专利名称：一种合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法。
背景技术：
氧代羧酸具有如式1的结构式，其中R是一个含有1到8个碳原子的取代基，X是1或2。这类酮酸是能作为烟用香料，并且是合成类固醇的中间体，英国专利GBP1053600对此进行了一系列的研究。英国专利GBP1081234还提出了该类酮酸也可作为表面活性剂。
式1 式2文献已有报道较多方法用于制备酮酸，如水解炔酯得到相应的酮酸，另外如以臭氧O3或三氧化铬CrO3氧化α，β-不饱和酮或相应的醇酸以制备酮酸，参照专利JP68/22575，USP4126748，USP2848480，USP1715654，USP3719706。其中USP4612391报道将α，β-不饱和环酮以臭氧O3氧化，得到少一个碳原子酮代酸。USP5103047以CrO3-H2SO4体系作氧化剂氧化内酯，得到相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸，结构式如式2所示。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种制备简单方便，成本低廉，对环境友好的合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法。
本发明的目的是通下述方式实现的将γ-内酯或δ-内酯在碱金属氢氧化物水溶液中加热皂化，皂化反应完成后，将皂化产物冷却，加入次氯酸盐，调节溶液的pH值为7.5-10，继续冷却，搅拌一定时间，再进行酸化处理即得到游离的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸。
皂化产物冷却温度及加入次氯酸盐的反应温度均不高于50℃。较佳的选择是不高于15℃。
在加入次氯酸盐前先用酸中和过量的碱金属氢氧化物，接着加入次氯酸盐，再用碳酸氢盐溶液调节pH为7.5-10。而调节pH为8-9为较佳。
所述的γ-内酯或δ-内酯的结构式为 其中x为1或者2，R是一个含有1到8个碳原子的烷基。
所述的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的结构式为
其中x为1或者2，R是一个含有为1到8个碳原子的烷基。
本发明较佳的制备方法为将γ-内酯或δ-内酯和过量的碱金属氢氧化物(如NaOH)置于相当于内酯20～30倍体积的水中，搅拌，加热皂化，皂化产物冷却到温度不高于15℃，加入稀酸中和过量的碱金属氢氧化物，加入次氯酸盐(如NaClO)，用碱金属碳酸氢盐(如NaHCO3)调节反应体系的酸碱度，直到溶液pH是8～9，搅拌数小时，再加入稀酸酸化，继续搅拌，使4-氧代羧酸和5-氧代羧酸游离出来。
若生成的酮酸为固体则过滤得到4-氧代羧酸或5-氧代羧酸产物，母液以有机溶剂萃取回收残留产物及未反应的内酯原料。若生成的酮酸为液体则以有机溶剂萃取得到粗产物，经蒸馏或其它常规分离方法分离得到目标产物，并回收未反应的原料。
本发明合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸是以γ-内酯或δ-内酯为原料，主要是因为现在这两类内酯便宜易得，因为合成γ-内酯或δ-内酯的原料是资源丰富的石油化工和煤化工的产物烯烃。在以上文献所报道的方法中，凡涉及到以γ-内酯或δ-内酯为原料合成相应的4-氧代羧酸和5-氧代羧酸时，都有较大的缺点。一方面，要么是多步反应，产物分离比较困难。而本发明的合成方法，γ-内酯或δ-内酯皂化反应后无需对产物进行后处理，直接加入氧化剂进行氧化反应，大大简化了分离步骤，相当于一步反应；另一方面，以往文献及专利报道的合成4-氧代羧酸和5-氧代羧酸方法中多以铬氧化物或铬盐等污染环境的物质为氧化剂，产生严重污染。而本发明中使用的氧化剂次氯酸盐如NaClO，为漂白粉的主要有效成分，不会污染环境，该方法属于环境友好的绿色合成方法。
本发明具有制备简单方便且产物分离方便，成本低廉，对环境友好的，合成效率高的特点。
具体实施例方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1合成4-氧代己酸γ-己内酯1.71g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴冷却到15℃。加入适量的稀盐酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)40ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到8-9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的油状液体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代己酸的转化率为38％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，冰冻结晶。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z55(35.68)，57(100)，73(26.01)，75(1.26)，83(2.19)，85(5.85)，101(79.23)，112(5.16)，114(0.26)，116(0.26)，130(M+，1.08)。
实施例2合成4-氧代辛酸γ-辛内酯2.13g，KOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴却到10℃。加入适量的稀硫酸中和部分的KOH，加入适量Ca(ClO)2，再加入过量的KHCO3调节pH到8～9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在10℃)，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代辛酸的转化率为82.1％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。
正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数m/z 55(45.25)，57(100)，70(7.98)，71(3.47)，73(26.34)，85(69.43)，98(63.27)，99(4.71)，101(59.93)，111(7.94)，116(43.41)，129(0.52)，130(0.52)，141(2.38)，158(M+，0.12)。
实施例3合成4-氧代壬酸γ-壬内酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴却到12℃。加入适量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到8-9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在12℃)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代壬酸的转化率为90％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(71.62)，69(7.94)，71(36.33)，73(19.66)，83(16.62)，85(4.83)，98(100)，99(57.01)，101(56.99)，102(2.49)，111(62.6)，112(10.01)，116(48.39)，125(7.65)154(11.28)，155(3.48)，170(M+，＜0.01)。
实施例4合成4-氧代葵酸γ-葵内酯2.55g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴冷却到5℃。加入适量的稀磷酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到8～9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在5℃)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代葵酸的转化率为85.6％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(58.11)，57(20.03)，69(6.14)，70(11.06)，73(22.7)，81(1.52)，85(25.56)，95(4.8)，98(100)，99(11.33)，101(53.24)，111(18.05)，113(42.84)，116(49.53)，125(2.89)，129(3.02)，139(1.14)，168(1.27)，186(M+，0.87)。
实施例5合成4-氧代十一酸γ-十一内酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冷却到20℃。加入适量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到9.5，水浴条件下保持温度为35℃搅拌5h，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代十一酸的转化率66％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至20℃，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 53(4.54)，55(47.59)，57(96.71)，67(6.39)，73(18.94)，83(6.26)，98(100)，99(6.25)，101(43.91)，111(19.05)，116(51.57)，122(2.30)，127(32.55)，139(1.48)，153(0.85)158(0.55)，171(0.11)，182(0.82)，200(M+，1.11)。
实施例6合成4-氧代十一酸γ-十一内酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴冷却到25℃。加入适量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到7.6，水浴条件下保持温度为45℃搅拌5h，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代十一酸的转化率42％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 53(4.54)，55(47.59)，57(96.71)，67(6.39)，73(18.94)，83(6.26)，98(100)，99(6.25)，101(43.91)，111(19.05)，116(51.57)，122(2.30)，127(32.55)，139(1.48)，153(0.85)158(0.55)，171(0.11)，182(0.82)，200(M+，1.11)。
实施例7合成5-氧代辛酸δ-辛内酯2.13g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴冷却到15℃。加入适量的稀硫酸中和部分的NaOH，加入NaClO溶液(有效氯大于10％)35ml，再加入过量的KHCO3调节pH到8～9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃)，加入过量的稀硫酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代十一酸的转化率为92％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(24.11)，71(100)，83(6.08)，87(61.88)，97(7.88)，112(7.46)，115(38.46)，130(12.83)，140(7.12)，158(M+，2.01)。
实施例8合成5-氧代壬酸δ-壬内酯2.34g，NaOH 2.5g加入到35ml的水中，磁力搅拌，加热皂化，冰浴冷却到15℃。加入适量的稀盐酸中和部分的NaOH，加入Ca(ClO)2溶液(有效氯大于10％)40ml，再加入过量的NaHCO3调节pH到8～9，在冰浴下搅拌5h(保持温度在15℃)，加入过量的稀盐酸酸化反应后的溶液至pH为1，继续搅拌0.5h，直到整个的溶液和浮在水面上的固体由淡绿色变成了无色。乙醚40ml*4萃取，合并乙醚层，加入无水Na2SO4干燥，取样GC/MS检测，4-氧代十二酸的转化率为83.6％。
将萃取后的乙醚溶液减压旋转蒸发后，放置在空气中冷却至室温，结晶。正己烷重结晶，得到白色针状晶体。IR和质谱数据证实了产物的结构。V(C＝O)1701cm-1.主要质谱数据为m/z 55(34.39)，57(100)，71(6.08)，84(33.72)，85(82.03)，87(61)，97(9.62)，112(37.52)，115(34.11)，116(2.09)，125(2.92)，130(37.73)，155(1.28)，170(M+，＜0.01)。
权利要求
1.一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于将γ-内酯或δ-内酯在碱金属氢氧化物水溶液中加热皂化，皂化反应完成后，将皂化产物冷却，加入次氯酸盐，调节溶液的pH值为7.5-10，继续冷却，搅拌一定时间，再进行酸化处理即得到游离的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸。
2.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于皂化产物冷却温度及加入次氯酸盐的反应温度均不高于50℃。
3.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于皂化产物冷却温度及加入次氯酸盐的反应温度均不高于15℃。
4.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于在加入次氯酸盐前先用酸中和过量的碱金属氢氧化物，接着加入次氯酸盐，再用碳酸氢盐溶液调节pH为7.5-10。
5.根据权利要求1或4所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于调节pH为8-9。
6.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于所述的γ-内酯或δ-内酯的结构式为 其中x为1或者2，R是一个含有1到8个碳原子的烷基。
7.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于所述的4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的结构式为 其中x为1或者2，R是一个含有为1到8个碳原子的烷基。
8.根据权利要求1所述的一种合成4-氧代羧酸或5-氧代羧酸的方法，其特征在于将γ-内酯或δ-内酯和过量的碱金属氢氧化物置于相当于内酯20～30倍体积的水中，搅拌，加热皂化，皂化产物冷却到温度不高于15℃，加入稀酸中和过量的碱金属氢氧化物，加入次氯酸盐，用碱金属碳酸氢盐调节反应体系的酸碱度，直到溶液pH是8～9，搅拌数小时，再加入稀酸酸化，继续搅拌，使4-氧代羧酸和5-氧代羧酸游离出来。
全文摘要
一种合成4－氧代羧酸或5－氧代羧酸的方法，将γ－内酯或δ－内酯在碱金属氢氧化物水溶液中加热皂化，皂化反应完成后，将皂化产物冷却，加入次氯酸盐，调节溶液的pH值为7.5－10，继续冷却，搅拌一定时间，再进行酸化处理即得到游离的4－氧代羧酸或5－氧代羧酸。本发明具有制备简单方便且产物分离方便，成本低廉，对环境友好的，合成效率高特点。
文档编号C07C51/09GK1887844SQ20061003200
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者杨华武, 陈勇, 银董红, 黎艳玲, 谭新良, 刘建福, 陈雄, 赵瑜 申请人:长沙卷烟厂