CN113336647A - 一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种4‑乙酰氧基‑2‑甲基‑2‑丁烯醛的制备方法，该方法以成盐&wittig反应为核心，以廉价易得的甲醇为反应初始原料。本发明提供了一种新的反应路线，反应步骤简单、反应条件温和，产品收率高。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法。
背景技术
4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛(以下简称五碳醛)，其是合成维生素A的关键中间体，目前的合成方法主要有二甲氧基丙酮法、环氧乙烷法、异戊二烯法及丁烯二醇法。
US5453547及US4301048提及了二甲氧基丙酮法制备五碳醛的方法，该方法用到炔化及氢化，操作要求高，铜催化异构收率较低。US4873362公开了环氧乙烷法制备五碳醛的方法，该方法中环氧乙烷属高危原料，中间体乙酰氧基乙醛较难制备且极不稳定。US5424478公开了异戊二烯法制备五碳醛的方法，该方法废水量大，总收率较低。US4124619描述了丁烯二醇法制备五碳醛的方法，该法属高温高压贵金属催化反应，废水较少，但对设备要求较高。
综上，现有的五碳醛的制备工艺尚有较多不足之处，如何创设一种反应条件温和、收率较高、反应原料简单易得的五碳醛的制备方法，仍是行业内急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法，本发明以廉价易得的甲醇为原料，经过酰化反应，成盐反应，wittig反应以及氧化反应后得到五碳醛，产生的三废较少，反应步骤简单、原料常见易得、反应条件温和，产品收率高。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法，包括以下步骤：
(1)以甲醇为反应初始底物，加入酰化试剂在催化剂一的作用下生成酰化产物。
(2)将步骤(1)制备的酰化产物和含膦有机物、催化剂二在有机溶剂二中发生成盐反应，生成有机膦盐。
(3)将步骤(2)制备的有机膦盐溶于溶剂三，向其中加入卤代丙酮，在催化剂三的作用下发生wittig反应，生成卤代产物。
(4)将步骤(3)制备的卤代产物在催化剂四的作用下经过水解氧化生成4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
反应路线示意如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
本发明步骤(1)中所述酰化试剂为乙酸酐，所述催化剂一为酸催化剂，优选浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、高氯酸、高碘酸等中的一种或多种，更优选浓硫酸。
优选的，所述步骤(1)的反应温度为10～200℃，优选50～100℃，所述反应时间为1～20h，优选5～10h。
优选的，所述步骤(1)中，甲醇、酰化试剂与催化剂一的摩尔比为1：1～10：0.1～10，优选1:1～5:0.5～5。
优选的，所述步骤(2)中，有机溶剂二为二氯甲烷、甲苯、间二甲苯、乙酸乙酯和四氢呋喃等中的一种或多种，优选二氯甲烷。
优选的，所述含膦有机物为带芳基的有机磷化物，如三苯基膦、三苯基氯化磷、三苯基盐酸盐和苄基二金刚烷膦等，优选三苯基膦。每克含膦有机物中加入有机溶剂二的体积为1～50mL，优选的5～25mL。
优选的，所述步骤(2)的反应温度为10～100℃，优选20～40℃，反应时间为1～10h，优选2～6h。
优选的，所述酰化产物、含膦有机物与催化剂二的摩尔比为1：1～10：0.1～10，优选，1：1～5：1～2。
优选的，所述催化剂二为酸催化剂，如硫酸、盐酸、硝酸等中的一种或多种，优选盐酸。
优选的，步骤(3)中所述溶剂三为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、水和乙酸乙酯等中的一种或多种，优选水。每克有机膦盐中加入溶剂三的体积为1～20mL，优选的5～10mL。
优选的，卤代丙酮为氯代丙酮。
优选的，所述催化剂三为碱类物质，如无机碱或有机碱等，优选碱金属碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化钠、氢氧化钾和氨水等，优选氢氧化钠、氢氧化钾。
优选的，所述步骤(3)的反应温度为10～100℃，优选30～50℃，所述催化剂三采用滴加的方式加入，加入时间为1～8h，优选2～4h，滴加完毕后在反应温度下保温反应1～10h，优选2～5h，优选的，所述步骤(3)中，所述有机膦盐、卤代丙酮与催化剂三的摩尔比为1：1～10：0.5～20，优选1：2～5：1～2。
优选的，所述步骤(4)在有水的条件下进行，可采用水做溶剂，也可采用其他溶剂，如乙酸乙酯，甲醇、二氯甲烷、正己烷、甲苯，优选水。
优选的，所述催化剂四为酸催化剂，如硫酸、硝酸、高氯酸、盐酸等中的一种或多种，优选硫酸。
所述步骤(4)酸催化剂可以其水溶液的方式加入，其中水可作为反应溶剂。
优选的，所述步骤(4)中，反应温度为-10～30℃，优选0～20℃，反应时间为1～5h，优选2～4h。
优选的，所述步骤(4)中，卤代产物与催化剂四的摩尔比为1：0.5-7，优选1：1-3。为保证水解反应进行，步骤(4)中，水的加入量至少为卤代产物摩尔量的2倍以上，优选3倍以上。水可单独加入，也可以其他方式(如酸催化剂的溶剂)加入到体系中。
在本发明的一些优选实施方式中，步骤(4)中单独加入了卤代产物摩尔量2～20倍，优选3～10倍的水。
本发明的有益效果在于：
本申请提供了一种新的合成五碳醛的路线，第一，该工艺原料廉价易得，生产成本低。第二，所有反应均可在较低温度和常压下进行，反应条件温和，易于大规模生产，具有工业应用前景。第三，反应步骤短，串联收率大于高，产品纯度高。
附图说明
图1为实施例1中步骤(3)制备得到的氯代产物的气相色谱图。
图2为实施例1中步骤(4)制备得到的五碳醛的气相色谱图。
具体实施方式：
本发明的具体细节在下面具体实施方式中进行详述，但具体实施方式不应解释为限定本发明的保护范围。
原料来源：甲醇、氢氧化钠、乙酸酐和氯代丙酮购买于上海泰坦科技有限公司，三苯基膦购买于阿拉丁试剂有限公司。
本发明所有产物均采用气相分析法进行收率和纯度计算。岛津气相方法分析仪器：SHIMADZU GC-2010Plus程序升温：首先15℃/min从100℃升至到230℃，保持10分钟，运行时间为28分钟。色谱柱说明:Agilent DB-5:(30mx0.32mmx0.25um)。
实施例1：
(1)酰化产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，准确称取32g甲醇于反应釜中，向其中加入102.1g乙酸酐，搅拌下使反应釜升温至50℃后，一次性向反应釜中加入50g浓硫酸(质量分数为98％)，反应5h后减压蒸馏脱除未反应完的甲醇，得到酰化产物，经GC分析其含量为98.5％，收率90.2％。
(2)有机膦盐的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(1)中所得79.3g酰化产物至反应釜中，向其中同时加入236.6g三苯基膦和1183mL二氯甲烷，搅拌均匀后将反应釜控温至20℃，向其中滴加91.3g质量分数为36％的盐酸溶液，滴加反应2h后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为98.5％，收率94.5％。
(3)氯代产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(2)中所得314.3g有机膦盐至反应釜中，向其中加入1580mL的去离子水后，升温至30℃，搅拌状态下使得固体溶解完全，向其中加入133.8g氯代丙酮，并滴加340.9g质量分数为10％的氢氧化钠溶液，控制滴加时间为2h，继续保温反应2h后，所得反应液以正己烷萃取后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为96.7％，收率90.8％。
(4)五碳醛的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(3)中所得115.0g氯代产物至反应釜中，向其中加入41.8g去离子水后，降温至0℃，搅拌状态下向其中一次性加入758.5g质量分数为10％的稀硫酸，反应2h后，取下层有机物，分析所得产物的纯度为99.5％，收率98.3％。
4步反应的串联总收率为76.08％。
实施例2：
(1)酰化产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，准确称取32g甲醇于反应釜中，向其中加入204.2g乙酸酐，搅拌下使反应釜升温至60℃后，一次性向反应釜中加入100g浓硫酸(质量分数为98％)，反应6h后减压蒸馏脱除未反应完的甲醇，得到酰化产物，经GC分析其含量为98.2％，收率91.3％。
(2)有机膦盐的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(1)中所得80.3g酰化产物至反应釜中，向其中同时加入262.3g三苯基膦和2623mL二氯甲烷，搅拌均匀后将反应釜控温至30℃，向其中滴加92.2g质量分数为36％的盐酸溶液，滴加反应3h后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为97.5％，收率93.5％。
(3)氯代产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(2)中所得314.8g有机膦盐至反应釜中，向其中加入3148mL的去离子水后，升温至35℃，搅拌状态下使得固体溶解完全，向其中加入201.0g氯代丙酮，并滴加227.6g质量分数为15％的氢氧化钠溶液，控制滴加时间为2.5h，继续保温反应2.5h后，所得反应液以正己烷萃取后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为98.7％，收率89.6％。
(4)五碳醛的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(3)中所得113.6g氯代产物至反应釜中，向其中加入55.1g去离子水后，降温至0℃，搅拌状态下向其中一次性加入899.5g质量分数为10％的稀硫酸，反应2.5h后，取下层有机物，分析所得产物的纯度为99.0％，收率98.1％。
4步反应的串联总收率为75.03％。
实施例3：
(1)酰化产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，准确称取32g甲醇于反应釜中，向其中加入306.3g乙酸酐，搅拌下使反应釜升温至70℃后，一次性向反应釜中加入200g浓硫酸(质量分数为98％)，反应7h后减压蒸馏脱除未反应完的甲醇，得到酰化产物，经GC分析其含量为98.8％，收率90.1％。
(2)有机膦盐的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(1)中所得79.2g酰化产物至反应釜中，向其中同时加入708.9g三苯基膦和10633mL二氯甲烷，搅拌均匀后将反应釜控温至30℃，向其中滴加127.7g质量分数为36％的盐酸溶液，滴加反应4h后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为97.9％，收率95.5％。
(3)氯代产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(2)中所得317.3g有机膦盐至反应釜中，向其中加入2538mL的去离子水后，升温至40℃，搅拌状态下使得固体溶解完全，向其中加入270.2g氯代丙酮，并滴加241g质量分数为20％的氢氧化钠溶液，控制滴加时间为3h，继续保温反应3h后，所得反应液以正己烷萃取后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为98.9％，收率91.6％。
(4)五碳醛的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(3)中所得117.1g氯代产物至反应釜中，向其中加入70.9g去离子水后，降温至10℃，搅拌状态下向其中一次性加入1081.1g质量分数为10％的稀硫酸，反应3h后，取下层有机物，分析所得产物的纯度为99.2％，收率98.8％。
4步反应的串联总收率为77.9％。
实施例4：
(1)酰化产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，准确称取32g甲醇于反应釜中，向其中加入408.4g乙酸酐，搅拌下使反应釜升温至80℃后，一次性向反应釜中加入300g浓硫酸(质量分数为98％)，反应9h后减压蒸馏脱除未反应完的甲醇，得到酰化产物，经GC分析其含量为99.1％，收率92.1％。
(2)有机膦盐的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(1)中所得81.0g酰化产物至反应釜中，向其中同时加入966.3g三苯基膦和24157mL二氯甲烷，搅拌均匀后将反应釜控温至35℃，向其中滴加149.1g质量分数为36％的盐酸溶液，滴加反应4h后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为98.9％，收率96.5％。
(3)氯代产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(2)中所得327.7g有机膦盐至反应釜中，向其中加入3277mL的去离子水后，升温至50℃，搅拌状态下使得固体溶解完全，向其中加入279.1g氯代丙酮，并滴加198.8g质量分数为25％的氢氧化钠溶液，控制滴加时间为5h，继续保温反应5h后，所得反应液以正己烷萃取后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为99.2％，收率92.6％。
(4)五碳醛的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(3)中所得122.3g氯代产物至反应釜中，向其中加入74.1g去离子水后，降温至20℃，搅拌状态下向其中一次性加入1129.1g质量分数为10％的稀硫酸，反应4h后，取下层有机物，分析所得产物的纯度为99.1％，收率97.9％。
4步反应的串联总收率为80.6％。
实施例5：
(1)酰化产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，准确称取32g甲醇于反应釜中，向其中加入510.5g乙酸酐，搅拌下使反应釜升温至100℃后，一次性向反应釜中加入500g浓硫酸(质量分数为98％)，反应10h后减压蒸馏脱除未反应完的甲醇，得到酰化产物，经GC分析其含量为96.3％，收率89.9％。
(2)有机膦盐的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(1)中所得79.1g酰化产物至反应釜中，向其中同时加入1179.0g三苯基膦和23580mL二氯甲烷，搅拌均匀后将反应釜控温至40℃，向其中滴加182.2g质量分数为36％的盐酸溶液，滴加反应6h后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为99.1％，收率95.5％。
(3)氯代产物的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(2)中所得316.6g有机膦盐至反应釜中，向其中加入3166mL的去离子水后，升温至50℃，搅拌状态下使得固体溶解完全，向其中加入337.0g氯代丙酮，并滴加228.6g质量分数为30％的氢氧化钠溶液，控制滴加时间为4h，继续保温反应4h后，所得反应液以正己烷萃取后，再将所得反应液脱除溶剂，分析所得固体纯度为97.2％，收率88.6％。
(4)五碳醛的制备
反应釜在反应前进行氮气置换，称取(3)中所得113.0g氯代产物至反应釜中，向其中加入136.9g去离子水后，降温至20℃，搅拌状态下向其中一次性加入2236.3g质量分数为10％的稀硫酸，反应4h后，取下层有机物，分析所得产物的纯度为98.1％，收率96.9％。
4步反应的串联总收率为73.7％。
Claims (9)
1.一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以甲醇为反应初始底物，加入酰化试剂在催化剂一的作用下生成酰化产物；
(2)将步骤(1)制备的酰化产物和含膦有机物、催化剂二在有机溶剂二中发生成盐反应，生成有机膦盐；
(3)将步骤(2)制备的有机膦盐溶于溶剂三，向其中加入卤代丙酮，在催化剂三的作用下发生wittig反应，生成卤代产物；
(4)将步骤(3)制备的卤代产物在催化剂四的作用下经过水解氧化生成4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述酰化试剂为乙酸酐，所述催化剂一为酸催化剂，优选浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、高氯酸、高碘酸中的一种或多种，更优选浓硫酸；
优选的，所述步骤(1)的反应温度为10～200℃，优选50～100℃，所述反应时间为1～20h，优选5～10h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，甲醇、酰化试剂与催化剂一的摩尔比为1：1～10：0.1～10，优选1:1～5:0.5～5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，有机溶剂二为二氯甲烷、甲苯、间二甲苯、乙酸乙酯和四氢呋喃中的一种或多种，优选二氯甲烷；
优选的，所述含膦有机物为带芳基的有机磷化物，优选三苯基膦、、三苯基氯化磷、三苯基盐酸盐和苄基二金刚烷膦，优选三苯基膦；
优选的，所述步骤(2)的反应温度为10～100℃，更优选20～40℃，反应时间为1～10h，更优选2～6h；
优选的，所述催化剂二为酸催化剂，优选硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种，更优选盐酸。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酰化产物、含膦有机物与催化剂二的摩尔比为1：1～10：0.1～10，优选1：1～5：1～2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述溶剂三为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、水和乙酸乙酯中的一种或多种，优选水；
优选的，卤代丙酮为氯代丙酮；
优选的，所述催化剂三为碱类物质，优选碱金属碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化钠、氢氧化钾和氨水；
优选的，所述步骤(3)的反应温度为10～100℃，优选30～50℃，所述催化剂三采用滴加的方式加入，加入时间为1～8h，优选2～4h，滴加完毕后在反应温度下保温反应1～10h，优选2～5h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述有机膦盐、卤代丙酮与催化剂三的摩尔比为1：1～10：0.5～20，优选1：2～5：1～2。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)在有水的条件下进行；优选的，步骤(4)中，水的加入量为卤代产物摩尔量的2倍以上，优选5倍以上；
优选的，所述催化剂四为酸催化剂，优选硫酸、硝酸、高氯酸、盐酸等中的一种或多种，更优选硫酸；
优选的，所述步骤(4)中，卤代产物与催化剂四的摩尔比为1：0.5-7，优选1：1-3。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，反应温度为-10～30℃，优选0～20℃，反应时间为1～5h，优选2～4h。
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