专利名称：一种4,4－二甲基－3－酮－戊酸甲酯制备方法
技术领域：
本发明涉及化学工程领域，特别涉及一种用特戊酸甲酯和醋酸甲酯制备4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯的方法。
背景技术：
4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯是一个广泛应用于制备感光材料的关键中间体。关于它的合成方法自1994年来已有许多专利报道。描述了在不同反应条件下用频那酮和碳酸二甲酯的缩合反应制备4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯。与一般羧酸酯相比，碳酸二甲酯不易反应，需采用比较强的反应条件。就工业化应用而言，这些方法在成本，易操作程度及产品纯度控制方面均有一些需要改进的缺陷。具体来说，用二甲基亚砜(以下简称DMSO)作溶剂的方法(Boaz，N.W.等人，美国专利第9855438号(1998))，在回收溶剂方面有无法逾越的困难。DMSO是一种比较昂贵的溶剂，工业化生产必须有行之有效的回收方法，否则不仅生产成本大大增加，而且污水中夹带的大量DMSO将难以处置；且产率仅达69％。又如，有一个专利(Harada K.等人，日本专利第09040612号(1997))使用对二甲苯为溶剂，甲醇钠为碱催化剂，但必须用一种尿素衍生物作助剂才能达到81％的收率。另两个专利(HaradaK.等人，日本专利第09110793(1997))和(Harada，K.等人，日本专利第07215915号(1995))报道的方法则需要用4当量的碳酸二甲酯对1当量的频那酮，而且反应过程中必须同时除去甲醇，增加了操作控制的难度。在同样采用频那酮和碳酸二甲酯为原料的其他两个专利中，(Harada，K.和Ikezawa，S.日本专利第06279363号(1994))和(Harada K.等人，日本专利第06279362号(1994))，一个[使用了昂贵且不易回收的1，3-二甲基-2-咪唑酮作溶剂来达到92％的高收率，另一个用易燃易爆的钾代叔丁烷作催化剂和二甲基甲酰胺作溶剂，同样在成本和操作上有很大的缺陷。
另有一些方法采用不同的合成路线，包括在钯催化剂的作用下用α-氯代-频那酮与甲醇及一氧化碳偶合生成1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯(Zoeller，J.R.欧洲专利第1676830号(2006))；在氢氧化镁催化和二氧六环溶剂条件下用特戊酰氯与乙酰乙酸甲酯反应生成目标产物(Sato，E.和Furukawa，T.日本专利第10025269号(1998))；或在吡啶类化合物及无水氯化镁作用下以二氯甲烷作溶剂，同样采用特戊酰氯与乙酰乙酸甲酯反应生成产物(Yamada，S.等人，欧洲专利第1116710号(2001))。使用酰化酯和乙酸酯来合成β-酮酯的方法在2006年注册的一个专利中有过报道，但所用的溶剂为DMSO，反应的收率只有53％(Deinhammer，称W.，德国专利第102004047713号(2006))。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种用特戊酸甲酯和醋酸甲酯制备4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯的低成本高收率的方法。
本发明的一种4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其包括以下步骤以等摩尔的无水特戊酸甲酯和干燥醋酸甲酯为原料，以氢化钠为催化剂，甲苯(toluene)为溶剂，在60～70℃下，搅拌反应后冷却，在pH4-5时，静置分层，除净溶剂后减压蒸馏提取1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯。
所述的氢化钠的量与无水特戊酸甲酯的量为相同摩尔数。
所述的氢化钠为纯度为60％的分散于矿物油中的氢化钠。
所述的甲苯与无水特戊酸甲酯的摩尔比为4∶1-5∶1。
所述方法中在搅拌后冷却至室温，反应液内加入碎冰至0-5℃。
用浓度为5mol/L的盐酸调pH 4～5。
静置分层后去掉下层水相，用净水洗涤至中性，有机相用无水硫酸钠脱水过滤后蒸馏回收甲苯。
该方法在氮气保护下操作。
本发明的优点针对现有制备4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯的各个专利中还存在的有待改进的一些问题，本专利提供了一种高收率，低成本，易于工业化放大操作的合成方法。采用NaH作催化剂，甲苯为溶剂，本方法用特戊酸甲酯和醋酸甲酯为原料可一步制备目标产物。与现有技术相比，本专利具有以下几个明确的优点1、采用特戊酸甲酯和醋酸甲酯两个基本有机化工原料，成本相对低廉。
2、原料均采用等摩尔比例，避免了频那酮方法中使用过量碳酸二甲酯而无法回收的缺点，进一步降低了成本。
3、采用分散型60％纯度的NaH作碱催化剂，增加了运输，储存，和加料操作的方便性和安全性；同时，与常用的甲醇钠相比，NaH碱性更强，催化效果更好，更不用象甲醇钠那样用时必须新鲜制备。
4、采用价格低廉的基本有机溶剂甲苯作为唯一的溶剂，易回收，挥发损失小，更重要的是回收后的溶剂容易干燥后重新使用。
5、收率可达91％，高于现有技术的收率。
6、由于反应时间缩短到2小时，反应温度相对较低(60-70℃)，能耗降低，同时低温反应避免了副产物的形成，也使操作过程容易控制。
7、副产物少，蒸馏提纯过程简单；产品蒸馏塔只需要7-8块理论塔板数即可达到99％以上的产品纯度。
8、由于不使用DMSO，THF，DMF等与水互溶的溶剂，排放的污水中有机物的含量大大降低；催化剂NaH在反应结束用盐酸处理后变成了无毒无害的氯化钠，使排放物中基本没有污染物。
具体实施例方式
反应原理在强碱氢化钠的作用下，醋酸甲酯的α-氢与氢负离子结合生成氢气逸出，同时产生负离子中间体[-CH2COOCH3]，后者进攻特戊酸甲酯的羰基并脱掉离去基团-OCH3而形成中间体醇钠盐；经水解处理后羰基复原生产目标产物。为避免负离子中间体[-CH2COOCH3]的自身偶合，特戊酸甲酯先与氢化钠在溶剂甲苯中形成一个悬浮液，然后滴加醋酸甲酯。由于氢化钠在有活泼氢存在时即被破坏而失去碱性，反应过程从加料到水解前都需要无水操作，因此原料和溶剂必须干燥无水。
以下通过实例进一步对本发明进行描述实施例1称取4.6克(0.04摩尔)无水特戊酸甲酯，1.6克60％纯度的分散于矿物油中的氢化钠(0.04摩尔)以及20毫升干燥甲苯，在氮气保护下混合搅拌成悬浮状，同时升温至60-65℃，然后滴加共3克干燥醋酸甲酯(0.04摩尔)，约0.5小时内加完后，继续搅拌反应1小时。在搅拌下冷却至室温。反应液内加入4-5克碎冰，接着加入7毫升左右5mol/L盐酸至pH4-5，搅拌后静止分层，去掉下层水相，用净水10毫升分别洗涤两次至中性。有机相用无水硫酸钠脱水过滤后蒸馏回收甲苯；待溶剂除净后减压蒸馏提取产品1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，得到5.83克99％纯度的1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，为理论产量的92.2％。
实施例2在氮气保护下将23.2克(0.2摩尔)无水特戊酸甲酯溶解于100毫升干燥甲苯中，然后一次加入8克60％纯度的分散于矿物油中的氢化钠(0.2摩尔)，搅拌下升温至65-70℃，然后缓缓滴加共14.8克干燥醋酸甲酯(0.2摩尔)，约1小时内加完，继续搅拌反应1小时。在搅拌下冷却至室温。反应液内加入20克碎冰，接着加入42毫升左右5mol/L盐酸至pH4-5，搅拌后静止分层，去掉下层水相，用净水50毫升分别洗涤两次至中性。有机相用无水硫酸钠脱水过滤后蒸馏回收甲苯；待溶剂除净后减压蒸馏提取产品1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，得到28.8克99％纯度的1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，为理论产量的91.1％。
实施例3称取80克60％氢化钠(2摩尔)加入通有氮气的反应瓶内，然后一次性加入1000毫升干燥甲苯及232克(2摩尔)无水特戊酸甲酯，搅拌下升温至60-65℃，然后缓缓滴加共148克干燥醋酸甲酯(2摩尔)，约2小时内加完，继续搅拌反应2小时。在搅拌下冷却至室温。反应液内加入200克碎冰，接着加入420毫升左右5mol/L盐酸至pH4-5，搅拌后静止分层，去掉下层水相，用净水500毫升分别洗涤两次至中性。有机相用无水硫酸钠脱水过滤后蒸馏回收甲苯；待溶剂除净后减压蒸馏提取产品1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，得到290克99％纯度的1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯，为理论产量的91.8％。
物料表
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于包括以下步骤以等摩尔的无水特戊酸甲酯和干燥醋酸甲酯为原料，以氢化钠为催化剂，甲苯为溶剂，在60～70℃下，搅拌反应后冷却，在pH4-5时，静置分层，除净溶剂后减压蒸馏提取1，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯。
2.根据根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于氢化钠的量与无水特戊酸甲酯的量为相同摩尔数。
3.根据根据权利要求1或2所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于氢化钠为纯度为60％的分散于矿物油中的氢化钠。
4.根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于甲苯与无水特戊酸甲酯的摩尔比为4∶1-5∶1。
5.根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于在搅拌后冷却至室温，反应液内加入碎冰至0-5℃。
6.根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于用浓度为5mol/L的盐酸调pH 4～5。
7.根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于静置分层后去掉下层水相，用净水洗涤至中性，有机相用无水硫酸钠脱水过滤后蒸馏回收甲苯。
8.根据权利要求1所述的4，4-二甲基-3-酮-戊酸甲酯制备方法，其特征在于该方法在氮气保护下操作。
全文摘要
本发明公开了一种4，4－二甲基－3－酮－戊酸甲酯制备方法，包括以下步骤以等摩尔的无水特戊酸甲酯和干燥醋酸甲酯为原料，以氢化钠为催化剂，甲苯为溶剂，在60～70℃下，搅拌反应后冷却，在pH4－5时，静置分层，除净溶剂后减压蒸馏提取1，4－二甲基－3－酮－戊酸甲酯。本发明提供了一种高收率，低成本，易于工业化放大操作的合成方法。采用NaH作催化剂，甲苯为溶剂，本方法用特戊酸甲酯和醋酸甲酯为原料可一步制备目标产物。
文档编号C07C67/00GK101074196SQ200710069319
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者王光迪, 金志豪 申请人:杭州凯隆华化工有限公司