由3,3－二甲基丁醇的氧化製備3,3－二甲基丁醛的方法
2023-05-01 03:37:51
專利名稱：由3,3－二甲基丁醇的氧化製備3,3－二甲基丁醛的方法
背景技術：
發明領域本發明涉及由3，3-二甲基丁醇的氧化製備3，3-二甲基丁醛的方法。在第一個具體實施方案中，使3，3-二甲基丁醇與金屬氧化物接觸。在第二個具體實施方案中，用2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基和氧化劑對3，3-二甲基丁醇進行處理。
相關
背景技術：
已知有幾種方法可由3，3-二甲基丁醇的氧化來製備3，3-二甲基丁醛。
在EP0391652和EP0374952中，3，3-二甲基丁醛是通過3，3-二甲基丁醇在二氯甲烷溶液中用草醯氯、二甲基亞碸和三乙胺進行氧化而製備的。該方法是眾所周知的Swern氧化法，會產生極為惡臭的二甲基硫醚副產物。該方法用於工業規模時，需要採取成本高而效果又甚微的措施來防止有害的二甲基硫醚的釋放。這是一個主要的缺點。
Cheung，C.K等人在有機化學雜誌，54卷，570頁(1989)中報導了類似的方法。該文獻描述了通過將3，3-二甲基丁醇、二甲基亞碸、三氟乙酸、吡啶和二環己基碳化二亞胺在苯中進行混合來製備3，3-二甲基丁醛的方法。該方法的主要缺點是，與Swern氧化法一樣，也會產生二甲基硫醚副產物。該方法的另一個缺點是，分離產物時需要除去副產物二環己基脲，並需要蒸餾以精製產物。
3，3-二甲基丁醇的氧化也可用氯鉻酸吡啶鎓進行，如Wiberg，K.B.等人在美國化學會志，103卷，4473頁(1981)中所述的方法。該方法的缺點是要使用極毒的鉻鹽，必須從產物中完全除去。此外，採用這種方法時，需要昂貴的處理反應中產生的含鉻廢物流的費用。
也可以使用催化量的PdCl2(CH3CN)2與三苯基膦和2-溴一起在N，N-二甲基甲醯胺和水中的溶液來氧化3，3-二甲基丁醇，參見Einhorn，J.，等人的文章Journal of Organic Chemistry(有機化學雜誌)，61卷，2918頁(1996)。但是，該方法需要用昂貴催化劑。
用氧化銅(II)或2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基把醇氧化成醛的一般方法是已知的。
用氧化銅(II)進行的醇類的氣相氧化法可參見Sheikh，M.Y.，等人的文章，Tetrahedron Letters，1972，第257頁。儘管敘述了許多伯醇氧化成相應的醛的方法，但是這些醇中沒有一種具有3，3-二甲基丁醇所具有的支化碳原子骨架。也沒有提出該方法適用於這類化合物的氧化。
由4-甲氧基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基催化的、用次氯酸鹽溶液進行的伯醇和苄基醇的氧化反應可參見Anelli，P.L.等人，有機化學雜誌，52卷，2559頁(1987)和Anelli，P.L.等人的OrganicSynthesis(有機合成)69卷，212頁(1990)。這些文獻也提到使用2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基，但沒有提出這些氧化劑中有哪一種適用於3，3-二甲基丁醇的氧化。
由2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基催化的、用N-氯琥珀醯亞胺進行的醇的氧化反應可參見Einhorn，J.等人的文章，有機化學雜誌，61卷，7452頁(1996)。沒有任何關於該方法適用於3，3-二甲基丁醇氧化的建議。
3，3-二甲基丁醛是一種可用於製備美國專利5,480,668和5,510,508中公開的增甜劑N-〔N-(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯丙氨酸的中間體。因此，非常需要有一種既經濟又專門的製備該中間體的方法。
發明概述本發明涉及一種採用下面更具體描述的氧化組分從3，3-二甲基丁醇製備3，3-二甲基丁醛的方法。在一個具體實施方案中，通過使3，3-二甲基丁醇與氧化性的金屬氧化物化合接觸在氣相中使其氧化成3，3-二甲基丁醛。在另一個具體實施方案中，通過用2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基和氧化劑在溶劑中對3，3-二甲基丁醇進行處理來製備3，3-二甲基丁醛。本發明的方法提供了製備3，3-二甲基丁醛的工業上切實可行的手段。
發明詳述在本發明的第一個具體實施方案中，通過使惰性載氣中的氣化的起始原料通過氧化性金屬氧化物來使3，3-二甲基丁醇氧化成3，3-二甲基丁醛。載氣和起始原料的混合物典型地通過一個裝填了氧化性金屬氧化物的柱子。流量、反應溫度、停留時間、柱的長度和直徑、起始原料的濃度以及裝填原料的柱子是互相依賴的，很容易由本技術中的普通技術人員來確定，無需進行過多的實驗。
通常將反應溫度設定在既能確保氧化，又能基本上防止過度氧化的溫度。本方法適合的反應溫度典型地為約250℃～約350℃。優選地，該反應在約300℃進行。
通常使用載氣以利於輸送3，3-二甲基丁醇通過氧化性金屬氧化物。可以認為，通過設定流量結合選擇反應溫度，使之既不會導致過度氧化，又能達到使醇最大限度地氧化成醛，並使生成的酸最少，就可能使收率得到優化。適用於該反應的載氣包括氮、氬、氦、氖和氙等。優選的載氣是氮和氦，最優選的載氣是氮。優選地，載氣中氧的含量要小到能避免發生過度氧化。該反應要在某一溫度進行一段足以生成所需3，3-二甲基丁醛的時間。合適的反應時間取決於各種條件，通常為約2分鐘至約8小時。優選的反應時間是約2分鐘至約3小時，最優選約2分鐘至約30分鐘。
任何氧化性金屬氧化物化合物都適用於該反應。這類化合物包括氧化銅(II)、五氧化二釩、二氧化錳、氧化鎳(IV)、三氧化二鉻和二氧化釕。優選的金屬氧化物是氧化銅(II)和二氧化錳。最優選的金屬氧化物是氧化銅(II)。反應後可將用過的金屬氧化物暴露於高溫，如500℃的氧氣中使之再生。
從該反應中分離產物是特別簡單和有效的。只需要通過冷卻使氣相中形成的氧化產物從載氣中冷凝出來就可得到高純度的液體產物。
在本發明的第二個具體實施方案中，用2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基，自由基(可從Milwaukee，WI的Aldrich化學公司得到，商品名為TEMPO)和氧化劑在溶劑中對起始原料進行處理，使3，3-二甲基丁醇氧化成3，3-二甲基丁醛。TEMPO與3，3-二甲基丁醇的摩爾比通常為約0.5∶100～約2∶100，優選約0.75∶100～約1∶100。
適用的氧化劑包括次氯酸鈉、次氯酸鈣、次氯酸鉀、次氯酸鋰、過氧化氫和過乙酸。最優選的氧化劑是次氯酸鈉。優選地，氧化劑與3，3-二甲基丁醇的摩爾比為約0.5∶1～約10∶1，最優選為約1∶1～約2∶1。
該反應在足以生成3，3-二甲基丁醛的溫度下反應一段時間。對該具體實施方案而言，合適的反應溫度典型地為約-10℃～約15℃，優選約-5℃～約15℃，最優選5℃～15℃。反應時間根據所用設備的精確構造可以在很大範圍內改變。
適用於本發明這一具體實施方案的溶劑包括能溶解各反應物，並且不易被反應中所用試劑氧化的所有溶劑。這類溶劑包括庚烷、甲苯、乙酸乙酯、二氯甲烷和水。優選的溶劑是二氯甲烷、甲苯和庚烷，最優選的溶劑是二氯甲烷。氧化劑典型地以水溶液的形式加入到起始原料和TEMPO在溶劑中的溶液中。反應混合物中加入約0.1當量的溴化鉀可以縮短反應時間。不受理論的束縛，可以認為由於形成了更強的氧化劑HOBr的結果，所以KBr可以提高反應速度。
由本發明的氧化法生產的3，3-二甲基丁醛可用作製備甜味劑N-〔N-(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基-L-苯丙氨酸的中間體。
下面的實施例只用作對本發明某些優選具體實施方案的解釋，而絕不隱含對本發明的任何限制。
實施例1用氧化銅(II)進行的3，3-二甲基丁醇的氧化使3，3-二甲基丁醇的蒸氣與30ml/分鐘的氮氣流一起通過置於氣相色譜儀中的裝填有氧化銅絲旋管(可從Milwaukee，WI的Aldrich化學公司得到)、兩端用玻璃毛塞住的不鏽鋼柱(6英寸×1/4英寸)。注射器和檢測器的溫度設定在200℃。當柱溫設定在250℃時，得到的是70％ 3，3-二甲基丁醛和30％原料醇的混合物，以及其量可以忽略的酸。當柱溫為300℃時，醇幾乎完全被氧化，但是與3，3-二甲基丁醛一起形成了大約30％的酸。3，3-二甲基丁醛的生成由毛細管氣相色譜(GC)分析確認。
實施例2由TEMPO催化、用次氯酸鈉進行的3，3-二甲基丁醇的氧化往含有3，3-二甲基-1-丁醇(51.09g，0.5mol)、2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO，0.78g，5mmol)和二氯甲烷(150ml)的混合物中加入溴化鉀(5.95g，0.05mol)的水(25ml)溶液。將該混合物冷卻到-5℃～0℃，然後用15-25分鐘的時間往其中加入次氯酸鈉水溶液(550ml，1M，0.55mol)，同時維持pH在9.5，溫度在5°～15℃之間。再將反應混合物攪拌15分鐘。分離出有機層，水相用含有碘化鉀(1.6g，0.01mol)的二氯甲烷(100ml)萃取，以除去TEMPO。合併的有機層先用10％鹽酸(100ml)洗滌，再用10％硫代硫酸鈉水溶液(50ml)和水(50ml)洗滌。該有機層用無水硫酸鎂乾燥，經過濾及常壓蒸餾後得到40g(80％)3，3-二甲基丁醛無色油狀物。有利的是，在這些條件下未發現該位阻醇，即3，3-二甲基丁醇重排成頻哪醇。
對於精通本技術的人員來說，本發明的其它變異和修改將是顯而易見的。除了權利要求書中提出的以外，本發明不受限制。
權利要求
1.一種製備3，3-二甲基丁醛的方法，包括在足以生成所述3，3-二甲基丁醛的溫度下使3，3-二甲基丁醇與選自下列的一種氧化性組分接觸一段時間的步驟(i)一種氧化性金屬氧化物；或(ii)一種2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基和一種氧化劑。
2.權利要求1的方法，其中該氧化性組分是氧化性金屬氧化物。
3.權利要求2的方法，其中該氧化性組分是氧化銅(II)。
4.權利要求1的方法，其中該氧化性組分是2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基和一種氧化劑。
5.權利要求4的方法，其中該氧化性組分是次氯酸鈉。
6.一種製備3，3-二甲基丁醛的方法，包括在足以生成所述3，3-二甲基丁醛的溫度下使在氣相中3，3-二甲基丁醇與氧化性金屬氧化物接觸一段時間的步驟。
7.權利要求6的方法，其中該氧化性金屬氧化物是氧化銅(II)。
8.權利要求7的方法，其中所述溫度是約250℃～約350℃。
9.權利要求8的方法，其中所述氣相包含3，3-二甲基丁醇和載氣。
10.權利要求9的方法，其中所述載氣選自氮、氬、氦、氖和氙。
11.權利要求10的方法，其中所述時間為約2分鐘～約8小時。
12.一種製備3，3-二甲基丁醛的方法，該方法包括的步驟是在足以生成所述3，3-二甲基丁醛的溫度下，在溶劑中用2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基和一種氧化劑對3，3-二甲基丁醇進行處理一段時間。
13.權利要求12的方法，其中所述氧化劑是次氯酸鈉。
14.權利要求13的方法，其中次氯酸鈉和3，3-二甲基丁醇以約0.5∶1～約10∶1的摩爾比進行反應。
15.權利要求14的方法，其中2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基和3，3-二甲基丁醇以約0.5∶100～約2∶100的摩爾比進行反應。
16.權利要求15的方法，其中所述溶劑選自庚烷、甲苯、乙酸乙酯和二氯甲烷。
17.權利要求16的方法，其中溴化鉀以能有效地縮短反應時間的量加入到溶劑中。
全文摘要
本發明提供一種用氧化性組分從3,3－二甲基丁醇製備3,3－二甲基丁醛的方法。在一個具體實施方案中,在氣相中使3,3－二甲基丁醇與一種氧化性金屬氧化物接觸,從而被氧化成3,3－二甲基丁醛。在另一個具體實施方案中,用2,2,6,6－四甲基－1－哌啶基氧基自由基和一種氧化劑在溶劑中對3,3－二甲基丁醇進行處理,使之氧化生成3,3－二甲基丁醛。本發明的方法提供了一種製備3,3－二甲基丁醛的工業上切實可行的方法。
文檔編號C07C45/29GK1266419SQ98808059
公開日2000年9月13日 申請日期1998年8月4日 優先權日1997年8月6日
發明者I·普拉卡斯, D·J·阿格爾, A·R·卡特裡茲凱 申請人:紐特拉斯威特公司