本发明涉及一种α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体制备Z-异构体的方法。更具体的涉及将柠檬醛拆分剩余料中的部分香叶醛异构化制备橙花醛的方法。
背景技术：
α,β-不饱和羰基化合物是重要的中间体化合物，具有合成及药用价值，并且部分化合物本身就是名贵的香精香料成分。α,β-不饱和羰基化合物的高效利用，在原料经济性及环保压力下都是不可忽略的议题。具有光学活性的香茅醛是生产薄荷醇的重要中间体，其中制备方法之一是由柠檬醛(α,β-不饱和羰基化合物之一)不对称氢化得到香茅醛。柠檬醛是由橙花醛与香叶醛两种异构体几乎1:1配比组成的混合物，现有技术中要得到高光学活性的香茅醛需要对原料进行异构体分离得到高纯度的橙花醛或香叶醛。专利WO2009068444中有详细拆分描述。实际生产中通常只能够高纯度的得到一种异构体，异构体分离后剩余的原料难以利用，成本大幅提升。
专利CN102458659公开了由金属负载物、光学活性环状含氮化合物和酸组成的催化剂可以直接使柠檬醛不对称氢化制备光学活性的香茅醛，省去异构体分离步骤，能耗低，但所得到的香茅醛光学活性远低于原料经异构体分离后制备的香茅醛。
针对以上问题，专利WO2014096063公开了一种方法，是在经过异构体分离后的一种异构体过量的原料中加入催化剂联苯4,4’-二硫醇，得到橙花醛与香叶醛物质的量1:1的混合物，之后再次进行异构体分离。此方法原子利用率显著提升，但由于原料反复加热后，会有大量重组分生成，实际原料利用率仍有待提高。
因此，需要寻找一种高效、廉价获取高纯度橙花醛的方法。
技术实现要素：
为解决以上技术问题，本发明提供一种α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体制备Z-异构体的方法，通过使用手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂能够将α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体高效转化为Z-异构体。将所述催化剂用于柠檬醛拆分剩余料中的部分香叶醛异构化制备橙花醛，具有操作简单、催化剂的活性高、产品收率高等优点。
为了实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体制备Z-异构体的方法，包括以下步骤：α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体在手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂的催化下进行异构反应制备α,β-不饱和羰基化合物的Z-异构体。
本发明所述的手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂为一类具有亚磷酸联萘二酚酯骨架，至少含有一个氮原子，并且氮原子与磷原子通过共价键相联的化合物，是一类具有光学活性化合物。
本发明所述的手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂优选对映体过量大于等于99％，手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂的结构式为(Ⅰ)和/或(Ⅱ)，
其中，R1、R2相同或不同，分别独立地选自氢原子、C1-C3的烷基；
R3、R4相同或不同，分别独立地选自氢原子、C1-C3的烷基、苯基、苯乙基、二苯甲基；
R5选自C1-C3的亚烷基、-NH-、-O-、-PH-、-S-。
本发明所述催化剂的实例包括但不限于以下化合物中的一种或多种：
本发明所述手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂更优选为
本发明所述的α,β-不饱和羰基化合物的结构式为：
其中R6、R7分别独立地为C1-C2的烷基、含有1个烯键和/或1-2个选自OR9、NR10R11、卤素的取代基的C2-C10的烃基、C3-C10直链或支化的烷基、C6-C10芳基，并且R6、R7不相同；
R8为氢、C1-C2的烷基、含有1个烯键和/或1-2个选自OR9，NR10R11、卤素、C6-C10芳基的取代基的C2-C10的烃基、C3-C10直链或支化的烷基；
R9为氢、C1-C6烷基、C6-C10芳基；
R10、R11相同或不同，各自独立地为氢、C1-C6烷基、C6-C10芳基或具有N或O杂原子的C2-C5的烷基。
本发明所述的α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体的例子包括但不限于香叶醛((E)-3,7-二甲基辛-2,6-二烯醛)、巴豆醛((E)-2-丁烯醛)、肉桂醛((E)-3-苯基丙烯醛)、叶醛((E)-2-己烯醛)、111梨醛((E,E)-2、4-己二烯醛)，优选香叶醛，其结构式为
本发明所述方法中，所述催化剂的用量为0.02-5mol％，优选0.5-1mo1％，以原料α,β-不饱和羰基化合物的摩尔量为基准计算。
本发明所述方法的反应温度为30-120℃，优选60-90℃；氢气的绝对压力为0.01-0.5Mpa，优选0.05-0.2Mpa；反应时间为1h～24h，优选为6h～12h。
本发明所述的反应可以在无溶剂或任选的溶剂的存在下进行，所述溶剂选自脂肪族烷烃、芳香烃、卤代烃、醚类等，优选所述溶剂包括但不限于正己烷、甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷，更优选不使用溶剂。
一种香叶醛异构化制备橙花醛的方法，包括以下步骤：将柠檬醛拆分剩余料在手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂的作用下，将所述剩余料中的香叶醛异构化制备橙花醛。
本发明所述方法中，基于待异构化的柠檬醛的摩尔量，所述催化剂用量为0.02-5mol％，优选0.5-1mo1％。
本发明所述的香叶醛异构化制备橙花醛的反应温度为30-120℃，优选60-90℃；氢气的绝对压力为0.01-0.5Mpa，优选0.05-0.2Mpa；反应时间为1h～24h，优选为6h～12h。
本发明所述的香叶醛异构化制备橙花醛的反应可以在无溶剂或任选的溶剂的存在下进行，所述溶剂选自脂肪族烷烃、芳香烃、卤代烃、醚类等，优选所述溶剂包括但不限于正己烷、甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷，更优选不使用溶剂。
本发明所述的催化剂能够用于α,β-不饱和羰基化合物的E-异构体异构化为Z-异构体，尤其适用于香叶醛异构化为橙花醛((Z)-3,7-二甲基辛-2,6-二烯醛)，其结构式为
本发明所述手性含氮亚磷酸联萘二酚酯催化剂由于三价磷原子的存在，使得磷原子易于羰基氧原子形成弱配位作用，催化剂本身的手性环境使得催化剂更容易与E-式结构结合，并断裂与碳氧双键共轭的碳碳双键，之后断裂的碳碳键发生扭转后重新形成碳碳双键，形成Z-式结构并脱离催化剂。
由于碳碳双键断裂后有可能发生分子间的聚合反应形成更高分子量的化合物，降低原料利用率，本发明所述方法中通入低压氢气，通过微量氢气与双键的加成消除可逆反应有效降低了聚合产物的生产，从而保证了原料的高效利用。
本发明所述的催化剂用于柠檬醛拆分之后含有高比例香叶醛的剩余料，所述的柠檬醛可以使用WO2009068444公开的方法进行拆分，所述剩余料中含有高比例香叶醛，通常剩余料中香叶醛与橙花醛摩尔比为95:5-60:40。使用本发明所述催化剂能够将部分香叶醛异构化为橙花醛，所述异构化后得到的反应产物中香叶醛与橙花醛摩尔比为70:30-45:55，优选香叶醛与橙花醛摩尔比为55:45-50:50，重新得到香叶醛与橙花醛摩尔比接近1：1的柠檬醛得到的柠檬醛可以再次拆分得到橙花醛。
本发明所述方法中，所述催化剂对映体过量值99％以上。
本发明所述方法通过对催化剂的结构调整实现了高效催化，缩短加热时间。并且通过体系内充入低压氢气有效抑制重组分的生成，使此方法具有操作简单、催化剂的活性高、产品收率高等优点。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
气相色谱：Agilent7890，色谱柱DB-5，进样口温度：300℃；分流比50:1；载气流量：52.8ml/min；升温程序：95℃下保持40min，以10℃/min的速率升至180℃，保持40min，检测器温度：280℃。
檬醛拆分剩余料可以参照WO2009068444公开的方法得到，或者通过将拆分剩余料按比例混合得到。
催化剂：大赛璐药物手性技术有限公司购买。
拆分
实施例1
使用精馏方式分离橙花醛，精馏塔理论板数85块，柠檬醛由中间位置进料，精馏段与提馏段比例1：1，塔底温度140℃，塔顶真空度200Pa，回流比为9：1，在塔顶采出橙花醛，塔顶采出料中香叶醛与橙花醛摩尔比为1：99，塔底采出柠檬醛拆分剩余料，剩余料中香叶醛与橙花醛摩尔比为95:5。
实施例2
使用精馏方式分离橙花醛，精馏塔理论板数75块，柠檬醛由50块板位置进料，塔底温度130℃，塔顶真空度200Pa，回流比为10：1，在塔顶采出橙花醛，塔顶采出料中香叶醛与橙花醛摩尔比为0.5：99.5，塔底采出柠檬醛拆分剩余料，剩余料中香叶醛与橙花醛摩尔比为75:25。
实施例3
使用精馏方式分离橙花醛，精馏塔理论板数55块，柠檬醛由45块板位置进料，塔底温度125℃，塔顶真空度200Pa，回流比为7：1，在塔顶采出橙花醛，塔顶采出料中香叶醛与橙花醛摩尔比为2：98，塔底采出柠檬醛拆分剩余料，剩余料中香叶醛与橙花醛摩尔比为60:40。
异构化
实施例4
将5.7g催化剂(3)(约10mmol)加入高压釜中，向釜中加入132g肉桂醛(E-异构体)，使用真空泵除去釜内气体至真空度<200Pa，充入氢气至0.05MPa，再次抽真空至真空度<200Pa，充入氢气至0.05MPa，开动搅拌并加热至60℃，异构化过程中保持氢气压力不变，反应8h后取样气相检测肉桂醛E-异构体：Z-异构体＝53:47，以苯甲醇为内标物，内标曲线测出重组分重量百分含量<1％。
实施例5
将3.8g催化剂(5)(约10mmol)加入高压釜中，向釜中加入70g巴豆醛(E-异构体：Z-异构体＝98:2)，使用真空泵除去釜内气体至真空度<200Pa，充入氢气至0.1MPa，再次抽真空至真空度<200Pa，充入氢气至0.1MPa，开动搅拌并加热至70℃，异构化过程中保持氢气压力不变，反应12h后取样气相检测E-异构体：Z-异构体＝59:41，以丁醇为内标物，内标曲线测出重组分重量百分含量<1％。
实施例6
将1.9g催化剂(1)(约5mmol)加入高压釜中，向釜中加入98g叶醛(E-异构体：Z-异构体＝99:1)，使用真空泵除去釜内气体至真空度<200Pa，充入氢气至0.2MPa，再次抽真空至真空度<200Pa，充入氢气至0.2MPa，开动搅拌并加热至90℃，异构化过程中保持氢气压力不变，反应18h后取样气相检测E-异构体：Z-异构体＝65:35，以叶醇为内标物，内标曲线测出重组分重量百分含量<1％。
实施例7
将5.4g催化剂(1)(约10mmol)加入高压釜中，向釜中加入96g 111梨醛(全部为EE-异构体)，使用真空泵除去釜内气体至真空度<200Pa，充入氢气至0.2MPa，再次抽真空至真空度<200Pa，充入氢气至0.2MPa，开动搅拌并加热至80℃，异构化过程中保持氢气压力不变，反应16h后取样气相检测(2E,4E)-己二烯醛：(2Z,4E)-己二烯醛＝64:36，以叶醇为内标物，内标曲线测出重组分重量百分含量<1％。
实施例8
将3.8g催化剂(1)(约10mmol)加入高压釜中，向釜中加入152g柠檬醛(香叶醛：橙花醛＝95:5)，使用真空泵除去釜内气体至真空度<200Pa，充入氢气至0.1MPa，再次抽真空至真空度<200Pa，充入氢气至0.1MPa，开动搅拌并加热至90℃，异构化过程中保持氢气压力不变，反应8h后取样气相检测香叶醛：橙花醛＝69:31，以香叶醇为内标物，内标曲线测出重组分重量百分含量<1％。
实施例9-16
工艺步骤参照实施例8，其余参数见表1。
表1实施例9-16工艺参数及结果