催化双羰化合成苯丙酮酸的新工艺

摘要

本发明是使用一种新型催化剂吡啶羧酸钴,由卤苄和一氧化碳在甲醇等溶剂中进行双羰化直接合成苯丙酮酸基及取代苯丙酮酸的工艺方法。反应在1.0～5.0MPa,25～100℃条件下进行,合成的产物在反应器内首先被中和为有机盐,再经酸化后得到苯丙酮酸或取代苯丙酮酸。本发明所涉及的工艺路线简单,新型催化剂易于制备,并可回收。

说明书

本发明是使用一种新型的催化剂，由一氧化碳对卤苄直接催化双羰化合成苯丙酮酸及其衍生物的工艺方法。

双羰化反应是70年代后期才见之于文献的一种新反应。所谓的双羰化反应是指卤代烃在过渡金属络合物催化剂作用下，当有亲核试剂存在时，与两分子一氧化碳反应，生成α—酮酸及其衍生物。其反应式如下：

迄今为止，据文献报道此类反应的催化剂主要是钴和钯的络合物。1976年发现羰基钴对双羰化反应有催化活性，是双羰化反应中研究得最多、应用得最广泛的催化剂。1982年发现了钯络合物可以催化芳基卤化物双羰化合成苯丙酮酸。

1976年，Rhone—Poulenc公司的第一篇关于双羰化反应的专利[Fr．Patent Application 2，297，200(1976)]指出，在2．0～10．0MP的CO压力下，氯苄可通过下列双羰化反应得到苯丙酮酸。

X=F，Cl，Br，I R=氢，卤素，氰基，烷基，芳基，烷氧基，R’=烷基

1982年，Tanaka，发现应用钯络合物也可催化如下双羰化反应：[J．Organomet．chem．C64，233，(1982)]

国内也有很多人在进行双羰基合成方面的研究。张善言等(“天然气化工”，2，20，1990)研究了八羰基二钴对不同的卤代芳烃催化双羰基化的活性及有关条件的影响。在八羰基二钴催化下，获得了卤苄经双羰化合成苯丙酮酸最高产率达92．2％的最佳反应条件。

金子林等(“精细化工”，11(6)，44，1994)在叔丁醇和氢氧化钙存在下，用八羰基二钴催化卤苄与一氧化碳经一步双羰化反应生成苯丙酮酸，产率达90％，选择性为93％；并详细考查了相关因素对卤苄双羰基化反应的影响。

从文献报导可以看出，此项工艺所使用的催化剂分别为八羰基二钴或有机钯络合物。上述催化剂虽然活性高，但八羰基二钴的制备需要10．0MPa以上的压力条件，且八羰基二钴极不稳定，储存和运输都很困难，钴的分离和回收都难以解决，而有机钯催化剂价格昂贵，缺乏应用价值，不利于工业化。故多年来研制合适的双羰化催化剂一直是实现双羰化合成苯丙酮酸工业化的关键。

本发明提供一种新的催化双羰化合成苯丙酮酸的工艺，并使用的新型双羰化催化剂，高效，价廉，可回收。且现有技术报道的双羰化反应中，卤苄双羰化产物均为苯丙酮酸，而本发明的卤苄双羰化反应可以通过改变反应条件分别合成苯丙酮酸或取代基的苯丙酮酸衍生物。

用本发明的方法，可在有机溶剂及碱性中和剂存在下，在1．0～10．0MPa及25～100℃条件下，使用吡啶—2—羧酸钴催化剂，对卤苄进行双羰化合成苯丙酮酸或其衍生物，反应产物分离出苯丙酮酸盐后，酸化得到相应的苯丙酮酸，母液中的催化剂可回收进行下一轮的双羰化反应。

本发明的化学反应式如下：本发明的具体工艺方法：

在反应器中将卤苄和吡啶—2—羧酸钴或取代基的吡啶—2—羧酸钴(吡啶—2—羧酸的吡啶环的α，β，γ位由F或Cl，Br，I，NO₂，CN，H，烷氧基，N(CH₃)₂，CH₃，COOR所取代，如硝基取代吡啶—2—羧酸钴、甲氧基取代吡啶—2—羧酸钴)，溶于作为溶剂的甲醇或乙醇，异戊醇，叔丁醇，1，4—二氧六环，芳烃，四氢呋喃，二甲基亚砜，N，N—二甲基甲酰胺中，并通入一氧化碳，在碱性中和剂氢氧化钠或氢氧化钾，氢氧化钙，氢氧化铵，尿素，氧化钙，氢氧化锂的作用下，反应产物被中和成苯丙酮酸盐，此固体有机盐分离后，经酸化后制成苯丙酮酸，或取代基苯丙酮酸β—苄基—α—苯丙酮酸。反应条件为：压力0．5～10．0MPa，温度为25～100℃，催化剂浓度0．05～5．0mol／L。

本发明的这种新的催化双羰化合成苯丙酮酸的工艺，所使用的催化剂克服了传统催化剂不耐氧、不耐水的缺点。而且这种催化剂制备简便，活性高，易于回收。并且改变反应的条件，可制备出不同的苯丙酮酸以及苯丙酮酸衍生物。

本发明的实施例如下：

例1．将80毫升甲醇，25毫升水，2．0克吡啶—2—羧酸钴，5．6克氧化钙，13毫升氯苄加入到反应釜中。CO置换3次后，启动搅拌升温至65℃后，压力升至3．0MPa。反应10小时后，停止搅拌和加热，冷却至室温，放出残余气体。取出反应物抽滤，先用蒸馏水洗涤固体，再用乙醚洗涤，抽干得浅灰色的α—酮酸钙盐，合并滤液和洗涤液，按常规方法酸化制备苯乙酸(PAA)，将固体α—酮酸钙盐放入250毫升的园底烧瓶中，加入一定比例的蒸馏水／盐酸／乙醚溶液进行剧烈搅拌，使其完全溶解。溶液分为浅黄色的醚层和水层。将醚层分离后，在水层中加入乙醚提取，再在水层中加入NaCl使其饱和，再用乙醚提取，合并醚液，干燥脱色后的醚液在室温下用旋转蒸发仪赶尽乙醚，得到白色的晶状固体经鉴定为β—苄基—α—苯丙酮酸，产率为64％。

例2将80毫升1，4—二氧六环，25毫升水，2．0克吡啶—2—羧酸钴，7．4克氢氧化钙，13毫升氯苄加入到反应釜中。其余反应条件及操作条件同例1。得到的晶状固体产物熔点为157～158℃，经IR、NMR、MS鉴定为苯丙酮酸，产率为66％。

例3将80毫升异戊醇，25毫升水，2．0克吡啶—2—羧酸钴，7．4克氢氧化钙，13毫升氯苄加入到反应釜中，其余反应条件及操作条件同例1，得到的晶状固体产物熔点为157～158℃，经IR、NMR、MS鉴定为苯丙酮酸，产率为76％。