4-甲氧基环己酮的制备方法

背景技术

4-甲氧基环己酮是重要的精细化工中间体，可用于合成多种农药和医药，农药方面主要用于合成螺虫乙酯的关键中间体(WO2012122747A1)cis-4-甲氧基环己基-1-氨基甲酸甲酯。

文献报道的合成方法可概述为五种：

1)文献(Medicinal Chemistry(1989),32(2),351-357)报道以对苯二酚为起始原料，经加氢、甲基化、氧化三步反应制备，此法文献所用氧化剂溴酸钠价格昂贵，且处理产生大量含盐废水，其次甲基化反应步骤需要在强碱性体系中进行，导致原料以及产物发生聚合反应，收率大大降低。

2)文献(WO2007107565)报道以1,4-环己二酮单乙二醇缩酮为起始原料，经加氢还原、甲基化、水解三步反应制备，此法原料1,4-环己二酮单乙二醇缩酮无大规模生产，原料不易得，其次甲基化反应需要在强碱性体系中进行，后处理产生大量的含盐废水，再三水解步骤产生的乙二醇混溶于废水中，难以回收，废水COD较高，不易处理。

3)文献(化工学报.2007,12(58)：3041-3045)报道以环己基甲基醚为起始原料，以固载金属卟啉催化，空气氧化先制备4-甲氧基环己醇，再继续氧化至4-甲氧基环己酮。此法催化剂结构复杂，双金属卟啉和单金属卟啉通过物理或化学方法形成的固载金属卟啉作催化剂比较难获得，合成方法不够成熟。

4)文献(CN1137513A)报道以4-甲氧基苯酚为原料，以钯碳催化一步加氢制备4-甲氧基环己酮，此法副产大量4-甲氧基环己醇，需精馏提纯，最终收率仅76％左右。

5)文献(Tetrahedron Letters.1994,35(39),7151-7154；American ChemicalSociety(1957),79,6295-6299)报道以4-甲氧基苯酚为起始原料，经钯碳加氢还原制备4-甲氧基环己醇、再经氧化制备目标物，该法加氢还原收率大于99％，工艺成熟可靠，主要问题存在于氧化步骤。氧化步骤主要存在的问题：目前文献报道用于该反应的氧化剂有N-甲基吗啉-N-氧化物、沙瑞特(Sarrett)试剂PCC、溴酸钠以及重铬酸钾。①文献(US20040186127、WO2003057696)报道了以N-甲基吗啉-N-氧化物为氧化剂，以四正丙基过钌(VII)酸铵为催化剂制备4-甲氧基环己酮，报道收率为90％，但存在原材料成本高、副产N-甲基吗啉回收套用工艺复杂等问题。②文献(WO2010057121、WO 2008028860、MedicinalChemistry(1989),32(2),351-357)报道了以沙瑞特(Sarrett)试剂PCC作为氧化剂制备4-甲氧基环己酮，报道收率为85％，主要存在原材料成本高、废水COD高、重金属铬污染等问题。③文献(Tetrahedron Letters(1994),35(39),7151-7154)报道了以溴酸钠作为氧化剂，以硝酸铈铵为催化剂制备4-甲氧基环己酮，报道收率为74％，主要存在原材料成本高、后处理产生大量含盐废水等问题。④文献(American Chemical Society(1957),79,6295-6299)报道了以重铬酸钾作为氧化剂，以硫酸作为催化剂制备4-甲氧基环己酮，报道收率为50％，主要存在后处理产生大量含盐废水以及重金属铬污染等问题。

反应式如下：

上述报道合成4-甲氧基环己酮的方法，普遍收率都不高，在50～90％之间。分析原因是：这类反应一般在酸性体系或者碱性体系中进行，且需要一定的反应温度，在这样的反应体系中生成的目标物4-甲氧基环己酮不能稳定存在，会随着反应时间延长发生聚合反应，导致收率下降。其次，在第五种方法中选择的上述四种氧化剂均不是之选，归结起来存在原料成本高、废水COD高、废水含盐量大以及重金属铬污染等问题。

发明内容

本发明提供的4-甲氧基环己酮的制备方法，是以4-甲氧基环己醇为原料、以过氧化氢为氧化剂、以分子筛负载型磷钨酸为催化剂，采用管式反应器连续催化氧化得到4-甲氧基环己酮反应液，再经溶剂萃取、脱溶得到目标物4-甲氧基环己酮，反应式为：

本发明所述4-甲氧基环己醇是指质量百分浓度为30～50％的4-甲氧基环己醇水溶液；所述过氧化氢是指质量百分浓度为30～50％的过氧化氢；所述分子筛为5A分子筛；4-甲氧基环己醇︰过氧化氢的摩尔投料比为1︰1.05～1.5；4-甲氧基环己醇水溶液的加料速度为5～15g/min；过氧化氢的滴加速度为与4-甲氧基环己醇同时滴加完为准；所述萃取溶剂为甲苯或二氯乙烷、乙酸乙酯、甲基叔丁醚；管式反应器反应温度70～90℃。

具体操作步骤：具体操作是将内径2cm、长度60cm的玻璃管式反应器垂直放置，管内填充100～150g负载磷钨酸分子筛催化剂，将管式反应器加热到70～90℃，再分别将4-甲氧基环己醇以及过氧化氢从管式反应器上端加入管式反应器中进行反应，得到4-甲氧基环己酮反应液经冷凝器冷却后从管式反应器下端流出，收集反应液后经溶剂萃取、脱溶得到产物4-甲氧基环己酮。气相色谱内标法测得4-甲氧基环己酮含量大于98.5％，收率大于98％。

本发明所述负载磷钨酸分子筛催化剂的制备方法，是在带回流装置的反应釜中将溶剂无水乙醇、磷钨酸搅拌溶解后加入5A分子筛，分子筛与磷钨酸的质量比为1︰1，之后加热回流反应2h。反应完毕，冷却至室温、抽滤、红外灯烘干得到负载磷钨酸分子筛粗品。将粗品置于200℃马弗炉中焙烧4h，得到负载磷钨酸分子筛催化剂成品。

本发明采用过氧化氢为氧化剂，原料成本低廉，绿色环保，无三废产生，避免了其它原料成本高、废水COD高、废水含盐量大以及存在重金属铬污染等问题。而且由于采取连续催化氧化工艺，有效避免了生成的目标物长时间停留于反应体系而发生聚合反应，避免了过氧化氢累集、高温下不稳定、易分解产生大量的氧气可能发生爆炸的危险。采用负载磷钨酸分子筛催化，大大提高了反应的收率，后处理简单，无需过滤分离，实现了催化剂的无损以及多次套用。

合成方法

1、负载磷钨酸分子筛的制备

向带有回流装置的反应釜中加入1000ml无水乙醇、200g磷钨酸，搅拌溶解后加入200g 5A分子筛，加热回流反应2h。反应完毕，冷却至室温、抽滤、晾干得到负载磷钨酸分子筛粗品，将粗品置于200℃马弗炉中焙烧4h，得到负载磷钨酸分子筛成品。

2、4-甲氧基环己酮的合成

称取实施例1中制备得到的负载磷钨酸分子筛100g，装填到内径为20mm、长度60cm的管式玻璃反应器中，将反应器垂直放置并固定牢固，使用加热带调节电压将管式反应器内部温度控制在70℃左右待用。

称取866.6g 4-甲氧基环己醇水溶液(2mol，30％)和238g过氧化氢(2.1mol，30％)准备同时加料，调节4-甲氧基环己醇水溶液的加料速度为5g/min，通过计算为保证过氧化氢能同时滴完，应调节加料速度为1.4g/min。

开始滴加，原料混合后通过固定床进行反应，再经冷凝器冷却后得到4-甲氧基环己酮的水溶液，约2.9h反应完全。收集得到的4-甲氧基环己酮水溶液使用350×2ml甲苯萃取、合并油层脱溶得到255.2g 4-甲氧基环己酮，产品含量98.6％(GC，内标法)，收率98.3％。