本发明涉及一种生产特定缩醛和缩酮的新型方法。
公知的，缩醛和缩酮可以通过在酸性催化剂存在下将醛或酮与醇反应来制备。
因此，本发明的目标是寻找一种允许生产特定缩醛和缩酮的方法，所述方法是简化的反应方法并且不具有如上所列出的缺点。
通过根据本发明的方法生产的缩醛和缩酮是式(i)的缩醛和缩酮
其中
r为h或c1-c4-烷基，并且
r1为c1-c4-烷基，并且
r2为c1-c6-烷基。
非环状和/或芳香族化合物的这些缩醛和缩酮是有用的化合物，即合成其他有机化合物诸如β-紫罗酮、维生素a或维生素e。由于此类缩醛和缩酮的重要性，总是需要一种改进的生产此类缩醛和缩酮的方法。所述缩醛和缩酮(式(i)化合物)通常根据以下反应方案生产。
如上所述的，所述反应可以容易可逆，这种可逆需要被避免或至少尽可能被最小化。另外，式(i)化合物的产率极低并且需要大量纯化。
由现有技术(即us4136124)已知，通过在溶剂(诸如癸烷)中在作为催化剂的hcl的存在下丙酮与甲醇反应来生产2,2-二甲氧基丙烷(在式(i)中r＝r1＝r2＝ch3)。确切地说，hcl的使用是不希望的，因为有腐蚀的危险。
在greenchemistry2006,8,1076–1079中，jiang等人公开并描述了2,2-二甲氧基丙烷在铵离子液体中的合成。它们公开了一种方法，其中丙酮与甲醇在无水硫酸钙存在下反应。无水硫酸钙以相对于甲醇的等摩尔量使用。无水硫酸钙用于“结合”水并且使得平衡偏向产物侧。但是必须使用大量的无水硫酸钙，然后它成为反应溶液的一部分。
fang等人(catalysiscommunications8(2007),p.1463–1466)公开了可以通过在室温与80℃之间的温度下使用特定离子液体来生产某些缩醛和缩酮。
现在本发明的目标涉及寻找一种生产这些缩醛和缩酮(式(i)化合物)同时不具有现有技术的缺点的改进方法。
出乎意料地，发现使用特定离子液体(式(iv)化合物)和使用低反应温度(低于室温)允许在不存在hcl下并且在不存在任何无水硫酸钙(或具有相同目的)下以优异产率生产缩醛和缩酮(式(i)化合物)。
所使用的离子液体是式(iv)离子液体
其中
x是选自由以下组成的组的阴离子：hso4-、h2po4-、no3-、bf4-、clo4-、ch3so3-、cf3so3-以及n(cmf2m-1)2-，其中m是1、2、3、4、5、6、7或8；
y是3或4，并且
q是以下片段
其中
r3是ch3或ch2ch3，
r4是ch3或ch2ch3，
r5是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10；
或者
q是以下片段
其中
r6是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10。
因此，本发明涉及一种用于生产式(i)化合物的方法(p)
其中
r为h或c1-c4-烷基，并且
r1为c1-c4-烷基，并且
r2为c1-c6-烷基，
所述方法通过使以下式(ii)化合物与以下式(iii)化合物在至少一种式(iv)离子液体中进行反应
其中r、r1和r2具有与式(i)中相同的含义，
其中
x是选自由以下组成的组的阴离子：hso4-、h2po4-、no3-、bf4-、clo4-、ch3so3-、cf3so3-以及n(cmf2m-1)2-，其中m是1、2、3、4、5、6、7或8；
y是3或4，并且
q是以下片段
其中
r3是h、ch3或ch2ch3，
r4是ch3或ch2ch3，
r5是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10；
或者
q是以下片段
其中
r6是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10，并且
其中反应温度是在-80℃与20℃之间。
使用根据本发明的方法生产的优选式(i)化合物是式(i’)化合物
其中
r’是h、ch3或ch2ch3，并且
r1’是ch3或ch2ch3，并且
r2’是c1-c4-烷基，优选ch3或ch2ch3。
因此，本发明涉及一种属于方法(p)的方法(p1)，其中生产式(i’)化合物
其中
r’是h、ch3或ch2ch3，并且
r1’是ch3或ch2ch3，并且
r2’是c1-c4-烷基，优选ch3或ch2ch3。
通过根据本发明的方法生产的特别优选的式(i)化合物是2,2-二甲氧基丙烷和2,2-二甲氧基丁烷。
因此，本发明还涉及一种属于方法(p)的方法(p2)，其中生产2,2-二甲氧基丙烷或2,2-二甲氧基丁烷。
显然，为了获得这些优选的化合物，相应地选择起始材料(式(ii)化合物和式(iii)化合物)。
根据本发明的方法是在-80℃至20℃的温度下，优选在-70℃至10℃的温度下，更优选在-60℃至0℃的温度下进行的。
因此，本发明还涉及一种属于方法(p)、(p1)或(p2)的方法(p3)，其中所述方法是在-70℃至10℃的温度下，优选在-60℃至0℃的温度下进行的。
出乎意料地是，低反应温度的选择对所述反应有这种影响。已经进行了比较实施例并且可以在本专利申请的以下实施例部分中找到。
在根据本发明的方法中，式(iii)化合物与式(ii)化合物的摩尔比通常是在1:1至10:1之间。优选使用过量的式(iii)化合物。优选地，在根据本发明的方法中式(iii)化合物与式(ii)化合物的摩尔比通常是在1.5:1至8:1之间。
因此，本发明还涉及一种属于方法(p)、(p1)、(p2)或(p3)的方法(p4)，其中式(iii)化合物与式(ii)化合物的摩尔比是在1:1至10:1之间，优选在1.5:1至8:1之间。
在根据本发明的方法中使用的离子液体的量可以改变。可以使用一种离子液体以及两种或更多种离子液体的混合物。优选地，使用一种离子液体。
已发现出乎意料地相对高的量(非催化量)的离子液体导致改善的产率。通常，离子液体以较低浓度使用。
通常基于根据本发明的方法中使用的化合物的总摩尔量，使用至少5mol-％。通常不使用超过90mol-％。优选地，基于根据本发明的方法中使用的化合物的总摩尔量，离子液体以10-80mol-％、优选10-80mol-％、更优选10-70mol-％的量使用。
因此，本发明涉及一种属于方法(p)、(p1)、(p2)、(p3)或(p4)的方法(p5)，其中基于根据本发明的方法中使用的化合物的总摩尔量，使用至少5mol-％、优选10-80mol-％、更优选10-70mol-％的至少一种式(iv)离子液体。
优选的是其中使用式(iv’)离子液体的方法
其中
y是3或4，并且
q是以下片段
其中
r3是ch3或ch2ch3，
r4是ch3或ch2ch3，
r5是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10；
或者
q是以下片段
其中
r6是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10。
因此，本发明涉及一种属于方法(p)、(p1)、(p2)、(p3)、(p4)或(p5)的方法(p6)，其中使用式(iv’)离子液体
其中
y是3或4，并且
q是以下片段
其中
r3是ch3或ch2ch3，
r4是ch3或ch2ch3，
r5是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10；
或者
q是以下片段
其中
r6是ch3或ch2ch3，
条件是式(iv)化合物的碳原子总数是至少6个，优选6、7、8、9或10。
在根据本发明的方法中使用的更优选的离子液体是以下式(iva)-式(ivi)的离子液体
因此，本发明还涉及一种属于方法(p)、(p1)、(p2)、(p3)、(p4)、(p5)或(p6)的方法(p7)，其中所述离子液体选自由以下式(iva)-式(ivi)的离子液体组成的组：
本发明的必要特征是特定离子液体的使用。这些离子液体中的一些离子液体也是新颖的。
式(iv”)离子液体是新颖的
其中
r3’是h、ch3，并且
r4’是ch3或ch2ch3，并且
r5’是ch3或ch2ch3，并且
x是选自由以下组成的组的阴离子：hso4-、h2po4-、no3-、bf4-、clo4-、ch3so3-、cf3so3-以及n(cmf2m-1)2-，其中m是1、2、3、4、5、6、7或8；优选地是hso4-。
因此，本发明还涉及式(iv”)离子液体(il)
其中
r3’是h、ch3，并且
r4’是ch3或ch2ch3，并且
r5’是ch3或ch2ch3，并且
x是选自由以下组成的组的阴离子：hso4-、h2po4-、no3-、bf4-、clo4-、ch3so3-、cf3so3-以及n(cmf2m-1)2-，其中m是1、2、3、4、5、6、7或8；优选地是hso4-。
优选的新型离子液体是式(iva)-式(ivd)的离子液体
因此，本发明的另一个实施方案是式(iva)-式(ivd)的离子液体：
(已知的)离子液体可以通过通常已知的方法生产或者可以商业购买。
新型离子液体通常通过以下方法生产。
首先，通过将以下式(v)化合物与以下式(vi)化合物反应来生产两性离子
其中
r3’是h、ch3，并且
r4’是ch3或ch2ch3，并且
r5是ch3或ch2ch3。
此反应通常在适合的溶剂(诸如乙腈)中在高温(30℃-100℃)下生产。
在第二步骤中，然后将所获得的两性离子与硫酸混合(在高温下，通常为40℃-100℃)。
离子液体以优异产率获得。
所获得的式(i)产物通过通常已知的方法从反应混合物中取出。
如上所述的，式(i)化合物可以用作用于生产其他化合物(例如像β-紫罗酮、维生素a或维生素e)的起始材料。
以下实施例用于说明本发明。所有百分比和分数(如果未另外说明)与重量相关并且温度以℃给出。
实施例
离子液体的合成
实施例1：二甲基-乙基-(4-磺基丁基)铵硫酸氢盐([dmeabs][hso4])；化合物式(iva)
首先，在80℃下通过将1,4-丁烷磺内酯(67.48g,496mmol,50.36ml)加入到二甲基乙胺(32.55g,445mmol,48.23ml)于乙腈(150ml)中的溶液中来合成两性离子二甲基-乙基-(4-磺酸基丁基)铵(dmeabs)。然后将反应混合物在80℃下搅拌15h。通过过滤分离所形成的沉淀并且随后用甲苯和乙醚洗涤。最后真空干燥白色固体，以得到呈白色粉末的纯dmeabs。dmeabs的产率是95.35％。
将两性离子dmeabs(40g,191mmol)与硫酸(18.74g,191mmol)混合。在80℃下搅拌2h之后，在中等真空下干燥所形成的[dmeabs][hso4]并且以100％产率获得无色液体。
实施例2：二乙基-(4-磺基丁基)铵硫酸氢盐([deabs][hso4])；式(ivb)化合物
首先，在50℃下通过将1,4-丁烷磺内酯(34.04g,250mmol,25.4ml)加入到二乙胺(18.29g,250mmol,26.12ml)于乙腈(600ml)中的溶液中来合成两性离子二乙基-(4-磺酸基丁基)铵(deabs)。然后将反应混合物在50℃下搅拌15h。通过过滤分离所形成的沉淀并且随后用甲苯和乙醚洗涤。最后真空干燥白色固体，以得到呈白色粉末的纯deabs。deabs的产率是23.41％。
将两性离子deabs(16g,76mmol)与硫酸(7.5g,76mmol)混合。在80℃下搅拌2h之后，在中等真空下干燥所形成的[deabs][hso4]并且以100％产率获得无色液体。
实施例3：二甲基-(4-磺基丁基)铵硫酸氢盐([dmabs][hso4]；式(ivc)化合物
首先，在50℃下通过将1,4-丁烷磺内酯(51.06g,375mmol,38.1ml)加入到二甲胺(乙醇中的33重量％，16.91g,375mmol,25.23ml)于乙腈(900ml)中的溶液中来合成两性离子二甲基-(4-磺酸基丁基)铵(dmabs)。然后将反应混合物在50℃下搅拌15h。通过过滤分离所形成的沉淀并且随后用甲苯和乙醚洗涤。最后真空干燥白色固体，以得到呈白色粉末的纯dmabs。dmabs的产率是76.12％。
将两性离子dmabs(23.07g,127mmol)与硫酸(12.48g,127mmol)混合。在80℃下搅拌2h之后，在中等真空下干燥所形成的[dmabs][hso4]并且以100％产率获得无色液体。
实施例4：乙基-甲基-(4-磺基丁基)铵硫酸氢盐([emabs][hso4]；式(ivd)化合物
首先，在50℃下通过将1,4-丁烷磺内酯(51.06g,375mmol,38.1ml)加入到乙基甲基胺(22.17g,375mmol,32.22ml)于乙腈(900ml)中的溶液中来合成两性离子乙基-甲基-(4-磺酸基丁基)铵(emabs)。然后将反应混合物在50℃下搅拌15h。通过过滤分离所形成的沉淀并且随后用甲苯和乙醚洗涤。最后真空干燥白色固体，以得到呈白色粉末的纯emabs。emabs的产率是17.62％。
将两性离子emabs(11.8g,60mmol)与硫酸(5.93g,60mmol)混合。在80℃下搅拌2h之后，在中等真空下干燥所形成的[emabs][hso4]并且以100％产率获得无色液体。
2,2-二甲氧基丙烷的合成
实施例5：2,2-二甲氧基丙烷的合成
在室温下将8.71g(31.18mmol)的式(ive)离子液体溶解在14.39g(449.04mmol)甲醇中。
将所获得的溶液冷却至-50℃。
之后，加入3.26g(56.16mmol)丙酮并且将反应混合物在-50℃下搅拌30分钟。关闭搅拌器。在5分钟之后，通过1hnmr光谱法分析两相反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml上层产物相进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。使用注射器，对0.2ml下层相进行取样并且将其溶解在氘化水中。通过1hnmr光谱法分析两种样品。2,2-二甲氧基丙烷(dmp)在上层相中的含量是70重量％(3.5g,33.56mmol)。dmp的产率是59.8％。
实施例6：2,2-二甲氧基丙烷的合成
在室温下将11.38g(37.63mmol)的式(ivf)离子液体溶解在4.58g(142.9mmol)甲醇中。
将所获得的溶液冷却至0℃。
之后，加入4.08g(70.32mmol)丙酮并且将反应混合物在650rpm下在0℃下搅拌30分钟。关闭搅拌器。在5分钟之后，通过1hnmr光谱法分析两相反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml上层产物相进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。使用注射器，对0.2ml下层相进行取样并且将其溶解在氘化水中。通过1hnmr光谱法分析两种样品。2,2-二甲氧基丙烷(dmp)在上层相中的含量是33重量％(1.4g,13.42mmol)。dmp的产率是19.1％。
实施例7：2,2-二甲氧基丙烷的合成
在室温下将10g(31.61mmol)的式(ivg)离子液体溶解在2.46g(76.65mmol)甲醇中。
将所获得的溶液冷却至-18℃。
之后，加入1.09g(18.74mmol)丙酮并且将反应混合物在-18℃下搅拌30分钟。关闭搅拌器。在5分钟之后，通过1hnmr光谱法分析两相反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml上层产物相进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。使用注射器，对0.2ml下层相进行取样并且将其溶解在氘化水中。通过1hnmr光谱法分析两种样品。2,2-二甲氧基丙烷(dmp)在上层相中的含量是56重量％(0.57g,5.48mmol)。dmp的产率是29.3％。
比较测试
以下实施例显示根据本发明的方法的出乎意料的且显著的改进(尤其是在与现有技术方法诸如来自fang等(catalysiscommunications8(2007),p.1463–1466)的方法相比时)。
比较测试系列1
表1中的实施例1-4已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将0.32mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是如fang等(catalysiscommunications8(2007),p.1463–1466)所述的和所使用的[tmpsa][hso4])与30mmol甲醇混合(参见表1)。
对于所有实施例均观察到离子液体的沉淀。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表1)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
表1中的实施例5-10已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将0.2mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是如fang等(catalysiscommunications8(2007),p.1463–1466)所述的和所使用的[tmpsa][hso4])与15mmol甲醇混合(参见表1)。
观察到离子液体的沉淀。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表1)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
结果汇总在以下表1中。
表1
实施例3、4和7-10是根据本发明的实施例，当与现有技术实例相比时显示显著提高的产率。
比较测试系列2
表2中的实施例11-14已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将0.32mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是离子液体[tmbsa][hso4](本专利申请的式(ive)离子液体))与30mmol甲醇混合(参见表2)。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表2)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
表2中的实施例15-20已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将0.2mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是离子液体[tmbsa][hso4](本专利申请的式(ive)离子液体))与15mmol甲醇混合(参见表2)。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表2)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
结果汇总在以下表2中。
表2：
实施例13、14和17-20是根据本发明的实施例，当与现有技术实例相比时显示显著提高的产率。
比较测试系列3
表3中的实施例21-24已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将4.46mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是离子液体[tmbsa][hso4](本专利申请的式(ive)离子液体))与30mmol甲醇混合(参见表3)。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表3)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
表3中的实施例25-28已根据以下反应方法进行：
在不同温度下将2.79mmol的以下式的离子液体(所述离子液体是离子液体[tmbsa][hso4](本专利申请的式(ive)离子液体))与15mmol甲醇混合(参见表3)。
之后，加入10mmol丙酮并且将反应混合物在不同温度下搅拌15分钟(参见表3)。关闭搅拌器。通过1hnmr光谱法分析反应体系。使用含有0.2ml吡啶的注射器，对0.2ml反应溶液进行取样并且将其溶解在0.2ml氘代二甲基亚砜中。通过1hnmr光谱法分析样品。
结果汇总在以下表3中。
表3：
由实施例21-28(本发明的所有部分)可以看出，较低温度以及较高摩尔比以及高用量的离子液体对产率具有积极影响。