专利名称：一种无催化反应制备醛或酮的方法
技术领域：
本发明属于制备醇选择氧化技术领域，具体涉及一种无催化反应制备醛或酮的方法。
背景技术：
醇氧化反应是有机化学工业中的一个极其重要的反应，其氧化产物醛、酮是制备 香精和食品添加剂等必不可少的原料，同时也是许多其它有机化学品合成的中间体。醇氧 化反应的实现一般采用化学计量氧化剂，如铬试剂、锰试剂等。而生产实践表明反应伴生的 重金属废弃物及生成的副产物难以处理，造成了严重的环境污染。此外，这类金属氧化剂通 常难以将醇氧化反应控制在醛酮的阶段，易造成有机底物的过氧化，从而增加了醛酮产物 后续分离提纯的难度。众所周知，氧气和过氧化氢为廉价绿色氧化剂；在催化剂存在的条件下，氧气和过 氧化氢均可将醇有效地氧化成醛酮，实现醇氧化反应过程的高效绿色化。因此，以氧气(空 气)或过氧化氢为氧化剂，采用高活性均相或多相催化剂、环境友好型溶剂及温和的条件， 高产率获取醛酮化合物即已成为绿色化学领域中的一个重要研究课题。至今，已有文献报道过渡金属催化剂参与醇的需氧氧化反应并取得比较好 的成果。许多醇的需氧氧化实例都使用第八族金属络合物作为催化剂，特别是Ru 化合物，经研究发现可以氧化多种醇。例如，参考文献[1] :M. Matsumoto, S. Ito, Ruthenium-catalysedoxidation of allyl alcohols by molecular oxygen[J]. J Chem Soc Chem Commun.. 1981，907-908，在温和的条件下，RuCl3,RuCl2(PPh3)3用于催化氧化活化 的烯丙基醇类型的维生素Α。相比之下，在催化氧化脂肪仲醇时，这类催化剂的催化活性及 反应物的转化率都相对较低。在氧气中进行醇的催化氧化反应时，发现该催化体系除了对 仲醇、烯丙醇和苯甲醇衍生物具有较高的催化活性以外，对传统意义上活性较低的伯醇也 表现出很好的催化性能。参考文献[2] :C. Bilgrien, S. Davis, R. S. Drago, The selective oxidation ofprimary alcohols to aldehydes by oxygen employing a trinuclear rutheniumcarboxylate catalyst [J]. J. Am. Chem. Soc. 1987，109,3786-3787,三核钌的羧 酸盐，Ru3O(O2CR)6L3n(L = H2O, PPh3)在温和条件下可利用空气氧化低级脂肪醇，如乙醇、 1-丙醇、异丙醇以及I" 丁醇，其催化活性是RuCl，和RuCl2 (PPh3)的10倍· Ru3O (O2CR) 6L3n， 三核钌的羧酸复合物在温和条件下利用氧气可有效地催化脂肪醇选择性氧化生成相应的 醛或酮。更多研究发现，除了 Ru外，Pd，Co，Au和Pd-Au共金属等的复合物也可催化醇的需 氧氧化。至于过氧化氢作为氧化剂，Ru基催化剂因加速过氧化氢的自身分解不适合用于醇 的催化氧化。而正相反，据报道第一过渡金属在过氧化氢作氧化剂的情况下可有效地催化 醇的氧化。另外，TS-I (MFI)分子筛可催化过氧化氢氧化醇生成相应的醛酮类化合物或羧酸。 同样地，他们发现，仲醇生成相应的酮并有相当高的产率，但是伯醇常会发生过度氧化生成 相应的羧酸。TS-I分子筛在醇氧化反应上取得的成绩极大地激发了大家对氧化还原微孔材料催化过氧化氢氧化醇的研究，如VS-I (MFI)，Ti-beta，AFI-V(Cr)铝磷酸盐分子筛。目前醇氧化反应的研究已取得了重大的进展。然而从实用性方面考察，已经报道 的反应体系仍需要改进。例如，反应涉及到的催化剂的选择以及制备都需要进行长期、大量 的实验；后续亟待解决的环境污染问题等等。因此，更经济和高效反应系统的发展已成为这 个重要领域所急需的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的提出一种无催化反应制备醛或酮的方法，该 方法通过无催化剂体系制备醛或酮，不存在催化剂的选择和制备问题，且该制备方法具有 反应条件温和的优点。所述的无催化反应制备醛或酮的方法，包括以下几个步骤步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A. R.)，体积为5. 00ml，选取固态溴化物中的溴化钠、溴化钾或溴化 铵中的一种，质量为固态溴化钠25. 00 104. OOmg ；溴化钾29. 00 120. OOmg ；溴化铵 19. 00 80. OOmg ；选取5. 00 11. OOmmol芳香族活化醇中的苯甲醇、DL_sec-苯乙醇、二 苯甲醇、对氯苯甲醇、2-氯苯甲醇或对甲基苯甲醇；选取浓度为10 50wt%的过氧化氢溶 液，并保证过氧化氢溶液中的过氧化氢与醇的投料摩尔比为2 3 ；步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再加入所选取的 固态溴化物；然后再加入所选取的芳香族活化醇；最后加入冰醋酸；并利用磁力搅拌器搅 拌均勻；并为反应全过程提供磁力搅拌；所述的间歇式反应装置包括间歇式反应器、球形冷凝管、三通旋塞阀、橡皮管、量 气管和锥形瓶；所述的间歇式反应器的体积为25ml，通过胶管连接有恒温水浴槽，为间歇 式反应器提供恒温水浴加热，间歇式反应器的顶部与球形冷凝管连接，用于将间歇式反应 器中的气体导出，球形冷凝管顺次与三通旋塞阀和量气管连接；量气管的底端通过橡皮管 与锥形瓶连接。所述的量气管用于测定H2O2分解产生的O2的体积。为防止O2泄露，所有的 接口都用硅橡皮胶密封。所述的间歇式反应器在反应过程中置于磁力搅拌器上。步骤三设置恒温水浴槽温度为40 80°C，待间歇式反应器升温至40 80°C后， 一次性向间歇式反应器中加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭间歇式反应器，并开 始记录反应时间；步骤四反应时间为4 8h，生成产物醛或酮。本发明具有以下优点1、本发明提出的无催化反应制备醛或酮的方法，所选取的实验原料简单易得，成 本低，并且不存在催化剂的选择和制备问题。2、本发明提出的无催化反应制备醛或酮的方法，所采用的无催化剂体系的条件温 和。3、本发明提出的无催化反应制备醛或酮的方法，所采用的无催化剂体系的氧化能 力比较强，有较大的应用前景。4、本发明提出的无催化反应制备醛或酮的方法，所采用的无催化剂体系在反应结 束后不会带来严重的环境污染问题。
图1 本发明所采用的间歇式反应装置的结构图；图2 本发明提供的对氯苯甲醇无催化反应后各成分的色谱图；图3 本发明提供的苯甲醇无催化反应后各成分的色谱图；图4 本发明提供的DL-sec-苯乙醇无催化反应后各成分的色谱图；图5 本发明提供的二苯甲醇无催化反应后各成分的色谱图；图6 本发明提供的邻氯苯甲醇无催化反应后备成分的色谱图；图7 本发明提供的对甲基苯甲醇无催化反应后各成分的色谱图；图中1_磁力搅拌子；2-间歇式反应器；3-球形冷凝管；4-三通旋塞阀；5-橡皮 管；6-量气管；7-锥形瓶。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。一种无催化反应制备醛或酮的方法，包括以下几个步骤步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A. R.)，体积为5. 00ml，选取固态溴化物中的溴化钠、溴化钾或溴化 铵中的一种，质量为固态溴化钠25. 00 104. OOmg ；溴化钾29. 00 120. OOmg ；溴化铵 19. 00 80. OOmg ；选取5. 00 11. OOmmol芳香族活化醇中的苯甲醇、DL_sec-苯乙醇、二 苯甲醇、对氯苯甲醇、2-氯苯甲醇或对甲基苯甲醇；选取浓度为10 50wt%的过氧化氢溶 液，并保证过氧化氢溶液中的过氧化氢与醇的投料摩尔比为2 3 ；步骤二 向间歇式反应装置的间歇式反应器2中加入磁力搅拌子1，再加入所选取 的固态溴化物；然后再加入所选取的芳香族活化醇；最后加入冰醋酸；并利用磁力搅拌器 搅拌均勻；并为反应全过程提供磁力搅拌；所述的间歇式反应装置包括间歇式反应器2、球形冷凝管3、三通旋塞阀4、橡皮管 5、量气管6和锥形瓶7 ；所述的间歇式反应器2的体积为25ml，通过胶管连接恒温水浴槽， 间歇式反应器2的顶部与球形冷凝管连接，用于将间歇式反应器中的气体导出，球形冷凝 管3顺次与三通旋塞阀4和量气管6连接；量气管6的底端通过橡皮管5与锥形瓶7连接。 所述的量气管6用于测定H2O2分解产生的O2的体积。为防止O2泄露，所有的接口都用硅橡 皮胶密封。所述的间歇式反应器2在反应过程中置于磁力搅拌器上。步骤三设置恒温水浴槽温度为40 80°C，待间歇式反应器升温至40 80°C后， 一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭间歇式反应器，并开始记录反应时间；反 应方程式如下，其中R-取代基团
R2CHOH 瞻二0AC >R2CQ
rCr2OH 固态二H0Ac〉RCHO + RCOOH步骤四反应时间为4 8h后生成产物醛或酮。
利用气相色谱法分析反应生成的产物醛或酮的选择性，以及芳香族活化醇反应后 剩余的质量百分含量和芳香族活化醇的转化率，采用气相色谱法中的试样定性(反应液) 分析，将试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色 谱峰的归属。芳香族活化醇中的伯醇反应后生成醛和酸的方程式如下 试样定量(反应液)分析采用质量校正因子峰面积归一化方法，以芳香族活化醇 为内标物(芳香族活化醇的质量校正因子为1.000)，并确定醛和酸的相对质量校正因子分 别为fg和f 。伯醇质量百分含量、伯醇转化率及生成的醛和酸选择性依据下列公式求得， 其中Ami为伯醇的色谱峰面积，Aig为生成的酸的色谱峰面积，As为生成的醛的色谱峰面积， M1, M2和M3分别为伯醇、醛和酸的分子量。
芳香族活化醇中的仲醇反应后生成酮的方程式如下 仲醇的转化率按照以下公式计算，其中M4和M5分别为仲醇和酮的分子量，A仲醇为 仲醇的色谱峰面积，Aira为生成的酮的色谱峰面积， 实施例1 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A.R.)作为溶剂，体积为5.00ml ；称取固态溴化钠，质量分别为 25. 75mg、51. 50mg或103. OOmg称取；选取对氯苯甲醇5. 32mmol ；分别选取浓度为IOwt 30^%或50衬％的过氧化氢溶液，并保证过氧化氢溶液中的过氧化氢与对氯苯甲醇的投料 摩尔比为2。步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加入固态 溴化钠和对氯苯甲醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅拌。步骤三设置恒温水浴槽温度分别设置为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升 至预定温度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭间歇 式反应器，并开始记录反应时间；步骤四反应时间分别为4h、6h或8h后停止反应，生成产物对氯苯甲醛和对氯苯 甲酸。利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析，将 试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰的 归属。如图2所示，对氯苯甲醇、对氯苯甲醛和对氯苯甲酸的保留时间分别为2.024min、 1. 103min和2. 440min。实验结果分析见表1。表1实施例1实验结果 实施例2 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A. R.)作为溶剂，体积为5. OOml ；选取固态溴化钾，质量为29. 75mg、 59. 50mg或119. OOmg;选取苯甲醇7. 98mmol ；选取浓度为IOwt%、30wt%或50wt%的过氧 化氢溶液；并保证过氧化氢溶液中的过氧化氢与苯甲醇的投料摩尔比为2。步骤二向间歇式反应装置的间歇式间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加 入固态溴化钾和苯甲醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅 拌。步骤三设置恒温水浴槽温度为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升至预定温 度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭间歇式反应器， 并开始记录反应时间；步骤四反应时间为4h、6h或8h后停止反应，生成产物苯甲醛和苯甲酸。利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析，将 试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰的 归属。如图3所示，苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸的保留时间分别约为0.849min、0.689min和 1.255min。实验结果分析见表2。表2实施例2实验结果 实施例3 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A.R.)作为溶剂，体积为5.00ml ；选取浓度为IOwt %、30衬％或 50wt %的过氧化氢溶液；选取固态溴化铵，质量为19. 55mg、39. IOmg或78. 20mg ；选取DL-sec-苯乙醇10. 64mmol ；并保证过氧化氢与DL-sec-苯乙醇的投料摩尔比为2。步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加入所选 取溴化物、醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅拌。步骤三设置恒温水浴槽温度为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升至预定温 度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭反应器，并开始 记录反应时间；步骤四反应时间为4h、6h或8h后停止反应生成产物苯乙酮；利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析，将 试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰的归 属。如图4所示，DL-sec-苯乙醇和苯乙酮的保留时间分别约为5. 685min和4. 732min。实验结果分析见表3。表3实施例3实验结果 实施例4 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A.R.)作为溶剂，体积为5.00ml ；选取浓度为IOwt %、30衬％或 50衬％的过氧化氢溶液；选取固态溴化钠，质量为25. 75mg、51. 50mg或103. OOmg ；选取二苯 甲醇7. 98mmol ；并保证过氧化氢与二苯甲醇的投料摩尔比为2。步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加入所选 取溴化物、醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅拌。步骤三设置恒温水浴槽温度为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升至预定温 度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭反应器，并开始 记录反应时间；
步骤四反应时间为4h、6h或8h后停止反应生成产物二苯甲酮。利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析，试样 色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰的归属。 如图5所示，二苯甲醇和二苯甲酮的保留时间分别约为5. 210min和3. 994min。正交实验的反应结果分析见表4。表4实施例4结果 实施例5 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A.R.)作为溶剂，体积为5.00ml ；选取浓度为IOwt %、30衬％或 50衬％的过氧化氢溶液；选取固态溴化钾，质量为29. 75mg、59. 50mg或119. OOmg ；选取邻氯 苯甲醇10. 64mmol ；并保证过氧化氢与邻氯苯甲醇的投料摩尔比为2。步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加入所选 取溴化物、醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅拌。步骤三设置恒温水浴槽温度为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升至预定温 度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭反应器，并开始 记录反应时间；步骤四反应时间为4h、6h或8h后停止反应，生成产物邻氯苯甲醛和邻氯苯甲酸。利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析，将 试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰的 归属。如图6所示，邻氯苯甲醇、邻氯苯甲醛和邻氯苯甲酸的保留时间分别为0.817min、 0.570min 禾口 1. 033min。实验的结果分析见表5。表5实施例5实验结果
实施例6 步骤一准备实验所需原料选取冰醋酸(A.R.)作为溶剂，体积为5.00ml ；选取浓度为IOwt %、30衬％或 50衬％的过氧化氢溶液；选取固态溴化铵，质量为19. 55mg、39. IOmg或78. 20mg ；选取对甲 基苯甲醇5. 32mmol ；并保证过氧化氢与对甲基苯甲醇的投料摩尔比为3。步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中加入磁力搅拌子，再依次加入所选 取溴化物、醇，最后加入冰醋酸；开自来水冷凝回流，并利用磁力搅拌器进行搅拌。步骤三设置恒温水浴槽温度为50°C、6(TC或70°C，待间歇式反应器升至预定温 度后，向间歇式反应器中一次性加入步骤一中所准备的过氧化氢溶液，封闭反应器，并开始 记录反应时间；步骤四反应时间为4h、6h或8h后停止反应生成产物对甲基苯甲醛和对甲基苯甲酸。利用气相色谱法对反应后的成分进行分析，并采用试样(反应液)定性分析， 将试样色谱峰的保留时间与已知纯样品色谱峰的保留时间对比，从而确定试样各色谱峰 的归属。如图7所示，对甲基苯甲醇、对甲基苯甲醛和对甲基苯甲酸的保留时间分别为 1. 673min、1. 357min 和 1. 990min。实验结果分析见表6。表6实施例6结果
1权利要求
一种无催化反应制备醛或酮的方法，其特征在于包括以下几个步骤步骤一准备实验所需原料选取分析纯冰醋酸，体积为5.00ml；选取固态溴化物中的溴化钠、溴化钾或溴化铵中的任意一种，相应的质量分别为溴化钠25.00～104.00mg；溴化钾29.00～120.00mg；溴化铵19.00～80.00mg；选取5.00～11.00mmol芳香族活化醇中的一种；选取浓度为10～50wt％的过氧化氢溶液，并保证过氧化氢溶液中的过氧化氢与芳香族活化醇的投料摩尔比为2～3；步骤二向间歇式反应装置的间歇式反应器中依次加入选取的固态溴化物、芳香族活化醇和冰醋酸，并利用磁力搅拌器搅拌均匀；步骤三设置间歇式反应器外部的恒温水浴槽温度为40～80℃，向间歇式反应器中加入过氧化氢溶液，封闭间歇式反应器，开始记录反应时间，反应方程式如下其中R为取代基团；步骤四反应时间为4～8h，反应结束后，生成产物醛或酮。FSA00000234562900011.tif,FSA00000234562900012.tif
2.根据权利要求1所述的无催化反应制备醛或酮的方法，其特征在于所述的芳香族 活化醇包括苯甲醇、DL-sec-苯乙醇、二苯甲醇、对氯苯甲醇、2-氯苯甲醇和对甲基苯甲醇。
3.根据权利要求1所述的无催化反应制备醛或酮的方法，其特征在于所述的生成 产物醛为对氯苯甲醛、苯甲醛、邻氯苯甲醛或对甲基苯甲醛；其中对氯苯甲醛的选择性为 96. 8 %以上，苯甲醛的选择性为84. 3 %以上，邻氯苯甲醛的选择性为98. 7 %以上，对甲基 苯甲醛得选择性为98.0%以上。
4.根据权利要求1所述的无催化反应制备醛或酮的方法，其特征在于所述的生成产 物酮为苯乙酮或二苯甲酮，且苯乙酮和二苯甲酮的选择性均为100%。
5.根据权利要求1所述的无催化反应制备醛或酮的方法，其特征在于所述的间歇式 反应装置包括间歇式反应器、球形冷凝管、三通旋塞阀、橡皮管、量气管和锥形瓶；所述的间 歇式反应器外部连接有恒温水浴槽，间歇式反应器的顶部与球形冷凝管连接，用于将间歇 式反应器中的气体导出，球形冷凝管顺次与三通旋塞阀和量气管连接；量气管的底端通过 橡皮管与锥形瓶连接；所述的间歇式反应器在反应过程中置于磁力搅拌器上。
全文摘要
本发明的提出一种无催化反应制备醛或酮的方法，该制备方法为分析纯冰醋酸、固态溴化物、芳香族活化醇和过氧化氢在间歇式反应装置的间歇式反应器进行无催化反应的方法，生成反应产物醛或酮，同时在投料过程中控制过氧化氢与芳香族活化醇的投料摩尔比为2～3参加反应，所述的固态溴化物包括溴化钠、溴化钾或溴化铵。该无催化反应制备醛或酮的方法所选取的实验原料简单易得，成本低，不存在催化剂的选择和制备问题。并且所采用的无催化剂体系的条件温和，氧化能力比较强，有较大的应用前景，在反应结束后不会带来严重的环境污染问题。
文档编号C07C49/78GK101914000SQ201010256410
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者汪晶, 郑李威, 齐兴义, 齐麟 申请人:北京航空航天大学