在超临界二氧化碳流体中β－羟基酮化合物的制备方法

摘要

一种在超临界二氧化碳流体中β－羟基酮化合物的制备方法，包括制备β－羟基酮化合物粗品、分离提纯工艺步骤。本发明在超临界二氧化碳流体中进行L－脯氨酸催化丙酮与不同底物醛类化合物的不对称羟醛缩合反应，克服了传统有机溶剂对环境污染、后处理工艺步骤复杂的缺点，不添加任何有机溶剂，减小了对环境的污染，提高了产率和催化剂的对映选择性。采用本发明实施例1制备的产物用超导傅立叶数字化核磁共振仪测定，核磁共振氢谱图与4－(4－硝基苯基)－4－羟基－2－丁酮结构一致。本发明具有设计合理、工艺简单、环境污染小、产率和催化剂的对映选择性高等优点，可用于制备β－羟基酮化合物。

说明书

技术领域

本发明属于合成β-羟基酮、α，β-不饱和羰基化合物及1，2-二醇等有机物中间体材料技术领域，具体涉及到在超临界二氧化碳流体中β-羟基酮化合物的制备方法。

背景技术

手性β-羟基酮化合物是很多天然产物不对称合成的重要中间体。羰基和羟基为活性基团，可以转化成邻二醇、β-氨基酮以及其它官能团。

羟醛缩合反应是一类形成碳-碳键的重要反应，可以用来合成β-羟基酮、α，β-不饱和羰基化合物及1，2-二醇等有机物。在天然产物的合成中，不对称羟醛缩合反应得到了极为广泛的应用。

合成β-羟基酮化合物的醛类和酮类的羟醛缩合反应的工业方法使用了催化剂，如氢氧化钾和氢氧化钠的稀溶液。但是在反应的最后，分离这些催化剂是不容易的，需加入酸溶液，尤其是硫酸，将催化剂转化为相应的盐类，并且还要去除已生成的盐类，这在工业上投资很大。脯氨酸小分子已表现出很好的催化酮与醛的不对称直接羟醛缩合反应的手性催化性能，但所有的研究都是在有机溶剂中进行的，在有机溶剂的反应中，大部分都使用二甲基亚砜。脯氨酸在二甲基亚砜中的溶解性不好，限制了该反应的速度及催化效率。并且二甲基亚砜作溶剂由于其沸点较高，在产品的提纯和纯化过程中处理复杂，使用有机溶剂污染了环境。使用离子液体作为溶剂，由于其合成路线复杂，且价格较贵，因而其应用在现阶段的研究中也受到了限制。

不对称催化是最有效廉价获得手性化合物的重要方法，尽管它有很多优点，但不对称催化的实际应用仍受到限制，高对映选择性只能在某些特定的溶剂中得到，很多溶剂对环境造成污染。超临界流体独特和潜在的优点就是其密度、极性、扩散性等性质能随压力或温度的变化而变化，为化学反应提供了一类新的无环境污染的反应介质。因此，用超临界二氧化碳流体作为反应介质，制备有机化合物，对于化工、制药等行业和全社会的可持续发展具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述β-羟基酮化合物制备方法的缺点，提供一种工艺步骤简单、环境污染小、产率和催化剂的对映选择性高的在超临界二氧化碳流体中β-羟基酮化合物的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案包括下述步骤：

1、制备β-羟基酮化合物粗品

在超临界高压反应釜中加入丙酮和不同底物醛类化合物，不同底物醛类化合物与丙酮的摩尔比为1∶10～30，加入催化剂L-脯氨酸，不同底物醛类化合物与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.05～0.3，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力为10～35MPa，30～60℃反应15～36小时，化学反应方程式如下：

(1)式中R为对硝基苯基或间硝基苯基或邻硝基苯基或苯基或对溴苯基或对氯苯基或对甲氧基苯基或2-萘基，R优选为对硝基苯基或间硝基苯基或邻硝基苯基对氯苯基，R最佳为对硝基苯基。反应完成后，放出CO₂，将乙酸乙酯加入到反应釜至反应产物溶解，取出溶液，过滤除去催化剂L-脯氨酸，滤液用旋转蒸发仪在40℃旋转蒸发，制备成β-羟基酮化合物粗品。

2、分离提纯

将步骤1制备的β-羟基酮化合物粗品用柱层析色谱分离法分离，在真空干燥箱中20～60℃、真空度为0.09MPa、干燥12小时，制备成β-羟基酮化合物。

本发明的制备β-羟基酮化合物粗品1中，在超临界高压反应釜中加入丙酮和不同底物醛类化合物，不同底物醛类化合物与丙酮的优选摩尔比为1∶20～30，加入催化剂L-脯氨酸，不同底物醛类化合物与L-脯氨酸的优选摩尔比为1∶0.1～0.3，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力优选为20～35MPa，40～60℃优选反应24～36小时。

本发明的制备β-羟基酮化合物粗品1中，在超临界高压反应釜中加入丙酮和不同底物醛类化合物，不同底物醛类化合物与丙酮的最佳摩尔比为1∶30，加入催化剂L-脯氨酸，不同底物醛类化合物与L-脯氨酸的最佳摩尔比为1∶0.15，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力最佳为35MPa，50℃最佳反应30小时。

本发明在超临界二氧化碳流体中进行L-脯氨酸催化丙酮与不同底物醛类化合物的不对称羟醛缩合反应，克服了传统有机溶剂对环境污染、后处理工艺步骤复杂的缺点，不添加任何有机溶剂，减小了对环境的污染，提高了产率和催化剂的对映选择性。采用本发明实施例1制备的产物用超导傅立叶数字化核磁共振仪测定，核磁共振氢谱图与4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮结构一致。本发明具有设计合理、工艺简单、环境污染小、产率和催化剂的对映选择性高等优点，可用于制备β-羟基酮化合物。

附图说明

图1是采用本发明实施例1制备的4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮的核磁共振氢谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

以制备4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对硝基苯甲醛0.5g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

1、制备β-羟基酮化合物粗品

在超临界高压反应釜中加入丙酮5.76g和对硝基苯甲醛0.5g，对硝基苯甲醛0.5g与丙酮的摩尔比为1∶30，加入催化剂L-脯氨酸0.057g，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.15，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力为35MPa，50℃反应30小时，化学反应方程式如下：

反应完成后，放出CO₂，将乙酸乙酯加入到反应釜至反应产物溶解，取出溶液，过滤除去催化剂L-脯氨酸，滤液用旋转蒸发仪在40℃旋转蒸发，制备成4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮粗品。

2、分离提纯

将步骤1制备的4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮粗品用柱层析色谱分离法分离，在真空干燥箱中20～60℃、真空度为0.09MPa、干燥12小时，制备成4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮。

实施例2

以制备4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对硝基苯甲醛0.5g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，在超临界高压反应釜中加入丙酮1.92g和对硝基苯甲醛0.5g，对硝基苯甲醛0.5g与丙酮的摩尔比为1∶10，加入催化剂L-脯氨酸0.114g，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.3，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力为20MPa，60℃反应15小时。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例3

以制备4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对硝基苯甲醛0.5g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，在超临界高压反应釜中加入丙酮3.84g和对硝基苯甲醛0.5g，对硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比为1∶20，加入催化剂L-脯氨酸0.02g，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.05，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力为10MPa，30℃反应36小时。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例4

以制备4-(3-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料间硝基苯甲醛0.5g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用间硝基苯甲醛替换，用量为0.5g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即间硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例5

以制备4-(2-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料邻硝基苯甲醛0.5g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用邻硝基苯甲醛替换，用量为0.5g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即邻硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例6

以制备4-苯基-4-羟基-2-丁酮所用的原料苯甲醛0.35g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用苯甲醛替换，用量为0.35g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例7

以制备4-(4-溴苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对溴苯甲醛0.61g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用对溴苯甲醛替换，用量为0.61g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即对溴苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例8

以制备4-(4-氯苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对氯苯甲醛0.46g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用对氯苯甲醛替换，用量为0.46g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即对氯苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例9

以制备4-(4-甲氧基苯基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料对甲氧基苯甲醛0.45g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用对甲氧基苯甲醛替换，用量为0.45g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即对甲氧基苯甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

实施例10

以制备4-(2-萘基)-4-羟基-2-丁酮所用的原料2-萘甲醛0.52g为例所用的其它原料以及工艺步骤如下：

在实施例1～3的制备β-羟基酮化合物粗品工艺步骤1中，所用的原料对硝基苯甲醛用2-萘甲醛替换，用量为0.52g，丙酮的用量与相应的实施例相同，即2-萘甲醛与丙酮的摩尔比与相应的实施例相同。该工艺步骤中的其它步骤与实施例1相同。

其它步骤与实施例1相同。

为了确定本发明最佳的工艺步骤，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下：

实验仪器：SF-400型高压反应釜，北京四合创智科技有限公司；超导傅立叶数字化核磁共振仪，型号为AVANCF300MHZ，由瑞士Bruker公司生产；高压液相色谱仪，型号为CO325P977M，由美国waters公司生产；手性分离柱，型号为AS-H，由日本Daicel Chemical Industries生产。

1、原料配比的选择

发明人考察了反应物丙酮与对硝基苯甲醛的不同配比在超临界二氧化碳流体中对不对称羟醛缩合反应的影响。

以丙酮和对硝基苯甲醛为反应物，在超临界高压反应釜中加入对硝基苯甲醛0.5g，分别称取丙酮0.958g、1.917g、3.833g、5.75g，对硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比为1∶5、1∶10、1∶20、1∶30，再加入催化剂L-脯氨酸0.114g，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.15，密封反应釜，用高压微量注射泵充入CO₂液体充至压力为35MPa，反应温度为40℃，反应时间为30小时，考察对硝基苯甲醛与丙酮不同配比在超临界二氧化碳流体中对不对称羟醛缩合反应的影响。所制备的产物用高效液相色谱仪测试，对映体过量值按下式计算：

ee＝(R-S)/(R+S)×100％    (3)

在式(3)中，ee为对映体过量值，R为顺式产物的浓度，S为反式产物的浓度。

测试和计算结果检结果见表1。

表1对硝基苯甲醛与丙酮的不同配比对不对称羟醛缩合反应的影响

    编号    对硝基苯甲醛与丙酮摩尔比    产率(％)  对映体过量值(％)    1    1∶5    13.0  78.2    2    1∶10    42.1  79.3    3    1∶20    50.0  77.0    4    1∶30    68.1  80.0

由表1可见，在相同的反应条件下，对硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比为1∶10～30时，产率和对映选择性较高、其中摩尔比为1∶30时产率和对映选择性最高，本发明选择对硝基苯甲醛与丙酮的摩比为1∶10～30、最佳为1∶30。

2、催化剂L-脯氨酸用量的选择

发明人考察了不同的催化剂L-脯氨酸用量对对硝基苯甲醛与丙酮在超临界二氧化碳流体中催化不对称羟醛缩合反应的影响。

以对硝基苯甲醛和丙酮为反应物，以L-脯氨酸为催化剂，在超临界高压反应釜中加入丙酮3.83g、对硝基苯甲醛0.5g，对硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比为1∶20，L-脯氨酸的用量分别为0.004、0.019、0.038、0.057、0.076、0.114，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比分别为1∶0.01、1∶0.05、1∶0.1、1∶0.15、1∶0.2、1∶0.3，反应压力为35MPa、反应温度为50℃、反应时间30小时，所用的设备和其它步骤与原料配比的选择实验1相同。考察了L-脯氨酸的不同用量在超临界二氧化碳流体中L-脯氨酸催化丙酮与对硝基苯甲醛的不对称羟醛缩合反应的影响。对映体过量值按式(3)计算。测试和计算结果检结果见表2。

表2催化剂的用量对不对称羟醛缩合反应的影响

    编号    催化剂用量(g)    产率(％)    对映体过量值(％)    1    0.004    6.70    75.0    2    0.019    34.3    74.0    3    0.038    53.0    78.6    4    0.057    62.1    79.2    5    0.076    50.0    77.0    6    0.114    48.1    80.0

由表2可见，在相同的反应条件下，对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.05～1∶0.3时，产率和对映选择性较高，其中对硝基苯甲醛与催化剂L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.15时，产率最高、对映体过量值为79.2，本发明选择对硝基苯甲醛与L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.05～1∶0.3、最佳摩尔比为1∶0.15。

3、反应时间的选择

发明人考察了反应时间对在超临界二氧化碳流体中催化剂L-脯氨酸催化丙酮与对硝基苯甲醛的不对称羟醛缩合反应的影响。

以丙酮和对硝基苯甲醛为反应物，在超临界高压反应釜中加入丙酮3.83g和对硝基苯甲醛0.5g，对硝基苯甲醛与丙酮的摩尔比为1∶20，加入催化剂L-脯氨酸0.114g，对硝基苯甲醛与催化剂L-脯氨酸的摩尔比为1∶0.3，反应压力为20MPa，反应温度为40℃，反应时间5、10、15、20、24、30、36小时，所用的设备和其它步骤与原料配比的选择相同。考察不同反应时间对超临界二氧化碳流体中L-脯氨酸催化丙酮与对硝基苯甲醛的不对称羟醛缩合反应的影响。所制备的产物4-(4-硝基苯基)-4-羟基-2-丁酮用高效液相色谱仪测试，对映体过量值按(4)式计算，转化率按下式计算：