專利名稱：一種合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的工藝方法。
背景技術(shù)：
氧代羧酸具有如式1的結(jié)構(gòu)式，其中R是一個(gè)含有1到9個(gè)碳原子的取代基，X是1或2。這類氧代羧酸是能作為煙用香料，并且是合成類固醇的中間體，英國專利GBP1053600對此進(jìn)行了一系列的研究。英國專利GBP1081234還提出了該類氧代羧酸也可作為表面活性劑。
式1 式2文獻(xiàn)已有報(bào)道較多方法用于制備氧代羧酸，如水解炔酯得到相應(yīng)的氧代羧酸，另外如以臭氧O3或三氧化鉻CrO3氧化α，β-不飽和酮或相應(yīng)的醇酸以制備氧代羧酸，參照專利JP68/22575，USP4126748，USP2848480，USP1715654，USP3719706。其中USP4612391報(bào)道將α，β-不飽和環(huán)酮以臭氧O3氧化，得到少一個(gè)碳原子氧代羧酸。USP5103047以CrO3-H2SO4體系作氧化劑氧化內(nèi)酯，得到相應(yīng)的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種制備簡單方便，成本低廉，以環(huán)境友好，反應(yīng)速度快，反應(yīng)效率高的種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的工藝方法。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯在堿金屬氫氧化物的水溶液中水解，加入次氯酸鹽，同時(shí)調(diào)節(jié)溶液的pH值為8～10，繼續(xù)冷卻，控制反應(yīng)溫度不高于25℃，攪拌一定時(shí)間，再進(jìn)行酸化處理即得到相應(yīng)的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。
本發(fā)明優(yōu)選的控制反應(yīng)溫度0～15℃。
本發(fā)明調(diào)節(jié)溶液的pH值優(yōu)選為8～9。
本發(fā)明合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸是以γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯為原料，這兩類內(nèi)酯便宜易得，因?yàn)楹铣搔?內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯的原料是資源豐富的石油化工和煤化工的產(chǎn)物烯烴。文獻(xiàn)所報(bào)道的方法中，凡涉及到以γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯為原料合成相應(yīng)的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸時(shí)，都有較大的缺點(diǎn)。一方面，要么是多步反應(yīng)，產(chǎn)物分離比較困難。而本發(fā)明的合成方法，γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯皂化反應(yīng)后無需對產(chǎn)物進(jìn)行后處理，直接加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，大大簡化了分離步驟，相當(dāng)于一步反應(yīng)；另一方面，以往文獻(xiàn)及專利報(bào)道的合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸方法中多以鉻氧化物或鉻鹽等污染環(huán)境的物質(zhì)為氧化劑，產(chǎn)生嚴(yán)重污染。而本發(fā)明中使用的氧化劑次氯酸鹽如NaClO，為漂白粉的主要有效成分，不會污染環(huán)境，該方法屬于環(huán)境友好的綠色合成方法。
本發(fā)明公開的方法，強(qiáng)調(diào)次氯酸鈉氧化時(shí)PH值需要調(diào)節(jié)到8～10，優(yōu)選8～9。這主要是因?yàn)镻H值＜8時(shí)，氧化效率低。另一方面，本發(fā)明中以次氯酸鹽氧化時(shí)強(qiáng)調(diào)反應(yīng)溫度在25℃以下，這是由于溫度過高，反應(yīng)速度減慢，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率需要更長的時(shí)間。
本發(fā)明中使用的起始原料包括γ-戊內(nèi)酯、γ-己內(nèi)酯、γ-庚內(nèi)酯、γ-辛內(nèi)酯、γ-壬內(nèi)酯、γ-葵內(nèi)酯、γ-十一內(nèi)酯、γ-十二內(nèi)酯、δ-辛內(nèi)酯、δ-壬內(nèi)酯、δ-葵內(nèi)酯、δ-十一內(nèi)酯、δ-十二內(nèi)酯、δ-十三內(nèi)酯、δ-十四內(nèi)酯。得到的相應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物包括4-氧代戊羧酸、4-氧代己羧酸、4-氧代庚羧酸、4-氧代辛羧酸、4-氧代壬羧酸、4-氧代葵羧酸、4-氧代十一羧酸、4-氧代十二羧酸、5-氧代辛羧酸、5-氧代壬羧酸、5-氧代葵羧酸、5-氧代十一羧酸、5-氧代十二羧酸、5-氧代十三羧酸、5-氧代十四羧酸。
本發(fā)明合成4-氧代羧酸與5-氧代羧酸的新方法，具體的工藝過程為稱取一定量的內(nèi)酯和一定量的堿金屬氫氧化物如NaOH置于相當(dāng)于內(nèi)酯20～30倍體積的水中，水解，加入一定量次氯酸鹽如NaClO溶液，用酸或堿金屬碳酸氫鹽如NaHCO3調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值為8～10，優(yōu)選8～9，以冰浴控制反應(yīng)溫度不高于25℃，攪拌數(shù)小時(shí)，再加入稀酸酸化，使4-氧代羧酸和5-氧代羧酸游離出來。隨后以常規(guī)分離方法分離得到相應(yīng)的4-氧代羧酸與5-氧代羧酸。即若生成的酮酸為固體則過濾得到4-氧代羧酸或5-氧代羧酸產(chǎn)物，母液以有機(jī)溶劑萃取回收殘留產(chǎn)物及未反應(yīng)的內(nèi)酯原料。若生成的酮酸為液體則以有機(jī)溶劑萃取得到粗產(chǎn)物，經(jīng)蒸餾或其它常規(guī)分離方法分離得到目標(biāo)產(chǎn)物，并回收未反應(yīng)的原料。
具體實(shí)施例方式
下面舉例說明通過內(nèi)酯開環(huán)，使用次氯酸鹽氧化得到相應(yīng)的氧代羧酸的合成方法。
實(shí)施例1 合成4-氧代庚酸γ-庚內(nèi)酯1.71g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，水解，冰浴冷卻到0～15℃。加入適量的稀鹽酸中和部分的NaOH，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8-9，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)40ml，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃以下)，加入過量的稀硫酸酸化反應(yīng)后的溶液至pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h，直到整個(gè)的溶液和浮在水面上的油狀液體由淡綠色變成了無色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚層，加入無水Na2SO4干燥，取樣GC/MS檢測，4-氧代庚酸的轉(zhuǎn)化率為53％.
將萃取后的乙醚溶液減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，放置在空氣中冷卻至室溫，冰凍結(jié)晶。IR和質(zhì)譜數(shù)據(jù)證實(shí)了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。V(C＝O)1701cm-1.主要質(zhì)譜數(shù)據(jù)為m/z55(35.59)，71(100)，73(26.34)，98(8.4)，101(67.54)，111(5.65)，116(28.17)，126(2.72)，144(M+，1.34).
實(shí)施例2 合成4-氧代辛酸γ-辛內(nèi)酯2.13g，KOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，水解，冰浴冷卻到0～15℃。加入適量的稀硫酸中和部分的KOH，再加入過量的KHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，加入適量Ca(ClO)2，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃以下)，加入過量的稀鹽酸酸化反應(yīng)后的溶液至pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h，直到整個(gè)的溶液和浮在水面上的固體由淡綠色變成了無色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚層，加入無水Na2SO4干燥，取樣GC/MS檢測，4-氧代辛酸的轉(zhuǎn)化率為82.1％.
將萃取后的乙醚溶液減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，放置在空氣中冷卻至室溫，結(jié)晶。正己烷重結(jié)晶，得到白色針狀晶體。IR和質(zhì)譜數(shù)據(jù)證實(shí)了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。V(C＝O)1701cm-1.主要質(zhì)譜數(shù)m/z 55(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)。
實(shí)施例3 合成5-氧代辛烷酸δ-辛內(nèi)酯2.13g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，水解，冰浴冷卻到0～15℃。加入適量的稀硫酸中和部分的NaOH，再加入過量的KHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃以下)，加入過量的稀硫酸酸化反應(yīng)后的溶液至pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h，直到整個(gè)的溶液和浮在水面上的固體由淡綠色變成了無色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚層，加入無水Na2SO4干燥，取樣GC/MS檢測，5-氧代辛烷酸的轉(zhuǎn)化率為92％.
將萃取后的乙醚溶液減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，放置在空氣中冷卻至室溫，結(jié)晶。正己烷重結(jié)晶，得到白色針狀晶體.IR和質(zhì)譜數(shù)據(jù)證實(shí)了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。V(C＝O)1701cm-1.主要質(zhì)譜數(shù)據(jù)為m/z 55(24.11)，71(100)，83(6.08)，87(61.88)，97(7.88)，112(7.46)，115(38.46)，130(12.83)，140(7.12)，158(M+，2.01)。
實(shí)施例4 合成5-氧代壬烷酸δ-壬內(nèi)酯2.34g，KOH 2.8g加入到35ml的水中，磁力攪拌，水解，冰浴冷卻到0～15℃。加入適量的稀鹽酸中和部分的NaOH，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，加入Ca(ClO)2溶液(有效氯大于10％)40ml，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃以下)，加入過量的稀鹽酸酸化反應(yīng)后的溶液至pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h，直到整個(gè)的溶液和浮在水面上的固體由淡綠色變成了無色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚層，加入無水Na2SO4干燥，取樣GC/MS檢測，5-氧代壬烷酸的轉(zhuǎn)化率為83.6％.
將萃取后的乙醚溶液減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，放置在空氣中冷卻至室溫，結(jié)晶。正己烷重結(jié)晶，得到白色針狀晶體。IR和質(zhì)譜數(shù)據(jù)證實(shí)了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。V(C＝O)1701cm-1.主要質(zhì)譜數(shù)據(jù)為m/z 55(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)。
權(quán)利要求
1.一種合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸的工藝方法，其特征在于將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯在堿金屬氫氧化物的水溶液中水解，加入次氯酸鹽，同時(shí)調(diào)節(jié)溶液的pH值為8～10，繼續(xù)冷卻，控制反應(yīng)溫度不高于25℃，攪拌一定時(shí)間，再進(jìn)行酸化處理即得到相應(yīng)的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于調(diào)節(jié)溶液的pH值為8～9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于控制反應(yīng)溫度0～15℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)式為 其中x為1或者2，R是一個(gè)含有1到9個(gè)碳原子的烷基。
5.根據(jù)權(quán)利要求11所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于4-氧代羧酸和5-氧代羧酸的結(jié)構(gòu)式為 其中x為1或者2，R是一個(gè)含有為1到9個(gè)碳原子的烷基。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合成4－氧代羧酸和5－氧代羧酸工藝方法。該工藝方法是將γ－內(nèi)酯或δ－內(nèi)酯在一定量的堿金屬氫氧化物溶液中水解，加入次氯酸鹽，同時(shí)調(diào)節(jié)溶液的pH值為8～10，繼續(xù)冷卻，控制反應(yīng)溫度不高于25℃，攪拌一定時(shí)間，再加入稀酸酸化，繼續(xù)攪拌，使4－氧代羧酸和5－氧代羧酸游離出來。隨后以常規(guī)分離方法分離得到相應(yīng)的4－氧代羧酸和5－氧代羧酸。
文檔編號C07C51/09GK1958550SQ20061014195
公開日2007年5月9日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者楊華武, 陳勇, 銀董紅, 黎艷玲, 譚新良, 劉建福, 陳雄, 趙瑜 申請人:長沙卷煙廠