一种简单、高效合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的方法

摘要

本发明公开了一种简单、高效的方法合成一系列的4－氧代羧酸和5－氧代羧酸。该方法是通过以下方式实施的：将γ－内酯或δ－内酯在碱性条件下水解，加入适量N－溴代丁二酰亚胺(NBS)，控制反应温度在0～100℃，搅拌一定时间，再加入稀酸酸化，继续搅拌，使4－氧代羧酸和5－氧代羧酸游离出来。本发明是一种制备简单方便，反应快速高效的，对环境友好的制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法。

背景技术

氧代羧酸具有如式1的结构式，其中R是一个烷基含有1到9个碳原子，X是1或2。这类氧代羧酸是潜在的香料并且是合成类固醇的中间体，英国专利GBP1053600对此进行了一系列的研究。英国专利GBP1081234还提出了该类氧代羧酸也可作为表面活性剂。

         

       式1                     式2

文献已有报道较多方法用于制备氧代羧酸，如水解炔酯得到相应的氧代羧酸，另外如以臭氧O₃或三氧化铬CrO₃氧化α，β-不饱和酮或相应的醇酸以制备氧代羧酸，参照专利JP68/22575，USP4126748，USP2848480，USP1715654，USP3719706。其中USP4612391报道将α，β-不饱和环酮以臭氧O₃氧化，得到少一个碳原子氧代羧酸。USP5103047以CrO₃-H₂SO₄体系作氧化剂氧化内酯，得到相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸，结构式如式2所示。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种制备简单方便，反应快速高效的，对环境友好的一种简单、高效合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

将γ-内酯或δ-内酯在碱性条件下水解，加入N-溴代丁二酰亚胺，搅拌，再加入稀酸酸化，继续搅拌，得到游离4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。

加入N-溴代丁二酰亚胺，并控制氧化反应温度在0～100℃；优选温度为40-60℃

本发明合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸可用γ-内酯和δ-内酯为原料，这两类内酯便宜易得，因为合成生产γ-内酯和δ-内酯的原料是资源丰富的石油化工和煤化工的产物一烯烃。文献所报道的方法中，凡涉及到以γ-内酯和δ-内酯为原料合成相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸时，都有较大的缺点。要么是多步反应，产物分离比较困难；要么是对环境有严重的污染。而本发明的合成方法，γ-内酯和δ-内酯皂化反应后无需对产物进行后处理，直接加入氧化剂进行氧化反应，大大简化了分离步骤，相当于一步反应，而且对环境负面影响小。另一方面，本发明采用N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为氧化剂，氧代羧酸的转化率达90％以上，其中5-氧代壬酸和5-氧代葵酸的转化率高达100％。同样条件下，以次氯酸钠氧化合成4-氧代己酸，氧化7h后转化率只有53％，而以NBS氧化合成4-氧代己酸，氧化2.5h后转化率高达91％。这说明以NBS做氧化剂合成氧代酸更加简单、高效。

本发明合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸的方法，具体的制备过程为：

称取一定量的γ-内酯或δ-内酯和一定量的碱金属氢氧化物(如NaOH)置于相当于内酯20～30倍体积的水中，水解，加入一定量NBS，控制温度在0～100℃，搅拌数小时，再加入稀酸酸化，继续搅拌，使4-氧代羧酸和5-氧代羧酸游离出来。若生成的氧代羧酸为固体则过滤得到4-氧代羧酸或5-氧代羧酸产物，母液以有机溶剂萃取回收残留产物。若生成的氧代羧酸为液体则以有机溶剂萃取得到粗产物，经蒸馏或其它方法分离得到目标产物。

具体实施方式

下面举例说明通过内酯开环，使用NBS氧化得到相应的氧代羧酸的合成方法。本发明的实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

合成4-氧代己酸

γ-己内酯0.57g，NaOH0.3g加入到20ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却至50℃左右.加入NBS1.34g，50℃水浴中搅拌2.5h。加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液由棕黄色变成了无色。乙醚30ml*3萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代己酸的转化率为91％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，冰冻结晶。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(35.68)，57(100)，73(26.01)，75(1.26)，83(2.19)，85(5.85)，101(79.23)，112(5.16)，114(0.26)，116(0.26)，130(M⁺，1.08)。

实施例2

合成4-氧代辛酸

γ-辛内酯0.64g，KOH0.42g加入到20ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却至50℃左右.加入NBS1.34g，50℃水浴中搅拌2h。加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液由棕黄色变成了无色。乙醚30ml*3萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代辛酸的转化率为92％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数m/z55(45.25)，57(100)，70(7.98)，71(3.47)，73(26.34)，85(69.43)，98(63.27)，99(4.71)，101(59.93)，111(7.94)，116(43.41)，129(0.52)，130(0.52)，141(2.38)，158(M⁺，0.12)。

实施例3

合成4-氧代壬酸

γ-壬内酯1.17g，NaOH1.2g加入到30ml水中，磁力搅拌，水解，冷却水解产物，加入NBS5.34g，冰水浴下剧烈搅拌10h，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的片状固体由红棕色变成了无色。乙醚30ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代壬酸的转化率为78％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(71.62)，69(7.94)，71(36.33)，73(19.66)，83(16.62)，85(4.83)，98(100)，99(57.01)，101(56.99)，102(2.49)，111(62.6)，112(10.01)，116(48.39)，125(7.65)154(11.28)，155(3.48)，172(M⁺，＜0.01)。

实施例4

合成4-氧代壬酸

γ-壬内酯1.17g，NaOH1.2g加入到30ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却，加入NBS5.34g，室温下剧烈搅拌5h，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的片状固体由红棕色变成了无色。乙醚30ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代壬酸的转化率为82％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(71.62)，69(7.94)，71(36.33)，73(19.66)，83(16.62)，85(4.83)，98(100)，99(57.01)，101(56.99)，102(2.49)，111(62.6)，112(10.01)，116(48.39)，125(7.65)154(11.28)，155(3.48)，172(M⁺，＜0.01)。

实施例5

合成4-氧代壬酸

γ-壬内酯1.17g，NaOH1.2g加入到30ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却至50℃，加入NBS5.34g，50℃下搅拌2.0h，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的片状固体由红棕色变成了无色。乙醚30ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代壬酸的转化率为94％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701em^-1。主要质谱数据为m/z55(71.62)，69(7.94)，71(36.33)，73(19.66)，83(16.62)，85(4.83)，98(100)，99(57.01)，101(56.99)，102(2.49)，111(62.6)，112(10.01)，116(48.39)，125(7.65)154(11.28)，155(3.48)，172(M⁺，＜0.01)。

实施例6

合成4-氧代壬酸

γ-壬内酯1.17g，NaOH1.2g加入到30ml水中，磁力搅拌，水解，冷却，加入NBS5.34g，80℃下剧烈搅拌1.0h，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的片状固体由红棕色变成了无色。乙醚30ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代壬酸的转化率为96％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(71.62)，69(7.94)，71(36.33)，73(19.66)，83(16.62)，85(4.83)，98(100)，99(57.01)，101(56.99)，102(2.49)，111(62.6)，112(10.01)，116(48.39)，125(7.65)154(11.28)，155(3.48)，172(M⁺，＜0.01)。

实施例7

合成4-氧代十一酸

γ-十一内酯0.92g，KOH0.42g加入到20ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却到40℃左右，加入NBS1.34g，40℃水浴中搅拌3h，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的絮状固体由棕黄色变成了无色。乙醚30ml*3萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，4-氧代十一酸的转化率为96％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1.主要质谱数据为m/z57(86.48)，73(17.29)，83(5.46)，98(100)，101(43.36)，109(5.03)，111(18.53)，116(54.68)，122(2.09)，127(34.15)，139(1.48)，153(0.87)，182(0.86)，200(M⁺，1.22)。

实施例8

合成5-氧代壬酸

δ-壬内酯0.78g，NaOH0.3g加入到20ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却40℃左右，加入NBS1.34g，40℃水浴中搅拌1.5h，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的絮状固体由棕黄色变成了无色.乙醚30ml*3萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，5-氧代壬酸的转化率为100％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(34.39)，57(100)，71(6.08)，84(33.72)，85(82.03)，87(61)，97(9.62)，112(37.52)，115(34.11)，116(2.09)，125(2.92)，130(37.73)，155(1.28)，172(M⁺，＜0.01)。

实施例9

合成5-氧代葵酸

δ-葵内酯0.85g，NaOH0.3g加入到20ml水中，磁力搅拌，水解，室温冷却40℃左右，加入NBS1.34g，40℃水浴中搅拌2h，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌1h，直到整个的溶液和其中的絮状固体由棕黄色变成了无色。乙醚30ml*3萃取，合并乙醚层，加入无水Na₂SO₄干燥，取样经GC/MS检测，5-氧代葵酸的转化率为100％。

将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm^-1。主要质谱数据为m/z55(52.82)，71(87.78)，84(53.34)，87(74.24)，99(100)，112(81.75)，115(50.46)，130(1.22)，157(0.23)，168(1.1)，186(M⁺，0.32)。