CN1184096A - 用环碳酸酯或γ－内酯作溶剂由Carro ll反应制备γ,δ－不饱和酮 - Google Patents

用环碳酸酯或γ－内酯作溶剂由Carro ll反应制备γ,δ－不饱和酮 Download PDF

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Abstract

制备γ,δ－不饱和酮的方法,包括以下步骤:a)由乙烯基甲醇或烯丙炔醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应,和b)在有或无铝催化剂存在下,使生成的乙酰乙酸酯热重排成为γ,δ－不饱和酮(Carroll反应),其中步骤a)和/或步骤b)在作为溶剂的式Ⅰ环碳酸酯或式Ⅱ的γ－内酯中进行,其中R1,R2和R3是H,或低级烷基,R4是H,低级烷基、苯基或甲氧甲基。

Description

用环碳酸酯或γ-内酯作溶剂由Carroll 反应制备γ，δ-不饱和酮
本发明涉及用特别适用的溶剂由Carroll反应制备γ，δ-不饱和酮。
γ，δ-不饱和酮，诸如2-甲基-2-庚烯-6-酮是制备香料，维生素A，维生素E和药物需要的中间体。因此总是寻找制备这些化合物的先进方法。
已知的很重要的一种方法是用乙烯基甲醇或炔丙基醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应，其后，生成的乙酰乙酸酯热重排(Carroll反应；参看.M.F.Carroll in J.Chem.Soc.(1940)704-706和1266-1268)。
US2638484公开了在金属钠存在下2-甲基-3-丁烯-2-醇和双烯酮反应，然后在回流条件下小心加热生成的乙酰乙酸乙烯基二甲基甲醇酯，以获得所需的2-甲基-2-庚烯-6-酮。此方法的缺点是第一步必须在约0℃进行；不可能连续操作及以工业规模使用钠和双烯酮有困难。
US2795617公开了进行第二步反应，即在催化量的三醇铝—诸如三异丙醇铝—存在下、在135-165℃重排乙酰乙酸酯。反应是在无溶剂情况下进行。用此方法，γ，δ-不饱和酮的产率还是不能令人满意。
在GB695313中2-甲基-3-丁烯-2-醇在300-600℃、在气相中加热。但是，基于乙酰乙酸酯的量，不饱和酮的产率范围从只有13.8％到最大53.4％。
在GB886353的方法中，在三(乙酰丙酮酸酯)铝存在下、在140-170℃加热乙酰乙酸烷基酯进行重排。此方法的产率也不能令人满意。
为了避免在制备乙酸乙酸烯丙酯中使用有疑问的双烯酮，在工业规模的反应中经常用易于制备的乙酰乙酸低级烷基酯替代双烯酮。在温度高于100℃时，醇从乙酰乙酸酯中被消除，并能被蒸馏掉。(参看：J.Org.Chem.56(1991)，1713-1718)。
当用此方法使2-甲基-3-丁烯-2-醇(沸点98℃)反应时，仅由于使用了大大超量的乙酰乙酸乙酯(沸点169℃)，(参看，DBP1068696)，在大气压下达到了后继乙酰乙酸烯丙基酯重排所需的120°-220℃，但是，在该反应条件下，乙酰乙酸酯也和其自身反应，并形成脱氢乙酸，脱氢乙酸和其它副产物一起还引发其它的副反应。
本发明主题是改进的制备γ，δ-不饱和酮的方法，用乙烯基甲醇或炔丙醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应，随后以下述方式热重排生成的乙酰乙酸酯，即乙酰乙酸酯的重排不再需要超量的乙酰乙酸酯，在大气压下，能连续进行，并有非常好的产率。
我们已经发现本发明主题已由在五元环内酯和五元环碳酸酯中大大增加Carroll反应速率完成。重排所需的超过150℃的温度在大气压下、在沸点相对高的五元环内酯和五元环碳酸酯中可达到，这是因为低沸点的甲基丁烯醇(沸点98℃)迅速和乙酰乙酸酯反应并形成2-甲基-2-庚烯-6-酮。从乙酰乙酸甲酯形成的甲醇在120-220℃的反应温度被连续蒸馏掉，而没有降解用作溶剂的环内酯或环碳酸酯。
本发明相应地涉及制备γ，δ-不饱和酮的方法，包括下述步骤：
a)使乙烯基甲醇或炔丙基醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应和
b)有或没有铝催化剂存在下，热重排所生成的乙酰乙酸酯以获得γ，δ-不饱和酮(Carroll反应)，其中步骤a)和/或步骤b)在作为溶剂的式I环碳酸酯或式IIγ-内酯中进行，
Figure A9711416800051
其中R1、R2和R3是H、甲基或乙基，优选是H或甲基，R4是H、甲基、乙基、异丙基、苯基或甲氧甲基。
适用的式I五元环碳酸酯除了是通常的碳酸亚烃酯—诸如碳酸亚乙酯，碳酸-1，2-亚丙酯，碳酸亚异丁酯和碳酸-1，2-亚丁酯以外，还是式I的碳酸酯，其中R1-R4是H或甲基，或R1-R3是H或甲基而R4是乙基，还有那些R1-R3是乙基而R4是H、甲基、乙基、异丙基、苯基或甲氧甲基。
按照本发明使用的环碳酸酯甚至能在工业规模以极合理的花费由相应的烯化氧和CO2反应制备。它们的沸点一般很高，以至于在大气压下能毫不困难地达到170℃。它们是无毒的(老鼠口服LD50，例如碳酸-1，2-亚丙酯为29000mg/kg，碳酸亚乙酯为10000mg/kg)，这是制备维生素前体必不可少的，并且它们的生物降解性很好(参看：“Alklencarbonats”，brochure of Huls AG，July1991)。
可提到的特别适用的式II五元环内酯是γ-丁内酯、3-甲基-γ-丁内酯、3，4-二甲基-γ-丁内酯、4，5-二甲基-γ-丁内酯和5-乙基-γ-丁内酯，优选γ-丁内酯。
按照本发明使用的式IIγ-丁内酯也可方便地由相应的丁二醇脱氢以工业规模制备。
令人惊奇地是，反应中形成的醇在反应条件下极少与环碳酸酯或环内酯反应，例如当使用碳酸亚丙酯时，溶剂可重复使用高达10个反应循环而不用进行任何纯化(参看实施例1)。在分离γ，δ-不饱和酮后回收的环碳酸酯或环内酯可以加到新的反应循环中而不用补加催化剂，并且留在溶剂中未反应的乙酰乙酸酯残余物没有损失。
五元环碳酸酯和五元环内酯一般用量为形成的γ，δ-不饱和酮重量的50-1000％，优选100-500％。
能够在本发明方法中使用的乙烯基甲醇或炔丙醇是式III的醇
Figure A9711416800061
其中：R5是支链的或非支链的、饱和的或链烯单不饱和的或链烯多不饱和的脂族或环脂族一脂族基，有1-20个碳原子并可被烷氧基或卤素任意取代，R6是H或低级烷基，优选甲基或乙基，R7是H或低级烷基，优选H，虚线可以代表另一个键。
可以提到的例子是2-甲基-3-丁烯-2-醇、橙花叔醇、10，11-二氢橙花叔醇，里哪醇，6，7-二氢里哪醇，香叶基里哪醇，异植醇，或1-快-3-醇，诸如脱氢里哪醇和2-甲基-3-丁炔-2-醇。按照本发明的反应进行时优选使用2-甲基-3-丁烯-2-醇，即其中R5和R6是甲基、R7是H的式III化合物。
一般进行按照本发明的方法时，在第一步，如在先技术，不用或用已知的用于反应的溶剂—诸如二乙醚、甲苯或二甲苯，存在或不存在已知的用于反应的碱性催化剂，由烯丙基醇或炔丙基醇和双烯酮反应，其后生成的乙酰乙酸酯进行热重排，热重排适宜在蒸馏掉溶剂后进行，有或没有铝催化剂存在，以式I五元环碳酸酯或式II的γ-内酯作为溶剂，另外的先进的方法是乙烯基甲醇或炔丙基醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应及其后生成的乙酰乙酸酯的热重排都在有或没有铝催化剂的存在下、在作为溶剂的式I五元环碳酸酯或式IIγ-内酯中进行。按照本发明方法的后面的变化有很大的优点，实际上使一釜反应成为可能。
因此，对于本发明的方法最重要的是在每一种情况中，开始形成的乙酰乙酸酯在分子式I五元环碳酸酯或式IIγ-内酯中进行热重排。
烯丙基醇或炔丙基醇和双烯酮的反应已知是在碱性催化剂存在下进行的。可以提到的那些碱性催化剂是叔胺，诸如吡啶和特别是对-N，N-二甲基氨基吡啶。如果乙烯基甲醇或炔丙基醇和双烯酮的反应及其后的热重排都是在五元环碳酸酯或五元环内酯中进行，即实际是一釜反应，最可行的是在无碱性催化剂下进行第一步，或至少在仅有少量碱性催化剂存在下进行。
热重排的温度一般是120-220℃，优选140-190℃。
热重排可在没有或有一种已知的铝催化剂存在下进行。
已知用于反应的适用的铝催化剂的例子是醇化铝，诸如三(异丙醇)铝或三(丁醇)铝中的一种；或还有三(乙酰丙酮酸酯)铝或三(乙酰乙酸烷基酯)铝，如三(乙酰乙酰甲酯)铝。
如果甲基丁烯醇和乙酰乙酸甲酯的反应和生成的乙酰乙酸酯的热重排都是在式I的五元环碳酸酯或式II五元环内酯中进行，即实际上是一釜反应的话，由2-甲基-3-丁烯-2-醇和乙酰乙酸甲酯反应制备2-甲基-2-庚烯-6-酮是特别有利的，此化合物对于制备维生素A和维生素E很重要。
将已知用于此反应的铝催化剂在式I五元环碳酸酯或式II五元环内酯中加热到170-180℃，甲基丁烯醇和乙酰乙酸甲酯的混合物缓慢计量加入此热混合物中，此过程中形成的CO2逸出，低沸点物被蒸馏掉，这种工艺是非常有益的。在反应完成后，在大气压或减压下蒸馏出甲基庚烯酮，蒸馏残余物能作为反应介质重新使用。
由于根据本发明的反应介质甚至已重新使用9次也没有观察到产率明显降低，因此可以设想这个反应也能连续进行。
按照本发明的方法，可用简单的工艺、有很好的产率并以工业规模制备γ，δ-不饱和酮类，这类酮是制备香料，维生素A，维生素E和药特别需要的中间体。
实施例1
在碳酸-1，2-亚丙酯中2-甲基-3-丁烯-2-醇和乙酰乙酸甲酯的反应
a)将29.03g(0.25mol)乙酰乙酸甲酯(MAA；纯度98％)和23.68g(0.275mol)2-甲基-3-丁烯-2-醇(MBE；纯度94％)的混合物在2小时(h)内在180℃搅拌下泵入45g碳酸-1，2-亚丙基酯和2.8g另外制备的(如GB886353中公开的)三(乙酰乙酸甲酯)铝催化剂的混合物中。在此期间，逸出CO2，蒸馏掉8克低沸点物(由约2/3甲醇和约1/3未反应的2-甲基-3-丁烯-2-醇组成)。然后反应混合物在180℃搅拌30分钟(min)，然后冷却，在100mbar下蒸馏出所需的2-甲基-2-庚烯-6-酮。
b)生成的蒸馏残留物再和上述量的MAA和MBE在2小时内在180℃混合，混合物在180℃搅拌30分钟，然后冷却，蒸馏出生成的2-甲基-2-庚烯-6-酮。
c)步骤b再重复8次。基于反应的MBE，全部十批2-甲基-2-庚烯-6-酮的平均产率为理论产率的88％(内标气相色谱法测定)。实施例2
a)从10，11-二氢橙花叔醇和双烯酮制备乙酰乙酸-10，11-二氢橙花叔醇酯
在20分钟内在20℃将5.05g(0.074mol)双烯酮滴加到10、11-二氢橙花叔醇和60mg对-N，N-二甲基氨基吡啶于50ml二乙醚的溶液中。然后在40℃蒸发出溶剂。
b)在碳酸-1、2-亚丙基酯中进行的乙酰乙酸-10、11-二氢橙花叔醇酯的Carroll反应
在步骤a)中得到的反应混合物不经进一步纯化在20分钟内有180℃滴加到20ml碳酸-1，2-亚丙基酯和300mg三(乙酰乙酸甲酯)铝的混合物中。接着混合物在180℃搅拌10分钟，然后每次用50ml庚烷萃取2次。蒸馏合并的萃取物，基于10、11-二氢橙花叔醇，13，14-二氢法呢基乙烯酮的产率是的理论值的80％。
含碳酸亚丙基酯的催化剂可以再一次重复使用。实施例3
a)在γ-丁内酯中的2-甲基-3-丁烯-2-醇和乙酰乙酸甲酯的反应
100mlγ-丁内酯和5.6g实施例1中的催化剂的溶液加热到170℃-180℃，在170-180℃搅拌下。在30分钟内将其滴加到58.06g(0.5mol)MAA和47.36g(0.55mol)MBF的混合物中。接着在170℃搅拌此混合物30分钟然后冷却。在大气压下蒸馏出生成的2-甲基-2-庚烯-6-酮。用此方法分离出59.7g，纯度86％的甲基庚烯酮。
b)步骤a)中蒸馏残余物再在170°-180℃在30分钟内和58.06gMAA和47.36g MBE混合。然后在170℃搅拌混合物30分钟然后冷却，蒸馏出甲基庚烯酮。
c)再重复步骤b)三次。基于MBE，所有五批2-甲基-2-庚烯-6-酮的平均产率是理论值的85％。实施例4
在碳酸-1，2-亚丙基酯中2-甲基-3-丁炔-2-醇和乙酰乙酸甲酯的反应
将实施例1提到的5.3g三(乙酰乙酸甲酯)铝催化剂和85g碳酸-1，2-亚丙基酯的混合物加热到170℃，在此温度，55g(0.47mol)乙酰乙酸甲酯和43.7g(0.52mol)2-甲基-3-丁炔-2-醇混合物在4小时内以恒速率计量加入。完成加入后，在170℃搅拌混合物30分钟，在此期间CO2逸出，并蒸馏掉低沸点物。接着冷却反应混合后，在约100mbar下蒸馏出形成的2-甲基-2，4-庚二烯-6-酮。结果生成42g纯的2-甲基-2，4-庚二烯-6-酮，基于反应的2-甲基-3-丁炔-2-醇，相当于理论产率的72％。

Claims (5)

1、制备γ，δ-不饱和酮的方法，包括以下步骤：
a)由乙烯基甲醇或炔丙基醇和乙酰乙酸烷基酯或双烯酮反应和
b)在有或无铝催化剂存在下，将生成的乙酰乙酸酯热重排成γ，δ-不饱和酮(Carroll反应)，其中步骤a)和/或步骤b)在作为溶剂的式I环碳酸酯或式IIγ-内酯中进行，
Figure A9711416800021
其中R1，R2和R3是H、甲基或乙基，优选H或甲基，R4是H、甲基、乙基、异丙基，苯基或甲氧甲基。
2、按照权利要求1的制备γ，δ-不饱和酮的方法，其中步骤a)和/或步骤b是在作为溶剂的碳酸亚乙酯、碳酸1，2-亚丙酯、碳酸-1，2-亚丁酯或碳酸亚异丁酯中进行的。
3、按照权利要求1的制备γ，δ-不饱和酮的方法，其中步骤a)和或步骤b)是在作为溶剂的γ-丁内酯、3-甲基-γ-丁内酯、3，4-二甲基-δ-丁内酯、4，5-二甲基-γ-丁内酯或5-乙基-γ-丁内酯中进行的。
4、按照权利要求1的方法，其中步骤b)在120-220℃、优选在150-200℃进行。
5、按照权利要求1的方法，其中2-甲基-2-庚烯-6-酮如下制备：在170-180℃下缓慢地将2-甲基-3-丁烯-2-醇和乙酰乙酸甲酯的混合物计量加到式I环碳酸酯或式IIγ-内酯与铝催化剂的混合物中，在反应完成后，蒸馏出甲基庚烯酮，使用蒸馏残余物作为新的反应介质。
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