CN1264793C - 用于醇醛缩合的催化体系 - Google Patents

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CN1264793C CNB028101766A CN02810176A CN1264793C CN 1264793 C CN1264793 C CN 1264793C CN B028101766 A CNB028101766 A CN B028101766A CN 02810176 A CN02810176 A CN 02810176A CN 1264793 C CN1264793 C CN 1264793C
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Abstract

本发明涉及在新颖催化体系存在下，通过酮，如偕二甲基环己基乙酮或偕二甲基环己基乙酮衍生物，与醛的醇醛缩合，通过单一步骤制备烯酮而没有烯醇化物预形成的方法。该催化体系由金属配合物，如[(Cl)n(烷氧基)4-nTi]或[(Cl)n(烷氧基)4-nZr]配合物(n是1-3的整数)，和助组份开始如羧酸酐或无水盐组成。

Description

用于醇醛缩合的催化体系
技术领域
本发明涉及有机合成领域和更精确地涉及以下进一步定义的烯酮(I)的单步骤合成方法：
该方法存在于催化的醇醛缩合，该缩合并不要求烯醇化物的预形成。催化体系也是本发明的目的。
背景技术
由于一般情况下要求重要数量的强碱或经常观察到醛或最终烯酮的聚合，涉及“低反应性”酮的交叉醇醛缩合，即，它需要强反应条件以反应，和/或“高反应性”醛，即，即使采用弱反应条件其经受自缩合或聚合，是困难的方法。
在位阻环己基乙酮，“低反应性”酮，和乙醛，“高反应性”醛之间的现有交叉醇醛缩合方法的例子是描述于如下文献的方法：Ayyar等人，J.Chem.Soc.，Prekin Trans.I，1975，17，1727。然而，该方法需要使用化学计量数量的强碱如溴化N-甲基苯氨基镁用于烯醇化物的形成。强碱如酰胺阴离子具有昂贵和难以操作的不方便之处，因此大量采用该碱的方法并不是此类型反应的最好解决方案，对于工业目的更是这样。
发明内容
为克服上述问题，本发明涉及新的、单一步骤的醇醛缩合方法，该方法并不要求烯醇化物的预形成。该方法由包括金属配合物和助组份的原始催化体系催化。
本发明的一个目的是一种如下通式(I)化合物的制备方法：
Figure C0281017600071
其中波状线指示C＝C双键的立体化学结构并不确定；
R1表示氢原子或甲基；
R2表示甲基或乙基或可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C6环，条件是如果R1是氢原子，R2是含有至少两个碳原子的基团；或该R1和R2结合在一起形成可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C6环，或饱和或不饱和C12环，该环包括羰基功能的碳原子和与R1键合的碳原子；和
R3表示氢原子、C1-C4线性或支化烷基或烯基、线性或支化C9烷二烯基、或CH2R基团，R是可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C5环；
其特征在于在催化体系存在下，将如下通式的起始酮：
Figure C0281017600072
其中R1和R2具有通式(I)中相同的意义，与如下通式的醛反应：
其中R3具有通式(I)中相同的意义。
由R1，R2和R3表示的基团的可能取代基是甲基、乙基、亚甲基和亚乙基。
在本发明的第一实施方案中，方法的目的在于在选自偕二甲基环己酮如2，2-二甲基环己酮、偕二甲基环己烯酮如4，4-二甲基-2-环己烯-1-酮和环十二烷酮的通式(II)的酮，和选自甲醛、乙醛、2-丙烯醛和2-丁烯醛的通式(III)的醛之间的醇醛缩合反应，以获得通式(I)的相应烯酮。
在本发明的第二实施方案中，通式(II)的酮是甲乙酮。此实施方案的特定例子可以是在龙脑烯醛，即2，2，3-三甲基-3-环戊烯-1-乙醛，和甲乙酮之间的反应。
在根据第二实施方案的方法中，通式(I)的烯酮以两种异构体即线性烯酮(R1＝H，R2＝Et)或支化烯酮(R1和R2＝Me)的混合物的形式获得。在根据本实施方案的方法中，获得的主要异构体是支化烯酮，与涉及烯醇化物形成的传统醇醛缩合反应相反。
在本发明的第三优选实施方案中，方法存在于根据方案1，在通式(IV)的酮和通式(V)的醛之间的反应，以获得通式(VI)的烯酮。
方案1
其中波状线指示并不确定C＝C双键的立体化学结构并不确定和虚线指示单键或双键；
R4和R5同时或独立地表示氢原子或甲基、乙基、亚甲基或亚乙基；
R6表示氢原子或甲基；和
R7表示氢原子或C1-C4线性或支化烷基或烯基。
酮(IV)可以为异构体的混合物，所述异构体为具有相同碳主链但在不同位置具有一个或两个碳-碳双键的化合物，如如下物质中至少两种的混合物：1-(2，6，6-三甲基-2-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2-二甲基-6-亚甲基-1-环己基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-1-环己烯-1-基)-1-乙酮和1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮，或如下物质中至少两种的混合物：1-(2，6，6-三甲基-1，3-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-1，4-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-2，4-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2-二甲基-6-亚甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮和1-(6，6-二甲基-2-亚甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮。
优选地，R4表示甲基或亚甲基，R5表示氢或甲基或亚甲基，R6表示氢原子和R7表示甲基。
优选的起始醛(V)是乙醛，和优选的起始酮(IV)选自1-(2，6，6-三甲基-1-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-2-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2-二甲基-6-亚甲基-1-环己基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-1，3-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，5，6，6-四甲基-1-环己基)-1-乙酮和1-(2，2，6-三甲基-3-亚甲基-1-环己基)-1-乙酮。
如上所述，本发明的方法需要催化体系。该催化体系也是本发明的目的。“催化体系”指的是由金属配合物和助组份组成的混合物。以亚化学计量，或催化数量使用金属配合物，相对于起始醛或酮。
金属配合物具有如下通式：
         M(OR8)4-nXn          (VII)
其中M是选自Ti、Zr和Hf的四价金属阳离子，R8表示C1-6线性或支化烷基，X表示卤素如Cl或F原子，以及指数n表示1-3的整数。优选，M表示Ti(IV)或Zr(IV)，R8表示线性或支化C1-4烷基，X表示Cl原子和指数n表示2或3。
通式(VII)金属配合物的混合物的使用也是方便的，特别是如果催化剂在该方法中使用之前以不经过纯化的方式原位合成。
催化体系的助组份是包含1-10个碳原子的烷基或芳族羧酸酐、BF3或选自如下的无水盐：金属阳离子的硫酸盐、氯化物和溴化物，该金属阳离子选自Li+、Na+、K+、Cs+、Mg2+、Ni2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+和Al3+。优选地，助组份选自乙酸酐、丙酸酐或丁酸酐，BF3、无水Na2SO4或K2SO4和Mg2+、Fe3+或Zn2+的无水氯化物或溴化物。
两种或三种助组合物的混合物的使用也是可能的。
相对于起始醛，有利地在过量即大于一摩尔当量的起始酮存在下，进行本发明的方法。
可以在大的浓度范围内将金属配合物加入到反应介质中。作为非限制性例子，相对于起始醛(III)或(V)的摩尔数量，人们可引用0.001-0.20摩尔当量的催化剂浓度。优选地，金属配合物浓度包含在0.01-0.15摩尔当量之间。理所当然的是催化剂的最优浓度依赖于催化剂的本质并依赖于所需的反应时间。
可以在大的浓度范围内将助组份加入到反应介质中。作为非限制性例子，相对于起始醛(III)或(V)的摩尔数目，人们可引用0.05-1.2摩尔当量的盐浓度。优选地，金属配合物浓度包含在0.15-1摩尔当量之间。然后，在另一个优选的实施方案中，盐浓度包含在0.20-0.6摩尔当量之间。理所当然的是另外试剂的最优浓度依赖于另外试剂的本质。
本发明的方法可以在溶剂存在下或不存在下进行，但在任何情况下它有利地在无水条件下进行，其中“无水”在此表示水含量小于1wt％，优选小于0.1％的溶剂。当要求使用溶剂时，可以使用纯溶剂或溶剂混合物。该溶剂必须与反应条件在化学上相容，即不干扰反应，和不使催化剂失活，如弱或非配位溶剂。用于本发明方法的优选溶剂的沸点高于60℃和溶剂选自醚、酯、芳族溶剂、和线性或支化或环状烃。更优选地，溶剂是甲苯或沸点高于80℃的醚或酯。
可以进行本发明方法的温度包含在60℃-140℃之间，优选70℃-110℃之间。事实上本领域技术人员也能够选择反应温度为如下物质熔点和沸点的函数：起始和最终产物和/或可能的溶剂。
通过如下实施例进一步详细描述本发明，温度指示为摄氏度(℃)，采用360MHz机器在CDCl3中记录NMR光谱数据，相对于作为标准物的TMS，化学位移6指示为ppm，偶合常数J表达为Hz和所有的缩写均有本领域通常的意义。
实施例1
金属催化剂溶液的制备
根据描述于E.V.Vedejs等人，J.Org.Chem.，(1988)， 53，1593的方法，获得包含ZrCl3(OPr)配合物的催化溶液。改变数量以获得浓度为1.2毫摩尔金属/克催化溶液的催化溶液。
根据描述于E.V.Vedejs等人，J.Org.Chem.，(1988)， 53，1593的方法，但使用等摩尔量的ZrCl4和Zr(OPr)4获得包含ZrCl2(OPr)2配合物的催化溶液。改变数量以获得浓度为1.2毫摩尔金属/克催化溶液的催化溶液。
根据描述于E.V.Vedejs等人，J.Org.Chem.，(1988)， 53，1593的方法，但使用等摩尔量的TiCl4和Ti(OiPr)4配合物作为起始物料，获得包含TiCl3(OiPr)配合物的催化溶液。改变数量以获得浓度为1.3毫摩尔金属/克催化溶液的催化溶液。
使用所有的获得溶液而不进行进一步的处理。
1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-2-丁烯-1-酮制备的通用方法
Figure C0281017600121
1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-2-乙酮    1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-2-丁烯-1-酮
Mw＝166                                    Mw＝192
在250ml烧瓶中，加入30g(0.18摩尔)的1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-2-乙酮(94％纯度)，12.0g乙酸丁酯，以上制备的根据表1的等分试样的催化溶液和根据表1数量的助组份。将获得的混合物在100℃下搅拌。向该混合物中，在3小时内，在液体表面下引入在10g乙酸丁酯中稀释的4.0g(0.09摩尔)乙醛。在引入的完成之后，将反应冷却到35℃。向冷却的反应介质中加入10g乙酸和然后加入40ml水。在搅拌几分钟之后，除去水相和通过采用25g的20％碳酸钾水溶液洗涤有机相而中和有机相。
最后，通过蒸馏在130-140℃下在环境压力下除去乙酸丁酯，和通过在“Vigreux”柱上的蒸馏精制这样获得的粗产物以回收未反应的起始酮和最终的1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-2-丁烯-1-酮。产物呈现描述于文献的分析特征(即如在US4,211,242中)。
                     表1：反应条件和收率
试验 金属配合物   催化溶液等分试样 助组份 助组份的量 收率
1 TiCl3(OiPr)   3.46g(0.05m.e.) FeCl3   2.9g(0.2m.e.) 14％
2 TiCl3(OiPr)   3.46g(0.05m.e.) AcOAc   9.18g(1.0m.e.) 40％
3 TiCl3(OiPr)   3.46g(0.05m.e.) MgCl2   3.8g(0.4m.e.) 22％
4 TiCl3(OiPr)   3.46g(0.05m.e.) BF3   1.28g(0.1m.e.) 16％
5 ZrCl3(OPr)   1.5g(0.02m.e.) MgCl2   3.8g(0.4m.e.) 45％
6 ZrCl2(OPr)2   1.5g(0.02m.e.) MgCl2   3.8g(0.4m.e.) 32％
m.e.：相对于乙醛的摩尔当量
AcOAc：乙酸酐；OiPr：OCH(CH3)2；OPr：OCH2CH2CH3收率是基于乙醛。
实施例2
在不同底物之间醇醛缩合的通用方法
在典型的方法中，将助组份和催化剂(制备和溶液体积摩尔浓度：参见实施例1)加入到包含酮和溶剂的烧瓶中，然后剧烈搅拌和加热。在3-5小时内在液体表面下加入醛(1eq.)(纯净的或在溶液中)。其后，将反应混合物冷却到30℃和在搅拌下加入稀释的乙酸(在水中10％)。在15分钟之后，除去水相和通过采用稀释的碳酸钠(在水中20％)洗涤而中和有机相。
将有机产物在真空下浓缩和通过在“Vigreux”柱上的蒸馏精制获得的粗产物以回收未反应的起始酮和相应产物。
所有精确的试验条件以及产物的最终收率总结于表2。产物呈现描述于文献的分析特征。
表2：反应条件和收率
Figure C0281017600141
％w/w：重量百分比
e.q.＝e.q.：相对于醛的摩尔当量
配合物/等分试样＝金属配合物/以e.q.计的催化溶液等分试样
T/加入时间＝反应温度/醛加入时间
溶剂/等分试样＝溶剂类型/数量，以相对于醛的wt％计
收率是基于醛。
*起始酮是如下物质至少两种的混合物：1-(2，6，6-三甲基-1，3-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-1，4-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-2，4-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2-二甲基-6-亚甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮和1-(6，6-二甲基-2-亚甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮。

Claims (12)

1.一种如下通式化合物的制备方法：
其中波状线指示C＝C双键的立体化学结构并不确定；
R1表示氢原子或甲基；
R2表示甲基或乙基或可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C6环，条件是如果R1是氢原子，R2是含有至少两个碳原子的基团；或该R1和R2结合在一起形成可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C6环，或饱和或不饱和C12环，该环包括羰基功能的碳原子和与R1键合的碳原子；和
R3表示氢原子、C1-C4线性或支化烷基或烯基、线性或支化C9烷二烯基、或CH2R基团，R是可能取代的饱和或不饱和偕二甲基C5环；
其特征在于在如下通式的金属配合物和助组份存在下：
M(OR8)4-nXn        (VII)
其中M是选自Ti、Zr和Hf的四价金属阳离子，R8表示C1-6线性或支化烷基，X表示卤素，以及指数n表示1-3的整数；助组份是包含1-10个碳原子的烷基或芳族羧酸酐、BF3或选自如下的无水盐：金属阳离子的硫酸盐、氯化物和溴化物，该金属阳离子选自Li+、Na+、K+、Cs+、Mg2+、Ni2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+和Al3+，将如下通式的起始酮：
其中R1和R2具有通式(I)中相同的意义，与如下通式的醛反应：
其中R3具有通式(I)中相同的意义。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于通式(II)的酮选自偕二甲基环己酮、偕二甲基环己烯酮和环十二烷酮，通式(III)的醛选自甲醛、乙醛、2-丙烯醛和2-丁烯醛。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于通式(II)的酮是甲乙酮，通式(III)的醛是2，2，3-三甲基-3-环戊烯-1-乙醛。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于烯酮具有如下通式：
Figure C028101760003C3
其中波状线指示C＝C双键的立体化学结构并不确定和虚线指示单键或双键；
R4和R5同时或独立地表示氢原子或甲基、乙基、亚甲基或亚乙基；
R6表示氢原子或甲基；和
R7表示氢原子或C1-C4线性或支化烷基或烯基；
所述酮具有如下通式：
Figure C028101760004C1
其中R4、R5和R6具有通式(VI)中相同的意义，
和所述醛具有如下通式：
Figure C028101760004C2
其中R7具有通式(VI)中相同的意义。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于R4表示甲基或亚甲基，R5表示氢或甲基或亚甲基，R6表示氢原子和R7表示甲基。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于起始醛(V)是乙醛和所述酮(IV)选自1-(2，6，6-三甲基-1-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-2-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2，6-三甲基-3-环己烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，2-二甲基-6-亚甲基-1-环己基)-1-乙酮、1-(2，6，6-三甲基-1，3-环己二烯-1-基)-1-乙酮、1-(2，5，6，6-四甲基-1-环己基)-1-乙酮和1-(2，2，6-三甲基-3-亚甲基-1-环己基)-1-乙酮。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于起始酮(IV)为异构体混合物的形式。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于M表示Ti(IV)或Zr(IV)，R8表示线性或支化C1-4烷基，X表示Cl原子和指数n表示2或3。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于助组份选自乙酸酐、丙酸酐或丁酸酐，BF3、无水Na2SO4或K2SO4和Mg2+、Fe3+或Zn2+的无水氯化物或溴化物。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于X表示Cl或F原子。
11.由如下通式的金属配合物和助组份组成的催化体系：
M(OR8)4-nXn          (VII)
其中M是选自Ti、Zr和Hf的四价金属阳离子，R8表示C1-6线性或支化烷基，X表示卤素，以及指数n表示1-3的整数；助组份是包含1-10个碳原子的烷基或芳族羧酸酐、BF3或选自如下的无水盐：金属阳离子的硫酸盐、氯化物和溴化物，该金属阳离子选自Li+、Na+、K+u、Cs+、Mg2+、Ni2+、Ca2+、Zn2+和Fe3+。
12.根据权利要求11的催化体系，其特征在于X表示Cl或F原子。
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