专利名称：环己烷二甲醇化合物及其制备中间体的制备方法
技术领域：
本发明涉及2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物及其制备中间体的制备方法。更具体涉及可作为聚酯、不饱和聚酯、醇酸树脂、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等的原料或官能性有机化合物的原料的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的制备方法，作为该1,1-环己烷二甲醇化合物的制备中间体的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，以及新的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
背景技术：
2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物可作为树脂原料使用。日本专利公开公报平11-35665号揭示了以2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物为原料的具有较高耐热性、透明度和耐水解性的聚酯。此外，日本专利公开公报平11-80305号及日本专利公开公报平11-189637号揭示了以前述化合物为聚氨酯原料的耐热性有所提高的聚氨酯。
对于2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇的制备方法也有报道，例如，Shortridge等对2-甲基-1,1-环己烷二甲醇的制备方法的报道(R.W.Shortridge等，J.Am.Chem.Soc.,70,946(1948))。该方法是在碱存在下，使通过丁二烯和丁烯醛的热第尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应而获得的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛和甲醛进行坎尼扎罗反应(Cannizzaro reaction)，合成6-甲基-3-环己烯-1,1-二甲醇，然后，对双键进行加氢反应，制得2-甲基-1,1-环己烷二甲醇。但是，该方法的热第尔斯-阿尔德反应的收率较低，且反应容易失控，不易控制。另外，第2阶段的坎尼扎罗反应副产的甲酸盐等产品的品质较差，所以，还存在除去副产品的分离精制的步骤，这样成本就较高。此外，由于副产品的生成导致碱和甲醛的单位消耗上升，所以不能够满足工业化生产的要求。
由于β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯化合物的第尔斯-阿尔德反应中的β-取代-α,β-不饱和醛的反应部位是内部存在的双键，反应性非常低，所以，为了提高反应速度，必须在超过100℃的高温下进行反应。但是，在高温条件下链状共轭二烯化合物会出现聚合等副反应，所以，反应很难获得高收率。此外，因放热而导致的反应速度急剧升高使反应难以控制，极可能出现反应失控和爆炸等现象。因此，为使反应能够在低温下有效进行，采用了催化剂。
作为β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯化合物的第尔斯-阿尔德反应的催化剂，有报道举例使用了氯化铝和烷基铝的卤化物，但收率最高仅为50％左右，不能够满足工业化生产的要求(Bull.Chem.Soc.,45,1553(1972))。
还有报道例举使用三氟化硼化合物作为催化剂(J.Org.Chem.USSR,7,2459(1971),Russian J.Org.Chem.,11,978(1975),Russian J.Org.Chem.,21,1320(1985))。本发明者们以三氟化硼的醚配位化合物为催化剂进行反应的追踪试验后发现，如果使β-取代-α,β-不饱和醛提高至高转换率以进行反应，高沸点产物就增加，反应的选择性显著下降。
上述文献(J.Org.Chem.USSR,7,2459(1971))中例举了以四氯化锡的5水合物为催化剂的异戊二烯和丁烯醛的反应例，但该反应存在反应速度较慢，催化剂被催化剂中的水分慢慢水解，生成锡的氢氧化物和氧化物，从而导致催化剂失活和不溶的缺陷。
如上所述，目前还未找到以高收率使β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯化合物进行第尔斯-阿尔德反应的技术。
由作为利用第尔斯-阿尔德反应所得的6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛制备2位上具有1,1-环己烷二甲醇化合物的方法，已知的是使上述6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛和甲醛进行坎尼扎罗反应，然后对双键进行加氢反应的方法。但除此之外，还没有其他制备2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的方法。
2位上不具有取代基的环己烯-1,1-二甲醇的制备方法包括日本专利公开公报昭53-65808号(美国专利第4,181,810号)揭示的利用3-环己烯-1-甲醛和甲醛的醛醇缩合反应(Aldol reaction)制成1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛，然后进行还原反应的方法。该方法中，以阳离子交换树脂为催化剂进行3-环己烯-1-甲醛和甲醛的醛醇缩合反应，再用Ni-Cr-Al催化剂进行生成物中的醛基的加氢反应，此时附带也对碳-碳双键进行了加氢反应，获得环己烷-1,1-二甲醇。但是，环己烷-1,1-二甲醇的收率为反应原料的80％左右，不够工业化生产的要求。
此外，例如众所周知的新戊二醇的制备方法，是利用脂肪族醛的醛醇缩合和加氢反应获得2-取代-1,3-丙二醇的方法。例如，日本专利公报昭49-11684号揭示了用氢氧化碱催化剂使异丁醛和甲醛反应，然后，通过Cu-Cr催化剂使醛基氢化，获得新戊二醇的方法。
发明的揭示1)发明的目的以β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯为原料，通过多个反应步骤制备2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇的传统技术存在各步骤反应收率较低，且会产生副产物等问题，不能够满足工业化生产的要求。
因此，本发明的目的是提供能够有效制备工业上可作为聚酯、不饱和聚酯、醇酸树脂、聚氨酯、环氧树脂及丙烯酸树脂等的原料或官能性有机化合物的原料的2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的方法。
本发明的另一目的是提供作为前述1,1-环己烷二甲醇化合物的制备中间体的6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，以及新的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
2)发明的概要本发明者们对通过β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯的第尔斯-阿尔德反应制备6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的方法，利用前述甲醛化合物和甲醛的醛醇缩合反应制备6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物，以及对前述1-羟甲基体进行加氢反应制得作为目的产物的2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇的方法进行了认真研究。
其结果是，β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯的第尔斯-阿尔德反应的收率较低的原因是(1)β-取代-α,β-不饱和醛的反应性较低；(2)作为生成物的6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛中的醛基在酸性条件下发生聚合，生成作为副产物的高沸点化合物；(3)采用对第尔斯-阿尔德反应具有较高催化活性的路易斯酸性较强的物质时，在生成物达到高浓度的条件下，即反应的后半段处于高转化率和溶剂量较少的状态时，作为副产物的高沸点化合物的产量有增加的倾向。
本发明者们解决了上述问题，对催化剂进行研究后发现，以无水四卤化锡为催化剂可解决上述问题，并可提高反应选择性和收率。
如以下反应步骤所示，6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛和甲醛的醛醇缩合反应，由于6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛的反应性较差，所以，采用有机胺催化剂等弱碱性催化剂时，不能够获得具备实用价值的反应速度，因此必须采用碱金属氢氧化物等强碱性催化剂，但采用强碱性催化剂后，又容易引起坎尼扎罗反应等副反应。
上述副反应生成的甲酸盐会导致催化剂的失活和消耗，所以为提高原料转化率必须使用大量催化剂，但大量使用催化剂又会提高副反应的发生率，增加作为副产物的甲酸盐产量，最终影响产物的质量，这样就存在增加精制步骤成本的问题。
认真研究的结果是，在进行醛醇缩合反应时，使用对应于甲醛过量的6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛，这样即使采用强碱性催化剂，也能够抑制副反应的发生，并能够将甲醛的转化率提高到近100％的程度。
此外，进行6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的加氢反应时，要使醛基和环烯烃基在催化剂存在下同时进行加氢反应，最好在较低的温度和压力下进行反应。
本发明是在以上研究基础上完成的发明。
即，本发明涉及以下面[1]～[14]的式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物为起始原料，经由式(4)表示的6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物，式(5)表示的6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物，获得式(1)表示的2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的方法；前述式(5)表示的化合物的制备方法，以及新的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
式(1)表示的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的制备方法，该方法的特征是，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，获得式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物，然后在碱催化剂的存在下，使式(4)表示的化合物和甲醛反应，获得式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物，最后，使式(5)表示的化合物进行加氢反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，无水四卤化锡催化剂为选自无水四氯化锡、无水四氟化锡、无水四溴化锡和无水四碘化锡的1种以上的化合物。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(2)表示的化合物为丁烯醛。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(3)表示的化合物为丁二烯、异戊二烯或1,3-戊二烯。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，碱催化剂为选自碱金属或碱土金属的氢氧化物、氧化物、碳酸盐或醇盐的1种以上的催化剂。
前述[5]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，碱催化剂为选自氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化钙的1种以上的催化剂。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(4)表示的化合物对应于甲醛的用量为1.0～4.0摩尔。
前述[7]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(4)表示的化合物和甲醛的反应结束后，未反应的式(4)表示的化合物通过蒸馏回收。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，还包括在式(4)表示的化合物和甲醛的反应结束后，中和碱催化剂的步骤。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，加氢反应在20～100℃的温度下进行。
式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，该方法的特征是，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，获得式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物，然后在碱催化剂的存在下，使式(4)表示的化合物和甲醛反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述。
式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，该方法的特征是，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述。
前述[1]记载的式(1)表示的化合物的制备方法，该方法的特征还在于，在无水四卤化锡催化剂存在下，使式(2)表示的R为甲基的丁烯醛和式(3)表示的R1～R6为氢原子的丁二烯反应，获得式(4)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛，然后，在碱催化剂存在下，使前述化合物和甲醛反应，获得式(5)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛，最后，通过加氢反应制得式(1)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子的2-甲基-1,1-环己烷二甲醇。
1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
对发明的详细说明以式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物为原料，制备作为目的产物的式(1)表示的2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的本发明的一系列反应如下所示， 式中，R及R1～R6如前所述。
以下，根据前述反应式对本发明进行具体说明。
1)β-取代-α,β-不饱和醛化合物和链状共轭二烯化合物的第尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应(步骤A)步骤A是在无水四卤化锡催化剂存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应的步骤。
作为催化剂的无水四卤化锡包括无水四氯化锡、无水四氟化锡、无水四溴化锡和无水四碘化锡。
催化剂的用量根据反应温度和反应原料的浓度而异，但从反应速度、催化剂的分离操作和成本等方面考虑，对应于β-取代-α,β-不饱和醛，较好在0.05～20摩尔％的范围内，更好在0.1～10摩尔％的范围内。催化剂用量如果不足0.05摩尔％，则不能够充分进行反应，如果超过20摩尔％，则催化剂分离的难度较大，且从生产成本看，催化剂的单位消耗也较大，所以不好。
反应可在无溶剂状态下进行，但也可根据需要使用溶剂。所用溶剂只要在反应条件下不会引起副反应，不会使催化剂失活即可。包括丁烷、异丁烷、戊烷、己烷、异己烷、庚烷、辛烷、异辛烷、癸烷、环戊烷、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、丁烯、异丁烯等脂肪族烃类，苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类，二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、氯苯、二氯苯、氯甲苯、二氯甲苯等卤代烃类溶剂。其中，从催化剂的溶解性和反应选择性等考虑，较好的是苯、甲苯和二甲苯等芳香族烃类。
反应温度一般在0～140℃的范围内，较好在20～120℃的范围内。如果反应温度低于0℃，则催化剂的活性不佳，反应需要相当长的时间，不利于实用。如果超过140℃，则高温下的副反应生成大量高沸点组分，使获得6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的选择性下降。
对反应时的压力无特别限定，一般在常压或加压下进行。以丁二烯等液化气体和挥发性较强的化合物为反应原料时，为防止原料挥发，最好在加压条件下进行反应。
由于水分和催化剂的反应会导致催化剂活性和选择性的下降，所以，在实际反应时尽量在能够除去系统中的水分的条件下进行。反应系统中的水分量对立于催化剂量，一般在2摩尔当量以下，较好是在1摩尔当量以下。
对反应形态也无特别限定，可间歇进行反应，也可液相流通连续地进行反应。
反应组分的添加顺序也是任意的。可采用在β-取代-α,β-不饱和醛、催化剂及溶剂的混合液中添加链状共轭二烯化合物的方法，或在链状共轭二烯化合物的混合液中添加β-取代-α,β-不饱和醛及催化剂的方法，或在溶剂中添加β-取代-α,β-不饱和醛、催化剂及链状共轭二烯化合物的方法中的任何1种。
作为反应原料的链状共轭二烯化合物及β-取代-α,β-不饱和醛化合物的添加比率也可任意设定，一般链状共轭二烯化合物对应于β-取代-α,β-不饱和醛化合物的用量为0.5～5摩尔当量，较好为1～4摩尔当量进行反应。如果链状共轭二烯化合物对应于β-取代-α,β-不饱和醛化合物的用量在0.5摩尔当量以下，则反应速度很慢，如果链状共轭二烯化合物的用量在5摩尔当量以上，则未反应的链状共轭二烯化合物较多，这样会使反应后的分离精制操作等变得复杂。
由步骤A获得式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛经过使反应时所用的催化剂失活及/或分离，未反应的链状共轭二烯化合物、β-取代-α,β-不饱和醛化合物及溶剂的分离，生成物的分离等操作被用于步骤B。
反应后，如果残存催化剂组分，则会产生来源于生成物(4)的副产物，使收率下降，所以，最好尽量使催化剂快速失活或分离。
催化剂的分离可采用萃取、吸附、过滤等方法。采用萃取法时，可使用水、稀盐酸和稀硫酸等作为萃取剂。采用吸附法时，可采用活性炭、硅胶、氧化铝、氧化镁或离子交换树脂等为吸附剂。采用过滤法时，可用水或碱对反应液进行处理，使作为催化剂的无水四卤化锡转变为其氢氧化物或氧化物等不溶化合物后过滤除去。
催化剂的分离可在常压或减压下的任意条件下进行，分离时的温度一般为0～140℃，较好为10～130℃，更好为20～120℃。
生成物(4)的分离可采用蒸馏和萃取等方法。特别是在常压或减压下蒸馏除去溶剂和未反应原料等低沸点化合物后，最好采用对生成物(4)进行蒸馏的方法来分离。未反应原料和溶剂的分离及生成物(4)通过蒸馏的分离可根据各组分的比率和沸点，采用不同条件下的多个蒸馏塔进行，也可用1个蒸馏塔进行。对蒸馏条件也无特别限定，可在加压、常压或减压下的任意条件下进行。蒸馏时的温度一般为0～250℃，较好为10～200℃，更好为20～180℃。经过分离步骤而回收的溶剂及未反应原料被投入用于反应系统循环使用。
上述反应后的催化剂分离、未反应原料分离、溶剂分离这些步骤可按照任意顺序进行。此外，可省略未反应原料分离、溶剂分离及生成物(4)分离中的1个以上步骤，因为包含未反应原料、溶剂或高沸点组分等的粗生成物可用于以下的反应步骤。
作为步骤A的原料使用的式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物的取代基R为碳原子数1～4的烷基或苯基，碳原子数1～4的烷基包括甲基、乙基、丙基、异丙基和丁基等。
β-取代-α,β-不饱和醛化合物可以是E体、Z体或EZ混合物中的任1种，最好是容易获得的E体或包含少量Z体的EZ混合物。
β-取代-α,β-不饱和醛化合物的具体例子包括丁烯醛、2-戊烯醛、2-己烯醛、5-甲基-2-己烯醛、2-庚烯醛、肉桂醛等。其中，从容易获得和反应性良好等方面考虑，最好的是丁烯醛。
本发明所用的链状共轭二烯化合物为式(3)表示的共轭碳上的取代基R1～R6分别为氢原子或碳原子数1～4的烷基的化合物。
链状共轭二烯化合物的具体例子包括1,3-丁二烯、异戊二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯、2,4-己二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、3-甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基丁二烯、1,3-庚二烯、2,4-二甲基-1,3-戊二烯、1,3-辛二烯等，但并不仅限于此。这些二烯类中，从容易获得、反应性及工业价值考虑，最好为1,3-丁二烯、异戊二烯和1,3-戊二烯。
2)3-环己烯-1-甲醛化合物和甲醛的醛醇缩合反应(步骤B)步骤B是使步骤A获得的式(4)表示的化合物和甲醛在碱催化剂存在下，进行所谓的醛醇缩合反应，制得式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的步骤。
反应所用的甲醛可以是水溶液、甲醛气体或多聚甲醛之类的多聚体中的任1种。
对所用碱催化剂无特别限定，可使用能够用于脂肪族醛和甲醛的醛醇缩合反应的有机胺化合物和碱金属、碱土金属化合物等碱化合物。为了获得良好的反应结果，则碱性较强的催化剂较好，包括碱金属或碱土金属的氢氧化物、氧化物、碳酸盐和醇盐等。具体是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸铷、碳酸铯、甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、丁醇钠、甲醇钾、乙醇钾、丙醇钾和丁醇钾等。其中，最好的是氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙。
碱催化剂的用量对应于作为反应原料的化合物(4)一般为0.001～1摩尔当量，较好为0.002～0.5摩尔当量，更好为0.005～0.3摩尔当量。
作为反应原料的化合物(4)和甲醛的添加比率如果以甲醛为基准，则化合物(4)的用量为0.6～5摩尔左右。较好是化合物(4)对应于甲醛的用量超过理论量，它们的摩尔比大于1.0，更好是在1.2以上，最好在1.5以上。化合物(4)和甲醛的摩尔比如果较小，则不仅反应速度慢，而且生成的化合物(4)和甲醛或甲醛和甲醛在碱化合物存在下出现的作为生成甲酸和醇的非均化副反应的所谓坎尼扎罗反应(Cannizzaro reaction)的发生机率较大。由于上述副反应生成甲酸碱，消耗了碱催化剂，所以，醛醇缩合反应的速度下降，使该反应不能够以高转化率进行。另外，摩尔比的上限一般不超过4.0，最好在3.0以下。在化合物(4)大量过量的条件下，实质上残存了大量未反应的化合物(4)，这样就给分离回收带来困难。
也可在碱催化剂存在下，在无溶剂条件下使化合物(4)和甲醛反应。但考虑到甲醛和催化剂的溶解性，最好在有溶剂存在的条件下进行反应。
所用溶剂只要不与反应原料、生成物或催化剂反应即可，对其无特别限定。具体包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇等醇类，四氢呋喃、1,4-二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷等醚类，乙二醇一甲醚、乙二醇一乙醚、二甘醇等醚醇类等。其中，从溶解性考虑，最好使用醇类溶剂，其中特别好的是甲醇和乙醇。
反应温度一般为0～140℃，较好为10℃～100℃，更好为10～80℃。如果反应温度较低，则反应速度下降，如果反应温度较高，则会引起生成物的分解，导致收率下降。
生成物(5)一般经过从反应液中分离出溶剂、水、未反应原料及催化剂的步骤后，被用于步骤C，上述各组分的分离可通过蒸馏和萃取等操作完成。
反应后的分离精制最好是在反应后，马上中和碱催化剂。如果有碱组分残存，则生成物(5)会分解或发生缩合(奇森科反应，Tishchenko reaction)，收率下降。中和所用的酸包括盐酸、氢溴酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸、硼酸、对甲苯磺酸及它们的稀释物、酸性离子交换树脂等。特别好的是盐酸、硫酸、磷酸和甲酸。
为了抑制生成物的分解，生成物(5)的分离精制最好在较低温度下进行。进行蒸馏和萃取等处理时的温度较好在140℃以下，更好在120℃以下。
在保证随后步骤C中溶剂、水或催化剂等不影响加氢反应的催化剂活性和选择性的前提下，可省略部分或全部的分离步骤。
本步骤获得的式(5)表示的化合物中，R为甲基、R1～R6为氢原子的下式 表示的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛是新化合物。
3)1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物的加氢反应(步骤C)步骤C是在催化剂存在下，使步骤B获得的式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛进行加氢反应，制得式(1)表示的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇的步骤。
加氢反应一般在0～160℃的反应温度下进行，较好的反应温度为10～130℃，更好为20～100℃。如果反应温度过高，则原料化合物(5)可能加热分解，如果温度过低，则反应速度下降。反应时的氢压一般为0.1～50MPa，较好为0.2～40MPa，更好为0.3～30MPa。
所用催化剂可以是均一系的也可以是非均一系的，从容易分离的角度考虑，最好使用非均一系催化剂。
非均一系催化剂包括全部或部分组分为至少1种选自镍、钯、铂、铜、银、金、钴、铑、铱、铁、钌、锇的金属的催化剂。这些催化剂中还可包含铝、硼、镁、钡、锌、铬、钼、钨、锰等元素。其中，更好的是全部或部分组分为至少1种选自镍、钯、铂、钴、钌、铜的金属的催化剂。加氢反应催化剂的具体例子包括还原Ni、海绵Ni(Ni-Al合金，商品名Raney镍)、Ni-Cr、Ni-Cr-Al、Ni-Cr-Mo、Ni-Cu、Ni-Cu-Mn、Ni-Cu-P、海绵Cu、Cu-Cr、Cu-Cr-Ba、Cu-Zn、Cu-Zn-Zr、Pd-Ru、PtO2、Pt-Ru、Pt-Ru-W，但本发明并不仅限于此。
催化剂可以单独采用金属组分的形式或有适当载体的形式使用。也可2种以上催化剂混合使用。
用非均一系催化剂进行加氢反应时，根据所用的不同催化剂，可以混悬床或固定床反应等任意形态进行。此外，同时进行化合物(5)的醛基和烯烃双键的加氢反应时，反应器被分割成2部分，加氢反应在不同反应条件下进行，也可采用不同催化剂进行多阶段的加氢反应。
加氢反应时，化合物(5)可在熔融状态下，在导入氢气的条件下和催化剂接触而进行反应，但较好是采用溶剂，在溶液状态下进行反应。
加氢反应所用溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等醇类溶剂，四氢呋喃、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷等醚类溶剂，乙二醇一甲醚、乙二醇一乙醚、二甘醇等醚醇类溶剂，己烷、苯、甲苯和二甲苯等烃类溶剂或上述溶剂的2种以上混合物等。其中，较好的是醇类溶剂，特别好的是甲醇和乙醇溶剂。
用非均一系溶剂进行加氢反应时，反应后的反应液根据不同情况可通过过滤或倾析等操作分离出加氢反应催化剂后，在常压或减压下蒸去溶剂，获得作为目的产物的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇(1)的粗品。蒸去的加氢反应的溶剂可再次作为本发明的加氢反应溶剂被使用。
粗品可通过蒸馏或重结晶等操作精制。重结晶溶剂包括己烷、辛烷、环己烷、苯、甲苯和二甲苯等烃类，二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷等卤代烃类，甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等醇类，丙酮、甲基乙基甲酮等酮类，乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等酯类，二异丙醚、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、1,4-二噁烷等醚类和水等。也可采用2种以上上述重结晶溶剂的混合液。
实施发明的最佳状态以下，根据实施例和比较例对本发明进行详细说明，但本发明并不仅限于此。气相色谱法(GC)、1H-NMR、13C-NMR、FT-IR测定按照以下条件进行。
1)GC分析分析仪器岛津制作所的气相色谱仪GC-9A型载气He,1ml/分钟，分流比1/50检测器 FID柱子GLサイエンス公司制NEUTRABOND-1(0.25mmφ×60m，膜厚1.5μm)柱温150℃(8分钟)→32℃/分钟→200℃(30分钟)
2)1H-NMR,13C-NMR测定装置日本电子制JNM-EX400型(400MHz)分光计溶剂CDCl3内标物质四甲基硅烷3)FT-IR测定装置Perkin-Elmer公司制光谱GX分光计测定方法KBr液膜法实施例1以无水四氯化锡为催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应在装有搅拌器的容量为1升的高压锅中装入113.9g(1.63mol)丁烯醛和153ml苯，在0.5MPa的氮气压力下反复加压减压4次，将容器内空气置换为氮气。然后，用注入器添加8.28g(31.8mmol)无水四氯化锡，再次在0.5MPa的氮气压力下反复加压减压4次，使容器内形成氮氛围气后，将容器内温度升至60℃。接着，在溶液中压入87.9g(1.63mol)丁二烯，再用氮气对容器内部加压，使压力增至0.5MPa。
将反应温度保持在60℃，一边搅拌一边进行6小时反应。
反应后，使反应液冷却至室温，取出部分反应液，对该反应液进行气相色谱(GC)分析，各组分的分析结果表明，丁烯醛的转化率为90.2％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为85.5％，收率为77.2％。
实施例2以无水四氯化锡为催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应除了使用87.1g(1.24mol)丁烯醛、188ml苯、6.47g(24.8mmol)无水四氯化锡及86.5g(1.60mol)丁二烯之外，其他操作都与实施例1相同，在60℃的温度下进行反应。
反应7小时后，对反应液进行GC分析，其结果是，丁烯醛的转化率为97.2％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为91.5％，收率为89.0％。
实施例3以无水四氯化锡为催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应及精制在装有搅拌器的容量为1升的高压锅中装入60.86g(0.868mol)丁烯醛和188ml苯，在0.5MPa的氮气压力下反复加压减压4次，将容器内空气置换为氮气。然后，用注入器添加0.675g(2.59mmol)无水四氯化锡，再次在0.5MPa的氮气压力下反复加压减压4次，使容器内形成氮氛围气。加热溶液使反应液的温度达到40℃后，压入87.9g(1.63mol)丁二烯，再用氮气对容器内部加压，使压力增至0.5MPa。然后，继续加热，使内温升至90℃。
将反应温度保持在90℃，在搅拌的同时使反应进行。反应时的压力在反应开始时最高，达到0.68MPa，然后下降，在7小时后降为0.60MPa。
反应7小时后，使反应液冷却至室温，取出部分反应液，对该反应液进行气相色谱(GC)分析，各组分的分析结果表明，丁烯醛的转化率为96.6％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为91.0％，反应收率为87.9％。
室温下，在所得反应液中添加1mol/l盐酸50ml，搅拌10分钟后，萃取出无水四氯化锡。静置30分钟后，分离除去水层。再添加50ml水并搅拌10分钟，静置30分钟后，重复进行3次水层分离操作，并对有机层进行水洗。
将所得有机层移入装有20cm的维格罗分馏柱(distilling column,Vigreaux)的500ml的烧瓶中，在用磁力搅拌器搅拌的同时用油浴对内容物加热，一边使内温慢慢升高一边蒸去作为低沸点化合物的丁二烯、苯、丁烯醛。使内温最终升至115℃蒸去低沸点组分后，将所得浓缩液移入装有20cm的维格罗分馏柱的200ml烧瓶中，进行减压蒸馏，获得6.7kPa、102～103℃的主要馏分87.4g。对该馏分进行GC分析，其结果是，馏分中包含80.9g6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
实施例4以无水四氯化锡为催化剂的丁烯醛和异戊二烯的第尔斯-阿尔德反应除了使用120ml的高压锅，并在其中加入17.5g(0.25mol)丁烯醛、30ml甲苯、1.25g(5.0mmol)无水四氯化锡和17.0g(0.25mol)异戊二烯之外，其他操作都与实施例1相同，在60℃的温度下进行反应。
反应7小时后，对反应液进行GC分析，其结果是，丁烯醛的转化率为97.2％，4,6-二甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为88.0％，收率为85.5％。
实施例5以无水四溴化锡为催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应除了使用120ml的高压锅，并在其中加入17.5g(0.25mol)丁烯醛、30ml甲苯、2.19g(5.0mmol)无水四溴化锡和13.5g(0.25mol)丁二烯之外，其他操作都与实施例1相同，在60℃的温度下进行反应。
反应7小时后，对反应液进行GC分析，其结果是，丁烯醛的转化率为89.2％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为85.0％，收率为79.8％。
比较例1使用了三氟化硼醚配位化合物催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应除了使用162g(2.31mol)丁烯醛、250ml甲苯、126.4g(2.34mol)丁二烯及6.40g(45.1mmol)作为催化剂的三氟化硼醚配位化合物之外，其他操作都与实施例1相同，在60℃的温度下进行反应。
反应7小时后，对反应液进行GC分析，其结果是，丁烯醛的转化率为79.1％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为65.2％，收率为52.4％。
比较例2使用了四氯化锡的5水合物作为催化剂的丁烯醛和丁二烯的第尔斯-阿尔德反应除了使用112g(1.59mol)丁烯醛、172ml苯、86.0g(1.59mol)丁二烯及11.2g(31.8mmol)作为催化剂的四氯化锡的5水合物之外，其他操作都与实施例1相同，在60℃的温度下进行反应。
反应7小时后，对反应液进行GC分析，其结果是，丁烯醛的转化率为46.0％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率为94.0％，收率为43.2％。
表1所示为实施例1～5、比较例1～2的结果。从中可看出，利用本发明的方法能够提高目的产物的收率。
表1
CALD丁烯醛，BD丁二烯，IP异戊二烯，转化率和收率以CALD为基准实施例66-甲基-3-环己烯-1-甲醛的醛醇缩合反应在装有磁力搅拌子的200ml烧瓶中装入62.21g(0.5004mol)6-甲基-3-环己烯-1-甲醛，20.34g(甲醛0.2505mol)约37质量％的甲醛水溶液和38.83g甲醇，室温搅拌获得均一反应系统。然后，继续室温搅拌下添加1.67g(NaOH20mmol)48质量％的氢氧化钠水溶液。此时的反应液由透明转变为较深的黄色，再转变为黑色。在添加氢氧化钠水溶液1小时后，用10％的硫酸水溶液中和，将pH调整为6。此时，反应液的颜色由黑色转变为较淡的黄色。
取部分反应液进行GC分析，其结果是，6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的转化率为53.0％,6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的收率为53.0％,6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的选择率在99％以上。GC色谱中表示甲醛的峰消失。
然后，用100℃的油浴加热中和溶液，常压下蒸去甲醇，获得41.22g蒸馏温度为69～78℃的馏分。用GC对甲醇馏分进行分析后发现，其中包含6-甲基-3-环己烯-1-甲醛1.45g。蒸去甲醇后反应液分成2层，用分液漏斗分离出有机层(72.19g)和水层(9.50g)，用GC分别对有机层和水层进行分析，发现有机层中包含6-甲基-3-环己烯-1甲醛26.69g、6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛36.59g、6-甲基-3-环己烯-1,1-二甲醇0.38g。水层中包含6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛0.13g和微量的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛及6-甲基-3-环己烯-1,1-二甲醇。
接着，将有机层移入100ml烧瓶中，减压蒸馏回收作为反应原料的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。油浴温度为100℃、压力为20kPa～6.7kPa时蒸出的部分为馏分1，油浴温度为100℃、65℃、压力为1.7kPa～50℃、0.27kPa时蒸出的部分为馏分2。所得馏分1为6.37g,GC分析后确认其中包含6-甲基-3-环己烯-1-甲醛1.11g。馏分2为22.96g,GC分析后确认其中包含6-甲基-3-环己烯-1-甲醛22.62g、6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛0.31g。
蒸馏后残存部分为39.76g,GC分析后确认其中包含6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛34.90g,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛0.33g,6-甲基-3-环己烯-1,1-二甲醇0.38g。
回收的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛合计为25.51g，最初装入的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的40.5％被回收。此外，残存组分中的6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的收率为最初装入的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛的45.2％，这相当于理论收率90.4％。
此外，对以上的残留组分进行减压蒸馏，获得沸点84℃(0.05kPa)～沸点74℃(0.04kPa)的馏分。对所得馏分进行GC分析后确认，6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的纯度为96.8质量％。
所得6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的1H-NMR、13C-NMR及IR(红外吸收)光谱数据如下所示。
1H-NMR光谱0.8～1.0ppm(3H,cy-CH3),1.6～2.6ppm(5H,cy-H),3.5～3.9ppm(2H,-CH2O-),5.4～5.8ppm(2H,-CH=CH-),9.69,9.56ppm(1H,-CHO)13C-NMR光谱14.0～15.8ppm(-CH3),25.0～26.0,28.1～30.3,50.6,52.5,52.7ppm(C(cy)),61.8,63.6～68.3ppm(-CH2OH),123.1～125.9ppm(-C=C-),207.6,207.7ppm(-CHO)IR光谱3430cm-1(νO-H),3027,2966,2900,2845cm-1(νC-H),1723cm-1(νC=O),1654cm-1(νC=C)实施例76-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的加氢反应在120ml装有搅拌器的不锈钢制高压锅(耐压硝子株式会社制)中装入在45g甲醇中溶解了5g原料而形成的溶液(6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛93.3质量％,6-甲基-3-环己烯-1-甲醛5.9质量％,6-甲基-3-环己烯-1,1-二甲醇0.8质量％)。
然后，按照文献(Bull.Chem.Soc.Jpn.,32,p61(1959))中的方法展开拉萘镍，调制出加氢反应催化剂(T-4海绵镍催化剂)。具体来讲就是将装有1.1g拉萘镍(和光纯药株式会社制，50％Ni的产品)和5ml蒸馏水的容器浸在50℃的温水浴中，充分搅拌的同时添加20质量％的氢氧化钠水溶液0.2ml,30分钟后，剧烈地产生氢气。从产生氢气的现象快要结束时开始继续搅拌30分钟后，加入40质量％的氢氧化钠水溶液3ml，于50℃搅拌1小时。然后，利用倾析法除去白浊的上层液，煮沸脱气后，催化剂用冷却至50℃的8ml水洗4次，再用8ml甲醇洗3次，获得加氢反应的催化剂(T-4海绵镍催化剂)。
将上述加氢反应催化剂注入装有添加了少量甲醇的原料液的高压锅中，密封高压锅，用氮气使压力上升至0.5MPaG(G为表压，MPaG表示与大气压的压力差)再减压，反复进行5次，将高压锅内的空气置换为氮气。然后，用氢气使压力升至0.5MPaG再减压，反复进行3次，将高压锅内的氮气置换为氢气，最后用氢气使压力升至0.5MPaG。接着，以800rpm开始搅拌进行反应。为了将氢气压力一直保持在0.5MPaG，用装有压力计的蓄压器供应氢气的同时进行反应。在室温搅拌1小时后，用15分钟的时间升温至50℃，在50℃搅拌4小时后，停止搅拌，减压，再用氮气使压力升至0.5MPaG再减压，反复进行5次，将高压锅内部置换成氮气。打开高压锅，取内容物的上清液，对该上清液进行GC分析后确认，其中包含2-甲基-1,1-环己烷二甲醇90.9质量％、6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛2.8质量％、2-甲基-1-羟甲基环己烷-1-甲醛1.6质量％、2-甲基-1-环己烷甲醇2.6质量％、6-甲基-3-环己烯-1-甲醛1.7质量％。
从上述结果可看出，6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛通过加氢反应的转化率为97.0％,2-甲基环己烷二甲醇的选择率为98.2％，收率为95.2％。此外，6-甲基-1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛的醛基的氢化率为98％，环烯烃双键的氢化率为99％以上。
产业上利用的可能性利用本发明的方法，以β-取代-α,β-不饱和醛和链状共轭二烯为原料，能够以良好收率制得至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物。
由本发明获得的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物及其制备中间体可作为聚酯、不饱和聚酯、醇酸树脂、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂的原料和有机合成中间体用于工业化生产。
权利要求
1．式(1)表示的至少2位上具有取代基的1,1-环己烷二甲醇化合物的制备方法，其特征在于，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，获得式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物，然后在碱催化剂的存在下，使式(4)表示的化合物和甲醛反应，获得式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物，最后，使式(5)表示的化合物进行加氢反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述。
2．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，无水四卤化锡催化剂为选自无水四氯化锡、无水四氟化锡、无水四溴化锡和无水四碘化锡的1种以上的化合物。
3．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(2)表示的化合物为丁烯醛。
4．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(3)表示的化合物为丁二烯、异戊二烯或1,3-戊二烯。
5．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，碱催化剂为选自碱金属或碱土金属的氢氧化物、氧化物、碳酸盐或醇盐的1种以上的催化剂。
6．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，碱催化剂为选自氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化钙的1种以上的催化剂。
7．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(4)表示的化合物对应于甲醛的用量为1.0～4.0摩尔。
8．如权利要求7所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，式(4)表示的化合物和甲醛的反应结束后，未反应的式(4)表示的化合物通过蒸馏回收。
9．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，还包括在式(4)表示的化合物和甲醛的反应结束后，中和碱催化剂的步骤。
10．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其中，加氢反应在20～100℃的温度下进行。
11．式(5)表示的至少6位上具有取代基的1-羟甲基-3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，其特征在于，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，获得式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物，然后在碱催化剂的存在下，使式(4)表示的化合物和甲醛反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述， 式中，R及R1～R6如前所述。
12．式(4)表示的至少6位上具有取代基的3-环己烯-1-甲醛化合物的制备方法，其特征在于，在无水四卤化锡催化剂的存在下，使式(2)表示的β-取代-α,β-不饱和醛化合物和式(3)表示的链状共轭二烯化合物反应，R-CH=CH-CHO(2)式中，R表示碳原子数1～4的烷基或苯基， 式中，R1～R6分别表示氢原子或碳原子数1～4的烷基， 式中，R及R1～R6如前所述。
13．如权利要求1所述的式(1)表示的化合物的制备方法，其特征还在于，在无水四卤化锡催化剂存在下，使式(2)表示的R为甲基的丁烯醛和式(3)表示的R1～R6为氢原子的丁二烯反应，获得式(4)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子的6-甲基-3-环己烯-1-甲醛，然后，在碱催化剂存在下，使前述化合物和甲醛反应，获得式(5)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子的1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛，最后，通过加氢反应制得式(1)表示的R为甲基、R1～R6为氢原子2-甲基-1,1-环己烷二甲醇。
14．1-羟甲基-6-甲基-3-环己烯-1-甲醛。
全文摘要
本发明涉及以无水四卤化锡为催化剂、以β－取代－α,β－不饱和醛和链状共轭二烯为原料的第尔斯－阿尔德反应制得的1－羟甲基－3－环己烯－1－甲醛化合物的步骤为必要步骤的2位上具有取代基的1,1－环己烷二甲醇化合物的制备方法及其制备中间体的制备方法。由本发明获得的2位上具有取代基的1,1－环己烷二甲醇化合物可作为聚酯、不饱和聚酯、醇酸树脂、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂的原料或官能性有机化合物的原料使用。
文档编号C07C29/141GK1318043SQ00801394
公开日2001年10月17日 申请日期2000年7月13日 优先权日1999年7月14日
发明者金田昌人, 本田芳弘 申请人:昭和电工株式会社