CN114988988B - 1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1,8‑二烷氧基‑1,3,6,8‑四烷氧基‑2,7‑二甲基‑4‑辛烯的制备方法。步骤包括:1,1,4,4‑四烷氧基‑2‑丁烯在Lewis酸为催化剂,β‑环糊精和茂金属化合物为助剂,二氯甲烷为溶剂的条件下,与丙烯基烷基醚发生加成反应,制备1,8‑二烷氧基‑1,3,6,8‑四烷氧基‑2,7‑二甲基‑4‑辛烯。本发明助剂的存在,能够显著降低氯离子和水对反应的不利影响,抑制过加成、水解等副反应的发生,提高反应选择性,使反应适用的物料范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的制备方法。
背景技术
1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,是制备十碳双醛(2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1,8-二醛)的重要前驱体,而十碳双醛则是构成类胡萝卜素的关键片段,因此找到有效合成1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的方法,对于高效合成类胡萝卜素具有重要意义。
CN112125789A公开一种1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯在固体超强酸催化剂作用下,与丙烯基烷基醚发生加成反应制备1,8-烷氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的方法。该方法催活性高,但反应选择性低,且催化剂不易制备,不利于工业化放大。
CN113604824A在相同的起始原料下,采用电化学方法,制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯。该方法反应条件温和,但需要加入较昂贵的碘盐,且选择性不高。
Kryshtal等人以四甲氧基丁烯为原料,在酸性离子流体作用下,与烯醇醚发生加成反应得到1,8-烷氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,离子液体使用中存在价格昂贵,不易回收,后处理繁琐等问题,不利于后续的工业化生产。
此外,十碳双醛还有其他合成线路,如CN1918099A以丁烯二醛为起始原料,CN101597220A以1,4-二磷酸四乙酯-2-丁烯为起始原料制备十碳双醛。但两者都存在起始原料难以获得的问题,制约了工业化放大生产。
综上所述,虽然目前已有制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的方法,但现有技术仍存在操作复杂,产物选择性低等问题,不利于工业化放大。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的制备方法。通过引入β-环糊精和茂金属化合物为助剂,能够显著降低氯离子和水对反应的不利影响,抑制过加成、水解等副反应的发生,提高反应选择性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的制备方法,步骤包括:
1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯在Lewis酸为催化剂,β-环糊精和茂金属化合物为助剂,二氯甲烷为溶剂的条件下,与丙烯基烷基醚发生加成反应,制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯。
本发明中,所述二氯甲烷,其中氯离子浓度不高于4ppm,优选0-3ppm;
优选地,所述二氯甲烷用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的3-10倍,优选5-8倍。
本发明中,反应体系中总水含量不高于0.4wt%,优选0.05-0.3wt%。反应体系中的水由各种物料引入,例如二氯甲烷、丙烯基醚中均有杂质水,通过各原料含水量可以控制体系的总水含量,同时本发明的制备方法能够克服水的不利影响,在较高含水量的条件下仍能保证高转化率、高选择性。
本发明中,所述1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯为具有式1所示结构的化合物:
式中,R1各自独立地为C1-C4烷基,选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基,优选乙基、甲基。
本发明中,所述丙烯基烷基醚为具有式2所示结构的化合物:
式中,R2为C1-C4烷基,选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基,优选甲基、乙基、正丙基。
本发明中,所述催化剂为常用的Lewis酸,选自氯化镁、氯化钙、氯化亚铁、氯化铁、氯化铜、氯化锌、氯化亚锡、氯化锰、氯化铝、氯化钴、三氟化硼中的任意一种或至少两种的组合,优选三氟化硼、氯化铁、氯化铜、氯化铝中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述催化剂用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.05-0.5%,优选0.1-0.2%。
本发明中,所述β-环糊精用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.1-1%,优选0.3-0.8%。
本发明中,所述茂金属化合物为二茂铁或芳环上取代的二茂铁,优选二茂铁、乙基二茂铁、叔丁基二茂铁、氰基二茂铁、乙酰基二茂铁、氨基二茂铁、二茂铁甲酸中的任意一种或至少两种的组合,优选叔丁基二茂铁;
优选地,所述茂金属化合物用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.005-0.015%,优选0.008-0.01%。
本发明中,所述丙烯基烷基醚与1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯的摩尔比为2-2.5:1,优选2.05-2.2:1。
本发明中,所述加成反应,反应温度为-5-10℃,优选0-5℃;反应时间为1-6h,优选2-5h;
本发明中,所述加成反应在N2氛围中进行,压力无要求,为常压即可。
本发明中,所述二氯甲烷溶剂、助剂及催化剂采用铺底方式加入,1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯与丙烯基烷基醚采用滴加方式,两种原料同时滴加,加成反应时间以全部滴加结束后开始计时,滴加时间不包括在所述加成反应时间内,其中1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯滴加时间为0.5-1.5h,优选0.5-1h;丙烯基烷基醚滴加时间为1-5h,优选2-4h。
本发明所述制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的方法,原料1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯转化率不低于98%,产品选择性可达99%以上,过加成副产物(主要包括1,8,10-三烷氧基-1,3,6,10-四烷氧基-2,7,9,-三甲基-4-癸烯等)选择性不高于1.5%,最低可低于1%,水解副产物(主要包括4,4-二烷氧基-2丁烯-1-醛、丁烯二醛等)选择性低于0.5%。
本发明研究发现,反应所用溶剂二氯甲烷中氯离子含量对反应有显著影响。推测是由于氯离子作为富电子基团,会影响催化剂中Lewis酸位点,降低催化剂的催化效率,反应转化率降低。同时,催化剂活性降低,导致主反应速率降低,从而过加成副反应比率升高,大幅降低选择性。此外,还会使过加成物继续发生相同类型反应,形成分子量更高组分,以杂油形式析出。实验发现通过引入茂金属化合物为助剂,并与β-环糊精协同作用,可以竞争抑制氯离子与催化剂的相互作用,降低原料中氯离子对反应产生的影响。
主反应:
副反应(过加成反应,下方副反应式只表示其中之一,实际包含一系列物质):
......(此处省略号替代继续过加成形成更高分子量产物)
本发明通过研究还发现,体系中的水可以与催化剂作用产生部分水解呈弱酸性,进而催化原料1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯发生水解反应,形成丁烯醛或丁烯二醛类物质,该类物质可与催化剂作用,降低催化剂与底物结合能力,影响催化效果。同时水的存在可能导致催化剂发生团聚,降低催化效率。进一步实验发现同时引入β-环糊精作为助剂,可以利用环糊精分子特殊的两亲性质,降低水与催化剂的结合作用。
与现有技术相比,本发明技术方案有益效果在于:
本发明在酸催化剂、二氯甲烷为溶剂,1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯与丙烯基烷基醚加成反应制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的反应中,同时引入复合助剂β-环糊精和茂金属化合物,二者协同作用可以有效控制氯离子和水的影响,抑制过加成、水解副反应,提高反应选择性。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明实施例采用的主要原料如下:
1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯:参照专利CN112121859A制备;
丙烯基烷基醚:购自湖北新景新材料有限公司;
其余原料若无特别说明,均为普通市售原料。
气相色谱分析方法:安捷伦气相色谱的聚硅氧烷柱HP-5进行在线测定,二阶程序升温,初始温度50℃,保持1分钟后以5℃/min的速率升至80℃;再以10℃/min的速率升至250℃。载气高纯N2,分流比100:1。进样温度250℃,检测器为FID,检测器温度250℃。进样量0.2μL。
实施例1
制备1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,步骤为:
三口烧瓶中加入0.18g无水氯化铁、880.5g二氯甲烷(氯离子含量3.2ppm),0.88gβ-环糊精、17.61mg叔丁基二茂铁,N2保护下降温至0℃。同时加入176.1g(1.0mol)1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯与176.6g(2.05mol)丙烯基乙醚。1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯滴加时间0.5h,丙烯基乙醚滴加时间3h。此时测试体系总水含量为0.35wt%,滴加结束后在0℃加成反应4h,制得1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯(GC-MS:m/z=348)。
反应结束后取样分析,反应转化率99.0%,选择性99.0%,过加成副产物选择性0.7%、水解副产物选择性0.2%。
实施例2
制备1,8-二正丙氧基-1,3,6,8-四乙氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,步骤为:
三口烧瓶中加入1.16g无水氯化铜、696.9g二氯甲烷(氯离子含量2.3ppm)、0.23gβ-环糊精、11.62mg氨基二茂铁,N2保护下降温至-5℃。同时加入232.3g(1.0mol)1,1,4,4-四乙氧基-2-丁烯与215.3.g(2.5mol)丙烯基正丙醚。1,1,4,4-四乙氧基-2-丁烯滴加时间1h,丙烯基正丙醚滴加时间1.5h。此时测试体系水含量为0.26wt%,滴加结束后继续-5℃反应6h,制得1,8-二正丙氧基-1,3,6,8-四乙氧基-2,7-二甲基-4-辛烯(GC-MS:m/z=432)。
反应结束后取样分析,反应转化率98.5%,选择性98.1%,过加成物选择性1.3%,水解副产物选择性0.5%。
实施例3
制备1,8-二叔丁氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,步骤为:
三口烧瓶中加入0.18g三氟化硼乙醚(含三氟化硼0.09g)、1761g二氯甲烷(氯离子含量4.0ppm)、1.76gβ-环糊精、26.41mg乙酰基二茂铁,N2保护下降温至10℃。同时加入176.1g(1.0mol)1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯与172.3.g(2mol)丙烯基叔丁醚。1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯滴加时间1.5h,丙烯基叔丁醚滴加时间4h,此时测试水含量0.4wt%。滴加结束后继续10℃反应1h,制得1,8-二叔丁氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯(GC-MS:m/z=404)。
反应结束后取样分析,反应转化率98.2%,选择性98.3%,过加成物选择性1.0%,水解副产物选择性0.3%。
对比例1
参照实施例1所述方法制备1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,不同之处仅在于:不加入茂金属化合物助剂叔丁基二茂铁,反应转化率92.1%,选择性94.6%,过加成物选择性4.0%、水解副产物选择性1.2%。
对比例2
参照实施例1所述方法制备1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,不同之处仅在于:不加入β-环糊精,反应转化率91.7%,选择性92.4%,过加成物选择性3.7%、水解副产物选择性2.3%。
对比例3
参照实施例1所述方法制备1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,不同之处仅在于:将茂金属化合物助剂叔丁基二茂铁替换为等质量卟啉铁,反应转化率94.3%,选择性94.8%,过加成物选择性4.2%、水解副产物选择性1.0%。
对比例4
参照实施例1所述方法制备1,8-二乙氧基-1,3,6,8-四甲氧基-2,7-二甲基-4-辛烯,不同之处仅在于:将β-环糊精替换为等质量葡萄糖,反应转化率91.3%,选择性92.7%,过加成物选择性3.5%、水解副产物选择性2.1%。
Claims (20)
1.一种1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯的制备方法,其特征在于,步骤包括:
1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯在Lewis酸为催化剂,β-环糊精和茂金属化合物为助剂,二氯甲烷为溶剂的条件下,与丙烯基烷基醚发生加成反应,制备1,8-二烷氧基-1,3,6,8-四烷氧基-2,7-二甲基-4-辛烯;
所述1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯为具有式1所示结构的化合物:
式中,R1各自独立地为C1-C4烷基;
所述丙烯基烷基醚为具有式2所示结构的化合物:
式中,R2为C1-C4烷基;
所述茂金属化合物为二茂铁、乙基二茂铁、叔丁基二茂铁、氰基二茂铁、乙酰基二茂铁、氨基二茂铁、二茂铁甲酸中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述二氯甲烷,其中氯离子浓度不高于4ppm;
所述二氯甲烷用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的3-10倍。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述二氯甲烷,其中氯离子浓度为0-3ppm。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述二氯甲烷用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的5-8倍。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应体系中总水含量不高于0.4wt%。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,反应体系中总水含量为0.05-0.3wt%。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,式1中,R1选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,式2中,R2选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂为Lewis酸,选自氯化镁、氯化钙、氯化亚铁、氯化铁、氯化铜、氯化锌、氯化亚锡、氯化锰、氯化铝、氯化钴、三氟化硼中的任意一种或至少两种的组合;
所述催化剂用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.05-0.5%。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.1-0.2%。
11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述β-环糊精用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.1-1%。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述β-环糊精用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.3-0.8%。
13.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述茂金属化合物用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.005-0.015%。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述茂金属化合物用量为1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯质量的0.008-0.01%。
15.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯基烷基醚与1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯的摩尔比为2-2.5:1;
所述加成反应,反应温度为-5-10℃,反应时间为1-6h;
所述加成反应在N2氛围中进行。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯基烷基醚与1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯的摩尔比为2.05-2.2:1。
17.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,所述加成反应,反应温度为0-5℃,反应时间为2-5h。
18.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述二氯甲烷溶剂、助剂及催化剂采用铺底方式加入;
所述1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯与丙烯基烷基醚采用滴加方式,滴加时间不包括在所述加成反应时间内。
19.根据权利要求18所述的制备方法,其特征在于,所述1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯滴加时间为0.5-1.5h;所述丙烯基烷基醚滴加时间为1-5h。
20.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述1,1,4,4-四烷氧基-2-丁烯滴加时间为0.5-1h;所述丙烯基烷基醚滴加时间为2-4h。
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