專利名稱：一種合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的方法
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8個(gè)碳原子的取代基，X是1或2。這類酮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還提出了該類酮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酮酸，如水解炔酯得到相應(yīng)的酮酸，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)的醇酸以制備酮酸，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)碳原子酮代酸。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，結(jié)構(gòu)式如式2所示。

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，對環(huán)境友好的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法。
本發(fā)明的目的是通下述方式實(shí)現(xiàn)的將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯在堿金屬氫氧化物水溶液中加熱皂化，皂化反應(yīng)完成后，將皂化產(chǎn)物冷卻，加入次氯酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.5-10，繼續(xù)冷卻，攪拌一定時(shí)間，再進(jìn)行酸化處理即得到游離的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸。
皂化產(chǎn)物冷卻溫度及加入次氯酸鹽的反應(yīng)溫度均不高于50℃。較佳的選擇是不高于15℃。
在加入次氯酸鹽前先用酸中和過量的堿金屬氫氧化物，接著加入次氯酸鹽，再用碳酸氫鹽溶液調(diào)節(jié)pH為7.5-10。而調(diào)節(jié)pH為8-9為較佳。
所述的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8個(gè)碳原子的烷基。
所述的4-氧代羧酸或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8個(gè)碳原子的烷基。
本發(fā)明較佳的制備方法為將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯和過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，攪拌，加熱皂化，皂化產(chǎn)物冷卻到溫度不高于15℃，加入稀酸中和過量的堿金屬氫氧化物，加入次氯酸鹽(如NaClO)，用堿金屬碳酸氫鹽(如NaHCO3)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的酸堿度，直到溶液pH是8～9，攪拌數(shù)小時(shí)，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。
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。
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，主要是因?yàn)楝F(xiàn)在這兩類內(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。在以上文獻(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)明具有制備簡單方便且產(chǎn)物分離方便，成本低廉，對環(huán)境友好的，合成效率高的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
實(shí)施例1合成4-氧代己酸γ-己內(nèi)酯1.71g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴冷卻到15℃。加入適量的稀鹽酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)40ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8-9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃)，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-氧代己酸的轉(zhuǎn)化率為38％。
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(35.68)，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)。
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，加熱皂化，冰浴卻到10℃。加入適量的稀硫酸中和部分的KOH，加入適量Ca(ClO)2，再加入過量的KHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在10℃)，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4-氧代壬酸γ-壬內(nèi)酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴卻到12℃。加入適量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8-9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在12℃)，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，4-氧代壬酸的轉(zhuǎn)化率為90％。
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(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)，170(M+，＜0.01)。
實(shí)施例4合成4-氧代葵酸γ-葵內(nèi)酯2.55g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴冷卻到5℃。加入適量的稀磷酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在5℃)，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，4-氧代葵酸的轉(zhuǎn)化率為85.6％。
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(58.11)，57(20.03)，69(6.14)，70(11.06)，73(22.7)，81(1.52)，85(25.56)，95(4.8)，98(100)，99(11.33)，101(53.24)，111(18.05)，113(42.84)，116(49.53)，125(2.89)，129(3.02)，139(1.14)，168(1.27)，186(M+，0.87)。
實(shí)施例5合成4-氧代十一酸γ-十一內(nèi)酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冷卻到20℃。加入適量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到9.5，水浴條件下保持溫度為35℃攪拌5h，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，4-氧代十一酸的轉(zhuǎn)化率66％。
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20℃，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 53(4.54)，55(47.59)，57(96.71)，67(6.39)，73(18.94)，83(6.26)，98(100)，99(6.25)，101(43.91)，111(19.05)，116(51.57)，122(2.30)，127(32.55)，139(1.48)，153(0.85)158(0.55)，171(0.11)，182(0.82)，200(M+，1.11)。
實(shí)施例6合成4-氧代十一酸γ-十一內(nèi)酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴冷卻到25℃。加入適量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到7.6，水浴條件下保持溫度為45℃攪拌5h，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，4-氧代十一酸的轉(zhuǎn)化率42％。
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 53(4.54)，55(47.59)，57(96.71)，67(6.39)，73(18.94)，83(6.26)，98(100)，99(6.25)，101(43.91)，111(19.05)，116(51.57)，122(2.30)，127(32.55)，139(1.48)，153(0.85)158(0.55)，171(0.11)，182(0.82)，200(M+，1.11)。
實(shí)施例7合成5-氧代辛酸δ-辛內(nèi)酯2.13g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴冷卻到15℃。加入適量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入過量的KHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃)，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，4-氧代十一酸的轉(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8合成5-氧代壬酸δ-壬內(nèi)酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力攪拌，加熱皂化，冰浴冷卻到15℃。加入適量的稀鹽酸中和部分的NaOH，加入Ca(ClO)2溶液(有效氯大于10％)40ml，再加入過量的NaHCO3調(diào)節(jié)pH到8～9，在冰浴下攪拌5h(保持溫度在15℃)，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-氧代十二酸的轉(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)，170(M+，＜0.01)。
權(quán)利要求
1.一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯在堿金屬氫氧化物水溶液中加熱皂化，皂化反應(yīng)完成后，將皂化產(chǎn)物冷卻，加入次氯酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.5-10，繼續(xù)冷卻，攪拌一定時(shí)間，再進(jìn)行酸化處理即得到游離的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于皂化產(chǎn)物冷卻溫度及加入次氯酸鹽的反應(yīng)溫度均不高于50℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于皂化產(chǎn)物冷卻溫度及加入次氯酸鹽的反應(yīng)溫度均不高于15℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于在加入次氯酸鹽前先用酸中和過量的堿金屬氫氧化物，接著加入次氯酸鹽，再用碳酸氫鹽溶液調(diào)節(jié)pH為7.5-10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于調(diào)節(jié)pH為8-9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于所述的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8個(gè)碳原子的烷基。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于所述的4-氧代羧酸或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8個(gè)碳原子的烷基。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于將γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯和過量的堿金屬氫氧化物置于相當(dāng)于內(nèi)酯20～30倍體積的水中，攪拌，加熱皂化，皂化產(chǎn)物冷卻到溫度不高于15℃，加入稀酸中和過量的堿金屬氫氧化物，加入次氯酸鹽，用堿金屬碳酸氫鹽調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的酸堿度，直到溶液pH是8～9，攪拌數(shù)小時(shí)，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。
全文摘要
一種合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的方法，將γ－內(nèi)酯或δ－內(nèi)酯在堿金屬氫氧化物水溶液中加熱皂化，皂化反應(yīng)完成后，將皂化產(chǎn)物冷卻，加入次氯酸鹽，調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.5－10，繼續(xù)冷卻，攪拌一定時(shí)間，再進(jìn)行酸化處理即得到游離的4－氧代羧酸或5－氧代羧酸。本發(fā)明具有制備簡單方便且產(chǎn)物分離方便，成本低廉，對環(huán)境友好的，合成效率高特點(diǎn)。
文檔編號C07C51/09GK1887844SQ20061003200
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月24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