專利名稱：環(huán)戊烯酮的合成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機合成領(lǐng)域，并且更精確地涉及合成如下定義的化學(xué)式(I) 的環(huán)戊烯酮衍生物的單一步驟方法。
背景技術(shù)：
Ishii等在J.Org.Chem.，1993，58，4497中報道了由酮與兩當量的醛的反應(yīng)或烯酮與醛的反應(yīng)合成環(huán)戊烯酮衍生物，該合成由氯化鋯衍生物，例如ZrOCl2或ZrCl4催化，所述氧化物被描述為最好的催化劑。
然而，由Ishii報道的步驟需要嚴格的條件例如高溫(在130～200℃，范圍的上半部分獲得最好的結(jié)果，見表I)。這種嚴格的條件可導(dǎo)致低的產(chǎn)率(例如所有的環(huán)的取代基是甲基并且反應(yīng)在200℃下進行時為17％)。這些條件不具有高工業(yè)利潤因為它們不利于環(huán)境并且需要較多的能量并產(chǎn)生大量的廢物。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服前述的所有或部分問題，本發(fā)明涉及用溫和條件進行并附帶能導(dǎo)致高產(chǎn)率的制備環(huán)戊烯酮的方法。
本發(fā)明的目的之一是制備化學(xué)式(I)的化合物的方法， 其中R代表非強制性選擇被取代的C1-8烷基或鏈烯基，或非強制性選擇被取代的C5-6芳香基；和R1，R2，R3和R4同時或分別代表氫原子、非強制性選擇被取代的C1-8烷基或鏈烯基、或非強制性選擇被取代的C5-6芳香基；所述方法包括化學(xué)式(II)的烯酮和化學(xué)式(III)的醛的反應(yīng)，化學(xué)式(II)的烯酮為， 其中R，R1，R3和R4具有與化學(xué)式(I)中相同的含義；化學(xué)式(III)的醛為， 其中R2具有與化學(xué)式(I)中相同的含義；并且所述烯酮(II)和醛(III)的反應(yīng)是在催化系統(tǒng)存在的條件下進行的，該系統(tǒng)包含i)至少一種化學(xué)式(IV)的金屬絡(luò)合物，M(OR5)4-nXn(IV)其中M是Ti(IV)或Zr(IV)，R5代表C1-6直鏈或支鏈烷基，X代表鹵化物并且n代表1～3的整數(shù)；和ii)至少一種選自由下列物質(zhì)組成的組中的共成分a)含有2～10個碳原子的烷基或芳香基的羧酸酐；b)選自由Li+、Na+、K+、Cs+、Mg2+、Ni2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+和Al3+組成的組中的金屬陽離子的無水硫酸鹽、氯化物或溴化物；c)一種不溶的能與水生成籠形包合物的無機物質(zhì)；和d)C4-C15原酸酯、BF3、N-甲基-N-三甲基甲硅烷-三氟乙酰胺、1-三甲基甲硅烷咪唑和ClSi(R6)3，R6代表C1-5烷基。
所述基團R、R1、R2、R3和R4的可能的非強制性選擇的取代基是不影響烯酮(II)或醛(III)的反應(yīng)性的基團。當所述R、R1、R2、R3和R4基團代表烷基或鏈烯基時，所述非強制性選擇的取代基的例子包括一個或兩個甲基、乙基、甲氧基或乙氧基。當所述基團R、R1、R2、R3和R4代表芳香基時，所述非強制性選擇的取代基的例子包括一個或兩個甲基、乙基、甲氧基、乙氧基或硝基。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施方式，R代表C1-8烷基或鏈烯基或非強制性選擇被取代的C5-6芳香基，或者R1、R2、R3和R4同時或分別代表氫原子、C1-8烷基或鏈烯基或非強制性選擇被取代的C5-6芳香基。
特別地根據(jù)所述實施方式，R代表C1-8烷基或鏈烯基，R1、R2、R3和R4同時或分別代表氫原子、C1-8烷基或鏈烯基。
在本發(fā)明的另一實施方式中，由相應(yīng)的化合物(II)和化合物(III)獲得了化學(xué)式(I)的烯酮，其中R代表甲基、乙基或戊基或非強制性選擇被取代的苯基?；蛘呋蛲瑫r，R1、R2、R3和R4同時或分別代表氫原子、甲基、乙基或戊基或非強制性選擇被取代的苯基。
特別地根據(jù)所述實施方式，R代表甲基、乙基或戊基，并且R1、R2、R3和R4同時或分別代表氫原子、甲基、乙基或戊基。
根據(jù)任何一個上述的實施方式，R4代表氫原子。特別地，所述R、R1、R2或R3同時或分別代表甲基、乙基或非強制性選擇被取代的苯基，或僅為甲基或乙基，而R4代表氫原子。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，根據(jù)圖解1，在本發(fā)明方法的相同催化系統(tǒng)的存在下，酮(II)可通過酮(V)和酮(VI)或醛(VI)一起反應(yīng)原位獲得。
圖解1 其中R、R1、R3和R4具有與以上所述相同的含義。
因此本發(fā)明還涉及進一步含有上述步驟的方法。
合適的酮(II)、(V)或(VI)的具體的例子為二乙酮，二苯酮，甲基苯酮，乙基苯酮或正己基甲酮。
合適的醛(III)或(VI)的具體的例子為乙醛、甲醛、丙醛或苯甲醛。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，該方法包括將二乙酮和乙醛一起反應(yīng)的第一步以獲得化學(xué)式(II)的酮，接下來與乙醛反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，烯酮(II)和醛(III)的摩爾比在1.1/1～1/6之間，更優(yōu)選在1/1～1/5之間，甚至更優(yōu)選在1/1.1～1/5之間。此外，酮(V)和化合物(VI)的摩爾比在1/1～1/8之間，更優(yōu)選1/2.5～1/6之間并且甚至更優(yōu)選1/3～1/5之間。
如上所述，本發(fā)明的方法在催化系統(tǒng)存在的條件下進行，該催化系統(tǒng)由金屬絡(luò)合物和共成分組成。金屬絡(luò)合物以相對于起始醛或酮的亞化學(xué)計量或催化的量被使用。
金屬絡(luò)合物具有通式M(OR5)4-nXn(IV)其中M，n，R5和X具有以上給出的含義。根據(jù)本發(fā)明的特定實施方式，M代表Ti(IV)，R5代表直鏈或支鏈C3-4烷基，X代表Cl原子并且指數(shù)n代表2或3。
在所述方法中特別是當催化劑在其使用之前原位合成而不進行純化時，化學(xué)式(IV)的金屬絡(luò)合物的混合物的應(yīng)用也是便利的。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施方式，催化系統(tǒng)的共成分選自由含有4～8個碳原子的烷基羧酸酐或芳香基羧酸酐、BF3、ClSi(R6)3(R6代表C1-5烷基)以及選自由Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+組成的組中的金屬陽離子的無水的硫酸鹽、氯化物或溴化物組成的組。
優(yōu)選地，該共成分選自由乙酸酐、丙酸酐或丁酸酐、BF3、ClSi(R6)3(R6代表甲基或乙基)、無水Na2SO4或K2SO4以及Mg2+、Fe3+或Zn2+的無水氯化物或溴化物組成的組。
兩種或三種共成分的混合物的應(yīng)用也是可能的。
金屬絡(luò)合物可在很大的濃度范圍內(nèi)被添加到反應(yīng)介質(zhì)中。作為非限定性例子，可以引用相對于起始酮(II)或(V)的摩爾量在0.01～0.20摩爾當量范圍內(nèi)的催化劑濃度。優(yōu)選地，金屬絡(luò)合物的濃度將在0.01～0.10摩爾當量。不必說催化劑的適宜濃度將決定于金屬絡(luò)合物的性質(zhì)以及期望的反應(yīng)時間。
該共成分可在很大的濃度范圍內(nèi)被添加到反應(yīng)介質(zhì)中。作為非限定性例子，可以引用相對與起始酮(II)或(V)的摩爾數(shù)的濃度在0.05～1.2摩爾當量范圍內(nèi)的鹽濃度。優(yōu)選地，鹽的濃度將在0.10～0.60摩爾當量。然而，在另一優(yōu)選實施方式中，鹽的濃度為0.20～0.50摩爾當量。不必說添加劑的適宜濃度將取決于鹽的性質(zhì)。
本發(fā)明方法可在存在或缺失溶劑的條件下進行，但是無論怎樣在無水條件下實施是有利的，其中通過“無水”這里指含水量低于1wt％，優(yōu)選低于0.1wt％。當需要溶劑時，使用純的溶劑或溶劑的混合物是可能的。所述溶劑必須是與反應(yīng)條件化學(xué)相容的，即不妨礙反應(yīng)并且不使催化劑減活，例如弱溶劑或非配位溶劑。用于本發(fā)明方法的優(yōu)選的溶劑具有高于60℃的沸點并且選自由醚、酯、芳香溶劑以及直鏈或支鏈或環(huán)狀烴組成的組。更優(yōu)選地，溶劑是酯例如乙酸丁酯。
而且，溶劑可為起始酮(II)或(V)或起始醛(III)或(VI)。
實施本發(fā)明方法的溫度在60℃～140℃之間，優(yōu)選在70℃～100℃或70℃～110℃之間。當然本領(lǐng)域技術(shù)人員也能夠根據(jù)起始產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的熔點和沸點和/或可能的溶劑來選擇反應(yīng)溫度。
本發(fā)明將通過以下實施例的方式進一步詳細描述，溫度用攝氏度表示(℃)；NMR光譜數(shù)據(jù)是在CDCl3中用360MHz的儀器進行記錄的，化學(xué)移位δ是以TMS為標準，用ppm表示的，耦合常數(shù)J是用Hz表示的，并且所有的縮寫具有本領(lǐng)域的通常含義。
具體實施例方式
實施例12，3，4，5-四甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮的合成a)金屬催化劑溶液的制備含有TiCl3(OiPr)絡(luò)合物的催化溶液可根據(jù)E.V.Vedejs等的在J.Org.Chem.，(1988)，53，1593中描述的步驟但應(yīng)用TiCl4和Ti(OiPr)4絡(luò)合物作為起始物質(zhì)而獲得。為了獲得具有濃度為每克催化溶液中1.3mmole金屬的催化溶液，改變了使用的量。
所有的得到的溶液不進行進一步操作而被使用。
b)制備2，3，4，5-四甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮在裝有機械攪拌器、滴液漏斗和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入2000g(23.2mol)的具有75％w/w的乙酸丁酸作為溶劑的起始酮，0.35摩爾當量的無水氯化鎂和含有0.06摩爾當量的三氯代丙氧基鈦絡(luò)合物的前述的鈦催化溶液。將得到的懸濁液劇烈地攪拌并加熱到90℃。然后在90℃將2摩爾當量的乙醛經(jīng)3小時逐滴加入。反應(yīng)持續(xù)另外一小時并冷卻到40℃。反應(yīng)混合物用10％的乙酸水溶液水解并用20％的碳酸鉀水溶液中和。將得到的有機相直接分餾入實驗室的蘇爾澤填料柱(Sulzer packed column)從而得到反式∶順式＝85∶15的異構(gòu)體混合物的標題化合物，產(chǎn)率為27％(P＝8mbar時B.p.＝70～80℃)以及烯酮(II)(即4-甲基-4-己烯-3-酮)，產(chǎn)率為31％(P＝8mbar時B.p.＝45～65℃)。
1H-NMR(反式異構(gòu)體)1.15(d 3H)；1.19(d 3H)；1.68(s 3H)；1.88(m 1H)；1.98(s 3H)；2.25(m 1H)。
13C-NMR(反式異構(gòu)體)8.5；14.6；15.1；17.7；46.2；48.4；134.5；171.6；211.0。
實施例23，4-二乙基-2，5-二甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮的合成在裝有機械攪拌器、滴液漏斗和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入265g(3.08mol)的具有252g的乙酸丁酯作為溶劑的二乙酮，0.36摩爾當量的無水氯化鎂和含有0.053摩爾當量的三氯代丙氧基鈦絡(luò)合物的前述的鈦催化溶液。將得到的懸濁液劇烈地攪拌并加熱到85℃。然后在85℃將2.1摩爾當量的丙醛經(jīng)2小時逐滴加入。反應(yīng)持續(xù)另外的一小時并冷卻到40℃。反應(yīng)混合物用10％的乙酸水溶液(500g)水解，輕輕倒出并用10％的乙酸水溶液(200g)和50g的氯化鈉洗滌。然后將有機相用20％的碳酸鉀溶液洗滌兩次。
在Na2SO4上干燥后，將溶劑蒸發(fā)。將粗產(chǎn)品(419.6g)通過維格羅分餾柱蒸餾，然后使其通過費歇爾分餾柱分餾，得到產(chǎn)率為17％的標題化合物(P＝3mbar時B.p.＝58℃)和產(chǎn)率為32％的烯酮(II)(即4-甲基-4-庚烯-3-酮)(P＝43mbar時B.p.＝84℃)。
MS166(76)；151(37)；138(100)；137(94)；109(72)；67(54)；41(30)。
1H-NMR2.52(1H；m)；2.29(2H；m)；2.01(1H；dq；2.5Hz；8Hz)；1.90-1.80(1H；m)；1.69(3H；br s)；1.34-1.22(1H；m)；1.17(3H；d；J＝6Hz)；1.10(3H；d；J＝7Hz)；0.94(3H；d；J＝8Hz)。
13C-NMR211.8(s)；175.9(s)；134.4(s)；50.5(d)；45.2(d)；25.2(t)；21.8(t)；16.9(q)，11.8(q)；11.4(q)；8.0(q)。
實施例3各種化學(xué)式(I)化合物的合成環(huán)戊烯酮方法的通用步驟在裝有機械攪拌器、滴液漏斗和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入1摩爾當量的純的或具有75％w/w的乙酸丁酯作為溶劑的起始酮(詳見下述)，0.35摩爾當量的無水氯化鎂以及含有0.05摩爾當量的三氯代丙氧基鈦絡(luò)合物的前述的鈦催化溶液。將得到的懸濁液劇烈地攪拌并加熱到90～100℃。然后在90～100℃下將化學(xué)式(III)的醛經(jīng)3小時逐滴加入。反應(yīng)在90～100℃持續(xù)另外的一小時并冷卻到40℃。反應(yīng)混合物用10％的鹽酸溶液水解，并用20％的碳酸鉀水溶液中和。
得到的有機相直接分餾進入實驗室的蘇爾澤填料柱。結(jié)果綜合如下實驗A)
起始酮4-甲基-4-己烯-3-酮起始醛苯甲醛(1.2摩爾當量)產(chǎn)物4-苯基-2，3，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮+3-苯基-2，4，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮(20/80)產(chǎn)率25％(基于所使用的起始酮)產(chǎn)率45％(基于轉(zhuǎn)化的起始酮)對于主產(chǎn)物的分析(3-苯基-2，4，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮)1H-NMR1.08(d，3H)；1.25(d，3H)；1.88(s，3H)；2.05(m，1H)；2.85(m，1H)；7.3-7.5(m，5H)。
13C-NMR9.5；15.5；19；45；48.5；127-129(6C)；135；170.5；211。
實驗B)起始酮4-甲基-4-己烯-3-酮起始醛10-十一碳烯醛(0.9摩爾當量)產(chǎn)物4-(9-癸烯基)-2，3，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮+3-(9-癸烯基)-2，4，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮(33/66)產(chǎn)率36％(基于所使用的起始酮)產(chǎn)率72％(基于轉(zhuǎn)化的起始酮)獲得的混合物的分析1H-NMR1.15(d)；1.17(d)；1.25-1.40(m)；1.70(s)；1.90(m)；2.0(s)；2.05(m)；2.35(m)；2.50(m)；4.95(m，2H)；5.80(m，1H)。
13C-NMR8；15；17；18；27；28-30；33；34；44；47；49；52；114；135；135.5；139；171；175.5；211。
實驗C)起始酮5-乙基-4-甲基-4-庚烯-3-酮起始醛乙醛(1.2摩爾當量)
產(chǎn)物4，4-二乙基-2，3，5-三甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮產(chǎn)率40％(基于起始酮)產(chǎn)率58％(基于轉(zhuǎn)化的起始酮)產(chǎn)物的分析1H-NMR0.45(t，3H)；0.78(t，3H)；1.08(d，3H)；1.35-1.70(m，4H)；1.70(s，3H)；1.85(s，3H)；2.20(q，1H)。
13C-NMR7.95；8.75；9.60；10.10；12.30；27.55；29.95；46.40；51.85；136.3；171.1；210.3。
實驗D)起始酮二乙酮起始醛苯甲醛(3.0摩爾當量)產(chǎn)物3，4-二苯基-2，5-二甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮 順式/反式15/85產(chǎn)率32％(基于使用的起始酮)酮(II)的產(chǎn)率24％(基于使用的起始酮)產(chǎn)物的分析反式異構(gòu)體1H-NMR1.34(d，J＝7.17，3H)；2.02(s，3H)；2.40(dq，J1＝7.17，J2＝2.56，1H)；3.97(sb，1H)；7.0-7.3(m 10H)13C-NMR10.1；15.3；51.25；56.33；126-129(10CH)；135.2；136.7；142；167；210.9順式異構(gòu)體1H-NMR0.75(d，J＝7.68，3H)；2.08(s，3H)；2.92(m，1H)；4.6(d，J＝6.14，1H)；7.0-7.3(m，10H)13C-NMR9.8；12.3；45.5；52.5；126-129(10CH)；135.7；136.9；139.2；166.3；211.4實驗E)起始酮1-3二苯基丙酮起始醛乙醛(3.0摩爾當量)產(chǎn)物3，4-二甲基-2，5-二苯基-2-環(huán)戊烯-1-酮 順式/反式15/85產(chǎn)率48％(基于使用的起始醛)酮(II)的產(chǎn)率36％(基于使用的起始酮)產(chǎn)物的分析反式異構(gòu)體1H-NMR1.35(d，J＝6.65，3H)；2.17(s，3H)；2.87(dq，J1＝6.65，J2＝3.07，1H)；3.23(d，J＝3.07，1H)；7.1-7.4(m，10H)13C-NMR15.9；18.1；47.7；60.7；126-129(10CH)；131.8；138.9；139.5；174；205。
順式異構(gòu)體1H-NMR0.8(d，J＝7.17，3H)；2.15(s，3H)；3.15(m，1H)；3.95(d，J＝7.17，1H)；7.1-7.4(m，10H)。
13C-NMR16.1；16.3；42.8；56.7；126-129(11CH)；137.7；139.7；174.7；206.權(quán)利要求
1.制備化學(xué)式(I)的化合物的方法， 其中R代表非強制性選擇被取代的C1～8烷基或鏈烯基或非強制性選擇被取代的C5～6芳香基；和R1，R2，R3和R4同時或分別代表氫原子、非強制性選擇被取代的C1～8烷基或鏈烯基、或非強制性選擇被取代的C5～6芳香基；所述方法包括化學(xué)式(II)的烯酮和化學(xué)式(III)的醛的反應(yīng)，化學(xué)式(II)的烯酮為， 其中R，R1，R3和R4具有與化學(xué)式(I)中相同的含義；化學(xué)式(III)的醛為， 其中R2具有與化學(xué)式(I)中相同的含義；并且所述烯酮(II)和醛(III)的反應(yīng)是在催化系統(tǒng)存在的條件下進行的，該系統(tǒng)包含i)至少一種化學(xué)式(IV)的金屬絡(luò)合物，M(OR5)4-nXn(IV)其中M是Ti(IV)或Zr(IV)，R5代表C1-6直鏈或支鏈烷基，X代表鹵化物并且n代表1～3的整數(shù)；和ii)至少一種選自由下列物質(zhì)組成的組中的共成分a)含有2～10個碳原子的烷基羧酸酐或芳香基羧酸酐；b)選自由Li+、Na+、K+、Cs+、Mg2+、Ni2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+和Al3+組成的組中的金屬陽離子的無水硫酸鹽、氯化物或溴化物；c)一種不溶的能與水生成籠形包合物的無機物質(zhì)；和d)C4-C15原酸酯、BF3、N-甲基-N-三甲基甲硅烷-三氟乙酰胺、1-三甲基甲硅烷咪唑和ClSi(R6)3，R6代表C1-5烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于R代表C1～8烷基或鏈烯基；和R1，R2，R3和R4同時或分別代表氫原子、C1-8烷基或鏈烯基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于R代表甲基、乙基或戊基或非強制性選擇被取代的苯基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于R1，R2，R3和R4同時或分別代表氫原子、甲基、乙基或戊基或非強制性選擇被取代的苯基。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于R，R1，R2或R3同時或分別代表甲基、乙基或非強制性選擇被取代的苯基，并且R4代表氫原子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于在如權(quán)利要求1所定義的催化系統(tǒng)存在條件下，通過將化學(xué)式(V)的酮和化學(xué)式(VI)的醛或酮一起反應(yīng)原位獲得烯酮(II)，化學(xué)式(V)的酮為， 化學(xué)式(VI)的醛或酮為， 其中R，R1，R3和R4具有與權(quán)利要求1中相同的含義。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于M代表Ti(IV)，R5代表直鏈或支鏈C3-4烷基，X代表Cl原子，指數(shù)n代表2或3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于催化體系的共成分選自由含有4～8個碳原子的烷基羧酸酐或芳香基羧酸酐、BF3，ClSi(R6)3、以及選自由Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+組成的組中的金屬陽離子的無水硫酸鹽、氯化物或溴化物組成的組，其中R6代表C1-5烷基。
全文摘要
本發(fā)明涉及在催化系統(tǒng)存在的條件下通過將被取代的烯酮和醛反應(yīng)制備被取代的2－環(huán)戊烯－1－酮的單一步驟方法。所述催化系統(tǒng)含有金屬絡(luò)合物例如[Ti(Cl)
文檔編號C07C49/597GK101052610SQ200580037523
公開日2007年10月10日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者丹尼斯·雅各比, 法布里斯·凱勒 申請人:弗門尼舍有限公司