本發明涉及制造6,10,14-三甲基十五烷-2-酮(“c18-酮”)的方法,所述方法包括在催化劑存在下用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化的步驟,其中相對于碳-氧雙鍵,所述催化劑能夠優先氫化碳-碳雙鍵。優選地,催化劑包含選自由鈀、鉑、銠、銥和鎳及其混合物組成的組的金屬。更優選地,催化劑包含選自由鈀、鉑及其混合物組成的組的金屬。甚至更優選地,催化劑是選自由鈀、鉑及其混合物組成的組的金屬。最優選地,催化劑是鈀。
在本發明的上下文中,“(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物”指的是(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物,其中與在所有異構體混合物中(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的量相比,(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的量更高,其中“所有異構體混合物”是(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物。因此,“(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物”是指(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物,其中基于混合物的總量,(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量小于50mol-%、優選地小于43mol-%、更優選地小于20mol-%、最優選地小于10mol-%。
令人驚奇的是,本發明的發明人發現,當使用(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物且其中基于混合物的總量(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量小于50mol-%來制備c18-酮時,氫化反應比使用(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物且其中基于混合物的總量(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量≥50mol-%的情形快得多。因此,有利的是(尤其對于生產上百噸的工業方法來說),使用(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物作為獲得c18-酮的起始材料且其中基于混合物的總量(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量小于50mol-%,因為節省時間對總生產成本具有巨大的影響。
附圖說明
圖1示意性地表示法尼基丙酮/異法尼基丙酮到c18-酮的轉化。
圖2示意性地表示β-法尼烯到法尼基丙酮/異法尼基丙酮的轉化。
制造(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物
可以通過(e)-橙花叔醇的c3延伸,來獲得(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物,其中(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮僅以痕量存在,即每種化合物小于5mol-%、優選地每種化合物小于1mol-%、更優選地每種化合物小于0.5mol-%。一個實例是,在催化劑存在下(e)-橙花叔醇與異丙烯基甲基醚反應或者與異丙烯基乙基醚反應得到(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物。可以使用酸或銨鹽作為催化劑。
在wo2009/019132中進一步描述了其中催化劑是酸的方法,優選地其中催化劑選自由磷酸、硫酸、對甲苯磺酸、甲磺酸、三氯乙酸、草酸及其混合物組成的組,wo2009/019132的內容通過引用并入本文。
在wo2010/046199中進一步描述了其中催化劑是銨鹽的方法,優選地其中催化劑選自由溴化銨、氯化銨或磷酸二銨組成的組,wo2010/046199的內容通過引用并入本文。
或者,還可以根據jp-a2002-121165中所描述的方法進行(e)-橙花叔醇的c3延伸。
此外,還可以用本領域技術人員已知的方法采用如下試劑中的一種來進行(e)-橙花叔醇的c3延伸。
在gb788,301中描述了其中使用雙烯酮的方法的實例。在例如cn102115437中描述了其中使用乙酰乙酸酯的方法(所謂的“carroll反應”)的實例。
替代性起始材料是β-法尼烯,其可以通過任何合適的化學轉化進行c3-延伸以獲得異法尼基丙酮(=(9e)-10,14-二甲基-6-亞甲基十五烷-9,13-二烯-2-酮)、(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物(參見圖2);優選地,化學轉化在催化劑的存在下使用乙酰乙酸烷基酯,如例如wo2015/165959、cn-a105859534、cn-a104478679、ep1008582、wo2000/014046、ep983988、ep909750和ep842917中所公開的;更優選地,化學轉化在過渡金屬催化劑的存在下使用乙酰乙酸甲酯。
在本發明方法的反應條件下,異法尼基丙酮、(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物也可被成功氫化。
制造(e)-橙花叔醇
用作起始材料的(e)-橙花叔醇可以來自天然來源或任何其它來源,或通過發酵獲得,或者可以合成方法合成得到,并且如果需要的話,通過本領域技術人員已知的任何方法來與(z)-橙花叔醇分離。
另一種獲得(e)-橙花叔醇的方法是從(e)-香葉基丙酮開始,(e)-香葉基丙酮本身可以從天然來源或任何其它來源提取得到,或通過發酵獲得,或者可以合成方法合成得到,并且如果需要的話,通過本領域技術人員已知的任何方法來與(z)-香葉基丙酮分離。
然后根據本領域技術人員已知的任何方法對(e)-香葉基丙酮進行乙炔化,然后在lindlar催化劑存在下氫化。乙炔化(ethyinylation)可以用乙炔、氨和堿(例如氫氧化鉀)進行,或者用乙炔基格氏試劑進行。或者,可以根據本領域技術人員已知的方法使用(e)-香葉基丙酮與乙烯基格氏試劑反應。
獲得的(e)-橙花叔醇的另外一種方法是通過(2e,6e)-法尼醇、(2z,6e)-法尼醇或其混合物的重排,例如由s.matsubara,t.okazoe,k.oshima,k.takai,h.nozaki在bull.chem.soc.jpn.1985,58,844-849所描述和由j.jacob,j.h.espenson,j.h.jensen,m.s.gordon在organometallics1998,17,1835-1840所描述。
(2e,6e)-法尼醇本身可以從天然來源提取得到,或通過發酵獲得,或者可以合成方法合成得到,并且如果需要的話,通過本領域技術人員已知的任何方法來與(2z,6e)-法尼醇、(2e,6z)-法尼醇和(2z,6z)-法尼醇分離。
(2z,6e)-法尼醇本身可以合成方法合成得到,并且如果需要的話,通過本領域技術人員已知的任何方法來與(2e,6e)-法尼醇、(2e,6z)-法尼醇和(2z,6z)-法尼醇分離。
(2e,6e)-法尼醇和(2z,6e)-法尼醇的混合物本身可以合成方法合成得到,并且如果需要的話,通過本領域技術人員已知的任何方法來與(2e,6z)-法尼醇和(2z,6z)-法尼醇分離。
制造異植醇、α-生育酚及其乙酸酯的方法
由于(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物是異植醇的一種重要的起始材料,因而也是α-生育酚及其乙酸酯的一種重要的起始材料,因此本發明還分別涉及制造異植醇的方法和制造α-生育酚及其乙酸酯的方法,所述方法包括根據本發明的方法。
因此,本發明的另一個目標是制造異植醇的方法,所述包括如下步驟:
a)在催化劑存在下使(e)-橙花叔醇進行c3延長,優選地使用異丙烯基甲基醚或使用異丙烯基乙基醚,以獲得(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物;*
b)在催化劑存在下用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化,以獲得6,10,14-三甲基十五烷-2-酮,其中相對于碳-氧雙鍵,催化劑能夠優先氫化碳-碳雙鍵;*
c1)使6,10,14-三甲基十五烷-2-酮乙炔化,以獲得3,7,11,15-四甲基十六碳-1-炔-3-醇;
d1)使3,7,11,15-四甲基十六碳-1-炔-3-醇氫化得到異植醇。
或者,可以根據包括如下步驟的方法來生產異植醇,該方法也是本發明的一個目標:
a)在催化劑存在下使(e)-橙花叔醇進行c3延長,優選地使用異丙烯基甲基醚或使用異丙烯基乙基醚,以獲得(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物;*
b)在催化劑存在下用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化,以獲得6,10,14-三甲基十五烷-2-酮,其中相對于碳-氧雙鍵,催化劑能夠優先氫化碳-碳雙鍵;*
c2)通過添加乙烯基格氏試劑使6,10,14-三甲基十五烷-2-酮乙烯化以得到異植醇。
本發明的另一個目標是分別制造α-生育酚及其乙酸酯的方法,所述方法包括如下步驟:
a)在催化劑存在下使(e)-橙花叔醇進行c3延長,優選地使用異丙烯基甲基醚或使用異丙烯基乙基醚,以獲得(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物;*
b)在催化劑存在下用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化,以獲得6,10,14-三甲基十五烷-2-酮,其中相對于碳-氧雙鍵,催化劑能夠優先氫化碳-碳雙鍵;*
c1)使6,10,14-三甲基十五烷-2-酮乙炔化,以獲得3,7,11,15-四甲基十六碳-1-炔-3-醇;
d1)使3,7,11,15-四甲基十六碳-1-炔-3-醇氫化以得到異植醇;
e)使異植醇與2,3,5-三甲基氫醌或其乙酸酯偶聯,以獲得α-生育酚或其乙酸酯。
或者,可以根據包括如下步驟的方法來生產α-生育酚或其乙酸酯,該方法也是本發明的一個目標:
a)在催化劑存在下使(e)-橙花叔醇進行c3延長,優選地使用異丙烯基甲基醚或使用異丙烯基乙基醚,以獲得(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物;*
b)在催化劑存在下用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化,以獲得6,10,14-三甲基十五烷-2-酮,其中相對于碳-氧雙鍵,催化劑能夠優先氫化碳-碳雙鍵;*
c2)通過添加乙烯基格氏試劑使6,10,14-三甲基十五烷-2-酮乙烯化以得到異植醇;
e)使異植醇與2,3,5-三甲基氫醌或其乙酸酯縮合,以獲得α-生育酚或其乙酸酯。
步驟c1)、d1)、c2)和e)可以根據本領域技術人員已知的方法進行。例如,乙炔化可以用乙炔、氨和氫氧化鉀進行,或者用乙炔基格氏試劑進行。然后用lindlar催化劑進行如下的cc三鍵氫化成c=c雙鍵。
*此處,還可以如下進行步驟a)和b):
a1)通過任何合適的化學轉化使法尼烯進行c3-延伸以獲得異法尼基丙酮、(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物;優選地,化學轉化在催化劑的存在下使用乙酰乙酸烷基酯;更優選地,化學轉化在過渡金屬催化劑的存在下使用乙酰乙酸甲酯;
b1)在催化劑的存在下,利用氫氣氫化異法尼基丙酮、(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物,以獲得6,10,14-三甲基十五烷-2-酮,其中相對于碳-氧雙鍵,所述催化劑能夠優先氫化碳碳雙鍵。
詳細說明
需要進一步優化異植醇的合成,異植醇是α-生育酚及其乙酸酯的重要起始材料。6,10,14-三甲基十五烷-2-酮(在下文中稱為“c18-酮”)是異植醇的起始材料。因此,c18-酮合成的改善也導致異植醇合成的改善。
本發明滿足了該需要,本發明涉及制造6,10,14-三甲基十五烷-2-酮(在下文中稱為“c18-酮”)的方法,所述方法包括以下步驟:在催化劑的存在下,用氫氣使(5e,9e)-法尼基丙酮與(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物氫化,其中相對于碳-氧雙鍵,所述催化劑能夠優先氫化碳碳雙鍵。該方法對應于制造異植醇以及α-生育酚或其乙酸酯的方法中的步驟b)。
起始材料
優選地,使用(5e,9e)-法尼基丙酮與(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物,其中基于所述混合物的總量,(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量低于43摩爾%、優選地低于20摩爾%、更優選地低于10摩爾%。因此,下述混合物也可以成功地使用,該混合物中,基于混合物的總量,(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的量為至多43摩爾%、優選地至多20摩爾%、更優選地至多10摩爾%。更優選地,使用(5e,9e)-法尼基丙酮與(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物,其中(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮僅以痕量存在,即各自的量為低于0.5摩爾%、優選地各自的量為低于0.1摩爾%。最優選地,使用(5e,9e)-法尼基丙酮與(5z,9e)-法尼基丙酮的混合物,其中(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮均不存在。
催化劑
優選地,催化劑包括選自由鈀、鉑、銠、銥和鎳及其混合物組成的組的金屬。更優選地,催化劑包括選自由鈀、鉑及其混合物組成的組的金屬。甚至更優選地,催化劑是選自由鈀、鉑及其混合物組成的組的金屬。最優選地,催化劑是鈀。
在上述催化劑中,包含支持體/載體的那些催化劑是甚至更優選的,所述支持體/載體選自由碳、石墨、無機氧化物、無機碳酸鹽、無機硫酸鹽及其混合物組成的組,其中活性成分(即,金屬)沉積在所述支持體/載體上。優選的支持體/載體材料是碳、二氧化硅、氧化鋁和碳酸鈣及其混合物。這種混合物的實例有二氧化硅-氧化鋁-混合物。
最優選的催化劑是在氧化鋁上的鈀。
如果使用在支持體/載體材料上的活性成分(即,金屬),則基于活性成分(即,金屬)和支持體的總重量,活性成分(即,金屬)的含量優選地在0.5-20重量%的范圍內、更優選地在2-5重量%的范圍內、最優選地在約5重量%的范圍內。
基于起始材料:(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物的重量,催化劑的活性成分(優選地是選自由鈀、鉑、銠、銥和鎳及其混合物組成的組的金屬)的量優選地在0.0001-1重量%的范圍內、更優選地在0.001-0.5重量%的范圍內、最優選地在0.01-0.1重量%的范圍內,其中基于混合物的總量,(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量低于50摩爾%。
反應條件
氫化反應優選地在10-150℃范圍內的溫度下、更優選地在20-100℃范圍內的溫度下、最優選地在50-90℃范圍內的溫度下進行。
氫化反應優選地在1-25bar氫絕對值范圍內的氫壓下、更優選地在2-10bar氫絕對值范圍內的氫壓下、甚至更優選地在2-6bar氫絕對值范圍內的氫壓下、進一步更優選地在2.5-4bar氫絕對值范圍內的氫壓下、最優選地在約3bar氫絕對值的氫壓下進行。
溶劑
氫化反應可在不存在溶劑或存在有機溶劑的情況下進行。優選地,該反應在有機溶劑中進行。
有機溶劑優選地選自烴、鹵代烴、醇、醚、酯、酰胺、腈和酮及其混合物。更優選的是c4-c10脂族烴,c6-c10芳族烴,被一個或多個c1-c4直鏈烷基或c3-c4支鏈烷基或鹵素取代的c6-c10芳族烴、c1-c4直鏈醇或c3-c4支鏈醇,非環狀和環狀的c4-c10醚、c3-c10酯、c3-c10酮及其混合物。
特別優選的有機溶劑選自由己烷、庚烷、甲苯、甲醇、乙醇、正丙醇、2-丙醇、正丁醇、四氫呋喃、2-甲基-四氫呋喃、二惡烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、丙酮及其混合物組成的組。最優選的是庚烷。
基于起始材料:(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物的體積,溶劑的量優選地在0-100體積(0=無溶劑)的范圍內、更優選地在0.1-10體積的范圍內、最優選地在1-5體積的范圍內,其中基于混合物的總量,(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的含量低于50摩爾%。
現在以下述非限制性實施例中進一步闡釋本發明。
實施例
氫化反應的標準流程
將底物法尼基丙酮(20g)與庚烷(20g)的混合物加入125ml鋼制高壓釜中。加入催化劑并封閉反應器。將混合物用氮氣凈化3次(增壓至5bar,然后釋放)并用氫氣凈化3次(增壓至5bar,然后釋放)。將反應器加熱至期望的溫度,然后用氫氣增壓至期望的壓力。以1000rpm開始攪拌并記錄吸氫量。18小時總實驗時間之后,將反應混合物冷卻至室溫,然后釋放壓力并取樣用于定量gc分析。
氫化結果
“所有異構體”表示(5e,9e)-法尼基丙酮、(5z,9e)-法尼基丙酮、(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮的混合物,其中通過氣象色譜以面積%測定的比值如下:31面積%的(5e,9e)-法尼基丙酮、12面積%的(5z,9e)-法尼基丙酮、以及55面積%的(5e,9z)-法尼基丙酮和(5z,9z)-法尼基丙酮
“(5e,9e)-/(5z,9e)-法尼基丙酮”表示摩爾比為65%-57%至35%-43%、優選地摩爾比為65%-35%的(5e,9e)-法尼基丙酮和(5z,9e)-法尼基丙酮混合物。
使用以下催化劑:
-5%pd/al2o3蛋殼催化劑,其bet表面積為93m2/g且孔體積為0.3ml/g,例如可從evonik以商品名“5%pd/al2o3e213r/d”商購;
-5%pd/caco3蛋殼催化劑,其bet表面積為8m2/g且堆積密度為0.37kg/l,且其中50%顆粒的尺寸≤5μm,例如可從evonik以商品名“5%pd/caco3e407r/d”商購;
-5%碳負載鈀催化劑,例如可從evonik以商品名“5%pd/ce101o/d”商購;
-5%二氧化硅負載鈀催化劑,其可從johnsonmatthey商購。
表1:使用的催化劑=evonike101o/d(5%碳負載鈀催化劑)
表2:使用的催化劑=evonike213r/d(5%氧化鋁負載鈀催化劑)
表3:使用的催化劑=可從johnsonmatthey商購的5%二氧化硅負載鈀催化劑
表4:使用的催化劑=evonike407r/d(5%碳酸鈣負載鈀催化劑)
在實施例9和實施例10二者中,利用900分鐘未實現完全氫化。因此,在該時間段之后取樣并進行分析。結果顯示了期望的c18-酮和部分氫化的中間體的混合物,其中沒有起始材料剩余。