通過拜爾-維利格氧化生產2,6-二甲基庚-5-烯醛的方法與流程

2023-09-12 19:51:55

到目前為止，2,6-二甲基-5-庚烯醛在工業上通過達村斯(Darzens)反應由6-甲基庚-5-烯-2-酮製備。這個反應需要與氯乙酸酯烷基化成縮水甘油，隨後水解和脫羧得到醛。這種方法在原子上是不經濟的，因為醇(ROH)、氯化物鹽以及二氧化碳從反應物中被除去。若干年前，Corma等人(J.Catal.2005，234，96)報導了採用沸石和其他中孔材料的檸檬醛(1)的非均相拜爾-維利格反應，隨後是中間體甲酸酯的水解。不幸的是，不僅生成了甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯(2)，而且生成了嗅覺上令人不安的副產物如6-甲基庚-5-烯-2-酮、檸檬醛-6,7-環氧化物、檸檬醛-2,3-環氧化物和檸檬醛的各種環化產物，如方案1中所示：方案1：此外，這樣的非均相催化劑需要在一個單獨的過程中來製備。因此，對於生產嗅覺純形式的甜瓜醛的簡單且便宜的方法仍然存在需求。令人驚訝地，發明人發現，甜瓜醛可以從檸檬醛起始通過在含水H2O2存在下由二氧化硒(SeO2)催化的拜爾-維利格反應經由中間體甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯來製備。令人驚訝地，以催化量使用SeO2導致了高純度的反應產物。因此，在第一方面中提供一種方法，所述方法包括在含水H2O2(例如含有25-70％H2O2的水溶液)存在下氧化3,7-二甲基辛-2,6-二烯醛(1)，其中所述方法由SeO2催化，得到甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯(2)。在隨後的步驟中，甲酸酯(2)被水解成甜瓜醛(I)。該反應被催化量的二氧化硒(SeO2)催化，負載量為0.01-50mol％，優選0.1-5mol％，且甚至更優選0.5-2mol％。通過使用均相催化劑SeO2，能夠生成甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯(2)，而不存在檸檬醛-6,7-環氧化物和檸檬醛-2,3-環氧化物。因此在進一步的方面中提供了一種方法，所述方法包括在含水H2O2存在下氧化3,7-二甲基辛-2,6-二烯醛(1)，其中所述方法由SeO2催化，得到基本上不含檸檬醛-6,7-環氧化物和檸檬醛-2,3-環氧化物的粗產物。「基本上不含」意味著所得產物包含小於5wt％的檸檬醛-6,7-環氧化物和小於5wt％的檸檬醛-2,3-環氧化物。在一個實施方案中，所得產物包含小於3wt％(例如1wt％或更低)的檸檬醛-6,7-環氧化物和小於3wt％(例如1wt％或更低)的檸檬醛-2,3-環氧化物。拜爾-維利格反應可以100％的轉化率進行，但是有時優選以低轉化率進行該反應，優選10-50％或更優選20-40％，並循環剩餘的檸檬醛。該反應可在不同的溶劑(質子或非質子，與水混溶或不與水混溶的，優選與水混溶的)中進行，而且還在非均相和相轉移條件下進行。在一個實施方案中，反應是在質子溶劑(例如水)中進行。質子溶劑的進一步實例包括甲醇、乙醇、叔戊醇和叔丁醇。非質子溶劑的實例包括丙酮、丁酮、四氫呋喃和乙酸乙酯。類似地，該反應可以在不同的溫度下進行，優選0℃-200℃，例如至多150℃，優選20℃-50℃，這取決於所用的溶劑。現在進一步參照以下非限制性實施例說明本發明。這些實施例僅用於說明的目的，並且可以理解的是變化和修改可以由本領域技術人員做出。實施例中描述的所有產物均從(E/Z)-3,7-二甲基辛-2,6-二烯醛(1)起始得到。拜爾-維利格反應的第一個反應產物甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯(2)是E/Z異構體的混合物。如果沒有另外說明，則所報告的NMR光譜是在CDCl3中在400MHz測得的；化學位移(δ)從TMS向低場以ppm報告；偶合常數J的單位為Hz。如果沒有另外說明，則GC/MS分析使用ZB-5柱進行。所有純化的產物通過真空蒸餾純化，並分離為無色油狀物，其純度通過GC/MS確認。用於嗅覺評價的樣品通過在蒸餾柱上使用Sulzer填料進行精餾來純化。實施例1：將反應器中裝入(1)(114.0g，749mmol)、二氧化硒(0.6g，5mmol)和丙酮(250ml)。將溶液在室溫下攪拌並在30分鐘內逐滴添加30％的含水過氧化氫(71.5g，654mmol)。然後將反應混合物在室溫下攪拌16小時。將一些丙酮通過蒸餾除去，直至反應混合物變混濁。添加水(100ml)和叔丁基甲基醚(100ml)，並分離各層。將水層用叔丁基甲基醚萃取三次。將有機層合併，並用水和鹽水洗滌。GC分析顯示40％的轉化率。將醚溶液置於反應器中並冷卻至0-5℃。在30分鐘內將10％NaOH水溶液(150.0g)逐滴加入。在室溫下再攪拌30分鐘後，分離各層並將有機層用水(100ml)和鹽水洗滌兩次。將溶液真空濃縮。將粗產物(90.0g)快速蒸餾得到具有下列組成的無色油狀物(76.0g)：嗅覺蒸餾：重複實驗給出了粗產物重量578g，將其在10mm(Hg)分餾。餾分頭(℃)罐(℃)重量(g)甜瓜醛(I)(g)(I)(％)檸檬醛(1)(％)149752.72.695.30.626482107.6106.699.10.83678346.646.199.01.04659567.966.798.31.356010116.712.474.31.766510519.46.030.765將餾分1、5和6與罐殘留物(304.5g，主要是由檸檬醛組成)合併和循環。餾分2、3和4＝222.1g是嗅覺純級別的甜瓜醛。1HNMR：δ9.58(d，J＝2.02，1H)；5.05(m，1H)；2.31(m，1H)；2.00(m，2H)；1.72(m，1H)；1.65(s，3H)；1.56(s，3H)；1.36(m，1H)；1.06(d，J＝6.82，3H)。13CNMR：δ204.95(d)，132.52(s)，123.37，45.69(2d)，30.56(t)，25.61(q)，25.26(t)，17.63，13.15(2q)。MS：140(10，M+)，83(12)，82(100)，69(29)，67(48)，56(12)，55(19)，41(48)，39(18)，29(15)。實施例2：a)甲酸2,6-二甲基庚-1,5-二烯-1-基酯(2)將反應器中裝入(1)(20.0g，131mmol)、水(50ml)和二氧化硒(1.0g，9mmol)。將混合物加熱至40℃，並在60分鐘內逐滴加入30％的過氧化氫(29.8g，262mmol)。反應溫度上升到55℃，將攪拌繼續1小時，同時將溫度保持在40℃。將反應混合物冷卻到室溫後，分離各層並且用己烷(100ml)萃取水層兩次。將有機層合併，用飽和Na2S2O3水溶液(50ml)、水(50ml)和鹽水(50ml)洗滌。濃縮具有下列組成的有機溶液得到粗產物(2)(10.1g)：1HNMR：δ8.05(d，J＝0.51，1H)；8.03(d，J＝0.50，1H)；6.98(m，1H)；6.94(m，1H)；5.13-5.04(m，2H)；2.20-1.97(m，8H)；1.70(d，J＝1.52，4H)；1.69(m，6H)；1.66(d，1.52；2H)；1.61(m，6H)。13CNMR：δ158.1(2d)，132.2，132.1(2s)，128.9，128.6(2d)，123.6(2s)，123.4，123.3(2d)，34.0，26.1，25.7(4t)，26.1，25.7，25.6(6q)。MS：122(20，M+-CH2O2)，81(14)，71(14)，70(11)，69(100)，43(15)，41(53)，39(15)，29(14)，27(88)。b)2,6-二甲基庚-5-烯醛(I)將步驟a)的粗產物(40.0g，90％，214mmol)溶解在乙醚(200ml)中並添加10％的NaOH(120.0g，30mmol)。將混合物在室溫下攪拌16小時。分離各層並用戊烷(100ml)萃取水層。將有機層合併，並用10％乙酸(50ml)、水(50ml)和鹽水(50ml)洗滌。將有機溶液真空濃縮，並將粗產物(I)(32.0g)快速蒸餾，得到具有下列組成的無色油狀物(26.4g)：當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp