滴加丙烯酸甲酯(II,3.15g,36.6mmol)的二甲亚砜溶液10mL,滴加完后继续反应4h。反应结束后用质量百分比浓度为10%的稀盐酸淬灭反应,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率82.5%。采用核磁共振氢谱表征结构如下:1H NMR(CDCl3,400MHz):4.35-4.45(m,2H),3.86-3.97(m,2H),3.72(s,3H),3.50(t,J=8.0Hz,1H).4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮核磁氢谱见图1。
实施例二:
本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL 1,4-二氧六环中,分批加入NaH(60%in oil,1.6g,40mmol),搅拌约1小时等氢气产生结束。再缓慢滴加丙烯酸甲酯(II,3.15g,36.6mmol)的1,4-二氧六环溶液10mL,滴加完后继续反应4h。反应结束后用质量百分比浓度为10%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,采用乙酸乙酯:石油醚3:7(v:v)为硅胶柱层析分离方法的流动相,对粗产物采用硅胶柱层析分离得到浅黄色油状物,产率78.6%。核磁氢谱与实施例一中相同。
实施例三:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL四氢呋喃中,分批加入NaH(60%inoil,1.6g,40mmol),搅拌约1小时等氢气产生结束。缓慢滴加丙烯酸甲酯(II,3.15g,36.6mmol)的四氢呋喃溶液10mL,滴加完后继续反应4h。反应结束后用质量百分比浓度为10%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率80.7%。核磁氢谱与实施例一中相同。
实施例四:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL N,N-二甲基甲酰胺中,分批加入叔丁醇钾(4.49g,40mmol),加热到50℃搅拌约1小时。然后缓慢滴加丙烯酸乙酯(II,3.67g,36.6mmol)的N,N-二甲基甲酰胺溶液10mL,滴加完后继续反应4h。反应结束后用质量百分比浓度为10%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,采用乙酸乙酯:石油醚3:7(v:v)为硅胶柱层析分离方法的流动相,对粗产物采用硅胶柱层析分离得到浅黄色油状物,产率73.8%。采用核磁共振氢谱表征结构如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):4.35-4.45(m,2H),3.86-3.97(m,2H),3.75(q,2H),3.47(t,J=8.0Hz,1H),1.21(t,3H)。
实施例五:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL二甲亚砜中,分批加入碳酸钾(5.53g,40mmol),加热到60℃搅拌约1小时。然后缓慢滴加丙烯酸乙酯(II,3.67g,36.6mmol)的二甲亚砜溶液10mL,滴加完后继续反应4h。反应结束后用质量百分比浓度为10%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率75.7%。核磁氢谱与实施例四中相同。
实施例六:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL乙醚中,分批加入乙醇钠(3.41g,50mmol),30℃保温搅拌约1小时。然后缓慢滴加丙烯酸乙酯(II,3.33g,33.3mmol)的乙醚溶液10mL,滴加完后继续反应17h。反应结束后用质量百分比浓度为30%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率82.3%。核磁氢谱与实施例四中相同。
实施例七:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.46g,33.3mmol)溶于50mL二甲亚砜中,分批加入三乙胺(7.0ml,50mmol),30℃搅拌约1小时。然后缓慢滴加丙烯酸乙酯(II,4.96g,49.6mmol)的二甲亚砜溶液10mL,滴加完后继续反应17h。反应结束后用质量百分比浓度为30%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率89.3%。核磁氢谱与实施例四中相同。
实施例八:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III):
将乙醇酸乙酯(I,3.47g,33.3mmol)溶于50mL THF中,分批加入碳酸钠(5.30g,50mmol),30℃保温搅拌约2小时。然后缓慢滴加丙烯酸乙酯(II,3.33g,33.3mmol)的THF溶液10mL,滴加完后继续反应17h。反应结束后用质量百分比浓度为30%的稀盐酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,粗产物采用减压蒸馏得到浅黄色油状物,产率80%。核磁氢谱与实施例四中相同。
实施例九:
在本实施例中,制备四氢呋喃-3-酮(IV):
将4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮(III,5g,34.7mmol)溶于200mL质量百分比为10%的硫酸溶液中,在100℃下加热回流,通过GC检测反应,反应3h基本结束。冷却到室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,旋干后粗产物通过蒸馏提纯,搜集144~146℃的馏分,得到无色液体,产率90.7%。采用核磁共振氢谱表征结构如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):4.21(t,J=8.0Hz,2H),3.78(s,2H),2.46(t,J=8.0Hz,2H)。四氢呋喃-3-酮的核磁氢谱见附图2。
实施例十:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备四氢呋喃-3-酮(IV):
将4-甲酸甲酯-四氢呋喃-3-酮(III,5g,34.7mmol)溶于200mL质量百分比为5%的盐酸:冰醋酸混合溶液(1:9(v:v))中,在90℃下加热回流,通过GC检测反应,反应2h基本结束。冷却到室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,旋干后粗产物通过蒸馏提纯,搜集144~146℃的馏分,得到无色液体,产率88.3%。核磁氢谱与实施例七中相同。
实施例十一:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备四氢呋喃-3-酮(IV):
将4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III,5.48g,34.7mmol)溶于200mL质量百分比为10%的硫酸溶液中,在80℃下加热回流,通过GC检测反应,反应5h基本结束。冷却到室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,旋干后粗产物通过蒸馏提纯,搜集144~146℃的馏分,得到无色液体,产率82.3%。核磁氢谱与实施例七中相同。
实施例十二:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,制备四氢呋喃-3-酮(IV):
将4-甲酸乙酯-四氢呋喃-3-酮(III,5.48g,34.7mmol)溶于200mL质量百分比为5%的盐酸:冰醋酸混合溶液(2:8(v:v))中,在80℃下加热回流,通过GC检测反应,反应8h基本结束。冷却到室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,旋干后粗产物通过蒸馏提纯,搜集144~146℃的馏分,得到无色液体,产率81.3%。核磁氢谱与实施例七中相同。
上述实施例,四氢呋喃-3-酮的制备方法采用乙醇酸酯与丙烯酸酯在碱性条件下缩合成环得到4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮,然后4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮在酸性条件下回流脱羧得到四氢呋喃-3-酮。上述实施例方法简单易操作,产物收率大于82%,产率高,原料便宜,操作简单安全,环境友好。
上面对本发明实施例进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在碱性条件下,将乙醇酸酯(I)与丙烯酸酯(II)在溶剂中进行混合,通过缩合成环反应,得到4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ);然后在酸性条件下,使4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)经过回流脱羧反应,得到四氢呋喃-3-酮(Ⅳ);
所述乙醇酸酯(I)和丙烯酸酯(II)具有如下结构通式:
Figure FDA0003009237300000011
上式中R1和R2分别为甲基和乙基中的至少一种烷基;
缩合成环反应和回流脱羧反应的反应方程式如下:
Figure FDA0003009237300000012
2.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在乙醇酸酯(I)与丙烯酸酯(II)进行缩合成环反应时,所述的乙醇酸酯与丙烯酸酯的投料摩尔比为1:(1.0~1.2);
或者,在进行缩合成环反应时,碱性条件采用的碱为NaH、碳酸钠、碳酸钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾和三乙胺中的至少一种;
或者,在进行缩合成环反应时,乙醇酸酯(I)与碱的投料摩尔比为1:(1.0~1.5);
或者,在进行缩合成环反应时,溶剂采用四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种;
或者,在进行缩合成环反应时,所述缩合成环反应的温度为0~60℃;
或者,在进行缩合成环反应时,所述缩合成环反应的时间为4~24h。
3.根据权利要求2所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行缩合成环反应时,所述的乙醇酸酯与丙烯酸酯的投料摩尔比为1:(1.1~1.2);乙醇酸酯(I)与碱的投料摩尔比为1:(1.2~1.5)。
4.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行缩合成环反应完成时,采用蒸馏、减压蒸馏和硅胶柱层析分离,对粗产物进行纯化。
5.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在使4-甲酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)进行回流脱羧反应时,所述酸性条件采用的酸为硫酸、盐酸、冰醋酸中的任意一种或者任意多种的酸混合物;所述硫酸的质量百分比浓度为10~50%,盐酸的质量百分比浓度为5~30%。
6.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行回流脱羧反应时,所述的4-羧酸酯-四氢呋喃-3-酮(Ⅲ)与酸的投料摩尔比为1:(3~10)。
7.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行回流脱羧反应时,所述回流脱羧反应温度为80~100℃。
8.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行回流脱羧反应时,所述的回流脱羧反应时间为3~12h。
9.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在进行回流脱羧反应完成时,采用蒸馏、减压蒸馏和硅胶柱层析,对产物进行纯化。
10.根据权利要求1所述四氢呋喃-3-酮的合成方法,其特征在于:在缩合成环反应完成时,用酸淬灭反应,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,得到粗产物,然后对粗产物进行纯化处理;
或者,在回流脱羧反应完成时,冷却到室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,Na2SO4干燥,得到产物,然后对产物进行纯化处理。
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