專利名稱：α,β不飽和腈加成產(chǎn)物的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不飽和腈加成產(chǎn)物的制備方法，更具體地涉及α，β不飽和腈與活潑亞甲基化合物的加成產(chǎn)物的制備方法。
背景技術(shù)：
由于在雙鍵碳上連有-CN鍵，α，β不飽和腈類雙鍵上的電子云密度降低，因而更容易發(fā)生親核加成和自由基加成反應(yīng)。α，β不飽和腈加成產(chǎn)物種類繁多，廣泛用作合成纖維、塑料、涂料、膠粘劑、表面活性劑和醫(yī)藥原料等等。例如，丙烯腈與丁二烯、苯乙烯的三元共聚物是一種很好的工程塑料，簡稱ABS樹脂；不飽和腈與醇類加成得到的氰基醚類化合物是重要的香料；α，β不飽和腈與活潑亞甲基類化合物的加成產(chǎn)物，如(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸，是重要的藥物中間體。
α，β不飽和腈與活潑亞甲基化合物的反應(yīng)是典型的邁克爾加成(Michaeladdition)反應(yīng)。反應(yīng)式如下(其中A和A′均為吸電子基)，該反應(yīng)通常在堿催化作用下進行。
由于邁克爾親核亞甲基加成反應(yīng)是可逆的，因此所用催化劑、溫度及其它反應(yīng)條件對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率有很大的影響。迄今為止，大量文獻就該反應(yīng)體系所用的催化劑進行了討論，但現(xiàn)有催化反應(yīng)體系或多或少存在催化劑復(fù)雜及反應(yīng)轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物收率較低的問題。
在Izv.Akad.Navk SSSR.Ser Khim，5，1210-1211，1980；Izv.Akad.NavkSSSR.Ser Khim，5，1107-1112，1982和Uzb.Khim.Zh.，5，77-9，1990中提出以羰基鐵、碘、溴和三(二甲胺基)磷酰及Al-Ni-Ti-Mo的復(fù)雜體系為催化劑，從丙烯腈制備(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸，但只能得到55-59.7％的收率。
宋文艷等在“丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯的氰乙基化反應(yīng)”，《廈門大學(xué)學(xué)報》1988年第27卷第4期470-472頁中公開了以碳酸鉀為催化劑，乙酸乙酯為溶劑，丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯為原料制備丙烯腈加成產(chǎn)物的方法，其產(chǎn)物收率分別為78～83％和57％。
美國專利第5,319,125號公開了以吡咯烷和少量酸為催化劑，從環(huán)戊酮和α，β不飽和腈制備2-(2-氰乙基)-環(huán)戊酮的方法，該方法的腈轉(zhuǎn)化率可達97％，產(chǎn)物收率達85-89％。
《山東大學(xué)學(xué)報》第39卷第3期公開了以納米KF/Al2O3為催化劑，從丙烯腈制備(2-氰乙基)-丙二酸二乙酸的方法，其收率只能達到88.3％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高轉(zhuǎn)化率、高收率的制備α，β不飽和腈加成產(chǎn)物的方法。
本發(fā)明涉及通式(I)化合物的制備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)化合物與通式(III)化合物反應(yīng)。
其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基；R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
在本發(fā)明一優(yōu)選實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、CONH2、CN、NO2、SOR6和SO2R6基團，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基。更優(yōu)選地，R1和R2獨立地為COR6、COOR6、CN或NO2。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實施方案中，R3和R4獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環(huán)烷基或C6-C10芳基，更優(yōu)選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實施方案中，R5為氫、C1-C6烷基、C3-C6環(huán)烷基、C6-C20芳基或諸如COR6、COOR6、CN或NO2的吸電子基，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基，更優(yōu)選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述金屬醇鹽為堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽，如Li、Na、K、Mg或Ca的醇鹽，更優(yōu)選為堿土金屬醇鹽。乙醇鎂在本發(fā)明中為最優(yōu)選的催化劑。
在進一步優(yōu)選的實施方案中，形成所述金屬醇鹽的醇為低級醇。
在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，可使用惰性溶劑如苯、乙醚作為溶劑，更優(yōu)選以極性有機溶劑如乙酸乙酯、二噁烷和醇作為溶劑，特別優(yōu)選以C1-C6烷醇為溶劑。
優(yōu)選地，本發(fā)明反應(yīng)在室溫到100℃或所用溶劑沸點的溫度條件下進行。更優(yōu)選地，所述反應(yīng)溫度為約40℃到80℃或所用溶劑的沸點，進一步優(yōu)選為約50-60℃。
使用本發(fā)明方法，可提高α，β不飽和腈加成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率。并且，本發(fā)明方法所用的催化體系相對簡單并且廉價，可使用常規(guī)原料現(xiàn)場配制。
具體實施例方式
如上所述，本發(fā)明涉及通式(I)所示的α，β不飽和腈加成產(chǎn)物的制備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)所示的活潑亞甲基化合物與通式(III)所示的α，β不飽和腈反應(yīng)。
其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基；
R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
本文所用的術(shù)語“吸電子基”指可使臨近碳原子上的電子云向其偏移，從而使相鄰碳原子上的電子云密度降低的基團，包括但不限于NO2、CN、SO3H、CHO、COOH、COR、CONH2、COOR、Cl、Br、OR、SR、SOR、SO2R基團。更優(yōu)選地，所述吸電子基為NO2、CN、CHO、COOH、COR、CONH2、COOR、SOR和SO2R，進一步優(yōu)選為NO2、CN、CHO、COOH、COR和COOR。
本發(fā)明所述“烷基”通常指直鏈或支鏈的飽和脂肪烴基，優(yōu)選為C1-C8烷基，更優(yōu)選為C1-C6烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基等等?？紤]到空間位阻對反應(yīng)的影響，本發(fā)明所述烷基優(yōu)選為直鏈烷基，如甲基、乙基、正丙基等等。
本發(fā)明所述“環(huán)烷基”通常指飽和的脂環(huán)烴基，優(yōu)選為C3-C8環(huán)烷基，更優(yōu)選為C3-C6環(huán)烷基，例如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基和環(huán)己基。
本發(fā)明所述“芳基”指芳香族烴基，優(yōu)選為C6-C20芳基，更優(yōu)選為C6-C10芳基，例如苯基和萘基，更優(yōu)選為苯基。
本發(fā)明所述“低級醇”指含1-8個碳原子的醇，更優(yōu)選為C1-C6烷醇，例如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等等。
在本發(fā)明一優(yōu)選實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、CONH2、CN、NO2、SOR6和SO2R6，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基。
在進一步優(yōu)選的實施方案中，R1和R2獨立地選自COR6、COOR6、NO2和CN，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基。更優(yōu)選地，每一R6獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環(huán)烷基或C6-C10芳基，進一步優(yōu)選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實施方案中，R3和R4獨立地為氫、C1-C6烷基、C3-C6環(huán)烷基或C6-C10芳基，更優(yōu)選為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發(fā)明再一優(yōu)選實施方案中，R5為氫、C1-C6烷基、C3-C6環(huán)烷基、C6-C20芳基或COR6、COOR6、NO2或CN基團，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基。更優(yōu)選地，R5為氫、C1-C6烷基或苯基。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所用催化劑為堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽，如Li、Na、K、Mg或Ca的醇鹽。但由于堿金屬過于活潑，其保存及與醇的反應(yīng)均不易控制，因此更優(yōu)選堿土金屬醇鹽，特別優(yōu)選醇鎂。形成所述醇鹽的醇優(yōu)選為低級醇，更優(yōu)選為C1-C6烷醇，例如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。
在本發(fā)明一優(yōu)選實施方案中，使用醇作為溶劑。更優(yōu)選所述醇與形成所述金屬醇鹽的醇相同。所用溶劑的量與式(III)化合物用量的摩爾比優(yōu)選為3～5∶1。當(dāng)然，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以理解，也可使用更大量的溶劑來進行反應(yīng)。
由于本發(fā)明的加成反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度較低時升高溫度有利于加快反應(yīng)速度，但當(dāng)溫度達到一定程度時，繼續(xù)升高溫度產(chǎn)物收率反而降低。因此，本發(fā)明所用的反應(yīng)溫度優(yōu)選為室溫到100℃或所用溶劑的沸點。更優(yōu)選地，本發(fā)明的反應(yīng)溫度為約40℃到80℃或所用溶劑沸點，進一步優(yōu)選為約50-60℃。
本發(fā)明方法中，對式(II)化合物與式(III)化合物的摩爾比沒有嚴格的要求，但為了減少式(I)所示的加成產(chǎn)物與式(III)化合物進一步加成形成二次加成產(chǎn)物，優(yōu)選式(II)化合物與式(III)化合物的摩爾比大于1∶1，更優(yōu)選為約2∶1。
本發(fā)明方法中，催化劑用量對產(chǎn)物收率和選擇性有一定影響，當(dāng)催化劑量不足時催化效果差，但當(dāng)催化劑過量時二次加成產(chǎn)物生成量增加。因此，本發(fā)明所用催化劑的量與式(III)化合物用量的摩爾比優(yōu)選為約0.2～1.0∶1，更優(yōu)選為約0.4～0.6∶1。
本發(fā)明方法在提高腈原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率的同時，還能顯著減少二次加成產(chǎn)物的生成，使產(chǎn)物選擇性提高。
以下通過具體的實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例在裝有攪拌器，溫度計，滴液漏斗和回流冷凝器的1L四口燒瓶中加入無水乙醇18g(0.4摩爾)和鎂粉9.7g(0.4摩爾)，滴入1ml的CCl4，有大量氣體放出。釜液出現(xiàn)回流，反應(yīng)引發(fā)。當(dāng)回流減少時緩慢滴加乙醇100g(126.7ml，2.17摩爾)，繼續(xù)反應(yīng)，直至無氣泡產(chǎn)生為止。將反應(yīng)液降溫至50-60℃，在該溫度下1h內(nèi)滴加丙二酸二乙酯288g(1.8摩爾)，滴加完畢在60℃保溫反應(yīng)1h。再降溫至50℃，并于50±2℃下滴加47.7g(59.2ml，0.9摩爾)丙烯腈與50ml(39.6g，0.86摩爾)乙醇的混合溶液，滴加完畢升溫至60℃保溫反應(yīng)6h，加入20％鹽酸150g，攪拌0.5h后分去水層，得到無色至淡黃色清澈有機溶液。
氣相色譜測定丙烯腈轉(zhuǎn)化率大于99％，(2-氰乙基)-丙二酸二乙酯選擇性大于95％，收率達94％以上。
質(zhì)譜(m/z)213，186，168，141，140，101，96，73，69，55，41，29。
IR譜(cm-1)2983，2941，2247，1741，1467，1371，1095，1047，1024。
以上描述以示例性的方式對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行了說明。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的基本精神和范圍的條件下可對其做出各種修改或替換，而這些實施方案仍應(yīng)包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.通式(I)化合物的制備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)化合物與通式(III)化合物反應(yīng)， 其中，R1、R2獨立地為吸電子基；R3、R4獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基；R5為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基、C6-C20芳基或吸電子基。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述吸電子基選自COR6、COOR6、CN和NO2，且每一R6獨立地為氫、C1-C8烷基、C3-C8環(huán)烷基或C6-C20芳基。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中R3、R4、R5和R6獨立地為氫、C1-C6烷基或苯基。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述金屬醇鹽為堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述金屬醇鹽為醇鎂。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中形成所述金屬醇鹽的醇為C1-C6烷醇。
7.如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述反應(yīng)在約40℃到80℃或所用溶劑沸點的溫度條件下進行。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述反應(yīng)在約50-60℃的溫度下進行。
9.如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述催化劑用量與通式(III)化合物用量的摩爾比為0.4～0.6∶1。
10.如權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述反應(yīng)在C1-C6烷醇溶劑中進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及通式(I)所示的α，β不飽和腈加成產(chǎn)物的制備方法，包括在金屬醇鹽的作用下使通式(II)所示的活潑亞甲基化合物與通式(III)所示的α，β不飽和腈反應(yīng)。本發(fā)明方法可提高α，β不飽和腈加成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率。并且，本發(fā)明方法所用的催化體系相對簡單并且廉價，可使用常規(guī)原料現(xiàn)場配制。
文檔編號C07C253/00GK1903837SQ200510088830
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者陳榮業(yè), 夏賡 申請人:大連綠源藥業(yè)有限責(zé)任公司