專利名稱：一種通過Carroll反應(yīng)制備γ,δ－不飽和酮的方法以及用于此方法中新的催化劑及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在新的鋁催化劑存在下通過Carroll反應(yīng)制備γ,δ-不飽和酮，具體而言是甲基庚烯酮，牻牛兒基丙酮和法呢基丙酮或它們的二氫衍生物的改進(jìn)方法，以及新的合適的鋁催化劑及其制備。
Carroll反應(yīng)指烯丙醇或炔丙醇同乙酰乙酸酯或雙烯酮形成γ,δ-不飽和酮的鏈延長反應(yīng)，例如它可以按下面反應(yīng)式進(jìn)行
因此在主要反應(yīng)步驟中，由烯丙醇或炔丙醇同乙酰乙酸酯或雙烯酮反應(yīng)形成的新的乙酰乙酸酯經(jīng)過克萊森重排生成β-酮酸，然后自然脫去羧基。J.Am.Chem.Soc.65(1943)1992-1998中描述了關(guān)于Carroll反應(yīng)的首次研究。
自二十世紀(jì)五十年代早期，此反應(yīng)已廣泛用于制備萜烯。例如被要求作為維他命A和E重要前體的萜烯2-甲基-2-庚烯-6-酮，牻牛兒基丙酮和法呢基丙酮是通過Carroll反應(yīng)以工業(yè)規(guī)模制備的。
用于US2795617方法中Carroll反應(yīng)的催化劑為鋁的醇化物，具體而言是異丁醇鋁Al(O-CH(CH3)2)3，用量按用做起始原料的乙醇計算為0.8-2.5mol％。
用于GB886353方法中Carroll反應(yīng)的催化劑為鋁同乙酰丙酮或乙酰乙酸酯的配合物，如三(乙酰丙酮)鋁，三(乙酰乙酸甲酯)鋁或三(乙酰乙酸乙酯)鋁，它們是通過將鋁鹽在氨中與乙酰丙酮的水溶液反應(yīng)或?qū)⑷榇间X與乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯反應(yīng)，蒸餾出釋放出的乙醇，再分離出沉淀的固體鋁催化劑而制得的。使用氨和鋁化合物的固體特性不利于工業(yè)使用。
Mehrotra等人在Can.J.of Chem.39(1961)(P 795-798)中更理論化的處理鋁配合物，除了制備鋁同乙酰丙酮，苯甲酰乙酸酯或乙酰乙酸酯的三配合物外，還制備了這樣的鋁配合物，合適的鋁的醇化物中的僅僅一個或兩個烷氧基被乙酰丙酮，苯甲酰乙酸酯或乙酰乙酸酯基團取代。在這些情況下，將引入的配體(如乙酰乙酸乙酯)與三異丙醇鋁的苯溶液混合，再將混合物回流3小時反應(yīng)完成后，生成的醇作為與苯的共沸物被蒸餾出來。Mehrotra描述的方法不適用于工業(yè)制備鋁化合物.一方面由于在進(jìn)一步反應(yīng)中使用鋁化合物，如作為催化劑用于制備香料或維他命E的前體，而苯是禁止使用的。另一方面兩步反應(yīng)(回流+蒸餾的反應(yīng))需要較高的基本投資，因此不太經(jīng)濟。
其中未提到作為Carroll反應(yīng)催化劑的這些鋁配合物的使用。
到目前為止，工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法主要使用三異丙醇鋁。
到目前為止使用鋁催化劑的一個缺點在于它們是晶體化合物，因此必須用固體進(jìn)行操作，這對于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法來說是復(fù)雜的。另外一個缺點在于它們在反應(yīng)劑中溶解度較低。這樣，例如室溫下三(乙酰乙酸甲酯)鋁在乙酰乙酸乙酯中的溶解度僅有約4％，在特別有用于萜烯化學(xué)的反應(yīng)原料如2-甲基-3-丁烯-2-醇，里哪醇或橙花叔醇中幾乎不溶。
三-仲-丁醇鋁在正常條件下為液體，因此易于處理，但在工業(yè)上不用作Carroll反應(yīng)的催化劑，因為使用它時將生成相當(dāng)多的副產(chǎn)物，從而使所需的γ,δ-不飽和酮的產(chǎn)率較低。
本發(fā)明的目的在于用于制備γ,δ-不飽和酮的催化劑，該催化劑易于制備且至少與用于本反應(yīng)的已知催化劑同樣有效。在此催化劑存在下僅生成少量副產(chǎn)物，另外在工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)上易于技術(shù)處理。為了易于技術(shù)處理，它們在制備中必須以液體形式制得，可穩(wěn)定儲藏并且象粘性液體一樣可用泵抽和自由流動。其中合適的如熔化或與少量低級醇或另外一種惰性溶劑混合，這樣在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)上可避免有固體參與的復(fù)雜操作。
我們發(fā)現(xiàn)這些目的可通過Carroll反應(yīng)的鋁催化劑實現(xiàn)，其中催化劑包含至少一個乙酰乙酸烷基酯基團和1或2個烷氧基或其它獨特的乙酰乙酸烷基酯基團，它們與仲丁醇或異丁醇或其它至少兩種不同的，其中含有1-10個碳原子的鏈烷醇進(jìn)行酯化。
因此本發(fā)明涉及一種制備如通式Ⅰ所示的γ,δ-不飽和酮的方法
通過將如通式Ⅱ所示的烯丙醇，
其中R1為H或一個飽和或不飽和的含有1-20個碳原子的支鏈烴基，與雙烯酮或如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯，
其中R2為含1-5個碳原子的烷基，在有鋁催化劑存在下進(jìn)行原來的或改良的Carroll反應(yīng)，其中被用作鋁催化劑的鋁化合物在室溫下是穩(wěn)定的液體或是這樣的鋁化合物的混合物，其中鋁化合物包含至少一種由乙酰乙酸烷基酯形成的基團和1或2個烷氧基，或其它由乙酰乙酸烷基酯形成的獨特基團，所述乙酰乙酸烷基酯與仲丁醇或異丁醇酯化，或者與至少兩種鏈烷醇進(jìn)行酯化反應(yīng)。
室溫下為穩(wěn)定的液體并包含由乙酰乙酸烷基酯形成的獨特基團的鋁化合物通常指如通式Ⅴ所示的鋁化合物或鋁化合物的混合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中R3,R4和R5只有它們?nèi)齻€均為-CH(CH3)-C2H5或-CH2-CH(CH3)2時才具有相同的含義。
室溫下為穩(wěn)定的液體并包含至少一個由乙酰乙酸烷基酯形成的基團和1或2個烷氧基的鋁化合物通常指如通式Ⅳ或Ⅶ所示的鋁化合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，R6為一含1-10個碳原子的烷基。
當(dāng)使用的鋁催化劑為通式Ⅴ所示的鋁化合物的新混合物時，本發(fā)明的方法能特別有利地進(jìn)行，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中基團R3,R4和R5可以不全相同。
因此本發(fā)明也涉及如通式Ⅴ所示的鋁化合物的新的混合物，
其中R3,R4和R5定義同上；特別是通式Ⅴ所示的鋁化合物的混合物，其中R3為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5，R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7,其中基團R3,R4和R5可以不全相同；以及制備這些鋁化合物的方法。
通式Ⅱ所示合適的烯丙醇是如2-甲基-丁-3-烯-2-醇，3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(里哪醇)，3,7-二甲基-1-辛烯-3-醇(6,7-二氫里哪醇)，3,7,11-三甲基-1,6,10-十二碳三烯-3-醇(橙花叔醇)，3,7,11,15-四甲基-1,6,10,14-十六碳四烯-3-醇(牻牛兒基里哪醇)，3,7,11,15-四甲基-1-十六碳烯-3-醇(異植醇)，3,7,11-三甲基-1-十二碳烯-3-醇和3,7,11-三甲基-1,6-十二碳二烯-3-醇(10,11-二氫橙花叔醇)，尤其是2-甲基-3-丁烯-2-醇，6,7-二氫里哪醇，里哪醇，橙花叔醇及10,11-二氫橙花叔醇的醇。
特別適用于Carroll反應(yīng)的通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯為甲酯，乙酯，異丙酯，叔丁酯和仲丁酯，尤其是可購買到的乙酰乙酸甲酯和乙酰乙酸乙酯。
Carroll反應(yīng)步驟通常是首先將鋁催化劑加到如式Ⅱ所示的烯丙醇中，然后在150-220℃下再緩慢加入如式Ⅲ所示的乙酰乙酸酯。
有關(guān)Carroll反應(yīng)步驟的進(jìn)一步描述參照W.Kimel等人J.Org.Chem.23(1958),P 153-157及J.Weichert等人Collect.Czech.Chem.Comm.25(1960),P1914-1921.
就此而言，涉及到的改進(jìn)的Carroll反應(yīng)是指由Kimel和Sax在J.Org.Chem.23,2(1958),P153-157中曾描述過的Carroll反應(yīng)的一種變體，其中將如式Ⅱ所示的烯丙醇與雙烯酮在低溫下反應(yīng)，然后將制得的在高達(dá)100℃下仍穩(wěn)定的如式Ⅱ所示的烯丙醇乙酰乙酸酯在150-220℃下進(jìn)行重排制得γ,δ-不飽和酮。
本發(fā)明使用的鋁催化劑的制備優(yōu)選從三異丙醇鋁，三仲丁醇鋁或三仲戊醇鋁開始，其中這些鋁化合物是按本身已知的方法通過將金屬鋁與合適的醇在合適的催化劑存在下反應(yīng)依次制得的。沒有必要使用分離的或純化的鋁的醇化物，當(dāng)直接使用由鋁同合適的醇反應(yīng)得到的混合物時，幾乎獲得同樣好的結(jié)果。
制備如通式Ⅳ和Ⅶ所示的鋁化合物的混合物的步驟，其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3或-C2H5,R6為一含2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7，較為有利地是將三異丙醇鋁，三仲丁醇鋁，三叔丁醇鋁或三仲戊醇鋁，優(yōu)選為三仲丁醇鋁，在合適的溶劑如苯中與按每摩爾鋁的醇化物含量計小于3mol，優(yōu)選為1-2mol的乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯一起加熱，無需蒸餾釋放出的醇。
制備如通式Ⅴ所示的鋁催化劑的新混合物的一般步驟，其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3或-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中R3,R4和R5可以不全相同，是將如通式Ⅵ所示，Al(O-R6)3(Ⅵ),其中R6為一含2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7的鋁的醇化物，與約3-10mol，優(yōu)選3-5mol由不同于R6OH，含有1-5個碳原子的醇制得的乙酰乙酸烷基酯，優(yōu)選為按每摩爾鋁的醇化物計3-5mol的乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯一起加熱，無需除去在加熱時從反應(yīng)混合物中釋放出的高級醇。通常將鋁的醇化物與乙酰乙酸烷基酯不連續(xù)加熱，直至漸漸開始回流。
然而為了加快反應(yīng)，也可以在一封閉系統(tǒng)中，在較高的溫度下進(jìn)行加熱，這對連續(xù)反應(yīng)特別重要?，F(xiàn)已證明在升高的壓力下有利的溫度為100-220℃，優(yōu)選為150-200℃。
如果，例如將三異丙醇鋁或三仲丁醇鋁與按每mol鋁的醇化物計至少3mol的乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯一起加熱到100℃以上，將同時發(fā)生結(jié)合在鋁上的醇的消去，當(dāng)蒸餾出醇時，將形成較低溶解度的三(乙酰乙酸甲酯)鋁或三(乙酰乙酸乙酯)鋁。另一方面，如果加熱過程中從鋁的醇化物中釋放出的醇仍保留在反應(yīng)混合物中，并連續(xù)加熱，那么在最初形成的三(乙酰乙酸烷基酯)鋁中一個甚至兩個烷氧基將被這種醇部分取代。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，前面未描述的這些分子中含有不同酯基的乙酰乙酸酯鋁的混合物不結(jié)晶，且象粘稠液體一樣幾個星期仍保持穩(wěn)定，這樣比例如對低溶解度的結(jié)晶的三(乙酰乙酸甲酯)鋁進(jìn)行技術(shù)處理要好得多，且活性與后者一樣好并且比三異丙醇鋁要好(參見實施例4a和對比實施例4b)。這種方法制備出的三乙酰乙酸酯鋁不是單一的化合物，它們包含例如二(乙酰乙酸甲酯)一(乙酰乙酸仲丁酯)鋁及一(乙酰乙酸甲酯)二(乙酰乙酸仲丁酯)鋁的混合物。將這種聚集的液體狀態(tài)在室溫下經(jīng)過幾個月以預(yù)處理，即達(dá)到酯基轉(zhuǎn)移的程度，這種情況是指2-丁氧基數(shù)目與所有烷氧基，此時是指甲氧基和2-丁氧基數(shù)目的比例。為了制得所需的粘稠液體催化劑，必須將三(乙酰乙酸甲酯)鋁幾乎每個第三甲氧基用仲-戊氧基，仲-丁氧基，叔-丁氧基或異丙氧基取代。
通過將如通式Ⅵ所示的三烷氧基鋁與至少3mol含至少2種不同的乙酰乙酸烷基酯的混合物，如2mol乙酰乙酸甲酯和1mol乙酰乙酸仲丁酯的混合物進(jìn)行加熱，也可以獲得如通式Ⅴ所示新的粘稠液體鋁催化劑的混合物，其中三烷氧基鋁中所有的烷氧基已被至少部分不同的乙酰乙酸烷基酯取代。
另外還令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，如果選擇一定的壓力和溫度使從反應(yīng)混合物中釋放出的醇不能蒸發(fā)，即能非常有利地連續(xù)制備出如通式Ⅴ所示含有由乙酰乙酸酯形成的獨特基團的液體鋁化合物。
因此本發(fā)明也涉及一種用于連續(xù)制備室溫下為液體的如通式Ⅴ所示鋁化合物或鋁化合物混合物的方法，該方法包括每種情況下，將1mol如通式Ⅵ所示鋁的醇化物與至少3mol，優(yōu)選3-10mol如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯，或與至少3mol的2或3種不同的如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯的混合物以純化的形式或溶解在合適的溶劑中進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，其中溫度為100-250℃，優(yōu)選為150-200℃，壓力為1-100bar，優(yōu)選為1-10bar以及停留時間為5-120mins，優(yōu)選為15-45mins，并且必須選擇一定的壓力和溫度以使反應(yīng)器中沒有氣相形成。
令人驚奇的是連續(xù)反應(yīng)必須作為液相反應(yīng)進(jìn)行，即與不連續(xù)反應(yīng)對比，氣相是不允許的。因此反應(yīng)混合物一定不能沸騰。如果反應(yīng)中壓力太低，將形成氣相，其中聚集了低沸點的醇。因此將后者從反應(yīng)平衡中移出，這樣酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)將進(jìn)行的不充分。這就依次導(dǎo)致鋁催化劑不是液體而是沉淀出來。相應(yīng)地必須調(diào)整壓力以使反應(yīng)混合物隨壓力變化的沸點高于可自由選擇的反應(yīng)溫度。
該反應(yīng)包括一可逆的平衡反應(yīng)，其中平衡點及建立平衡的速率取決于溫度。因此溫度和停留時間不能彼此獨立地設(shè)定。對于一給定的溫度，必須選擇一定的停留時間使得正好達(dá)到酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)的適當(dāng)程度，否則將產(chǎn)生催化劑沉淀的危險。
令人驚奇的是酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)的程度隨溫度按二次曲線增加，而隨停留時間僅按線性增加。因此溫度的改變將比停留時間的改變對酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度產(chǎn)生更大的影響。
在較高溫度及較長的停留時間下將達(dá)到平衡狀態(tài)。因此對一給定的溫度，僅僅值得做的就是選擇好停留時間，使得正好達(dá)到平衡狀態(tài)或所需的酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度。進(jìn)一步增加停留時間對反應(yīng)沒有效果，僅僅會導(dǎo)致時空產(chǎn)率的降低。
關(guān)于連續(xù)制備如通式Ⅴ所示的液體鋁化合物的反應(yīng)步驟參見

圖1(Fig.1)。這里將如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯通過泵2從接收器1中抽出，以及將如通式Ⅵ所示的鋁的醇化物或該醇化物的溶液通過泵5從接收器4抽出，一起送到混合器7中。最好分別通過熱交換器3和6將兩種反應(yīng)物預(yù)熱或甚至加熱到反應(yīng)溫度?；旌掀?必須在升高的溫度和壓力下操作。反應(yīng)劑在混合器7中混合后，連續(xù)反應(yīng)較為有利的是在具有管式特性的反應(yīng)器8中進(jìn)行。反應(yīng)體系通過壓力控制器9保持所需的壓力，必須選擇好壓力和溫度使得由鋁醇化物中釋放出的乙醇不能蒸發(fā)。將離開反應(yīng)器的反應(yīng)混合物減壓至大氣壓，通過熱交換器10冷卻并收集在接收器11中。
本發(fā)明也相應(yīng)地涉及連續(xù)制備如上所述通式Ⅴ所示上述鋁化合物的方法，其中在升高的壓力和溫度下將如通式Ⅵ所示的鋁的醇化物與如通式Ⅲ所示的一種或數(shù)種乙酰乙酸烷基酯連續(xù)地在混合器中進(jìn)行混合，然后在具有管式特性的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。
這種優(yōu)選方案的一種可替代的方案是在一種所謂的環(huán)形反應(yīng)器或循環(huán)反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，這在實際操作中可指也許實際上指的是反應(yīng)可以在一裝有外部循環(huán)的流動管狀反應(yīng)器中進(jìn)行，參見圖2(Fig.2)。這里離開反應(yīng)器8的反應(yīng)排出物通過泵13經(jīng)過一個三路龍頭12，適當(dāng)?shù)?，?jīng)過加熱交換器14至反應(yīng)器入口。這種情況下可配置一上流混合器7。
盡管如此，原則上還可以在一攪拌容器或攪拌容器階中進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)以代替管狀反應(yīng)器或環(huán)形反應(yīng)器。
反應(yīng)完成后，可通過一步蒸餾，如使用薄膜蒸發(fā)器，將反應(yīng)中釋放的醇從反應(yīng)混合物中除去。
反應(yīng)結(jié)束后，如果釋放出的醇仍保留在反應(yīng)混合物中，所得的溶液通常有較好的流動性和可泵性。
然而為了獲得較好的流動性和可泵性，也可以在粘性液體催化劑中加入少量，即20-100％重量的一種低級醇或另外一種惰性溶劑。
本發(fā)明方法中使用的鋁催化劑用量按如式Ⅱ所示的烯丙基醇計算，通常為約0.5-3mol％，優(yōu)選為1.0-2.5mol％。
通過本發(fā)明的方法，特別是使用如式Ⅴ所示的新的混合的三(乙酰乙酸烷基酯)鋁作為催化劑，可以以工業(yè)上直接的方式，以好的產(chǎn)率和好的質(zhì)量制備出作為重要的維他命前體被需求的如通式Ⅰ所示的酮，例如2-甲基-2庚烯-6-酮，牻牛兒基丙酮(6,10-二甲基-5,9-十一碳二烯-2-酮)，二氫牻牛兒基丙酮(6,10-二甲基-5-十一碳烯-2-酮)，法呢基丙酮(6,10,14-三甲基-5,9,10-十五碳三烯-2-酮)，6,10-二甲基-5-十一碳烯-2-酮及二氫法呢基丙酮(6,10,14-三甲基-5,10-十五碳二烯-2-酮)。
實施例1Al(O-CH(CH3)-C2H5)3與乙酰乙酸甲酯(MAA)的反應(yīng)a)將530g純的三仲丁醇鋁在一帶有回流冷凝器的反應(yīng)器中加熱至160℃，并在此溫度下進(jìn)行攪拌，以一定的速率在2小時內(nèi)加入670gMAA。在此放熱反應(yīng)中釋放出仲丁醇和甲醇，但不要將它們從反應(yīng)混合物中除去，而是通過回流冷凝器保留在反應(yīng)混合物中。
加料結(jié)束后，將低沸化合物通過一短柱按回流比10∶1蒸餾出來。按這種方式在12小時過程中蒸餾出的150.3g醇由仲丁醇和甲醇組成。冷卻反應(yīng)混合物，減壓(30mbar)條件下蒸餾出更多的醇，剩余860g粘稠液體，從中未分離出晶體。
在此殘余物中加入約140g甲醇可以制備成易于泵抽、可流動及穩(wěn)定的催化劑溶液。b)對照實驗將530g純的三仲丁醇鋁加熱至150℃，然后一邊攪拌一邊蒸餾出醇，經(jīng)2小時泵入670gMAA。加料結(jié)束后，連續(xù)蒸餾0.5小時，然后將混合物冷卻至30℃，殘余物自發(fā)結(jié)晶并形成一由低溶解度的三(乙酰乙酸甲酯)鋁組成的固塊。實施例2Al(O-CH(CH3)2)3與MAA的反應(yīng)將106g純的Al(O-CH(CH3)2)3在一裝有回流冷凝器的反應(yīng)器中加熱至180℃，在此溫度下進(jìn)行攪拌，經(jīng)3小時泵入180gMAA，然后將混合物回流1小時，再將形成的醇按類似實施例1的方法蒸餾出來，即得到199.5g粘稠液體殘余物，該殘余物由三(乙酰乙酸甲酯/乙酰乙酸異丙酯)鋁混合物組成。按此方法得到的催化劑經(jīng)50天或更長時間仍保持為液體和可泵抽。實施例3將50.3g純的Al(O-CH(CH3)-C2H5)3在一裝有回流冷凝器的反應(yīng)器中加熱至150℃，攪拌并加熱至慢慢開始回流，再經(jīng)1小時泵入72gMAA。然后將反應(yīng)混合物回流15小時，得到120g由三(乙酰乙酸甲酯-乙酰乙酸仲丁酯)鋁及仲丁醇和甲醇組成的低粘度穩(wěn)定的催化劑溶液。實施例4a)將39g里哪醇(3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇)與由實施例3制得的3.27g含有0.149gAl(占液體催化劑4.54％)的催化劑溶液一起加熱至180℃。達(dá)到該溫度后立即經(jīng)2小時，以恒定的速率和內(nèi)部溫度為180±4℃的條件下泵入30.45gMAA。冷卻出的氣流，分離出6.9g低沸化合物。然后將混合物在180℃下攪拌30mins，冷卻并減壓蒸餾，即可獲得46.55g純的E,Z-6,10-二甲基-5,9-十一碳二烯-2-酮(牻牛兒基丙酮)，相應(yīng)的理論產(chǎn)率為95％。b)對照實驗將39g里哪醇與1.122g三異丙醇鋁(0.148gAl)一起加熱至180℃，經(jīng)2小時將30.45gMAA按類似實施例4a的方法加入。冷卻流出的氣流，收集到5.6g甲醇。然后將混合物在180℃下攪拌30mins，冷卻并減壓蒸餾，蒸餾出少量的初餾物后，分離出43.23g牻牛兒基丙酮，相應(yīng)的理論產(chǎn)率為88％。實施例5-12在管式反應(yīng)器中的連續(xù)制備a)反應(yīng)裝置的描述(見附圖1)如表1詳述的反應(yīng)在一可加熱的管式反應(yīng)器8中進(jìn)行，該反應(yīng)器由兩個長度為6m，內(nèi)部直徑為6mm的盤旋管組成(反應(yīng)器容積相應(yīng)地為340ml)。將三仲丁醇鋁(純度100％，即無溶劑，密度為0.97g/cm3)和乙酰乙酸甲酯(密度為1.077g/cm3)分別通過齒輪泵2和5，分別從接收器1和4中經(jīng)過分別由加熱器3和6加熱的管線傳送至可加熱的混合器7中。在混合器7中將兩種反應(yīng)劑在反應(yīng)溫度下劇烈混合，然后轉(zhuǎn)移至上述的管式反應(yīng)器中。在反應(yīng)器出口的下游處安置一可設(shè)定體系所需壓力的壓力控制器9，及一可將產(chǎn)品冷卻至室溫(RT)的冷卻區(qū)10，然后在接收罐11中收集產(chǎn)品，通過蒸餾除去低沸化合物，酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度由1H-NMR光譜鑒定。
這種情況下的酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度定義為2-丁氧基和所有烷氧基，即全部甲氧基和2-丁氧基的比率。b)反應(yīng)總述在上述的反應(yīng)裝置中，將由下表1所示的一定量的乙酰乙酸甲酯(MAA)和三仲丁醇鋁(Al(OsecBu)3)在表1所示的溫度、壓力及停留時間下進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。除去低沸化合物(甲醇，2-丁醇，乙酰乙酸甲酯)，所得的產(chǎn)品通過1H-NMR光譜加以分析。
每種情況下達(dá)到的酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)的程度及鋁含量見表1。
產(chǎn)品甚至在儲藏幾個月后仍保持為液體，因此可有利地作為Carroll反應(yīng)催化劑使用。
僅在實施例10中，反應(yīng)壓力連同停留時間不足以獲得足夠程度的酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
表1
實施例13和14比較用于連續(xù)制備的管狀反應(yīng)器及環(huán)形反應(yīng)器a)在管式反應(yīng)器中的反應(yīng)(見附圖1)在上述的反應(yīng)裝置中，將5.3g/min(45.7mmol/min)的乙酰乙酸甲酯與3.8g/min(15.5mmol/min)的三仲丁醇鋁在溫度為175℃，壓力為6bar下進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。使用的反應(yīng)器為上述的管狀反應(yīng)器，設(shè)定停留時間為38mins，除去低沸化合物(甲醇，2-丁醇，乙酰乙酸甲酯)，所得的產(chǎn)品通過1H-NMR光譜加以分析。
酯轉(zhuǎn)移程度為51％，鋁含量為4.4％，即使儲藏幾個月后，產(chǎn)品仍保持為液體。b)在所謂循環(huán)或環(huán)形反應(yīng)器中的反應(yīng)(見附圖2)此反應(yīng)在相同的反應(yīng)條件(45.7mmol/min乙酰乙酸甲酯，15.5mmol/min三仲丁醇鋁，反應(yīng)溫度=175℃，壓力=6bar，停留時間=38min)下進(jìn)行，但上述反應(yīng)器通過將離開反應(yīng)器的反應(yīng)混合物經(jīng)過一三路龍頭12，泵13及由熱交換器14加熱的管線再返回至反應(yīng)器入口來進(jìn)行改裝，形成所謂的環(huán)形反應(yīng)器，設(shè)定的循環(huán)比約為20。
這種情況下酯轉(zhuǎn)移程度為48％，因此低于在管狀反應(yīng)器中所得到的值，并且鋁含量為4.5％。使用環(huán)形反應(yīng)器制得的產(chǎn)品在儲藏幾個月后也仍然為液體，因此可有利地用作為Carroll反應(yīng)的催化劑。實施例15在一裝有連續(xù)攪拌的容器(CSTR)中的反應(yīng)將上述反應(yīng)裝置中的混合器及管狀反應(yīng)器用一反應(yīng)容積為60ml的攪拌容器替換。然后將0.74g/min(6.4mmol/min)的乙酰乙酸甲酯(MAA)與0.68g/min(2.13mmol/min，計算值100％)的77％濃度的三仲丁醇鋁(Al(OsecBu)3)在2-丁醇中的溶液，在溫度為150℃，壓力為65bar下進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，停留時間為42min。除去低沸化合物后，產(chǎn)品通過1H-NMR光譜進(jìn)行分析。得到酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度為39％。該值明顯低于在管式反應(yīng)器中所得到的值，不過仍然獲得了室溫下穩(wěn)定的液體鋁催化劑。
權(quán)利要求
1．一種制備如通式Ⅰ所示的γ,δ-不飽和酮的方法
該方法通過將如通式Ⅱ所示的烯丙醇，
其中R1為H或一個飽和或不飽和的含有1-20個碳原子的支鏈烴基，與雙烯酮或如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯，
其中R2為含1-5個碳原子的烷基，在有鋁催化劑存在下進(jìn)行未改進(jìn)的或改進(jìn)的Carroll反應(yīng)，其中被用作鋁催化劑的鋁化合物在室溫下是穩(wěn)定的液體，或是這類鋁化合物的混合物，該化合物包含至少一種由乙酰乙酸烷基酯形成的基團和1或2個烷氧基，或其它由乙酰乙酸烷基酯形成的獨特基團，它們與仲丁醇或異丁醇或與至少兩種不同的鏈烷醇進(jìn)行酯化反應(yīng)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用的鋁催化劑為通式Ⅴ所示的鋁化合物或如通式Ⅴ所示的鋁化合物的混合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中R3,R4和R5只有它們均為-CH(CH3)-C2H5或-CH2-CH(CH3)2時才具有相同的含義。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用的鋁催化劑為如通式Ⅴ所示的鋁化合物的混合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中R3,R4和R5可以不全相同。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用的催化劑為如通式Ⅳ或Ⅶ所示的鋁化合物的混合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，R6為一含2-10個碳原子的烷基。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將作為通式Ⅱ所示的烯丙醇，如2-甲基-3-丁烯-2-醇，里哪醇，6,7-二氫里哪醇，橙花叔醇及10,11-二氫橙花醇或牻牛兒基里哪醇與式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯反應(yīng)。
6．一種室溫下為液體，具有通式Ⅴ結(jié)構(gòu)的鋁化合物的混合物，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3或-C2H5，R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，其中R3,R4和R5可以不全相同。
7．一種制備權(quán)利要求6中所述的，如通式Ⅴ所示，室溫下為液體的鋁化合物的混合物的方法，其中包括將如通式Ⅵ所示Al(O-R6)3(Ⅵ)，其中R6為一含2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7的鋁的醇化物，與按每摩爾鋁的醇化物計至少約3mol由不同于R6OH的醇制得的乙酰乙酸烷基酯反應(yīng)，無需除去在加熱反應(yīng)混合物時反應(yīng)中釋放出的醇。
8．一種制備權(quán)利要求6中所述的，如通式Ⅴ所示室溫下為液體的鋁化合物的混合物的方法，其中包括將如通式Ⅵ所示Al(O-R6)3(Ⅵ)，其中R6為一含2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5，-C(CH3)3或-CH(CH3)-C3H7的鋁的醇化物與至少3mol，由至少2種不同的乙酰乙酸烷基酯組成的混合物一起加熱。
9．一種用于連續(xù)制備室溫下為液體的鋁化合物或如通式Ⅴ所示鋁化合物的混合物的方法，
其中R3為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5或-CH(CH3)-C2H5,R4為一含3-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7及R5為一含1-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7,其中R3,R4和R5只有均為-CH(CH3)-C2H5或-CH2-CH(CH3)2時才具有相同的含義，該方法包括在各種情況下將1mol如通式Ⅵ所示鋁的醇化物，Al(O-R6)3(Ⅵ)其中R6為一含2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH2-CH(CH3)2；-CH(CH3)-C2H5或-CH(CH3)-C3H7，與3-10mol如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯CH3-CO-CH2-COOR2(Ⅲ)其中R2為一含1-5個碳原子的烷基，優(yōu)選為-CH3,-C2H5,-CH(CH3)-C2H5或-CH2-CH(CH3)2，其中R2和R6或者不同或者均為-CH(CH3)-C2H5或-CH2-CH(CH3)2；或者與至少3mol 2或3種不同的如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯的混合物以純凈形式或溶解在合適的惰性溶劑中進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，其中溫度為100-250℃，優(yōu)選為150-200℃，壓力為1-100bar，優(yōu)選為1-10bar以及停留時間為5-120mins；優(yōu)選為15-45mins，并且必須選擇壓力和溫度以使反應(yīng)器中沒有氣相形成。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在升高的壓力和溫度下將如通式Ⅵ所示的鋁的醇化物與如通式Ⅲ所示的一種或數(shù)種乙酰乙酸烷基酯連續(xù)地在混合器中進(jìn)行混合，然后在具有管式特性的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
一種制備如通式Ⅰ所示的γ,δ－不飽和酮的方法，通過將如通式Ⅱ所示的烯丙醇,其中R
文檔編號C07C49/203GK1218792SQ9812452
公開日1999年6月9日 申請日期1998年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者H·埃茨羅德特, H·杰迪克, D·維勒, M·斯特勒澤爾, C·奧斯特, B·波克斯蒂格爾 申請人:Basf公司