一种2-哌啶酮的制备方法
【专利摘要】本发明公开了涉及一种戊内酰胺的制备方法，它是以N-羟基-环戊亚胺为原料，在碱性水溶液中，与对甲苯磺酰氯反应，得到目标产品2-哌啶酮（戊内酰胺）。本发明制备的2-哌啶酮是一种用途广泛的精细化学中间体，可广泛应用医药、材料等领域。本发明采用碱性水溶液中重排，与传统的强酸脱水重排具有显著不同的机理；本发明革除了对设备腐蚀性极强的发烟硫酸、氯磺酸，后处理更加环保，该发明工艺简单，起始原料易得，操作安全，设备要求低，可商业化大规模制备和生产，满足当前不断增长的市场需求。
【专利说明】一种2-哌啶酮的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化学合成【技术领域】，涉及化工中间体的合成，更具体的说是一种2-哌啶酮【又名戊内酰胺】的制备方法。
【背景技术】
[0002]内酰胺环状结构存在于众多的天然产物及合成化合物中，其中不乏有很好的生物活性物质，如众所周知的青霉素等B-内酰胺类抗生素。2-哌啶酮本身作为一个用途广泛的化工产品，其合成方法 一直为众多化学工作者所关注。从文献看2-哌啶酮主要有以下几种合成方法:
方法一主要是:从用环戊酮和盐酸羟胺为原料，合成N-羟基-环戊亚胺；然后在不同的酸性介质中进行贝克曼重排；早期的文献包括:在浓硫酸中【DE739259 (1939)、US 2221369 (1938)等】、发烟硫酸中【Collection of Czechloslovak ChemaicalCommunications, vol24; 919590, pll46_1148】、多聚憐酸 PPA 中【Journal of theAmerican Chemical Society, vol 74,1952，p2680 】、硫酸 / 醋酸【US2423200, 1943】、氧氣酸【Collection of Czechloslovak Chemaical Communications, V0L16/17,1951,P611】；二十世纪末到现在主要的研究集中在路易斯酸催化重排，文献包括:用三氯化铝[Synthetic Communications, vol28, 1998, yiled=100%】、用碘/ 乙臆【Synthesis, 2010，p3705-3709, yield=88%】、用二乙基二氯化憐 / 甲苯【Tetrahedron Letters, vol 48,2007, p2639_2643, yield=87% 】、二氯化亚萊 / 乙臆【Journal of Organic Chemistry,vol 72，2007, p4536-4538, yield=84%】，三氯化铈 / 硅胶 / 碘化钠【Journal ofChemical Research, 2006, p668_670, yield=82%】、碳酸铯 / 硅胶【Phosphorus, Sulfurand Silicon and the related elements, vol 185, 2010, pl658_1671, yield=88%】、三氟甲横酸钦/ 甲苯【Journal of Chemical research, 2004, pl31-132, yield=85%]、三氟甲石黄酸镱 / 甲苯[Organic Preparations and Procedures International,vol36, 2004，p383_386, yield=80%】、三氯化钌 / 甲苯【Synthetic Communications vol34,2004,, p3431-3434, yield=52%】。
[0003]方法二主要是:用哌啶为原料直接氧化，此路线文献不多，主要包括:氧气/负载在二氧化硅上的金/甲苯【US 8212027，2012, yield=~60%】、亚碘酰苯/水【TetrahedronLetters, vol29, 1988, p6913-6916, yield=58%]> Cr (ac) MCM-41/过氧化氢【OrganicChemistry Including Medicinal Chemistry vol39, 2000 , p71_73, yield=53.5%】、萊-EDTA/ 二氯甲烧【Synthetic Communications , voll8, 1988, pl331_1338,yield=24%]>氧化锇/六氰合铁酸四钾/氢氧化钠【Chemistry of HetercocyclicCompounds vol3, 2003, p478_484】。
[0004]方法三主要是:采用1-氨基戊醇自身环合，此路线主要研究性质，文献主要包括:三苯基磷-错复合催化剂/甲基丙烯酸甲酯/四氢呋喃【Chemistry-A- EuropeanJournal, voll7, 2011, pll905_11913, yield=96%】、复合氯化钌催化剂 / 氢化钠 / 甲苯【Advanced Synthesis and Catalysis vol 351, 2009, p2643_2649, yield=94% ； WO2011/34506, 2011, yield=94%】、三苯基磷-钌复合催化剂/氢化钠/乙腈【Journal ofOrganic Chemistry, vol 75, 2010, p3002_3006，yield= 92%】等。由于多米用复杂而昂贵的贵金属催化剂，故这些路线只有科研价值，而无实际生产价值。
[0005]方法四主要是:采用1-氰基-丁酸为原料，反应条件主要包括:氢氧化铝，氢气，镇的条件下关环【Journal of Organic Chemistry vol 63, 1998, p4792_4801】。
[0006]方法五主要是:采用1-氨基-戊酸为原料，文献主要包括:硅胶/甲苯【Tetrahedron Letters, vol21, 1980, p2443-2446, yield= 99%】，2，2，2-三氟乙基三硼烧 / 乙臆【Journal of Organic Chemistry, vol78, 2013, p512_2523, yield=99%】、三甲基招/苯【Chemistry Letters 1989, p797_800, yield=98%】、亚横酸胺/三苯基憐/ 乙臆【Tetrahedron Letters vol36, 1995, p3703_3706, yield=96%】、二丁基锡 / 二甲苯【Journal of the American Chemistry Society, vol 105, 1983, p7130_7138,yield=95%】、二羟基(3，4，5-三氟苯基)硼烧 / 二甲苯【Journal of Organic Chemistry ,vol 61, 1996, p4196_4197, yield=90%】、异丙基钦酸酯/二氯乙烧【Tetrahedron Letters，vol29, 1988，p3049_3052】等。
[0007]方法六主要是:采用戊酸内酯为原料，与氨气在高温下氨化，文献包括:氨气/230度【Journal of the American Chemistry Society vol74, 1952, p2012_2015】、氨气/320度【Kogyo Kagaku Zasshi vol 59, 1956, p543】、氛气 / 水/290 度【DE 935544,1953】、氛气/氢气/高分子聚合物【US 5914407，1999】。
[0008]从上述相关报道的文献看，方法二和方法三由于多采用复杂而昂贵的贵金属催化剂，故这些路线只有科研价值，而无实际生产价值。方法四和方法五采用的起始原料不易得；方法六生产条件太苛刻，安全隐患大；而方法一为最常规、研究最充分的方法，即采用环戊酮为原料，合成中间体N-羟基-环戊亚胺后，在不同的酸性条件下进行经典的贝克曼重排反应得到产品。但是由于该类方法用到大量强酸，对设备腐蚀性极强；部分原料危险性极大(如发烟硫酸)或有剧毒(如氯磺酸)等，大量酸的使用在后处理过程中对环境造成了极大的污染，特别不适合大规模的工业化生产。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服现有技术的缺点与不足，首次提供了一种在不同的碱性介质中进行贝克曼重排制备2-哌啶酮的方法，该方法至今未见文献报道。本发明工艺简单，操作安全，设备要求低，可商业化大规模制备和生产。
[0010]本发明提供的2-哌啶酮的制备方法是以N-羟基-环戊亚胺为原料，在碱性水溶液中与对甲苯磺酰氯发生取代反应得到中间体酯，然后重排反应得到目标产品，其反应路线如下:
【权利要求】
1.一种2-哌啶酮的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行: (1)N-羟基-环戊亚胺与丙酮混合，用冰水浴降温到0-5°C ； (2)将上述溶液与25%(w/w)无机碱水溶液混合； (3)将对甲苯磺酰氯分批加入到上述溶液中；加料完毕后保持室温反应10-12小时； (4)将上述反应液与25%(w/w)浓氨水混合；将反应液中和至pH8-10， (5)过滤，除去生成的固体盐，滤液用疏水性溶剂萃取2-3次，合并萃取溶剂层，萃取溶剂层干燥，脱溶得到粗品，减压蒸馏，收集5-10mmHg，130-150°C馏分，即可得到气相含量大于98%的2-哌啶酮。
2.权利要求1所述的制备方法，其中所述的碱为:氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。
3.权利要求1所述的制备方法，其中所述的N-羟基-环戊亚胺与无机碱的摩尔比为:1:1:5 ;所述的N-羟基-环戊亚胺与对甲苯磺酰氯的摩尔比为1: f 1: 5。
4.权利要求1所述的制备方法，其中所述的疏水性溶剂指的是:二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷或三氯乙烷。
【文档编号】C07D211/76GK103965097SQ201410217335
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】赵国锋, 陈波, 孙娇 申请人:南开大学