一種合成(E)-α,β-不飽和羰基化合物的方法
2023-05-26 17:52:56
專利名稱：一種合成(E)-α,β-不飽和羰基化合物的方法
一種合成(E)-ci， P-不飽和羰基化合物的方法
技術領域：
本發明屬於催化有機合成領域，具體地說涉及一種合成(E)-a ， e-不飽和羰基 化合物的方法。
背景技術：
均相催化具有一系列的優點，例如，所有的催化活性位點可以與反應底物充分接 觸。更為重要的是，均相催化劑的化學選擇性、立體選擇性或者對映異構選擇性易於調變。 儘管優勢眾多，很多均相催化體系並沒有工業化，其中一個非常重要的原因是產物和催化 劑分離困難。 為了克服均相催化體系中的分離難題，許多研究者提出了一些解決方案。這些方 案可以分為兩類。 一類是均相催化劑被固定在可溶或不可溶的載體上，通過簡單過濾就可 以實現產物與催化劑的分離。但是，在分離過程中，催化劑容易從載體上脫落，使得催化劑 的活性下降。另一類是設計新的催化劑，它們在特定情況下可以溶於某種反應物，而不溶於 反應產物。這類涉及兩相反應的體系通常稱為兩相反應體系，例如離子液體.離子液體因 其具有很多絕佳的優勢，比如幾乎可忽略的蒸汽壓，較高的熱穩定性，良好的溶解性，而被 作為環境友好型反應媒介或催化劑受到了人們的關注。 通過直接構建碳_碳雙鍵合成(E) _ a ， |3 _不飽和羰基化合物被認為是綠色合成 方法，因為它不需要活化的底物做原料，水是唯一的副產物；另一方面，不需要多步轉化和 從多種副產物進行產物分離而具有"節能"和"原子經濟性"的要求。但是，常規直接構建 的碳-碳雙鍵的方法需要無水條件，同時順反選擇性也差。從環境保護、節能和原子經濟性 的角度，用未經活化的醛或酮直接高效選擇性構建(E)-a， 13 _不飽和羰基化合物頗具吸 引力。這種直接構建方法需要理想合適的催化反應體系。 本專利申請人在申請號為CN200910043572. 7的專利申請中，記載了以陽離子型 有機鉍配合物作為催化劑，脂肪胺為助催化劑，質子溶劑為溶劑的(E)-a， e-不飽和羰 基化合物的選擇性催化合成路徑。這一方法採用直接碳_碳鍵縮合反應得到了目標化合 物，並且可以採用水等質子溶劑，但反應完成後需要對催化劑進行分離， 一定程度上影響到 了催化劑的活性以及催化劑與產物的分離，而且以水為溶劑時目標產物的選擇性不能達到 100%。
發明內容
本發明的目的在於提供一種採用反應控制的自分離技術的(E)-a ， e-不飽和羰 基化合物的合成方法，以提高目標產物的產率和催化劑的選擇性以及可重複利用性。
為達到上述發明目的，本發明提出以下的技術方案 —種合成(E)-a ， |3 _不飽和羰基化合物的方法，是以離子液體為溶劑，以醛和酮 為原料，以含橋式硫原子配體的有機鉍離子配合物為主催化劑、脂肪胺為助催化劑進行催 化反應，反應結束後液相反應體系自動分離為溶劑層和產物層，催化劑自動進入溶劑層，產物層即為製得的(E)-a， e-不飽和羰基化合物。 上述合成方法中，所述離子液體是選自咪唑類離子液體、吡啶類離子液體、有機膦 類離子液體、季銨鹽類離子液體中的至少一種。 上述合成方法中，所述咪唑類離子液體，優選[81111111]8 4(1-丁基-3-甲基咪唑 四氟硼酸鹽離子液體)、[81111111] 6(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體)、[Emim] BF4(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體)或[Emim]PF6(l-乙基-3-甲基咪唑四氟 磷酸鹽離子液體)。 上述合成方法中，所述主催化劑是具有結構式I的陽離子型有機鉍配合物
其中，該配合物中的Bi"除與配體中的兩個碳原子成鍵外，還與配體中的硫原子 形成配位鍵、與對應的陰離子形成離子鍵。 上述合成方法中，所述主催化劑的摩爾添加量為0. 01-12%。 上述合成方法中，所述助催化劑脂肪胺是選自環己胺、正丁胺、正丙胺或乙胺中的 至少一種。 上述合成方法中，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，優選苯甲醛、對氯苯甲醛、對三 氟甲基苯甲醛、對甲基苯甲醛、對甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、對硝基苯甲醛或糠醛。
上述合成方法中，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，優選環己酮、環戊酮、丙酮、苯乙 酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙醯丙酮。 上述合成方法中，所述催化反應的條件為在0-12(TC下反應0. 5-12小時。
本發明所提供的合成方法為(E)-a ， P-不飽和羰基化合物的製備開闢了新的低 成本"綠色"途徑，其優點在於原料來源廣泛，目標產物的選擇性和產率均接近100%，反 應過程中是均相反應，反應結束時離子溶劑和產物自動分離成兩層，催化劑在離子液體裡 面可以直接重複利用，產物分離採用簡單減壓蒸餾就可以得到純的(E)-a， e-不飽和羰 基化合物，整個反應和分離過程無需採用有機溶劑，製備過程綠色環保，可以直接放大，工 業化前景顯著。
圖1所示是本發明提供的(E)-a ， e-不飽和羰基化合物的合成路徑圖。具體實施方式
本發明所提供的催化合成(E)-a ， |3 _不飽和羰基化合物方法的合成路徑，請參 見附圖1 :將作為原料化合物的醛和酮置入反應容器內，加入離子液體，然後加入催化劑有 機鉍離子化合物和助催化劑脂肪胺，在0-12(TC的環境下反應0. 5-12小時，反應完成後即 得目標化合物。
下面結合具體的製備例對本發明做進一步說明
製備例1
4
在lOOmL單口燒瓶中加入0. OOlmol有機鉍離子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，將物料攪拌5 分鐘後，加入0. 3mol環己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應 器中，在25t:下進行反應3小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-苄烯環 己酮的產率為99%，選擇性為100% ;催化劑體系重複利用10次後，其催化性能未見下降。
製備例2 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 003mol有機鉍離子化合物(X = 0S02C6F5)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分鐘後， 加入0. 3mmo1苯乙酮(R2 = Ph， R3 = H)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在 ll(TC下進行反應l小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-查爾酮的產率為 97%，選擇性為100% ;催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例3 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 005mol有機鉍離子化合物(X = 0S02CF3)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和1. Ommol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分鐘後， 加入O. 3mmo1丙酮(R2 = CH3，R3 = H)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在25°C 下進行反應12小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮 的產率為100%，選擇性為100% ;催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例4 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 007mol有機鉍離子化合物(X = PF6)和5. OmL[Emim] PF6、0. lmol對氯苯甲醛(R1 = p_ClC6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分鐘後， 加入0. 3mol環己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在 95t:下進行反應0.5小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(4-氯-苄烯) 環己酮的產率為94% ;選擇性為100%。催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下 降。 製備例5在lOOmL單口燒瓶中加入O. OOOlmol有機鉍離子化合物(X = BF4)和5. OmL[Emim]
BF4、0. lmol對三氟甲基苯甲醛(R1 = p_CF3C6H4)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，攪拌5分
鍾後，加入0. 3mol環己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器
中，在25t:下進行反應3小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(4-三氟甲
基苄烯)環己酮的產率為99%，選擇性為100%;催化劑體系重複利用10次後，其催化性能
未見下降。 製備例6 在100mL單口燒瓶中加入0. 0002mol有機鉍離子化合物(X = C104)和
5. 0mL[Emim]BF4、0. lmol對甲基苯甲醛(R1 = p-CH3C6H4)禾P 1. Ommol乙胺(R4 = n_C2H5)，攪
拌5分鐘後，加入0. 3mol環戊酮(R2-R3 = _(CH2)3-)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反
應器中，在0t:下進行反應12小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(4-甲
基苄烯)環戊酮的產率為99%，選擇性為100%;催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能
未見下降。
在lOOmL單口燒瓶中加入O. 008mol有機鉍離子化合物(X = HS03)和5. OmL[Bmim] BF4、0. lmol對甲氧基苯甲醛(R1 = p-CH30C6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分 鍾後，加入0. 3mol環戊酮(R2-R3 = _(CH2)3_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器 中，在6(TC下進行反應5小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(4-甲氧基 苄烯)環戊酮的產率為98%，選擇性為100%;催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未 見下降。 製備例8 在lOOmL單口燒瓶中加入O. 002mol有機鉍離子化合物(X = HS04)和5. OmL[Bmim] BF4、0. lmol肉桂醛(R1 = (E)-PhCH = CH)和1. Ommol正丁胺(R4 = n_C4H9)，攪拌5分鐘後， 加入0. 2mol丙二酸二甲酯(R2 = 0CH3， R3 = C(0)0CH3)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水 浴反應器中，在45t:下進行反應2小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-二 甲基-2-(3-苯基烯丙基烯)馬來酸酯的產率為95%，選擇性為100% ;催化劑體系重複利 用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例9 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 0006mol有機鉍離子化合物(X = 0S02C8F17)和5. OmL 乙醇、0. lmol正辛醛(1^ = (:71115)和O. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分鐘後，加入O. 3mol 環己酮(R2_R3 = _(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在105t:下進行反 應0.5小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-正辛烯環己酮的產率為98X， 選擇性為100% ;催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例10 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 09mol有機鉍離子化合物(X = 0S02CF3)禾P 5. OmL乙 醇、0. lmol糠醛(R1 = 2-Furyl)和0. lmol環己胺(R4 = C6HU)，攪拌5分鐘後，加入0. 3mol 環戊酮(R2_R3 = _(CH2)3_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在15t:下進行反 應7小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(2-(呋喃-2-亞甲基)環戊酮 的產率為96%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例11 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 012mol有機鉍離子化合物(X = 0S02C4F9)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，攪拌5分鐘後， 加入0. 3mol乙醯丙酮(R2 = C0CH3， R3 = CH3)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器 中，在ll(TC下進行反應O. 5小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為3-苄烯戊烷-2， 4_二酮的產率為97%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下 降。 製備例12 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 04mol有機鉍離子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，攪拌5分鐘後， 加入O. 3mol丙酮(R2 = CH3，R3 = H)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在10°C 下進行反應12小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮 的產率為90%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例13
6
在lOOmL單口燒瓶中加入0. 002mol有機鉍離子化合物(X = PF6)和5. OmL[Bmim] PF6、0. lmol對氯苯甲醛(R1 = p_ClC6H4)和0. lmol乙胺(R4 = n_C2H5)，攪拌5分鐘後，加 入O. 3mol環己酮(R2-R3 = -(CH2)4-)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在(TC 下進行反應l小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-苄烯環己酮的產率為 87%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用IO次後，其催化性能未見下降。
製備例14在lOOmL單口燒瓶中加入0. 005mol有機鉍離子化合物(X = BF4)和5. OmL[Emim]
BF4、0. lmol對三氟甲基苯甲醛(R1 = p_CF3C6H4)和0. lmol乙胺(R4 = n_C2H5)，攪拌5分鐘
後，加入0. 3mol環戊酮(R2-R3 = _(CH2)3_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，
在25t:下進行反應12小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-(4-三氟甲基
苄烯)環戊酮的產率為99%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用10次後，其催化性能
未見下降。 製備例15 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 009mol有機鉍離子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol對甲基苯甲醛(R1 = p-CH3C6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)， 攪拌5分鐘後，加入0.3mol環己酮(R2-R3 = -(CH2)4-)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的 水浴反應器中，在12(TC下進行反應0.5小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為 (E)-2-(4-甲基苄烯)環己酮的產率為100%，選擇性為100%。催化劑體系重複利用10次 後，其催化性能未見下降。
製備例16 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 012mol有機鉍離子化合物(X = 0S02CF3)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol對甲氧基苯甲醛(R1 = p_CH30C6H4)和0. lmol環己胺(R4 = C6Hn)， 攪拌5分鐘後，加入0. 3mol環戊酮(R2-R3 = _(CH2)3-)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴 反應器中，在30°C下進行反應3小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E) -2- (4-甲 氧基苄烯)環戊酮的產率為92%，選擇性為100%;催化劑體系重複利用10次後，其催化性 能未見下降。 為了進一步說明本發明方法的優越性，選用以下催化體系作為對比例。
比較例1 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 005mol三氟甲磺酸鉍(Bi (0S02CF3)3)和5.0mL水、 0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，攪拌5分鐘後，加入0. 3mol環己 酮(R2-R3 = -(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在2(TC下進行反應3 小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-苄烯環己酮的產率為64X，選擇性 為86%。催化劑水解嚴重，難以回收。反應混合物分離需要經過萃取分離，減壓除去溶劑， 然後減壓蒸餾，得到的產物選擇性和產率都低。
比較例2 在100mL單口燒瓶中加入0.005mol三氯化鉍(BiCl3)和5. OmL水、0. lmol苯甲 醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n-C4H9)，攪拌5分鐘後，加入0. 3mol環己酮(R2-R3 =_(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在2(TC下進行反應3小時。TLC 跟蹤反應至反應完全。反應結果為(幻-2-苄烯環己酮的產率為34%，選擇性為56%。催化劑水解嚴重，難以回收。反應混合物分離需要經過萃取分離，減壓除去溶劑，然後減壓蒸
餾，得到的產物選擇性和產率都低。 比較例3 在lOOmL單口燒瓶中加入O. 005mol 二丁基錫二甲氧烷(Bu2Sn(0CH3)2)和5. OmL 水、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，攪拌5分鐘後，加入0. 3mol 環己酮(R2_R3 = _(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在2(TC下進行反 應3小時。TLC跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)2-苄烯環己酮的產率為34X，選擇 性為79%。催化劑水解嚴重，難以回收。反應混合物分離需要經過萃取分離，減壓除去溶 劑，然後減壓蒸餾，得到的產物選擇性和產率都低。
比較例4 在lOOmL單口燒瓶中加入0. 005mol氫氧化鈉(NaOH)禾P 5. OmL水、0. lmol苯甲 醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n-C4H9)，攪拌5分鐘後，加入0. 3mol環己酮(R2-R3 =_(CH2)4_)。然後將燒瓶置於帶磁力攪拌的水浴反應器中，在2(TC下進行反應3小時。TLC 跟蹤反應至反應完全。反應結果為(E)-2-苄烯環己酮的產率為10%，選擇性為81%。催 化劑溶於水，難以回收。反應混合物分離需要經過萃取分離，減壓除去溶劑，然後減壓蒸餾， 得到的產物選擇性和產率都低。 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
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權利要求
一種合成(E)-α，β-不飽和羰基化合物的方法，其特徵在於，以離子液體為溶劑，以醛和酮為原料，以含橋式硫原子配體的有機鉍離子配合物為主催化劑、脂肪胺為助催化劑進行催化反應，反應結束後液相反應體系自動分離為溶劑層和產物層，催化劑自動進入溶劑層，產物層即為製得的(E)-α，β-不飽和羰基化合物。
2. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述離子液體是選自咪唑類離子液 體、吡啶類離子液體、有機膦類離子液體、季銨鹽類離子液體中的至少一種。
3. 根據權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，所述咪唑類離子液體，優選[Bmim] BF4、 [Bmim]PF6、 [Emim]BF4或[Emim]PF6。
4. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述主催化劑是具有結構式I的陽離 子型有機鉍配合物其中，該配合物中的Bi"除與配體中的兩個碳原子成鍵外，還與配體中的硫原子形成 配位鍵、與對應的陰離子形成離子鍵。
5. 根據權利要求1或4所述的合成方法，其特徵在於，所述主催化劑的摩爾添加量為 0. 01-12%。
6. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述助催化劑脂肪胺是選自環己胺、 正丁胺、正丙胺或乙胺中的至少一種。
7. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，優選 苯甲醛、對氯苯甲醛、對三氟甲基苯甲醛、對甲基苯甲醛、對甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、 對硝基苯甲醛或糠醛。
8. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，優選 環己酮、環戊酮、丙酮、苯乙酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙醯丙酮。
9. 根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述催化反應的條件為在0-12(TC 下反應O. 5-12小時。
全文摘要
本發明提供了一種採用反應控制自分離技術合成(E)-α，β-不飽和羰基化合物的方法，以離子液體為溶劑，以醛和酮為原料，採用含橋式硫原子配體的有機鉍離子配合物為主催化劑，脂肪胺為助催化劑進行反應。該合成方法為(E)-α，β-不飽和羰基化合物的製備開闢了新的低成本「綠色」途徑，其優點在於目標產物的選擇性和產率均接近100％，反應過程中是均相反應，反應結束時自動分離成兩相，催化劑在離子液體裡面可以直接重複利用，產物分離採用簡單減壓蒸餾就可以得到純的(E)-α，β-不飽和羰基化合物，整個反應和分離過程無需採用常規有機溶劑，綠色環保。
文檔編號C07C49/683GK101759510SQ20101002203
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者夏軍, 孟振功, 宋星星, 尹雙鳳, 張曉文, 羅勝聯, 許新華, 譚年元, 邱一苗, 邱仁華 申請人:湖南大學