專利名稱：制備檸檬醛的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)脫氫里哪醇的特定催化重排來(lái)生產(chǎn)檸檬醛的新方法。α,β-不飽和醛檸檬醛(E/Z-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛，由異構(gòu)體香葉醛，即E-檸檬醛和橙花醛，即Z-檸檬醛組成)是已知的用于合成香料、類萜品素(terpinoids)和維生素的重要中間體。
α,β-不飽和羰基化合物通常是生產(chǎn)香料、維生素和類胡蘿卜素的重要中間體[參見(jiàn)，例如Chem.Ztg.97,23-28(1973)和第Ⅵ章(“總體合成”)“類胡羅卜素”，編者Otto Isler，由Birkhauser出版，Basel和Stuttgart,1971]。它們通過(guò)α-炔醇的酸-催化重排的生產(chǎn)已經(jīng)由K.H.Meyer和K.Schuster[德國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)通訊55,819-823(1922)]和H.Rupe和E.Kambli[瑞士化學(xué)學(xué)報(bào)9,672(1926)]在20年代公開(kāi)；仲-或叔式α-炔醇異構(gòu)化為α,β-不飽和羰基化合物作為Meyer-Schuster或Rupe-Kambli重排也已公知。對(duì)于具有末端炔基的羰基化合物的重排，可以得到醛，否則，重排產(chǎn)物是酮類
Meyer-Schuster Rupe-Kambli其中R1和R2分別代表氫或脂肪族或芳香族基團(tuán)。除了檸檬醛外，α,β-不飽和醛香茅醛和羥基香茅醛也是工業(yè)上特別感興趣的，即作為生產(chǎn)香料、類萜品素和維生素的中間體；對(duì)于每種情況，在幾個(gè)方法步驟中，檸檬醛本身可被轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)d,l-α-生育酚(維生素E)和維生素A、異植醇或β-芷香酮的重要起始原料[參見(jiàn)，例如，“維生素I，脂溶性的維生素”，編者Otto Isler和Georg Brubacher,由Georg Thieme出版，Stuttgart,New York 1982，第Ⅵ章“總體合成”，見(jiàn)于“類胡羅卜素類”中(由Birkhauser出版1971)，這些文獻(xiàn)在此引作參考]。
根據(jù)G.Saucy等人[瑞士化學(xué)學(xué)報(bào)42,1945-1955(1959)]的報(bào)道，依據(jù)反應(yīng)條件，由銀或銅離子對(duì)脫氫里哪基乙酸酯的催化重排產(chǎn)生“丙二烯乙酸酯”(1-乙酰氧基-3,7-二甲基-辛-1,2,6-三烯)和“二乙酸酯”(1,1-二乙酰氧基-3,7-二甲基-辛-2,6-二烯)的化合物，其可被水解為檸檬醛
(Ac指乙?；?，CH3CO)這種脫氫里哪基乙酸酯的重排作為Saucy-Marbet重排也被公知。然而，用原釩酸烷基-、-環(huán)烷基-或-芳基酯或其它釩催化劑(UK專利1,204,754)可將脫氫里哪醇直接轉(zhuǎn)化為檸檬醛。但是，這種直接轉(zhuǎn)化的缺點(diǎn)是產(chǎn)率低(約31-37％)以及形成導(dǎo)致反應(yīng)溶液分解的深色沉淀。在約140℃下用三(三苯基甲硅烷基)氧化釩催化這種脫氫里哪醇的重排更有選擇性和更有效地進(jìn)行[Chimia 27,383(1973)及瑞士化學(xué)學(xué)報(bào)59,1233-1243(1976)]。在這種情況下，用石蠟油作溶劑，產(chǎn)率約78％。
用含釩催化劑使脫氫里哪醇重排為檸檬醛的其它公開(kāi)包括，用聚硼氧釩氧二苯基硅烷和聚甲硅烷基釩酸酯作催化劑[捷克斯洛伐克專利CS 264,720/化學(xué)文摘．114,122769a(1991)和Mendeleev Commun.1994,89]。在第一個(gè)方法中約70％的產(chǎn)率對(duì)于工業(yè)操作而言太低，第二個(gè)方法產(chǎn)率為80％。
用于α-炔醇例如脫氫里哪醇直接重排至α,β-不飽和羰基化合物的其它催化劑由鈦化合物例如四氯化鈦或四丁醇鈦與酮-或銀鹵化物的混合物組成[《四面體通訊》29,6253-6256(1988)和歐洲專利公開(kāi)0 240 431 A]。但是該方法的缺點(diǎn)是使用銅化合物。而且，在這種情況下檸檬醛的產(chǎn)率約為64％，是不令人滿意的。
上述Meyer-Schuster重排的令人感興趣的變體已經(jīng)由C.Y.Lorber和J.A.Osborn在《四面體通訊》37,853-856(1996)中概述；這是用鉬催化劑使甲基丁炔醇至戊烯醛的重排，在溶劑鄰二氯苯中、及在催化劑系統(tǒng)氧鉬基乙酰基丙酮酸酯，二丁亞砜和4-叔丁基苯甲酸的存在下，甲基丁炔醇重排為戊烯醛(prenal)。盡管該重排的產(chǎn)率說(shuō)是97％，但因?yàn)槲煜┤](méi)有從反應(yīng)混合物中分離，所以所述產(chǎn)率是由粗產(chǎn)物的氣相色譜分析獲得的?？梢灶A(yù)測(cè)，為了分離戊烯醛，處理反應(yīng)混合物是困難的。
L.A.Kheifit及合作者發(fā)現(xiàn)，在170℃和14小時(shí)反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)用從氧化鉬和三苯基甲硅烷醇產(chǎn)生的鉬催化劑用于重排時(shí)，脫氫里哪醇僅以28％的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為檸檬醛和以12％的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為2-羥基甲基-1-甲基-3-異丙烯基環(huán)戊-1-烯[《四面體通訊》34,2981-2984(1976)]。
綜上所述，很明顯，上述α-炔醇例如脫氫里哪醇至α,β-不飽和醛類例如檸檬醛的催化重排的已知方法具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是，提供在催化劑作用下使脫氫里哪醇重排至檸檬醛的方法，該方法沒(méi)有上述已知方法的缺點(diǎn)或者至少使其減少了很多缺點(diǎn)。令人驚奇地，本發(fā)明的目的不僅通過(guò)使用已知的鉬化合物氧鉬基乙?；狨也稱為二氧鉬(Ⅵ)乙酰基丙酮酸酯]或鹵化氧鉬作為催化劑，而且還使用該化合物作為特定催化劑系統(tǒng)的一種組分、并在特定的反應(yīng)條件下進(jìn)行來(lái)很好地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明方法是通過(guò)脫氫里哪醇至檸檬醛的催化重排來(lái)生產(chǎn)檸檬醛的方法，該方法包括，在以下通式的鉬化合物MoO2X2Ⅰ其中X代表乙?；岣螓u離子，和二烷基-或二芳基亞砜的催化劑系統(tǒng)的存在下，在其pK值范圍為約4.0至約6.5的有機(jī)酸存在下，且在非極性質(zhì)子惰性的有機(jī)溶劑中進(jìn)行重排。
式Ⅰ的鉬化合物，即氧鉬基乙?；狨?一般表示為MoO2acac2)或式MoO2(Hal)2[X=Hal]的鹵化氧鉬，其中Hal代表氯或溴，是在每種情況下都容易獲得的已知化合物。鹵化氧鉬優(yōu)選氯化氧鉬-MoO2Cl2。而且優(yōu)選的式Ⅰ鉬化合物是氧鉬基乙?；狨?。
在催化劑系統(tǒng)中同樣存在的二烷基-或二芳基亞砜?jī)?yōu)選是二烷基亞砜其中每個(gè)烷基為含有多至8個(gè)碳原子的直鏈或支鏈的烷基，或是其中每個(gè)芳基為任選被取代的苯基的二芳基亞砜。對(duì)于后一種情況，可以存在的取代基優(yōu)選C1-4-烷基，苯基是被烷基單-或多取代的苯基。兩種類型的亞砜的實(shí)例是二甲亞砜和二丁亞砜，二苯基亞砜和二(對(duì)-甲苯基)亞砜。二甲亞砜是優(yōu)選的亞砜。
可以考慮的、其pK值范圍約為4.0-6.5的有機(jī)酸是任選鹵代的、飽和及不飽和的脂肪羧酸，例如乙酸(pK值4.74)，丙酸(4.87)，氯代丙酸(3.98)和新戊酸(5.01)或丙烯酸(4.25)；鏈烷二羧酸，例如己二酸(4.40)；芳基取代的鏈烷羧酸，例如苯乙酸(4.25)；以及芳香羧酸，例如苯甲酸(4.19)和4-叔丁基苯甲酸(6.50)。優(yōu)選使用其pK值范圍在約4.25-6.5之間的有機(jī)酸，特別是苯乙酸。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以使用的溶劑一般是非極性質(zhì)子惰性有機(jī)溶劑，特別是脂肪-、環(huán)狀-和芳香烴類，例如，C7-10-烷類，C5-7-環(huán)烷類，苯，甲苯和萘以及這些溶劑相互之間的一種混合物，例如石蠟油(飽和脂肪烴的混合物)的混合物。甲苯是特別優(yōu)選的溶劑。
該重排一般在溫度約80℃至約140℃，優(yōu)選約90℃至約120℃范圍進(jìn)行。
式Ⅰ的鉬化合物的用量一般約為所用脫氫里哪醇(離析物)的量的0.1-8mol％。該用量?jī)?yōu)選約為1-7mol％，特別是約3-5％。
而且，二烷基-或二芳基亞砜與離析物的重量比一般約為0.2∶1至約1∶1；酸與離析物的重量比一般約為0.02∶1至約0.1∶1，優(yōu)選約0.04∶1至約0.07∶1，特別是約0.05∶1；溶劑與離析物的重量比一般約為5∶1至約15∶1，優(yōu)選約7∶1至約10∶1。
本發(fā)明方法可以通過(guò)將離析物、催化劑(式Ⅰ的鉬化合物以及二烷基-或二芳基亞砜)和有機(jī)酸加到溶劑中并且加熱反應(yīng)混合物、以工業(yè)規(guī)模非常簡(jiǎn)單地進(jìn)行，反應(yīng)物通常由懸浮液組成，因?yàn)榉磻?yīng)物在反應(yīng)溫度下的溶解性不同。其中添加的順序不是關(guān)鍵，因此，例如，酸和亞砜可以最后添加。為了控制反應(yīng)，可以取出樣品并根據(jù)已知方法例如薄層色譜或氣相色譜分析。反應(yīng)完成后-反應(yīng)時(shí)間通常是多至20小時(shí)，優(yōu)選多至約7小時(shí)-通過(guò)常規(guī)有機(jī)化學(xué)方法進(jìn)行處理。一般地，過(guò)濾混合物并通過(guò)蒸發(fā)，從濾液中分離檸檬醛產(chǎn)物。為了純化產(chǎn)物，例如可以蒸餾粗產(chǎn)物。
用下列實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1不同溶劑中的重排將6.02g(39.62mmol)脫氫里哪醇(此后稱為“DLL”)，2.31g(29.67mmol)二甲亞砜(此后稱為“DMSO”),0.65g(1.99mmol)氧鉬基乙?；狨?此后稱為“MoO2acac2”)和2.60g(14.58mmol)4-叔丁基苯甲酸于50ml溶劑中的混合物放在100ml裝有溫度計(jì)、攪拌器和冷凝器的磺?；療恐?。然后將混合物加熱至100℃。在此期間，依據(jù)方法的不同，反應(yīng)混合物的顏色由深藍(lán)色或深綠-藍(lán)色發(fā)生改變。為了控制反應(yīng)，取出樣品并用薄層色譜(TLC)或氣相色譜(GC)分析。反應(yīng)完成后，通過(guò)用少量硅膠過(guò)濾、然后減壓濃縮來(lái)處理反應(yīng)混合物。用內(nèi)標(biāo)通過(guò)GC進(jìn)行含量測(cè)定。所得結(jié)果列在下表1中。
表1
實(shí)施例2在不同酸存在下的重排將6.02g(39.62mmol)DLL,2.31g(29.67mmol)DMSO和0.65g(1.99mmol)MoO2acac2于50ml甲苯中的混合物放在100ml裝有溫度計(jì)、攪拌器和冷凝器的磺?；療恐?，并用14.58mmol不同的酸處理。然后，將混合物加熱至100℃，反應(yīng)完成后(TLC和GC控制)，如同實(shí)施例1所述作處理。所得結(jié)果列在下表2中。
表2
實(shí)施例3具體反應(yīng)過(guò)程的測(cè)定將6.02g(39.62mmol)DLL,2.32g(29.67mmol)DMSO,0.65g(1.983mmol)MoO2acac2和1.99g(14.98mmol)苯乙酸于50ml甲苯中的混合物在100ml裝有溫度計(jì)、攪拌器和冷凝器的磺?；療恐屑訜嶂?00℃。將反應(yīng)混合物在該溫度攪拌23.5小時(shí)，并在一定時(shí)間間隔取出樣品用GC和TLC分析。對(duì)于氣相色譜，取出700μl反應(yīng)溶液并迅速過(guò)濾除去催化劑。稱重該樣品并用GC分析。所得產(chǎn)率列在下表3中。
表3
實(shí)施例4將6.02g(39.62mmol)DLL,2.31g(29.67mmol)DMSO,1.99g(14.88mmol)苯乙酸和0.65g(1.983mmol)MoO2acac2于50ml甲苯在100ml裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝器的磺?；療恐屑訜嶂?00℃。反應(yīng)17小時(shí)后，將混合物冷卻至室溫，用10g硅膠過(guò)濾并用100ml甲苯?jīng)_洗。在25毫巴(2.5KPa)和40℃濃縮濾液至恒重。得到11.89g黃棕色粗產(chǎn)物。用GC進(jìn)行含量測(cè)定。所得結(jié)果如下含量橙花醛21.08％ 香葉醛22.55％產(chǎn)量橙花醛2.51g(41.63％)香葉醛2.68g(44.54％)該實(shí)施例得到檸檬醛的產(chǎn)量(E+Z)5.19g(86.17％)。而且發(fā)現(xiàn)2.08％(0.25g)未反應(yīng)的DLL。因此，5.77g 89.95％的DLL反應(yīng)重排為檸檬醛。
實(shí)施例5將6.02g(39.62mmol)DLL,2.31g(29.67mmol)DMSO,2.60g(14.58mmol)叔丁基苯甲酸和0.65g(1.983mmol)MoO2acac2于50ml甲苯中的混合物在100ml裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝器的磺?；療恐屑訜嶂?00℃。反應(yīng)17小時(shí)后，將混合物冷卻至室溫，用10g硅膠過(guò)濾并用100ml甲苯?jīng)_洗。在25毫巴(2.5KPa)和40℃濃縮濾液至恒重。得到11.05g黃-棕色粗產(chǎn)物。用GC進(jìn)行含量測(cè)定。所得結(jié)果如下含量橙花醛21.44％ 香葉醛26.30％產(chǎn)量橙花醛2.37g(39.35％)香葉醛2.91g(48.27％)該實(shí)施例得到檸檬醛的產(chǎn)量(E+Z)5.27g(87.63％)。而且發(fā)現(xiàn)1.10％(0.12g)未反應(yīng)的DLL。因此，5.90g的反應(yīng)了的DLL中有89.32％重排為檸檬醛。
實(shí)施例6將6.02g(39.62mmol)DLL,2.31g(29.67mmol)DMSO,1.78g(14.58mmol)苯甲酸和0.65g(1.983mmol)MoO2acac2于50ml甲苯中的混合物在100ml裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝器的磺?；療恐屑訜嶂?00℃。反應(yīng)17小時(shí)后，將混合物冷卻至室溫，用10g硅膠過(guò)濾并用100ml甲苯?jīng)_洗。在25毫巴(2.5KPa)和40℃濃縮濾液至恒重。得到9.35g黃-棕色粗產(chǎn)物。用GC進(jìn)行含量測(cè)定。所得結(jié)果如下含量橙花醛19.05％ 香葉醛30.09％產(chǎn)量橙花醛1.78g(29.59％)香葉醛2.86g(47.48％)
該實(shí)施例得到檸檬醛(E+Z)的產(chǎn)量為4.63g(77.07％)。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)DLL。
實(shí)施例7將6.02g(39.62mmol)DLL,2.31g(29.67mmol)DMSO,2.13g(14.58mmol)己二酸和0.65g(1.983mmol)MoO2acac2于50ml甲苯中的混合物在100ml裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝器的磺?；療恐屑訜嶂?00℃。反應(yīng)17小時(shí)后，將混合物冷卻至室溫，用10g硅膠過(guò)濾并用100ml甲苯?jīng)_洗。在25毫巴(2.5KPa)和40℃濃縮濾液至恒重。得到6.41g黃-棕色粗產(chǎn)物。用GC進(jìn)行含量測(cè)定。所得結(jié)果如下含量橙花醛36.69％ 香葉醛42.48％產(chǎn)量橙花醛2.35g(39.07％)香葉醛2.72g(45.23％)該實(shí)施例得到檸檬醛(E+Z)的產(chǎn)量為5.07g(84.30％)。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)DLL。
權(quán)利要求
1．一種通過(guò)使脫氫里哪醇催化重排為檸檬醛來(lái)生產(chǎn)檸檬醛的方法，該方法包括，在以下通式的鉬化合物MoO2X2Ⅰ其中X代表乙酰基丙酮酸根或鹵離子，和二烷基-或二芳基亞砜的催化劑系統(tǒng)存在下，在其pK值范圍在約4.0至約6.5之間的有機(jī)酸存在下，且在非極性質(zhì)子惰性有機(jī)溶劑中進(jìn)行重排。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中式Ⅰ的鉬化合物是氧鉬基乙?；狨セ蚵然蹉f，優(yōu)選氧鉬基乙?；狨?。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中二烷基-或二芳基亞砜是二甲亞砜或二丁亞砜，或?yàn)槎交鶃嗧炕蚨?對(duì)-甲苯基)亞砜，優(yōu)選二甲亞砜。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其中任選鹵代的、飽和或不飽和脂肪羧酸、鏈烷二羧酸、芳基取代的鏈烷羧酸或芳香羧酸被用作有機(jī)酸。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中有機(jī)酸是乙酸，丙酸，氯代丙酸，新戊酸，丙烯酸，己二酸，苯乙酸，苯甲酸或4-叔丁基苯甲酸，優(yōu)選苯乙酸。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其中脂肪烴、環(huán)狀烴或芳香烴及其混合物被用作溶劑。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中其中溶劑是C7-10-烷烴，C5 -7-環(huán)烷烴，苯，甲苯，萘或石蠟油，優(yōu)選甲苯。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其中重排在溫度為約80℃至約140℃，優(yōu)選在約90℃至約120℃之間進(jìn)行。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的方法，其中式Ⅰ的鉬化合物的用量約為脫氫里哪醇用量的0.1-8mol％，優(yōu)選1-7mol％，特別是約3-5mol％。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的方法，其中二烷基-或二芳基亞砜與脫氫里哪醇(離析物)的重量比一般約為0.2∶1至約1∶1；酸與離析物的重量比一般約為0.02∶1至約0.1∶1，優(yōu)選約0.04∶1至約0.07∶1，特別是約0.05∶1；溶劑與離析物的重量比一般約為5∶1至約15∶1，優(yōu)選約7∶1至約10∶1。
全文摘要
通過(guò)使脫氫里哪醇的催化重排為檸檬醛來(lái)生產(chǎn)檸檬醛的方法,該方法包括,在以下通式的鉬化合物MoO
文檔編號(hào)B01J31/20GK1234382SQ99104508
公開(kāi)日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1999年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月30日
發(fā)明者W·伯拉斯 申請(qǐng)人:弗·哈夫曼-拉羅切有限公司