一种α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法

摘要

一种α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法，本发明涉及一种由α-异氟尔酮为原料，经催化氧化合成氧代异氟尔酮的方法。该方法是在有机溶剂的存在下，以N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)或其类似物为主催化剂，金属盐为助催化剂，以氧气或富氧气体为氧化剂催化氧化α-异氟尔酮得到高选择性的氧代异氟尔酮。该反应在通气反应釜里进行，氧气分压为0.021x10

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效催化氧化α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法。

背景技术

氧代异氟尔酮(3，5，5-三甲基-2-环己烯-1，4-二酮，KIP)，是一种天然香料，在各种卷烟中起加香作用， 同时也是制备多种类胡萝卜素、维生素E的重要中间体，在食品、化妆品、医药行业中具有广泛的应用。 目前人工合成氧代异氟尔酮的方法主要有两种：1)、以α-异佛尔酮(α-IP)为原料，经异构化成β-异佛 尔酮(β-IP)，再进一步催化氧化成KIP；2)、省去异构化过程，直接将α-IP催化氧化制备KIP。前者由于 α-IP结构中羰基与双键共轭，热力学上较为稳定，故异构化过程需较高的温度，能耗大且效率不高；而后 者α-IP直接氧化合成KIP，步骤简单、能耗少，具有很大的研究和应用价值。α-异佛尔酮直接氧化常用的 催化体系主要集中在过渡金属上，但是由于α-IP结构稳定，难以被氧化，所以反应条件普遍苛刻，反应时 间长，效率不高。例如，DE2459148描述了分别以V(acac)₃、Fe(acac)₃、Co(acac)₃等过渡金属配合物为 催化剂，130℃反应5天，最高产率只有20％；US3960966描述了以磷(硅)钼酸/CuSO₄为催化体系，在 有机芳碱的存在下催化氧化α-异佛尔酮，150℃反应3天，最高产率只有45％；CN101143810A报导了以 VO(acac)₂为催化剂，催化氧化α-异氟尔酮，50℃反应18h，氧代异氟尔酮的产率为40％，反应条件虽有所 改善，但是所使用的氧化剂叔丁基过氧化氢价格昂贵，难以用于大规模的工业生产。因此，寻求一种高效、 反应条件温和，能够直接催化氧化α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法是一个极大的挑战。发明内容

本发明的目的旨在提供一种催化氧化α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法，本发明的方法一步合成， 反应高效，反应时间短，反应条件温和，能耗低，而且产品转化率高，产物选择性强。

本发明的技术方案为：以α-异氟尔酮为原料，在有机溶剂的存在下，使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺或 其类似物为主催化剂，金属盐为助催化剂，氧气或富氧气体为氧化剂，催化氧化α-异氟尔酮制备得到氧代 异氟尔酮；

所述金属盐的金属离子为Mg²⁺、Ca²⁺、Cu⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Co³⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、V³⁺、Cr²⁺、 Cr³⁺、Mo²⁺中的任一种；

所述述α-异氟尔酮与主催化剂的摩尔比为100∶1～1∶1，优选40∶1～5∶1。.

所述主催化剂与助催化剂的摩尔比为40∶1～1∶1，优选20∶1～2∶1。

所述氧气分压为0.021x10⁶Pa～2.5x10⁶Pa，优选为0.8x10⁶Pa～1.4x10⁶Pa。

所述反应温度为40℃～100℃，反应时间为0.5h～10h，优选为3h～7h。

本发明所述的主催化剂为N-羟基邻苯二甲酰亚胺、3，4，5，6-四苯基-N-羟基邻苯二甲酰亚胺、3，4，5，6- 四氯-N-羟基邻苯二甲酰亚胺、3，4，5，6-四溴-N-羟基邻苯二甲酰亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺中的任一种。

本发明所述的助催化剂金属盐的阴离子为Br^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、CH₃COO^-、CH₃(CO)₂CH^-中的任一 种。

本发明所述的助催化剂金属盐优选CuCl₂、CuSO₄或Cu(OAc)₂、MoO₂(acac)₂或CaCl₂。

本发明所述的有机溶剂为丙酮、乙腈、苯乙腈、乙酸乙酯、乙酸、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋 喃的任一种。

本发明所述的有机溶剂优选丙酮、乙腈、乙酸乙酯或苯乙腈，特别优选乙腈。

本发明在反应结束后通过减压蒸馏分离提纯产物氧代异氟尔酮。

本发明一种α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法，特别优选的技术方案如下：

以α-异氟尔酮为原料，在乙腈溶剂的存在下，使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺为主催化剂，CuCl₂为助催 化剂，氧气为氧化剂，催化氧化制备氧代异氟尔酮；其中，α-异氟尔酮与N-羟基邻苯二甲酰亚胺的摩尔 比为10∶1，N-羟基邻苯二甲酰亚胺与CuCl₂的摩尔比为4∶1；氧气分压为1.2x10⁶Pa，反应温度为75℃， 反应时间为5h。

本发明一种α-异氟尔酮(α-IP)制备氧代异氟尔酮(KIP)的方法，其反应式如下：

与传统的α-异氟尔酮制备氧代异氟尔酮的方法相比，本发明具有以下优点：1、合成路线简单，省去 了α-异氟尔酮异构化过程，减少了能源的消耗；2、反应条件温和，反应时间短，反应效率高，α-异氟尔 酮转化率最高可达到91.9％，产物氧代异氟尔酮选择性最高可达到86.8％。

具体实施方式

以下的实施例将对本发明作进一步说明，但不是对本发明的进一步限定。

实施例1

将1.38g(10mmol)α-异氟尔酮，0.163g(1mmol)N-羟基邻苯二甲酰亚胺主催化剂，0.043g(0.25mmol) CuCl₂助催化剂，10ml乙腈加入到100ml反应釜内，并投入搅拌子。通氧3次以置换反应釜内的空气， 调节氧气分压至1.2MPa，将反应釜置于75℃的油浴锅中加热并搅拌。反应过程用气相色谱进行监控，以 苯甲酸乙酯作为内标物质，5h后测得α-异氟尔酮的转化率为90.3％，氧代异氟尔酮的选择性为86.8％。

实施例2-3

类似于实施例1，变换主催化剂，反应在75℃，1.2MPa O₂，10ml乙腈溶液中反应5h，其结果如表一 所示：

表一 主催化剂对α-异氟尔酮氧化反应的影响

实施例4-7

类似于实施例1，变换助催化剂，反应在75℃，1.2MPa O₂，10ml乙腈溶液中反应5h，其结果如表二 所示：

表二 助催化剂对α-异氟尔酮氧化反应的影响

实施例8-10

类似于实施例1，变换溶剂，以N-羟基邻苯二甲酰亚胺/CuCl₂为催化体系，反应在75℃，1.2MPa O₂的条件下反应5h，其结果如表三所示：

表三 溶剂对α-异氟尔酮氧化反应的影响

实施例11-14

类似于实施例1，变换主催化剂和助催化剂的量，反应在75℃，1.2MPa O₂，10ml乙腈溶液中反应5h， 其结果如表四所示：

表四 主催化剂和助催化剂的量对α-异氟尔酮氧化反应的影响

实施例15-21

将1.38g(10mmol)α-异氟尔酮，0.163g(1mmol)N-羟基邻苯二甲酰亚胺，0.043g(0.25mmol)CuCl₂， 10ml乙腈加入到100ml反应釜内，并投入搅拌子。反应在以下不同的条件下进行，反应过程用气相色谱 进行监控，以苯甲酸乙酯作为内标物质，其结果如表五所示：

表五 不同反应条件对α-异氟尔酮氧化反应的影响

实施例22

将实施例1-21的反应液总合，旋干溶剂，减压蒸馏得到氧代异氟尔酮馏分(bp.94-97℃，12mmHg)。

¹H-NMR：δ1.252(s，6H)，δ2.014(s，3H)，δ2.732(s，2H)，δ6.570(s，1H)。