酮,特別是6－甲基庚烷－2－酮的製備方法

2023-05-20 23:57:46

專利名稱：酮,特別是6－甲基庚烷－2－酮的製備方法
技術領域：
本發明涉及酮的製備方法，其中在由幾乎等摩爾量的仲胺和羧酸所組成的催化劑體系的存在下，使酮與醛進行所謂的「交叉醛醇縮合」反應以生成α,β-不飽和酮，而且如果必要隨後進行催化加氫作用。
上述方法特別用於製備6-甲基-3-庚烯-2-酮，其中使丙酮與異戊醛進行反應；或者用於製備6-甲基-3-庚烯-2-酮的加氫產物，6-甲基庚烷-2-酮(MHA)，它主要用作許多活性物質的前體；特別是用於製備脂溶性維生素，如維生素E。
採用醛醇縮合反應以生成高級酮或醛類已廣泛應用於有機合成中，而且已廣泛記載於科技文獻中，特別是在Houben-Weyl的著作中，Methoden derorganischen Chemie(有機化學的方法)，第7/1卷，第4版，1979年，第77頁以及下列等和第7/2b卷，第1449頁以及下列等等對此都有專門記載。
除了酸性催化醛醇縮合方法外，人們也熟知鹼性催化醛醇縮合方法，其中在大多數情況下使用了鹼金屬和鹼土金屬的氫氧化物，或者其它的鹼性離子交換劑(參看上述文獻)。
前述文獻已記載了用胺作為醛醇縮合反應的催化劑(參看Houben-Weyl，有機化學方法，第7/1卷，第4版，1979年，第87頁以及下列等和7/2b卷，第1452頁以及下列等等)。
醛醇縮合反應的缺點是，特別是例如當用酮和醛進行醛醇縮合反應(即所謂的「交叉醛醇縮合反應」)時，其選擇性不令人滿意。這是因為在這種情況下進行反應的物質在很大程度上頻繁進行自反應。這個問題在許多情況下是可以解決的，其中專門製備反應物質中之一的烯胺並使其繼續反應，這已由H.D.Engels等人在Chem.Ber.95(1962年)，第1495-1504頁或在參考書目Dokl.Akad.Nauk SSSR,149(1963年)第94頁中描述。然而，按這種方法提高選擇性是要付出代價的，即需要其它的合成步驟，包括適當的後處理操作。
根據K.Eiter在Ann.658(1962年)，第91-99頁描述的試驗結果，雖然可以在有酸存在的情況下，不需要單獨分離出烯胺而實施上述方法變體，但是兩種反應物都形成烯胺時，那麼該方法的反應產率只能很低。
因此，美國專利US.5,214,151和歐洲專利EP0771780也只是公開和要求了丙酮和芳香醛的醛醇縮合反應。因為在有仲胺存在的情況下，上述醛類是不能形成烯胺的。
歐洲專利文獻EP0429603B1揭示了一種方法，要求保護採用由仲胺，氫滷酸和羧酸所組成的複合催化劑體系，其中將甲醛，特別是仲甲醛加成到酮中。
長時間以來人們已知在有氫氧化鈉水溶液存在的情況下，通過丙酮和異戊醛的醛醇縮合反應，可以以相當高的反應產率製備出6-甲基-3-庚烯-2-酮(參看Berichte33(1900年)，第559-566頁，特別是第561頁)。
德國專利文獻DE 26 15 308揭示了一種可以直接工業化製備MHA和類似的酮的方法，其中脂族酮，最好是丙酮，在有氫和催化劑體系的情況下與脂族醛，如異戊醛進行反應，該催化劑體系能在80-280℃的溫度下，催化酮和醛的縮合反應以及隨後的加氫作用。這種方法宜用於連續的固定床催化劑體系中。在工業上實施時，其分離產率可以達到理論值的80％以上。然而該方法的缺點至多是需要在相當高的溫度中進行反應，從而由於過氫化作用可能導致所不希望有的副產物的形成。
歐洲專利文獻EP 765853A1揭示了一種製備MHA的方法，其中在一種鹼性化合物存在的情況下使丙酮和異戊醛縮合進行醛醇縮合反應，並生成4-羥基-6-甲基庚烷-2-酮縮合產物，而且在脫水條件下使上述生成的縮合產物進行加氫作用。該方法的突出缺點在於第一反應步驟中的縮合反應的反應產率不夠充分。因此，如實例所證實，在實例1中在縮合4-羥基-6-甲基庚烷-2-酮並直接形成6-甲基-3-庚烯-6-酮後經氣相色譜分析測得的反應產率總計只有76.1％，而在實例2中該反應產率總計是80.6％。由於在複雜的處理步驟中也會丟失一些所需的產物，正如許多實例所證實，在隨後的脫水條件下的加氫作用過程中所能達到的最高產率只有92％，因此，本方法所能達到的最高產率，儘管有精心的操作管理，也只有74％，這不能滿足工業生產的要求。
歐洲專利文獻EP 816 321 A1揭示了交叉醛醇縮合製備6-甲基-3-庚烯-2-酮的方法，其中在升溫條件下，連續地把異戊醛和含有鹼性物質的含水鹼液加入到過量的丙酮中。這方法的缺點在於經氣相色譜分析測定的6-甲基-3-庚烯-2-酮的生成產率是理論值的66％，這是絕對不能令人滿意的。
歐洲專利文獻EP 816 321 A1中的權利要求11進一步揭示了一種製備6-甲基庚烷-2-酮或其同系物的方法，其中在含有鹼性物質的含水鹼液和常用的加氫催化劑參與反應的條件下，使所述的氫，丙酮和醛進行反應。然而該方法的缺點是經氣相色譜分析測得的6-甲基庚烷-2-酮的選擇性，在該方法的大多數實例中都低於理論值的70％。在其中一個的較佳實施例中，在進行處理後的選擇性只有約82％。
本發明的目的是開發一種工業化製備酮，特別是6-甲基-3-庚烯-2-酮的方法，其中使丙酮和脂族醛，特別是異戊醛進行交叉醛醇縮合反應，並且，必要時隨後通過加氫作用生成6-甲基庚烷-2-酮。該方法可以不採用非常高溫反應條件，並在酮合成中不需要複雜的處理步驟，而且以優良的選擇性，以工業化規模製備酮。
我們發現本發明目的是可以達到的，因為即使採用在醛醇縮合反應條件下能夠自縮合作用而且都能形成烯胺的酮和醛，例如丙酮和異戊醛，也都能夠實施交叉醛醇縮合反應，而且該醛和酮的縮合反應的產率和選擇性也是優良的，其中該反應是在有一個由特別的促仲，如二甲胺或吡咯烷和一個至少含有二個碳原子的羧酸，特別是乙酸，己二酸或苯二甲酸所組成的催化劑體系參與反應的條件下進行的。在這種情況下發現，在醛醇縮合反應中最初生成的β-羥基酮只是以很少的含量存在於反應的排出物中。
上述新的方法宜以下列作法進行，即將最初過量的酮在水存在的情況下與仲胺及羧酸混合，並加熱，然後，緩慢地加入醛，例如異戊醛。這種反應方式可以以高於92％的選擇性製備α,β-不飽的銅。在這種情況下，以其用量低於化學計算量的醛為基準的反應轉化率是定量的。
因此，本發明涉及一種製備具有化學式(Ⅰ)的α,β-不飽和酮的方法， 式中的R1是一個支鏈或非支鏈的、環狀或無環的、飽和或不飽和的具有4-20個碳原子的脂族基團，
R2是一個支鏈或非支鏈的、環狀或無環的、飽和或不飽和的具有1-10個碳原子的脂族基團，其中使具有化學式(Ⅱ)的酮，與具有化學式(Ⅲ)的醛進行反應。
式中的R1與前述的類同，在由二甲胺或吡咯烷和一種含有至少兩個碳原子的羧酸，優選含有2-10個碳原子的羧酸，特別是乙酸，己二酸或苯二甲酸所組成的催化劑體系參與反應的條件下，回流加熱上述酮，而且將上述具有化學式(Ⅲ)的醛緩慢地加入到該混合物中。
歐洲專利文獻EP0058927B1和EP0092097B1雖然揭示了製備α-烷基丙烯醛的方法，其中在有羧酸或二羧酸存在的情況下，使鏈烷醛與甲醛及仲胺進行反應。這些方法是基於曼尼期反應、如下列反應路徑1所示，該甲醛作為受體成分被胺活化(參看Organikum,第16版(1986年)，第466頁以及下列等等)。
反應路徑1 上述方法與下列反應路徑2所示的方法不同，其中通過形成烯胺的中間體使供體成分活化。
反應路徑2 重要的是，為了獲得優良的轉化率和選擇性，必須使酮，特別是丙酮的用量相對於具有化學式(Ⅲ)的醛而言是摩爾過量的。最好對每摩爾的具有化學式(Ⅲ)的醛使用至少兩個摩爾的酮，優選相對於每摩爾的具有化學式(Ⅲ)的醛最好使用大約4-8摩爾，特別是約5摩爾的酮。
本發明方法的催化劑體系中的二甲胺或吡咯烷與羧酸的用量最好是等摩爾量。反應中所用的催化劑體系量，以具有化學式(Ⅲ)的醛為基，大約佔0.5-10摩爾％，最好是7-8摩爾％，並以約7.5摩爾％為宜，通常該催化劑體系用量低於化學計算量。
為了獲得高的不飽和酮的反應選擇性，最好在上述本發明方法中使用由二甲胺和乙酸所組成的催化劑體系。
最好使用水溶液形式的二甲胺或吡咯烷。
為了製備相應的飽和酮，特別是2-甲基庚烷-2-酮，可以把據本發明方法製得的並含有具有化學式(Ⅰ)的不飽和酮的反應混合生成物，經過除去其中的所形成的含水相後，不需進一步處理就可以按本身已知的方法進行加氫作用，以形成相應的飽和酮。
特別適用於本發明方法的可以提及的酮是丙酮，甲基乙基酮和環己酮，特別適用於本發明方法的醛可以是丙醛，丁醛，戊醛，異戊醛，香茅醛；3-(叔丁基苯基)-2-甲基丙醛，3-(甲基苯基)-2-甲基丙醛以及3-(甲氧基苯基)-2-甲基丙醛，特別是異戊醛和香茅醛。
特別適用於本發明方法的可以提及的胺可以是仲胺，例如吡咯烷和二甲胺，特別是二甲胺。
較適用的優選的羧酸是具有2-10個碳原子的羧酸，在此，使用脂族的或芳族的羧酸並不重要。也可以使用具有兩個或更多羧基團的羧酸，例如己二酸或苯二甲酸。最好採用乙酸，苯二甲酸和己二酸，特別是乙酸。
上述反應既可以在常壓下又可以在升高的壓力下進行，然而，通常在常壓下進行足矣。
反應溫度可以在範圍較廣如約-10℃-200℃內變化。當用丙酮作為酮成分時，反應溫度宜選在丙酮在該反應混合物中的沸點溫度。
本發明的方法可以間歇，半連續或連續地進行。
上述新方法宜於製備6-甲基庚烷-2-酮。首先，在由含水二甲胺和乙酸所組成的催化劑參與反應的條件下，使丙酮與異戊醛進行反應。然後，把除去所形成的水相後基本上由6-甲基-3-庚烯-2-酮(MHE)所組成的反應生成物，用本身已知的方法在加氫催化劑中用氫進行加氫作用，以形成MHA。
如實例15所示，經過將其中形成的水相除去以後縮合反應的排出物，可以通過傳統的加氫催化劑進行加氫作用，例如該催化劑可以是含有5％(重量)的Pd/活性炭。該加氫使用的溫度是3-20℃，通入約1巴壓力的氫。通過非常輕度的加氫條件可以獲得定量的轉化率。
較適用的常用加氫催化劑可以是那些含有至少一個在元素周期表第8-10族中元素的催化劑，例如Ni或Co，或其它貴元素，如Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Au或Ag，特別是Pd。上述加氫催化劑可以是以依附在惰性載體物質，如碳，SiO2,TiO2,ZrO2或Al2O3上的金屬或其氧化物的形式加以使用，或以無載體的形式，例如以阮內鎳或阮內鈷的形式加以使用。
上述加氫作用可以在常規條件下進行，其中使用其表壓為0.5-50巴，最好是1-10巴的氫，其反應溫度是0-100℃，並以20-40℃為宜。
在不飽和酮階段或用常規方法進行加氫作用以後，例如可以採用蒸餾或結晶作用進行處理。
MHA是製備脂溶性維生素，如維生素E的一個重要前體。科技文獻中已大量記述了大量的合成方法，正如歐洲專利文獻EP 816 321還特別進行了論述。應該提及的這類方法的缺點通常在於，在其選擇性與時空產率之間的關係極差。
據本發明的方法可以以優良的時空產率製備出6-MHA，而且在醛用量低於化學計量的情況下，獲得以醛為基的高於92％的選擇性。
而且據上述方法也可以以意外高的選擇性製備出6,10-二甲基十一-3,9-二烯-2-酮，它可用於製備各種的活性物質。而且據需要該方法還可以製備出6-(叔丁基苯基)-5-甲基己烷-2-酮。
根據所用的催化劑的性質和所選用的反應條件，還可以把從縮合反應中生成的酮轉化成化相應的醇。
實例1-6以及對照例1*-5*。
通常的試驗過程這些試驗依照下列的標準方法，在250毫升的裝配有回流冷凝器和滴液漏鬥的攪拌裝置中進行。
通常的操作過程把裝在上述攪拌裝置中的113克(1.95摩爾)的丙酮和如表上所述的一定量的催化劑(以醛為基的摩爾％量)在攪拌下加熱到回流。然後，在大氣壓力用5-6個小時的時間把0.65摩爾的異戊醛(ⅣA)滴加入到上述沸騰的混合物中，在滴加過程結束後，攪拌上述反應混合物一個小時。用氣相色譜(GC)法以GC的區域百分比例為基(方法50m OV 1701,25μm,50/10/240)分析試驗結果，並將丙酮算為溶劑而未包括在上述分析中，為計算出轉化率和選擇性，所需的產物(RP)的總量是由反應生成物6-MHE，其非共軛異構體以及β-羥基酮(6-MHOL)所形成的。
1)所用胺的影響在乙酸存在的情況下的催化劑體系中的進行試驗的胺成份包括二甲胺(DMA)，二乙胺(DEA)，吡咯烷(Pyrr)，哌啶(Pip)和嗎啉(Morph)。該試驗過程包括在製備催化劑體系中，將乙酸在冷卻條件下滴加入到上述各個欲試驗的胺中，這些胺採用40％(重量)的水溶液形式。在對照實例5*中，用-乙醇胺(DIEA)和草酸(Oxal)作為催化劑。在對照實例4*中，只使用DMA水溶液而不含有酸。上述試驗結果總結於表1中。
表1
表1所示的試驗結果表明當採用二甲胺/乙酸催化劑體系時，如果催化劑的使用量是異戊醛(ⅣA)的約7.5摩爾％時就可以獲得基本上完全的轉化率和最高的選擇性。所有其它的胺/羧酸所組成的催化劑體系顯示不大好的選擇性，而且在二乙醇胺/草酸催化劑體系中，其選擇性完全地沒有。
2)布朗斯臺德酸的變動實例7-9和對照實例6*-19*在這些試驗中將二甲胺用作鹼。所用的布朗斯臺德酸，作為有機酸可以包括乙酸，己二酸，苯二甲酸和草酸；以及酸性離子交換劑Dowex50 WX8,LewatitSPC 112/H；和作為無機酸類的Amberlist 15,Amberlite IR,Deloxan,β-沸石GE1494，蒙脫土KSF,Al2O3及皂土K-10。非均相酸的用量固定在0.5克，在初步試驗中確定了用於中和作用的40％濃度DMA水溶液的用量。
如上對胺所述，使用了可溶的催化劑體系(DMA/己二酸，DMA/苯二甲酸，以及DMA/草酸)，其比例是佔所用的醛ⅣA的7.5％摩爾。丙酮對ⅣA的比例是3∶1。
試驗結果顯示於表2中。
表2
**意指該試驗是在不含鹼的條件下進行的。
表2所示的試驗結果表明水溶性的催化劑體系比部分地非勻相的催化劑體系具有令人驚訝的明顯的優勢，而且最好的酸成分是乙酸，因此也用乙酸進行下列的試驗，然而，苯二甲酸和己二酸也是非常適用於縮合反應步驟。
在對照試驗例15*中只使用苯二甲酸，而沒有用胺的情況下進行縮合反應，因此其結果是失敗的。
實例10和對照實例20*-23*在每個試驗中，在攪拌裝置中使70克的丙酮在室溫(Rt)下與下列表3所示的一定量的DMA一起和如表3所示的酸相混合，該酸量如表3所示(相當於7.5％摩爾的催化劑體系量)，而且進行攪拌加熱。當達到回流溫度時，用5個小時時間向其滴加溶解於46.5克的丙酮中的34.4克的ⅣA。然後用GC方法對反應的排出物進行分析。
表3
由對照實例20*-23*可以明顯地看出，當用甲酸或磷酸作為催化劑體系的酸成分時，其對6-MHE的選擇性比起用乙酸作為催化劑體系的酸成分時更差。
3)時間、催化劑體系中含水量以及丙酮/ⅣA比例對選擇性的影響的確定實例11-14在上述標準方法中所用的催化劑體系是DMA/乙酸(每個試驗都是7.5％摩爾)，但是其丙酮/ⅣA比例是5∶1，並且用40％的丙酮預先稀釋ⅣA，各試驗結果都顯示於表4中。
表4中所顯示的試驗結果表明，當丙酮/ⅣA的比例提高到5/1時，可以使醛醇縮合反應的選擇率提高到92％以上。
表4
4)粗排放物的加氫作用實例15把100克的在實例12(見表4)中的反應排出物，經過除去其中的在縮合反應中生成的水相以後，而且不經過進一步處理，在有2克的加氫催化劑參與反應的條件下，其中該催化劑是一個含有5％(重量)Pd/活性炭，於20℃溫度中用大約1巴壓力的氫進行加氫作用。2.5小時後停止加氫作用，並對加氫處理後的上述排出物進行GC方法分析，確認由6-MHE向所需的6-甲基庚酮的定量轉化。這個試驗顯示在極溫和加氫條件下基本上可以對6-MHE進行加氫作用，並以意外高的選擇性獲得飽和的酮。
實例16在一個攪拌裝置中，室溫(R*)下把150克的丙酮與1.32克的二甲胺及1.8克的乙酸(相當於7.5％摩爾，以催化劑體系為基)相混合，並攪拌加熱。當達到回流溫度時，向上述沸騰的反應混合物中，用5個小時滴加入100克的香茅醛，用GC方法分析上述反應排出物。香茅醛的轉化率是84％，而，6,10-二甲基十一-3,9-二烯-2-酮的選擇性是理論值的95％。
權利要求
1．製備具有化學式(Ⅰ)的α,β-不飽和酮的方法 式中的R1是一個支鏈或非支鏈的、環形或無環形的、飽和或不飽和的具有4-20個碳原子的脂族或芳脂族的基團，式中的R2是一個支鏈或非支鏈的、環形或無環形的、飽和或不飽和的具有1-10個碳原子的脂族或芳脂族的基團，其中使具有化學式(Ⅱ)的酮，其中的R2與前述的類同，與具有化學式(Ⅲ)的醛進行反應， 式中的R1與前述的類同，在有一個催化劑體系參與反應的條件下，使摩爾過量的酮回流加熱，該催化劑體系是由二甲胺或吡咯烷和至少具有兩個碳原子的羧酸組成，然後把具有化學式(Ⅲ)的醛緩慢地加入到上述混合物中。
2．根據權利要求1的方法，其中在上述催化劑體系中的二甲胺或吡咯烷與所用的羧酸幾乎是以等摩爾量使用的。
3．根據權利要求1的方法，其中所用的催化劑體系用量大約是具有化學式(Ⅲ)的醛約5-10摩爾％。
4．根據權利要求1的方法，其中所用的催化劑體系用量大約是具有化學式(Ⅲ)的醛約7-8摩爾％。
5．根據權利要求1的方法，其中的上述催化劑體系是由二甲胺或吡咯烷與具有2-10個碳原子的羧酸所組成。
6．根據權利要求1的方法，其中的催化劑體系是由二甲胺和乙酸組成的。
7．根據權利要求1的方法，其中所用的二甲胺或吡咯烷是水溶液狀的。
8．根據權利要求1的方法，其中把上述經過除去所形成的水相以後，不經過進一步處理所生成的式Ⅰ不飽和酮，用已知的方法進行加氫作用以形成相應的飽和酮。
9．根據權利要求1的方法，其中所用的酮量比具有化學式(Ⅲ)的醛至少過量兩個摩爾。
10．根據權利要求1的方法，其中在有一個催化劑體系參與反應的條件下，該催化劑是由幾乎等摩爾量的二甲胺和乙酸組成，其用量大約為異戊醛的6-8％(摩爾)，使異戊醛與4.5-5.5倍摩爾過量的丙酮進行反應，而且經過本身已知的方法對上述反應所形成的6-甲基-3-庚烯-2-酮進行催化加氫作用，獲得6-甲基庚烷-2-酮。
全文摘要
本發明涉及一個在有催化劑體系參與反應的條件下,其中該催化劑是由幾乎等摩爾量的仲胺與至少含有兩個碳原子的羧酸組成,使酮與醛進行所謂的「交叉醛醇縮合反應」製備酮的方法,形成α,β—不飽和酮,在必要時,隨後進行催化加氫作用。本發明方法特別適用於使丙酮與異戊醛進行反應製得6－甲基－3－庚烯－2－酮,並適用於製備其加氫產物,即6－甲基庚烷－2－酮,它是許多活性物質的重要前體,該方法特別適用於製備脂溶性的維生素,如維生素E。
文檔編號C07B61/00GK1302791SQ0013719
公開日2001年7月11日 申請日期2000年12月7日 優先權日1999年12月7日
發明者A·克拉默, C·克諾爾, J·P·梅爾德, W·西格爾, G·凱貝爾 申請人:Basf公司