多烯二醛單縮醛的製備方法
2023-05-04 02:04:01 1
專利名稱：多烯二醛單縮醛的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種製備C15或C20多烯二醛單縮醛的方法。
對於通過C15二醛結構單元與適當官能化的C15或C10結構單元或C20二醛結構單元與適當官能化的不同C10結構單元的連續反應選擇合成具有不對稱結構的各種C40類胡蘿蔔素來說，這種一端受到保護的多烯結構單元具有重大意義。具有不對稱結構的C40類胡蘿蔔素包括例如辣椒紅和克雷辣椒素(cryptocapsin)、α-胡蘿蔔素或β-隱黃質。
DE-A2851051描述通過2，6-二甲基辛-2，4，6-三烯-1，8-二醛與適當的C5結構單元在特定反應條件下的維悌希或維悌希-霍恩烯化製備11-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，4，6，8，10-十二碳五烯醛的方法。但是，該方法的缺點在於所用的不對稱C10二醛不是工業規模上常用的合成子。
《材料合成》(Synth.Met.)42，第1557頁(1991)描述了通過藏花酸二醛二縮新戊二醇部分水解製備藏花酸二醛單縮新戊二醇。該單縮醛通過色譜法提純。部分縮醛裂解的選擇性一般是不充分的，這一點使所述方法看來不符合工業方法要求。
J.Chem.Soc.，Chem.Commun.1977，第467頁和J.Chem.Soc.Perkin Trans 1(1988)第1383頁描述通過醛與乙二醇的縮醛化製備11-(1，3-二氧戊環-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯酸甲酯。
本發明的目的是提供一種製備C15和C20二醛單縮醛的方法，該方法可以以工業規模實施並且在保護基團方面具有靈活性。
我們發現該目的可以通過一種製備式I化合物的方法達到 其中a)使式II化合物 通過與式III試劑反應 轉化為式IV化合物， b)合適的話，將式IV化合物通過縮醛官能團水解和與式V試劑反應 轉化為式VI化合物 c)將式IV或VI化合物還原為式VII化合物 d)將式VII化合物氧化為式I化合物，其中R1和R2彼此獨立地為C1-C8烷基，或與和其相連接的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 或 其中R3、R4和R5彼此獨立地為氫或C1-C4烷基，R6為C1-C8烷基， 為三芳基鏻基或膦酸二烷基酯基，和k為0或1。
在開鏈縮醛的情況下，對於R1和R2可以提到的烷基為直鏈或支鏈C1-C8烷基鏈，例如甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基、正丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基、1-乙基丙基、正己基、1，1-二甲基丙基、1，2-二甲基丙基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1，1-二甲基丁基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基、1-乙基-2-甲基丙基、正庚基和正辛基。對於R1和R2優選的烷基為甲基、乙基、正丙基和1-甲基乙基，特別優選甲基和乙基。
對於R3-R5可以提到的烷基為直鏈或支鏈C1-C4烷基鏈，例如甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基、正丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基和1，1-二甲基乙基。對於R3-R5優選的基團為氫和甲基。
式II化合物是公知的，可例如通過對甲苯磺酸催化2，7-二甲基辛-2，4，6-三烯-1，8-二醛的縮醛化獲得，比較Helv.Chim.Acta 1981，64(7)，第2469頁。早期的專利申請DE101 12 067.2描述了一種優選的製備式II化合物的方法。在這種情況下，3-甲基-2-丁烯-1，4-二醛單縮醛與上述式III試劑反應，將所得縮醛酯還原為醇，將醇氧化為式II化合物。
優選使用式IIa化合物， 其中R3和R4相同且為氫和甲基。
在本發明方法的步驟a)中，式II化合物與式III試劑進行維悌希或維悌希-霍恩反應。 式III中的(P)可以是三芳基鏻基P(R8)3+，其中R8是在膦和鏻鹽中出現的普通基團，例如苯基、甲苯基、萘基，其中每個基團適當的話可被取代。R8優選為苯基。三芳基鏻基的正電荷由無機或有機酸，優選強無機或有機酸的等價陰離子X-抵消。
術語「強酸」包含氫滷酸(特別是鹽酸和氫溴酸)、硫酸、磷酸、磺酸和其它具有相當程度解離作用的無機或有機酸。在本文中強有機酸還意味著C1-C6鏈烷酸，例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和己酸。
鹽酸、氫溴酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸和/或磺酸的陰離子是特別優選的。Cl-、Br-和含有1-4個碳原子的鏈烷磺酸、苯磺酸、對甲苯磺酸或三氟甲烷磺酸的陰離子為非常特別優選。
作為選擇，(P)為膦酸二烷基酯基PO(OR7)2，其中R7為C1-C8烷基。在本發明方法的優選實施方案中，在步驟a)中使用式IIIa試劑 其中R6具有已經指出的意義，R7為C1-C3烷基。
式II化合物與式III試劑的反應在典型的維悌希或維悌希-霍恩反應條件下進行，參見例如Carotenoids，第二卷，「合成」，第79及以下各頁，Birkhuser Verlag，1996及其中引用的文獻。
II與其中(P)為三芳基鏻基的式III化合物的縮合可在例如惰性有機溶劑中進行，例如在開鏈或環醚如二乙醚、二異丙基醚、甲基叔丁基醚、1，4-二噁烷或四氫呋喃中，在滷代烴如二氯甲烷、氯仿中，在芳族烴如甲苯、二甲苯或苯中，或在極性溶劑如二甲基甲醯胺、二甲基亞碸或乙腈中。優選的溶劑為甲苯、四氫呋喃和二甲基亞碸或它們的混合物。
維悌希縮合常用的所有鹼都可以用作鹼，例如鹼金屬氫氧化物如氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；鹼金屬的氫化物如氫化鈉或氫化鉀；或鹼金屬醇鹽如甲醇鈉或乙醇鈉。合適的鹼還有有機鋰化合物，例如正丁基鋰、叔丁基鋰、苯基鋰或鹼金屬氨化物，例如氨化鋰、氨化鉀或氨化鈉，二異丙基氨化鋰，此外還有鹼金屬的六甲基二矽氮化物。
如果X-是滷化物陰離子，使用環氧烷(oxirane)作為潛鹼也可能是有利的(見Chem.Ber.1974，107，第2050頁)。
該維悌希反應優選使用的鹼為鹼金屬醇鹽在相應醇或環氧烷(特別是1，2-環氧丁烷)中的溶液，沒有其它溶劑或與上述溶劑中的一種或低級鏈烷醇混合。
鹼的使用量一般為0.8-5mol/1mol所用鏻鹽III，優選1-3mol/1mol所用鏻鹽III。
維悌希-霍恩反應的典型條件同樣用於II和其中(P)為膦酸二烷基酯的式III化合物反應。這種情況下，同樣優選使用上述惰性溶劑中的一種，並且優選使用的鹼為鹼金屬醇鹽在相應鏈烷醇中的溶液。但是，在維悌希-霍恩反應條件下也可以使用除環氧烷以外上述用於維悌希反應的其它鹼。
在本發明方法中步驟b)是可選的。在步驟b)中，C15結構單元IV轉化為延伸了5個碳原子的式VI C20結構單元。為此目的，式IV化合物中的縮醛官能團首先水解為醛官能團。對此原則上適合的條件為熟練人員熟知的優選酸催化縮醛裂解的條件，例如使用稀無機酸如硫酸。已經證實特別適合用檸檬酸催化縮醛官能團水解。基於式IV化合物，檸檬酸有利地以5-50mol％，優選20-30mol％使用。水解優選在水介質中，特別是在水和水混溶性有機溶劑如乙醇等C1-C4鏈烷醇的混合物中，在0℃-溶劑沸點的合適溫度下，優選25-55℃下進行。
然後使所得醛酯與式V試劑反應 其中R1、R2和(P)具有已經指出的意義。反應在典型的維悌希或維悌希-霍恩反應條件下進行，有關參考已在上述內容介紹。
式V化合物本身是公知的。它們可以例如由乙酸β-甲醯巴豆酯獲得。它們的製備已有描述，例如Carotenoids，第2卷，「合成」，第115及以下各頁，Birkhuser Verlag，1996。
優選在步驟b)中使用式Va試劑 其中R1、R2、R8和X-具有已經指出的意義。
在本發明方法的步驟c)和d)中，式IV或VI化合物中的酯官能團以兩步轉化為醛官能團。
已經證實該兩步轉化比酯直接轉化為醛更有利。在步驟c)中，酯官能團首先還原為醇。原則上該步驟可以使用本領域熟練人員公知的用於將酯還原為醇的所有試劑，優選氫化物試劑，例如鹼金屬的硼氫化物或鹼金屬的鋁氫化物。
在本方法步驟c)的一個優選實施方案中，酯官能團使用氫化鋁鈉化合物還原，特別優選二氫化二(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉。市售二氫化二(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉(「Vitride」)甲苯濃溶液特別有利。該試劑不自燃，對氧不敏感(GIT Fachz.Lab.9/96，914)，而且作為液體在工業規模上處理比固體氫化物配合物如氫化鋁鋰容易得多。
反應優選以這樣的方式進行將式IV或VI酯引入對氫化物試劑呈惰性的溶劑中，例如芳烴如甲苯、開鏈醚或環醚、乙二醇醚或這些溶劑的混合物，並在-20℃至30℃、優選-10℃至10℃、特別優選-5℃至0℃下計量加入還原劑。
每當量酯一般使用至少兩當量氫化物，即至少0.5mol氫化鋁鋰/1mol酯或1.0mol Vitride/1mol酯。但是，為了達到完全轉化，使用過量一定程度的還原劑是有利的。過量範圍為10-50mol％，優選20-30mol％。
在本發明方法的一個優選實施方案中，式IV或VI酯用Vitride的甲苯溶液還原為式VII醇。水處理生成基本定量產率的粗產物，該粗產物可以不經提純直接在下一步驟d)中使用。
適合在本發明方法步驟d)中將式VII化合物氧化為式I化合物的方法為本領域熟練人員熟知的用於將多烯醇轉化為多烯醛的氧化方法，這些方法在例如DE-A-3705785，DE-A-4440286，DE-A-4440287和EP-A-0718283中已有描述。然而，催化方法應從該方法的經濟、生態和技術角度優選。可用於此目的的催化劑尤其為釕化合物，例如過釕酸四丙基銨，氯化三(三苯基膦)釕(II)或氯化1，5-環辛二烯釕(II)，在至少化學計量的4-甲基嗎啉N-氧化物作為助氧化劑存在下以2-4mol％的量使用(參見J.Chem.Soc.Chem，Commun.1987，第1625頁)。
但是，式VII化合物優選在N-氧基自由基和銅(I)化合物存在下用氧氣氧化。N-氧基自由基一般由其中相對於氮原子的α碳原子上的取代基都不同於氫的仲胺衍生而來。適合的N-氧基自由基實例有2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基和4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基。氯化銅(I)優選作為銅(I)化合物。此外，VII催化氧化為I優選在二甲基甲醯胺作為溶劑下使用含有2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基/氯化銅(I)/二甲基甲醯胺/氧氣的混合物或含有4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基/氯化銅(I)/二甲基甲醯胺/氧氣的混合物進行。氧化的其它細節可見於DE-A-3705785和EP-A-0718283。
此外，本發明涉及如下式的化合物 其中R1、R2、R6和k具有已經指出的意義，並且R1和R2與和其相連的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 其中如果k為0且R6為甲基，R5不是氫。
優選的化合物具有下式 其中R6是C1-C4烷基，R3和R4相同且為氫或甲基。
本發明還涉及式VII化合物 其中R1、R2和k具有已經指出的意義。
優選的化合物具有下式 其中R3和R4相同且為氫或甲基。
本發明另外涉及式I化合物 其中R1、R2和k具有已經指出的意義，並且R1和R2與和其相連的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 R3和R4不都是甲基。
本發明將通過下列實施例詳細說明。實施例111-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯醛a)11-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯酸乙酯將62.6g(0.25mol)2，7-二甲基-2，4，6-辛三烯-1，8-二醛單縮新戊二醇和79.3g(0.30mol)4-(二乙基膦醯基)-2-甲基-2-丁烯酸乙酯引入625ml的二氯甲烷中。在0℃下，在60分鐘內注入112.3g 20％濃度的乙醇鈉(0.33mol)乙醇溶液。所得混合物在0℃下攪拌1小時，然後在室溫下攪拌24小時。之後，將100ml 10％濃度的乙酸水溶液和250ml半濃縮鹽水加入混合物。分離有機相，用250ml半濃縮鹽水和水各洗滌一次，在硫酸鈉上乾燥並在真空下於60℃濃縮。
產量101.4g紅棕色粘稠油。
為了表徵，通過加熱將粗產物溶於600ml異丁醇和5ml三乙胺的混合物中。冷卻到0℃後，在0℃下攪拌2小時，過濾出已經形成的晶體。濾餅用冷的異丁醇洗滌並在氮氣流下乾燥。晶體的產率51.5g(理論值的57.2％)。熔點為118.5-119℃。E11(CHCl3)2055(370nm)，1818(390nm)。
濾液在真空下於50℃濃縮。得到52.8g紅棕色油。b)11-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯醇將27.05g(75mmol)步驟a)的晶體產物溶於300ml的THF。0℃下，在1小時內注入23.8g二氫化二(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉在甲苯中的70％濃度溶液和300ml甲苯。在0℃用300ml己烷稀釋該反應混合物。在0-5℃下，注入300ml半濃縮的鹽水。分離水相併萃取兩次，每次萃取使用300ml甲苯/正己烷(體積比1∶1)混合物。合併有機相用300ml半濃縮鹽水洗滌一次，在硫酸鈉上乾燥並在旋轉蒸發器中濃縮。殘餘物(28.8g)通過矽膠上的快速色譜法提純(洗脫劑環己烷/乙酸乙酯10∶1)。獲得14.5g(理論值的61.4％)標題化合物。為了表徵，將試樣從二異丙醚中結晶。得到熔點為136-137℃的黃色晶體。E11(CHCl3)1096(333nm)，2668(350nm)，2495(339nm)。c)11-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯醛將3.17g步驟b)的產物溶於12.5ml二甲基甲醯胺中。加入79.7mg(0.5mmol)2，2，6，6-四甲基-哌啶-1氧基和51.03mg(0.5mmol)氯化銅(I)。然後在20-25℃下通入氧氣3小時。再加入同樣量的兩種催化劑，並在20-25℃下再通入氧氣1小時。該反應混合物與各50ml的半濃縮鹽水和乙酸乙酯混合。分離水相併用乙酸乙酯萃取三次，每次使用50ml乙酸乙酯。合併有機相用50ml半濃縮鹽水洗滌，在硫酸鈉上乾燥並在旋轉蒸發器內濃縮。殘餘物(3.52g)通過矽膠上的快速色譜法提純(洗脫劑環己烷/乙酸乙酯8∶1)。獲得2.33g(理論值的73.7％)標題化合物。為了表徵，將試樣從二異丙醚中再結晶。熔點為139.5-140℃。E11(CHCl3)2052(385nm)，1969(401nm)。實施例215-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6，11-三甲基-2，4，6，8，10，12，14-十六碳七烯醛(藏花酸二醛單縮新戊二醇)a)11-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6-二甲基-2，4，6，8，10-十二碳五烯酸乙酯按照實施例1步驟a)所述製備化合物。蒸發後的殘餘物不經進一步提純直接用於隨後的步驟b)。b)2，6，11-三甲基-12-氧代-2，4，6，8，10-十二碳五烯酸乙酯將52.8g步驟a)的蒸發殘餘物溶於440ml乙醇中。加入6.16g(29.3mmol)檸檬酸一水合物在100ml水中的溶液，並在50℃下加熱該混合物1小時。然後冷卻到0℃並在0℃下攪拌24小時。吸濾出晶體，用乙醇/水混合物(體積比為8∶2)洗滌兩次，每次使用50ml，然後用50ml熱水洗滌一次，之後在50℃真空烘箱中乾燥至恆重。產量10.1g，熔點120-121℃。c)15-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6，11-三甲基-2，4，6，8，10，12，14-十六碳七烯酸乙酯將13.7g(50mmol)步驟b)的產物溶於125ml二氯甲烷中。加入25.7g(55mmol)氯化3-(5，5-二甲基-1，3二噁烷-2-基)丁-2-烯基三苯基鏻。0℃下，在1小時內加入20.4g 20％濃度的乙醇鈉(60mmol)乙醇溶液。在0℃攪拌該混合物1小時後加入50ml半濃縮的鹽水。分離有機相，用50ml半濃縮的鹽水洗滌一次，在硫酸鈉上乾燥並在20℃下於旋轉蒸發器內濃縮至20毫巴壓力。殘餘物(38.2g)通過矽膠上的快速色譜法提純(洗脫劑∶環己烷/甲基叔丁基醚4∶1)。得到19.9g(理論值的93.4％)的標題化合物。為了表徵，通過加熱將產物溶於100ml乙酸乙酯中。向該熱溶液中加入50ml二異丙醚，並在冷卻到0℃後，攪拌混合物1小時。濾出所形成的晶體，用冷的乙酸乙酯/二異丙醚混合物(體積比為2∶1)洗滌，並在氮氣流中乾燥。產物8.9g紅色晶體。熔點157.5-158℃。E11(CHCl3)2495(423nm)，2243(448nm)。d)15-(5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2，6，11-三甲基-2，4，6，8，10，12，14-十六碳七烯醇將42.3g步驟c)的產物溶於400ml四氫呋喃中。在0℃下、1小時內注入31.8g二氫化二(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉在甲苯中的70％濃度溶液和400ml甲苯，所得混合物在0℃下攪拌1小時。然後用400ml正己烷稀釋該反應混合物，並在15分鐘內注入400ml半濃縮的鹽水。水相用體積比1∶1的甲苯/己烷混合物洗滌兩次，每次使用400ml。合併有機相在硫酸鈉上乾燥並在50℃下於旋轉蒸發器內濃縮至壓力為20毫巴。殘餘物通過矽膠上的快速色譜法提純(洗脫劑環己烷/乙酸乙酯10∶1)。得到20.12g(理論值的55.2％)標題化合物。所得產物以該形式在隨後步驟e)中使用。E11(CHCl3)1579(383nm)，2668(405nm)，2919(3430nm)。e)藏花酸二醛單縮新戊二醇將3.09g步驟d)的產物溶於11ml二甲基甲醯胺中。加入64mg(0.4mmol)2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基和41mg(0.4mmol)氯化銅(I)。然後在20-25℃下通入氧氣3小時。再加入同樣量的兩種催化劑，並再通入氧氣1小時。該混合物然後與40ml半濃縮鹽水和40ml乙酸乙酯混合。分離水相併用40ml乙酸乙酯萃取。合併有機相在硫酸鈉上乾燥並在旋轉蒸發器內濃縮。殘餘物通過矽膠上的快速色譜法提純(洗脫劑∶環己烷/乙酸乙酯為10∶1)。獲得1.3g(理論值的43％)藏花酸二醛單縮新戊二醇。為了表徵，將試樣從乙酸乙酯/二異丙醚中再結晶。熔點為183.5-184℃。E11(CHCl3)2434(438nm)。
權利要求
1.一種製備式I化合物的方法 其中a)使式II化合物 通過與式III試劑反應 轉化為式IV化合物， b)合適的話，將式IV化合物通過縮醛官能團水解和與式V試劑反應 轉化為式VI化合物 c)將式IV或VI化合物還原為式VII化合物 d)將式VII化合物氧化為式I化合物，其中R1和R2彼此獨立地為C1-C8烷基，或與和其相連接的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 或 其中R3、R4和R5彼此獨立地為氫或C1-C4烷基，R6為C1-C8烷基， 為三芳基鏻基或膦酸二烷基酯基，和k為0或1。
2.如權利要求1所述的方法，其中在步驟a)中使用式IIa化合物 其中R3和R4相同且為氫或甲基。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中在步驟a)中使用式IIIa試劑 其中R6具有權利要求1指出的意義，R7為C1-C3烷基。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中在步驟b)中縮醛官能團的水解用檸檬酸催化。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中在步驟b)中使用式Va試劑 其中R1和R2具有權利要求1指出的意義，R8為芳基和X-為無機酸或有機酸的等價陰離子。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中氫化鋁鈉化合物在步驟c)中用作還原劑。
7.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中在步驟d)中使式VII化合物在N-氧基自由基和銅(I)化合物存在下用氧氣氧化。
8.一種如下式化合物 其中R1和R2彼此獨立地為C1-C8烷基，或與和其相連的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 或 其中R3、R4和R5彼此獨立地為氫或C1-C4烷基，R6為C1-C8烷基，和k為0或1，其中當k為0且R6為甲基時，R5不是氫。
9.一種如下式的化合物 其中R1和R2彼此獨立地為C1-C8烷基，或與和其相連接的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 或 其中R3、R4和R5彼此獨立地為氫或C1-C4烷基，和k為0或1。
10.一種如下式的化合物 其中R1和R2彼此獨立地為C1-C8烷基，或與和其相連接的氧原子及位於它們之間的碳原子一起為 或 其中R3、R4和R5彼此獨立地為氫或C1-C4烷基，和k為0或1，其中R3和R4不都是甲基。
全文摘要
描述了一種製備式I化合物的方法，該方法要求通過維悌希或維悌希－霍恩反應將式II化合物轉化為式IV化合物，合適的話，通過縮醛官能團水解和維悌希或維悌希－霍恩反應將式IV化合物適當轉化為式VI化合物並以兩個步驟將式Ⅳ或VI化合物轉化為式I化合物。基團R
文檔編號C07C47/19GK1429803SQ0310021
公開日2003年7月16日 申請日期2003年1月3日 優先權日2002年1月4日
發明者H·恩斯特, K·漢裡查 申請人:巴斯福股份公司