CN114401938A - 用于由烯烃制备环丙基化合物的改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过烯烃在溴氯甲烷、元素锌和元素铜或铜化合物的存在下的反应(环丙烷化反应)由烯烃制备环丙基化合物的改进方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过烯烃在溴氯甲烷、元素锌和元素铜或铜化合物的存在下的反应(环丙烷化反应)由烯烃制备环丙基化合物的改进方法。
背景技术
烯烃向同系环丙基化合物的转化以名称西蒙斯-史密斯(Simmons-Smith)反应已知，其中通常使二卤代烷(经常是二碘甲烷)在锌和铜的存在下反应。在该反应中，以铜活化的锌(锌铜偶)为中间体产生锌卡宾(卡宾体)，其亚甲基经历了与烯烃的双键加成。
虽然在二碘甲烷存在下的环丙烷化反应由于二碘甲烷的高反应性经常得到高产率，这对于形成锌卡宾中间体确实是必要的，但作为卡宾前体的含氯或含溴烷烃的反应通常不那么有利。该反应的变体因此在现有技术中有所描述，例如使用二溴甲烷作为二卤代烷；在这些变体中，锌或锌铜偶通过超声处理(J.Org.Chem.[有机化学杂志]50,1985,4640；Friedrich等人)，通过四氯化钛催化(J.Org.Chem.[有机化学杂志]1989,54,2388；Friedrich等人)或通过二氢双(2-甲氧基乙氧基)铝酸钠(SDBA)(EP0321409A2)另外进行活化。
还存在使用溴氯甲烷作为二卤代烷的反应的变体，其只有在锌或锌铜偶的另外活化的情况下才以可接受的产率提供希望的环丙基化合物。
在J.Org.Chem.[有机化学杂志],56(10),3255,1991(Sibille等人)中，例如描述了使用锌阳极和碳纤维阴极的烯丙醇与二溴甲烷或溴氯甲烷的电化学环丙烷化。然而，该反应的缺点是昂贵的、费力的且在相对大工业规模上进行时难以控制。
作为现有技术，WO 2017/024126另外描述了一种方法，其中使用二溴甲烷或溴氯甲烷代替二碘甲烷作为二卤代烷并且其中锌或锌铜偶另外进行活化。卤代烷基硅烷，例如三甲基氯硅烷，在此作为活化剂是绝对必要的，以获得可接受的产率。所需的含硅活化剂意味着该方法同样比经典的西蒙斯-史密斯反应在更大规模上进行时更费力和更昂贵，经典的西蒙斯-史密斯反应本身因为所需的二碘甲烷的价格高在相对大规模上是不经济的。
通过根据本发明的方法制备的环丙基化合物是例如用于各种商业用途的中间体或最终产物，如调味品或农用化学品。具有式(II)的化合物例如是唑类杀真菌剂环唑醇的中间体(DE 3406993、CN 105820128、CN 101857576)。
因此仍然需要提供不具有现有技术的缺点的西蒙斯-史密斯反应的变体，并且因此需要提供该变体的技术上的问题。
发明内容
出乎意料地，现在已经发现了一种用于制备环丙基化合物的方法，其包括含有至少一个碳-碳双键的相应的烯烃与溴氯甲烷在(i)元素锌、(ii)催化活性量的元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及(iii)至少一种溶剂的存在下的反应，其特征在于，该烯烃的反应在不存在有机硅化合物的情况下、优选在不存在卤代烷基硅烷的情况下、和/或在不添加有机硅化合物的情况下、优选在不添加卤代烷基硅烷的情况下进行，并且该元素锌具有按重量计不大于0.005％(50ppm)、优选按重量计不大于0.002％(20ppm)的铅含量。
用于本发明目的的烯烃是具有至少一个碳-碳双键的有机化合物。出于本发明的目的，碳-碳双键是脂肪族双键而不是芳香族双键。烯烃可以是直链的、支链的或环状的。脂肪族碳-碳双键可以是末端的或非末端的。如果烯烃含有多于一个碳-碳双键，则它们可以是共轭的或非共轭的。根据本发明的方法中使用的烯烃可以带有另外的取代基(如另外的脂肪族或芳香族基团)，它们又可以同样是取代或未被取代的。
所使用的烯烃优选是具有式(I)的化合物，
在环丙烷化中，烯烃致使形成相应的同系环丙基化合物，这些化合物在形式上应理解为卡宾“CH2”加成至烯烃双键的产物。当优选使用具有式(I)的化合物作为烯烃时，具有式(II)的化合物形成为环丙基化合物，
用作卤代烷的溴氯甲烷(CH2BrCl)是可商购的或可以使用合适的方法在内部制备，并且优选具有按重量计至少98％的纯度和按重量计小于0.02％、优选按重量计小于0.007％的水含量。
用作卤代烷的溴氯甲烷也可以例如作为与二溴甲烷的混合物使用。然而，随着二溴甲烷比例的增加，反应变得更加不经济。此外，随着二溴甲烷比例的增加，获得的产率降低。
根据本发明的方法是在元素锌的存在下进行。元素锌通常以精细分散的形式存在。出于本发明的目的，精细分散的形式应理解为意指优选易于倾倒并因此易于计量的粉末状的、细粒的或颗粒状的固体。根据本发明的方法的前提是元素锌具有按重量计不大于0.005％、优选按重量计不大于0.002％的铅含量。该浓度范围内的铅含量通常使用原子吸收光谱法测量。
根据本发明的方法优选使用精细分散的形式的元素锌，即作为具有不大于0.5mm的粒度分布D90质量的元素锌。出于本发明的目的，不大于0.5mm的粒度分布D90质量意指按重量计90％的测量的样品具有0.5mm以及更小的粒度。粒度分布D90质量通常是通过筛分和随后对筛分的颗粒称重来确定的，并且具有高的准确度。在另外的实施例中，金属锌优选具有按重量计不大于15％的具有大于250μm的粒度、按重量计25％至50％的具有从150至250μm的粒度、按重量计30％至60％的具有从45至150μm的粒度、并且按重量计不大于15％的具有小于45μm的粒度的筛分分布，但其中总体符合不大于0.5mm的粒度分布D90质量。
除了按重量计不大于0.005％、优选按重量计不大于0.002％的铅含量外，元素锌进一步优选具有按重量计不大于1％、优选按重量计0.1％、更优选按重量计0.05％的其他金属的总含量。这些其他金属例如是镉、铁、汞、铋或铟。其他金属的含量通常通过原子吸收光谱法测定。
元素锌进一步优选具有按重量计至少99.0％、优选按重量计至少99.9％的锌含量。锌含量通常通过原子吸收光谱法测定。
在根据本发明的方法中，优选使用基于1.0mol烯烃、优选基于1.0mol具有式(I)的化合物，从1.5至4mol、优选从2至3mol金属锌。
根据本发明的方法使用元素铜、铜(I)化合物或铜(II)化合物、或它们的混合物。
除了按重量计不大于0.005％、优选按重量计不大于0.002％的铅含量外，元素铜优选具有按重量计不大于1％、优选按重量计0.1％、更优选按重量计0.05％的其他金属的总含量。这些其他金属例如是镉、铁、汞、铋或铟。其他金属的含量通常通过原子吸收光谱法测定。
当在根据本发明的方法中使用铜(I)化合物时，其优选是氯化亚铜(I)。当在根据本发明的方法中使用铜(II)化合物时，这些优选是氯化铜(II)、磷酸铜(II)、碳酸铜(II)或它们的混合物。
所使用的铜或铜化合物的量取决于烯烃中进行环丙烷化的碳-碳双键的数量。如果烯烃仅有一个进行环丙烷化的双键，则使用基于1.0mol烯烃、优选基于1.0mol具有式(I)的化合物，从0.001至0.1mol、优选从0.001至0.01mol的总量的催化活性量的元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物。对于进行环丙烷化的烯烃中每增加一摩尔的脂肪族碳-碳双键，使用上述量的相应整数倍。
在根据本发明的方法中使用的溴氯甲烷的量还取决于烯烃中进行环丙烷化的双键的数量。当烯烃中存在一个双键时，例如对于具有式(I)的化合物的情况，例如使用基于1.0mol烯烃、优选基于1.0mol具有式(I)的化合物，从1至3mol、优选从1.7至2.2mol溴氯甲烷。对于进行环丙烷化的烯烃中每增加一摩尔的碳-碳双键，使用上述量的相应整数倍。
根据本发明的方法是在不存在有机硅化合物的情况下进行。“在不存在有机硅化合物的情况下、优选在不存在卤代烷基硅烷的情况下”意指在烯烃反应的整个持续时间内，基于元素锌的质量，按重量计不大于0.1％、优选按重量计不大于0.02％的比例的有机硅化合物，优选按重量计不大于0.1％、优选按重量计0.02％的比例的卤代烷基硅烷存在于反应混合物中。在替代性实施例中，根据本发明的方法在不添加有机硅化合物的情况下、优选在不添加卤代烷基硅烷的情况下进行。出于本发明的目的，“在不添加有机硅化合物的情况下”意指在反应期间或之前的任何时间点都没有将有机硅化合物、优选没有将卤代烷基硅烷添加至烯烃中、优选添加至具有式(I)的化合物中、添加至溴氯甲烷中、添加至环丙基化合物中、优选添加至具有式(II)的化合物中、添加至元素锌中、添加至元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物中、添加至溶剂中、添加至添加到反应混合物中的另外的起始材料中或添加至反应混合物本身中。只有在反应前或反应过程中向反应混合物或起始材料之一中添加相应量的有机硅化合物、优选卤代烷基硅烷，才可以设想在反应混合物中基于元素锌的质量按重量计超过0.1％、优选按重量计超过0.02％的比例的有机硅化合物。有机硅化合物不会作为天然杂质出现在起始材料——烯烃、溴氯甲烷、元素锌、元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物以及(iii)溶剂中。有机硅化合物优选是卤代烷基硅烷。卤代烷基硅烷例如是三烷基氯硅烷。三烷基氯硅烷的优选代表是三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三丁基氯硅烷、三异丁基氯硅烷或三己基氯硅烷。
可用于根据本发明的方法中的溶剂是例如醚和/或芳香族烃。优选的醚是二乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、环戊基甲基醚及它们的混合物。优选的芳香族烃是甲苯。优选使用每mol的烯烃从0.7至1.5mol、优选从1.0至1.2mol的醚和/或从2.0至6.0mol、优选从2.0至3.0mol的芳香族烃。
在下文中更详细地描述了根据本发明的方法：
在反应混合物水解之前该反应中的所有步骤通常在惰性气体气氛下进行。合适的惰性气体的实例是氮气或氩气。
在根据本发明的方法的一个实施例中，首先向反应容器中加入起始材料——烯烃、优选具有式(I)的化合物、元素锌、元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及溶剂——在从15℃至80℃、优选从50℃至70℃的温度下。这产生非均匀的两相混合物，将其首先进行机械或液压混合以获得尽可能均匀的两相混合物。由于上述起始材料的混合在环境温度下不是放热的，可以不连续地或连续地且以任何顺序添加各种起始材料。优选地，首先加入溶剂，并然后将其他起始材料添加至其中并混合。这可以防止固体起始材料结块在一起。在添加起始材料之后或期间，可以将温度提高至85℃。然后将溴氯甲烷添加至反应混合物中。这例如不连续地或连续地进行、优选连续地进行。优选地，首先将每mol烯烃、优选具有式(I)的化合物0.05至0.1mol溴氯甲烷添加至反应混合物中。然后反应通过放热发热在1至240分钟内开始，其结果是反应混合物的温度可升高1.5℃至10℃。一旦开始放热发热，通过冷却、优选通过反应容器的外部冷却，将反应混合物的温度保持在从55℃至85℃范围内、优选在从60℃至80℃范围内、更优选在从67℃至73℃范围内。继续添加溴氯甲烷直到添加了全部量的溴氯甲烷。在溴氯甲烷的添加过程中，如果放热并且因此反应进程下降，则可以将元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物计量加入反应混合物中。这通常引起放热，并且因此反应进程再次恢复。在添加全部量的溴氯甲烷后，将反应混合物在从55℃至85℃范围内、优选在从60℃至80℃范围内、更优选从65℃至75℃的温度下进一步再混合2至5小时。优选地反应温度是从55℃至85℃、优选从60℃至80℃，并且更优选在添加溴氯甲烷期间和之后是从65℃至75℃。在此期间，可以取反应混合物的样品，并在处理后进行分析以确定烯烃、优选具有式(I)的烯烃、和/或环丙基化合物、优选具有式(II)的化合物的含量。一旦反应结束，反应混合物(即直至该时间点添加的所有起始材料的混合物)被称作粗混合物。
在根据本发明的方法的优选实施例中，基于所使用的烯烃、优选具有式(I)的烯烃的量，将基于粗混合物的总重量按重量计0.01％至5％、优选按重量计从0.1％至1％的来自先前反应的粗混合物添加至反应混合物中。通常将来自先前反应的粗混合物的残余物留在反应器中是足够的。来自先前反应的粗混合物对应于反应结束之后但混合物水解之前的反应混合物。来自先前反应的粗混合物可以在开始添加起始材料——烯烃、优选具有式(I)的化合物、元素锌、元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及溶剂——时添加至反应容器中，或仍存在于同一反应容器中、来自先前的反应。然而，来自先前反应的粗混合物也可以在起始材料——烯烃、优选具有式(I)的化合物、元素锌、元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及溶剂的混合的稍后时间点添加。这促进了放热反应的开始。在另外的实施例中，还可以通过在基于所使用的量的具有式(II)的化合物按重量计0.1％至5％的卤化锌、优选氯化锌或溴化锌的存在下进行根据本发明反应的方法来促进放热反应的开始。卤化锌优选在反应开始时添加。
可以通过分析以与反应混合物相同的方式处理的样品来确定反应进程。反应物和产物的含量通常可以通过HPLC或气相色谱法确定，在没有外标的情况下按面积百分比或在有外标的情况下按重量百分比确定。
一旦反应结束，通常将粗混合物水解。这例如通过以下方式进行：首先向单独的反应容器中加入每kg所使用的烯烃、优选每kg所使用的具有式(I)的化合物1至5kg水和/或冰，并向其中添加粗混合物，优选通过机械和/或液压混合。然后向该混合物中添加例如每摩尔所使用的烯烃、优选每摩尔所使用的具有式(I)的化合物0.5至1.5mol氯化氢和/或溴化氢，优选以20％至35％酸水溶液的形式。发生的水解是放热的。在水解过程中，优选确保混合物的温度不会升高到超过35℃。一旦添加了氯化氢，反应混合物的pH是例如从6.5至7.5。如果水完全或部分地被冰代替，则理想地选择的冰的量使得在水解结束时反应混合物中不再存在冰。
一旦水解结束，例如通过添加与水不混溶的溶剂、优选芳香族烃、进一步优选甲苯，优选通过机械和/或液压混合来洗涤水解的反应混合物。在相分离成含有环丙烷化产物的有机相和水相之后，可以重复水相的萃取。然后优选合并分离的有机相。
含有环丙基化合物、优选具有式(II)的化合物的有机相可以原样用于新反应中或进一步处理以从中分离环丙基化合物、优选具有式(II)的化合物。
该分离例如通过蒸馏出溶剂使得环丙基化合物、优选具有式(II)的化合物作为底部物留下来进行。
根据本发明的方法出乎意料地提供——甚至在不存在有机硅化合物的情况下、优选在不存在卤代烷基硅烷的情况下、和/或在不添加有机硅化合物的情况下、优选在不添加卤代烷基硅烷的情况下——环丙基化合物、优选具有式(II)的化合物，产率为理论值的85％至95％。
具体实施方式
实例：
实例1(根据本发明)[1-(4-氯苯基)-2-环丙基丙-1-醇；具有式(II)的化合物]
在反应混合物水解之前该反应中的所有步骤均在氮气氛下进行。在环境温度下，首先向反应器中加入79.4g(0.85mol)二甲氧基乙烷、152.0g 4-(4-氯苯基)-3-甲基丁-1-烯-4-醇[具有式(I)的化合物](含量为按重量计97.0％，0.75mol)、193.3g(2.07mol)甲苯、120g锌粉(1.84mol)和0.188g(1.9mmol)氯化亚铜(I)以及还有1-2g未水解的来自先前反应的反应混合物。将混合物在搅拌下加热至85℃。达到该温度后，在10分钟的时间内计量加入7.25g溴氯甲烷。6分钟后，放热反应开始，并且反应混合物升温2℃。然后将反应混合物通过冷却调整到67℃至73℃的温度范围。然后将179.1g(1.38mol)溴氯甲烷计量加入反应混合物中，使得反应混合物的温度继续保持在从67℃至73℃的范围内。这伴随着气态氯甲烷从反应混合物中逸出，其通过氮气流从反应器排放到洗涤器中。在计量添加结束时，将反应混合物通过搅拌混合3小时。然后将反应混合物的温度在搅拌下降低至45℃。为了水解反应混合物，将如此冷却的反应混合物在搅拌下添加到110g盐酸(按重量计30％)和500g水的混合物中，使得两相混合物的水相的pH为6.5至7.5。相分离后，分离出第一上层有机相。将第一下层水相与50g甲苯混合，搅拌，并静置以允许相分离。分离出第二上层有机相并将其与第一上层有机相合并。在90℃和20hPa下通过蒸馏从合并的有机相中除去溶剂，得到作为粗产物的产物(1-(4-氯苯基)-2-环丙基丙-1-醇)(168.4g，含量：按重量计85.4％)，产率为理论值的91％。
表1：根据实例2和3的实验以与实例1的程序类似的方式进行，但使用表中列出的参数。
*)基于烯烃。
Claims (16)
1.一种用于制备环丙基化合物的方法，该方法包括含有至少一个碳-碳双键的相应的烯烃与溴氯甲烷在(i)元素锌、(ii)催化活性量的元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及(iii)至少一种溶剂的存在下的反应，其特征在于，该烯烃的反应在不添加有机硅化合物的情况下、优选在不添加卤代烷基硅烷的情况下进行，并且该元素锌具有按重量计不大于0.005％、优选按重量计不大于0.002％的铅含量。
2.如权利要求1所述的用于制备环丙基化合物的方法，其中该烯烃是具有式(I)的化合物，
并且获得的该环丙基化合物是具有式(II)的化合物，
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该元素锌具有不大于0.5mm的粒度分布D90质量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该元素锌具有按重量计不大于1％的其他金属的总含量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该元素铜具有按重量计不大于1％的其他金属的总含量。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中铜化合物选自氯化亚铜(I)、氯化铜(II)、磷酸铜(II)、碳酸铜(II)或它们的混合物。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中该卤代烷基硅烷是三烷基氯硅烷。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该三烷基氯硅烷选自三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三丁基氯硅烷、三异丁基氯硅烷、三己基氯硅烷及它们的混合物。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中该至少一种溶剂是醚，优选选自二乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、环戊基甲基醚及它们的混合物，和/或芳香族烃，优选甲苯。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中该溴氯甲烷具有按重量计至少98％的纯度和/或按重量计小于0.02％的水含量。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中基于1.0mol的该烯烃、优选基于1.0mol的该具有式(I)的化合物，使用从1.5至4mol、优选从2至3mol的金属锌。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中基于1.0mol的该烯烃、优选基于1.0mol的该具有式(I)的化合物，使用从0.001至0.1mol、优选从0.001至0.01mol的总量的该催化活性量的元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中基于1.0mol的该烯烃、优选基于1.0mol的该具有式(I)的化合物，使用从1至3mol、优选从1.7至2.2mol的溴氯甲烷。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中反应温度是从55℃至85℃、优选从60℃至80℃，并且更优选在添加溴氯甲烷期间和之后是从65℃至75℃。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中将该烯烃、优选具有式(I)的化合物、溴氯甲烷、元素锌、催化活性量的元素铜和/或铜(I)化合物和/或铜(II)化合物、以及至少一种溶剂混合在一起以制备该环丙基化合物、优选该具有式(II)的化合物，产生粗混合物，并且在制备结束时将该粗混合物水解。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中基于使用的烯烃的量、优选基于使用的具有式(I)的化合物的量，该环丙基化合物、优选该具有式(II)的化合物的制备在基于该粗混合物的总重量按重量计0.1％至5％的来自该环丙基化合物、优选该具有式(II)的化合物的先前制备的粗混合物的存在下进行。
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