羟醛缩合反应及其催化剂的利记博彩app

专利名称：羟醛缩合反应及其催化剂的利记博彩app
羟醛縮合反应及其催化剂 本发明涉及一种用于交叉羟醛縮合反应的新方法，所述方法采用具有-
CH2N"(CH3)3活性基团的强碱性阴离子大网络聚合树脂作为非均相催化
剂。该催化剂是可回收的，该方法可以重复若干次。
羟醛縮合反应在生产用于合成一些商业上重要产物所需要的中间体上
很重要。使酮和/或醛加成以获得羟醛(aldol) (/3-羟基酮)是一个公知的 反应。使所得羟醛脱水以获得o;/3-不饱和酮也是已知的。随后，可以对该 不饱和酮进行催化氢化，从而得到相应的饱和度更高的酮。然而，本领域 技术人员已知上述原料、上述中间体/3-羟基酮以及c^-不饱和酮非常活 泼，它们易于与起始酮、醛以及自身和其它酮、醛副产物进行进一步连续 的非选择性的縮合、环化和Michael型加成反应。
现有技术中已经公开了一些方法来进行羟醛縮合反应。这些方法例如 包括在诸如WO2004041764或CN 1202065中公开的均相碱催化羟醛縮合 反应。然而，均相催化的羟醛縮合反应具有盐含量较高的缺陷，通常会不 令人希望地污染最终产物。非均相催化反应也被公开作为用于催化羟醛縮 合反应的通用方法。非均相催化因为其简单性而在化学工业中非常重要， 因为催化剂可以通过过滤除去。
业已描述了各种阴离子交换树脂来催化羟醛縮合反应，例如用于縮合 柠檬醛和丙酮的强碱性聚苯乙烯阴离子交换树脂[Z. Nengfang; L., Guiyim. Lizi Jiaohuan Yu Xifo: (1991), 7(2)， 142-146， L. Tianhua等人Jiangsu Shiyou Huagong Xueyuan Xuebao (1998), 10(1), 15-18]或者担载氟离子的阴离子交 换树脂[Lin, Hong-wei. Hecheng Huaxue (2004), 12(4), 402-404]。然而，未给 出关于催化剂性质的详细信息。
PL 147748公开了一种通过如下制备紫罗兰酮和甲基紫罗兰酮的方 法采用弱碱性阴离子交换剂催化剂使柠檬醛与丙酮或甲基乙基甲酮(2-丁酮)縮合。然而，该催化剂具有凝胶结构，从而不能多次回收使用。
Tianran Chanwu Yanjiu Yu Kaifa (1997), 9(3), 59-64公开了大孔强碱离 子交换树脂用于制备假紫罗兰的用途。然而，离子交换剂的需要量很大并 且其寿命很短，所以这个方法并不经济。
因此，需要一种简单、经济、选择性较高且环境友好的方法，该方法 允许形成高产率、高纯度的羟醛縮合产物，允许通过简单的工业方法回收 催化剂，并且采用重复使用催化剂仍能够保证产率和工艺条件不变稳定。
在大量筛查研究后，令人惊讶地发现本发明的目的通过如下实现使 用具有季铵基团作为活性位点的强碱性阴离子大网络聚合树脂作为催化剂
来实施羟醛縮合反应，具体催化剂具有10-100 m2/g、优选20-50 m2/g、具 体30 m2/g的表面积和200-500 A、具体290-300 A的平均孔径。
因此，本发明涉及一种用于制备c^3-不饱和酮的方法，所述方法包括 如下步骤
使式(1)的醛与式(2)的酮
其中，Rl、 R2和R3各自独立地表示氢，具有1至20个碳原子的饱和的 或不饱和的、支化的或非支化的烃基，或具有4至12个碳原子的环烷 基，其可选被例如一个或若干个甲氧基取代，
在强碱性阴离子大网络聚合树脂的存在下进行反应，所述聚合树脂具
有
a) -012:^(013)3型季铵基团作为活性位点
b) 10-100 m2/g、优选20-50 mVg的表面积，具体30 m2/g的表面积，禾口
c) 200-500 A、具体290-300 A的平均孔径。
以下，根据本发明的强碱性阴离子大网络聚合树脂被简称为"固体催 化剂"。
令人惊讶地发现，在柠檬醛的情况下，采用不对称甲基酮可以实现高
人
5选择性的对甲基的加成。因此，在优选的实施方式中，本发明涉及一种以
上概述的用于制备o;/3-不饱和酮的方法，其中所述醛是柠檬醛，R3是甲 基，R2选自具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、支化的或非支化 的烃基，或具有4至12个碳原子的环烷基，其可选被例如一个或若干个 甲氧基取代。
以下示意图阐述了根据本发明的羟醛縮合反应，其中括号中的化合物 过渡作为中间体。
<formula>formula see original document page 6</formula>
酮与醛加成形成中间体羟醛(/3-羟基酮)，该中间体原位脱水形成相 应的cg3-不饱和酮。这个反应通过本发明的固体催化剂催化。
在另一优选实施方式中，本发明涉及一种用于制备式(3)的c^-不饱 和酮的方法，
所述方法包括使式(4)的垸基酮与式(5)的醛进行反应 O
<formula>formula see original document page 6</formula>(5)
其中，R4代表具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、线性的或 支化的烃基，优选具有1至10个碳原子的饱和的或不饱和的烃基，更优 选具有1至5个碳原子(即l、 2、 3、 4或5个碳原子)的饱和烃基，
R5代表氢、具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、线性的或支 化的烃基或具有4至12个碳原子的环烷基，其可选被例如一个或若干个 甲氧基或醚基取代，优选R5代表氢，n代表0至4的数字，优选0至2，并且
其中虚线各自独立地表示饱和键或双键，如果虚线表示双键，那么其 可以位于两个所指出位置的其中之一上；并且
其中所述方法在强碱性阴离子大网络聚合树脂的存在下实施，所述聚 合树脂具有
a) 《112^1+((:113)3型季铵基团作为活性位点，
b) 10-100 m2/g、优选20-50 m2/g的表面积，具体30 m2/g的表面积，
和
c) 200-500 A、具体290-300 A的平均孔径。
上述方法中特别优选的是，其中R4是具有1至5个碳原子的线性的 饱和烃基，n表示1至2的数字，所述强碱性阴离子大网络聚合树脂的反 离子是OH.。最优选地，醛是柠檬醛，R4是具有l至5个碳原子的线性的 饱和烃基，n表示1至2的数字，所述强碱性阴离子大网络聚合树脂的反 离子是OH—。
在本发明的所有实施方式中，优选地催化剂在反应终止后通过过滤回 收，可选用醇(优选乙醇)洗涤，并重新使用在随后的反应循环中。优选 地，采用回收的催化剂重复至少一次本发明的包含回收固体催化剂的方 法，甚至更优选地，该催化剂在本发明的方法中重复使用2至10次，例 如2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9或10次，具体使用4次。
在本发明所有实施方式中，固体催化剂优选为基于包含-CH2N^CH3)3 基团作为活性位点的交联苯乙烯二乙烯基苯共聚物的强碱性阴离子大网络 聚合树脂。带正电的本发明固体催化剂的反离子可以选自任意带负电的离 子，诸如C1—、 Br—或OH—。在本发明的所有实施方式中，反离子优选为 OH—。活性位点的浓度优选> 0.7 eq/L，最优选2 0.8 eq/L。用于本发明方 法中的固体催化剂可以通过本领域普通技术人员已知的方法制造，或例如 可得自Rohm & Haas的商品Amberlyst 26 OH或Ambersep 900。
适用于本发明方法的酮包括但不限于丙酮、甲基乙基甲酮(2-丁 酮)、二乙基甲酮(3-戊酮)、甲基丙基甲酮(即2-戊酮)、3-甲基丁醛(即异戊醛)、甲基正丁基甲酮(2-己酮)、甲基异丁基甲酮、甲基叔丁基甲酮。优选地，酮选自丙酮、2-戊酮或2-丁酮。用于本方法的示例性醛包括但不限于多聚甲醛、3-甲基丁醛、3-甲基 巴豆醛、庚醛、柠檬醛、3,7-二甲基-2-辛醛或3，7-二甲基-1-辛醛。本发明 的优选醛为多聚甲醛、庚醛、3-甲基丁醛和柠檬醛。在另一优选实施方式中，本发明涉及一种其中式(5)的醛是柠檬醛 的上述根据本发明的方法。此外，本发明的方法特别适于实施如下示意图所示的柠檬醛(式(5)n = l)与丙酮(式(4) R4 =甲基，R5 =氢)的羟醛縮合从而得到iK-紫罗兰酮(式(3) R4二甲基，115 =氢，n=l);柠檬醛(式(5) n = 1)与2-戊酮(式(4) R4 =丙 基，R5 =氢)的羟醛縮合从而得到8，12-二甲基-5,7,11-十三碳三烯-4-酮(式 (3)114 =丙基，R5-氢，n=l);以及3-甲基丁醛(式(5)11 = 0)与丙酮的羟 醛縮合从而得到6-甲基-庚-3-烯-2-酮(式(3)R4:甲基，R5^氢，n = 0)。3-甲基丁醛 丙酮 6-甲基-庚-3-烯-2-酮v)z-紫罗兰酮、8,12-二甲基-5,7,11冲三碳三烯-4-酮以及6-甲基-庚-3-烯-2-酮是维生素和香料的重要中间体，例如为用于生产木材酮、香叶醇、橙 花醇、香叶基丙酮、橙花基丙酮、里哪醇、二氢里哪醇、异甲基紫罗兰酮 (isonaline)、维生素E、维生素A和/3-胡罗卜素的重要中间体。因此，在具体实施方式
中，本发明涉及一种具有本文中所列举的所有 优选方式和定义的本发明方法，其中烷基酮和醛选自如下(i) 柠檬醛和丙酮和/或(ii) 拧檬醛和2-戊酮禾口/或(iii) 柠檬醛和二乙基甲酮和/或(iv) 柠檬醛和2-丁酮禾口/或(v) 3-甲基丁醛和丙酮和/或(vi) 3-甲基丁醛和2-丁酮和/或(vi) 3-甲基丁醛和2-戊酮和/或(vii) 庚醛和2-丁酮和/或(viii) 庚醛和丙酮。本发明方法的具体益处在于，使用固体催化剂显示出人意料的稳定 性并且允许通过过滤简单再生。因此，固体催化剂可以重复使用同时保持 其活性。在过滤后，固体催化剂可以通过本领域普通技术人员已知的方法 再生。例如，可以通过用极性溶剂(诸如甲醇或乙醇)洗涤，然后用水性 NaOH (例如1MNaOH)进行处理使固体催化剂再生。在碱性处理后，用 水洗涤催化剂直到洗脱液呈中性，然后用极性溶剂(诸如具体为乙醇)洗 涤。此后，固体催化剂备用于本发明的方法。催化剂可以原样使用，或者可以在使用前使其悬浮。在本发明的优 选实施方式中，固体催化剂悬浮在极性溶剂中，诸如悬浮在甲醇或乙醇 中，具体悬浮在乙醇中。反应终止后，可以通过简单的技术手段(诸如过 滤或倾析(decantation))回收催化剂。固体催化剂在本发明方法中的用量基于醛的用量。通常，固体催化 剂的用量被选择为相对于醛在15至50 moiy。的范围内，优选在20至40 mol% 的范围内，具体在25至35moP/。的范围内，更具体为33%。所用moP/。催化 剂根据活性位点计算。上述固体催化剂的用量足以获得高产率的所需产 物。本发明的方法可以在没有额外溶剂的情况下或在额外溶剂的存在下 实施。适用于羟醛縮合反应的溶剂是极性质子溶剂，例如甲醇或乙醇。优选地，该反应采用乙醇实施。在另一优选的实施方式中，该反应在无溶剂 下实施。酮与醛的比值对于该反应并不重要，其可以在宽范围内变化，但是 为了实现相对于醛的高产物选择性，酮通常为过量组分。如果醛与酮的摩 尔比为l: 0.5至1: 50，优选为l: l至l: 30，最优选为l: 3至1: 10，具体 为l: 4至1: 8，最具体为l: 8，那么得到良好的结果。有利地，过量酮用 在本发明的方法中。该反应可以在各种温度、压力下进行，最佳条件由所用原料决定。一般而言，反应温度可以在-20至10(TC之间变化。优选地，选择反应温度 在20至6(TC的范围内，具体在40至6(TC的范围内，具体为6(TC。压力可以 在0.1至100bar绝对压力之间变化。优选地，该反应在环境压力下实施。根据本发明的方法原则上在任何适于非均相催化反应的反应器中进 行。作为实例(但不是进行一般性限制)的如下所述悬浮反应器、搅拌 罐、搅拌级联罐(stirred tank cascade)、管式反应器、壳型反应器、壳管 反应器、固定床反应器、流化床反应器、反应性蒸馏塔。通过以下实例进一步阐述本发明，但本发明并不局限于此。实例l将多聚甲醛(63.3 mmol， l当量)、丙酮(26当量)和25 wt% (基 于多聚甲醛)Amberlyst A 26 OH在圆底烧瓶中进行混合，然后将烧瓶置于 油浴中预热至50。C。然后将反应混合物搅拌23.5小时，过滤并进行分析， 得到10%的羟基丁-2-酮产率。重复相同的反应，但使用25 wt,% (基于多聚甲醛)Ambersep 900 OH，得到13%的4-羟基丁-2-酮产率。使用弱碱性阴离子交换剂(诸如AmberiitelRA-96)根本没有转化。实例2将3 g Amberlyst A 26 OH在50 ml乙醇中搅拌15分钟。轻轻倒出溶 剂，在添加50ml乙醇后，将反应混合物分别加热至4(rC和6(TC。将柠檬醛表l中所示的指定摩尔比) 一次性加入，然后将反应混合物在4(TC/6(TC下搅拌3小时。轻轻倒出反应 混合物，用25 ml乙醇洗涤离子交换剂两次。将合并的有机相在4(TC、 30 mbar下真空浓縮。假紫罗兰酮的产率列在下表中。催化剂重新用于各次反 应，而未进行进一步处理。表l次 w， 数丙酮柠檬醛1:1*丙酮柠檬醛4:1*丙酮柠檬醛8:1*产率[%] 40°C产率[%] 60。C产率[%] 40。C产率[%] 60。C产率[%] 40。C产率[%] 60。C123505462666821838536065673133246606269461732624977510393643*摩尔量比值采用弱碱性阳离子交换树脂(即Amberlite IRA-96)重复进行如上所 述的采用柠檬醛和丙酮进行的反应。然而，根本不能实现转化。实例3将柠檬醛(6.00 g， 91.4%, 36.02 mmol)和丙酮(9.28 g, 99.5 %， 158.98 mmol)放置在氩气下的2口烧瓶中。添加Ambersep 900 OH (1.08 g)，并将反应混合物在62'C下搅拌2.5小时。反应后，过滤反应混合物并 用丙酮洗涤离子交换剂一次。将合并的有机相在4(TC、 30 mbar下真空浓 縮，从而得到74%假紫罗兰酮。采用由以上回收但未进行进一步处理的催 化剂重复该反应，在第二次反应中得到75%的假紫罗兰酮。实例4将柠檬醛(2.00 g, 95.0%, 12.5 mmol)和2-戊酮(4.80 g, 99.0%, 55,2 mmol)在氩气下、在2口烧瓶中60'C下搅拌。在添加Ambersep 900 OH (360 mg)后，将混合物在60'C下搅拌21小时。过滤反应混合物，用2-戊 酮洗漆一次，然后真空浓縮，从而得到95%的8,12-二甲基-十三碳-5，7,11-三烯-4-酮(选择性98%)。
iH醫丽R (300 MHz， CDC13): 5 = 7.47 (dd, 11.5 Hz, 14.2 Hz, HC(6)); 7.44 (dd, /= 11.5 Hz, 15.2 Hz， HC(6)); 6.11 (d, /= 15.3 Hz, HC(5)或HC(7)); 6.07 (d,/= 15.2 Hz, HC(5)或HC(7)); 5.99 (d,11.4 Hz, HC(5)或HC(7)); 5.12 (m, HC(ll)); 2.53 (t, /= 7.3 Hz, H2C(3)或H2C(9)); 2.52 (t, J= 7.2 Hz, H2C(3)或H2C(9)); 2.32 (t, /= 7.9 Hz, H2C(3)或H2C(9)); 2.16 (s, CH3), 1.90 (s, CH3)， 1.68 (m, CH2， H2C(2)和H2C(10)); 1.61 (s, CH3)， 0.95 (t, J= 7.4 Hz, H3C(1》；
13C-NMR (75 MHz, CDC13): S = 201.0 (CO)， 150.9 (C=C), 150.9 (C=C), 138.6 (C=C), 138.4 (C=C), 132.6 (C=C), 132.2 CC=C)， 127.6 CC=C), 127.4 (C=C), 124.7 (C=C), 123.8 (C=C), 123.3 (C=C), 123.2 (C=C), 42.8, 42.7， 40.4， 33.0， 26.9, 26.3， 25.7, 24.6， 18.0, 17.9, 17.7, 17.5, 13.9。
实例5
将3-甲基丁醛(异戊醛)(2.00 g, 98.0%, 22.8 mmol)和丙酮(5.40 g: 99.5%， 92.5 mmol)在氩气下、在2口烧瓶中6(TC下搅拌。在添加Amberlyst A26(OH) (370 mg)后，将混合物在6(TC下搅拌200分钟。过滤反应混合 物，用丙酮洗涤一次，然后真空浓縮，从而得到18%的6-甲基-庚-3-烯-2-酮 (选择性20%)和64%的4-羟基-6-甲基庚-2-酮(选择性73%)。
权利要求
1.一种用于制备α，β-不饱和酮的方法，所述方法包括如下步骤使式(1)的醛与式(2)的酮其中，R1、R2和R3各自独立地表示氢，具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、线性的或支化的烃基，或具有4至12个碳原子的环烷基，其可选被例如一个或若干个甲氧基取代，在强碱性阴离子大网络聚合树脂的存在下进行反应，所述聚合树脂具有a)-CH2N+(CH3)3型季铵基团作为活性位点b)10-100m2/g、优选20-50m2/g的表面积，和c) id="icf0002" file="A2008800184500002C2.tif" wi="21" he="4" top= "138" left = "41" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的平均孔径。
2. 如权利要求1所述的方法，其中R3是甲基。
3. 如权利要求1或2所述的方法，用于制备式(3) cg3-不饱和酮，<formula>formula see original document page 2</formula>所述方法包括使式(4)的垸基酮与式(5)的醛进行反应 O<formula>formula see original document page 2</formula>其中，R4代表具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、线性的或 支化的烃基，和R5代表氢、具有1至20个碳原子的饱和的或不饱和的、线性的或支化的烃基或具有4至12个碳原子的环垸基，其可选被例如一个或若干个甲氧基或醚基取代，和n代表0至4的数字，以及虚线各自独立地表示饱和键或双键。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，R4是具有1至5个碳原子的线性饱和烃基。
5. 如权利要求3或4所述的方法，其中，n表示l至2的数字。
6. 如权利要求3至5中任意一项所述的方法，其中，所述式(5)的醛是柠檬醛。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述垸基酮选自丙酮、2-戊酮、二乙基甲酮或2-丁酮。
8. 如权利要求l所述的方法，其中，所述醛是3-甲基丁醛，所述垸基酮选自丙酮、2-丁酮或2-戊酮。
9. 如权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中，所述碱性阴离子大网络聚合树脂具有30 m2/g的表面积和290-300人的平均孔径。
10. 如权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中，所述强碱性阴离子大网络聚合树脂是基于交联聚苯乙烯二乙烯基苯共聚物的树脂。
11. 如权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中，所述强碱性阴离子大网络聚合树脂的反离子是0H—。
12. 如权利要求1至11中任意一项所述的方法，其中，所述醛与所述酮的摩尔比在l: 3至1: IO的范围内，具体在l: 4至1: 8的范围内，最具体为1: 8。
13. 如权利要求1至12中任意一项所述的方法，其中，所述强碱性阴离子大网络聚合树脂被过滤并被重新使用在随后的反应循环中。
14. 如权利要求1至13中任意一项所述的方法，其中，使用回收的固体催化剂重复该方法四次。
全文摘要
本发明涉及一种用于交叉羟醛缩合反应的新方法，所述方法采用具有-CH₂N⁺(CH₃)₃型季铵基团的强碱性阴离子大网络聚合树脂作为非均相催化剂。该催化剂是可回收的而且该方法可以重复若干次。
文档编号C07C45/72GK101679176SQ200880018450
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月28日 优先权日2007年6月1日
发明者沃尔夫冈·F·郝尔德里奇, 沃纳尔·邦拉蒂, 海宁·弗雷切奥尔, 简·斯彻特兹 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司