專利名稱:提純由臭氧解和還原相應(yīng)的萜得到的酮的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的方法,利用這種方法以簡單和安全的方式通過臭氧解、還原和隨后的提純可將萜轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酮。
由萜衍生得到的酮如諾蒎酮用于如香料工業(yè)或手性藥物化學(xué)品的合成中。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),例如通過氧化相應(yīng)的萜如羅勒烯、β-蒎烯、苧烯、莰烯、檜烯等制備這些酮。然而,這些氧化方法或者是多步的從而相當(dāng)復(fù)雜、或者是只能使用重金屬催化的氧化劑如KMnO4、OsO4、RuCl3/NaIO4等才能實施。
也描述過通過臭氧解和還原制備這些酮。然而,文獻(xiàn)不止一次地警告不要蒸餾提純所得的酮,并報道了在蒸餾結(jié)束時的爆炸。像這樣,如Chem.Abstr.114149283中,描述了在大規(guī)模合成諾蒎酮的過程中可能發(fā)生爆炸。例如,β-蒎烯試樣在CH2Cl2/MeOH中的臭氧化、隨后冷卻并加入AcOH和Zn,用來破壞臭氧化物,然后加熱到室溫引起劇烈爆炸。在Chem.Abstr.114128191中,也指出了在真空蒸餾粗制的諾蒎酮(由β-蒎烯的臭氧解得到的)的最后,蒸餾裝置爆炸了。J.Org.Chem.,Vol.56,No.25,1991也引述了這種爆炸危險的參考。就此而言,一般認(rèn)為這些爆炸的引爆物是環(huán)狀過氧化物或四氧化物或臭氧化物。
本發(fā)明的目的是找到一種方法,利用這種方法能夠不冒爆炸的危險以簡單和安全的方式提純由臭氧解和還原相應(yīng)的萜得到的酮。
另人驚奇的是,在臭氧解和還原后通過實施水蒸汽蒸餾可達(dá)到這個目的。
因此,本發(fā)明提供一種用于提純由臭氧解和隨后還原相應(yīng)的萜得到的酮的、改進(jìn)的、安全的方法,其包括,在臭氧解和還原具有可臭氧化雙鍵的、無環(huán)的、單-、雙-或三環(huán)萜后,通過在大氣壓或減壓下水蒸汽蒸餾,萃取水蒸汽餾出液和隨后的蒸餾,將所得的相應(yīng)的粗制酮轉(zhuǎn)化為高純度的酮。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中,以簡單的、特別是安全的方式提純粗制的酮。被提純的酮是通過臭氧解和隨后還原相應(yīng)的萜得到的。
這里適合的初始化合物是具有可臭氧化雙鍵的無環(huán)的、單-、雙-或三環(huán)萜。例如無環(huán)萜羅勒烯、月桂烯等。在無環(huán)的、單-、雙-或三環(huán)萜中,適合的萜優(yōu)選為具有環(huán)外雙鍵的。例如有β-水芹烯、(+)-或(-)-苧烯、β-蒎烯、莰烯、檜烯、苧烯等。
優(yōu)選具有環(huán)外雙鍵的單-或雙環(huán)萜。特別優(yōu)選具有環(huán)外雙鍵的二環(huán)萜,特別優(yōu)選β-蒎烯。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實施臭氧化。溫度在-80℃至剛剛低于所用溶劑的爆炸極限(即依賴于所用溶劑)、高達(dá)100℃之間。溫度優(yōu)選-40至+80℃,也依賴于所用溶劑,特別優(yōu)選維持在-20至+50℃。在初始化合物易溶的有機(jī)溶劑中使萜反應(yīng)。
因此適合的溶劑是醇、鹵代烴、酸、酯或它們的混合物。
優(yōu)選的溶劑是CH2Cl2、乙酸、具有1至6個碳原子的低級脂肪醇如甲醇、乙醇、異丙醇等,特別優(yōu)選使用甲醇和乙醇。
依賴于反應(yīng)條件,初始原料的濃度為0.1M至2M,為了阻止在一些初始化合物如β-蒎烯中可能產(chǎn)生的任何霧氣的形成,優(yōu)選初始原料的濃度最大值為0.5M。然而可能再用高達(dá)0.5M的初始原料混合含有完全臭氧化的過氧化物的溶液,再完全臭氧化而不形成霧氣。
使用等摩爾量的或過量(基于萜或可臭氧化的雙鍵)的臭氧,優(yōu)選加入等摩爾量的臭氧。過量使用會在臭氧解的最后導(dǎo)致臭氧分解。
再次根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),臭氧解后使含有過氧化物的溶液在貴金屬催化劑上與H2催化作用或與例如硫化物進(jìn)行化學(xué)還原。優(yōu)選催化氫化。就此而言,只有過氧化臭氧解產(chǎn)物以溶解的形式存在于氫化反應(yīng)條件下為惰性的有機(jī)稀釋劑中是合適的。這里,有機(jī)稀釋劑可理解為用于氫化的慣用的稀釋劑如脂族或芳族、任選鹵代的烴,如戊烷,己烷,環(huán)己烷,甲苯,二甲苯,二氯甲烷,二氯乙烷,氯苯,羧酸酯如乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丁酯,醚如二乙基醚、二異丙基醚,四氫呋喃,酮如丙酮、丁酮,醇如甲醇、乙醇、異丙醇。在根據(jù)本發(fā)明的方法中,優(yōu)選使用具有1至6個碳原子的低級脂肪醇中的、特別優(yōu)選在甲醇或乙醇中的過氧化臭氧解溶液。在與臭氧解所用的溶劑相同的溶劑中進(jìn)行氫化是特別有利的。
實施過程中,將用于臭氧化的催化劑在醇中(優(yōu)選在甲醇或乙醇中,非常優(yōu)選在甲醇中)的懸浮液引入氫化反應(yīng)器中,并裝入臭氧化所得到的溶液。適合的催化劑是氫化慣用的貴金屬催化劑,它們可以有載體或沒有載體的粉末催化劑的形式使用。優(yōu)選使用鈀或鉑催化劑,特別是沒有載體的鉑催化劑。就粉末催化劑而言,適合的載體是如炭、鋁、硅膠或硅藻土。也可能使用整塊催化劑,如Adams催化劑。在根據(jù)本發(fā)明的方法中,產(chǎn)率本身與所用的催化劑的量無關(guān),雖然為得到足夠的氫化率,以0.01%至5%重量、優(yōu)選0.1%至2%重量(基于每種情況下每小時輸入臭氧化產(chǎn)物的總量)的貴金屬量加入所述的催化劑是合理的。
持續(xù)氫化直至不能再檢測到氫吸收。在氫化過程中,至多消耗等當(dāng)量的氫用于臭氧化產(chǎn)物的還原。氫化過程中能使用的氫的量在0.7摩爾當(dāng)量至1摩爾當(dāng)量的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的方法中在實際無壓的條件下可有利地進(jìn)行氫化。實際無壓的條件這里應(yīng)理解為1至約3bar的壓力,本領(lǐng)域中是慣用的,以阻止空氣滲透入氫化容器中。然而也可能在高達(dá)20bar的壓力下進(jìn)行氫化,結(jié)果,雖然形成副產(chǎn)物的危險增加了,但增加了氫化率。
一般來說,還原裂解放熱,在-10至+150℃、優(yōu)選+10至70℃、特別優(yōu)選在+15至50℃的溫度下進(jìn)行還原裂解。
在氫化過程中,保持2至12、優(yōu)選8至11的pH是有益的。因為在氫化過程中可能形成酸性副產(chǎn)物,如果必要可計量地加入堿、有利地稀釋的氫氧化鈉溶液或醇化的KOH以維持所需的pH。
當(dāng)進(jìn)行臭氧解和氫化時,根據(jù)本發(fā)明對氫化溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。
因此,如果必要首先通過加入合適的無機(jī)酸或有機(jī)酸如硫酸、鹽酸、甲酸、乙酸、對二甲苯磺酸等,將所得的氫化溶液調(diào)節(jié)到pH值為4至8、優(yōu)選5至7的范圍內(nèi),并通過蒸餾或蒸發(fā)溶劑濃縮至三分之一至六分之一。
然后,根據(jù)本發(fā)明,在大氣壓或10mbar至大氣壓的減壓下實施水蒸汽蒸餾。優(yōu)選在大氣壓下實施水蒸汽蒸餾。
這里,水蒸汽是冒泡進(jìn)入濃縮的氫化溶液,優(yōu)選1∶5至1∶10的系數(shù)。
實施大氣壓水蒸汽蒸餾的蒸餾溫度近似為100至102℃,頭溫度(headtenperature)近似為90至97℃。當(dāng)餾出液為單相時完成水蒸汽蒸餾。當(dāng)水蒸汽蒸餾完成時,在蒸餾容器(包含引起文獻(xiàn)中所述的爆炸的物質(zhì))中分離出第二種不水溶的有機(jī)相。為了阻止這些放熱的、非水蒸汽蒸餾揮發(fā)的物質(zhì)的沉積,優(yōu)選將實際上非水蒸汽蒸餾揮發(fā)的化合物(其中這些有害的物質(zhì)易于溶解)加入到混合物中以被蒸餾。它們優(yōu)選是強(qiáng)非極性的、非水蒸汽蒸餾揮發(fā)的高沸點的物質(zhì)。以至多30%重量、優(yōu)選5至10%重量(基于所需的終產(chǎn)物)使用該高沸點的化合物。
然后用合適的萃取劑將所得的兩相餾出液萃取1至5次,優(yōu)選至多3次。這里合適的萃取劑是非極性溶劑,例如醚如甲基叔丁基醚(MtBE)、乙酸乙酯、甲苯、己烷等。優(yōu)選使用MtBE。
然后,任選地提純有機(jī)相后,在大氣壓或低至20mbar、優(yōu)選低至10mbar的減壓下餾出萃取劑。然后通過隨后的真空或大氣壓蒸餾提純留下的殘余物、所需的酮。
根據(jù)本發(fā)明以這種方式制備的、或分離的和提純的酮是以不冒爆炸危險的、安全并簡單的方式、純度高于99%、產(chǎn)率在75至90%之間得到的。
優(yōu)選使用根據(jù)本發(fā)明的用于由β-蒎烯制備諾蒎酮的方法,其中臭氧解和氫化都在相同的C1-C6-醇、優(yōu)選在甲醇或乙醇中進(jìn)行。
b)氫化;
于20℃、pH為10的條件下用高于大氣壓50mbar的氫氣在Pt(Adams)上還原2升由如上臭氧解得到的1.0M的過氧化物溶液。用15%KOH的甲醇溶液調(diào)節(jié)pH的堿的消耗量是11毫升/升過氧化物溶液。H2的消耗量是理論值的85%。c)調(diào)節(jié)(workup)用稀硫酸將2升甲醇的氫化溶液調(diào)節(jié)到pH為6,并在旋轉(zhuǎn)式汽化器上通過在大氣壓下蒸發(fā)掉甲醇濃縮至400克。蒸餾的餾出液仍含有4g/l的諾蒎酮。用400克水和50克白油(基于所用的蒎烯大約30%)摻和所得的殘余物(懸浮液),然后在大氣壓下用水蒸汽發(fā)生器(蒸餾溫度為100℃,頭溫度為97℃)蒸餾粗制的諾蒎酮。當(dāng)餾出液變?yōu)閱蜗?,諾蒎酮的含量為<1g/升的餾出液。得到總量為2740g的兩相餾出液。由水蒸汽蒸餾得到的殘余物是兩相的,所有的可爆炸的副產(chǎn)物(單獨的可爆炸物質(zhì)的放熱率為約2000J/g)溶于白油相中(即使在冷卻到室溫后)。作為用白油稀釋效果的結(jié)果,白油相中的放熱率只略高于150J/g。每種情況下(主要的副產(chǎn)物、甲醛,留在水相中)用1000ml的MtBE萃取兩相的餾出液兩次,分離并組合有機(jī)相,在旋轉(zhuǎn)式汽化器中于大氣壓下蒸餾所有的MtBE。225gGC含量為98%的粗制諾蒎酮(產(chǎn)率為理論值的81%)留在殘余物中。在殘余物的TLC光譜的打印記錄中,放熱率不再明顯。于20mbar和130℃蒸餾溫度,粗制諾蒎酮的真空蒸餾提供了220克GC含量>99%的諾蒎酮(產(chǎn)率為理論值的79%)。
權(quán)利要求
1.一種用于提純由臭氧解和隨后還原相應(yīng)的萜得到的酮的、改進(jìn)的、安全的方法,其包括,在臭氧解和還原具有可臭氧化雙鍵的、無環(huán)的、單-、雙-或三環(huán)萜后,通過在大氣壓或減壓下的水蒸汽蒸餾、萃取水蒸汽餾出液和隨后的蒸餾將所得的相應(yīng)的粗制酮轉(zhuǎn)化為高純的酮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所用的初始化合物為選自于羅勒烯、月桂烯、β-水芹烯、(+)-或(-)-苧烯、β-蒎烯、莰烯、檜烯、或苧烯的萜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中于-80℃至100℃的溫度(依賴于所用溶劑),初始原料的濃度為0.1M至2M,在醇、鹵代烴、酸、酯或它們的混合物中實施臭氧解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述還原反應(yīng)在pH為2至12,有貴金屬存在的脂族或芳族烴,其任選為取代的,羧酸酯,醚,酮或醇中進(jìn)行催化加氫反應(yīng),其中氫為0.7至1摩爾當(dāng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中實施臭氧解和氫化后,如果必要通過加入無機(jī)酸或有機(jī)酸將氫化溶液調(diào)節(jié)到pH值為4至8,并濃縮至三分之一至六分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中在大氣壓或低至10mbar的減壓下實施水蒸汽蒸餾。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法,其中在水蒸汽蒸餾過程中以基于終產(chǎn)物高達(dá)30%重量的量向反應(yīng)物溶液中加入強(qiáng)非極性的、非水蒸汽蒸餾揮發(fā)的高沸點的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法,其中用萃取劑將由水蒸氣蒸餾得到的兩相餾出液萃取1至5次。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中在大氣壓或低至20mbar的減壓下將萃取劑從有機(jī)相中餾出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中通過真空或大氣壓蒸餾最后提純粗制的酮,結(jié)果得到純度高于99%、產(chǎn)率為75至90%的相應(yīng)的酮。
全文摘要
用于提純由臭氧解和隨后還原相應(yīng)的萜得到的酮的、改進(jìn)的、安全的方法,其中,在臭氧解和還原具有可臭氧化雙鍵的、無環(huán)的、單-、雙-或三環(huán)萜后,通過在大氣壓或減壓下的水蒸汽蒸餾,萃取水蒸汽餾出液和隨后的蒸餾,將所得的相應(yīng)的粗制酮轉(zhuǎn)化為高純的酮。
文檔編號C07C45/84GK1382678SQ0114380
公開日2002年12月4日 申請日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者K·吉塞爾布里克特, K·雷特, J·沙勒, R·赫曼塞德 申請人:Dsm精細(xì)化學(xué)奧地利Nfg兩合公司