專利名稱：制備環(huán)酮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備環(huán)酮，例如環(huán)戊酮-2-羧酸烷基酯的新方法。通過這種方法獲得的物質(zhì)可用作藥物和作物保護(hù)劑的基本結(jié)構(gòu)單元，用作精細(xì)化學(xué)品，用于表面涂料工業(yè)等。
背景技術(shù)：
以Dieckmann命名的分子內(nèi)縮合反應(yīng)(Ber.Dtsch.Chem.Ges.1894(27)965，Liebigs Ann.1901(317)27)是已知的。例如己二酸二烷基酯的Dieckmann縮合形成環(huán)戊酮-2-羧酸烷基酯。該方法是基于一個(gè)釋放出醇的縮合反應(yīng) 在這些方法中，所需化合物的堿金屬鹽或堿土金屬鹽是以幾乎定量的產(chǎn)率和選擇性制備的，該鹽是在另一反應(yīng)中在酸性條件下進(jìn)行后處理的。在文獻(xiàn)中已經(jīng)討論過優(yōu)化該反應(yīng)步驟和產(chǎn)率的很多嘗試。這些嘗試既和所用的縮合劑有關(guān)，又和過程方法學(xué)、所使用的溶劑有關(guān)。
例如，通過與化學(xué)計(jì)量的強(qiáng)的路易斯酸反應(yīng)(例如AlCl3，TiCl2(OTf)2)，且堿(例如NEt3)作為縮合劑的己二酸酯的環(huán)化已經(jīng)描述過(例如Pecanha等，Quim.Nova 20(1997)435；Tanable等，Chem.Lett.(1986)1813)。這里，反應(yīng)在溶液中以很好的產(chǎn)率進(jìn)行，但是必需使用化學(xué)計(jì)量的路易斯酸和堿(例如三乙胺)。在接下來的含水的后處理中，所使用的路易斯酸被完全水解，這從經(jīng)濟(jì)學(xué)和生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)來看是不希望有的。
另外，已經(jīng)描述過很多通過強(qiáng)堿作為縮合劑發(fā)生環(huán)化的方法。合適的堿是，例如堿金屬(例如Pinkney，Org.Synth.1937(17)32)，金屬氫化物(例如Bloomfield等人，Tetrahedron Lett.1964，2273)或金屬氨化物(例如Bouveault等人，Compt.Rend.146(1908)138)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用使用醇鹽，特別是堿金屬和堿土金屬的醇鹽作為堿(例如乙醇鈉，Reed等人J.Chem.Soc.1954，2148，或乙醇鎂；Laukkanen，Chem.Ber.1957(31)124)特別有用。醇鹽通常是以在相應(yīng)醇中的溶液加入到反應(yīng)中的。為了避免反應(yīng)的起始原料和反應(yīng)產(chǎn)物與所用的醇鹽或所用的醇發(fā)生酯交換反應(yīng)，通常在Dieckmann縮合中使用具有相同取代形式的原料。(甲醇中的甲醇鹽用于甲酯的環(huán)化，乙醇中的乙醇鹽用于乙酯的環(huán)化等)。所需的醇鹽既可以通過相應(yīng)的金屬和醇反應(yīng)得到，也可以通過使含乙醇的氫氧化鈉或氫氧化鉀脫水得到。
因?yàn)镈ieckmann反應(yīng)是一個(gè)平衡反應(yīng)，所以有必要移去反應(yīng)中釋放出的醇，并定量地移去用作溶劑的醇，以實(shí)現(xiàn)定量轉(zhuǎn)化。因此Dieckmann反應(yīng)通常在非極性溶劑，例如甲苯和二甲苯中進(jìn)行，醇被蒸餾掉。
用于在非極性溶劑中使用醇鹽的Dieckmann環(huán)化的文獻(xiàn)方法在經(jīng)濟(jì)的工業(yè)應(yīng)用中有各種缺點(diǎn)。一個(gè)特別的問題就是反應(yīng)中形成含有反應(yīng)起始原料，反應(yīng)產(chǎn)物鹽、溶劑的粘性的懸浮液，從工業(yè)角度來看，該懸浮液的攪拌具有很大的困難。通過這種方式的反應(yīng)，僅僅可以達(dá)到低時(shí)空產(chǎn)率，因?yàn)樵摲磻?yīng)必須在很稀的懸浮液中進(jìn)行，為了使其能夠被攪拌，該懸浮液通常含有約10-20重量％的反應(yīng)物，80-90重量％的溶劑。
此外，由于混合物的高粘性，它通常不能發(fā)生完全轉(zhuǎn)化，即在可接受的時(shí)間內(nèi)，己二酸酯100％反應(yīng)。在這種情況下，反應(yīng)混合物水解后，得到仍舊含有一些起始原料的產(chǎn)物。通過蒸餾可以從需要的環(huán)狀的酮羧酸烷基酯中除去起始原料，只不過很困難，因?yàn)槲镔|(zhì)具有相似的沸點(diǎn)。
已經(jīng)描述過各種可以減小反應(yīng)混合物粘性并據(jù)說能使Dieckmann環(huán)化更容易地進(jìn)行的溶劑的使用。
Cassebaum等人(DD-A 085560(1971)；Z.Chem.1971(11)14)描述了一種方法，在該方法中，乙醇鈉作為堿的反應(yīng)在鄰—氯甲苯和二甲基甲酰胺的溶劑混合物中進(jìn)行。
Richter Gedeon(HU-A 173512，1978)同樣地描述了一種方法，在該方法中，偶極的疏質(zhì)子溶劑(例如二甲基甲酰胺)用于Dieckmann反應(yīng)。
Kao Crop(JP-A 9183755，1997)在芳香性有機(jī)溶劑(如甲苯、二甲苯)和叔醇的溶劑混合物(例如叔丁醇、戊醇)中進(jìn)行反應(yīng)。叔醇和鈉或氫化鈉的反應(yīng)產(chǎn)生了作為縮合劑的相應(yīng)的叔醇鹽。
有溶劑存在的方法具有各種缺點(diǎn)。從所使用的溶劑中分離和回收醇很復(fù)雜。所用溶劑中存在的水和所用的強(qiáng)堿反應(yīng)并分解這些強(qiáng)堿。極性溶劑或溶劑混合物有些昂貴且很難再生。它們完全或部分地與水混溶，因此極性溶劑或溶劑混合物中的極性組分在反應(yīng)混合物后處理過程中，由于酸、水相水解而溶解在水相中。極性溶劑可以從水相中除去，只不過有很大的困難。另外，部分反應(yīng)產(chǎn)物也和極性溶劑一起被帶到水相。當(dāng)使用高極性溶劑或溶劑混合物時(shí)，在水解時(shí)沒有相分離發(fā)生，相反是形成了使后處理困難大的均一的水/溶劑/產(chǎn)物相。從水相中回收產(chǎn)物所需的用非極性溶劑的萃取和從水相中回收高極性溶劑的復(fù)雜是所述方法學(xué)的基本缺點(diǎn)。
因此不使用另外的溶劑的方法是有利的。VEB Fahlberg List(DE-A 2055009(1972))描述了一種方法，在該方法中，反應(yīng)在僅有用作合成縮合劑的醇中進(jìn)行。例如鎂粉溶解在過量的乙醇中，用于合成環(huán)戊酮-2-羧酸乙酯。形成的乙醇鎂和己二酸乙酯混合，蒸餾掉乙醇，形成類似樹脂的塊。
該方法具有各種缺點(diǎn)。溶劑的使用仍舊是必需的。為了定量轉(zhuǎn)化而定量地除去醇只有在很極端的條件下才可能；混合物以1.6mol的批量加熱到約220℃為時(shí)13/4到21/2小時(shí)。該步驟不適合工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。在所公開的方法的接下來的過程中，在水解前，必須將樹脂樣的塊溶解在苯中。因此在該方法的過程中，仍舊必須使用另外的溶劑。所使用的苯僅有90％可以被回收。
因此用于溶解縮合劑的醇也不必要用的方法極為有利。Toda等人(J.Chem.Soc.，Perkin Trans.1，1998/3521)描述了一種方法，在該方法中，用于溶解縮合劑的醇也不必要使用。這里，己二酸二烷基酯用固體的堿金屬醇鹽在杵和研缽里研碎。反應(yīng)產(chǎn)物通過加入對(duì)甲苯磺酸而從鹽中釋放出來。有趣的是，在這個(gè)實(shí)施例中并沒有實(shí)現(xiàn)定量轉(zhuǎn)化。據(jù)報(bào)道己二酸二乙酯和甲醇鈉反應(yīng)的產(chǎn)率為61％。當(dāng)使用叔丁醇鉀作為縮合劑時(shí)，報(bào)道了較高的產(chǎn)率(82％)。
該方法用于工業(yè)規(guī)模時(shí)，有各種缺點(diǎn)。昂貴的縮合劑(例如乙醇鈉)僅給出中等產(chǎn)率?；谂康拇笮?，由杵引入的具體的機(jī)械能量也是相當(dāng)大的。
因此本發(fā)明的目的是找到一個(gè)技術(shù)簡(jiǎn)單的方法，該方法使環(huán)戊酮-2-羧酸烷基酯的制備經(jīng)濟(jì)費(fèi)用低，而且可以完全免除溶劑，同時(shí)己二酸烷基酯能夠完全反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
該目的通過本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在不存在溶劑的固態(tài)反應(yīng)器或高粘性反應(yīng)器中，可以實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。
因此本發(fā)明提供一種制備通式(I)的環(huán)酮的方法， 式中X是拉電子基團(tuán)，R1和R2各自彼此獨(dú)立地是H、C1-C20-(環(huán))烷基、C6-C24-芳基、C1-C20-(環(huán))烷基酯或C1-C20-(環(huán))烷基酰胺、C6-C24-芳基酯或C6-C24-芳基酰胺、具有1-24個(gè)碳原子的混合的脂族/芳香族基團(tuán)，它也可以是4-6員環(huán)的一部分。
其特征在于金屬堿和通式(II)的化合物在固態(tài)反應(yīng)器或高粘性反應(yīng)器反應(yīng)，無需用另外的溶劑， 式中，彼此獨(dú)立，基團(tuán)R1和R2如上所述，R3是烷基或芳基且X是拉電子基團(tuán)。
具體實(shí)施例方式
除非特別說明，這里和實(shí)施例中所用的所有數(shù)字讀起來好像都以“約”開頭，即使該術(shù)語并未清楚地出現(xiàn)。同時(shí)，本文引用的任何數(shù)字范圍意圖包括所有包含在其中的次范圍。
本發(fā)明的方法使用固態(tài)反應(yīng)器、高粘性反應(yīng)器或具有充足混合粉末并有取出揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)備的混合攪拌機(jī)有利地進(jìn)行。另外，可以被抽成真空和/或還可以加熱的機(jī)器是有利的。通過抽成真空和加熱，加速除去揮發(fā)性物質(zhì)，時(shí)空產(chǎn)率顯著提高，這導(dǎo)致在經(jīng)濟(jì)上的顯著改善。在這些類型的設(shè)備中，混合作用和機(jī)械能量的輸入足夠產(chǎn)生完全轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明的方法能在單軸或多軸機(jī)器中進(jìn)行。單軸機(jī)器包括，例如混合捏和機(jī)、葉片干燥機(jī)或相類似的能確保起始原料均相混合從而完全轉(zhuǎn)化的設(shè)備。這樣的設(shè)備的例子已經(jīng)描述過，例如EP-A 0 729 780(Draiswerke)、EP-A 0 611 937(Draiswerke)、DE-A 19 747 218(Lodige)和EP-A 0 304 925(List)。
本發(fā)明的方法在多軸混合捏和機(jī)或高粘性反應(yīng)器中進(jìn)行尤其有利。軸提供有混合元件，這些元件互相嚙合從而確保一些自清潔作用?；旌陷S或攪拌軸能同向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)。軸和其上固定的攪拌元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)確保引入足夠的能量以實(shí)現(xiàn)很好的混合，從而完全轉(zhuǎn)化。部分自清潔機(jī)器的例子可以找到，例如EP-A 0 329 092(List)和EP-A 0 517 068(List)。完全自清潔機(jī)器的例子在EP-A 0460 466(Bayer)中描述過。
所提到的機(jī)器另外還具有大的自由體積，該體積對(duì)于有效除去揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物從而有好的時(shí)空產(chǎn)率是必需的。所提到的設(shè)備，取決于構(gòu)造，可以分批或連續(xù)操作。對(duì)于連續(xù)操作，需要提供適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料和出料設(shè)備，例如在WO02/20885中所描述的。
本發(fā)明的方法在多螺桿擠壓機(jī)中能同樣有利地進(jìn)行。多螺桿擠壓機(jī)具有相當(dāng)好的混合作用和自清潔作用。同向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)多螺桿擠壓機(jī)作為用于反應(yīng)、糊狀或高粘性媒介的塑化和脫氣或固體傳送的機(jī)器對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。具有兩個(gè)或多個(gè)螺桿的擠壓機(jī)是適合的。也可以使用行星齒輪擠壓機(jī)(例如DE-A 10054854，Entex)。擠壓機(jī)中頻繁而有效的更新同樣對(duì)該方法具有正面影響，它確保良好的質(zhì)量轉(zhuǎn)移從而除去揮發(fā)性的組分。
在高粘性反應(yīng)器中，可以達(dá)到30分鐘或更長(zhǎng)的滯留時(shí)間，而在擠壓機(jī)中的經(jīng)濟(jì)的滯留時(shí)間在10秒到10分鐘的范圍內(nèi)。該方法進(jìn)行的方式(取決于溫度和壓力)必須和機(jī)器的狀況相匹配。滯留時(shí)間、質(zhì)量轉(zhuǎn)移、溫度和壓力之間的關(guān)系對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。
任何5-7環(huán)酮能以本發(fā)明的方法制備。
本發(fā)明的方法適合生產(chǎn)通式(I)的CH-酸環(huán)酮，起始酯組分完全轉(zhuǎn)化，
式中X是拉電子基團(tuán)(羧酸酯或腈)，R1和R2各自彼此獨(dú)立地是H、C1-C20-(環(huán))烷基、C6-C24-芳基、C1-C20-(環(huán))烷基酯或C1-C20-(環(huán))烷基酰胺、C6-C24-芳基酯或C6-C24-芳基酰胺、具有1-24個(gè)碳原子的混合的脂族/芳香族基團(tuán)，它也可以是4-6員環(huán)的一部分。
n是0-3的整數(shù)。
拉電子基團(tuán)X可以是任何導(dǎo)致α位氫CH酸性的取代基。它可以是，例如酯基、腈基或羰基。優(yōu)選酯基，尤其優(yōu)選羧酸甲酯基和羧酸乙酯基。
同樣適合的是通式(I)的化合物，其環(huán)同樣含有如氧、硫或氮原子的雜原子。
通式(I)的活化的環(huán)酮優(yōu)選具有的環(huán)大小為5(n＝1)或6(n＝2)。
通式(I)的優(yōu)選化合物是環(huán)戊酮-2-羧酸甲酯、環(huán)戊酮-2-羧酸乙酯、環(huán)戊酮-2-甲腈、環(huán)己酮-2-羧酸甲酯、環(huán)己酮-2-羧酸乙酯和2-甲基羰基環(huán)戊酮。特別優(yōu)選的是環(huán)戊酮-2-羧酸甲酯和環(huán)戊酮-2-羧酸乙酯，還有環(huán)己酮-2-羧酸甲酯和環(huán)己酮-2-羧酸乙酯。
環(huán)戊酮體系可以通過上述的己二酸二甲酯或己二酸二乙酯的Dieckmann縮合容易地從工業(yè)上得到。
本發(fā)明用以下的實(shí)施例描述。
實(shí)施例環(huán)狀1，3-二酮化合物的制備實(shí)施例1本方法在高粘性反應(yīng)器CRP 2,5 Batch from List AG中進(jìn)行。高粘性反應(yīng)器是具有兩個(gè)水平的同向旋轉(zhuǎn)的混合軸的機(jī)器。互相嚙合從而確?？焖倬嗷旌系哪蠛脱b置位于軸上。另外，機(jī)器具有一個(gè)出料螺孔，通過該螺孔產(chǎn)物被運(yùn)送到反應(yīng)室外。它可以連續(xù)或分批操作。反應(yīng)器具有2.5 l的自由體積。機(jī)器的反應(yīng)室可以加熱。揮發(fā)性的組分可以通過通氣口除去。將1336g己二酸二乙酯和472g乙醇鈉放在高粘性反應(yīng)器中。捏和機(jī)啟動(dòng)且起始原料的混合開始以后，馬上形成黏稠的塊狀。在緩慢捏和的同時(shí)，溫度慢慢升高到120℃。慢慢將真空度增大到10毫巴。約15分鐘后，達(dá)到120℃溫度。然后在120℃繼續(xù)緩慢捏和30分鐘直到得到粉末狀的白色固體。形成的固體通過傳送螺旋口出料，接下來使用半強(qiáng)度硫酸水解。相分離和在120℃/10毫巴蒸餾后得到1021g環(huán)戊酮-2-羧酸乙酯，即約99％理論產(chǎn)率。己二酸二乙酯不再檢測(cè)到。
實(shí)施例2本方法在同向旋轉(zhuǎn)的軸直徑為34mm的孿生軸擠壓機(jī)(ZSK34)中進(jìn)行。機(jī)器的進(jìn)程段長(zhǎng)1560mm。機(jī)器提供有用于引入固體的開口。液體通過圓筒的鉆孔引入。組分的混合通過位于軸上的攪拌元件進(jìn)行。揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物通過敞開的通風(fēng)設(shè)備取出。向機(jī)器中計(jì)量供給1.31kg/h的甲醇鈉粉末和3.69kg/h的的己二酸二乙酯。機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度約為60l/分鐘。通過加熱圓桶將混合物加熱到約150℃。在機(jī)器的尾部，排出疏散的白色固體。酸化、水相后處理和用有機(jī)溶劑(甲苯)萃取以后，沒有己二酸二乙酯、己二酸單甲酯或己二酸形式的起始原料被檢測(cè)到。只發(fā)現(xiàn)環(huán)戊酮-2-羧酸乙酯?；诩憾岫阴サ漠a(chǎn)率是定量的。
盡管為了闡明，本發(fā)明已經(jīng)在上面詳細(xì)地描述過，要理解的是，這些細(xì)節(jié)僅僅是為了闡明，除權(quán)利要求限制的以外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出變動(dòng)，但不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.制備通式(I)的環(huán)酮的方法， 式中X是拉電子基團(tuán)，R1和R2各自彼此獨(dú)立地是H、C1-C20-(環(huán))烷基、C6-C24-芳基、C1-C20-(環(huán))烷基酯或C1-C20-(環(huán))烷基酰胺、C6-C24-芳基酯或C6-C24-芳基酰胺、具有1-24個(gè)碳原子的混合的脂族/芳香族基團(tuán)，它們也可以是4-6員環(huán)的一部分，其特征在于金屬堿和通式(II)的化合物在固態(tài)反應(yīng)器或高粘性反應(yīng)器中反應(yīng)而無需使用另外的溶劑， 式中，彼此獨(dú)立，基團(tuán)R1和R2如上所述，R3是烷基或芳基且X是拉電子基團(tuán)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通式(I)和(II)中的拉電子基團(tuán)X選自酯基、亞砜基、砜基、硝基、膦酸酯基、腈基、異腈基和羰基。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通式(I)和(II)中的拉電子基團(tuán)X選自酯和腈。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于己二酸二乙酯或己二酸二甲酯用作起始原料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于金屬醇鹽用作堿。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于葉片干燥機(jī)、單軸或多軸高粘性反應(yīng)器或單螺桿或多螺桿擠壓機(jī)用作固態(tài)反應(yīng)器。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)和接下來的揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物的去除是在小于或等于大氣壓的壓力和/或在高于20℃的溫度下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在不存在溶劑的條件下，使用固態(tài)或高粘性反應(yīng)器制備環(huán)狀1，3－二酮酯的方法。
文檔編號(hào)C07C67/30GK1762926SQ20051010886
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月7日
發(fā)明者C·居特勒, J·柯什霍夫, I·施瓦茨 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司