制备醇的方法

专利名称：制备醇的方法
背景技术：
羰基化合物，如醛，酮，酯或内酯的还原反应是一般制备醇的选择性反应。一般，由于经氢气的催化氢化反应方法的选择性差，分子内具有不饱和基团的化合物，如烯或乙烯碳-碳官能团等羰基官能团的还原反应有些困难。这一点也适合于其限定的立体构型的羰基化合物的还原反应。事实上，采用通常的催化剂如铜铬铁矿，仅仅在高温和高压下，在许多情况下即可引起其它官能团的还原反应，对立体化学进行修饰。
当还原不饱和羰基化合物时，在温和的反应条件下，仅仅氢化铝锂具有对乙醛，丙酮和乙醚的立即还原的作用，而惰性气体通常向着分子内的不饱和碳-碳键。氢硼化物或NaAlH2(OCH2CH2OCH3)2〔Vitride注册商标〕，也用来促进羰基还原，它们对酯有弱的活性。所有这些试剂采用要求的化学计量，但其主要的缺点是对湿性和空气敏感；从而这些试剂非常昂贵并是污染物，有必要开发更加经济和易操作的系统。
值得注意的是，聚甲基-羟基硅烷(Polymethyl-hydroxy-silane，下文简称PMHS)，具有如下通式(CH3)3-SiO(CH3HSiO)nSi(CH3)3n为正数，表示重复单元数目，在锡基催化剂存在下，它能促进乙醛还原成乙醇(Nizsche and Wick，Angew.Chem.1957，69，96 and US Patent 3,061,424)。
Grady和Kuivila(J.Org.Chem.1969，34，2014)和Lipowitz以及Bowman(Aldrichim Acta 1973，6，1 and J.Org.Chem1975 33，162)报道对于还原体系PMHS来说，可用锡催化剂来还原醛和酮，但是不能将酯还原成醇。
美国专利5,220,020记载一种生产乙醇的方法，它将用一硅烷还原剂体系以及如下通式的金属催化剂还原羰基化合物M(L)(L)(L″)toM(L)(L′)(L″)(L)(L′v)(Lv)其中，M是属于3，4，5，或6族的金属，镧系元素或者锕类，而(L’)-(Lv)表示氢，烷基，芳基，甲硅烷基，卤素，或者-OR，-SR，-NR(R’)基团，R和R’为氢，烷基或者芳基。这个体系可用于酯，内脂，酰胺和酰亚胺。
在优选的催化剂里，上述专利提道异丙酸和乙醇钛titane，(IV)盐，以及异丙酸三氯钛trichlorotitane(IV)isopropylate。
最近，Barr，Berk和Buchwald(J.Org.Chem.1994，59，4323)报道由溴化丁基锂或者溴化乙基镁还原的Cp2TiCl2复合物能催化酯还原成相应的醇，并且产率高，但是这种技术要求昂贵的催化剂，这些催化剂很难在工业上大量制造。
技术方案我们发现采用一种经济的方式，大量地生产醇，它通过用聚甲基-羟基硅氧烷氢化物，在能现场或者其它地方从金属盐或者其复合物以及还原剂，制成一种催化剂的存在下，还原例如醛，酮，酯和内酯等羰基衍生物。
本发明方法的优点是使用不昂贵的催化剂，使用时不要求特别的防潮或与空气隔离。本发明之还原体系不会引起反应介质的附聚作用或结块，这些问题正是现有技术中存在的。
本发明的目的在于提供一种生产醇的方法，它经过还原属于醛，酮，酯和内酯类的反应物的羰基，而这些反应物可以含有或不合有除羰基以外的未饱和官能团，其特征是
a.在用金属盐或金属复合物制成的催化剂以及还原剂的存在下，所述的羰基化的作用物(substrate)与化学计量的硅烷剂进行反应，b.用一种碱性制剂水解得到的硅氧烷，以及c.分离所形成的所要求的醇并出纯化之。
具有本发明方法之特征的反应由以下反应式列出 对于乙醛和丙酮， 对于酯和内酯。
具体实施例三烷基硅烷，二烷基硅烷，三烷氧基硅烷或聚甲基-羟基硅烷(PMHS)可被用作硅烷剂(silanic agent)。
因此，优选使用二甲基硅烷，二乙基硅烷，三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷或PMHS。后者的硅烷衍生物由于其有效性和可利用性更为优选。
按照本发明，催化剂可以在反应介质内就地得到，或者由金属盐或通式为MXn表示的复合物分别制成，其中M表示选自锌，镉，镁，钴，铁，铜，镍，钌和钯等过渡金属，X表示阴离子如卤素，羧酸根或者任何阴离子配位体，n为包括1-4的整数。所以，可以使用上述之一种金属的盐酸盐，溴酸盐，碘酸盐，碳酸盐，异氰酸盐，氰酸盐，硫酸盐，磷酸盐，醋酸盐，丙酸盐，2-乙基己酸盐，硬脂酸盐，或者环烷酸盐，它们可以同如氢化物等还原剂反应，以按照本发明的方法生产活性催化剂。
为了这一目的，可以使用如氢化锂，钠或钾等碱性氢化物，或者如镁或钙等碱土金属氢化物。氢化硼如BH3，金属硼氢化物M+BH4(M+＝Li，Na，K)或者M(BH4)2(M＝Mg，Zn，Ca)，烷基硼烷RnBH(4-n)M(R＝alkyl，n＝1-3，M＝碱金属)，烷氧基硼烷(RO)nBH(4-n)M(R＝alkyl，n＝1-3，M＝碱金属)，氢化氯AlH3，AlHnR3-n(R＝alkyl)，MAlH4(M＝Li，Na，K)，MAlHn(OR)4-n(M＝Li，Na，K)，通式为RMgX(R＝alkyl，X＝Cl，Br，I)的有机镁化合物，有机锂化合物RLi(R＝alkyl，例如C1-C4或者芳基)。
我们观察到，特别是在现场以外制备催化剂时，把由金属盐和还原剂的催化体系加入配位体能够复合形成的金属氢化物，因此，可以在有机项中较好的溶解所述的氢化物。作为配位体，如甲氧基乙醇等醇醚，或者如二甲基氨基甲醇，二乙醇胺或三乙醇胺等醇胺可被加以利用。
根据本发明实施方案，经过在一惰性有机溶剂内，例如甲苯，四氢呋喃或者异丙基醚，或者一个当量的二乙基己酸锌等与两当量的Vitride(注册商标)与一个当量的二甲基氨基乙醇反应，能够制成稳定的均匀的催化剂溶液。该反应的特征是释放氢气，一旦这种释放完成后，可获得一种均匀浓缩液，储藏后可用于本发明的方法。
(金属盐+还原剂)体系的浓度以金属的相对于作用物的molar％表示，通常为0.1-10％，优选的是1-5％。
另一方面，催化剂与金属的摩尔比介于1-2。当在现场制备催化体系时，经选择的金属衍生物与还原剂在适当的溶剂中反应。形成的氢气完全释放后，要还原的羰基化作用物将被引人，而且把硅烷剂加入溶液中。
对于酯或内酯的还原反应典型的PMHS的消耗量将为两个当量，一个当量为还原乙醛或丙酮。还原反应生成的醇用得到的硅氧烷水解可以分离出来，采用反应介质与碱性剂如氢氧化钠，氢氧化钾，氧化钙或者碳酸钙的水溶液或纯溶液的反应完成这种水解。碱与PMHS的比例为1-2摩尔当量。一旦水解完成，可见形成两个相。有机相内的所要的醇经简单的蒸发溶剂可以得到，也可能在随后的纯化蒸馏中得到一些残余物。
如上所述，本发明方法的优点之一是，它不会产生任何结块，并可能在相当浓缩的溶液内没有溶剂也可以进行操作。然而，为了更好的控制反应温度，我们还是选择用溶剂操作之。
作为适当的溶剂，例如甲基叔丁基醚，二异丙基醚，二氧杂环己烷，四氢呋喃，1，2-亚乙基二醇二甲基醚等醚。也可以使用如己烷，石油醚，辛烷，环己烷的脂族烃或者苯，甲苯，二甲苯，三甲基苯的芳香烃。
如上所述，本发明之方法允许各种羰基化合物还原。这些化合物除了羰基以外可以为饱和的或者未饱和的，例如烯属的，炔属的官能团或者腈基，腈基几乎不受还原反应的影响。
作为醛作用物，丁醛，戊醛，己醛，庚醛，辛醛，癸醛，十二醛，不管是线性的或分支的形式都可使用还原成相应的未饱和醇，其它可以接受的未饱和醛为异丁烯醛，丁烯醛，prenal，柠檬醛，视黄醛，樟脑醛，肉桂醛，己基肉桂醛，甲酰蒎烷。
也可以将芳香醛很容易地还原为相应的醇，这些芳香醛如苯甲醛，枯醛，香兰素，水杨醛，也容易被还原成相应的醇。
根据本发明之方法内的硅烷还原剂还原的饱和或未饱和酮的实例非限定性地包括，己-2-酮，辛-2-酮，任-四-酮，十二-2-酮，丙烯基酮，异亚丙基丙酮，乙酰苯，环戊酮，环己酮，环十二酮，环己-1-3-酮，异佛尔酮，香芹酮和樟脑。
根据本发明之方法内的硅烷还原剂还原的酯或内酯的实例非限定性地包括乙酸酯，丙酸酯，丁酸酯，异丁酸酯，烷基或芳基苯甲酸酯，丙烯酸酯，烷基或芳基丁烯酸酯，烷基肉桂酸酯，甲基顺-3-己酸酯，山梨酸甲酯，水杨酸甲基酯，10-碳炔酸甲基酯，油酸甲基酯，亚油酸甲基酯，或者任何一种天然脂肪酸酯，己内酯，丁内酯，十二内酯，双烯酮和sclareolide的混合物。
按本发明之方法能还原的酯也包括如那些构成植物或动物油脂的脂肪酸的甘油三酯。当还原混合的来自脂肪酸的甘油三酯，按照下列反应式同时可以得到相应的饱和或未饱和的醇 取代基R1，R2和R3通常为相同或不同的具有1-20个碳原子的烃基(hydrocarbon rests)。当这些烃基表示确定结构的未饱和烯烃时，得到的醇将防止相同的立体化学。所以，在丰富的亚油酸的油脂，如亚麻子油将被转化成富含油酸或油酸醇的混合物，而在催化剂的存在下，常规的高温高压对蔬菜油的氢气氢解将修饰双键立体化学以及在相应醇内的位置。
三油酸甘油酯，花生油，葵花子油，大豆油，橄榄油，菜籽油，芝麻油，亚麻子油，棉籽油，椰子油，葡萄子油，椰油，和棕榈油等可用做能用本发明方法的还原的甘油三酯。
反应温度是变化的，根据反应物的反应活性为0-150摄氏度。通常，我们使用50-110摄氏度。
以下结合实施例说明本发明，其中表示出的温度均为摄氏度，产率为摩尔％，所用的缩写均为本领域常用词。
醛的还原实施例1反式-己烯-2-醛-1 将50克异丙醚，1.5克固体硼氢化钠(0.04摩尔)装入1升的三颈瓶，然后再装入11.3克的2-乙基己酸锌(0.04摩尔)搅拌混合物15分钟，至氢气释放完毕，然后导入196克(2摩尔)反式己-2-1-醛，回流反应，然后两小时后导入147克PMHS(2.3摩尔)。另外搅拌反应两小时直至GC控制显示所有的反应物消失。冷却该混合物至20摄氏度，加入100克水，然后慢慢地加入460克30％氢氧化钠水溶液，不使得反应混合物的温度上升超过40度。
倾析混合物分离含硅酸钠的水溶液，然后用100毫升饱和盐水洗涤有机相，再用50克30％乙酸水溶液洗之。蒸发溶剂，得211克残余物，蒸馏残余物得纯度大于95％的，188克反式己-2-1-醇。
实施例2-13用这些实施例说明催化体系溶剂在用PMHS还原反式己-2-烯-1-醛(hex-2-en-1-al)成反式己-3-烯-1-醇(hex-3-en-1-ol)时的影响。重复实施例1的方法但计量比其低10倍。装入溶剂，锌盐(比反应物2％摩尔)，还原剂(2％摩尔)，然后再装入反式己-2-烯-1-醛。将1.1当量的PMHS一小时后加入混合物，回流反应至消耗所有反应物。然后用30％氢氧化钠水解，按实施例1的方法回收形成的醇。在还原己-2-烯-1-醛过程中可以看到，大多数的锌盐(ZnCl2，Zn(2-ethyl-hexanoate)2，ZnBr2，ZnEt2)与还原剂(LiH，NaH，NaBH4，LiAlH4，Vitride注册商标)是具有活性的。我们还未观察到，形成的醇有异构现象，也没有形成刺激产物。<
1)Vitride＝NaAlH2(OCH2CH2OMe)2
实施例14-27这些实施例，说明将大量的醛选择性地还原为相应的醇的可能性，而不必修饰起始分子的立体化学结构。
如实施例1所述的方式，在反应器内装入10毫升异丙基醚，然后加入4毫摩尔2-乙基己酸锌，再加入4毫摩尔NaBH4，最后加入0.2摩尔要还原的反应物。然后在1小时后，在回流反应物的情况下导入0.22摩尔的PMHS。当该反应物消失时，用30％的氢氧化钠水溶液水解反应介质，按实施例1的方法分离得到的醇。 1)使用的柠檬醛为香叶醛和橙花醛的50-50的混合物。
酮的还原实施例28 在1升的三颈瓶内装入50克异丙基醚，5克15％甲苯溶液(0.01摩尔)内的LiAlH4，然后再装入1.36克氯化锌(0.01摩尔)，搅拌15分钟直至氢气释放完毕。加入110克(0.5摩尔)3，3-二甲基-5-(2，2，3-三甲基-环戊-3-烯-1-基)-戊-4-烯-2酮(分子式1所示)，将反应介质回流。一小时后导入36克PMHS(0.55摩尔)。搅拌反应另外两小时，至GC控制表示所有反应物消失。将反应物冷却至20度，慢慢加入85克45％氢氧化钾水溶液，使反应温度上升不超过40度，搅拌反应一小时。
倾析反应物，分离含硅酸钠的水相，用100毫升水洗涤有机相。蒸发溶剂，得116克产物，蒸馏残余物得纯度大于98％的，105克3，3-二甲基-5-(2，2，3-三甲基-环戊-3-烯-1-基)-戊-4-烯-2-醇(如上述分子式2)，产率为95％摩尔。
实施例29-37将50毫升异丙基醚装入250毫升三颈瓶内然后加入0.4克固体硼氢化钠(10毫摩尔)以及10毫摩尔金属盐或金属复合物，其性质如表所示。使混合物在回流状态下反应30分钟至释放氢气终止，然后加入50克环己-1-烯-3酮(cyclohex-1-en-3-one)(0.57摩尔)。30分钟后，在反应混合物内再加入37.2克PMHS(0.57摩尔)，用GC控制反应过程，用100克30％重量氢氧化钠水溶液水解反应介质，按上述实施例的方法分馏回收形成的产物。
实施例38-47与实施例28的方法相同，操作使用异丙基醚68度回流反应，但是使用2％摩尔二乙基己酸锌和2％摩尔的NaBH4的混合物作为催化剂，用0.5摩尔的酮反应物，它被0.55摩尔PMHS还原。当反应物消失时用0.7摩尔45％氢氧化钾水溶液完成水解。倾析蒸发溶剂后再对得到的醇分馏，实验结果如表所示。在所有的例子中，选择性的完成了还原反应，产率高，没有对起始分子的立体化学结构产生修饰。
酯和内酯的还原实施例48 将50克异丙基酯，0.7克NaBH4(0.018摩尔)，1.26克2-乙基己酸锌(0.018摩尔)装入1升的三颈瓶内，搅拌15分钟，直至氢气释放终止。然后，加入120克.(0.6摩尔)的10-十一碳烯酸甲酯，回流反应介质。然后1小时后加入90克PMHS(1.38摩尔)。在68摄氏度回流搅拌反应物另外2小时，直至GC控制显示所有反应物消失。把混合物冷却至20度，然后在剧烈搅拌下慢慢加入300克30％的氢氧化甲酸钾(methanolic potassiumhydroxide)，搅拌1小时。
然后加入600毫升的水，倾析得到的混合物。分馏含硅酸钾的水相，再用100毫升水洗涤有机相。蒸发溶剂，得104克产物，分馏残余物得96克10-十一碳烯酸，其纯度为98％(产率为94％摩尔)。
实施例49-61按实施例48的方法在(68度)回流操作异丙基酯，以相对于反应物2％摩尔的2-乙基-己酸锌和2％摩尔的NaBH4的混合物作为催化剂。使用0.5摩尔的酯或内酯，用1.2摩尔PMHS还原之。当反应物消失时，用1.7摩尔的45％氢氧化钾醇(alcoholicpotassium hyoxide)完成水解。倾析和蒸发溶剂后，蒸馏得到的醇。表内实验结果表示在任何情况下，酯和内酯的还原反应都有高选择性，产率高，无对起始分子立体化学机构的修饰。
甘油三酯的还原实施例62将400克甲苯装入1升的三颈瓶内，然后再加入1.2克的硼氢化钠和11克的2-乙基己酸锌。在30分钟内加热混合物至80度，直至氢气释放终止。然后加入200克三油酸甘油酯，随后2小时后，加入130克PMHS，同时在110度下保持该溶液，即甲苯的回流温度。搅拌反应另外4小时，直至GC用30％氢氧化甲酸钾水解的样品分析表示形成的油酸醇的量不再增加。
然后把反应混合物倒入450克30％氢氧化甲酸钾溶液，使温度保持40度以下，使反应继续进行另外1小时。然后，向溶液中加入400毫升水，使后者倾析。分离有机相，蒸发甲苯，然后200-250度下真空(1mmHg)蒸馏纯度为96％的185克，由油酸醇(Z-9-octadecen-1-ol)组成的产物。
实施例63重复实施例62所示的方法，不同的只是采用200克花生油。蒸馏得120克14％1-十六烷醇，55％的油酸醇和17％亚酸醇(Z，Z-9，12-十八二胺-1-醇)的混合物。
实施例64重复实施例62所示的方法，不同的只是采用200克葵花子油。经蒸馏得110克12％1-十六烷醇，35％油酸醇和40％亚油酸醇(Z，Z-9，12-十八二胺-1-醇)的混合物。
实施例65重复实施例62所示的方法，不同的只是采用200克亚麻子油。经蒸馏得110克15％1-十六烷醇，18％油酸醇和17％亚油酸醇(Z，Z-9，12-十八二胺-1-醇)以及52％的亚油酸醇(Z，Z，Z，-9，12，15，十八三胺-1-醇)的混合物。
实施例66重复实施例62所示的方法，不同的只是采用200克菜籽油。经蒸馏得110克58％油酸醇和20％亚油酸醇(Z，Z-9，12-十八二胺-1-醇)以及8％的亚油酸醇(Z，Z，Z，-9，12，15，十八三胺-1-醇)的混合物。
权利要求
1.制备醇的方法，它经过还原属于醛，酮，酯和内酯类的反应物的羰基，而这些反应物可以含有或不含有除羰基以外的未饱和官能团，其特征是a.在用金属盐或金属复合物制成的催化剂以及还原剂的存在下，所述的羰基化的反应物(substrate)与化学计量的硅烷剂(silanic agent)进行反应，b.用一种碱性试剂水解得到的硅氧烷，以及c.分离并纯化如此形成的所要求的醇。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的硅烷剂选自三烷基硅烷，二烷基硅烷，三烷氧基硅烷或聚甲基-羟基硅烷(PMHS)可被用作硅烷剂。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的的催化剂是在反应介质内就地形成或者经还原剂处理金属衍生物在反应介质外形成的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的金属衍生物为由金属盐或通式为MXn表示的金属复合物，其中M表示选自锌，镉，镁，钴，铁，铜，镍，钌和钯的过渡金属，X表示阴离子如卤素，羧酸根或者任何阴离子配位体，n为包括1-4的整数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征是所述的采用锌盐选自盐酸锌，溴酸锌，碘酸锌，碳酸锌，异氰酸锌，氰酸锌，硫酸锌，磷酸锌，醋酸锌，丙酸锌，2-乙基己酸锌，硬脂酸锌，或者环烷酸锌。
6.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的还原剂选自锂，钠或钾氢化物，碱土金属氢化物，氢化硼，金属硼氢化物，烷基硼烷，烷氧基硼烷，铝氢化物，有机镁化合物或者有机锂化合物。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是向反应介质内加入形成金属氢化物复合剂。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是所述复合剂为醚醇或者胺醇。
9.如权利要求1或6所述的方法，其特征是“硅烷剂/金属氢化物”体系的浓度用金属与反应物的摩尔百分比表示，为0.1-10％。
10.如权利要求1所述的方法，其特征是用苛性钠，氢氧化钾，石灰或碳酸氢钠处理反应混合物进行还原后得到的硅氧烷的水解。
11.如权利要求1所述的方法，其特征是在选自醚或脂族或芳香族烃的惰性有机溶剂内进行还原反应。
12.如权利要求1所述的方法，其特征是还原反应的温度为50-110摄氏度。
13.如前述任何一项权利要求所述的方法，其特征是还原3-甲基-环戊基-1，5-二酮，得到3-甲基-环戊基-dec-4(5)-en-酮(3-methyl-cyclopenta-dec-4(5)-en-1-one)。
14.如权利要求1-12中任何一项权利要求所述的方法，其特征是还原3，3-二甲基-5-(2，2，3-三甲基-环戊基-3-烯-1-基)-戊-4-烯-2-酮(3，3-dimethyl-5-(2，2，3-trimethyl-cylopent-3-en-1-yl)-pent-4-en-2-one)成为3，3-二甲基-5-(2，2，3-三甲基-环戊基-3-烯-1-基)-戊-4-烯-2-醇(3，3-dimethyl-5-(2，2，3-trimethyl-cylopent-3-en-1-yl)-pent-4-en-2-ol。
15.如权利要求1-12中任何一项权利要求所述的方法，其特征是将反式-己-2-烯-1-醛(trans-hex-2-en-1-al)还原成反式-己-2-烯-1-醇(trans-hex-2-en-1-ol)。
16.如权利要求1-12中任何一项权利要求所述的方法，其特征是还原出的脂肪酸甘油三酯的通式为 其中，R1，R2和R3通常为相同或不同的具有1-20个碳原子的烃基(hydrocarbon rests)，得到其相应的醇的通式为R1CH2OH，R2CH2OH，R3CH2OH。
17.如权利要求16所述的方法，其特征是使用的植物油为脂肪酸的甘油三酯。
18.如权利要求17所述的方法，其特征是所述的植物油选自三油酸甘油酯，花生油，葵花予油，大豆油，橄榄油，菜籽油，芝麻油，亚麻子油，棉籽油，椰子油(copra oil)，葡萄子油，椰油(coconut oil)，和棕榈油。
全文摘要
本发明涉及一种制备醇的方法，它经过还原属于醛，酮，酯和内酯类的反应物的羰基，而这些反应物可以含有或不含有除羰基以外的未饱和官能团，其特征是a.在用金属盐或金属复合物制成的催化剂以及还原剂的存在下，所述的羰基化的反应物(substrate)与化学计量的硅烷剂(silanic agent)进行反应，b.用一种碱性试剂水解得到的硅氧烷，以及c.分离并纯化如此形成的所要求的醇。
文档编号C07C29/136GK1137264SQ95191067
公开日1996年12月4日 申请日期1995年10月6日 优先权日1994年10月19日
发明者雨贝尔·米穆 申请人:弗门尼舍有限公司