专利名称：一种合成(E)-α,β-不饱和羰基化合物的方法
一种合成(E)-ci， P-不饱和羰基化合物的方法
技术领域：
本发明属于催化有机合成领域，具体地说涉及一种合成(E)-a ， e-不饱和羰基 化合物的方法。
背景技术：
均相催化具有一系列的优点，例如，所有的催化活性位点可以与反应底物充分接 触。更为重要的是，均相催化剂的化学选择性、立体选择性或者对映异构选择性易于调变。 尽管优势众多，很多均相催化体系并没有工业化，其中一个非常重要的原因是产物和催化 剂分离困难。 为了克服均相催化体系中的分离难题，许多研究者提出了一些解决方案。这些方 案可以分为两类。 一类是均相催化剂被固定在可溶或不可溶的载体上，通过简单过滤就可 以实现产物与催化剂的分离。但是，在分离过程中，催化剂容易从载体上脱落，使得催化剂 的活性下降。另一类是设计新的催化剂，它们在特定情况下可以溶于某种反应物，而不溶于 反应产物。这类涉及两相反应的体系通常称为两相反应体系，例如离子液体.离子液体因 其具有很多绝佳的优势，比如几乎可忽略的蒸汽压，较高的热稳定性，良好的溶解性，而被 作为环境友好型反应媒介或催化剂受到了人们的关注。 通过直接构建碳_碳双键合成(E) _ a ， |3 _不饱和羰基化合物被认为是绿色合成 方法，因为它不需要活化的底物做原料，水是唯一的副产物；另一方面，不需要多步转化和 从多种副产物进行产物分离而具有"节能"和"原子经济性"的要求。但是，常规直接构建 的碳-碳双键的方法需要无水条件，同时顺反选择性也差。从环境保护、节能和原子经济性 的角度，用未经活化的醛或酮直接高效选择性构建(E)-a， 13 _不饱和羰基化合物颇具吸 引力。这种直接构建方法需要理想合适的催化反应体系。 本专利申请人在申请号为CN200910043572. 7的专利申请中，记载了以阳离子型 有机铋配合物作为催化剂，脂肪胺为助催化剂，质子溶剂为溶剂的(E)-a， e-不饱和羰 基化合物的选择性催化合成路径。这一方法采用直接碳_碳键縮合反应得到了目标化合 物，并且可以采用水等质子溶剂，但反应完成后需要对催化剂进行分离， 一定程度上影响到 了催化剂的活性以及催化剂与产物的分离，而且以水为溶剂时目标产物的选择性不能达到 100%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用反应控制的自分离技术的(E)-a ， e-不饱和羰 基化合物的合成方法，以提高目标产物的产率和催化剂的选择性以及可重复利用性。
为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案 —种合成(E)-a ， |3 _不饱和羰基化合物的方法，是以离子液体为溶剂，以醛和酮 为原料，以含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂、脂肪胺为助催化剂进行催 化反应，反应结束后液相反应体系自动分离为溶剂层和产物层，催化剂自动进入溶剂层，产物层即为制得的(E)-a， e-不饱和羰基化合物。 上述合成方法中，所述离子液体是选自咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、有机膦 类离子液体、季铵盐类离子液体中的至少一种。 上述合成方法中，所述咪唑类离子液体，优选[81111111]8 4(1-丁基-3-甲基咪唑 四氟硼酸盐离子液体)、[81111111] 6(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体)、[Emim] BF4(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体)或[Emim]PF6(l-乙基-3-甲基咪唑四氟 磷酸盐离子液体)。 上述合成方法中，所述主催化剂是具有结构式I的阳离子型有机铋配合物
其中，该配合物中的Bi"除与配体中的两个碳原子成键外，还与配体中的硫原子 形成配位键、与对应的阴离子形成离子键。 上述合成方法中，所述主催化剂的摩尔添加量为0. 01-12%。 上述合成方法中，所述助催化剂脂肪胺是选自环己胺、正丁胺、正丙胺或乙胺中的 至少一种。 上述合成方法中，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，优选苯甲醛、对氯苯甲醛、对三 氟甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、对硝基苯甲醛或糠醛。
上述合成方法中，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，优选环己酮、环戊酮、丙酮、苯乙 酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙酰丙酮。 上述合成方法中，所述催化反应的条件为在0-12(TC下反应0. 5-12小时。
本发明所提供的合成方法为(E)-a ， P-不饱和羰基化合物的制备开辟了新的低 成本"绿色"途径，其优点在于原料来源广泛，目标产物的选择性和产率均接近100%，反 应过程中是均相反应，反应结束时离子溶剂和产物自动分离成两层，催化剂在离子液体里 面可以直接重复利用，产物分离采用简单减压蒸馏就可以得到纯的(E)-a， e-不饱和羰 基化合物，整个反应和分离过程无需采用有机溶剂，制备过程绿色环保，可以直接放大，工 业化前景显著。
图1所示是本发明提供的(E)-a ， e-不饱和羰基化合物的合成路径图。具体实施方式
本发明所提供的催化合成(E)-a ， |3 _不饱和羰基化合物方法的合成路径，请参 见附图1 :将作为原料化合物的醛和酮置入反应容器内，加入离子液体，然后加入催化剂有 机铋离子化合物和助催化剂脂肪胺，在0-12(TC的环境下反应0. 5-12小时，反应完成后即 得目标化合物。
下面结合具体的制备例对本发明做进一步说明
制备例1
4
在lOOmL单口烧瓶中加入0. OOlmol有机铋离子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，将物料搅拌5 分钟后，加入0. 3mol环己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应 器中，在25t:下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-苄烯环 己酮的产率为99%，选择性为100% ;催化剂体系重复利用10次后，其催化性能未见下降。
制备例2 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 003mol有机铋离子化合物(X = 0S02C6F5)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分钟后， 加入0. 3mmo1苯乙酮(R2 = Ph， R3 = H)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在 ll(TC下进行反应l小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-查尔酮的产率为 97%，选择性为100% ;催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例3 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 005mol有机铋离子化合物(X = 0S02CF3)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和1. Ommol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分钟后， 加入O. 3mmo1丙酮(R2 = CH3，R3 = H)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在25°C 下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮 的产率为100%，选择性为100% ;催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例4 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 007mol有机铋离子化合物(X = PF6)和5. OmL[Emim] PF6、0. lmol对氯苯甲醛(R1 = p_ClC6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分钟后， 加入0. 3mol环己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在 95t:下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(4-氯-苄烯) 环己酮的产率为94% ;选择性为100%。催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下 降。 制备例5在lOOmL单口烧瓶中加入O. OOOlmol有机铋离子化合物(X = BF4)和5. OmL[Emim]
BF4、0. lmol对三氟甲基苯甲醛(R1 = p_CF3C6H4)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，搅拌5分
钟后，加入0. 3mol环己酮(R2-R3 = _(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器
中，在25t:下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(4-三氟甲
基苄烯)环己酮的产率为99%，选择性为100%;催化剂体系重复利用10次后，其催化性能
未见下降。 制备例6 在100mL单口烧瓶中加入0. 0002mol有机铋离子化合物(X = C104)和
5. 0mL[Emim]BF4、0. lmol对甲基苯甲醛(R1 = p-CH3C6H4)禾P 1. Ommol乙胺(R4 = n_C2H5)，搅
拌5分钟后，加入0. 3mol环戊酮(R2-R3 = _(CH2)3-)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反
应器中，在0t:下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(4-甲
基苄烯)环戊酮的产率为99%，选择性为100%;催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能
未见下降。
在lOOmL单口烧瓶中加入O. 008mol有机铋离子化合物(X = HS03)和5. OmL[Bmim] BF4、0. lmol对甲氧基苯甲醛(R1 = p-CH30C6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分 钟后，加入0. 3mol环戊酮(R2-R3 = _(CH2)3_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器 中，在6(TC下进行反应5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(4-甲氧基 苄烯)环戊酮的产率为98%，选择性为100%;催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未 见下降。 制备例8 在lOOmL单口烧瓶中加入O. 002mol有机铋离子化合物(X = HS04)和5. OmL[Bmim] BF4、0. lmol肉桂醛(R1 = (E)-PhCH = CH)和1. Ommol正丁胺(R4 = n_C4H9)，搅拌5分钟后， 加入0. 2mol丙二酸二甲酯(R2 = 0CH3， R3 = C(0)0CH3)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水 浴反应器中，在45t:下进行反应2小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-二 甲基-2-(3-苯基烯丙基烯)马来酸酯的产率为95%，选择性为100% ;催化剂体系重复利 用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例9 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 0006mol有机铋离子化合物(X = 0S02C8F17)和5. OmL 乙醇、0. lmol正辛醛(1^ = (:71115)和O. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分钟后，加入O. 3mol 环己酮(R2_R3 = _(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在105t:下进行反 应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-正辛烯环己酮的产率为98X， 选择性为100% ;催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例10 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 09mol有机铋离子化合物(X = 0S02CF3)禾P 5. OmL乙 醇、0. lmol糠醛(R1 = 2-Furyl)和0. lmol环己胺(R4 = C6HU)，搅拌5分钟后，加入0. 3mol 环戊酮(R2_R3 = _(CH2)3_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在15t:下进行反 应7小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(2-(呋喃-2-亚甲基)环戊酮 的产率为96%，选择性为100%。催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例11 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 012mol有机铋离子化合物(X = 0S02C4F9)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，搅拌5分钟后， 加入0. 3mol乙酰丙酮(R2 = C0CH3， R3 = CH3)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器 中，在ll(TC下进行反应O. 5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为3-苄烯戊烷-2， 4_二酮的产率为97%，选择性为100%。催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下 降。 制备例12 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 04mol有机铋离子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)，搅拌5分钟后， 加入O. 3mol丙酮(R2 = CH3，R3 = H)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在10°C 下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮 的产率为90%，选择性为100%。催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例13
6
在lOOmL单口烧瓶中加入0. 002mol有机铋离子化合物(X = PF6)和5. OmL[Bmim] PF6、0. lmol对氯苯甲醛(R1 = p_ClC6H4)和0. lmol乙胺(R4 = n_C2H5)，搅拌5分钟后，加 入O. 3mol环己酮(R2-R3 = -(CH2)4-)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在(TC 下进行反应l小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-苄烯环己酮的产率为 87%，选择性为100%。催化剂体系重复利用IO次后，其催化性能未见下降。
制备例14在lOOmL单口烧瓶中加入0. 005mol有机铋离子化合物(X = BF4)和5. OmL[Emim]
BF4、0. lmol对三氟甲基苯甲醛(R1 = p_CF3C6H4)和0. lmol乙胺(R4 = n_C2H5)，搅拌5分钟
后，加入0. 3mol环戊酮(R2-R3 = _(CH2)3_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，
在25t:下进行反应12小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-(4-三氟甲基
苄烯)环戊酮的产率为99%，选择性为100%。催化剂体系重复利用10次后，其催化性能
未见下降。 制备例15 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 009mol有机铋离子化合物(X = 0S02C8F17)和 5. 0mL[Bmim]PF6、0. lmol对甲基苯甲醛(R1 = p-CH3C6H4)和0. lmol正丙胺(R4 = n_C3H7)， 搅拌5分钟后，加入0.3mol环己酮(R2-R3 = -(CH2)4-)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的 水浴反应器中，在12(TC下进行反应0.5小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为 (E)-2-(4-甲基苄烯)环己酮的产率为100%，选择性为100%。催化剂体系重复利用10次 后，其催化性能未见下降。
制备例16 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 012mol有机铋离子化合物(X = 0S02CF3)和 5. 0mL[Bmim]BF4、0. lmol对甲氧基苯甲醛(R1 = p_CH30C6H4)和0. lmol环己胺(R4 = C6Hn)， 搅拌5分钟后，加入0. 3mol环戊酮(R2-R3 = _(CH2)3-)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴 反应器中，在30°C下进行反应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E) -2- (4-甲 氧基苄烯)环戊酮的产率为92%，选择性为100%;催化剂体系重复利用10次后，其催化性 能未见下降。 为了进一步说明本发明方法的优越性，选用以下催化体系作为对比例。
比较例1 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 005mol三氟甲磺酸铋(Bi (0S02CF3)3)和5.0mL水、 0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，搅拌5分钟后，加入0. 3mol环己 酮(R2-R3 = -(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在2(TC下进行反应3 小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-苄烯环己酮的产率为64X，选择性 为86%。催化剂水解严重，难以回收。反应混合物分离需要经过萃取分离，减压除去溶剂， 然后减压蒸馏，得到的产物选择性和产率都低。
比较例2 在100mL单口烧瓶中加入0.005mol三氯化铋(BiCl3)和5. OmL水、0. lmol苯甲 醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n-C4H9)，搅拌5分钟后，加入0. 3mol环己酮(R2-R3 =_(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在2(TC下进行反应3小时。TLC 跟踪反应至反应完全。反应结果为(幻-2-苄烯环己酮的产率为34%，选择性为56%。催化剂水解严重，难以回收。反应混合物分离需要经过萃取分离，减压除去溶剂，然后减压蒸
馏，得到的产物选择性和产率都低。 比较例3 在lOOmL单口烧瓶中加入O. 005mol 二丁基锡二甲氧烷(Bu2Sn(0CH3)2)和5. OmL 水、0. lmol苯甲醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n_C4H9)，搅拌5分钟后，加入0. 3mol 环己酮(R2_R3 = _(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在2(TC下进行反 应3小时。TLC跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)2-苄烯环己酮的产率为34X，选择 性为79%。催化剂水解严重，难以回收。反应混合物分离需要经过萃取分离，减压除去溶 剂，然后减压蒸馏，得到的产物选择性和产率都低。
比较例4 在lOOmL单口烧瓶中加入0. 005mol氢氧化钠(NaOH)禾P 5. OmL水、0. lmol苯甲 醛(R1 = Ph)和0. lmol正丁胺(R4 = n-C4H9)，搅拌5分钟后，加入0. 3mol环己酮(R2-R3 =_(CH2)4_)。然后将烧瓶置于带磁力搅拌的水浴反应器中，在2(TC下进行反应3小时。TLC 跟踪反应至反应完全。反应结果为(E)-2-苄烯环己酮的产率为10%，选择性为81%。催 化剂溶于水，难以回收。反应混合物分离需要经过萃取分离，减压除去溶剂，然后减压蒸馏， 得到的产物选择性和产率都低。 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
8
权利要求
一种合成(E)-α，β-不饱和羰基化合物的方法，其特征在于，以离子液体为溶剂，以醛和酮为原料，以含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂、脂肪胺为助催化剂进行催化反应，反应结束后液相反应体系自动分离为溶剂层和产物层，催化剂自动进入溶剂层，产物层即为制得的(E)-α，β-不饱和羰基化合物。
2. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述离子液体是选自咪唑类离子液 体、吡啶类离子液体、有机膦类离子液体、季铵盐类离子液体中的至少一种。
3. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述咪唑类离子液体，优选[Bmim] BF4、 [Bmim]PF6、 [Emim]BF4或[Emim]PF6。
4. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述主催化剂是具有结构式I的阳离 子型有机铋配合物其中，该配合物中的Bi"除与配体中的两个碳原子成键外，还与配体中的硫原子形成 配位键、与对应的阴离子形成离子键。
5. 根据权利要求1或4所述的合成方法，其特征在于，所述主催化剂的摩尔添加量为 0. 01-12%。
6. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述助催化剂脂肪胺是选自环己胺、 正丁胺、正丙胺或乙胺中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述原料醛是脂肪醛或芳香醛，优选 苯甲醛、对氯苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、正辛醛、肉桂醛、 对硝基苯甲醛或糠醛。
8. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述原料酮是脂肪酮或芳香酮，优选 环己酮、环戊酮、丙酮、苯乙酮、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯或乙酰丙酮。
9. 根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述催化反应的条件为在0-12(TC 下反应O. 5-12小时。
全文摘要
本发明提供了一种采用反应控制自分离技术合成(E)-α，β-不饱和羰基化合物的方法，以离子液体为溶剂，以醛和酮为原料，采用含桥式硫原子配体的有机铋离子配合物为主催化剂，脂肪胺为助催化剂进行反应。该合成方法为(E)-α，β-不饱和羰基化合物的制备开辟了新的低成本“绿色”途径，其优点在于目标产物的选择性和产率均接近100％，反应过程中是均相反应，反应结束时自动分离成两相，催化剂在离子液体里面可以直接重复利用，产物分离采用简单减压蒸馏就可以得到纯的(E)-α，β-不饱和羰基化合物，整个反应和分离过程无需采用常规有机溶剂，绿色环保。
文档编号C07C49/683GK101759510SQ20101002203
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者夏军, 孟振功, 宋星星, 尹双凤, 张晓文, 罗胜联, 许新华, 谭年元, 邱一苗, 邱仁华 申请人:湖南大学