一種催化氧化脂環(huán)醇類化合物制備脂環(huán)酮的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種制備脂環(huán)酮類化合物的方法，具體涉及到一種選擇氧化脂環(huán)醇 類化合物制備相應脂環(huán)酮的催化反應體系。
【背景技術】
[0002] 脂環(huán)酮類化合物是重要的有機中間體，在醫(yī)藥、香料等精細化工行業(yè)具有重要應 用。例如，對乙酰氨基環(huán)己酮可用于合成噻唑類化合物（如治療帕金森氏病的藥物普拉克 索），4_甲基環(huán)己酮可用于合成藥物甲環(huán)亞硝脲。通過選擇氧化相應的脂環(huán)醇類化合物是制 備脂環(huán)酮的重要方法。傳統(tǒng)的氧化方法使用化學計量的二氧化錳、三氧化鉻、次氯酸鈉等作 為氧化劑(Acc. Chem. Res. 2002，35，728-737 )，這類氧化過程會產(chǎn)生大量廢渣，污染嚴重;開 發(fā)使用氧氣為氧源的高效催化氧化體系一直是個具有挑戰(zhàn)性的難題。以氮氧自由基作為關 鍵組分的催化體系表現(xiàn)出較高的催化活性，公開文獻中報道的氮氧自由基包括2,2,6,6_四 甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO)，例如中國專利CN1796349A，CN1789225A分別報道了NaNfV Br 2/TEMP0，NaN02/HCl/TEMP0等催化體系，這類體系具有很高的催化活性，但是鹵素腐蝕性 強，而且容易與醇產(chǎn)生鹵代副產(chǎn)物。文獻(Catal.Commun.2010，ll，732)報到了V0S04/TEMP0 體系，但由于仲醇空間位阻的影響，氧化仲醇的催化活性明顯比伯醇的活性要低。因此開發(fā) 一種使用氧氣或者空氣為氧源，能夠在溫和反應條件下選擇氧化脂肪仲醇制備相應脂肪酮 的方法，特別是制備具有重要應用價值的脂環(huán)酮類化合物，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種用氧氣催化氧化脂環(huán)醇類化合物制備相應脂環(huán)酮的 方法，該方法使用分子氧為氧源，氧化效率高，副產(chǎn)物少，反應條件溫和，環(huán)境污染小。
[0004] -種催化氧化脂環(huán)醇類化合物制備脂環(huán)酮的方法，步驟如下:將脂環(huán)醇類化合物、 催化劑、氧化劑與溶劑投入密閉反應釜中，在一定溫度下、一定壓力下，攪拌反應一定時間 得到相應的脂環(huán)酮；
[0005] 所述的氧化劑為空氣或氧氣，其中氧氣分壓0.01-1.010^，反應溫度為50_120°(3， 反應時間為0.5-20.0小時；
[0006] 所述的脂環(huán)醇類化合物為環(huán)己醇、環(huán)戊醇、脂環(huán)上含取代基的環(huán)己醇或脂環(huán)上含 取代基的環(huán)戊醇，所述的取代基為烷基、苯基、-(：1、-8匕4、402、甲氧基、乙氧基、氰基、氨 基或乙酰氨基;所述取代基位置是鄰位、間位、對位中的一種或兩種以上，取代基種類是一 種或兩種以上，取代基個數(shù)是一個或兩個以上。
[0007] 所述的催化劑為氮雜金剛烷型氮氧自由基、釩氧化合物組成的復合催化劑體系， 所述的釩氧化合物是指硫酸氧釩、磷酸氧釩、三氯氧釩、硝酸氧釩中的一種或兩種以上混 合，釩氧化合物的用量為脂環(huán)醇類化合物的0.5-20mol%，所述的氮雜金剛烷型氮氧自由基 為式I、式II、式III中的一種或者兩種以上混合，用量為脂環(huán)醇類化合物的0.05-10mol% ; 催化劑用量增大時，完全轉化時間縮短，但是成本增高。
[0009] 所述的溶劑為乙腈、丙腈、苯甲腈、丁二腈中的一種或兩種以上混合;溶劑的用量 為脂環(huán)醇類化合物的50_200wt%。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 所述催化體系能夠使用氧氣或者空氣為氧化劑將脂環(huán)醇類化合物高選擇性的催 化氧化成相應的脂環(huán)酮。與2,2,6,6_四甲基哌啶氮氧自由基相比，氮雜金剛烷型氮氧自由 基在催化氧化仲醇反應中受空間位阻影響較小，與釩氧化合物組成的催化體系氧化脂環(huán)醇 效率更高。與傳統(tǒng)的二氧化錳、三氧化鉻、次氯酸鈉等計量化學氧化方法相比，該方法具有 副產(chǎn)物少，反應條件溫和，環(huán)境污染小等特點，具有很高的實用性和經(jīng)濟性。
【具體實施方式】 [0012] 實施例1
[0013] 將l.Og環(huán)己醇，2mol% (相對于底物環(huán)己醇)氮雜金剛燒型氮氧自由基（I)，2mol% (相對于底物環(huán)己醇)硫酸氧釩，5mL乙腈加入到反應釜中，充入氧氣壓力為0.3MPa，在80°C 運行3h后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，環(huán)己醇轉化率99.5%，環(huán)己酮選擇性為 99.9%〇
[0014]如果使用2,2,6,6_四甲基哌啶氮氧自由基代替氮雜金剛烷型氮氧自由基（I)，在 上述實施例1相同反應條件下(催化劑底物比例、反應溫度、反應時間、氧氣分壓、溶劑及用 量等條件），環(huán)己醇轉化率僅為67%。如果反應時間進一步延長至15小時，環(huán)己醇轉化率達 到91%?？梢姡溲趸拭黠@低于本專利所述金剛烷型氮氧自由基(I)相關體系。
[0015] 實施例2
[0016] 將IOg環(huán)己醇，lmol% (相對于底物環(huán)己醇）氮雜金剛烷型氮氧自由基（I)，lmol% (相對于底物環(huán)己醇)硫酸氧釩，IOOmL乙腈加入到反應釜中，充入氧氣壓力為0.5MPa，在100 °C運行IOh后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，環(huán)己醇轉化率99.1%，環(huán)己酮選擇性為 99.9%〇
[0017] 實施例3
[0018] 將1.76g 2-苯基環(huán)己醇，0.05mol% (相對于底物2-苯基環(huán)己醇)氮雜金剛烷型氮 氧自由基（II)，〇.5mol% (相對于底物2-苯基環(huán)己醇)三氯氧釩，5mL乙腈加入到反應釜中， 充入空氣壓力為〇.5MPa，在80°C運行20h后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，2-苯基環(huán) 己醇轉化率99.7%，2-苯基環(huán)己酮選擇性為99.8%。
[0019] 實施例4
[0020] 將I. Hg 3-甲基環(huán)己醇，2mol% (相對于對甲基環(huán)己醇)氮雜金剛烷型氮氧自由基 (III)，2mol % (相對于對甲基環(huán)己醇)磷酸氧釩，5mL丁二腈加入到反應釜中，充入氧氣壓力 為0.5MPa，在50°C運行IOh后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，3-甲基環(huán)己醇轉化率 99.5%，3_甲基環(huán)己酮選擇性為99.9%。
[0021] 實施例5
[0022] 將I. 57g對乙酰氨基環(huán)己醇，5mol % (相對于對乙酰氨基環(huán)己醇）氮雜金剛烷型氮 氧自由基（III)，5mo 1 % (相對于對乙酰氨基環(huán)己醇)硝酸氧釩，5mL苯甲晴加入到反應釜中， 充入氧氣壓力為l.OMPa，在80°C運行5h后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，對乙酰氨基 環(huán)己醇轉化率99.6%，對乙酰氨基環(huán)己酮選擇性為99.7%。
[0023] 實施例6
[0024] 將1.15g鄰氨基環(huán)己醇，Imol % (相對于鄰氨基環(huán)己醇）氮雜金剛烷型氮氧自由基 (I)，lmol% (相對于對乙酰氨基環(huán)己醇)硫酸氧釩，5mL丙腈加入到反應釜中，充入氧氣壓力 為0.2MPa，在80°C運行4h后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，鄰氨基環(huán)己醇轉化率 99.9 %，鄰氨基環(huán)己酮選擇性為98.7 %。
[0025] 實施例7
[0026] 將1.30g 2-甲基環(huán)戊醇，5mol%(相對于2-甲基環(huán)戊醇)氮雜金剛烷型氮氧自由基 (I)，5mol% (相對于2-甲基環(huán)戊醇)三氯氧釩，5mL苯甲晴加入到反應釜中，充入氧氣壓力為 0.5MPa，在80°C運行IOh后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，2-甲基環(huán)戊醇轉化率 99.5 %，2-甲基環(huán)戊酮選擇性為97.0 %。
[0027] 實施例8
[0028] 將0.86g環(huán)戊醇，2mol % (相對于環(huán)戊醇）氮雜金剛烷型氮氧自由基（II)，2mol % (相對于環(huán)戊醇)硫酸氧釩，5mL乙腈加入到反應釜中，充入氧氣壓力為0.5MPa，在80°C運行 3h后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，環(huán)戊醇轉化率99.8%，環(huán)戊酮選擇性為97.4%。 [0029] 實施例9
[0030] 將1.42g 3-氯環(huán)己醇，0.01mol%(相對于3-氯環(huán)己醇）氮雜金剛烷型氮氧自由基 (I)，0.5mol%(相對于3-氯環(huán)己醇）三氯氧釩，5mL乙腈加入到反應釜中，充入空氣壓力為 0.810^，在80°0運行1511后冷卻到室溫。取樣使用氣相色譜分析，3-氯環(huán)己醇轉化率99.9%， 3-氯環(huán)己酮選擇性為99.5%。
[0031]對于熟悉本發(fā)明技術領域的技術人員在本發(fā)明報道的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變 化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍不僅限于以上實施 例，應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種催化氧化脂環(huán)醇類化合物制備脂環(huán)酬的方法，其特征在于，步驟如下:將脂環(huán)醇 類化合物、催化劑、氧化劑與溶劑投入密閉反應蓋中，在一定溫度下、一定壓力下，攬拌反應 一定時間得到相應的脂環(huán)酬； 所述的氧化劑為空氣或氧氣，其中氧氣分壓0.01-1. OMPa，反應溫度為50-120°C，反應 時間為0.5-20.0小時； 所述的脂環(huán)醇類化合物為環(huán)己醇、環(huán)戊醇、脂環(huán)上含取代基的環(huán)己醇或脂環(huán)上含取代 基的環(huán)戊醇，所述的取代基為烷基、苯基、-C1、-化、-f、-n〇2、甲氧基、乙氧基、氯基、氨基或 乙酷氨基； 所述的催化劑為氮雜金剛燒型氮氧自由基、饑氧化合物組成的兩組分復合催化劑體 系，饑氧化合物的用量為脂環(huán)醇類化合物的0.5-20mol%，氮雜金剛燒型氮氧自由基的用量 為脂環(huán)醇類化合物的0.05-10mol % ; 所述的溶劑的用量為脂環(huán)醇類化合物的50-200wt%。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的饑氧化合物是硫酸氧饑、憐酸氧饑、 Ξ氯氧饑、硝酸氧饑中的一種或兩種W上混合。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的氮雜金剛燒型氮氧自由基為式 I、式II、式ΙΠ 中的一種或者兩種W上混合；4. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的溶劑為乙臘、丙臘、苯甲臘、下二 臘中的一種或兩種W上混合。5. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的溶劑為乙臘、丙臘、苯甲臘、下二臘 中的一種或兩種W上混合。6. 根據(jù)權利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，所述的脂環(huán)上含取代基的環(huán)己醇或 脂環(huán)上含取代基的環(huán)戊醇的取代基位置是鄰位、間位、對位中的一種或兩種W上，取代基種 類是一種或兩種W上，取代基個數(shù)是一個或兩個W上。7. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的脂環(huán)上含取代基的環(huán)己醇或脂環(huán)上 含取代基的環(huán)戊醇的取代基位置是鄰位、間位、對位中的一種或兩種W上，取代基種類是一 種或兩種W上，取代基個數(shù)是一個或兩個W上。8. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的脂環(huán)上含取代基的環(huán)己醇或脂環(huán)上 含取代基的環(huán)戊醇的取代基位置是鄰位、間位、對位中的一種或兩種W上，取代基種類是一 種或兩種W上，取代基個數(shù)是一個或兩個W上。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種催化氧化脂環(huán)醇類化合物制備脂環(huán)酮的方法，該方法以空氣或者氧氣為氧化劑，氮雜金剛烷型氮氧自由基、釩氧化合物兩種組分組成的催化劑體系，在50-120℃將脂環(huán)醇類化合物高選擇性的氧化成相應的脂環(huán)酮。與2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基相比，氮雜金剛烷型氮氧自由基在催化氧化仲醇反應中受空間位阻影響較小，與釩氧化合物組成的催化劑體系氧化脂環(huán)醇效率更高。與傳統(tǒng)的二氧化錳、三氧化鉻、次氯酸鈉等計量化學氧化方法相比，該方法具有副產(chǎn)物少，反應條件溫和，環(huán)境污染小等特點，具有很高的實用性和經(jīng)濟性。
【IPC分類】C07C49/463, C07C45/39, C07C221/00, C07C49/403, C07B41/06, C07C49/395, C07C231/12, B01J31/36, C07C233/32, C07C49/657, C07C225/20
【公開號】CN105541526
【申請?zhí)枴緾N201510981483
【發(fā)明人】杜中田, 唐洋洋, 孫小萬
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月23日