一种催化羟醛缩合反应的方法与流程

本发明属有机催化合成技术领域，具体涉及一种催化羟醛缩合反应的方法。

背景技术：

目前支撑化工工业的平台化合物主要从石油资源中获得，随着石油等不可再生资源的大量消耗，以石油为主导的化工工业的成本将不断地提高。发掘可再生资源制备新型平台化合物，是解决目前资源和能源危机的重要方法，生物质是一类储量大、分布广、成本低的可再生资源，以生物质为原料生产化学品将在一定程度上缓解社会发展对化石资源的严重依赖(Chem.Rev.2007,107,2411–2502)。

5-羟甲基糠醛(5-HMF)，糠醛，5-甲基糠醛等是近年来备受关注的新型平台化合物，可由单糖脱水而得(Science 2007,316,1597–1600；Catal.Sci.Technol.,2015,5,4001；Ind.Eng.Chem.Res.2015,54,8368-8373)。5-羟甲基糠醛，糠醛，5-甲基糠醛等均是不含α-H的羰基化合物，经与外加的羰基化合物发生羟醛缩合反应可制备多种更具附加值的化工产品和燃料(Chem.Rev.2011,111,397–417)。

目前催化羟醛缩合反应多数是碱性催化，以NaOH为主，另外还有碱性的金属氧化物(Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 2008,296,18–27；Catalysis Today2014,223,138–147；Applied Catalysis B:Environmental2012,113–114,201–211)。

然而，现有方法以NaOH为催化剂时，对设备要求高，催化反应体系受限，溶剂为水，不适合在水中溶解度小，不耐碱的羰基化合物。例糠醛在强碱作用下发生康尼查罗反应，生成糠醇及糠酸。以金属氧化物为催化剂时，催化效率低，且催化剂稳定性不好。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种催化羟醛缩合的方法。

一种催化羟醛缩合反应的方法，按照以下步骤进行：以金属卤化物为催化剂，在溶剂中催化羰基类化合物发生羟醛缩合反应。

具体反应条件是为：取催化剂量的金属卤化物，溶于溶剂中，向其中加入原料羰基化合物，在一定条件下发生反应，可得到羰基化合物的缩合产物；

所述催化剂与羰基化合物的摩尔比为0.001～1：1；反应温度不低于50℃；反应时间为0.1–24h；羰基化合物的浓度为0.05～4mol.L^-1。

所述反应温度优选范围为100–180℃。

所述催化剂与羰基化合物摩尔比的优选范围为0.02～0.3：1。

所述反应时间的优选范围为0.5–12h。

所述羰基化合物浓度的优选范围为0.25～0.5mol.L^-1。

所述金属卤化物为三氯化钒、氯化铬(II，III)、氯化铁(II，III)、氯化铜(I，II)、溴化铬(II，III)、溴化钒、溴化铁(II，III)或溴化铜(I，II)。

所述金属卤化物优选三氯化钒，氯化铬(II，III)。

所述羰基化合物为一种A，或者所述羰基化合物为两种，即为A+B；

所述A为含α-H羰基化合物，

所述B为含α-H羰基化合物或者不含α-H羰基化合物

原料组合为：含α-H羰基化合物+不含α-H羰基化合物、含α-H羰基化合物+另一种含α-H羰基化合物，或者是含α-H羰基化合物自身的缩合。

当缩合反应的原料组成为两种羰基化合物时，其组成的摩尔比例A/B不低于0.03。

当缩合反应的原料组成为两种羰基化合物时，其组成的摩尔比例A/B优选范围为0.2-30。

所述不含α-H羰基化合物为糠醛、5-羟甲基糠醛、5-甲基糠醛、苯甲醛或 其衍生物。

所述含α-H羰基化合物为乙醛、丙酮、丁酮、己酮、环己酮或环戊酮。

所述反应体系的溶剂包括离子液体和非离子液体类；离子液体阳离子有咪唑类，吡啶类，哌啶类或季铵类离子液体；非离子液体类溶剂含醚类、脂类，烷烃类，卤代烷烃类或其他有机溶剂。

所述离子液体以阳离子是咪唑基，阴离子是卤素类离子液体为主。

所述离子液体，当阴离子为氯离子时效果最佳。

所述非离子液体型溶剂为醇类，乙醚，四氢呋喃，甲基叔丁基醚，乙二醇二甲醚，丁醚，乙酸乙酯，甲酸甲酯，石油醚，环己烷，二氯甲烷，氯仿或四氯化碳。

本发明的有益效果为：本发明报道催化羟醛缩合反应的一种新的催化体系，催化剂对于溶剂和原料的兼容性好，且能获得较高的产物收率。添加物，溶剂均可循环利用。

附图说明

图1缩合产物C8 GC-MS检测结果图。

图2缩合产物C13 GC-MS检测结果图。

图3缩合产物C9 GC-MS检测结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围不受实施例的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，值得说明的是，以下各实施例中过柱子处理后所得溶液或萃取相中各组分物的含量测定采用气相色谱-质谱联用仪，依据底物的投料量计算其转化率，缩合产物的收率。

实施例1

称量19.6mg催化剂三氯化钒，2g[BMIM]Cl，200mg糠醛，600mg丙酮，2g乙二醇二甲醚(GDE)，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为120℃，反应时间为12h。反应结束后，采用硅胶柱除去离子液体，或者用萃取剂萃取，旋蒸溶剂后得粘稠状深棕色液体，为缩合产物C8，C13，收率分别为46％，44％。C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。

实施例2

称量32.7mg三氯化钒，2g二氯甲烷，200mg糠醛，600mg丙酮，300mg TEAC，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为120℃，反应时间为12h。反应结束后，采用硅胶柱除去氯化物，去除溶剂后得粘稠状深棕色液体，为C8，C13产物，收率分别为15％，31％。

C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。

实施例3

称量33.9mg CrCl₃.6H₂O，2g[BMIM]Cl，200mg糠醛，600mg丙酮，2g乙 二醇二甲醚，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为120℃，反应时间为12h。反应结束后，采用硅胶柱除去离子液体，或者用萃取剂萃取，去除溶剂后得粘稠状深棕色液体，为C8，C13产物，收率分别为22％，35％。

C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。

实施例4

称量12.5mg三氯化钒，1.5g[BMIM]Cl，100mg 5-羟甲基糠醛，900mg丙酮，在10mL高压釜中混合均匀，温度为100℃，反应时间为12h。反应结束后，乙二醇二甲醚萃取产物，去除溶剂后得粘稠状深棕色液体，为缩合产物C9，收率达50％。

C9结构为：

其GC-MS检测结果图如图3所示。

实施例5

称量19.6mg催化剂三氯化钒，500mg[BMIM]Cl，200mg糠醛，600mg丙酮，570mg乙醇，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为140℃，反应时间为1.5h。反应结束后，采用硅胶柱除去离子液体，或者用萃取剂萃取，旋蒸溶剂后得粘稠状深棕色液体，为缩合产物C8，C13，收率分别为12％，40％。C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。

实施例6

称量6.5mg催化剂三氯化钒，5g[BMIM]Cl，200mg糠醛，600mg丙酮，860mg乙醇，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为140℃，反应时间为3h。反应结束后，采用硅胶柱除去离子液体，或者用萃取剂萃取，旋蒸溶剂后得粘稠状深棕色液体，为缩合产物C8，C13，收率分别为36％，27％。C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。

实施例7

称量19.6mg催化剂三氯化钒，5g[BMIM]Cl，200mg糠醛，600mg丙酮，570mg乙醇，在20mL高压釜中混合均匀，体系中反应起始氮气压力为500psi，温度为180℃，反应时间为1h。反应结束后，采用硅胶柱除去离子液体，或者用萃取剂萃取，旋蒸溶剂后得粘稠状深棕色液体，为缩合产物C8，C13，收率分别为31％，48％。

C8结构为：C13结构为:

其GC-MS检测结果图如图1，图2所示。