[发明专利]制备3-氰基-3,5,5-三甲基环己酮的方法

说明书

本发明涉及使用醇钙，特别是乙醇钙作为催化剂制备3-氰基-3,5,5-三甲基环己酮（异佛尔酮腈，缩写IPN）。

氢氰酸（HCN）与α,β-不饱和环状（或无环）酮的碱催化反应是已知的反应（Hydrocyanation of Conjugated Carbonyl Compounds, Wataru Nagata and Mitsuru Yoshioka, 在线发布: 2005年7月15日 DOI: 10.1002/0471264180.or025.03）。

在工业上进行作为用于合成异佛尔酮二胺的前体的异佛尔酮腈（IPN）的制备。

可以用下列反应方程式描述异佛尔酮（IP）与HCN生成IPN的反应：

用于制备β-氰基酮例如IPN的催化剂通常是为1,4-加成反应提供游离氰根离子（CN）的碱。在此，通常区分为无机盐和有机化合物。

氢氰酸是pk_a为9.21的弱酸，并因此本身不加成到活泼的碳-碳双键上。另一方面，CN（如SH或I）足够亲核以加成到共轭羰基体系的亲电子的碳原子上。因此，需要碱性催化剂以提高CN离子的浓度。可行的催化剂因此是含氰化物的盐（例如NaCN、KCN或K₄Ni(CN₄)，参见US 2 904 581）、无机碱（例如碳酸钾或氢氧化钠）或有机碱（例如三乙胺、吡啶或哌啶）。

加成反应的速率与CN离子的浓度成比例，该加成就CN而言是可逆的。此外，产生氰醇的反应与产生氰基酮的反应存在竞争（1,2-加成 vs 1,4-加成）。对许多底物而言，1,2-加成比1,4-加成更快。

从氰基酮（例如IPN）到相应反应物（例如异佛尔酮）的逆反应比正向反应进行得慢。提高温度有利于可逆加成反应的逆反应。因此在尽可能低的温度下合成是有利的。

氰醇在碱性介质中不稳定，因此几乎仅形成氰基酮。氰醇的形成少得可忽略不计（或可逆以致CN离子可通过1,4-加成反应）。

在CN浓度过高的情况下，会发生强放热的自发的氢氰酸的二聚和/或聚合。通过HCN的阴离子聚合形成聚合的氰化氢，也称作氮明酸（Azulmins?ure）。该反应经由二聚氢氰酸（亚氨基乙腈）进行。同时，在两个γ-位腈-基团之间发生闭环，由此使该链状聚合物稳定。在每种情况下必须避免这种聚合，因为由此将不利地影响形成异佛尔酮腈的选择性。

与HCN的反应可以在溶液中进行或无溶剂地进行。

现有技术

a) 由异佛尔酮和氢氰酸制备异佛尔酮腈的方法：

JP06065183 将碱性反应混合物与惰性溶剂混合并在薄层蒸发器中进行后处理。由此除去催化剂、高沸物和溶剂。然后在另外的柱中提纯IPN。

EP 0 554 786（类似于US 5 254 711）描述了在两个分开的反应区中通过碱催化的IP与HCN的反应连续制备IPN的方法。通过在形成氰根离子的碱性催化剂上使IP与氢氰酸反应进行IPN的制备。作为合适的催化剂提及碱金属-和碱土金属-醇盐；以及-氢氧化物和-氰化物；以及季铵碱。

DE 102 59 708（类似于EP 1 581 481）要求保护通过在碱性催化剂－特别是氧化钙－的存在下IP与HCN的反应和在进一步的蒸馏后处理之前加入磺酸或羧酸来制备IPN的方法。通过使用羧酸或磺酸，没有形成沉淀物，该粗产物可以立即进一步加工。

作为现有技术，现有的催化剂和它们在工艺技术中的应用大都在> 170℃的温度下在标准压力下提供转化率和选择性（基于向IPN的转化率，98%）。

在碱性反应条件下作为可能的副反应发生异佛尔酮的二聚，生成二异佛尔酮，和/或聚合。在（专利）文献中详细描述了异佛尔酮的自缩合：

1) J. A. Bertrand, D. Cheung, A. D. Hammerich, H. O. House, W. T. Reichle, D. Vanderveer, E. J. Zaiko, J. Org. Chem., 1977, 42, 9, 1600–1607.

2) G. Kabas, H. C. Rutz, The Alkali-Catalyzed Self-Condensation of Isophorone, Tetrahedron. 1966, 22, 1219-1226.

3) US 2 406 652, Ketols from Isophorones and Homologues Thereof.