α,β不飽和腈加成產物的製備的製作方法
2023-08-07 07:17:01 1
專利名稱：α,β不飽和腈加成產物的製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及不飽和腈加成產物的製備方法，更具體地涉及α，β不飽和腈與活潑亞甲基化合物的加成產物的製備方法。
背景技術：
由於在雙鍵碳上連有-CN鍵，α，β不飽和腈類雙鍵上的電子云密度降低，因而更容易發生親核加成和自由基加成反應。α，β不飽和腈加成產物種類繁多，廣泛用作合成纖維、塑料、塗料、膠粘劑、表面活性劑和醫藥原料等等。例如，丙烯腈與丁二烯、苯乙烯的三元共聚物是一種很好的工程塑料，簡稱ABS樹脂；不飽和腈與醇類加成得到的氰基醚類化合物是重要的香料；α，β不飽和腈與活潑亞甲基類化合物的加成產物，如(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸，是重要的藥物中間體。
α，β不飽和腈與活潑亞甲基化合物的反應是典型的麥可加成(Michaeladdition)反應。反應式如下(其中A和A′均為吸電子基)，該反應通常在鹼催化作用下進行。
由於麥可親核亞甲基加成反應是可逆的，因此所用催化劑、溫度及其它反應條件對反應轉化率和收率有很大的影響。迄今為止，大量文獻就該反應體系所用的催化劑進行了討論，但現有催化反應體系或多或少存在催化劑複雜及反應轉化率或產物收率較低的問題。
在Izv.Akad.Navk SSSR.Ser Khim，5，1210-1211，1980；Izv.Akad.NavkSSSR.Ser Khim，5，1107-1112，1982和Uzb.Khim.Zh.，5，77-9，1990中提出以羰基鐵、碘、溴和三(二甲胺基)磷醯及Al-Ni-Ti-Mo的複雜體系為催化劑，從丙烯腈製備(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸，但只能得到55-59.7％的收率。
宋文豔等在「丙二酸二乙酯和乙醯乙酸乙酯的氰乙基化反應」，《廈門大學學報》1988年第27卷第4期470-472頁中公開了以碳酸鉀為催化劑，乙酸乙酯為溶劑，丙二酸二乙酯和乙醯乙酸乙酯為原料製備丙烯腈加成產物的方法，其產物收率分別為78～83％和57％。
美國專利第5,319,125號公開了以吡咯烷和少量酸為催化劑，從環戊酮和α，β不飽和腈製備2-(2-氰乙基)-環戊酮的方法，該方法的腈轉化率可達97％，產物收率達85-89％。
《山東大學學報》第39卷第3期公開了以納米KF/Al2O3為催化劑，從丙烯腈製備(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸的方法，其收率只能達到88.3％。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高轉化率、高收率的製備α，β不飽和腈加成產物的方法。
本發明涉及通式(I)化合物的製備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)化合物與通式(III)化合物反應。
其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基；R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
在本發明一優選實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、CONH2、CN、NO2、SOR6和SO2R6基團，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基。更優選地，R1和R2獨立地為COR6、COOR6、CN或NO2。
在本發明另一優選實施方案中，R3和R4獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環烷基或C6-C10芳基，更優選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發明另一優選實施方案中，R5為氫、C1-C6烷基、C3-C6環烷基、C6-C20芳基或諸如COR6、COOR6、CN或NO2的吸電子基，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基，更優選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發明的優選實施方案中，所述金屬醇鹽為鹼金屬醇鹽或鹼土金屬醇鹽，如Li、Na、K、Mg或Ca的醇鹽，更優選為鹼土金屬醇鹽。乙醇鎂在本發明中為最優選的催化劑。
在進一步優選的實施方案中，形成所述金屬醇鹽的醇為低級醇。
在本發明優選的實施方案中，可使用惰性溶劑如苯、乙醚作為溶劑，更優選以極性有機溶劑如乙酸乙酯、二噁烷和醇作為溶劑，特別優選以C1-C6烷醇為溶劑。
優選地，本發明反應在室溫到100℃或所用溶劑沸點的溫度條件下進行。更優選地，所述反應溫度為約40℃到80℃或所用溶劑的沸點，進一步優選為約50-60℃。
使用本發明方法，可提高α，β不飽和腈加成反應的轉化率和產物收率。並且，本發明方法所用的催化體系相對簡單並且廉價，可使用常規原料現場配製。
具體實施例方式
如上所述，本發明涉及通式(I)所示的α，β不飽和腈加成產物的製備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)所示的活潑亞甲基化合物與通式(III)所示的α，β不飽和腈反應。
其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基；
R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
本文所用的術語「吸電子基」指可使臨近碳原子上的電子云向其偏移，從而使相鄰碳原子上的電子云密度降低的基團，包括但不限於NO2、CN、SO3H、CHO、COOH、COR、CONH2、COOR、Cl、Br、OR、SR、SOR、SO2R基團。更優選地，所述吸電子基為NO2、CN、CHO、COOH、COR、CONH2、COOR、SOR和SO2R，進一步優選為NO2、CN、CHO、COOH、COR和COOR。
本發明所述「烷基」通常指直鏈或支鏈的飽和脂肪烴基，優選為C1-C8烷基，更優選為C1-C6烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基等等。考慮到空間位阻對反應的影響，本發明所述烷基優選為直鏈烷基，如甲基、乙基、正丙基等等。
本發明所述「環烷基」通常指飽和的脂環烴基，優選為C3-C8環烷基，更優選為C3-C6環烷基，例如環丙基、環丁基、環戊基和環己基。
本發明所述「芳基」指芳香族烴基，優選為C6-C20芳基，更優選為C6-C10芳基，例如苯基和萘基，更優選為苯基。
本發明所述「低級醇」指含1-8個碳原子的醇，更優選為C1-C6烷醇，例如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等等。
在本發明一優選實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、CONH2、CN、NO2、SOR6和SO2R6，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基。
在進一步優選的實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、NO2和CN，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基。更優選地，每一R6獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環烷基或C6-C10芳基，進一步優選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發明另一優選實施方案中，R3和R4獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環烷基或C6-C10芳基，更優選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發明再一優選實施方案中，R5為氫、C1-C6烷基、C3-C6環烷基、C6-C20芳基或COR6、COOR6、NO2或CN基團，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基。更優選地，R5為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發明的優選實施方案中，所用催化劑為鹼金屬醇鹽或鹼土金屬醇鹽，如Li、Na、K、Mg或Ca的醇鹽。但由於鹼金屬過於活潑，其保存及與醇的反應均不易控制，因此更優選鹼土金屬醇鹽，特別優選醇鎂。形成所述醇鹽的醇優選為低級醇，更優選為C1-C6烷醇，例如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。
在本發明一優選實施方案中，使用醇作為溶劑。更優選所述醇與形成所述金屬醇鹽的醇相同。所用溶劑的量與式(III)化合物用量的摩爾比優選為3～5∶1。當然，本領域所屬技術人員可以理解，也可使用更大量的溶劑來進行反應。
由於本發明的加成反應是可逆放熱反應，當溫度較低時升高溫度有利於加快反應速度，但當溫度達到一定程度時，繼續升高溫度產物收率反而降低。因此，本發明所用的反應溫度優選為室溫到100℃或所用溶劑的沸點。更優選地，本發明的反應溫度為約40℃到80℃或所用溶劑沸點，進一步優選為約50-60℃。
本發明方法中，對式(II)化合物與式(III)化合物的摩爾比沒有嚴格的要求，但為了減少式(I)所示的加成產物與式(III)化合物進一步加成形成二次加成產物，優選式(II)化合物與式(III)化合物的摩爾比大於1∶1，更優選為約2∶1。
本發明方法中，催化劑用量對產物收率和選擇性有一定影響，當催化劑量不足時催化效果差，但當催化劑過量時二次加成產物生成量增加。因此，本發明所用催化劑的量與式(III)化合物用量的摩爾比優選為約0.2～1.0∶1，更優選為約0.4～0.6∶1。
本發明方法在提高腈原料轉化率和產物收率的同時，還能顯著減少二次加成產物的生成，使產物選擇性提高。
以下通過具體的實施例對本發明進行詳細說明，但本發明並不限於這些實施例。
實施例在裝有攪拌器，溫度計，滴液漏鬥和回流冷凝器的1L四口燒瓶中加入無水乙醇18g(0.4摩爾)和鎂粉9.7g(0.4摩爾)，滴入1ml的CCl4，有大量氣體放出。釜液出現回流，反應引發。當回流減少時緩慢滴加乙醇100g(126.7ml，2.17摩爾)，繼續反應，直至無氣泡產生為止。將反應液降溫至50-60℃，在該溫度下1h內滴加丙二酸二乙酯288g(1.8摩爾)，滴加完畢在60℃保溫反應1h。再降溫至50℃，並於50±2℃下滴加47.7g(59.2ml，0.9摩爾)丙烯腈與50ml(39.6g，0.86摩爾)乙醇的混合溶液，滴加完畢升溫至60℃保溫反應6h，加入20％鹽酸150g，攪拌0.5h後分去水層，得到無色至淡黃色清澈有機溶液。
氣相色譜測定丙烯腈轉化率大於99％，(2-氰乙基)-丙二酸二乙酯選擇性大於95％，收率達94％以上。
質譜(m/z)213，186，168，141，140，101，96，73，69，55，41，29。
IR譜(cm-1)2983，2941，2247，1741，1467，1371，1095，1047，1024。
以上描述以示例性的方式對本發明的優選實施方案進行了說明。本領域所屬技術人員應當理解，在不脫離本發明的基本精神和範圍的條件下可對其做出各種修改或替換，而這些實施方案仍應包括在本發明範圍內。
權利要求
1.通式(I)化合物的製備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)化合物與通式(III)化合物反應， 其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基；R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述吸電子基選自COR6、COOR6、CN和NO2，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環烷基或C6-C20芳基。
3.如權利要求2所述的方法，其中R3、R4、R5和R6獨立地為氫、C1-C6烷基或苯基。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的方法，其中所述金屬醇鹽為鹼金屬醇鹽或鹼土金屬醇鹽。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述金屬醇鹽為醇鎂。
6.如權利要求4或5所述的方法，其中形成所述金屬醇鹽的醇為C1-C6烷醇。
7.如權利要求1-6中任一權利要求所述的方法，其中所述反應在約40℃到80℃或所用溶劑沸點的溫度條件下進行。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述反應在約50-60℃的溫度下進行。
9.如權利要求1-8中任一權利要求所述的方法，其中所述催化劑用量與通式(III)化合物用量的摩爾比為0.4～0.6∶1。
10.如權利要求1-9中任一權利要求所述的方法，其中所述反應在C1-C6烷醇溶劑中進行。
全文摘要
本發明涉及通式(I)所示的α，β不飽和腈加成產物的製備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)所示的活潑亞甲基化合物與通式(III)所示的α，β不飽和腈反應。本發明方法可提高α，β不飽和腈加成反應的轉化率和產物收率。並且，本發明方法所用的催化體系相對簡單並且廉價，可使用常規原料現場配製。
文檔編號C07C253/00GK1903837SQ200510088830
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月29日 優先權日2005年7月29日
發明者陳榮業, 夏賡 申請人:大連綠源藥業有限責任公司