CN103467287B - 一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法 - Google Patents
一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,包括如下步骤:(1)在有机溶剂中,膦试剂的作用下,环氧乙烷和丙烯醛发生Morita-Baylis-Hillman反应,得到烯醛醇;(2)将步骤(1)得到的烯醛醇与乙酰化试剂发生酰化反应,得到所述的烯醛醇酯;(3)在双键转位催化剂和氢气的作用下,步骤(2)得到的烯醛醇酯发生双键转位反应,得到所述4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。该制备方法以环氧丙烷和丙烯醛为原料经过三步反应得到五碳醛,本发明的原料为常见的化工原料,廉价易得成本较低,操作简单,且原子经济性极高,无三废产生,是一条有效的合成路线。
Description
技术领域
本发明属于化工中间体制备领域,具体涉及一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法。
背景技术
4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛,简称为五碳醛,结构如式(Ⅰ)所示,是合成维生素A的关键中间体,目前的合成方法主要有二甲氧基丙酮法,环氧乙烷法,异戊二烯法及丁烯二醇法等。
美国专利US5453547公开了一种二甲氧基丙酮法制备五碳醛,以二甲氧基丙酮1为原料,与乙炔和氢气反应生成化合物2,然后与醋酸酐反应得到相应的化合物3,再在Cu系催化剂的作用下双键异构得到化合物4,最后水解得到五碳醛。该方法的主要问题在于:由化合物2到3是一个叔醇的酰化过程,由于叔醇的羟基位阻较大,因此收率较低。反应式如下:
美国专利US4873362公开了一种环氧丙烷法制备五碳醛,该制备方法以环氧乙烷5为起始原料,在乙酸中得到乙酰氧基乙醇6,然后在催化剂的作用下氧化成乙酰氧基乙醛7,再与丙醛进行羟醛缩合反应得到五碳醛。该工艺的问题在于氧基乙醛极不稳定,难于保存,最后一步羟醛缩合反应副反应较多,难于控制。反应式如下:
美国专利US5424478公开了一种采用异戊二烯法合成五碳醛的方法,该方法以异戊二烯8为原料,与次氯酸钠作用反应得到化合物9和10,然后用醋酐酰化得到化合物11,最后氧化得到五碳醛。该反应要产生大量的废水。
美国专利US4124619公开了一种采用丁烯二醇法制备五碳醛的方法,该方法以1,4-丁烯二醇12为原料,首先用醋酐酰化得到1,4-丁烯二酯13,然后在贵金属Rh催化剂作用下用高压反应与CO/H2混合气作用得到化合物14,接着在质子酸作用下脱羧酸得到烯醛醇酯,最后通过双键异构得到最终的产物五碳醛。综合来看,该工艺的原子利用率极高,几乎不造成副产物,也没有废水产生,是一条较为合理,经济和环保的工艺路线。但本方法需要使用价格昂贵的铑系催化剂。
发明内容
本发明提供了一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,该制备方法原料廉价、工艺路线短、收率高并且对环境友好。
一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,包括如下步骤:
(1)在有机溶剂中,膦试剂的作用下,环氧乙烷和丙烯醛发生Morita-Baylis-Hillman反应,得到烯醛醇;
所述的膦试剂的结构式为PR1R2R3,其中,R1、R2和R3独立地选自C1~C5烷基和苯基;
所述的烯醛醇的结构如式(Ⅱ)所示:
(2)将步骤(1)得到的烯醛醇与乙酰化试剂发生酰化反应,得到所述的烯醛醇酯;
所述的烯醛醇酯的结构如式(Ⅲ)所示:
(3)在双键转位催化剂和氢气的作用下,步骤(2)得到的烯醛醇酯发生双键转位反应,得到所述4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛。
上述制备方法的反应路线如下:
本发明开发了新的合成4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的路线,其中,步骤(1)采用环氧乙烷和丙烯醛作为起始原料,在膦试剂的作用下,通过C-C键的生成得到了烯醛醇,完成了产物基本骨架的构筑,然后再经过乙酰化和双键转位反应得到终产物。该合成路线避免了贵重的金属催化剂的使用,所用的原料和催化剂便宜易得,并且路线较短,总收率较高,而且反应中产生的废水较少,对环境友好。
步骤(1)中,所述的有机溶剂为能将原料充分溶解的有机溶剂,作为优选,所述的有机溶剂为芳香烃类溶剂;作为进一步的优选,所述的有机溶剂为苯、甲苯和对二甲苯中的至少一种,采用这些溶剂时,环氧乙烷和丙烯醛发生Morita-Baylis-Hillman反应的收率高,副反应少。其中,所述的有机溶剂的用量无特别严格的要求,能够将原料充分溶解即可。
步骤(1)中,所述的膦试剂为苯基膦或者低级烷基膦,作为优选,所述的膦试剂为三甲基膦、三丁基膦或者三苯基膦,此时,反应的副反应较少,反应收率高。
步骤(1)中,所述的丙烯醛在膦试剂的作用下,会发生自身的聚合反应,降低产物的收率和选择性,作为更进一步的优选,所述的膦试剂为三甲基膦,所述的有机溶剂为甲苯,采用优选的膦试剂和有机溶剂时,能够最大限度地减少丙烯醛的自身聚合的副反应,提高所述烯醛醇的收率和选择性。
作为优选,步骤(1)中,所述的丙烯醛、环氧乙烷和膦试剂的摩尔比为1:0.9~1.2:0.9~1.2。
步骤(1)中,所述的Morita-Baylis-Hillman反应的温度不易过高,温度过高会导致丙烯醛的自身聚合反应的增多,作为优选,所述的Morita-Baylis-Hillman反应的温度为25~50℃。
步骤(2)中,所述的乙酰化试剂为乙酸、乙酸酐或者乙酰氯,优选为乙酸酐,使用乙酸酐是产率最高。
步骤(2)中,作为优选,所述的酰化反应在催化剂的作用下进行,所述的催化剂为负载高碘酸的离子交换树脂,通过加入催化剂可以提高所述酰化反应的收率,其中,负载高碘酸的离子交换树脂既能有效地提高反应的转化率,又能方便的进行回收。
步骤(2)中,所述的乙酰化试剂与所述的烯醛醇的摩尔比为1~2:1。
步骤(2)中,所述的酰化反应的温度为70~90℃。
作为优选,步骤(3)中,所述的双键转位催化剂为含Pd催化剂,进一步优选为含钯量为5%的钯碳催化剂。
步骤(3)中,所述的双键转位催化剂与所述的烯醛醇酯的质量比为10-4~10-3:1,所述的氢气采用惰性气体稀释,浓度为5~10%。
作为优选,步骤(3)中,所述的双键转位反应在甲苯中进行。
步骤(3)中,所述的双键转位反应的温度为90~110℃。
步骤(1)~(3)中,反应时间通过GC进行监测。
同现有技术相比,本发明的有益效果体现在:所使用的原料丙烯醛和环氧乙烷廉价易得,降低了制备成本;反应的路线短,收率高;反应过程中产生的三废少,对环境友好。
具体实施方式
本发明的具体细节在下面实施例中得到详细描述。但实施例不应解释为限定本发明的保护范围。
实施例1
(1)烯醛醇的制备
在0℃下,将44g环氧乙烷溶于100ml甲苯中,配制成环氧乙烷甲苯溶液并低温保存。在反应烧瓶中加入56g丙烯醛,并用适量的甲苯溶解,边搅拌边向反应烧瓶加入76g三甲基磷,0.5h后,向反应体系逐滴加入配制好的环氧乙烷甲苯溶液,40±5℃下连续搅拌24h后反应结束。常压蒸出溶剂甲苯,后减压蒸出无色液状的产物烯醛醇87g,含量为97.5%,收率为85%。
(2)烯醛醇酯的制备
在反应烧瓶中加入100g乙酸酐,在常温下加入5g负载高碘酸的离子交换树脂(所用的离子交换树脂为Amberlyst15,用0.1M的高碘酸溶液浸泡12小时,沥干后得到),5min后逐渐升温至80℃,开始滴加烯醛醇87g,30min滴完,保温反应3h。经GC分析,至无烯醛醇残留时反应结束。降温至常温,滤去固体杂质,向体系中加入适量二氯甲烷进行萃取,并用10%的氢氧化钠溶液洗至中性,分出有机相,再用饱和食盐水洗涤二次,减压回收二氯甲烷后得到115g无色液状产物烯醛醇酯,含量98%,收率92.7%。
(3)五碳醛的制备
300g烯醛醇酯(多次合并的产物)和0.3g5%的Pd-C催化剂溶于500ml甲苯溶剂中,在N2保护下加热至100℃,用含6%H2的氩气吹扫,GC跟踪反应,5~6h后反应结束,除去溶剂后减压精馏,得到155g产物。GC含量为98.5%,保留时间与标准品一致,收率为51%。
实施例2
(1)烯醛醇的制备
在0℃下,将44g环氧乙烷溶于对二甲苯中,配制成环氧乙烷甲苯溶液并低温保存。在反应烧瓶中加入56g丙烯醛,并用适量的对二甲苯溶解,边搅拌边向反应烧瓶加入76g三甲基磷,0.5h后,向反应体系逐滴加入配制好的环氧乙烷甲苯溶液,连续搅拌24h后反应结束。常压蒸出溶剂甲苯,后减压蒸出无色液状的产物烯醛醇82g,含量为97.1%,收率为79.8%。
(2)烯醛醇酯的制备
在反应烧瓶中加入94g乙酸酐,在常温下加入4.7g负载高碘酸的离子交换树脂(所用的离子交换树脂为Amberlyst15,用0.1M的高碘酸溶液浸泡12小时,沥干后得到),5min后逐渐升温至80℃,开始滴加烯醛醇82g,30min滴完,保温反应3h。经GC分析,至无烯醛醇残留时反应结束。降温至常温,滤去固体杂质,向体系中加入适量二氯甲烷进行萃取,并用10%的氢氧化钠溶液洗至中性,分出有机相,再用饱和食盐水洗涤二次,减压回收二氯甲烷后得到107g无色液状产物烯醛醇酯,含量97%,收率91.8%。
(3)五碳醛的制备
30g烯醛醇酯和0.03g5%的Pd-C催化剂溶于50ml甲苯溶剂中,在N2保护下加热至100℃,用含6%H2的氩气吹扫,GC跟踪反应,3~4h后反应结束,除去溶剂后减压精馏,得到15g产物。GC含量为98.2%,保留时间与标准品一致,收率为50%。
实施例3
(1)烯醛醇的制备
在0℃下,将44g环氧乙烷溶于甲苯中,配制成环氧乙烷甲苯溶液并低温保存。在反应烧瓶中加入56g丙烯醛,并用适量的甲苯溶解,边搅拌边向反应烧瓶加入250g三苯基膦,0.5h后,向反应体系逐滴加入配制好的环氧乙烷甲苯溶液,连续搅拌24h后反应结束。常压蒸出溶剂甲苯,后减压蒸出无色液状的产物烯醛醇65g,含量为95%,收率为62%。
(2)烯醛醇酯的制备
在反应烧瓶中加入75g乙酸酐,在常温下加入4g负载高碘酸的离子交换树脂(所用的离子交换树脂为Amberlyst15,用0.1M的高碘酸溶液浸泡12小时,沥干后得到),5min后逐渐升温至80℃,开始滴加烯醛醇65g,30min滴完,保温反应3h。经GC分析,至无烯醛醇残留时反应结束。降温至常温,滤去固体杂质,向体系中加入适量二氯甲烷进行萃取,并用10%的氢氧化钠溶液洗至中性,分出有机相,再用饱和食盐水洗涤二次,减压回收二氯甲烷后得到84g无色液状产物烯醛醇酯,含量97%,收率90.9%。
(3)五碳醛的制备
30g烯醛醇酯和0.03g5%的Pd-C催化剂溶于50ml甲苯溶剂中,在N2保护下加热至100℃,用含6%H2的氩气吹扫,GC跟踪反应,3~4h后反应结束,除去溶剂后减压精馏,得到14.6g产物。GC含量为97.9%,保留时间与标准品一致,收率为48.6%。
对比例1
(1)烯醛醇的制备
在0℃下,将44g环氧乙烷溶于甲苯中,配制成环氧乙烷甲苯溶液并低温保存。在反应烧瓶中加入56g丙烯醛,并用适量的甲苯溶解,边搅拌边向反应烧瓶加入106g四甲基乙二胺,0.5h后,向反应体系逐滴加入配制好的环氧乙烷甲苯溶液,连续搅拌24h后反应结束。常压蒸出溶剂甲苯,后减压蒸出无色液状的产物烯醛醇32g,含量为90%,收率为29%。
(2)烯醛醇酯的制备
在反应烧瓶中加入40g乙酸酐,在常温下加入2g负载高碘酸的离子交换树脂(所用的离子交换树脂为Amberlyst15,用0.1M的高碘酸溶液浸泡12小时,沥干后得到),5min后逐渐升温至80℃,开始滴加烯醛醇32g,30min滴完,保温反应3h。经GC分析,至无烯醛醇残留时反应结束。降温至常温,滤去固体杂质,向体系中加入适量二氯甲烷进行萃取,并用10%的氢氧化钠溶液洗至中性,分出有机相,再用饱和食盐水洗涤二次,减压回收二氯甲烷后得到40g无色液状产物烯醛醇酯,含量91%,收率87.9%。
(3)五碳醛的制备
30g烯醛醇酯和0.03g5%的Pd-C催化剂溶于50ml甲苯溶剂中,在N2保护下加热至100℃,用含6%H2的氩气吹扫,GC跟踪反应,3~4h后反应结束,除去溶剂后减压精馏,得到14.4g产物。GC含量为97.7%,保留时间与标准品一致,收率为48.0%。
Claims (9)
1.一种4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在有机溶剂中,膦试剂的作用下,环氧乙烷和丙烯醛发生Morita-Baylis-Hillman反应,得到烯醛醇;
所述的膦试剂的结构式为PR1R2R3,其中,R1、R2和R3独立地选自C1~C5烷基和苯基;
所述的烯醛醇的结构如式(Ⅱ)所示:
(2)将步骤(1)得到的烯醛醇与乙酰化试剂发生酰化反应,得到所述的烯醛醇酯;
所述的烯醛醇酯的结构如式(Ⅲ)所示:
(3)在双键转位催化剂和氢气的作用下,步骤(2)得到的烯醛醇酯发生双键转位反应,得到所述4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛;
步骤(1)中,所述的有机溶剂为苯、甲苯和对二甲苯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的膦试剂为三甲基膦、三丁基膦或者三苯基膦。
3.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的膦试剂为三甲基膦,所述的有机溶剂为甲苯。
4.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的丙烯醛、环氧乙烷和膦试剂的摩尔比为1:0.9~1.2:0.9~1.2。
5.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的Morita-Baylis-Hillman反应的温度为25~50℃。
6.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的乙酰化试剂为乙酸、乙酸酐或者乙酰氯。
7.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的酰化反应在催化剂的作用下进行,所述的催化剂为负载高碘酸的离子交换树脂。
8.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的双键转位催化剂为含Pd催化剂。
9.根据权利要求1所述的4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的双键转位反应在甲苯中进行。
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