製備硝基醇的方法

2023-08-06 03:26:26

專利名稱：製備硝基醇的方法
技術領域：
本發明涉及在催化劑和兩相反應介質存在下硝基烷烴和醛類的硝基醛醇 (nitroaldol)反應製備硝基醇的方法。
背景技術：
硝基醇是對各種轉化的有機合成，尤其是合成1，2_氨基醇有用的中間體。硝基 醛醇反應(亨利反應)包括硝基烷烴鹼催化加成為羰基化合物，例如醛。一些硝基醛醇過 程，例如在胺存在下由1-硝基丙烷和戊醛製備3-硝基-4-辛醇的過程緩慢，從商業化(經 濟)角度是不能接受的。特別是，即使在幾小時的反應時間之後，即使在大量催化劑存在 下，1-硝基丙烷和戊醛的反應仍不完全，或者不能得到供進一步商業化應用的足夠純度。因 此，需要一種方法能改進一些硝基醛醇反應過程的速率和/或純度。有一些催化劑能以類似的方式提高反應速率；但是這些催化劑的成本較高，並且 經常導致形成的副產物和不需要的副反應增加。Tetrahedron Report No. 553.標題亨利反應最近的實例，由F. A. Luzzio編輯 (Tetrahedron 57 (2001) 915-945)，詳細描述了使用各種反應物和催化劑體系進行的許多 硝基醛醇過程。雖然該篇文獻提到在使用水作為溶劑條件下可以完成硝基醛醇反應，這種 體系通常包括表面活性劑，例如苄基三甲基氫氧化銨。此外，雖然一些過程方案也將水列為 催化劑體系的一個組分，但是除了該體系中存在的任何有機溶劑外，水的量不足以形成獨 立的相。以下美國專利2，151，517，5，041，691和5，962，737揭示在單相的含水溶劑體系 (即該溶劑體系不含有機溶劑)中進行的硝基醛醇過程。特別是美國專利2，151，517揭示 在水性介質中在鹼金屬硫酸氫鹽作為催化劑的條件下硝基鏈烷烴和芳醛的硝基醛醇反應。 美國專利5，041，691描述了硝基烷烴與甲醛用氫氧化鉀催化的反應。美國專利5，962，737 描述了硝基乙烷或硝基丙烷與取代的苯甲醛在叔胺存在下反應，完成2-硝基-1-苯基丙醇 的立體異構體的有規立構合成。美國專利5，750，802還描述了硝基烷烴與芳族醛在胺催化劑存在下的硝基醛醇 反應。該文獻揭示雖然不需要除胺催化劑外的其他溶劑，但是使用包括含水的常用溶劑。但 是，沒有提到該溶劑由兩相溶劑體系-有機相和水相構成。曾經報導在不存在任何溶劑的條件下的硝基醛醇反應，但是該反應需要使用表面 活性劑。參見A. Miattacharya and V. C. Purohit，環保的無溶劑方法亨利反應中的新穎 的雙重催化劑體系(EnvironmentalIy Solvent-Free Processes :Novel Dual Catalyst System in Henry Reaction), Org. Process Res. & Devel, 2003, 7,第 254-258 頁。還報導了脂族硝基化合物在水性介質中成功進行的硝基醛醇反應，但是需要使 用表面活性劑。參見R. Ballini and G. Bosica，水性介質中硝基醛醇反應對亨利反應的 重要改進(Nitroaldol Reaction in Aqueous Media :An Important Improvement on the Henry Reaction) ,J. Org. Chem. (1997) 62，第 425-427 頁，和 R. Bellini 等，在水性介質中脂3^ ^ψWMfriiM (RecentDevelopments on the chemistry of aliphatic nitrocompounds under aqueousmedium), Green Chem. , 2007,9,第 823-838 頁。

發明內容
本發明提供一種在反應體系中通過硝基醛醇製備硝基醇的方法，所述反應體系包 含=C1-C^1硝基烷烴、C2或更高級醛、包含有機溶劑的反應介質、和包含胺的催化劑，該方法 包括在反應體系中加入足量的水性溶劑，以形成在反應介質中的獨立水相。所述水性溶劑 一般不與有機溶劑混溶，並可包含最多100%水。水性溶劑的加入量相對於反應體系中存在的醛的摩爾量為10-100摩爾％。特別 合適的量為20-40摩爾％。反應溫度為10-90°c，優選 60-70°C。硝基烷烴可包括C1-C12硝基烷烴。醛可包括脂族C2或更高級醛。胺催化劑可以是 叔胺。


通過參考附圖能夠完整地理解本發明，附圖中，顯示對本發明實施方式的硝基醛 醇反應隨時間的進程，並與按照現有技術進行的相同反應的進程相比較。
具體實施例方式本發明人已經發現，在硝基烷烴和醛用胺催化的硝基醛醇反應中加入足以形成獨 立水相的量的水性溶劑可以提高反應速率。發現這對於製備3-硝基-4-辛醇特別有效， 3-硝基-4-辛醇是製備3-氨基-4-辛醇的有用中間體。預期在硝基烷烴與醛之間發生的 這類「亨利反應」中加入水性溶劑可以成功地提高反應速率。本發明是獨特的，因為本發明使用截然不同的水相加速了反應。現有技術利用表 面活性劑以使反應物(硝基烷烴和醛)與水溶性催化劑如氫氧化鈉接觸。本發明人發現， 在預先均化的反應混合物中加入水，使得形成獨立水相，加速所需的反應。即使預先均化的 化合物含有一定量例如來自催化劑的水仍能具有上述效果。雖然上述反應能夠在水中，例 如使用無機鹼作為催化劑，在使用或不使用表面活性劑的條件下進行，但是發現叔胺催化 劑與獨立水相的組合將更加有效。雖然過去在使用有機溶劑和不存在有機溶劑的情況下都使用水作為溶劑，但是通 常需要表面活性劑並將反應介質保持單相體系。通過本發明方法達到提高反應速率在以下 幾方面是特別令人驚奇的，即，反應混合物對水的親合力很小，反應物不溶解於水並且不使 用表面活性劑。水的成本小於通常使用的催化劑和現有技術列舉的那些溶劑。提高反應速 率可以降低通過該化學反應製造產品的，獲得的高純度產品也減小下遊處理的需要，並降 低另外的廢物處理成本。本發明方法適合用於通過在包含以下組分的反應體系中的硝基醛醇反應製備硝 基醇=C1-C2tl硝基烷烴、C2或更高級醛、包含有機溶劑相和獨立水性溶劑相的兩相反應介質、 以及包含胺的催化劑。通常，當C1-C2tl硝基烷烴與C2或更高級醛在胺催化劑存在下反應，且 反應介質是有機溶劑時，通過在該反應體系中加入足量的水性溶劑以在該反應介質中形成獨立水相，可以提高反應速率。水性溶劑應不與有機溶劑混溶，因此能夠形成獨立水相。水 性溶劑本身包含最多100%水。不與反應物混溶的其他溶劑可以提供類似的結果。定性地說，水性溶劑的加入量應能足以形成獨立水相。最簡單的方法就是使用包 含100%水的水性溶劑。因為最好是加入儘可能少量的水，以節省可利用的反應器體積，水 的上限由經濟因素決定。以相對於醛的摩爾基準計，發現3. 6%水不足以在所研究的特定反 應體系中產生所需的效果。根據反應物的溫度，認為溶解度的限值約為6摩爾％。相對於反應體系中存在的醛的摩爾量，水性溶劑的適當加入量為10-100摩爾％。 該量應能夠足以形成必要的獨立水相。觀察到達到最佳效果的量約為20-40摩爾％的水性 溶劑(相對於醛)。更多量的水性溶劑，至少至醛量的100%也能有效提高反應速率；但是， 水性溶劑不參與該反應，因此優選使用較少的量。根據權利要求1的方法，其中硝基烷烴包括C1-C12硝基烷烴，例如但是不限於硝 基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷、硝基丁烷等。根據本發明適合使用的醛包含至少2個碳原子(即，C2或更高級)，可以是脂族或 芳族的。特別合適的是脂族C2或更高級醛。預期高級醛例如乙醛、丙醛、丁醛、肉桂醛等也 適合用於本發明的方法。胺催化劑可以是伯胺、仲胺、叔胺，或者它們的組合。胺催化劑相對於以前使用的 無機鹼催化劑例如NaOH和KOH提供以下優點。無機鹼的一個缺點是因為其較高的鹼強度 而經常促進不希望有的副反應。而且，無機催化劑可能更難以去除。去除催化劑通常很重 要。如果需要時，有機(胺)催化劑可以通過蒸餾方便地除去。胺催化劑因為其腐蝕性通 常小於無機催化劑而提供處理方面的優點。雖然已經成功地使用幾種胺作為本發明方法中 的催化劑，但是發現叔胺和叔氨基醇的性能優異。已知能促進硝基醛醇反應的其他催化劑 預期也適合於本發明的方法。對添加反應物、催化劑和溶劑的順序沒有特別的限制。雖然可以採用以下添加順 序硝基烷烴、然後水、再後催化劑，最後是醛，可有效地控制反應熱，但是其他添加順序也 是有效的。本發明方法可以在10_90°C溫度，例如40°C _70°C，或者甚至60°C _65°C的溫度進 行。該反應溫度範圍提供了較快反應速率和較低雜質含量之間的平衡。提高反應溫度一般 會提高反應速率；但是，在高溫下有時會促進不希望有的副反應。本發明人認為60°C-65°C 的溫度範圍能提供反應速率和純度之間的平衡。本發明的硝基醛醇反應通常在常壓條件下進行。應理解，上面描述的本發明的實施方式僅僅是示例，本領域的技術人員可以在不 偏離本發明精神和範圍的情況下進行各種變動和修改。所有這些變動和修改都包含在本發 明的範圍之內。實施例工作例(A)在一個反應器小瓶中加入1. 2摩爾1-硝基丙烷，在該小瓶中加入0. 4摩爾水(40 摩爾％ )，然後加入0. 04摩爾N，N-二甲基-2-氨基-2-甲基-1-丙醇和另外的0. 065摩 爾水。向該硝基烷烴/催化劑/水的混合物中加入1摩爾戊醛，立刻將該反應器小瓶密封， 並放置在65°C的恆溫控制浴中。該小瓶中是反應混合物A。
2小時後，從控溫浴中取出反應器小瓶，使反應在環境條件下進行總共M小時。比較仿I丨(B)在與實施例1相同的小瓶中類似加入1. 2摩爾1-硝基丙烷和0. 04摩爾N，N- 二 甲基-2-氨基-2-甲基-1-丙醇，加入0. 065摩爾水。在該硝基烷烴/催化劑/水的混合 物中加入1摩爾戊醛，立刻將該反應器小瓶密封，並放置在65°C的恆溫控制浴中。該小瓶中 是反應混合物B。2小時後，從控溫浴中取出反應器小瓶，使反應在環境條件下進行總共M小時。在指定時間從各反應器小瓶中取出樣品，通過GC分析該特定亨利反應的產物 3-硝基-4-辛醇。下表提供對各時間間隔GC分析的數值結果。圖1的曲線用表中的數據 繪製，顯示兩個樣品，A(工作例)和B(比較例)的產物濃度隨反應時間而增大。表
權利要求
1.一種通過在反應體系中硝基醛醇反應製備硝基醇的方法，所述反應體系包含=C1-C2tl 硝基烷烴、C2或更高級醛、包含有機溶劑的反應介質和包含胺的催化劑，該方法包括a)向所述反應體系中加入足量的水性溶劑，以在反應介質中形成獨立水相。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述水性溶劑不與有機溶劑混溶。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述水性溶劑包含最多100%水。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，水性溶劑的加入量相對於反應體系中存在 的醛的摩爾量為10-100摩爾％。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，水性溶劑的加入量相對於反應體系中存在 的醛的摩爾量為20-40摩爾％。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述硝基烷烴包括C1-C12硝基烷烴。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述醛包括脂族C2或更高級醛。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述反應體系的溫度為10-90°C。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述反應體系的溫度為60-70°C。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述胺催化劑是叔胺。
全文摘要
本發明提供了在催化劑和兩相反應介質的存在下硝基烷烴和醛的硝基醛醇(亨利)反應，該反應與單相有機溶劑體系相比提高了反應速率，並且不需要使用單相水性溶劑體系和無溶劑體系常用的表面活性劑。反應介質包括有機溶劑相和水性溶劑相。所述水性溶劑可以是100％水。
文檔編號C07C205/15GK102050741SQ20101054418
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月4日 優先權日2009年11月5日
發明者D·W·摩爾, M·D·梅傑 申請人:羅門哈斯公司