醛的自缩合

发明领域

本发明属于有机化学领域。特别地，其涉及制备烯醛的方法。

发明背景

2-乙基己醇（2EH）是各种涂料、添加剂和表面活性剂的制备中至关重要的化学物质。制备2EH的常规方法通常从丙烯的加氢甲酰化开始以提供正丁醛。正丁醛在碱性催化情况下的自缩合提供2-乙基己烯醛（2EH Enal），其在整体氢化后提供2EH。关于这种常规方法，正丁醛向2EH Enal的转化通常在催化量的氢氧化钠的存在下进行。但是，这种方法受困于明显的缺点，包括形成更高阶的低聚物或聚合物，低劣的选择性，以及产物颜色。此外，使用氢氧化钠需要处理高度碱性废水。因此，需要制备这些合意的化合物的改进技术。

发明概述

本发明提供了通过羧酸二烷基铵盐催化的脂族醛的自缩合的有效方法。使用多种二烷基铵盐作为催化剂示范了所述反应，并且下文呈现了这些催化剂在不同条件下的有效性分析。此外，可以经由简单的洗涤程序将产物中源于催化剂的残余氮降低至~100 ppm的水平。该方法还在限制形成不需要的杂质与高沸点物质的条件下提供了所需烯醛产物。

详细描述

在第一实施方案中，本发明提供了制备烯醛的方法，包括在包含羧酸二烷基铵盐的催化剂的存在下自缩合具有至少3个碳原子的脂族醛以制备相应的烯醛。

在第二实施方案中，本发明提供了制备式（II）的烯醛的方法：

其中R选自苯基、C

所述方法包括使式（I）的化合物

与羧酸二烷基铵盐接触。

在某些实施方案中，羧酸二烷基铵盐选自乙酸二甲基铵、丙酸二甲基铵、三氟乙酸二甲基铵、2-乙基己酸二甲基铵、乙酸二乙基铵、丙酸二乙基铵、三氟乙酸二乙基铵、2-乙基己酸二乙基铵、吡咯烷乙酸盐、吡咯烷丙酸盐、吡咯烷三氟乙酸盐、吡咯烷2-乙基己酸盐、乙酸二异丙基铵、丙酸二异丙基铵、三氟乙酸二异丙基铵、2-乙基己酸二异丙基铵和乙酸二苄基铵。

在另一实施方案中，羧酸二烷基铵盐是羧酸二异丙基铵盐。在又一实施方案中，羧酸二烷基铵盐是乙酸二异丙基铵。

在另一实施方案中，羧酸二烷基铵盐是羧酸二甲基铵盐。在又一实施方案中，羧酸二烷基铵盐是乙酸二甲基铵。

式（I）的化合物的实例包括正丁醛、丙醛、辛醛、月桂醛、苯乙醛、氢化肉桂醛等等。

本发明的方法可在大气压下和在环境温度下进行，但是也可在提高的温度和压力下进行。因此，在某些实施方案中，方法在大约23℃至大约160℃、大约65℃至大约110℃、大约70℃至大约95℃、或大约30℃至大约140℃的温度下进行。在某些实施方案中，方法在大约1个大气压至大约30 psi或大约1个大气压至大约40 psi的压力下进行。

如本文中所述，通过用稀链烷酸（如乙酸）洗涤本发明的产物，可容易地除去残余杂质。因此，在又一实施方案中，本发明提供了上述方法，进一步包括用稀链烷酸水溶液洗涤所得烯醛的步骤。有利地，选择链烷酸以使与羧酸二烷基铵盐催化剂上的羧酸根部分一致，从而允许对其进行再生。因此，例如，当催化剂是乙酸二异丙基铵时，洗涤步骤中使用的链烷酸有利地选择为乙酸。

在又一实施方案中，本发明提供了制备2-乙基-己烯醛的方法，其包括使正丁醛与乙酸二异丙基铵接触以形成2-乙基-己烯醛。在又一实施方案中，方法在大约23℃至大约160℃的温度下进行。在又一实施方案中，方法在大约65℃至大约110℃的温度或大约70-95℃的温度下和在大约1个大气压至大约30 psi的压力下进行。在再另一实施方案中，用稀乙酸洗涤2-乙基-己烯醛产物。

在又一实施方案中，本发明提供了制备2-乙基-己烯醛的方法，其包括使正丁醛与乙酸二异丙基铵或乙酸二甲基铵接触。在又一实施方案中，方法在大约23℃至大约160℃或大约30℃至大约140℃的温度下进行。在又一实施方案中，方法在大约120℃至大约130℃、或大约125℃的温度下以各种摩尔当量的催化剂载量，例如大约5摩尔%至大约40摩尔%进行。

在又一实施方案中，使本发明的烯醛产物经受氢化以提供相应的脂族醇。因此，在本发明的另一方面，提供了如上所述的方法，进一步包括氢化的步骤。在一方面，氢化步骤涉及氢化2-乙基己烯醛以提供2-乙基己醇。可以使用温度、压力、氢的存在和氢化催化剂如碳载钯、碳载铂或雷尼镍的标准条件。

试验部分

通过CHN进行的氮分析：

使用Flash EA1112仪器获得氮结果。仪器使用阿托品标准品校准。作为具有碳、氢和氮组分的已知标准品并且还作为未知物来分析阿托品以检查校准。基于该校准来调节保留时间。使用大约5毫克的样品大小来进行样品分析。将样品称重到样品罐中并放入仪器的自动进样器。样品序列以空白样、阿托品、空白样和样品开始。一式两份分析样品，并且每个样品之间为空白样。每个序列结束于阿托品和空白样。自动进样器将样品罐送入燃烧/反应器管。样品与氧气燃烧并转化为气相，随后由氦气携带至GC柱，在该柱中分离每种组分。碳、氢和氮的峰显示在色谱图上。组分结果以百分比水平报告。

2-乙基-己醇（2EH）的气相色谱

样品在装备有加热的分流进样器、DB-WAXetr柱和火焰离子化检测器（FID）的Shimadzu 2010上进行色谱分析。使用内标定量从积分色谱图中计算样品组分的浓度。用于进行采集和数据处理二者的软件是EZChrom Elite, V. 3.3.2.SP2。

在装备有加热的分流/不分流进样器、RTX1柱和火焰离子化检测器（FID）的Agilent 6890N上对来自300毫升高压釜试验的样品进行色谱分析。由积分色谱图计算样品组分的浓度，以面积百分比形式报告。用于进行采集和数据处理二者的软件是ChemstationB.04.03。

UV/Vis表征：

使用Perkin Elmer Lambda 35收集紫外/可见光谱数据。范围设定为360-780 nm，其中狭缝宽度为1 nm，并且扫描速度为240 nm/min。在小体积50 mm样品池中分析的纯样品上收集光谱数据，其中Millipore水用于空白化该仪器。将粘度较高的样品在60℃下加热10分钟，随后收集数据。分析含有有机层和水性层二者的样品中的有机部分。随后将光谱数据导入Easy Match QC v4.87软件以产生L*、a*、b*、APHA和Gardner值。使用可见光谱仪收集光谱以便根据ASTM E1164进行颜色评估。根据ASTM E308计算三色刺激值以及CIE L*、a*和b*。

使用表1的各种催化剂进行丁醛的自缩合的范例程序

向20毫升闪烁瓶中装入磁力搅拌棒。随后向瓶中装入水（0.9毫升），接着装入二异丙胺（3.37克）。随后在搅拌下向瓶中逐滴加入丙酸（2.47克），导致升温。在搅拌下将溶液冷却至室温，随即逐滴加入正丁醛（6克）。将瓶密封，并且将混合物加热至70℃并搅拌3小时。在这段时间内，反应混合物逐渐变为两相溶液。在三小时结束时，将反应混合物冷却至室温。经由注射器移除上部有机层，并且经由GC分析、氮含量和产物颜色来分析产物。

按照上述一般程序，制备表1中的所有样品。

使用乙酸二异丙基铵（DIPA-OAc）进行丁醛的自缩合并用乙酸（AcOH）洗涤产物的范例程序

向20毫升闪烁瓶中装入磁力搅拌棒。随后向该瓶中装入水（0.9毫升），接着装入二异丙胺（3.37克）。随后在搅拌下向瓶中逐滴加入乙酸（1克），导致升温。在搅拌下将溶液冷却至室温，随即逐滴加入正丁醛（6克）。将瓶密封，并且将混合物加热至85℃并搅拌6小时。在这段时间内，反应混合物逐渐变为两相溶液。在6小时结束时，将反应混合物冷却至室温。经由注射器除去上部有机层，并转移到单独的20毫升闪烁瓶中。取出0.25毫升等分试样并用于分析产物含量、残余氮和产物颜色。通过GC分析确定该材料含有93.9%的2EH Enal，并通过CHN分析确定该材料含有1.85%的残余氮。a*测得为-5.79，且b*测得为22.16。向剩余的材料中注入等体积的10% v/v AcOH（aq.）溶液，并将两相混合物搅拌10分钟。在这段时间后，通过注射器移除有机层，并经由GC分析、氮含量和产物颜色来分析产物。通过GC分析确定该材料含有90%的2EH Enal，并且通过CHN分析确定该材料含有105 ppm的残余氮。a *测得为-3.35，且b *测得为11.79。

使用DIPA-OAc进行各种醛的自缩合的范例程序

向20毫升闪烁瓶中装入磁力搅拌棒。随后向该瓶中装入水（0.45毫升），接着装入二异丙胺（3.37克）。随后在搅拌下向瓶中逐滴加入乙酸（0.5克），导致升温。在搅拌下将溶液冷却至室温，随即逐滴加入正辛醛（5.33克）。将瓶密封，并且将混合物加热至85℃并搅拌6小时。在这段时间内，反应混合物逐渐变为两相溶液。在6小时结束时，将反应混合物冷却至室温。经由注射器移除上部有机层，并转移到单独的20毫升闪烁瓶中。通过定量GC_MS分析确定该材料含有95.94%的enal和4.06%的回收原材料。根据CHN分析，未洗涤材料的残余氮含量为1.05%；a*测得为-1.44，且b*测得为11.25。

按照上文描述的一般程序，制备表3中的所有样品。

在提高的温度和压力下使用DIPA-OAc进行1升的正丁醛的自缩合的范例程序

向1升玻璃罐中装入水（45.0克）、二异丙胺（168克）和磁力搅拌棒。开始搅拌，并且逐滴加入乙酸（100克），导致放热反应。将混合物冷却至室温，随即在剧烈搅拌下向混合物中逐滴加入丁醛（300克）。随后将混合物转移到高压釜中。高压釜用氮气吹扫两遍，并且随后加压至30 psi N

按照上文描述一般程序，生成表4-8中的样品。

在提高的温度和压力下使用DMA-OAc（乙酸二甲基铵）进行300毫升的正丁醛的自缩合的范例程序

向250毫升三颈圆底烧瓶中装入55.0克DMA（二甲胺）的40%水溶液和磁力搅拌棒，并使用冰浴冷却至0℃。开始搅拌，并使用滴液漏斗以2毫升/分钟的速率加入29.3克冰乙酸。在整个反应中，反应温度保持在大约30℃。在添加完成后，混合物在室温下再搅拌5分钟，并随后缓慢转移到含有160克正丁醛的300毫升高压釜中。将高压釜加压至40 psi N

按照上述一般程序，生成表9-11中的样品。

在下面的实施例中，我们相对于醛以40摩尔%使用每种催化剂，并在70℃下运行试验3小时。表1概括了检验的催化剂。

在考虑该系列中最高性能的催化剂时，我们注意到虽然乙酸二异丙基铵（DIPA-OAc）未能完全转化丁醛，但该反应在形成最少的副产物和样品颜色的情况下。此外，当反应在85℃下进行六小时时，我们观察到醛接近完全转化为enal，颜色和副产物也是最少的。作为对比例，三氟乙酸二苄基铵除了显著的产物颜色外还给出了低产物形成。此外，色氨酸产生了期望的产物形成水平，但是该催化剂的预期成本将可能阻止其用于工业操作。

使用基于胺的催化剂的一个重要的考虑是从产物中除去残余氮的能力。实际上，直接分离由标题催化剂制得的2-乙基己烯醛（2EH enal）提供包含~1%的氮（通过CHN分析测得）的产物（表2）。但是，在进一步试验后，我们了解到，经由用稀乙酸水溶液简单洗涤产物，可以将产物材料中的残余氮降低至ppm浓度。此外，我们发现该洗涤程序进一步减少了产物颜色。

表2

经由亚胺盐（iminium）催化产生的2EH Enal中残余氮含量的降低

以下试验举例说明了本发明的催化剂促进替代脂族醛的自缩合的能力。如从表中可以看出，DIPA-OAc催化剂有效地促进了除乙醛外所有检验的醛的形成，其主要得到低聚产物的混合物。值得注意的是，在比丁醛更具空间位阻性的醛的情况下，催化剂表现出色，提供了高纯度的相应缩合产物。

表3

使用DIPA-OAc催化剂对各种醛进行均醛缩合（homo-aldolization）

在加压的高压釜中进行以下试验。因此，我们在不同的温度和催化剂载量下在30psi下进行了丁醛的缩合，并经由定期采样收集了关于反应速率的信息。这些试验详述在表4-8中。综合地，这些试验表明，通过在提高的温度和压力下进行反应，可以显著提高反应速率。值得注意的是，在低于115℃的反应温度下，副产物的形成最小化。此外，催化剂载量可降低至20摩尔%而不显著降低反应速率。这些试验进一步举例说明了DIPA-OAc以商业相关反应速率提供高纯度2EH Enal的能力。

在加压的高压釜中进行以下试验。因此，我们在不同的温度和催化剂载量下在40-60 psi下进行了丁醛的缩合，并经由定期采样收集了关于反应速率的信息。这些试验详述在表9-11中。综合地，这些试验表明，通过在提高的温度和压力下进行反应，可以显著增强反应速率和产物选择性。值得注意的是，相对于丁醛的初始量以30摩尔%的催化剂载量在125℃下进行反应2小时时，副产物的形成最小化。此外，催化剂载量可降低至5摩尔%而不显著降低反应速率/产物选择性。

表9 在125℃下使用22摩尔%DMA-OAC催化剂的300毫升规模的丁醛的缩醛反应

表10. 在不同温度下使用20摩尔%DMA-OAC催化剂2小时后的300毫升规模的丁醛的缩醛反应

表11. 在125℃下使用各种DMA-OAC催化剂载量2小时后的300毫升规模的丁醛的缩醛反应

已经特别参考本发明的某些实施方案对本发明进行了详细描述，但是应当理解的是，可以在本发明的精神和范围内进行变化和修改。