CN115784859B - 一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种2‑羟基‑2‑环戊烯酮的制备方法。本发明提供了一种2‑羟基‑2‑环戊烯酮的制备方法，包括以下步骤：将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体；将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2‑羟基‑2‑环戊烯酮。本发明提供的制备方法以环戊酮为原料经羰基保护/溴化、脱保护/水解/氧化两步反应得到目标产物2‑羟基‑2‑环戊烯酮，各步反应操作简单，条件温和，经过羰基保护中间体稳定性好，适宜于工业化放大生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法。
背景技术
化合物2-羟基-2-环戊烯酮是用于工业化生产的主要原料，然而目前用于生产2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法的收率很低。例如专利TW2016/5834以环戊酮为原料，经溴化、水解/氧化两步反应制备得到2-羟基-2-环戊烯酮，但该合成路线中生成的第一步中间体2-溴环戊酮不稳定，导致2-羟基-2-环戊烯酮的收率低，两步反应的总收率为30％左右。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法，按照本发明提供的制备方法制备2-羟基-2-环戊烯酮具有较高的收率，其收率为53～59％。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法，包括以下步骤：
将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体；
将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。
优选的，所述环戊酮和乙二醇的质量比为1:4～20。
优选的，所述卤素包括氟、氯、或溴；
所述环戊酮和卤素的质量比为1:1.9～2.5。
优选的，所述第一一锅反应的温度为10～50℃，所述第一一锅反应的时间为0.5～10h。
优选的，所述第一一锅反应后还包括：
将碳酸钠、硫代硫酸钠溶解于水，得到混合溶液；
将第一一锅反应得到的体系和所述混合溶液混合后进行萃取，得到有机相；所述萃取用萃取剂包括石油醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、***、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯中的一种或多种；
将所述有机相浓缩，得到中间体；所述浓缩的温度为10～50℃。
优选的，所述可溶性金属盐催化剂包括三价铁盐和/或二价铜盐。
优选的，所述三价铁盐包括氯化铁、溴化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或多种；
所述二价铜盐包括硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种。
优选的，所述中间体和可溶性金属盐催化剂的质量比为1:2～5；
所述中间体和水的质量比为1:10～30。
优选的，所述第二一锅反应的温度为70～100℃，所述第二一锅反应的时间为2～10h。
优选的，所述第二一锅反应后还包括：
将所述第二一锅反应得到的体系降温后和二氯甲烷、活性炭混合，得到悬浊液；
将所述悬浊液进行固液分离，得到液相部分；
将所述液相部分进行分液，得到有机相；
将所述有机相浓缩后进行柱层析，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。
本发明提供了一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法，包括以下步骤：
将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体；
将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。本发明提供的制备方法以环戊酮为原料经羰基保护/溴化、脱保护/水解/氧化两步反应得到目标产物2-羟基-2-环戊烯酮，各步反应操作简单，条件温和，经过羰基保护得到的中间体具有良好稳定性，适宜于工业化放大生产。按照本发明提供的制备方法制备2-羟基-2-环戊烯酮具有较高的收率，其收率为53～59％。
具体实施方式
本发明提供了一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法，包括以下步骤：
将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体；
将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。
本发明将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体。在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：
将环戊酮溶解于乙二醇，得到环戊酮的乙二醇溶液；
向所述环戊酮的乙二醇溶液中滴加卤素，得到待反应溶液。
本发明将环戊酮溶解于乙二醇，得到环戊酮的乙二醇溶液。在本发明中，所述环戊酮和乙二醇的质量比优选为1:4～20，更优选为1:8～12。本发明对所述溶解无特殊要求，只要能够溶解完全即可。
得到环戊酮的乙二醇溶液后，本发明向所述环戊酮的乙二醇溶液中滴加卤素，得到待反应溶液。在本发明中，所述卤素优选包括氟、氯、或溴，更优选为溴。在本发明中，所述环戊酮和卤素的质量比优选为1:1.9～2.5，更优选为1:2～2.4。在本发明中，所述滴加过程中体系的温度优选低于35℃，更优选为28～30℃。本发明在滴加卤素过程中会发热，本发明对所述滴加的速率无特殊要求，只要能够使体系温度低于35℃即可。
在本发明中，所述第一一锅反应的温度优选为10～50℃，更优选为20～40℃；所述第一一锅反应的时间优选为0.5～10h，更优选为1～2h。在本发明中，所述第一一锅反应的时间优选从卤素滴加完毕后开始计算。在本发明中，所述第一一锅反应中乙二醇与环戊酮中酮基反应进行羰基保护，同时卤素与环戊酮发生取代反应生成2-卤素取代。在本发明中，所述第一一锅反应得到的产物为中间体，所述中间体优选为环醚。
在本发明中，以卤素为溴为例所述第一一锅反应的方程式如式1所示：
在本发明中，所述第一一锅反应后优选还包括：
将碳酸钠、硫代硫酸钠溶解于水，得到混合溶液；
将第一一锅反应得到的体系和所述混合溶液混合后进行萃取，得到有机相；所述萃取用萃取剂包括石油醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、***、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯中的一种或多种；
将所述有机相浓缩，得到中间体；所述浓缩的温度为10～50℃。
本发明将碳酸钠、硫代硫酸钠溶解于水，得到混合溶液。在本发明中，所述水优选包括纯化水、蒸馏水或去离子水，更优选为蒸馏水。在本发明中，所述碳酸钠和环戊酮的质量比优选为15～20:1，更优选为17～18:1。在本发明中，所述硫代硫酸钠和卤素的质量比优选为1:10～12，更优选为1:11。在本发明中，所述水和环戊酮的质量比优选为10～20:1，更优选为14～18:1。本发明对所述溶解无特殊要求，只要能够溶解完全即可。
在本发明中，所述碳酸钠的作用是中和第一一锅反应生成的酸，硫代硫酸钠的作用是除去反应过量的卤素。
得到混合溶液后，本发明将第一一锅反应得到的体系和所述混合溶液混合后进行萃取，得到有机相。本发明在混合前优选将所述混合液降温至0℃；降温至0℃能够对第一一锅反应得到的体系进行降温，淬灭反应得到稳定的中间体。
在本发明中，所述萃取用萃取剂优选包括石油醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、***、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯中的一种或多种，更优选为石油醚和/或甲基叔丁基醚。本发明对所述混合无特殊限定，只要能够混合均匀即可。
在本发明中，所述萃取优选包括以下步骤：
将第一一锅反应得到的体系和所述混合溶液混合后进行第一萃取，分别得到第一有机相和第一水相；
对所述水相进行第二萃取，得到第二有机相；
将第一有机相和第二有机相合并，得到有机相。
得到有机相后，本发明将所述有机相浓缩，得到中间体。本发明在浓缩前优选将有机相进行水洗；所述水洗为将有机相和水混合后分液。在本发明中，所述水洗的次数优选为2～4次，更优选为2～3次。本发明优选将水洗后有机相和无水硫酸钠混合进行干燥。本发明优选将干燥后的有机相过滤后进行浓缩。在本发明中，所述浓缩的温度优选为10～50℃，更优选为20～40℃。本发明对所述浓缩的时间无特殊要求，只要能够除去溶剂即可。
得到中间体后，本发明将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：
将可溶性金属盐催化剂溶解于水中，得到催化剂溶液；
将中间体和所述催化剂溶液混合，得到待反应溶液。
本发明将可溶性金属盐催化剂溶解于水中，得到催化剂溶液。在本发明中，所述可溶性金属盐催化剂优选包括三价铁盐和/或二价铜盐，更优选为三价铁盐或二价铜盐，更进一步优选为三价铁盐。在本发明中，所述三价铁盐优选包括氯化铁、溴化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或多种，更优选为氯化铁或硫酸铁。在本发明中，所述二价铜盐优选包括硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种，更优选为硫酸铜。在本发明中，所述催化剂溶液的质量浓度优选为100～500g/L，更优选为100～350g/L。在本发明中，所述可溶性金属盐催化剂起催化剂作用的同时起氧化的作用。
在本发明中，所述溶解的温度优选为75～95℃，更优选为85℃。
得到催化剂溶液后，本发明将中间体和所述催化剂溶液混合，得到待反应溶液。在本发明中，所述中间体和可溶性金属盐催化剂的质量比优选为1:2～5，更优选为1:3.2～4.9。在本发明中，所述中间体和水的质量比优选为1:10～30，更优选为1:15～20。本发明对所述混合无特殊要求，只要能够混合均匀即可。
在本发明中，所述第二一锅反应的温度优选为70～100℃，更优选为80～90℃；所述第二一锅反应的时间优选为2～10h，更优选为5～8h。
在本发明中，所述第二一锅反应中包括羰基脱保护反应，水解反应和氧化反应；水解反应将卤代取代为羟基；氧化反应为生成双键。
在本发明中，以卤素为溴为例所述第二一锅反应的方程式如式2所示：
在本发明中，所述第二一锅反应后优选还包括：
将所述第二一锅反应体系降温后和二氯甲烷、活性炭混合，得到悬浊液；
将所述悬浊液进行固液分离，得到液相部分；
将所述液相部分进行分液，得到有机相；
将所述有机相浓缩后进行柱层析，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。
本发明将所述第二一锅反应体系降温后和二氯甲烷、活性炭混合，得到悬浊液。在本发明中，所述降温后体系的温度优选低于30℃，更优选为20～25℃。在本发明中，所述中间体的质量和二氯甲烷的体积比优选为930～1000g:8300～9000mL，更优选为980g:9000mL。在本发明中，所述中间体和活性炭的质量比优选为930～1000:80～90。本发明对所述混合无特殊限定，只要能够混合均匀即可。
在本发明中，所述活性炭起吸附杂质的作用，同时也起到助滤作用。
得到悬浊液后，本发明将所述悬浊液进行固液分离，得到液相部分。在本发明中，所述固液分离优选为过滤，所述过滤优选在滤纸或滤布表面垫铺硅藻土。过滤后优选利用二氯甲烷洗涤滤饼。在本发明中，所述硅藻土可防止活性炭穿透滤纸或滤布，也起到助滤作用。
得到液相部分后，本发明将所述液相部分进行分液，得到有机相。本发明优选利用二氯甲烷提取分液得到的水相中残留的2-羟基-2-环戊烯酮。
得到有机相后，本发明将所述有机相浓缩后进行柱层析，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。在本发明中，所述浓缩的温度优选为10～50℃，更优选为20～40℃。本发明对所述浓缩无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。在本发明中，所述柱层析用层析柱优选为硅胶柱，所述硅胶柱中硅胶的粒径优选为200～300目。在本发明中，所述柱层析用洗脱剂优选为二氯甲烷。
本发明优选将柱层析得到层析液而进行浓缩，得到2-羟基-2-环戊烯酮。本发明对所述浓缩无特殊要求，只要能够除去溶剂即可。
本发明优选对浓缩产品进行重结晶，所述重结晶用溶剂优选为甲基叔丁基醚或石油醚。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
第一步：将500g环戊酮溶解于4000mL乙二醇，得到环戊酮的乙二醇溶液；向环戊酮的乙二醇溶液中滴加1000g溴，滴加过程控制体系温度低于35℃，滴加完毕后，于30℃进行第一一锅反应2h，TLC(PE/EA＝20:1)显示反应结束；
将850g碳酸钠和100g硫代硫酸钠溶解于8000mL纯水，得到混合溶液；将混合溶液降温至0℃；将第一一锅反应得到的体系和降温后溶液混合后利用5000mL石油醚萃取得到第一有机相和第一水相；利用2500mL甲基叔丁基醚对第一水相进行萃取，得到第二有机相；将第一有机相和第二有机相合并得到有机相，用3000mL纯水对有机相进行2次水洗后；利用无水硫酸钠对水洗后的有机相进行干燥，过滤后将过滤得到的滤液于50℃浓缩得到蓝绿色液体中间体980g，收率为80％；
第二步：将4770g硫酸铁于95℃溶解于15L纯水，得到催化剂溶液；将催化剂溶液和980g中间体混合，于95℃下进行第二一锅反应5h；
将第二一锅反应得到的体系降温至25℃后和8300mL二氯甲烷、80g活性炭搅拌20min；将混合后悬浊液进行过滤(滤布表面垫铺硅藻土)，用8300L二氯甲烷漂洗滤饼；将滤液和漂洗液合并后静置、分液；用二氯甲烷4000mL对分液得到的水相进行16次提取；将分液得到的有机相和提取得到的有机相合并后利用无水硫酸钠干燥，过滤，将滤液浓缩至剩余约2L，以二氯甲烷作为洗脱剂进行柱层析(硅胶柱内含有600g粒径为200～300目的硅胶)；将层析液浓缩至无馏出得粗品300g，用甲基叔丁基醚重结晶得类白色固体2-羟基-2-环戊烯酮250g；
利用气相色谱GC检测2-羟基-2-环戊烯酮的纯度>99％，计算得到收率为53％。
利用质谱检测制备得到的2-羟基-2-环戊烯酮，其结果为：1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ＝6.57(1H,t),δ＝5.78(1H,s),δ＝2.53(2H,q)，δ＝2.46(2H,t)。
实施例2
第一步：将500g环戊酮溶解于6000mL乙二醇，得到环戊酮的乙二醇溶液；向环戊酮的乙二醇溶液中滴加1100g溴，滴加过程控制体系温度低于35℃，滴加完毕后，于20℃进行第一一锅反应2h，TLC(PE/EA＝20:1)显示反应结束；
将850g碳酸钠和100g硫代硫酸钠溶解于10000mL纯水，得到混合溶液；将混合溶液降温至0℃；将第一一锅反应得到的体系和降温后溶液混合后利用5000mL石油醚萃取得到第一有机相和第一水相；利用2500mL甲基叔丁基醚对第一水相进行萃取，得到第二有机相；将第一有机相和第二有机相合并得到有机相，用3000mL纯水对有机相进行2次水洗后；利用无水硫酸钠对水洗后的有机相进行干燥，过滤后将过滤得到的滤液于50℃浓缩得到蓝绿色液体中间体930g，收率为76％；
第二步：将3000g氯化铁于85℃溶解于18L纯水，得到催化剂溶液；将催化剂溶液和930g中间体混合，于85℃下进行第二一锅反应5h；
将第二一锅反应得到的体系降温至25℃后和9000mL二氯甲烷、90g活性炭搅拌20min；将混合后悬浊液进行过滤(滤布表面垫铺硅藻土)，用9000L二氯甲烷漂洗滤饼；将滤液和漂洗液合并后静置、分液；用二氯甲烷5000mL对分液得到的水相进行16次提取；将分液得到的有机相和提取得到的有机相合并后利用无水硫酸钠干燥，过滤，将滤液浓缩至剩余约3L，以二氯甲烷作为洗脱剂进行柱层析(硅胶柱内含有700g粒径为200～300目的硅胶)；将层析液浓缩至无馏出得粗品350g，用石油醚重结晶得类白色固体2-羟基-2-环戊烯酮260g；
利用气相色谱GC检测2-羟基-2-环戊烯酮的纯度>99％，计算得到收率为57％。
利用质谱检测制备得到的2-羟基-2-环戊烯酮，其结果为：1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ＝6.57(1H,t),δ＝5.78(1H,s),δ＝2.53(2H,q)，δ＝2.46(2H,t)。
实施例3
第一步：将500g环戊酮溶解于4000mL乙二醇，得到环戊酮的乙二醇溶液；向环戊酮的乙二醇溶液中滴加1200g溴，滴加过程控制体系温度低于35℃，滴加完毕后，于40℃进行第一一锅反应1h，TLC(PE/EA＝20:1)显示反应结束；
将850g碳酸钠和100g硫代硫酸钠溶解于10000mL纯水，得到混合溶液；将混合溶液降温至0℃；将第一一锅反应得到的体系和降温后溶液混合后利用5000mL石油醚萃取得到第一有机相和第一水相；利用2500mL甲基叔丁基醚对第一水相进行萃取，得到第二有机相；将第一有机相和第二有机相合并得到有机相，用3000mL纯水对有机相进行2次水洗后；利用无水硫酸钠对水洗后的有机相进行干燥，过滤后将过滤得到的滤液于50℃浓缩得到蓝绿色液体中间体1000g，收率为82％；
第二步：将2000g硫酸铜于75℃溶解于20L纯水，得到催化剂溶液；将催化剂溶液和1000g中间体混合，于75℃下进行第二一锅反应2h；
将第二一锅反应得到的体系降温至25℃后和9000mL二氯甲烷、90g活性炭搅拌20min；将混合后悬浊液进行过滤(滤布表面垫铺硅藻土)，用9000L二氯甲烷漂洗滤饼；将滤液和漂洗液合并后静置、分液；用二氯甲烷5000mL对分液得到的水相进行16次提取；将分液得到的有机相和提取得到的有机相合并后利用无水硫酸钠干燥，过滤，将滤液浓缩至剩余约3L，以二氯甲烷作为洗脱剂进行柱层析(硅胶柱内含有1000g粒径为200～300目的硅胶)；将层析液浓缩至无馏出得粗品400g，用甲基叔丁基醚重结晶得类白色固体2-羟基-2-环戊烯酮290g；
利用气相色谱GC检测2-羟基-2-环戊烯酮的纯度>99％，计算得到收率为59％。
利用质谱检测制备得到的2-羟基-2-环戊烯酮，其结果为：1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ＝6.57(1H,t),δ＝5.78(1H,s),δ＝2.53(2H,q)，δ＝2.46(2H,t)。
由实施例结果可知，按照本发明提供的制备方法能够制备得到2-羟基-2-环戊烯酮，且具有较高的收率。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (4)
1.一种2-羟基-2-环戊烯酮的制备方法，包括以下步骤：
将环戊酮、乙二醇和卤素混合进行第一一锅反应，得到中间体；所述环戊酮和乙二醇的质量比为1:4～20；所述卤素选自氟、氯或溴，所述环戊酮和卤素的质量比为1:1.9～2.5；
将所述中间体、可溶性金属盐催化剂和水混合进行第二一锅反应，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮；所述可溶性金属盐催化剂选自三价铁盐和/或二价铜盐；
所述第一一锅反应的温度为10～50℃，所述第一一锅反应的时间为0.5～10h；所述第一一锅反应后还包括：
将碳酸钠、硫代硫酸钠溶解于水，得到混合溶液；
将第一一锅反应得到的体系和所述混合溶液混合后进行萃取，得到有机相；所述萃取用萃取剂选自石油醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、***、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯中的一种或多种；
将所述有机相浓缩，得到中间体；所述浓缩的温度为10～50℃；
所述第二一锅反应的温度为70～100℃，所述第二一锅反应的时间为2～10h。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述三价铁盐选自氯化铁、溴化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或多种；
所述二价铜盐选自硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述中间体和可溶性金属盐催化剂的质量比为1:2～5；
所述中间体和水的质量比为1:10～30。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第二一锅反应后还包括：
将所述第二一锅反应得到的体系降温后和二氯甲烷、活性炭混合，得到悬浊液；
将所述悬浊液进行固液分离，得到液相部分；
将所述液相部分进行分液，得到有机相；
将所述有机相浓缩后进行柱层析，得到所述2-羟基-2-环戊烯酮。
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