[发明专利]一种通过Carroll反应制备γ,δ－不饱和酮的方法以及用于此方法中新的催化剂及其制备

说明书

本发明涉及一种在新的铝催化剂存在下通过Carroll反应制备γ,δ-不饱和酮，具体而言是甲基庚烯酮，牻牛儿基丙酮和法呢基丙酮或它们的二氢衍生物的改进方法，以及新的合适的铝催化剂及其制备。

Carroll反应指烯丙醇或炔丙醇同乙酰乙酸酯或双烯酮形成γ,δ-不饱和酮的链延长反应，例如它可以按下面反应式进行：

因此在主要反应步骤中，由烯丙醇或炔丙醇同乙酰乙酸酯或双烯酮反应形成的新的乙酰乙酸酯经过克莱森重排生成β-酮酸，然后自然脱去羧基。J.Am.Chem.Soc.65(1943)1992-1998中描述了关于Carroll反应的首次研究。

自二十世纪五十年代早期，此反应已广泛用于制备萜烯。例如被要求作为维他命A和E重要前体的萜烯2-甲基-2-庚烯-6-酮，牻牛儿基丙酮和法呢基丙酮是通过Carroll反应以工业规模制备的。

用于US2795617方法中Carroll反应的催化剂为铝的醇化物，具体而言是异丁醇铝Al(O-CH(CH₃)₂)₃，用量按用做起始原料的乙醇计算为0.8-2.5mol％。

用于GB886353方法中Carroll反应的催化剂为铝同乙酰丙酮或乙酰乙酸酯的配合物，如三(乙酰丙酮)铝，三(乙酰乙酸甲酯)铝或三(乙酰乙酸乙酯)铝，它们是通过将铝盐在氨中与乙酰丙酮的水溶液反应或将三烷醇铝与乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯反应，蒸馏出释放出的乙醇，再分离出沉淀的固体铝催化剂而制得的。使用氨和铝化合物的固体特性不利于工业使用。

Mehrotra等人在Can.J.of Chem.39(1961)(P 795-798)中更理论化的处理铝配合物，除了制备铝同乙酰丙酮，苯甲酰乙酸酯或乙酰乙酸酯的三配合物外，还制备了这样的铝配合物，合适的铝的醇化物中的仅仅一个或两个烷氧基被乙酰丙酮，苯甲酰乙酸酯或乙酰乙酸酯基团取代。在这些情况下，将引入的配体(如乙酰乙酸乙酯)与三异丙醇铝的苯溶液混合，再将混合物回流3小时反应完成后，生成的醇作为与苯的共沸物被蒸馏出来。Mehrotra描述的方法不适用于工业制备铝化合物.一方面由于在进一步反应中使用铝化合物，如作为催化剂用于制备香料或维他命E的前体，而苯是禁止使用的。另一方面两步反应(回流+蒸馏的反应)需要较高的基本投资，因此不太经济。

其中未提到作为Carroll反应催化剂的这些铝配合物的使用。

到目前为止，工业规模的生产方法主要使用三异丙醇铝。

到目前为止使用铝催化剂的一个缺点在于它们是晶体化合物，因此必须用固体进行操作，这对于工业规模的生产方法来说是复杂的。另外一个缺点在于它们在反应剂中溶解度较低。这样，例如室温下三(乙酰乙酸甲酯)铝在乙酰乙酸乙酯中的溶解度仅有约4％，在特别有用于萜烯化学的反应原料如2-甲基-3-丁烯-2-醇，里哪醇或橙花叔醇中几乎不溶。

三-仲-丁醇铝在正常条件下为液体，因此易于处理，但在工业上不用作Carroll反应的催化剂，因为使用它时将生成相当多的副产物，从而使所需的γ,δ-不饱和酮的产率较低。

本发明的目的在于用于制备γ,δ-不饱和酮的催化剂，该催化剂易于制备且至少与用于本反应的已知催化剂同样有效。在此催化剂存在下仅生成少量副产物，另外在工业规模的生产上易于技术处理。为了易于技术处理，它们在制备中必须以液体形式制得，可稳定储藏并且象粘性液体一样可用泵抽和自由流动。其中合适的如熔化或与少量低级醇或另外一种惰性溶剂混合，这样在工业规模生产上可避免有固体参与的复杂操作。

我们发现这些目的可通过Carroll反应的铝催化剂实现，其中催化剂包含至少一个乙酰乙酸烷基酯基团和1或2个烷氧基或其它独特的乙酰乙酸烷基酯基团，它们与仲丁醇或异丁醇或其它至少两种不同的，其中含有1-10个碳原子的链烷醇进行酯化。

因此本发明涉及一种制备如通式Ⅰ所示的γ,δ-不饱和酮的方法：通过将如通式Ⅱ所示的烯丙醇，其中R¹为H或一个饱和或不饱和的含有1-20个碳原子的支链烃基，与双烯酮或如通式Ⅲ所示的乙酰乙酸烷基酯，其中R²为含1-5个碳原子的烷基，在有铝催化剂存在下进行原来的或改良的Carroll反应，其中被用作铝催化剂的铝化合物在室温下是稳定的液体或是这样的铝化合物的混合物，其中铝化合物包含至少一种由乙酰乙酸烷基酯形成的基团和1或2个烷氧基，或其它由乙酰乙酸烷基酯形成的独特基团，所述乙酰乙酸烷基酯与仲丁醇或异丁醇酯化，或者与至少两种链烷醇进行酯化反应。