专利名称：生产1,2－双(酰氧基酯)的方法
技术范围本发明涉及用酸酐对环氧化物进行酰化生产1,2-双(酰氧基酯)(bis(acyloxyates))的方法，更具体地说，本发明涉及用于这种方法中的催化剂。
本发明的背景1,2-双(酰氧基酯)是用于有机合成中的有用的中间体。例如，3,4-二乙酰氧基-1-丁烯用于生产维生素A乙酸酯[Paust,J.Pure and ApplChem,63,45(1991)]。所述1,2-双(酰氧基酯)是1,2-二羟基化合物的双酯，或者是1,2-二醇的二羧酸酯。这种化合物的通式见结构(Ⅰ)
1,2-双(酰氧基酯)的制备可通过在各种形式的或组合的胺催化剂存在下用乙酸酐对环氧化物乙酰化来完成。例如，由Shvets和Al-Wahib的研究揭示1,2-二乙酰氧基乙烷可通过在吡啶存在下由环氧乙烷及乙酸酐来制备，并且该反应经过乙酸N-(β-乙酰氧乙基)吡啶鎓的中间状态。该反应产生的收率在45-93.5％的范围内。该收率随吡啶的浓度从0.05M增加到1.00M而降低[Shvets,V.F.and Al-Wahib,I.,Kinet.Katal.,16(3),785-8(1975)]。
在Shvets和Al-Wahib的另一项研究中介绍了环氧乙烷的亲核催化。环氧乙烷与乙酸酐的反应是由(CH3CH2)4N+X-(X=Cl、Br、I)催化的并且经卤素阴离子对环氧乙烷的进攻生成乙酸2-卤代乙酯和(CH3CH2)4N+OAc-。后一产物继续催化环氧乙烷与乙酸酐的反应并且也与乙酸2-卤代乙酯反应，这样两个过程都产生1,2-二乙酰氧基乙烷。当使用卤化四烷基铵时，产物的得率一般较低[Shvets,V.F.andAl-Wahib,I.,Kinet.Katal.,16(2),425-30(1975)]。
正如Swindell指出，由1,8-二氮杂双环[5,4,0]十一-7-烯(DBU)和LiCl在四氢呋喃中催化的乙氧基环辛烷衍生物与乙酸酐的亲核催化产生70％得率的相应的1,2-双(酰氧基酯)[Swmdell,C.S.and Patel,B.P.,J.Org.Chem.55,3,(1990)]。Fraser-Reid揭示了由环氧吡喃糖苷与乙酸酐在(CH3CH2CH2CH2)4N+OAc-催化下打开环氧环制备相应的1,2-双(酰氧基酯)的反应[Fraser-Reid,B.and Rahaman,Md.A,J.Amer.Chem.Soc,107,5576(1985)]。
乙酸四烷基铵盐通过叔胺的烷基化生成季铵盐(其中，相反离子交换成乙酸根)来制备。一般，这种方法需要中间体的分离或纯化。因此，此类的催化剂难于生产并且成本高。
在乙酸酐存在下的酸催化环氧化物的开环也是公知的。例如，在乙酸酐存在下的3,4-环氧-1-丁烯的乙酰化生成3,4-二乙酰氧基-1-丁烯，如Evans,R.M.、Fraser,J.B.和Owen,L.N.在J.Chem.Soc.,248(1949)中介绍。当用盐酸作催化剂时得到70％的得率，而当用无水氯化锌时，仅得39％的得率。另一个Lewis酸催化的环氧化物开环的例子由Ali,S.和Bittman,R.在J.Org.Chem.,53,5547(1988)中公开，它介绍了在三氟化硼乙醚化物存在下的缩水甘油基甲苯磺酸酯的二酰基化有76％的得率。这些Lewis酸催化的酰化反应给出可观的收率。但是实际上，Lewis酸催化剂由于其成本高，并需要使用贵重的、抗腐蚀性的结构材料，而无法实施大规模的经济的良好生产。
Godleski的美国专利5,189,199介绍了由络合Pd(O)催化的3,4-环氧-1-丁烯的氧亲核加成反应制备1,4-双取代-2-丁烯的过程。然而，应用本方法到使用乙酸酐的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯生产需要额外的分离操作，因为其主要生成1,4-二乙酰氧基-2-丁烯。由于作用物必须是直接与碳碳双键共轭的环氧化物，该方法的应用受到限制。
其它方法也常用于制备1,2-双(酰氧基酯)，例如，1,2-二醇与乙酸酐或乙酰氯的乙酰化。然而，当使用乙酸酐时，在反应中伴生乙酸并且必须除去或回收。用乙酰氯时，一般需要用过量的有机碱以除去在反应中伴生的腐蚀性盐酸。在大多数情况下，1,2-双(酰氧基酯)通过环氧化物的酸催化水解生成相应的1,2-二羟基衍生物，接着用等当量的酸酐和有机碱，例如吡啶或4-(N,N-二甲氨基)吡啶对羟基酰化，由环氧化物制得。该反应的全部过程需要两步化学反应和中间体的分离。
因而，存在下述需要1,2-双(酰氧基酯)可用相对便宜的催化剂以增加的反应速率及较高的选择性，由环氧化物一步操作制备，而无需使用抗腐蚀性的设备，无需增加分离伴生产物及回收操作中的付产物的费用，以及没有由于催化剂的损失造成的废物。因而，这种改进的制备1,2-双(酰氧基酯)的方法是本发明主要所要达到的目标。
本发明的概述制备1,2-双(酰氧基酯)的方法包括在含有叔胺催化剂和羧酸助催化剂的催化组合物存在下环氧化物与酸酐的酰化过程。优选所述酸为酸酐的共轭酸。与叔胺结合的所述羧酸明显了增加反应的速率。所述催化组合物可在酰化前或就地制备供应用时灵活选择。
附图的简要说明附
图1是一级速率常数的自然对数(ln)对在3,4-环氧-1-丁烯用乙酸酐双乙酰化时乙酸浓度的自然对数的曲线，显示了实施例3和9-11中对于加入反应器中的乙酸浓度的依赖性。
本发明的详细叙述在用酸酐对环氧化物的催化酰化制备1,2-双(酰氧基酯)的过程中，已经发现叔胺与羧酸的催化组合物的应用，提供了增加反应速率及减少操作问题的改进的方法。据信，所述催化物质为由叔胺与羧酸在一单独步骤或者在同时结合形成的羧酸叔铵盐。在环氧化物转化成1,2-双(酰氧基酯)的过程中，所述环氧化物环据信由催化物质的羧酸盐裂解，生成初期的醇盐。该醇盐随即由酸酐的羧酸根酰化生成1,2-双(酰氧基酯)。
按照本发明生成的取代1,2-双(酰氧基酯)具有下式(Ⅰ)
其中，R及R’取代基就环氧化物和酸酐反应物分别如下定义。
取代的环氧化物反应物具有2-20个碳原子，优选3-8个碳原子。取代的环氧化物反应物的例子包括具有结构式(Ⅱ)的化合物
其中，R独立选自氢、多至8个碳原子的烷基或链烯基、5至10个碳原子的碳环、芳基或杂环芳基或者任何两个R取代基一起表示成环的烷基或链烯基，例如，主链含有4-6个碳原子的烷基。优选的环氧化物反应物包括式(Ⅱ)化合物，其中所述R取代基分别表示氢、多至四个碳原子的低级烷基或共同代表2-8个碳原子的直链或支链烷基或链烯基，特别优选的是其中两个或多个R取代基代表氢的式(Ⅱ)化合物。可望用于本发明实施中的化合物的例子包括1,2-环氧丁烷、2,3-环氧丁烷、3,4-环氧-1-丁烯、环氧乙烷、环氧丙烷、氧化苯乙烯、氧化环己烯等。最感兴趣的环氧化物反应物是3,4-环氧-1-丁烯。
优选的酸酐反应物包括式(R’CO)2O化合物，其中R’独立选自多至15个碳原子的烷基或链烯基或5-10个碳原子的碳环、芳基或杂环芳基。所述酸酐优选以至少为环氧化物1摩尔量的酸酐反应。过量的酸酐不仅用作反应物，也用作溶剂。
具有式R”3N的所述催化组合物的叔胺组分含有3-36个碳原子。该叔胺优选线性链或非芳香性环状胺并含有分别选自多至12个碳原子的烷基或5-15个碳原子的芳基或碳环的R”取代基。可望用于本发明实施中的化合物的例子包括三乙胺、三丁胺、二异丙基乙胺、N,N-二甲基苯胺、4-甲基吗啉、1-甲基吡咯烷、1-甲基哌啶、1,8-二氮杂双环[5,4,0]十一碳-7-烯、1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷等。由于低沸点叔胺可由产物中蒸除并回收，所以使用低沸点的叔胺，特别是三乙胺，可容易地使1,2-双(酰氧基酯)与催化剂分开。所述叔胺也可以载于树脂或其它共同载体之中。
相对于反应中叔胺和环氧化物的总量，所述叔胺以0.1-40摩尔％的量存在及环氧化物以99.9-60摩尔％的量存在。优选叔胺以1-10摩尔％的量及环氧化物以99-90摩尔％的量存在。
所述催化组合物的羧酸组分优选含有2-16个碳原子。更优选所述羧酸为所述酸酐的共轭酸。这样，所述具有式R’COOH的酸酐的共轭羧酸包括为如上定义酸酐的R’取代基。
所述催化组合物以基于叔胺和羧酸的总量，包含以0.1-50摩尔％的量存在的叔胺及以99.9-50摩尔％的量存在的羧酸。优选叔胺以1-15摩尔％的量存在及羧酸以99-85摩尔％的量存在。
所述叔胺在没有羧酸的情况下自身用作催化剂并催化反应。但是，所述羧酸在没有叔胺的情况下没有催化反应的功能。相反所述羧酸作为助催化剂与叔胺一起增加反应速率的作用超过任一催化剂组分单独所产生的作用。在双取代环氧化物的情况下，共轭羧酸的加入显著增加反应的速率，以及转化率。已经观察到端基环氧化物对于羧酸浓度的依赖性，得出反应的级数小于1并增强了选择性。
使用相对于叔胺过量的共轭羧酸提供了其它方法无法做到的改进的方法。所述羧酸以等当量中和叔胺生成羧酸叔铵盐。从而，预计任何过量的羧酸将如同羧酸作为唯一的催化剂一样发生反应。这种情况见于实施例1，其中使用乙酸作为唯一的催化剂，结果得到非常低的反应速率及低的收率和选择性。然而，当存在羧酸叔铵盐时，加入过量的羧酸，意想不到地增加了反应的速率及得到较高的收率和选择性(见实施例9-11)。
使用共轭羧酸的重要性被在3,4-环氧-1-丁烯的共轭环氧烯烃体系中，在乙酸叔铵盐存在下经乙酸酐的区域选择性加成制备生产维生素A乙酸酯关键中间体3,4-二乙酰氧基-1-丁烯的过程所证实。优选所述乙酸叔铵盐是乙酸三乙铵盐。于温和温度50-200℃下，在惰性气体如，氮气的大气压或中等气压下所进行的3,4-环氧-1-丁烯的乙酰化得到88-94摩尔％的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯及1-5摩尔％的1,4-二乙酰氧基-2-丁烯。
与先有技术的吡啶或乙酸四烷基铵盐比较，所述乙酸叔铵盐在其化学反应性上显示显著地不同。本发明的活性催化物质是叔胺和羧酸的盐复合物。当所述羧酸使碱性胺功能基质子化使所述叔胺非亲核化时产生活性物质。支持涉及所述活性物质的证据是当没有所述酸酐及羧酸存在时环氧化物与叔胺之间很少反应。所述环氧化物在没有强酸如盐酸或硫酸存在时，对大多数羧酸及酸酐是相对稳定的。所述羧酸叔铵盐的羧酸铵阴离子起激发环氧化物裂解的作为溶解形式的亲核羧酸根离子的作用。
本发明的催化组合物的应用也提供了超过先有技术的催化剂的有利之处。很多酸酐和羧酸可与叔胺一起使用以生成各种的酰氧基官能基团，而无需像羧酸四烷基铵盐所需的多步骤制备过程。由于所述活化的复合物具有相对低的沸点，羧酸短链叔铵盐，例如乙酸三乙铵盐也可由反应混合物中回收。然而，所述羧酸四烷基铵盐是加热分解的非挥发性盐。因而本发明的催化组合物更方便应用并提供超过先有技术的显著的价格优势。
所述酰化的温度及压力条件根据所使用的反应物及催化剂而变化。所述酰化一般在约50-200℃进行。优选的操作温度在100-125℃的范围。本操作在大气压下或在50-250psig(4.6-35.5巴)的适当压力下进行，当使用低沸点催化剂或反应物时是有利的。如上所述，理想的温度和压力的组合取决于其它可变的条件，但可由本领域技术熟练人员容易的确定。
本发明的操作可选在惰性的有机溶剂存在下进行。这类溶剂的例子包括脂族和芳族烃例如环己烷、庚烷、甲苯、二甲苯及其混合二甲苯异构体，醚类例如四氢呋喃，及酰胺例如N,N-二甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮。优选的溶剂体系是既用作溶剂也用作反应物的酸酐。所述酸酐相对于环氧化物的量一般是1.0摩尔当量至大摩尔过量的。
本操作方法可以分批、间歇或连续的操作形式进行。例如，分批操作可包括在加压釜中搅拌叔胺、乙酸、3,4-环氧-1-丁烯和乙酸酐足够长的时间以便基本酰化全部3,4-环氧-1-丁烯成为3,4-二乙酰氧基-1-丁烯。叔胺和共轭羧酸催化剂可通过用水洗涤由酰化的混合物中分出，有机相组分通过反应混合物的蒸馏分离或优选通过反应混合物的分馏分离。
本发明提供的方法由下述作为本发明范例的实施例进一步说明。气相色谱(GC)分析在Hewlett-packard 5890A气相色谱仪上用30米，DB-5,0.5mm内径，1.2微米涂膜厚度的毛细管柱进行。二甘醇二甲醚用作内标参照计算组分百分比。程序温度为35℃5分钟，每分钟升高20℃至240℃，并保持14.75分钟。所得产物的鉴定通过核磁共振光谱和气-质联用确定。1H-NMR在Gemini 300MHz分光计上记录及13C-NMR在75MHz记录。实施例1在300ml加压釜中加入40ml(0.50mol)的3,4-环氧-1-丁烯、67.3g(0.66mol)乙酸酐、5 82g(0.097mol)乙酸和4.2ml二甘醇二甲醚。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)。开动搅拌并取第一个样。将混合物加热至125℃。在2.5小时的过程中，每15分钟取样进行GC分析。2.5小时后的粗混合物GC分析显示具有13％选择性的11％得率的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯、21％的3,4-环氧-1-丁烯和许多高沸点组分。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数(K1)为0.0025分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示在没有叔胺和在羧酸单独存在下的低效反应催化剂条件下的低的收率和选择性。实施例2在300ml加压釜中加入40ml(0.50mol)3,4-环氧-1-丁烯、63.2g(0.62mol)乙酸酐、4.06g(0.041mol)三乙胺和4.2ml二甘醇二甲醚。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)。开动搅拌并开始取第一个样。将混合物加热至125℃。在2.5小时的过程中，每15分钟取样进行GC分析。2.5小时后的粗混合物GC分析显示具有92％选择性的92％得率的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯及0.36％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.037分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示单独用叔胺的催化效果。实施例3在300ml加压釜中加入40ml(0.50mol)3,4-环氧-1-丁烯、62.2g(0.61mol)乙酸酐、1.8g(0.018mol)三乙胺、1.1g(0.018mmol)乙酸和4.2ml二甘醇二甲醚。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)。开动搅拌并开始取第一个样。将混合物加热至125℃。在2小时的过程中，每15分钟取样GC分析。2小时后的粗混合物GC分析显示具有89％选择性的87％得率的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯及1.8％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.024分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用叔胺连同作为助催化剂的乙酸的催化效果(表B)。实施例4在300ml加压釜中加入40ml(0.50mol)的3,4-环氧-1-丁烯、60.0g(0.59mol)乙酸酐、3.7g(0.02mol)三丁胺、0.72g(0.012mmol)乙酸和4.2ml二甘醇二甲醚。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)。开动搅拌并开始取第一个样。将混合物加热至125℃。在2小时的过程中，每15分钟取样进行GC分析。2小时后的粗混合物GC分析显示具有90％选择性的79％得率的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯及12％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.017分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用另一种叔胺连同作为助催化剂的乙酸的催化效果。实施例5在100ml加压釜中加入57.2g(0.44mol)丙酸酐、1.62g(0.016mol)三乙胺和3.44g二甘醇二甲醚。用氦气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至6.2巴(75psig)接着搅拌。将反应混合物加热至125℃，然后经注射泵，用10秒钟向该反应器中加入31.35ml(0.40mol)的3,4-环氧-1-丁烯。于1分钟第一次取样。然后在2小时的过程中，每15分钟顺次取样进行GC分析。2小时后的粗混合物GC分析显示具有94％选择性的84％得率的3,4-二丙酰氧基-1-丁烯及11.2％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.017分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用另一种酸酐及三乙胺，但无羧酸作为助催化剂的使用效果。实施例6在100ml加压釜中加入57.2g(0.44mol)丙酸酐、1.62g(0.016mol)三乙胺、1.2g(0.016mol)丙酸和3.44g二甘醇二甲醚。用氦气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至6.2巴(75psig)接着搅拌。将反应混合物加热至125℃，然后经注射泵，用10秒钟向该反应器中加入31.35ml(0.40mol)的3,4-环氧-1-丁烯。于1分钟第一次取样。然后在2小时的过程中，每15分钟顺次取样进行GC分析。2小时后的粗混合物GC分析显示具有91％选择性的90％得率的3,4-二丙酰氧基-1-丁烯及6％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数(K1)为0.017分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用另外一种酸酐与其共轭酸的使用效果。实施例7在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入47.5g(0.21mol)苯甲酸酐、16ml(0.2mol)3,4-环氧-1-丁烯和1.4ml(0.008mol)二异丙基乙胺。用氮气吹洗该烧瓶然后加热回流。该反应在1.5小时后当温度达到160℃时停止。GC分析显示为1％原料、10-15％的单羧酸酯(由GC-MS确证)、4％的1,4-双(酰氧基酯)和80％所需的1,2-双(酰氧基酯)的混合物。该反应混合物用醚稀释，用稀盐酸洗涤，用水洗两次，然后用硫酸钠干燥。减压除去醚，残留物于0.020kPa(0.15mmHg)下蒸馏。得到三个馏分，其中后两个馏分含有合计得率62％的1,2-双(酰氧基酯)。馏分2所得为36.5g的bp为155-165℃的95％的3,4-二苯甲酰氧基-1-丁烯和5％的单羧酸酯。馏分3所得为21.5g的bp 165-170℃的93％的3,4-二苯甲酰氧基-1-丁烯和7％的1,4-二苯甲酰氧基-2-丁烯。
1H NMR(CDCl3)δ8.08(dd,J=0.7,6.3,4H),7.45(m,6H),5.98(m,2H),5.51(d,J=17Hz,1H),5.35(d,J=10.4Hz,1H)4.56(m,2H)；13C NMR(CDCl3)δ170.3,73.6,30.0,23.3,21.0.本实施例显示用非常活泼的酸酐与位阻叔胺的使用效果(表A)。实施例8在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入47.5g(0.21mol)苯甲酸酐、0.49g(0.004mol)苯甲酸、16ml(0.2mol)的3,4-环氧-1-丁烯和1.4ml(0.008mol)二异丙基乙胺。用氮气吹洗该烧瓶然后加热回流。该反应于温度130℃保持3小时后停止。GC分析显示为1％原料，10％的单羧酸酯、2％的1,4-双(酰氧基酯)和87％所需1,2-双(酰氧基酯)的混合物。本实施例显示用非常活泼的酸酐和位阻叔胺与共轭羧酸的使用效果(表A)。实施例9在100ml加压釜中加入45.25g(0.44mol)乙酸酐、1.62g(0.016mol)三乙胺、1.94g(0.032mol)乙酸和3.44g二甘醇二甲醚。用氦气吹洗该釜两次，然后用氦气给该容器加压至6.2巴(75psig)接着搅拌。将反应混合物加热至125℃。然后经注射泵，用10秒钟向该反应器中加入31.35ml(0.40mol)的3,4-环氧-1-丁烯。于1分钟第一次取样。然后在2.25小时的过程中，每15分钟顺次取样进行GC分析。2.25小时后的粗混合物GC分析显示具有95％选择性的93％得率的3,4-二乙氧酰基-1-丁烯及1.9％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.029分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用叔胺及两摩尔量作为助催化剂的乙酸的催化效果(表B)。实施例10在300ml加压釜中加入40ml(0.50mol)的3,4-环氧-1-丁烯、56.2g(0.55mol)乙酸酐、2.0g(0.02mol)三乙胺、3.6g(0.06mol)乙酸和4.2ml二甘醇二甲醚。用氦气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)。开动搅拌器并取第一个样。将反应混合物加热至125℃。在2.5小时的过程中，每15分钟取样进行GC分析。2.5小时后的粗混合物GC分析显示具有96％得率的3,4-二乙氧酰基-1-丁烯及1.4％的3,4-环氧-1-丁烯。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.037分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用叔胺和三摩尔量的乙酸的催化效果(表B)。实施例11在100ml加压釜中加入45.2g(0.44mol)乙酸酐、1.62g(0.016mol)三乙胺、9.6g(0.16mol)乙酸和3.44g二甘醇二甲醚。用氦气吹洗该釜两次，然后用氦气给该容器加压至6.2巴(75psig)，接着搅拌。将反应混合物加热至125℃。然后经注射泵，用10秒钟向该反应器中加入31.35ml(0.40mol)的3,4-环氧-1-丁烯。于1分钟第一次取样。然后在2.25小时的过程中，每15分钟顺次取样进行GC分析。2.25小时后的粗混合物GC分析显示94％得率的3,4-二乙氧酰基-1-丁烯而无3,4-环氧-1-丁烯残留。观察到的3,4-环氧-1-丁烯反应是一级速度常数为0.058分钟-1的一级反应(表A)。本实施例显示用叔胺和十摩尔量的乙酸的催化效果(表B)。
表ARXN 3,4-环氧时间-1-丁烯 胺的摩 酸的摩 3,4-二酰氧 1,4-二酰氧 K1实施例 (分)摩尔数尔数尔数基-1-丁烯％基-1-丁烯％ (分钟-1)1 150 0.5 0.000.097 11 1 0.00252 150 0.5 0.041 0 920.20.0373 120 0.5 0.020.0287 1 0.0244 120 0.5 0.020.012 79 0 0.0175 120 0.4 0.016 0 84 5 0.0176 120 0.4 0.016 0.016 90 3 0.0237 90 0.2 0.008 0 80 4 -8 180 0.2 0.008 0.004 87 1 -9 135 0.4 0.016 0.032 931.40.02910 150 0.5 0.020.0696 1 0.03711 135 0.4 0.016 0.1694 4 0.058乙酸助催化剂的动力学作用在实施例3、9-11中将乙酸酐加入3,4-环氧-1-丁烯中以生成3,4-二乙酰氧基-1-丁烯的速率显示乙酸的助催化作用并见于表B中。加入反应器中的所述乙酸的浓度的依赖性与由图1所显示的一级速率常数的自然对数(ln)对乙酸浓度的ln所绘图的速率常数相关。所述乙酸浓度的依赖性以图1所示曲线的斜率表示。斜率是0.38显示依赖性小于一级。该反应的级数提示所述酸催化剂在复合物机制中起重要的作用并且可能涉及多于一步的反应机制。线性相关值0.977显示乙酸相对于三乙胺在1摩尔当量至10摩尔当量的范围内具有良好的相关性。据观察所述乙酸可提高速率和选择性，但是在乙酸中不是一级反应。
表BK1AcOH ln AcOH实施例(分钟-1)体积摩尔浓度 lnK1体积摩尔浓度30.024 0.171 -3.730 -1.76690.029 0.396 -3.540 -0.926100.037 0.586 -3.297 -0.534110.058 1.81 -2.847 0.593实施例12在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入181ml(1.6mol)乙酸酐、62.7ml(0.8mol)的3,4-环氧-1-丁烯、7.2ml(0.04mol)二异丙基乙胺和2.4g(0.04mol)乙酸。用氮气吹洗该烧瓶然后加热回流。该反应48小时结束。GC分析显示仅有所需的3,4-二乙酰氧基-1-丁烯。用稀盐酸和水洗涤该反应混合物，然后用硫酸钠干燥。于0.266KPa(2.0mmHg)蒸馏(bp 66-68℃)得到101.4g合并收率为74％的馏分。
1H NMR(CDCl3)δ5.78(m,1H),5.46(m,1H),5.33(dd,J=1.1,17.3Hz,1H),5.25(dd,J=1.1,10.3Hz,1H),4.22(dd,J=3.7,12.0Hz,1H),4.07(dd,J=7.1,12.0Hz,1H),2.07(s,3H),2.04(s,3H)；13CNMR(CDCl3)δ170.4,169.7,132.1,118.5,71.8,64.5,20.8,20.5。本实施例显示尽管用乙酸作助催化剂，位阻叔胺仍反应缓慢(表C)。实施例13在300ml加压釜中加入35ml(0.50mol)的环氧丙烷，95ml(1.01mol)乙酸酐和2.8ml(0.02mol)三乙胺。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)，接着搅拌。将该反应于120℃进行4小时。4小时后，GC分析显示全部转化为1,2-二乙酰氧基丙烷并具有99％以上的选择性。用稀盐酸洗涤三次，然后经短维格罗分馏柱于0.532kPa(4mmHg)蒸馏(bp75-77℃)。得到全部50.3g合计得率为63％的馏分。
1H NMR(CDCl3)δ5.04(m,1H),4.09(dd,J=6.6,11.8Hz,1H),2.00(s,3H),1.98(s,3H),1.17(d,J=6.5Hz,3H)；13C NMR(CDCl3)δ170.6,170.3,68.1,65.9,21.0,20.6,16.3.本实施例显示由另外类型的环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)(表C)。实施例14在300ml加压釜中加入43ml(0.50mol)的1,2-环氧丁烷、95ml(1.01mol)乙酸酐和2.8ml(0.02mol)三乙胺。用氮气吹洗该釜两次，然后用氮气给该容器加压至8巴(100psig)，接着搅拌。将该反应于120℃进行4小时。4小时后，GC分析显示全部转化为1,2-二乙酰氧基丁烷并具有99％以上的选择性。反应混合物用稀盐酸洗涤两次，然后经短维格罗分馏柱于0.399kPa(3mmHg)蒸馏(bp 83-85℃)。得到全部72.9g合计得率84％的馏分。
1H NMR(CDCl3)δ4.95(m,1H),4.18(dd,J=3.4,11.9Hz,1H),3.98(dd,J=6.6,11.9Hz,1H),2.00(s,3H),1.99(s,3H),1.55(q,J=7.5Hz,2H),0.88(t,J=7.5Hz,3H)；13C NMR(CDCl3)δ170.6,170.4,72.6,64.6,23.6,20.8,20.6,9.3.本实施例显示由另外类型的环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)(没有酸助催化剂)(表C)。实施例15在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入49.5ml(0.53mol)乙酸酐、43ml(0.5mol)的1,2-环氧丁烷、2.8ml(0.04mol)三乙胺和2.2ml(0.02mol)乙酸。用氮气吹洗该烧瓶然后加热至回流。该反应5小时结束。GC分析显示有所需的1,2-二乙酰氧基丁烷加上另一种付产物。该反应混合物用稀盐酸和水洗涤，然后用硫酸钠干燥。所述付产物经水处理后不再存在。于0.466kPa(3.5mmHg)蒸馏(bp84-85℃)得到74g合并收率为85％的馏分。本实施例显示用乙酸作助催化剂，由另外一种环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)(表C)。实施例16在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入76ml(0.8mol)乙酸酐、45.5ml(0.4mol)的氧化苯乙烯和2.25ml(0.016mol)三乙胺。用氮气吹洗该烧瓶然后加热至回流。该反应2小时后结束。粗反应产物的GC分析显示所需的二乙酸酯含量为95％。该反应混合物用稀盐酸和水洗涤，然后用硫酸钠干燥。产物于0.293kPa(2.2mmHg)蒸馏(bp110-112℃)得到74.5g合并收率为84％的1,2-二乙酰氧基-1-苯乙烷。
1H NMR(CDCl3)δ7.34(m,5H),6.03(dd,J=3.5,7.7Hz,1H),4.33(m,2H),2.12(s,3H),2.06(s,3H)；13C NMR(CDCl3)δ170.5,169.9,136.4,128.6,128.5,126.6,73.2,66.0,21.0,20.7.本实施例显示由另外一种环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)(无助催化剂)(表C)。实施例17在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入76ml(0.53mol)乙酸酐、45.5ml(0.4mol)的氧化苯乙烯、2.25ml(0.016mol)三乙胺和0.9ml(0.016mol)乙酸。用氮气吹洗该烧瓶然后加热回流至1.5小时。该反应混合物用稀盐酸和水洗涤，然后用硫酸钠干燥。产物于0.033kPa(0.25mmHg)蒸馏(bp100-102℃)得到71.4g收率为80％的1,2-二乙酰氧基-1-苯乙烷。本实施例显示用乙酸作助催化剂，由另外一种环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)(表C)。实施例18在25ml园底烧瓶中加入10ml(0.052mol)乙酸酐、5g(0.1mol)氧化环己烯和0.14ml(0.002mol)三乙胺。用氮气吹洗该烧瓶然后加热至回流。该反应由GC定时分析检测。在没有乙酸助催化剂存在下，16小时后反应仅完成50.6％。本实施例显示由另外一种环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)并且在没有乙酸助催化剂存在下与双取代环氧化物的反应缓慢进行(表C)。实施例19
在带有热电偶、冷凝器和塞子的300ml三颈瓶中加入49ml(0.52mol)乙酸酐、25g(0.26mol)的氧化环己烯、1.4ml(0.01mol)三乙胺和0.6ml(0.01mol)乙酸。用氮气吹洗该烧瓶然后加热至回流16小时。将该反应混合物用稀盐酸洗涤，然后于0.213kPa(1.6mmHg)蒸馏(bp 99-102℃)得到42g收率为81％的1,2-二乙酰氧基环己烷。1H NMR(CDCl3)δ4.75(m,2H),2.01(m,2H),1.98(s,6H),1.69(m,2H),1.32(brm,4H)；13C NMR(CDCl3)δ170.3,73.6,30.0,23.3,21.0.本实施例显示用乙酸作助催化剂由双取代环氧化物制备1,2-双(酰氧基酯)，与没有乙酸的反应比较得到较高的转化率(表C)。表CRXN时间 分离的二实施例 (小时)环氧化物酸酐 胺 酸羧酸酯％12 48 3,4-环氧-1- 乙酸 (i-Pr)2NEt AcOH 74丁烯13 4 环氧丙烷 乙酸NEt3无 6314 4 环氧丁烷 乙酸NEt3无 8415 5 氧丁烷 乙酸NEt3 AcOH 8516 2 氧化苯乙烯 乙酸NEt3无 8417 1.5 氧化苯乙烯 乙酸NEt3 AcOH 8018 16 氧化环己烯 乙酸NEt3无 51(未分离)19 16 氧化环己烯 乙酸NEt3 ACOH 81由此可见，本发明催化组合物在用酸酐进行环氧化物的酰化制备1,2-双(酰氧基酯)的过程中具有改善的操作结果。所述叔胺和羧酸催化组合物由于其制备过程少而相对便宜。所述反应的速率增加并且得到较高的选择性，因而减低了对昂贵的分离及付产物回收设备的需求。
本发明已特别根据其优选方法进行了详细叙述，但是，可以理解在本发明的精神及范围内可以进行变化与改动。
权利要求
1．制备1,2-双(酰氧基酯)(bis(acyloxyate))的方法，包括在催化量的含有叔胺和羧酸的催化组合物的存在下使环氧化物与酸酐反应。
2．权利要求1的方法，其中所述羧酸是所述酸酐的共轭酸。
3．权利要求2的方法，其中具有式(R’CO)2O的所述酸酐和具有式R’COOH的所述共轭酸，包含选自多至15个碳原子的烷基或链烯基或5-10个碳原子的碳环、芳基或杂环芳基的R’取代基。
4．权利要求1的方法，其中所述环氧化物具有式(R2C)2O的结构及包含独立选自氢、多至8个碳原子的烷基或链烯基、5-10个碳原子的碳环、芳基或杂环芳基的R取代基或任意两个所述R取代基共同表示成环的烷基或链烯基。
5．权利要求4的方法，其中所述R取代基独立代表氢、多至4个碳原子的低级烷基或2-8个碳原子的直链或支链链烯基。
6．权利要求5的方法，其中两个或多个所述R取代基代表氢。
7．权利要求1的方法，其中所述叔胺含有3-36个碳原子。
8．权利要求1的方法，其中所述叔胺是非芳香环胺。
9．权利要求1的方法，其中所述叔胺具有式R”3N的结构，含有独立选自多至12个碳原子的烷基或5-10个碳原子的芳基或碳环的R”取代基。
10．权利要求1的方法，其中基于所述叔胺和所述环氧化物的总量，所述叔胺以0.1-40摩尔％的量存在及所述环氧化物以99.9-60摩尔％的量存在。
11．权利要求10的方法，其中所述叔胺以1-10摩尔％的量存在及所述环氧化物以99-90摩尔％的量存在。
12．权利要求1的方法，其中基于所述叔胺和所述羧酸的总量，所述叔胺以0.1-50摩尔％的量存在及所述羧酸以99.9-50摩尔％的量存在。
13．权利要求12的方法，其中所述叔胺以1-15摩尔％的量存在及所述羧酸以99-85摩尔％的量存在。
14．权利要求1的方法，其中所述酸酐以其对所述环氧化物至少1摩尔量的量反应。
15．权利要求1的方法，其中所述催化组合物是通过加入单独量的所述叔胺和所述羧酸就地生成的。
16．制备3,4-二乙酰氧基-1-丁烯的方法，包括在催化量的由具有3-36个碳原子的叔胺和乙酸生成的乙酸叔铵盐催化组合物的存在下，使3,4-环氧-1-丁烯与乙酸酐反应。
17．权利要求16的方法，其中所述叔胺是三乙胺。
18．制备1,2-双(酰氧基酯)的方法，包括(a)制备叔胺和羧酸的催化组合物，及(b)在催化量所述催化组合物的存在下，使环氧化物与酸酐反应，从而将所述羧酸加入所述叔胺中，增加了反应速率。
19．权利要求16的方法，其中所述羧酸是所述酸酐的共轭酸。
20．制备具有下式结构的1,2-双(酰氧基酯)的方法
包括，使具有下式的R-取代环氧化物
与具有下式结构的酸酐；
在催化量的具有式(R3NH+)(-OOCR’)的羧酸叔铵盐催化剂存在下反应，所述羧酸叔铵盐是由具有式R”3N的叔胺和具有式(R’COOH)的酸酐的共轭酸形成的。
全文摘要
制备1,2－双(酰氧基酯)的方法包括在含有叔胺和羧酸的催化组合物存在下用酸酐使环氧乙烷酰化。优选所述羧酸为所述酸酐的共轭酸。所述羧酸用作助催化剂并与叔胺结合使用,明显增加反应的速率并获得较高的选择性。所述催化组合物可在酰化前制备或就地制备供灵活选用。
文档编号C07C69/16GK1209115SQ96180111
公开日1999年2月24日 申请日期1996年12月20日 优先权日1995年12月29日
发明者S·T·佩里, S·N·法林 申请人:伊斯曼化学公司