专利名称：一种合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的工艺方法。
背景技术：
氧代羧酸具有如式1的结构式，其中R是一个含有1到9个碳原子的取代基，X是1或2。这类氧代羧酸是能作为烟用香料，并且是合成类固醇的中间体，英国专利GBP1053600对此进行了一系列的研究。英国专利GBP1081234还提出了该类氧代羧酸也可作为表面活性剂。
式1 式2文献已有报道较多方法用于制备氧代羧酸，如水解炔酯得到相应的氧代羧酸，另外如以臭氧O3或三氧化铬CrO3氧化α，β-不饱和酮或相应的醇酸以制备氧代羧酸，参照专利JP68/22575，USP4126748，USP2848480，USP1715654，USP3719706。其中USP4612391报道将α，β-不饱和环酮以臭氧O3氧化，得到少一个碳原子氧代羧酸。USP5103047以CrO3-H2SO4体系作氧化剂氧化内酯，得到相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种制备简单方便，成本低廉，以环境友好，反应速度快，反应效率高的种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的工艺方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的将γ-内酯或δ-内酯在碱金属氢氧化物的水溶液中水解，加入次氯酸盐，同时调节溶液的pH值为8～10，继续冷却，控制反应温度不高于25℃，搅拌一定时间，再进行酸化处理即得到相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。
本发明优选的控制反应温度0～15℃。
本发明调节溶液的pH值优选为8～9。
本发明合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸是以γ-内酯或δ-内酯为原料，这两类内酯便宜易得，因为合成γ-内酯或δ-内酯的原料是资源丰富的石油化工和煤化工的产物烯烃。文献所报道的方法中，凡涉及到以γ-内酯或δ-内酯为原料合成相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸时，都有较大的缺点。一方面，要么是多步反应，产物分离比较困难。而本发明的合成方法，γ-内酯或δ-内酯皂化反应后无需对产物进行后处理，直接加入氧化剂进行氧化反应，大大简化了分离步骤，相当于一步反应；另一方面，以往文献及专利报道的合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸方法中多以铬氧化物或铬盐等污染环境的物质为氧化剂，产生严重污染。而本发明中使用的氧化剂次氯酸盐如NaClO，为漂白粉的主要有效成分，不会污染环境，该方法属于环境友好的绿色合成方法。
本发明公开的方法，强调次氯酸钠氧化时PH值需要调节到8～10，优选8～9。这主要是因为PH值＜8时，氧化效率低。另一方面，本发明中以次氯酸盐氧化时强调反应温度在25℃以下，这是由于温度过高，反应速度减慢，达到同样的转化率需要更长的时间。
本发明中使用的起始原料包括γ-戊内酯、γ-己内酯、γ-庚内酯、γ-辛内酯、γ-壬内酯、γ-葵内酯、γ-十一内酯、γ-十二内酯、δ-辛内酯、δ-壬内酯、δ-葵内酯、δ-十一内酯、δ-十二内酯、δ-十三内酯、δ-十四内酯。得到的相应的目标产物包括4-氧代戊羧酸、4-氧代己羧酸、4-氧代庚羧酸、4-氧代辛羧酸、4-氧代壬羧酸、4-氧代葵羧酸、4-氧代十一羧酸、4-氧代十二羧酸、5-氧代辛羧酸、5-氧代壬羧酸、5-氧代葵羧酸、5-氧代十一羧酸、5-氧代十二羧酸、5-氧代十三羧酸、5-氧代十四羧酸。
本发明合成4-氧代羧酸与5-氧代羧酸的新方法，具体的工艺过程为称取一定量的内酯和一定量的碱金属氢氧化物如NaOH置于相当于内酯20～30倍体积的水中，水解，加入一定量次氯酸盐如NaClO溶液，用酸或碱金属碳酸氢盐如NaHCO3调节反应体系的PH值为8～10，优选8～9，以冰浴控制反应温度不高于25℃，搅拌数小时，再加入稀酸酸化，使4-氧代羧酸和5-氧代羧酸游离出来。随后以常规分离方法分离得到相应的4-氧代羧酸与5-氧代羧酸。即若生成的酮酸为固体则过滤得到4-氧代羧酸或5-氧代羧酸产物，母液以有机溶剂萃取回收残留产物及未反应的内酯原料。若生成的酮酸为液体则以有机溶剂萃取得到粗产物，经蒸馏或其它常规分离方法分离得到目标产物，并回收未反应的原料。
具体实施例方式
下面举例说明通过内酯开环，使用次氯酸盐氧化得到相应的氧代羧酸的合成方法。
实施例1 合成4-氧代庚酸γ-庚内酯1.71g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，水解，冰浴冷却到0～15℃。加入适量的稀盐酸中和部分的NaOH，再加入过量的NaHCO3调节pH到8-9，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)40ml，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃以下)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的油状液体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代庚酸的转化率为53％.
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，冰冻结晶。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z55(35.59)，71(100)，73(26.34)，98(8.4)，101(67.54)，111(5.65)，116(28.17)，126(2.72)，144(M+，1.34).
实施例2 合成4-氧代辛酸γ-辛内酯2.13g，KOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，水解，冰浴冷却到0～15℃。加入适量的稀硫酸中和部分的KOH，再加入过量的KHCO3调节pH到8～9，加入适量Ca(ClO)2，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃以下)，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代辛酸的转化率为82.1％.
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数m/z 55(45.25)，57(100)，70(7.98)，71(3.47)，73(26.34)，85(69.43)，98(63.27)，99(4.71)，101(59.93)，111(7.94)，116(43.41)，129(0.52)，130(0.52)，141(2.38)，158(M+，0.12)。
实施例3 合成5-氧代辛烷酸δ-辛内酯2.13g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，水解，冰浴冷却到0～15℃。加入适量的稀硫酸中和部分的NaOH，再加入过量的KHCO3调节pH到8～9，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃以下)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，5-氧代辛烷酸的转化率为92％.
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体.IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(24.11)，71(100)，83(6.08)，87(61.88)，97(7.88)，112(7.46)，115(38.46)，130(12.83)，140(7.12)，158(M+，2.01)。
实施例4 合成5-氧代壬烷酸δ-壬内酯2.34g，KOH 2.8g加入到35ml的水中，磁力搅拌，水解，冰浴冷却到0～15℃。加入适量的稀盐酸中和部分的NaOH，再加入过量的NaHCO3调节pH到8～9，加入Ca(ClO)2溶液(有效氯大于10％)40ml，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃以下)，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，5-氧代壬烷酸的转化率为83.6％.
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(34.39)，57(100)，71(6.08)，84(33.72)，85(82.03)，87(61)，97(9.62)，112(37.52)，115(34.11)，116(2.09)，125(2.92)，130(37.73)，155(1.28)，172(M+，＜0.01)。
权利要求
1.一种合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸的工艺方法，其特征在于将γ-内酯或δ-内酯在碱金属氢氧化物的水溶液中水解，加入次氯酸盐，同时调节溶液的pH值为8～10，继续冷却，控制反应温度不高于25℃，搅拌一定时间，再进行酸化处理即得到相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸。
2.根据权利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于调节溶液的pH值为8～9。
3.根据权利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于控制反应温度0～15℃。
4.根据权利要求1所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于γ-内酯或δ-内酯的结构式为 其中x为1或者2，R是一个含有1到9个碳原子的烷基。
5.根据权利要求11所述的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于4-氧代羧酸和5-氧代羧酸的结构式为 其中x为1或者2，R是一个含有为1到9个碳原子的烷基。
全文摘要
本发明公开了一种合成4－氧代羧酸和5－氧代羧酸工艺方法。该工艺方法是将γ－内酯或δ－内酯在一定量的碱金属氢氧化物溶液中水解，加入次氯酸盐，同时调节溶液的pH值为8～10，继续冷却，控制反应温度不高于25℃，搅拌一定时间，再加入稀酸酸化，继续搅拌，使4－氧代羧酸和5－氧代羧酸游离出来。随后以常规分离方法分离得到相应的4－氧代羧酸和5－氧代羧酸。
文档编号C07C51/09GK1958550SQ20061014195
公开日2007年5月9日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年7月24日
发明者杨华武, 陈勇, 银董红, 黎艳玲, 谭新良, 刘建福, 陈雄, 赵瑜 申请人:长沙卷烟厂