CN1634822A

CN1634822A - 安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法

Info

Publication number: CN1634822A
Application number: CN 200410082734
Authority: CN
Inventors: 苏文忠; 张遂之; 石作武
Original assignee: DALIAN NETCHEM CHIRAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: DALIAN NETCHEM CHIRAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: CN1281565C

Abstract

安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，涉及化合物的制备方法，采用原料四甲基乙烯与双氧水在酸性并加热搅拌的条件下反应，催化剂为含钨或钼的络合催化剂。本发明几乎能够按照理论量得到产品，频哪醇是唯一的产品，不使用任何有机溶剂，唯一的副产品是水，无污染、环保。反应进行的非常温和、顺利，反应的速率可以控制，非常安全。反应结束，无过量的双氧水残留。催化剂用量少，而且能够多次回收再利用，有效降低成本。反应仅开始阶段需要适当加热，当反应引发后，反应自身所放出的热量足够维持剩余的反应进程，保证高产率的同时也节省了能量，降低了成本。

Description

安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法

技术领域：

本发明涉及化合物的制备方法，尤其是频哪醇的制备方法。

背景技术：

频哪醇主要可以由以下两种方法来制备：丙酮的还原法和四甲基乙烯二醇化法，已知的丙酮还原制备频哪醇方法是采取镁汞齐、铝汞齐、钠、钠汞齐催化方法或者是电解方法。现今工业上最常用的制备频哪醇方法是镁汞齐催化条件下的丙酮还原法，这种方法需要在沸腾的苯溶剂中加入氯化汞、镁、丙酮煮3-12小时，然后用水来水解形成的频哪醇的镁盐。(见下述的反应简式)

从反应的起始原料判断，这个方法似乎简捷、经济可行，但是在实际生产中，此方法有很多的缺陷。第一，反应混合物从原料处理到反应结束的全过程都必须防止潮气的侵入，如果有潮气的存在，镁的表面就形成一层氧或者氢氧集团的保护层，从而阻止了镁对丙酮还原反应的继续进行。所以，在使用丙酮和苯之前，必须将它们仔细、严格地干燥、蒸馏。丙酮的干燥程度决定着反应引发的快慢。第二，此方法的产率通常低于50％。要获得高产率，就必须提高反应速率，而同时又要保证丙酮不挥发掉。这样的操作在工业上被视做不安全的操作。第三，此方法生成的频哪醇的镁盐中间体形成大量粘稠的、难于搅拌的胶状物。仅在实验室中，反应后期就很难用机械搅拌装置来搅拌，因为此时这个胶状物已经变成了坚硬的固体。所以，可以想见在工厂中生产时，必将带来很大的后处理工作量和安全隐患。第四，为了减少对环境的污染，必须对反应结束后的汞废渣进行仔细彻底的处理。用此方法得到的频哪醇水合物(晶体)中搀杂有一种或几种少量的有机汞化合物，其产生的蒸汽，对人体有毒害作用。所以，这些污染物必须经过用苯彻底洗涤或用水蒸汽精馏的方式彻底除去。第五，本方法中需要大量的苯做溶剂，众所周知，苯是高致癌性的物质，对操作者的健康有很大的损害。综上所述，使用此方法来制备频哪醇，其综合成本很高，不利于环保。

很久以来，就有很多的报道称可以使用四甲基乙烯的二醇化方法来制备频哪醇。已知的方法有：使用OsO₄/氧化剂，这里的氧化剂包括分子氧或空气，双氧水，氯酸，三甲胺的氧化物以及有机氧化硒，等等。从九十年代开始，一些不使用有机溶剂的制备频哪醇方法陆续出现，如使用过硫酸氢钾水溶液做氧化剂的方法，或者用强酸性树脂作催化剂与双氧水共同使用的方法等。但是这些方法要么使用有毒的、昂贵的催化剂、要么使用危险、易爆炸的氧化剂。直到最近，Carlo Venturello，Noyori等化学家相继报道一种高效的烯烃环氧化/二醇化方法，这些方法都使用钨酸盐/相转移催化剂体系催化下使烯烃与加入的双氧水反应生产环氧化物，但是普遍存在催化剂无法回收利用、收率低、反应过程不安全等问题，而且也没有用于工业生产频哪醇。

发明内容：

本发明的目的是解决上述不足问题，提供一种安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，制法简单易行，安全环保，成本低、产率高。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，采用原料四甲基乙烯与双氧水在酸性并加热搅拌的条件下反应，催化剂为含钨或钼的络合催化剂。

原料四甲基乙烯与双氧水的摩尔比例为1.1-1.3∶1，反应混合物用硫酸或者磷酸调节pH值为0到3.0，然后加热反应混合物至40-70℃，将浓度为5％-65％的双氧水加入到含钨或铝的络合催化剂和四甲基乙烯混合液中，反应过程中搅拌速度维持在200-800转/分钟，反应至双氧水反应完全为止，频哪醇热溶于水中，分离两相，冷却结晶得频哪醇晶体，催化剂溶于有机相中回收再利用至少4次。

其中双氧水的浓度较好的范围为5％-15％。

含钨或钼的络合催化剂是由钨酸盐或者钼酸盐与一种季铵盐相转移催化剂以及磷酸按摩尔比1-3∶1-2∶1-2混合，在室温下反应制得，此催化剂可以先制备也可以在进行合成频哪醇反应之前直接原位制得。其中季铵盐相转移催化剂化学分子式为Q+X-，此处Q＝R₃NCH₃，R可以是C8-C10的烷烃基团；X-可以是Cl，Br，HSO₄。市场易得的季铵盐相转移催化剂三辛基甲基氯化铵(商品名：Aliquat 336)为首选。催化剂用量占主反应物的摩尔百分比为0.5-2％。

反应混合物的pH值优选在0.2到1.0范围内，此pH值可以在反应之前在双氧水中或者直接在反应混合液中用硫酸或者磷酸调节。首选在双氧水中用磷酸调节。

反应过程中搅拌速度优选在400-600转/分钟。

在本发明中，油状的催化剂可以回收再使用至少4次。如无机械损失，催化剂可以不断地重复使用。

本发明的反应的机理(包括环氧化和酸性水解)如下：

本发明含钨或钼的催化剂是先进性中的关键。此混合物催化剂是由钨酸盐或者钼酸盐与季铵盐相转移催化剂、磷酸或硫酸混合制得，它是一种油状物，易溶解于有机溶剂，但不溶解于水。在本发明的工艺中，当四甲基乙烯被反应掉后，此混合物催化剂在水相中沉淀，而当双氧水被反应掉之后，它又会很稳定地溶解在过量的四甲基乙烯有机相中，并且可以被转移至下一次反应中继续使用。所以，通过对催化剂反应控制的相转移作用，这个催化体系同时具有多相和均相催化剂的特长。而且对频哪醇制备工艺特别适用。由于本发明中的混合物催化剂具有亲油的性质，而生成的产品频哪醇存在于水相中(此时双氧水耗尽)，可以从反应器底部分离出来，而催化剂可以溶解于剩余的四甲基乙烯有机相中，从而继续留在反应器中。下一次反应时，只需要补充新的四甲基乙烯并加入新的双氧水，反应即可以继续进行。

当只用钨酸钠做催化剂时，虽然，也可以获得频哪醇，但是，产率较低(见对比例)。用我们的混合物催化剂，四甲基乙烯的环氧化进行的很快，而且，反应放出的热量足以维持反应持续下去。

本发明与目前国内外频哪醇的制备方法相比具有显著的优点：几乎能够按照理论量得到产品。当妥善选择反应条件时，频哪醇是唯一的产品。其反应过程中不使用任何有机溶剂，并且，唯一的副产品是水，无污染、环境友好。反应进行的非常温和、顺利，反应的速率可以控制，稀释的双氧水(如5wt％)也可以作为反应的氧化剂，非常安全。当反应结束后，无过量的双氧水残留(反应时加入定量的双氧水)。所使用的催化剂用量少，而且能够多次回收再利用，有效降低成本。反应仅开始阶段需要适当加热，当反应引发后，反应自身所放出的热量足够维持剩余的反应进程，保证高产率的同时也节省了能量，降低了成本。

具体实施方式：

实施例1

向一个250毫升、配有一个机械搅拌、一支温度计、一只冷凝器和一个加料漏斗的四口圆底烧瓶中，加入0.2摩尔的5％的双氧水、4.1克85％的磷酸、2.36克季铵盐相转移催化剂三辛基甲基氯化铵、3.2克Na₂WO₄·2H₂O。然后加热并保持反应体系温度在68±2℃。加入0.26摩尔四甲基乙烯(99％)，同时，保持搅拌速度为400转/分，保温反应半小时。停止搅拌，用淀粉碘化钾试纸检测反应液的水相，若试纸不变色，则证明双氧水已经反应完全，反应结束。然后将两相分开，上层为黄色的有机相，由催化剂和四甲基乙烯以及少量的频哪醇(约占2％)组成，其中四甲基乙烯为投料时过量的0.06摩尔；下层为白色的水相，由频哪醇和水组成。有机相可以全量转移至下一步反应，并且最少可以重复使用4次，实验中发现如果能够减少机械损失，重复使用的催化剂的活性和选择性比新形成的催化剂更高。水相放入冰箱中，调整温度在0-5℃范围内，放置1小时，然后取出、抽滤，得到含6个结晶水和一些水分的频哪醇结晶体48克。扣除测得的水分后，计算收率达到95％，熔点，36-43℃。将此频哪醇结晶体放于干燥的甲苯中共沸蒸馏得到纯度为99.8％(GC)。

实施例2

采用和例1中相同的反应装置。向反应瓶中加入0.24摩尔的纯度为99％的四甲基乙烯、1.7克季铵盐相转移催化剂三辛基甲基氯化铵，2.7克Na₂WO₄·2H₂O，加入90.7克7.5％H₂O₂和5.5克85％H₃PO₄。调整机械搅拌转速在600转/分钟，反应温度维持在70℃，反应0.5小时。用淀粉碘化钾试纸检测，待双氧水反应完全，反应结束。然后，将反应液冷却至40℃，分离两相。上层黄色的、含催化剂的有机相，回收使用。下层水相放入冰箱中，调整温度在0-5℃范围内，放置1小时，然后取出、抽滤，得到含6个结晶水和一些水分的频哪醇结晶体45.6克，熔点37-43℃，扣除测得的水分后，计算收率达到92％。将此频哪醇结晶体放于干燥的甲苯中共沸蒸馏得到纯度为99.5％(GC)。

实施例3

采用和例1中相同的反应装置。向反应瓶中，加入50天之前由钼酸钠、三辛基甲基氯化铵及磷酸按摩尔比2∶1∶1制备好的催化剂10克，7.5％双氧水91克。保持反应温度为50℃，搅拌速度600转/分，加入四甲基乙烯0.26摩尔，之后用淀粉碘化钾检测，双氧水反应完全为止。后处理如例1，得到粗品频哪醇结晶体51克，熔点37-43℃，收率98.5％。

对比例

采用和例1中相同的反应装置。向反应瓶中加入22.7克(0.2摩尔)30％H₂O₂、2.7克Na₂WO₄·2H₂O、足够量的85％H₃PO₄，调pH至0.5。保持搅拌速度为600转/分钟、水浴温度86℃，然后加入四甲基乙烯(99％)。反应温度逐渐降到66℃，保持此温度，搅拌反应半小时。反应混合液无色。淀粉碘化钾检测发现H₂O₂未反应完全。PH为1.5。后处理如例1，得到粗品频哪醇结晶体30.5克，熔点36-44℃，收率60％。

Claims

1、安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：采用原料四甲基乙烯与双氧水在酸性并加热搅拌的条件下反应，催化剂为含钨或钼的络合催化剂。

2、根据权利要求1所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：原料四甲基乙烯与双氧水的摩尔比例为1.1-1.3∶1，反应混合物用硫酸或者磷酸调节pH值为0到3.0，加热反应混合物至40-70℃，将浓度为5％-65％的双氧水加入到含钨或钼的络合催化剂和四甲基乙烯混合液中，反应过程中搅拌速度维持在200-800转/分钟，反应至双氧水反应完全为止，频哪醇热溶于水中，分离两相，冷却结晶得频哪醇晶体，催化剂溶于有机相中回收再利用至少4次。

3、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：含钨或钼的络合催化剂是由钨酸盐或者钼酸盐与一种季铵盐相转移催化剂以及磷酸按摩尔比1-3∶1-2∶1-2混合，其中季铵盐相转移催化剂化学分子式为Q+X-，此处Q＝R₃NCH₃，R是C8-C10的烷烃基团；X-是Cl，Br或HSO₄。

4、根据权利要求3所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法。其特征是：含钨或钼的络合催化剂是由钨酸钠或者钼酸钠与一种季铵盐相转移催化剂以及磷酸按摩尔比2∶1∶1混合。

5、根据权利要求3所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：季铵盐相转移催化剂为三辛基甲基氯化铵。

6、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：催化剂用量占主反应物的摩尔百分比为0.5-2％。

7、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：其中双氧水的浓度范围为5％-15％。

8、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：反应混合物pH值为0.2-1.0。

9、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：在双氧水中用磷酸调节pH值。

10、根据权利要求1或2所述的安全、无污染、高效的制备频哪醇的方法，其特征是：反应过程中搅拌速度为400-600转/分钟。