本發明涉及:可用作合成香料或者有機合成中的合成中間體的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物;生產己二烯酸酯化合物的方法;以及生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的方法。本發明還涉及生產可用作生物活性物質(例如昆蟲性信息素)的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯及與此相關的物質的方法。例如,本發明涉及生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯的方法,所述(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯為新菠蘿灰粉蚧(通用名稱:葡萄菠蘿粉蚧(grape pineapple mealybug))的性信息素。
背景技術:
昆蟲的性信息素是通常由雌性個體分泌的生物活性物質并且具有吸引雄性個體的功能。少量的性信息素就呈現出強烈的吸引活性。性信息素已被廣泛用作預測昆蟲出現或者確認蟲害的地區分布(即入侵特定區域)的方式以及用作控制蟲害的方式。作為控制蟲害的方式,在實踐中廣泛使用被稱作大量誘捕、引誘加滅殺或者吸引加滅殺、引誘加感染或者吸引加感染以及交配干擾的控制方法。為了利用性信息素,經濟性生產所需量的信息素化合物對于基礎研究和應用都是需要的。
新菠蘿灰粉蚧(通用名稱:葡萄菠蘿粉蚧,并且在下文中簡寫為“GPMB”)廣泛分布在熱帶和亞熱帶地區,損害各種作物,因此它們是經濟上的危險性蟲害。GPMB的分布區域已經擴大,因此確定地理擴散也變得重要。Tabata等人已經鑒定GPMB的性信息素為(+)-(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯。Tabata等人還揭示出,與(±)-(E)-化合物:(±)-(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯相比較,(±)-(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯(其為相應的幾何異構體的(±)-(Z)-化合物)在使用合成化合物的吸引試驗中具有較低的吸引活性。他們還報道了通過使用由分離幾何異構體獲得的(±)-(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯經過光學拆分所獲的樣品,(+)-(E)-異構體表現出與天然信息素基本相同的吸引活性;然而為其相應的光學異構體(即對映體)的(-)-(E)-異構體:(-)-(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯表現出的吸引活性約為(+)-(E)-異構體的一半(J.Tabata等人,J.Chem.Ecol.,41,194(2015))。
需要GPMB的性信息素化合物的選擇性生產方法,以用于化合物的基礎生物研究和農藝研究。還亟需能夠供應足夠量的信息素化合物的有效生產方法,以用于應用用途和實際用途的目的。
如GPMB的性信息素的合成實例,J.Tabata等人在J.Chem.Ecol.,41,194(2015)中報道了四步合成法,其中將異丙基丙二酸二乙酯用作起始材料并且最終步驟涉及與由2-甲酰基-3-甲基丁基醋酸酯和2-甲基丙烯基三苯基溴化磷產生的葉立德試劑(ylide reagent)的Wittig反應。
此外,A.Kaufmann等人在Helv.Chim.Acta,29,1133(1946)中報道了2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯和2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的合成,與由H.L.Simon等人合成熏衣草醇(其為香料)的異構體一樣。
技術實現要素:
J.Tabata等人在J.Chem.Ecol.,41,194(2015)中報道的合成為短步驟合成,但是在最終步驟中的Wittig反應的產物是作為目標化合物的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯與相應的(Z)-異構體以9:1比率的混合物。通過高效液相色譜用涂覆有硝酸銀的硅膠柱來進行這些異構體的分離,這難以在工業規模上使用。因此,目標(E)-異構體的大規模合成涉及許多難點。由A.Kaufmann等人報道的合成包括當時的分析技術和結構測定技術,因此合成化合物的雙鍵的位置和幾何結構在許多方面都是不清楚的。
鑒于以上情況完成了本發明。根據本發明,在考慮幾何異構體和光學異構體的吸引活性的情況下,本文提供了生產足夠量的作為GPMB的性信息素的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯的(±)-化合物的幾何選擇性方法,以用于生物學研究、農藝研究、實際應用和利用等。本文還提供了用作GPMB信息素的合成中間體的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物以及生產該己二烯酸酯化合物的方法。本文還提供了生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的方法,所述(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇是薰衣草醇的異構體并且可用作香料等。
作為深入研究的結果,本發明人已經發現可以以高度選擇性來合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物。本發明人還發現,使用該己二烯酸酯化合物作為中間體,可以選擇性地且有效地合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇和(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物,并且已經完成本發明。
在本發明的實施方案中,提供了由通式(2)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物。
在本發明的另一實施方案中,提供了生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物的方法,所述方法包括將由通式(1)表示的3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物進行脫水的步驟以獲得由通式(2)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物。
在本發明的實施方案中,提供了生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的方法,所述方法包括將由通式(2)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物的烷氧基羰基進行還原的步驟以獲得由式(3)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇。
在本發明的實施方案中,提供了生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物的方法,所述方法包括以下步驟:將由通式(2)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物的烷氧基羰基進行還原以獲得由式(3)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇,以及將(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)進行酯化以獲得由通式(4)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物。
在上式中,Ra表示具有1個至15個碳原子的單價烴基,并且Rb表示具有1個至15個碳原子的單價烴基。
根據本發明,3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)可以用作原料以高度選擇性生產可用作中間體的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)。此外,(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)可以用于選擇性地且有效地合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)和(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)。
具體實施方式
本說明書中的中間體、試劑和目標化合物的化學式可以包括取代位點不同的異構體以及諸如結構方面的對映體和非對映體的立體異構體。除非另外說明,各化學式在每種情況中表示所有的異構體。異構體可以單獨使用或者以兩種或者更多種異構體的混合物進行使用。
在(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)(例如為GPMB的信息素的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯)的合成中,本發明人認為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)是作為中間體。該化合物可以被還原成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3),(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)作為香料引起關注,并且其可以進一步酯化為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)。中間體(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)是3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)的脫水產物之一,所述化合物(1)可以通過已知方法來制備。當3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)脫水時,與羥基一起消去的氫原子可以是在2-位的氫原子Ha(1,2-消去反應)或者是包括6-位和5-位的氫原子的六個氫原子Hb之一(1,4-消去反應)。由于產物可以根據雙鍵包括幾何異構體,因此可以預計,當既不涉及骨架重排也不涉及雙鍵的位置重排時,脫水反應可以產生以下四種產物。在以下反應方案中,被虛線包圍的產物是消去Ha的產物,而被實線包圍的其它產物則是消去Hb的產物。在以下反應方案中,Ra表示具有1個至15個碳原子的單價烴基。
本發明人已經極具興趣地研究了在各種條件下作為3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物的脫水反應的產物的這些異構體的比率。因此,本發明人已經驚奇地發現,在各種脫水條件下消去Hb的1,4-消去反應優先進行,而且以高度選擇性產生具有E-雙鍵的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)作為產物。
現在將詳細描述本發明的實施方案,但是不應解釋為本發明限于這些實施方案或者被它們所限制。
根據本發明,作為起始物料的3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物由通式(1)表示。
Ra表示具有1個至15個碳原子的單價烴基,優選為具有1個至10個碳原子的單價烴基。單價烴基可以是不干擾后續步驟的任何基團,并且包括具有任選的不飽和鍵的直鏈、支鏈或者環狀的單價烴基。單價烴基的優選實例包括:直鏈的單價烴基,例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、乙烯基、1-丙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、5-己烯基、1-庚烯基、9-癸烯基、1,3-丁二烯基、1,3-戊二烯基、1,5-己二烯基和乙炔基;支鏈的單價烴基,例如異丙基、2-乙基丙基、叔丁基、仲丁基、異丁基、叔戊基、新戊基、1-甲基丁基、1-丙基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-甲基戊基、1-乙基戊基、異丙烯基、1-甲基-1-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、1-甲基-1-丁烯基、1,1-二甲基-3-丁烯基、1-乙基-1-戊烯基、2,6-二甲基-5-庚烯基、2,6-二甲基-1,5-庚二烯基、2,6-二甲基-1,6-庚二烯基、6-甲基-2-亞甲基-5-庚烯基、6-甲基-2-亞甲基-6-庚烯基、4-甲基-1-戊烯基-3-戊烯基和1-亞異丙基-4-甲基-3-戊烯基;以及環狀的單價烴基,例如環丙基、2-甲基環丙基、2,2,3,3-四甲基環丙基、環丁基、環戊基、環戊基甲基、2-環戊基乙基、環己基、環己基甲基、二環己基甲基、2-環己基乙基、3-環己基丙基、4-環己基丁基、1-甲基環己基、2-甲基環己基、3-甲基環己基、4-甲基環己基、環庚基、降冰片基、降冰片基甲基、異冰片基、薄荷基、葑基、金剛烷基、1-環戊烯基、2-環戊烯基、1-環己烯基、1-甲基-2-環己烯基、2-甲基-2,5-二環己二烯基、苯基、芐基、1-苯基環丙基、2-苯基環丙基、1-苯基環戊基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、1-甲基-2-苯基乙基、1-苯基丙基、2-苯基丙基、3-苯基丙基、4-苯基丁基、1,2,3,4-四氫-2-萘基、2-苯基乙烯基、3-苯基-2-丙烯基、1-甲基-3-苯基乙烯基、對甲苯基、間甲苯基、鄰甲苯基、4-乙基苯基、4-丙基苯基、4-異丙基苯基、4-丁基苯基、4-叔丁基苯基、1-萘基和2-萘基。當需要純化時,考慮到例如控制目標化合物的沸點和極性,可以適當地選擇單價烴基。對于這些單價烴基,從原料的易得性和原子經濟性來看,因為該單價烴基通過還原反應被去除以產生(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)并且不包含在最終的目標產物:(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)中,因此特別優選甲基、乙基、正丙基、正丁基、異丙基、異丁基、2-乙基丙基、叔丁基和芐基。
合成3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)的方法的實例包括:使2-異丙基-3-酮-5-甲基-4-己烯酸酯化合物的3-位的羰基還原成為羥基的方法;以及使3-甲基-2-丁烯醛與由異戊酸酯化合物制備的烯醇化合物或者該烯醇化合物的等效物(例如甲硅烷基烯酮縮醛化合物)進行醛醇縮合反應的方法。
3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)具有兩個不對稱的碳原子,因此包括非對映體。不論是使用由以下通式表示的順式異構體(1)還是反式異構體(1),都可以如之后所述產生相同的目標(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物,使得不需考慮立體選擇性。換而言之,可以在選擇性地產生一種化合物的條件下或者在產生任何比率的混合物的條件下進行該合成。
將描述通過3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)的脫水反應合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)。
脫水反應可以在各種條件下進行,但是基本上包括以下步驟:將具有羥基的化合物(1)轉化為具有離去基團X的中間體(1x),并且隨后從中間體(1x)消去HX。
在式中,Ra表示與上文相同。
中間體(1x)可以是反應過渡態中的不穩定中間體或者可以是可被分離的穩定化合物。在后者情況下,中間體(1x)可以直接經受消去而不需分離,或者可以以逐步脫水的方式被分離并且然后經受消去。中間體(1x)還可以是通過烯丙基重排由雙鍵和取代基X的位置移動而產生的以下中間體(1xr)。
化合物(1)的脫水反應通過以下例示:(i)酸存在下的脫水反應以及(ii)脫水劑存在下的脫水反應。
在(i)酸存在下的脫水反應中,中間體(1x)中的取代基X是由質子酸或者路易斯酸活化的羥基。例如,當所述酸為質子酸時,取代基X為質子化羥基或者H2O+。在酸存在下的脫水反應中,中間體(1x)通常不分離,并且直接產生(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)。
用于(i)酸存在下的脫水反應中的所述酸的實例包括:無機酸或其鹽,例如鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、硫酸、硝酸、硼酸、磷酸以及它們的鹽(例如硫酸氫鉀);有機酸或其鹽,例如甲酸、醋酸、丙酸、草酸、三氟醋酸、甲磺酸、苯磺酸、對甲苯磺酸、萘磺酸以及它們的鹽;路易斯酸,例如三氯化鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、氧化鋁、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼、氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、四氯化錫、四溴化錫、二丁基二氯化錫、二丁基二甲氧基錫、氧化二丁基錫、四氯化鈦、四溴化鈦、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)和氧化鈦(IV);以及氧化物,例如礬土、硅膠和二氧化鈦。所述酸可以單獨使用或者以兩種或者更多種酸的混合物進行使用。
從經濟效益的觀點來看,用于(i)酸存在下的脫水反應中的酸的量優選為少量,并且可以為能夠實現實際上足夠的反應速率的任何量。相對于作為基質的1mol化合物(1),所述酸的量優選為0.0001mol至10,000mol,更優選為0.001mol至1,000mol,還更優選為0.001mol至100mol。
在(ii)脫水劑存在下的脫水反應中,所用的脫水劑可以選自常用作脫水劑的多種已知的試劑。如上所述,中間體(1x)可以直接經受消去而不需分離,或者中間體(1x)以逐步的方式可以被分離然后經受消去。中間體(1x)中的取代基X通過能夠形成酸性化合物HX的X進行例示。取代基X的具體實例優選包括:能夠形成如HX的氫鹵酸的鹵素原子,所述氫鹵酸例如氫氟酸、鹽酸、氫溴酸和氫碘酸;能夠形成如HX的羧酸的酰氧基;能夠形成如HX的酚的取代或未取代的苯氧基;能夠形成如HX的磺酸的磺酰氧基,所述磺酸包括被取代的磺酸,例如烷烴磺酸、芳烴磺酸、鹵代磺酸和烷氧基磺酸;能夠形成如HX的亞磺酸的亞磺酰氧基,所述亞磺酸包括被取代的亞磺酸,例如烷烴亞磺酸、芳烴亞磺酸、鹵代亞磺酸和烷氧基亞磺酸;能夠形成如HX的磷酸的磷酰氧基,所述磷酸包括取代和未取代的磷酸;以及能夠形成如HX的亞磷酸的亞磷酰氧基(phosphiryloxy),所述亞磷酸包括取代和未取代的亞磷酸。
提供具有如X的鹵素原子的中間體(1x)的脫水劑的優選實例包括:亞硫酰鹵化物,其中鹵化物意指氟化物、氯化物、溴化物或者碘化物(關于鹵化物,同樣適用于下文);甲氧基磺酰基鹵化物;磷鹵化物例如三溴化磷;磷鹵氧化物例如磷酰氯;烷烴磺酰基鹵化物例如甲磺酰基鹵化物和三氟甲磺酰基鹵化物;芳烴磺酰基鹵化物,例如苯磺酰基鹵化物、甲苯磺酰基鹵化物和萘磺酰基鹵化物;以及鹵素,例如碘。提供具有如X的酰氧基的中間體(1x)的脫水劑的優選實例包括:酰基鹵化物,例如乙酰基鹵化物和苯甲酰基鹵化物;以及羧酸酐,例如乙酸酐和鄰苯二甲酸酐。提供具有如X的取代或未取代的磺酰氧基或者亞磺酰氧基的中間體(1x)的脫水劑的優選實例包括亞硫酰基鹵化物;甲氧基磺酰基鹵化物;烷烴磺酰基鹵化物,例如甲磺酰基鹵化物和三氟甲磺酰基鹵化物;芳烴磺酰基鹵化物,例如苯磺酰基鹵化物、甲苯磺酰基鹵化物和萘磺酰基鹵化物;烷烴磺酸酐,例如甲磺酸酐和三氟甲磺酸酐;以及芳烴磺酸酐,例如苯磺酸酐和對甲苯磺酸酐。提供具有如X的取代或未取代的磷酰氧基或者亞磷酰氧基的中間體(1x)的脫水劑的優選實例包括:磷鹵化物,例如三溴化磷;磷鹵氧化物,例如磷酰氯;磷氧化物;例如五氧化二磷;甲基三苯氧基磷鹵化物;以及無機磷酸和亞磷酸的酸酐,例如五氧化二磷和多磷酸。其它脫水劑的實例包括芳基異氰酸酯,例如異氰酸苯酯;N-鹵代酰胺,例如N-溴代乙酰胺;N-鹵代酰亞胺,例如N-溴代琥珀酰亞胺;離子交換樹脂,例如Amberlite IRC-50;被取代的碳二亞胺,例如二環己基碳二亞胺;無機鹽,例如硫酸氫鉀、氫氧化鉀、硫酸銅、乙酸鈉和硅酸鎂載體(florisil);二甲基亞砜;以及六甲基磷三酰胺。
用于(ii)脫水劑存在下的脫水反應中的脫水劑的量是可變化的,這取決于基質或者脫水劑的類型。相對于作為基質的1mol化合物(1),脫水劑的量優選為0.0001mol至10,000mol,更優選為0.001mol至1,000mol,還更優選為0.001mol至100mol。
在上文中對脫水劑的一些實例描述了兩次或更多次,因為它們可以提供具有不同離去基團X的多種中間體(1x),其中各自之間的界線不必很清晰并且差異并不重要。例如,當脫水劑為乙酸酐時,對應于中間體(1x)的化合物為其中羥基被乙酰化的中間體(1xa)。因此,離去基團X為乙酰氧基,并且對應于HX的乙酸將被消去。在另一實例中,當脫水劑為亞硫酰氯時,對應于中間體(1x)的化合物可以是氯代亞磺酸酯(1xb)、亞硫酸酯(1xc)和氯化物(1xd)中的任何一個。這些中間體(1xb)至(1xd)可以在加熱或者在堿性條件下反應以進行HX的消去反應,使得脫水反應可以在總反應中進行以最終產生目標化合物(2)。因此,實際的反應中間體可以是中間體(1xb)至(1xd)中的任何一個,或者可以是如上文所述由中間體(1xa)至(1xd)通過相應的烯丙基重排經雙鍵和取代基X的位置移動而產生的任何中間體。實際中間體的結構并不重要,并且中間體可以具有最終產生目標化合物(2)的任何結構。在逐步脫水反應中,脫水劑可以在第一步驟中用作反應試劑,其中化合物(1)被轉化為中間體(1x)。
在(ii)脫水劑存在下的脫水反應中,脫水劑可以與堿組合使用。堿的實例包括:醇鹽,例如甲醇鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、叔戊醇鈉、甲醇鋰、乙醇鋰、叔丁醇鋰、叔戊醇鋰、甲醇鉀、乙醇鉀、叔丁醇鉀和叔戊醇鉀;氫氧化物鹽,例如氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀和氫氧化鋇;碳酸鹽,例如碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、碳酸氫鈉和碳酸氫鉀,其中此類碳酸鹽可以與例如鹵化物鹽或者高氯酸鹽組合;有機金屬試劑,例如甲基理、乙基鋰、正丁基鋰、甲基氯化鎂和二甲基亞砜基鈉(dimsyl sodium);金屬氨化物,例如氨基鈉、氨基鋰、二異丙基氨基鋰、六甲基二硅氮化鋰、六甲基二硅氮化鈉和二環己基酰胺鋰;金屬氫化物,例如氫化鈉、氫化鉀和氫化鈣;有機堿,例如三乙胺、二異丙基乙胺、三丁胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、喹啉、吡咯烷、哌啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、嗎啉、哌嗪、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯(DBN)、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷和亞磷酸三甲酯;以及季鎓鹽,例如四乙基氯化銨、四丁基溴化銨和四丁基溴化磷。所述堿可以單獨使用或者以兩種或者更多種堿的混合物使用,并且可以考慮基質的類型、反應性和選擇性來進行選擇。
用于(ii)脫水劑存在下的脫水反應中的堿的量是可變化的,這取決于基質或者堿的類型。相對于作為基質的1mol化合物(1),所述堿的量優選為0.0001mol至10,000mol,更優選為0.001mol至1,000mol,還更優選為0.001mol至100mol。
根據堿或者反應條件的類型,少量作為副反應的逆醇醛反應可能競爭性地進行,使得適當地選擇堿和反應條件,以便抑制副反應并且提高預期的反應速率。當選擇醇鹽作為堿時,優選使用具有包含RaO-(對應于取代基CO2Ra)的醇鹽的基質,因為可以防止通過酯交換引起的反應系統的復雜性。優選此類堿在第二步驟中用作反應劑,其中中間體(1x)在逐步脫水反應中被轉化為化合物(2)。
化合物(1)的脫水反應可以在溶劑不存在或者溶劑存在的情況下在室溫下進行,同時任選地冷卻或者加熱反應混合物。
用于脫水反應中的溶劑的實例包括:水;液氨;醇,例如甲醇和乙醇;醚,例如二乙醚、二正丁醚、四氫呋喃和1,4-二噁烷;烴,例如己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙基苯;酮,例如丙酮和2-丁酮;酯,例如甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸正戊酯;非質子極性溶劑,例如N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、二甲基亞砜和六甲基磷酰三胺;腈,例如乙腈和丙腈;以及胺,例如吡啶、乙胺、二乙胺、三乙胺、苯胺和二甲基苯胺。所述溶劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種溶劑的混合物進行使用。
相對于100份基質,用于脫水反應的溶劑的量優選為0.01份至100,000份,更優選為0.1份至10,000份,還更優選為1份至1,000份。當選擇醇作為溶劑時,優選使用對應于基質中的取代基CO2Ra的醇RaOH或者具有低親核性的叔醇,因為可以防止通過酯交換引起的反應系統的復雜性。
可以適當地選擇化合物(1)的脫水反應的反應溫度和反應時間。優選通過用氣相色譜(GC)或者薄層色譜(TLC)監測反應進度使反應充分進行。反應溫度優選為0℃至溶劑的沸點,更優選為10℃至100℃。反應時間通常為5分鐘至240小時。根據中間體(1x)的類型,可以僅通過在溶劑存在或者不存在的情況下加熱中間體(1x),使逐步脫水反應的第二步驟進行。還優選從系統中去除產生的水(作為與溶劑的共沸物),用于加快反應。
已發現,在通過3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)的脫水反應合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)中,通過從以上脫水反應條件中選擇適當的條件,可以獲得工業規模上具有足夠的選擇性和收率的化合物(2)。在該合成中,值得注意的是,幾乎未形成2-異丙基-5-甲基-2,4-己二烯醇酯(其被認為是相對穩定的α,β-不飽和酯)作為產物,并且幾乎未形成(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(其為化合物(2)的幾何異構體)。此外,均為化合物(1)的立體異構體的每種順式異構體和反式異構體提供相同的目標化合物。換而言之,該反應是在立體化學上收斂的并且不是立體定向的。因此,化合物(1)的立體異構體不需要分別產生。因此,此類方法具有高的工業價值。關于這些點,可以認為高選擇性是因為例如在2-位的異丙基龐大,對于考慮到處于反應過渡態中的碳正離子,在3-位的雙鍵的幾何結構為E,并且在5-位的具有正離子的碳正離子中間體是穩定的。認為5-位的碳正離子以及3-位的雙鍵的E幾何結構的存在得到以下實例支持:其中在5-位具有水合作用的(E)-5-羥基-2-異丙基-3-己烯酸酯化合物可以被分離,如實施例所示。所得的(E)-5-羥基-2-異丙基-3-己烯酸酯化合物還可以以與3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)相同的方式用作脫水反應的基質。
當3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)在與Inoue等人所用的那些相同的脫水反應條件中進行脫水時,獲得(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2),其中在Inoue等人所用的條件中由3-羥基-2,5-二甲基-4-己烯酸酯化合物(在3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物(1)的2-位上的龐大的異丙基被甲基取代)獲得2-甲基-5-甲基-2,4-己二烯醇酯化合物。實施例7將具體描述該研究,并且該研究表明基質的2-位的結構極大地影響脫水反應的選擇性。
由以上脫水反應獲得的目標(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)的粗產物,如果其具有足夠的純度,則可以直接經受后續步驟。所述粗產物可以通過適當地選自常用于有機合成的純化方法中的方法來純化,例如蒸餾、各種類型的色譜法和重結晶。
然后,將描述通過還原產生的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)來合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)可以直接經受下述的還原,以產生(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)。可選地,化合物(2)可以轉化為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸,然后所述酸可以經受還原。首先,將描述(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)轉化為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)至(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸的轉化可以通過已知的由酯至羧酸的轉化反應來進行。該轉化反應通過堿性或者中性條件下的水解反應以及酸性條件下的消去反應來例示。當作為基質的酯的Ra為伯烴或者仲烴基團時,水解反應是優選的,然而當Ra為叔烴基團時,酸性條件下的消去反應是優選的。水解反應通常于存在堿或者鹽的溶劑中進行,并且溶劑包含的水發生反應,或者隨后添加水并且發生反應。消去反應通常于存在酸的溶劑中進行。在兩者中任何一種反應中,所述反應可以進行,同時任選地冷卻或者加熱反應混合物。
用于水解反應的堿的實例包括:氫氧化物鹽,例如氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀和氫氧化鋇,優選為金屬氫氧化物,更優選為堿金屬氫氧化物或者堿土金屬氫氧化物;碳酸鹽,例如碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉和碳酸氫鉀,優選為堿金屬碳酸鹽或者堿金屬碳酸氫鹽;以及醇鹽,例如甲醇鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、叔戊醇鈉、甲醇鋰、乙醇鋰、叔丁醇鋰、叔戊醇鋰、甲醇鉀、乙醇鉀、叔丁醇鉀和叔戊醇鉀,優選為金屬醇鹽,更優選為堿金屬醇鹽。
用于水解中的鹽的實例包括鹵化物,例如碘化鋰、溴化鋰、三甲基甲硅烷基碘和三甲基甲硅烷基溴,優選為堿金屬鹵化物。
用于消去反應的酸的實例包括:無機酸或其鹽,例如鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、硫酸、硝酸、硼酸和磷酸或者它們的鹽(例如硫酸氫鉀);有機酸或其鹽,例如甲酸、乙酸、丙酸、草酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯磺酸、對甲苯磺酸和萘磺酸或者它們的鹽;路易斯酸,例如三氯化鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、氧化鋁、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼、四氯化錫、四溴化錫、二丁基二氯化錫、二丁基二甲氧基錫、氧化二丁基錫、四氯化鈦、四溴化鈦、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)和氧化鈦(IV);以及氧化物,例如礬土、硅膠和二氧化鈦。所述酸可以單獨使用或者以兩種或者更多種酸的混合物進行使用。
用于水解反應或者消去反應的溶劑的實例包括:水;醇,例如甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、芐醇、甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、二乙二醇單甲醚和三乙二醇單甲醚;醚,例如二乙醚、二正丁醚、四氫呋喃和1,4-二噁烷;烴,例如己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙苯;非質子極性溶劑,例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、二甲基亞砜(DMSO)和六甲基磷三酰胺(HMPA);以及腈,例如乙腈和丙腈。所述溶劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種溶劑的混合物進行使用。
可以適當地選擇水解反應或者消去反應的反應溫度和反應時間。優選通過用氣相色譜(GC)或者薄層色譜(TLC)監測反應進度使反應充分進行。反應溫度優選為-78℃至溶劑的沸點,更優選為-10℃至100℃。反應時間通常為5分鐘至240小時。
反應的后處理以及目標化合物的分離和純化可以通過適當地選自常用于有機合成的純化方法的方法來進行,例如真空蒸餾和各種類型的色譜。具有足夠純度的目標化合物的粗產物可以直接經受后續步驟。
然后,將描述還原(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)或者(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸以獲得(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)的步驟。
可以通過已知的由羧酸酯或者羧酸至醇的還原反應來進行該還原。在還原中,通常反應基質與還原劑在溶劑中反應,同時任選地冷卻或者加熱反應混合物。關于反應基質,盡管取決于還原劑的類型或者反應條件,但當酯的Ra為伯烷基或者仲烷基時,優選(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)直接用作還原的反應基質。當酯的Ra為叔基(特別是具有大的空間位阻)時,在一些情況下可能發生諸如雙鍵的還原的副反應。優選將此類酯通過以上方法預先轉化為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸,其可以用作還原的基質。
還原反應中的還原劑的實例包括:氫;硼化合物,例如硼烷、烷基硼烷、二烷基硼烷和雙(3-甲基-2-丁基)硼烷;二烷基硅烷;三烷基硅烷;烷基鋁;二烷基鋁;金屬氫化物,例如氫化鈉、氫化鋰、氫化鉀和氫化鈣;以及它們的復合氫化物和烷氧基衍生物或烷基衍生物,例如硼氫化鈉、硼氫化鋰、硼氫化鉀、硼氫化鈣、氫化鋁鈉、氫化鋁鋰、三甲氧基硼氫化鈉、三甲氧基氫化鋁鋰、二乙氧基氫化鋁鋰、三叔丁氧基氫化鋁鋰、雙(2-甲氧基乙氧基)氫化鋁鈉、三乙基硼氫化鋰和二異丁基氫化鋁以及它們的烷氧基衍生物或烷基衍生物。特別地,從反應條件、產物的易后處理、易分離等觀點來看,優選使用復合氫化物。
用于還原反應的還原劑的量是可變化的,這取決于還原劑的類型、反應條件等。相對于1mol的基質,通常優選0.5mol至大大過量(例如,2mol至500mol),更優選0.9mol至8.0mol。
用于還原的溶劑的實例優選包括:水;烴,例如己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙苯;醚,例如二乙醚、二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、四氫呋喃和1,4-二噁烷;醇,例如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇單甲醚和二乙二醇單甲醚;腈,例如乙腈;酮,例如丙酮和2-丁酮;酯,例如乙酸乙酯和乙酸正丁酯;以及非質子極性溶劑,例如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜和六甲基磷三酰胺。所述溶劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種溶劑的混合物進行使用。
根據待使用的還原劑類型,適當地選擇用于還原反應的溶劑。關于還原劑和溶劑的優選組合,當硼氫化鋰用作還原劑時,使用例如醚、醚和醇的混合溶劑或者醚和烴的混合溶劑。當氫化鋁鋰用作還原劑時,使用例如醚或者醚和烴的混合溶劑。
還原反應中的反應溫度或者反應時間是可變化的,這取決于試劑或者溶劑。例如,當在四氫呋喃中氫化鋁鋰用作還原劑時,反應溫度優選為-78℃至50℃,更優選為-70℃至20℃。可以適當地選擇反應時間。從收率的觀點來看,優選通過氣相色譜(GC)或者硅膠薄層色譜(TLC)監測反應使反應完成。反應時間通常為約0.5小時至96小時。
以上述方式合成的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)的分離或者純化可以通過適當地選自常用于有機合成的純化方法中的方法來進行,所述純化方法例如蒸餾和各種類型的色譜法。從工業成本效益的觀點來看,優選通過真空蒸餾來進行。具有足夠純度的化合物(3)的粗產物可以直接進行后續步驟。
然后,將描述通過(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)的酯化來合成(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)。
Rb表示具有1個至15個碳原子的單價烴基。
Rb通過與Ra相同的取代基來進行例示,并且特別優選為甲基、乙基、正丙基、異丙基、異丁基、仲丁基、4-甲基戊基、2-甲基-1-丙烯基或者2-甲基-2-丙烯基。
可以通過已知的酯生產方法,例如與酰化劑的反應、與羧酸的反應、酯交換,以及將化合物(3)轉化為烷基化劑并且然后使所述烷基化劑與羧酸反應的方法,使(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)酯化來進行(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)的合成。
在與酰化劑的反應中,作為反應基質的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)在單一的溶劑或者兩種或者更多種溶劑的混合溶劑中依次與酯化劑和堿進行反應或者同時與酯化劑和堿反應。
在與酰化劑的反應中使用的溶劑的實例優選包括:氯化溶劑,例如二氯甲烷、氯仿、三氯乙烯;烴,例如己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙苯;醚,例如二乙醚、二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、四氫呋喃和1,4-二噁烷;腈,例如乙腈;酮,例如丙酮和2-丁酮;酯,例如乙酸乙酯和乙酸正丁酯;以及非質子極性溶劑,例如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜和六甲基磷三酰胺。所述溶劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種溶劑的混合物進行使用。
酰化劑的實例優選包括羧酸氯化物、羧酸溴化物、羧酸酐、羧基三氟乙酸酐、羧基甲磺酸酐、羧基三氟甲磺酸酐、羧基苯磺酸酐、羧基對甲苯磺酸酐和對硝基苯羧酸酯。
堿的實例優選包括三乙胺、二異丙基乙胺、N,N-二甲基苯胺、吡啶和4-二甲基氨基吡啶。
與諸如酸酐的酰化劑的反應也可以在酸性催化劑存在而不是堿的存在下進行。優選酸性催化劑選自:無機酸,例如鹽酸、氫溴酸、硫酸以及硝酸;有機酸,例如草酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯磺酸和對甲苯磺酸;以及路易斯酸,例如三氯化鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、氧化鋁、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼、氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、四氯化錫、四溴化錫、二丁基二氯化錫、二丁基二甲氧基錫、氧化二丁基錫、四氯化鈦、四溴化鈦、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)和氧化鈦(IV)。
根據酰化劑的類型和反應條件可以適當地選擇反應溫度。反應溫度通常優選為-50℃至溶劑的沸點,更優選為-20℃至室溫。在下文中室溫意指5℃至35℃。相對于作為原料的1mol化合物(3),酰化劑的量優選為1mol至500mol,更優選為1mol至50mol,還更優選為1mol至5mol。
與羧酸的反應為(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)與羧酸的脫水反應并且通常在酸性催化劑存在下進行。相對于作為原料的1mol化合物(3),羧酸的量優選為1mol至500mol,更優選為1mol至50mol,還更優選為1mol至5mol。
用于化合物(3)與羧酸的反應中的酸性催化劑的實例包括:無機酸,例如鹽酸、氫溴酸、硫酸和硝酸;有機酸,例如草酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯磺酸和對甲苯磺酸;以及路易斯酸,例如三氯化鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、氧化鋁、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼、氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、四氯化錫、四溴化錫、二丁基二氯化錫、二丁基二甲氧基錫、氧化二丁基錫、四氯化鈦、四溴化鈦、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)和氧化鈦(IV)。所述酸性催化劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種酸催化劑的混合物進行使用。相對于作為原料的1mol化合物(3),酸性催化劑的量優選為0.0001mol至100mol,更優選為0.001mol至1mol,還更優選為0.01mol至0.05mol的催化量。
用于化合物(3)與羧酸的反應中的溶劑的實例包括在與酰化劑的反應中所例示的相同溶劑。
根據羧酸的類型和反應條件可以適當地選擇化合物(3)與羧酸的反應溫度。反應溫度通常優選為-50℃至溶劑的沸點,更優選為室溫至溶劑的沸點。還優選使用包含烴(例如,己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙苯)的溶劑并且當以共沸物從系統中去除產生的水時使反應進行。在這種情況下,可以在正常壓力下在溶劑的沸點處回流反應混合物時將水蒸餾掉。可選地,可以在減壓下在低于沸點的溫度將水蒸餾掉。
酯交換以如下方式進行:(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)與烷基羧酸酯在催化劑存在下反應,并且去除所產生的醇。從價格和反應易進行的觀點來看,烷基羧酸酯優選為羧酸的伯烷基酯,特別優選為甲基羧酸酯、乙基羧酸酯或者正丙基羧酸酯。相對于作為原料的1mol化合物(3),烷基羧酸酯的量優選為1mol至500mol,更優選為1mol至50mol,還更優選為1mol至5mol。
用于酯交換的催化劑的實例包括:無機酸,例如鹽酸、氫溴酸、硫酸和硝酸;有機酸,例如草酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯磺酸和對甲苯磺酸;堿,例如甲醇鈉、乙醇鈉、叔丁醇鉀和4-二甲基氨基吡啶;鹽,例如氰化鈉、氰化鉀、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鈣、乙酸錫、乙酸鋁、乙酰乙酸鋁和礬土;以及路易斯酸,例如三氯化鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、氧化鋁、三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼、氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、四氯化錫、四溴化錫、二丁基二氯化錫、二丁基二甲氧基錫、氧化二丁基錫、四氯化鈦、四溴化鈦、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)和氧化鈦(IV)。所述催化劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種催化劑的混合物進行使用。相對于作為原料的1mol化合物(3),催化劑的量優選為0.0001mol至100mol,更優選為0.001mol至1mol,還更優選為0.01mol至0.05mol的催化量。
酯交換可以在沒有溶劑的情況下進行。作為反應試劑的烷基羧酸酯自身也可以用作溶劑。優選此類反應,因為不需要諸如濃縮和溶劑回收的其它操作。可以補充使用溶劑。在這種情況下,溶劑的實例包括:烴,例如己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯和異丙苯;以及醚,例如二乙醚、二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、四氫呋喃和1,4-二噁烷。所述溶劑可以單獨使用或者以兩種或者更多種溶劑的混合物進行使用。根據烷基羧酸酯的類型和反應條件可以適當地選擇反應溫度。反應通常在加熱的情況下進行,并且優選地在由酯交換反應產生的具有低沸點的低級醇(例如甲醇、乙醇和1-丙醇)的大約沸點下進行,同時蒸餾掉產生的低級醇以獲得良好結果。可以在減壓下在低于沸點的溫度下將醇蒸餾掉。
在將化合物(3)轉化為烷基化劑并且使所述烷基化劑與羧酸反應的方法中,例如,將(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)轉化為相應的鹵化物(例如氯化物、溴化物或者碘化物)或者相應的磺酸酯(例如甲磺酸酯、三氟甲磺酸酯、苯磺酸酯或者對甲苯磺酸酯);并且然后通常在堿性條件下在溶劑中與羧酸反應。通過在化合物(3)與酰化劑的反應中所述的相同的溶劑、堿和條件來例示溶劑、堿、反應時間和反應溫度。代替羧酸和堿的組合,可以使用羧酸鹽,例如羧酸鈉、羧酸鋰、羧酸鉀和羧酸銨。
如以上所合成的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)的分離或者純化可以通過適當地選自常用于有機合成的純化方法中的方法來進行,所述純化方法例如蒸餾和各種類型的色譜法。從工業成本效益的觀點來看,優選通過真空蒸餾來進行。
如以上所述,提供了生產(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物(2)、(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(3)和(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯化合物(4)的具有短的合成路線的有效方法,以便提供足夠量的化合物用于應用、利用等。
實施例
接下來參考實施例將進一步詳細描述本發明。不應解釋為本發明限于實施例或者受限于實施例。
將由氣相色譜(GC)分析獲得的值用作原料、產物和中間體的純度,并且表示成%GC。關于GC條件,使用具有5%Ph-Me硅酮的柱(0.25mmφ×25m)的Shimazdu GC-14A氣相色譜、氦載氣和火焰離子化檢測器(FID)。
由于反應的原料和產物不是必須具有100%的純度,因此基于%GC將收率表示成以下的轉化率。由于氣相色譜的檢測器靈敏度根據化合物的類型而變化,特別是當起始材料或者粗產物為粗制品時,因此轉化率可以高于100%。
必要時通過純化粗產物來制備用于光譜測量的化合物樣品。
[I]由通式(1)表示的3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸酯化合物的合成實施例
參考實施例1
與通式(1)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯的合成實施例。
在氮氣氣氛下,將75g 2-異丙基-3-酮-5-甲基-4-己烯酸乙酯與800ml二乙醚的混合物在室溫下攪拌的同時添加292ml的四氫硼化鋅在四氫呋喃中的4.4M溶液。將反應混合物在室溫下攪拌24小時后,向其添加20g乙酸和380g水的混合物,然后用乙酸乙酯萃取。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得57.5g 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯(主要產物:順式異構體,收率78%)作為目標化合物。
反式-3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯
淡黃色油狀物
IR(D-ATR):v=3432(br.),2963,2935,2875,1731,1373,1239,1178,1154,1029cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.96(3H,d,J=6.1Hz),0.97(3H,d,J=5.7Hz),1.23(3H,t,J=7.3Hz),1.70(3H,d,J=1.5Hz),1.71(3H,d,J=1.1Hz),2.03(1H,s,OH),2.05-2.14(2H,m),2.41(1H,dd,J=6.5,7.7Hz),4.11(2H,q,J=7.3Hz),4.59(1H,dd,J=7.6,9.2Hz),5.34(1H,類似dq,J=9.6,1.5Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=14.30,18.20,19.28,21.32,25.88,27.16,57.92,59.94,67.50,124.84,137.02,173.22ppm。
GC-MS(EI,70eV):29,41,55,69,85(基峰),101,115,130,153,171,199,214(M+)。
<由通式(2)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸酯化合物的合成>
實施例1
與通式(2)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例1。
在氮氣氣氛下,將9.69g 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯與7.20g乙酸酐的混合物在150℃下攪拌3小時。使反應混合物直接經受真空蒸餾以去除過量的乙酸酐和由反應產生的乙酸,然后將目標化合物進行蒸餾以獲得6.92g(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(70.4%GC至93.9%GC,收率78%)作為目標化合物。目標化合物的雙鍵的幾何結構由以下測定:在1H-NMR中3-位與4-位之間的1H-1H耦合常數J為15.7Hz的事實和在2D-NOESY光譜中的相關性,如以下所示。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯
無色-淡黃色油狀物
沸點:74至80℃/400Pa
IR(D-ATR):v=2963,2873,1732,1467,1370,1236,1176,1152,1032,969,888cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.87(3H,d,J=6.9Hz),0.92(3H,d,J=6.5Hz),1.25(3H,t,J=7.3Hz),1.84(3H,s),1.95-2.06(1H,m),2.70(1H,t,J=8.9Hz),4.08-4.18(2H,m),4.92(1H,br.s),4.93(1H,br.s),5.62(1H,dd,J=9.6,15.7Hz),6.17(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
2D-NOESY:核歐佛豪瑟效應(nuclear Overhauser effect,NOE)的相關性由以下方案中的雙向箭頭所示。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=14.21,18.57,19.84,20.70,31.19,57.21,60.31,116.10,126.83,135.81,141.56,174.02ppm。
GC-MS(EI,70eV):41,53,67,81(基峰),91,111,123,139,154,181,196(M+)。
GC-MS(CI,異丁烷):123,197[(M+H)+]。
實施例2
與通式(2)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例2。
在氮氣氣氛下,將70.2mg 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯、95.0mg甲磺酸酐、3.0g二乙醚和3.0g二氯甲烷的混合物在室溫下攪拌的同時添加26mg吡啶。將反應混合物在室溫下攪拌14小時后,將其傾入稀鹽酸中并且用二乙醚萃取。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得57.8mg的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(95.0%GC,收率85%)作為目標化合物。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。該產物與實施例1中的產物相同。
實施例3
與通式2(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例3。
在氮氣氣氛下,將672mg 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯與20ml四氫呋喃的混合物進行攪拌并且在冰上冷卻的同時依次添加600mg三乙胺和535mg甲磺酰氯。將反應混合物進行攪拌并且在冰上冷卻1小時后,將其傾入水中并且用乙酸乙酯萃取。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得880mg的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(89.1%GC,收率85%)作為目標化合物。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。該產物與實施例1中的產物相同。
實施例4
與通式2(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例4。
在氮氣氣氛下,將0.162g 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯、0.300g吡啶和10ml二氯甲烷的混合物在室溫下攪拌的同時添加100μl亞硫酰氯。將反應混合物在室溫下攪拌14小時后,將其傾入稀鹽酸中并且用二乙醚萃取。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得0.120g的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(96.3%GC,收率78%)作為目標化合物。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。該產物與實施例1中的產物相同。
實施例5
與通式(2)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例5。
在氮氣氣氛下,將625mg 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯、10ml乙酸乙酯和20ml二乙醚的混合物在室溫下攪拌的同時添加10ml 20%鹽酸。通過GC監測反應進度,同時將混合物在室溫下攪拌。通過經GC-MS分析鑒定化合物,在反應的初始階段觀測到3-氯-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯和5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸乙酯,但是反應產物逐漸收斂為作為目標化合物的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。將反應混合物在室溫下攪拌48小時,然后分離有機相。將氫氧化鈉水溶液添加至水相以調節水相的pH至7,并且將所得的混合物用二乙醚萃取。將合并的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得870mg的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(59.8%GC,收率91%)作為目標化合物。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。該產物與實施例1中的產物相同。
實施例6
與通式(2)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例6。
在氮氣氣氛下,將15mg 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯與2mg硫酸氫鉀的混合物在70℃下攪拌4小時,然后在室溫下攪拌3天。通過GC監測反應并且通過GC-MS分析結構。在作為原料的3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯剩余2.5%時,形成了29.3%的作為目標化合物的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯和23.6%(E)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸乙酯作為主要產物。結果表明,反應通過5-位處具有正離子的碳正離子中間體進行。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯
GC-MS(EI,70eV):41,53,67,81(基峰),111,123,139,154,181,196(M+)。
(E)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸乙酯
GC-MS(EI,70eV):43,55,69,81,97,111,125,139,153,171,199,214(M+)。
實施例7
與通式(2)(其中Ra為乙基(CH3CH2,Et))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯的合成實施例7。
在氮氣氣氛下,將250mg五氧化二磷與50ml苯的混合物在40℃至50℃下加熱攪拌的同時添加670mg 3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯與15ml苯的混合物。將反應混合物攪拌回流3小時。將反應混合物冷卻至室溫,然后向其添加水。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得790mg的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(72.1%GC,收率93%)作為目標化合物。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯。該產物與實施例1中的產物相同。
如以下反應方案所示,已報道作為原料的3-羥基-2,5-二甲基-4-己烯酸乙酯在與本實施例相同的條件下脫水,以獲得2,5-二甲基-2,4-己二烯酸乙酯(參見Inoue,Kagaku no Ryoiki,9,531(1955)和Inoue等人,Bochu Kagaku,20,102(1955),其中未描述原料和產物的立體化學)。本實驗揭示出在2-位的取代基的差別導致不同的選擇性。
實施例8
與通式(2)(其中Ra為甲基(CH3,Me))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯的合成實施例1。
除了用3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸甲酯代替3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯以外,通過與實施例7相同的反應獲得(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯(收率92%)作為目標化合物。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯
無色油狀物
IR(D-ATR):v=2961,2873,1737,1435,1240,1154,969,888cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.87(3H,d,J=6.9Hz),0.92(3H,d,J=6.5Hz),1.84(3H,s),1.95-2.06(1H,m),2.74(1H,t,J=9.1Hz),3.67(3H,s),4.93(1H,br.s),4.94(1H,br.s),5.61(1H,dd,J=9.6,15.7Hz),6.18(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=18.56,19.83,20.75,31.18,51.55,57.09,116.23,126.63,135.97,141.50,174.46ppm。
GC-MS(EI,70eV):41,53,67,81(基峰),91,107,125,140,182(M+)。
GC-MS(CI,異丁烷):115,123,183[(M+H)+]。
實施例9
與通式(2)(其中Ra為甲基(CH3,Me))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯的合成實施例2。
實施例9-1
在氮氣氣氛下,將14.0g 3-甲基-1-甲氧基-1-三甲基甲硅烷基氧基-1-丁烯(作為甲硅烷基烯酮縮醛,其通過常用方法由異戊酸甲酯合成)、100ml二氯甲烷和1.04ml六甲基磷三酰胺(HMPA)的混合物在-70℃下攪拌的同時添加11.62g四氯化硅(SiCl4),并且將反應混合物在-70℃下攪拌15分鐘。然后,向其中添加5.10g 3-甲基-2-丁烯醛與10ml二氯甲烷的混合物,并且將反應混合物在-70℃下進一步攪拌2小時,然后在冰上冷卻2小時。通過反應混合物的GC-MS分析發現,3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸甲酯的順式異構體和反式異構體以48:52的比率形成。
3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸甲酯的一種異構體。
GC保留時間為5.00min。關于GC條件,使用具有5%Ph-Me硅酮的柱(0.25mmφ×25m)、載氣為氦的Shimazdu GC-14A氣相色譜和火焰離子化檢測器(FID)。
GC-MS(EI,70eV):41,55,69,85(基峰),101,116,157,185,200(M+)。
3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸甲酯的其它異構體
GC保留時間為5.81min。關于GC條件,使用具有5%Ph-Me硅酮的柱(0.25mmφ×25m)、載氣為氦的Shimazdu GC-14A氣相色譜和火焰離子化檢測器(FID)。
GC-MS(EI,70eV):41,55,69,85(基峰),101,116,157,185,200(M+)。
向反應混合物逐滴添加150ml水,同時將混合物在冰上冷卻,由于水與四氯化硅的反應產生的鹽酸而使得反應系統變成酸性,然后在室溫下攪拌18小時。將所得的沉淀物通過過濾去除,并且將水和二乙醚添加至濾液。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得13.18g粗產物。將12.0g粗產物通過硅膠柱色譜進行純化以獲得2.31g作為目標化合物的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯(91.9%GC,收率21%,該化合物與實施例8的目標化合物相同)并且獲得8.11g(E)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸甲酯(97.8%GC,收率71%)。這些化合物的雙鍵的幾何結構由以下所示的1H-NMR中3-位與4-位之間的1H-1H耦合常數J為15.7Hz的事實來確定。作為反應混合物和產物的GC分析的結果,未檢測到目標化合物的幾何異構體(Z)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯和(Z)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸甲酯。
(E)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸甲酯
無色油狀物
IR(D-ATR):v=3464,2968,2934,2874,1737,1722,1435,1370,1244,1195,1153,975cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.85(3H,d,J=6.9Hz),0.88(3H,d,J=6.9Hz),1.29(3H,s),1.79(1H,br.),1.91-2.01(1H,m),2.65(1H,類似t,J=8.8Hz),3.65(3H,s),5.61(1H,dd,J=9.1,15.7Hz),5.67(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
1H-NMR去耦:在出現于δ=2.65的2-位H的照射去耦使出現在δ=5.61的3-位H變成具有J=15.7Hz的三重峰。這表明3-位與4-位之間的1H-1H耦合常數J為15.7Hz。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=19.65,20.67,29.57,29.76,30.88,51.51,56.41,70.60,123.43,141.67,174.59ppm。
GC-MS(EI,70eV):43,55,69,81,97,111(基峰),125,140,153,168,185,200(M+)。
GC-MS(CI,異丁烷):183[(M+H-H2O)+]。
實施例9-2
在氮氣氣氛下,將1.65g(E)-5-羥基-2-異丙基-5-甲基-3-己烯酸甲酯(97.8%GC)、20ml四氫呋喃和5ml三甲胺的混合物在冰上冷卻的同時添加1.20g甲磺酰氯,然后將反應混合物在室溫下攪拌17小時。將反應混合物傾入水中并且用正己烷萃取。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得0.96g的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸甲酯(84.5%GC,收率91%)作為目標化合物。該產物與實施例8中的產物相同。
實施例10
與通式(2)(其中Ra為(CH3)2CHCH2)對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸異丁酯的合成實施例。
除了用3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸異丁酯代替3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯以外,通過與實施例1相同的反應獲得(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸異丁酯(收率88%)作為目標化合物。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸異丁酯
黃色油狀物
IR(D-ATR):v=2962,2874,1733,1469,1370,1284,1234,1151,1006,968cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.88(3H,d,J=6.9Hz),0.92(3H,s),0.93(3H,s),0.93(3H,d,J=6.5Hz),1.84(3H,s),1.88-1.98(1H,m),1.98-2.07(1H,m),2.74(1H,t,J=9.1Hz),3.81-3.91(2H,m),4.92(1H,br.s),4.93(1H,br.s),5.63(1H,dd,J=9.5,15.7Hz),6.18(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=18.57,19.05,19.04,19.87,20.78,27.70,31.15,57.38,70.49,116.07,126.90,135.82,141.56,174.02ppm。
GC-MS(EI,70eV):29,41,57,81(基峰),93,111,123,153,168,224(M+)。
GC-MS(CI,異丁烷):123,169,225[(M+H)+]。
實施例11
與通式(2)(其中Ra為C6H5CH2)對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸芐酯的合成實施例。
除了用3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸芐酯代替3-羥基-2-異丙基-5-甲基-4-己烯酸乙酯以外,通過與實施例3相同的反應獲得(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸芐酯(收率88%)作為目標化合物。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸芐酯
無色油狀物
IR(D-ATR):ν=3032,2962,2872,1732,1455,1231,1214,1148,970cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.89(3H,d,J=6.9Hz),0.93(3H,d,J=6.5Hz),1.86(3H,s),2.00-2.11(1H,m),2.81(1H,t,J=9.0Hz),4.94(1H,br.s),4.96(1H,br.s),5.11(1H,d,J=12.2Hz),5.16(1H,d,J=12.2Hz),5.66(1H,dd,J=9.6,15.7Hz),6.21(1H,d,J=15.3Hz),7.30-7.40(5H,m)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=18.55,19.81,20.72,31.20,57.11,66.14,116.24,126.51,128.06,128.10,128.46,136.00,136.08,141.50,173.80ppm。
GC-MS(EI,70eV):43,65,81,91(基峰),107,123,258(M+)。
[II]由通式(3)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的合成
實施例12
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇的合成實施例。
在氮氣氣氛下,將2.23g氫化鋁鋰與50ml四氫呋喃的混合物在冰上冷卻的同時逐滴添加7.98g在實施例1中獲得的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯酸乙酯(84.2%GC)與40ml四氫呋喃的混合物。將反應混合物攪拌100分鐘,同時在冰上冷卻。向反應混合物依次添加2.23g水、2.23g 15%氫氧化鈉水溶液和6.69g水,同時混合物仍在冰上冷卻。在生熱結束后,將反應混合物的溫度在攪拌下升高至室溫。將所得的沉淀物過濾掉,并且將濾液在減壓下進行濃縮以獲得6.23g目標化合物(85.3%GC,定量收率)。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇
無色油狀物
IR(D-ATR):v=3350,2958,2929,2873,1609,1464,1386,1368,1061,1037,968cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.86(3H,d,J=6.9Hz),0.91(3H,d,J=6.9Hz),1.48-1.55(1H,br.),1.65-1.75(1H,m),1.85(3H,s),2.02-2.09(1H,m),3.46(1H,br.類似t,J=10至11Hz),3.65-3.72(1H,m),4.92(2H,br.s),5.44(1H,dd,J=9.6,15.7Hz),6.22(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=18.64,19.57,20.82,29.00,52.58,64.22,115.55,129.46,136.35,141.56ppm。
GC-MS(EI,70eV):41,55,67,81(基峰),93,109,123,139,154(M+)。
這些光譜數據與J.Tabata等人,J.Chem.Ecol.,41,194(2015)中的那些數據非常一致。
[III]由通式(4)表示的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基羧酸酯的合成
實施例13
與通式(4)(其中Rb為甲基(CH3))對應的(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯的合成實施例。
在氮氣氣氛下,將5.92g(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯醇(85.3%GC)、24ml吡啶和50ml乙酸乙酯的混合物進行攪拌并且在冰上冷卻的同時添加9.90g乙酸酐。將反應混合物在室溫下攪拌16小時,然后傾入飽和的碳酸氫鈉水溶液中。將經分離的有機相進行常規后處理,包括洗滌、干燥和濃縮以獲得7.41g目標(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯的粗產物(83.6%GC,收率97%)。將粗產物通過硅膠柱色譜進行純化,以獲得包含4.59g(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯(94.5%GC)的部分1和包含2.06g相同化合物(78.7%GC)的部分2,作為目標化合物(總收率93%)。部分1通過真空蒸餾進一步純化以獲得1.30g(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯(93.5%GC)和3.15g相同的化合物(95.7%GC),作為目標化合物。
(E)-2-異丙基-5-甲基-3,5-己二烯基醋酸酯
無色油狀物
沸點:56至59℃/400Pa
IR(D-ATR):v=2960,2874,1742,1464,1382,1368,1234,1034,969cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.86(3H,d,J=6.9Hz),0.91(3H,d,J=6.5Hz),1.72-1.80(1H,m),1.82(3H,s),2.01(3H,s),2.20-2.27(1H,m),4.08(2H,d,J=6.9Hz),4.89(2H,br.s),5.44(1H,dd,J=9.2,15.7Hz),6.14(1H,d,J=15.7Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=18.61,18.89,20.68,20.94,28.06,48.26,65.95,115.19,128.48,135.32,141.81,171.11ppm。
GC-MS(EI,70eV):43,55,67,79,93,107,121(基峰),136,196(M+)。
GC-MS(CI,異丁烷):81,137[(M+H)+]。
這些光譜數據與J.Tabata等人,J.Chem.Ecol.,41,194(2015)中的那些數據非常一致。