CN1865210A - 一种氧代异佛尔酮的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备氧代异佛尔酮的方法。该方法是原料β－异佛尔酮在有机碱和助溶剂等存在下，使用以精氨酸为主体结构的席夫碱及其衍生物和过渡金属卤化物组成的过渡金属－有机配体为催化剂，原料β－异佛尔酮与过渡金属卤化物的摩尔比在2000∶1到20∶1之间，原料β－异佛尔酮与有机碱的比例在50∶1到2∶1之间，应温度在－30℃～150℃间，使用分子氧或富氧气体氧化生成氧代异佛尔酮。

Description

一种氧代异佛尔酮的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧代异佛尔酮的制备方法，该方法是原料β-异佛尔酮在有机碱以及助溶剂等存在下，使用分子氧或富氧气体氧化生成氧代异佛尔酮。其中使用的催化剂是以精氨酸为主体结构的席夫碱及其衍生物和过渡金属卤化物组成的过渡金属-有机配体催化体系。

背景技术

氧代异佛尔酮是一种重要的化工医药中间体，可用作食品添加剂中的调味剂或香料，也可用于合成化妆品。氧代异佛尔酮还是制备维生素和类胡萝卜素的重要中间体。

由于氧代异佛尔酮在化工医药等领域中的重要性，长期以来，将α-异佛尔酮或者β-异佛尔酮氧化成氧代异佛尔酮一直是化学化工领域研究的一个热点。特别是对于β-异佛尔酮的氧化，目前已经报道的专利和文献非常之多。总的来说，目前β-异佛尔酮的氧化主要是以过渡金属的有机配位化合物为催化剂，以分子氧或者空气进行氧化，很多时候会加入一些添加剂(比如助溶剂等)。

从反应采用的催化剂专利来看，主要有过渡金属乙酰丙酮配合物催化剂，过渡金属席夫碱配合物催化剂，过渡金属卟啉或酞菁配合物催化剂，除此之外，还有全金属催化剂等。从这些专利可以看出，采用过渡金属催化剂，在合适的有机碱及溶剂，助溶剂等条件下，可以催化氧化β-异佛尔酮生成氧代异佛尔酮，有的甚至具有很高的转化率和产率。

在US 4046813中描述了一种在有机碱吡啶存在下，使用铅、钒、铬、锰、铁、钴等的乙酰丙酮配合物为催化剂，催化氧化β-异佛尔酮制备氧代异佛尔酮的方法，该方法虽然具有约100％的转化率，但同时反应还容易使得β-异佛尔酮向α-异佛尔酮异构化，且反应中又容易形成高聚的副产物，所以使得反应选择性下降。

在US6297404和US6300521中，描述了一种在DMF或DMA以及三丙胺存在下，使用席夫碱及乙酸锂或乙酸铵的催化系统催化氧化β-异佛尔酮制备氧代异佛尔酮的方法，该方法一个最大的缺点是反应容易产生3，5，5-三甲基-环己-2-烯-4-羟基-1-酮，2，2，6-三甲基环己烷-1，4-二酮等副产物，由于这些副产物分子量以及性质等各方面与产物相似，因而其与氧代异佛尔酮的分离相当困难。

而在US4898985中，描述了一种在三乙胺和乙二醇二甲醚存在下，使用铁、钴、酮、锰的卟啉或酞菁配合物为催化剂，催化氧化β-异佛尔酮制备氧代异佛尔酮的方法，该方法虽然具有很高的收率，但卟啉类的过渡金属催化剂相当昂贵，且在反应中还容易被破坏，使得该工艺成本较高。此外乙二醇二甲醚组合三乙胺形成的碱性环境在氧化操作上非常危险，因为该混合物的燃点很低，所以出于安全原因，尽管该方法具有很高的收率，其必须在非常安全的预防措施下才可在工业规模上实施。

从上面专利总结的情况来看，目前采用的过渡金属-有机配合物催化剂进行氧化β-异佛尔酮制备氧代异佛尔酮的反应，存在的问题是在低温的条件下反应比较慢，高温下β-异佛尔酮容易异构化为α-异佛尔酮以及其它副产物，大大降低了反应的选择性和氧代异佛尔酮的产率；采用卟啉类催化剂虽然能够克服上述的缺点，但合成卟啉催化剂的价格要高很多，且反应中又容易破坏催化剂或者引起催化剂中毒等，使得反应不稳定性大大增加；而采用一般的席夫碱催化剂有些也是反应速度慢，选择性以及产率都不高，难以工业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备氧代异佛尔酮的方法。特别地，其相比于上述催化剂的特点是席夫碱类催化剂催化氧化的选择性和产率都大大提高，而且反应速度也相比以前快了很多，催化剂的量也降低了很多，对于催化氧化β-异佛尔酮制备氧代异佛尔酮是一种很好的方法。

本发明提供的制备氧代异佛尔酮的方法，反应式为：

                     β-IP氧化成KIP

其特征是原料β-异佛尔酮在有机碱以及助溶剂等存在下，使用分子氧或富氧气体氧化生成氧代异佛尔酮，其中使用的催化剂是以精氨酸为主体结构的席夫碱及其衍生物和过渡金属卤化物组成的过渡金属-有机配体催化体系。

本发明精氨酸作为主体结构合成的席夫碱类过渡金属有机配合物，其配体主要的结构为：

                     精氨酸主体结构

其中R₁～R₄是相互独立的，可以是H，X(卤素)，OH，NO₂，NO₃，COR″，OCOR″，COOR″，SO₂R″，SO₃R″等吸电子或者给电子基团，其中R″是H或者C₁～C₄的烷基，并根据金属的价态及其它性质决定配合物的个数，而R₁，R₂和R₃，R₄其中的一组或者两组也可以同精氨酸上的N原子组成N＝C-R，其结构为。

精氨酸衍生物结构

其中R₅～R₇，R₅′～R₇′也是分别相互独立的，可以是H，X(卤素)，OH，NO₂，COR″，OCOR″，COOR″，SO₂R″，SO₃R″等吸电子或者给电子基团，其中R″是H或者C₁～C₄的烷基等。

适合本发明的催化剂的中心离子为周期表中IIIb～IIb的过渡金属元素，其中优选铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)及稀土元素钕(Nd)、铈(Ce)、钐(Sm)。

适合本发明的有机碱为乙二胺、三乙胺、三丙胺、吡啶中的一种或两种。

适合本发明的助溶剂为甲醇，乙醇，乙酸乙酯，甲苯，DMF，THF，DMSO等。

适合于本发明的反应温度范围在-30℃～150℃间，并优选在40℃～100℃之间。

在本发明中β-异佛尔酮与过渡金属卤化物的摩尔比可在一个较宽的变化范围内，一般通常在2000∶1到20∶1之间，并优选在500∶1到100∶1之间。而原料β-异佛尔酮与有机碱的比例在50∶1到2∶1之间，并优选在10∶1到5∶1之间。

在本发明中所使用的氧化剂可以是纯氧、富含氧气的气体、空气。以1千克β-异佛尔酮计，每小时的通氧量通常是50～1000L，并优选在100～500L。对于其他含氧气，其通气量可根据含氧量进行相应的折算。

与传统方法相比，本发明采用以精氨酸作为主体结构合成的席夫碱类过渡金属有机配合物为催化剂进行氧化反应，具有反应速度快、催化剂用量少、反应转化率高、反应选择性好等优点，反应转化率可达99％，反应选择性可达94％。

具体的实施方式

以下的实施例将对本发明进行更为全面的描述。

实施例1：

称取0.1g催化剂(1#)，用5ml助溶剂DMF溶解后加入到250ml四颈烧瓶中。然后依次加入50g β-异佛尔酮和10mlTHF，在水浴80℃下，通入氧气，同时剧烈搅拌，4小时后反应完毕，转化率在98％以上，选择性达到88.5％。

实施例2：

称取0.25g催化剂(2#)，用5ml助溶剂DMF溶解后加入到250ml四颈瓶中。然后依次加入50g β-异佛尔酮和10ml吡啶，在水浴40℃下，通入氧气，同时剧烈搅拌，15小时后反应完毕，转化率在98％以上，选择性达到95.5％。

实施例3-10

类似于实施例1，2，分别用不同组成的催化剂，反应结束后得如下结果(表一)：

表一

实施例	BIP(g)	催化剂(g)	有机碱(ml)	助溶剂(ml)	温度(℃)	总时间(h)	转化率(％)	选择性(％)
									3	50	3#0.10	乙二胺 10	甲醇 5	80	8.5	92.5	55.6
4	50	4#0.10	三乙胺 10	THF  5	80	7	94.5	72.5
									5	50	5#0.10	吡啶   10	DMF  5	80	4	98.5	85.6
6	50	6#0.10	乙二胺 20	DMSO 5	80	4.5	98	88.1
									7	50	7#0.25	三乙胺 20	甲醇 5	40	14.5	98.8	93.2
8	50	8#0.25	吡啶   20	THF  5	40	12.5	99.5	94.6
									9	50	9#0.25	乙二胺 20	DMF  5	40	16.5	97.6	91.2
10	50	10#0.25	三乙胺 20	DMSO 5	40	18	99	92.5
									11	50	8#0.25	吡啶   20	DMSO 5	100	2.5	99.5	84.6
12	50	8#0.25	吡啶   20	DMSO 5	150	1.5	99.5	90.6
									13	50	6#0.025	吡啶   20	DMSO 2	80	12	95.5	80.5
14	50	8#2.5	吡啶   20	DMSO 10	80	6	99.8	86.5
									15	50	8#0.25	吡啶   1	DMSO 5	80	12	88.5	92.5
16	50	8#0.25	吡啶   25	DMSO 5	80	6	99.4	93.5

所用的催化剂如下所示：

1# M＝Fe R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OH2# M＝Cu R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OH3# M＝Ce R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OH4# M＝Nd R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OH5# M＝Fe R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OCH₃6# M＝Cu R6＝R7＝R6′＝R7′＝H R5＝R5′＝OCH₃7# M＝Fe R6＝R7＝R6′＝R7′＝OH R5＝R5′＝H8# M＝Cu R6＝R7＝R6′＝R7′＝OH R5＝R5′＝H9# M＝Fe R6＝R7＝R6′＝R7′＝OCH3 R5＝R5′＝OH10# M＝Cu R6＝R7＝R6′＝R7′＝OCH3 R5＝R5′＝OH

实施例中采用的催化剂，其中左边为主要配体结构。

Claims (10)

1、一种制备氧代异佛尔酮的方法，反应式为：

      β-IP氧化成KIP其特征是原料β-异佛尔酮在有机碱以及助溶剂等存在下，使用分子氧或富氧气体氧化生成氧代异佛尔酮，其中使用的催化剂是以精氨酸为主体结构的席夫碱及其衍生物和过渡金属卤化物组成的过渡金属—有机配体催化体系，原料β-异佛尔酮与过渡金属卤化物的摩尔比在2000∶1到20∶1之间，原料β-异佛尔酮与有机碱的比例在50∶1到2∶1之间，应温度在-30℃～150℃间。

2、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征在于所使用的催化剂中有机配体是以精氨酸为主体结构的席夫碱，精氨酸主体结构为：

其中R₁～R₄是相互独立的，可以是H，X(卤素)，OH，NO₂，NO₃，COR″，OCOR″，COOR″，SO₂R″，SO₃R″等吸电子或者给电子基团，其中R″是H或者C1～C4的烷基，并根据金属的价态及其它性质决定配合物的个数，而R₁、R₂和R₃、R₄其中的一组或者两组也可以同精氨酸上的N原子形成N＝C-R。

3、根据权利要求1或2所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征是精氨酸上的N原子形成N＝C-R衍生物结构：

       精氨酸衍生物结构

其中R₅～R₇，R₅′～R7′也是分别相互独立的，可以是H，X(卤素)，OH，NO₂，COR″，OCOR″，COOR″，SO₂R″，SO₃R″等吸电子或者给电子基团，其中R″是H或者C1～C4的烷基等。

4、根据权利要求1、2或3所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征是催化剂的中心离子为周期表中IIIb～IIb的过渡金属元素，铁、钴、镍、铜、锌、锰及稀土元素钕、铈、钐的一种。

5、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征是反应中采用的助溶剂为甲醇，乙醇，乙酸乙酯，甲苯，DMF，THF及DMSO的一种。

6、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征是反应是气液相反应，氧化剂可以是纯氧、富含氧气的气体，以1千克β-异佛尔酮计，每小时的通氧量在100～500L。

7、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征在于所使用有机碱为乙二胺、三乙胺、三丙胺、吡啶中的一种或两种。

8、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征在于反应中原料β-异佛尔酮与过渡金属卤化物在500∶1到100∶1之间，

9、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征在于原料β-异佛尔酮与有机碱的比例在50∶1到2∶1之间。

10、根据权利要求1所述制备氧代异佛尔酮的方法，其特征在于反应温度在在40℃～100℃间。