CN107324985B - 一种β-二酮化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化合物制备领域，公开了一种β‑二酮化合物的制备方法，其中，该方法包括：在本发明所述溶剂和碱金属醇钾的存在下，将羧酸甲酯与酮进行反应。本发明所述的制备β‑二酮化合物的方法收率高，安全，适合工业应用。尤其是采用本发明所述方法制备3,5‑庚二酮时，3,5‑庚二酮的收率达到60％以上，收率远高于现有技术中以DMF为溶剂制备3,5‑庚二酮的收率。
Description
技术领域
本发明涉及化合物制备领域，具体地，涉及一种β-二酮化合物的制备方法。
背景技术
β-二酮化合物是一类有特殊结构的化合物，广泛应用于催化剂、热稳定剂和发光材料等领域。
众所周知，酯酮缩合法是制备β-二酮化合物普遍方法。例如，期刊文献J.Org.chem(Vol.50.No26.1985.5598-5604)报道，在氢化钠存在下，以四氢呋喃为溶剂，丙酸乙酯与甲乙酮反应制备3,5-庚二酮，收率为48.3％。
在期刊文献Zhurnal Obshchei Khimii(1958，28，2845～2846)中，使用丙二酰氯与格利雅试剂EtMgBr反应合成3,5-庚二酮，收率为51％。反应条件为-70℃，并且难以处理，因此工业化的难度很大。
综上所述，在现存技术中，还没有安全、高收率地制备β-二酮化合物的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术制备β-二酮化合物的收率低且不安全的缺陷，提供一种β-二酮化合物的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种式(4)所示的β-二酮化合物的制备方法，其中，该方法包括：在式(3)所示的溶剂和碱金属醇钾的存在下，将式(1)所示的羧酸甲酯与式(2)所示的酮进行反应；
CH3O-CO-CR1R2R3 式(1)；
CH3-CO-CR1R2R3 式(2)；
R4O-(CH2(CH2)nO)m-R4 式(3)；
R3R2R1C-CO-CH2-CO-CR1R2R3 式(4)；
其中，R1、R2和R3各自独立地为氢或C1-C4的烷基；
其中，n和m相同或不同，n和m各自独立地选自1、2或3；R4为甲基或乙基。
本发明所述的制备β-二酮化合物的方法收率高，安全，适合工业应用。尤其是采用本发明所述方法制备3,5-庚二酮时，3,5-庚二酮的收率达到60％以上，收率远高于现有技术中以DMF为溶剂制备3,5-庚二酮的收率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种式(4)所示的β-二酮化合物的制备方法，其中，该方法包括：在式(3)所示的溶剂和碱金属醇钾的存在下，将式(1)所示的羧酸甲酯与式(2)所示的酮进行反应；
CH3O-CO-CR1R2R3 式(1)；
CH3-CO-CR1R2R3 式(2)；
R4O-(CH2(CH2)nO)m-R4 式(3)；
R3R2R1C-CO-CH2-CO-CR1R2R3 式(4)；
其中，R1、R2和R3各自独立地为氢或C1-C4的烷基，例如R1、R2和R3可以各自独立地为氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基，正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基中的一种；优选地，R1、R2和R3各自独立地为氢或C1-C2的烷基，例如可以各自独立地为氢、甲基或乙基；更优选地，式(1)所示的羧酸甲酯为丙酸甲酯，式(2)所示的酮为丁酮。
在式(3)中，n和m相同或不同，n和m各自独立地选自1、2或3；优选地，n和m均为1；或者n为1，m为2或3；更优选地，n为1，m为2。
在式(3)中，R4为甲基或乙基，优选为甲基。
最优选的情况下，式(3)所示的溶剂为二乙二醇二甲醚。
本发明中，对所述溶剂的用量没有特别的限定，只要能够达到搅拌反应体系即可。但是为了提高反应效率，优选情况下，所述溶剂的用量与所述酮的用量的摩尔比为0.9-5：1，优选为1-4：1，更优选为0.97-3：1。
本发明中，所述碱金属醇钾的作用是提高所述酮的α碳的亲和性，使酰化反应更容易进行。本发明对所述碱金属醇钾的用量没有特别的限定，只要能使反应顺利进行即可。但是，如果所述碱金属醇钾的用量过少，则导致反应效果变差；如果所述碱金属醇钾的用量过多，会引起副反应而降低收率。因此，优选情况下，所述碱金属醇钾的用量与所述酮的用量的摩尔比为1-1.25：1，更优选为1-1.2：1，进一步优选为1-1.1：1。
本发明中，对所述碱金属醇钾的选择没有特别的限定，可以为本领常规的选择，例如可以为甲醇钾、乙醇钾、正丙醇钾、异丙醇钾、正丁醇钾、异丁醇钾、仲丁醇钾和叔丁醇钾中的至少一种；优选地，所述碱金属醇钾为甲醇钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的至少一种。
本发明中，对所述羧酸甲酯的用量没有特别的限定，可以为本领域常规的选择。但是，如果所述酮的用量远大于所述羧酸甲酯的用量，则会由于所述酮的自缩合的影响而降低目标产物收率；如果所述羧酸甲酯的用量远大于所述酮的用量，则必须回收利用大量未反应的羧酸甲酯。因此，优选情况下，所述羧酸甲酯的用量与所述酮的用量的摩尔比为3-10：1，优选为3-4.1：1。
本发明中，对所述反应的条件没有特别的限定，可以为本领域常规的条件。但是，如果反应温度过低，反应性变差并且反应时间延长，从而导致生产能力下降；如果反应温度过高，则会造成溶剂和反应物的浪费以及更多副反应发生而降低产物收率。因此，优选情况下，所述反应的条件包括：温度为0-100℃，优选为60-75℃；时间为2-6h，优选为4-5h。
本发明中，对反应物的加入方法没有特别的限定，可以为本领域的常规方法。优选情况下，先将所述溶剂和所述碱金属醇钾混合，得到混合物，然后将所述羧酸甲酯和所述酮的混合液滴加到所述混合物中。优选情况下，所述滴加的时间为10-60min，更优选为20-40min。在本发明中，“滴加”是指将所述混合液在预定时间内基本上匀速地滴入所述混合物中。
本发明中，所述方法还可以包括：在所述反应结束之后，将式(4)所示的β-二酮化合物从反应产物中分离。具体地，向反应产物中加水，然后通过浓盐酸调节pH为6-7，待冷却至室温后，先通过过滤分离无机盐，然后分离有机层和水层，最后对有机层进行精馏纯化，将未反应的原料、溶剂和其他杂质分离出来。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，采用气相色谱外标法定量测定β-二酮化合物；
以下实施例和对比例中的收率的计算方法：
β-二酮化合物收率＝(β-二酮化合物生成摩尔量/反应物酮的摩尔量)×100％
实施例1
在1升四口烧瓶中加入135g(1.2mol)叔丁醇钾(购自国药集团化学试剂有限公司，简称“国药公司”，下同)和104.5g(1.16mol)乙二醇二甲醚(购自国药公司)，在机械搅拌器搅拌下加热回流升温到20℃。然后，通过恒压滴液漏斗匀速加入由319g(3.6mol)丙酸甲酯(购自日本TCI公司)和86.5g(1.2mol)丁酮(购自国药公司)组成的液体混合物，滴加时间为20min，然后在75℃下再搅拌4.5小时，降温到40℃，加入120g冰水，用浓盐酸调节pH到6。然后用抽滤瓶过滤，去掉氯化钾，滤液分层，分出有机层和水层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，生成了103g(0.80mol)的3,5-庚二酮，收率为66.6％(以丁酮计)。
实施例2
在250ml三口烧瓶中加入13.6g(0.12mol)叔丁醇钾(购自国药公司)和40mL(0.28mol)二乙二醇二甲醚，在机械搅拌器搅拌下加热回流升温到60℃。然后，通过恒压滴液漏斗匀速加入由39mL(0.41mol)丙酸甲酯(购自日本TCI公司)和9mL(0.1mol)丁酮(购自国药公司)组成的液体混合物，滴加时间为40min，然后在60℃下再搅拌4.5小时，降温到40℃，加入20g冰水，用浓盐酸调节pH到6。然后用抽滤瓶过滤，去掉氯化钾，滤液分层，分出有机层和水层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为64.3％(以丁酮计)。
实施例3
在1升四口烧瓶中加入148g(1.32mol)叔丁醇钾(国药公司)和324.4g(3.6mol)乙二醇二甲醚(购自国药公司)，在机械搅拌器搅拌下加热回流升温到20℃。然后，通过恒压滴液漏斗匀速加入由370g(4.2mol)丙酸甲酯(购自日本TCI公司)和86.5g(1.2mol)丁酮(购自国药公司)组成的液体混合物，滴加时间为30min，然后在65℃下再搅拌4.5小时，降温到40℃，加入120g冰水，用浓盐酸调节pH到6。然后用抽滤瓶过滤，去掉氯化钾，滤液分层，分出有机层和水层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为62.2％(以丁酮计)。
实施例4
在250ml三口烧瓶中加入27.2g(0.24mol)叔丁醇钾(购自国药公司)和43ml(0.24mol)三乙醇二甲醚(购自阿拉丁公司)，60℃下匀速滴加69ml(0.72mol)丙酸甲酯和21.5ml(0.24mol)丁酮，滴加时间40min，然后在75℃下再搅拌4.5小时，降温到40℃，加入24g冰水，用浓盐酸调节pH到6。然后用抽滤瓶过滤，去掉氯化钾，滤液分层，分出有机层和水层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，生成了19g(0.148mol)的3,5-庚二酮，收率为61.7％(以丁酮计)。
实施例5
在250ml三口烧瓶中加入27.2g(0.24mol)叔丁醇钾(购自国药公司)和34ml(0.24mol)(天津光复精细化工研究所)二乙醇二甲醚，60℃滴加69ml(0.72mol)丙酸甲酯(购自日本TCI公司)和21.5ml(0.24mol)丁酮(购自国药公司),滴加时间40min，然后在75℃下再搅拌4.5小时，降温到40℃，加入24g冰水，用浓盐酸调节pH到6。然后用抽滤瓶过滤，去掉氯化钾，滤液分层，分出有机层和水层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，生成了18.8g(0.146mol)的3,5-庚二酮，收率为60.8％(以丁酮计)。
实施例6
按照实施例1的方法制备3,5-庚二酮，不同的是，将实施例1的“然后在75℃下再搅拌4.5小时”，变为“然后在60℃再搅拌4.5小时”。通过气相色谱证实在溶液中产生92.7g(0.72mol)的3,5-庚二酮，收率为60.3％(以丁酮计)。
对比例1
按照实施例1的方法制备3,5-庚二酮，不同的是，在1升四口烧瓶中加入1.2mol氢化钠(50％)和1.2mol四氢呋喃。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为50％(以丁酮计)。
对比例2
按照实施例1的方法制备3,5-庚二酮，不同的是，在1升四口烧瓶中加入1.2mol叔丁醇钾和1.2mol DMF，在机械搅拌器搅拌下加热到50℃。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为45％(以丁酮计)。
对比例3
按照实施例1的方法制备3,5-庚二酮，不同的是，在1升四口烧瓶中加入1.2mol叔丁醇钾和1.2mol甲苯，在机械搅拌器搅拌下加热到60℃。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为46％(以丁酮计)。
对比例4
按照实施例1的方法制备3,5-庚二酮，不同的是，将溶剂乙二醇二甲醚(1.16mol)改成丙酸甲酯(1.15mol)。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为5％(以丁酮计)。
对比例5
在1升四口烧瓶中加入281g(2.5mol)叔丁醇钾(购自国药公司)和553g(6mol)丙酸甲酯(购自日本TCI公司公司)，在搅拌下加热到70℃，然后用滴液漏斗在5小时内加入72g(1mol)丁酮(购自国药公司)，接着在70℃继续搅拌反应5小时，然后降至室温，加入200g水，用稀盐酸调pH到7，反应液静置分层，分出有机层。通过对有机层进行气相色谱分析可知，3,5-庚二酮的收率为30％(以丁酮计)。
由对比例1-2与实施例1-6比较可知，本发明所述制备β-二酮化合物(特别是3,5-庚二酮)的方法中使用式(3)所示的化合物作为溶剂，比现有技术中使用水溶性非质子溶剂四氢呋喃、DMF的收率高。
由对比例3与实施例1-6比较可知，本发明所述制备β-二酮化合物(特别是3,5-庚二酮)的方法中使用式(3)所示的化合物作为溶剂，比现有技术中使用非水溶性溶剂甲苯的收率高。
对比例4-5与实施例1-6比较，对比例以反应物丙酸甲酯作为溶剂，3,5-庚二酮的收率很低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (14)
1.一种式(4)所示的β-二酮化合物的制备方法，其特征在于，该方法包括：在式(3)所示的溶剂和碱金属醇钾的存在下，将式(1)所示的羧酸甲酯与式(2)所示的酮进行反应；
CH3O-CO-CR1R2R3 式(1)；
CH3-CO-CR1R2R3 式(2)；
R4O-(CH2(CH2)nO)m-R4 式(3)；
R3R2R1C-CO-CH2-CO-CR1R2R3 式(4)；
其中，式(1)所示的羧酸甲酯为丙酸甲酯；
其中，式(2)所示的酮为丁酮；
在式(3)中，n为1，m选自1、2和3；R4为甲基或乙基；
所述碱金属醇钾为叔丁醇钾。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，式(3)所示的溶剂为乙二醇二甲醚。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述溶剂的用量与所述酮的用量的摩尔比为0.9-5：1。
4.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述溶剂的用量与所述酮的用量的摩尔比为1-4：1。
5.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述溶剂的用量与所述酮的用量的摩尔比为0.97-3：1。
6.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述碱金属醇钾的用量与所述酮的用量的摩尔比为1-1.25：1。
7.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述羧酸甲酯的用量与所述酮的用量的摩尔比为3-10：1。
8.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述羧酸甲酯的用量与所述酮的用量的摩尔比为3-4.1：1。
9.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述反应的条件包括：温度为0-100℃；时间为2-6h。
10.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述反应的条件包括：温度为60-75℃；时间为4-5h。
11.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括：先将所述溶剂和所述碱金属醇钾混合，得到混合物，然后将所述羧酸甲酯和所述酮的混合液滴加到所述混合物中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述滴加的时间为10-60min。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述滴加的时间为20-40min。
14.根据权利要求1-2中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述反应结束之后，将式(4)所示的β-二酮化合物从反应产物中分离。
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