本發明涉及一種制備光學活性醛或酮的方法，具體涉及一種不對稱氫化α,β-不飽和醛或酮制備光學活性醛或酮，尤其是R-香茅醛的方法。
背景技術：
：光學活性的醛或酮化合物是重要的中間體化合物，具有合成及藥用價值，并且很多化合物本身就是重要的香精香料成分。歐洲公開專利EP0000315公開了一種通過在催化劑配合物存在下氫化香葉醛或橙花醛而制備光學活性的R-香茅醛的方法，所述催化劑配合物溶于反應體系且由銠和手性膦組成，其中手性膦配體為簡單的2,3-雙(二苯膦基)丁烷配體，此均相體系的化學選擇性及立體選擇性不高，并且催化劑用量較大。JournalofMolecularCatalysis.16(1982)51-59研究了α,β-不飽和醛的均相催化氫化，并將該方法用于制備光學活性的R-香茅醛。該研究所用催化劑為羰基銠和手性膦的配合物，使用此方法實現了較高的化學選擇性，但立體選擇性提高有限，并且氫化效率低。中國公開專利CN103044204、CN105541579公開了一種使用二氫吡啶衍生物為負氫源，并以手性胺/手性胺鹽作為手性輔劑，催化不對稱氫化檸檬醛合成R-香茅醛的方法，但該法由于氫源限制，難以實現工業化生產。WO2009068444公開了使用羰基銠和手性膦的配合物均相催化氫化橙花醛制備光學活性的R-香茅醛，催化劑先經過CO與H2混合氣預制，反應在混有少量CO的H2中進行。采用此催化劑可有效提高產物化學及立體選擇性，但存在氫化效率低的弊端，特別是在高底物/催化劑的條件下，催化劑轉化頻率明顯降低，導致催化劑需要多次循環套用，工藝操作復雜，并且催化劑壽命短，容易發生貴金屬偶聯失活等缺點。中國公開專利CN104725173公開了使用含膦多配位催化劑和手性氨基酸助催化劑，對α,β-不飽和醛或酮進行不對稱氫化反應，制備光學活性的醛或酮，其含膦多配位催化劑制備步驟長，成本較高。因此，需要尋找一種用于α,β-不飽和醛或酮的不對稱氫化反應的新型催化體系及氫化方法，實現高選擇性、低成本制備光學活性醛或酮。技術實現要素：本發明的目的是提供一種制備光學活性醛或酮的方法，在過渡金屬催化劑和氨基酸酯催化劑作用下，對α,β-不飽和醛或酮進行不對稱氫化反應，制備光學活性的醛或酮。為了降低催化劑成本，本專利通過使用廉價的過渡金屬催化劑和氨基酸酯催化劑相結合，實現了高效、高選擇性不對稱氫化α,β-不飽和醛或酮。該方法具有操作簡單、催化劑成本低、產品收率高、三廢少等優點，適用于工業化生產應用。為了實現以上發明目的，本發明采用的技術方案如下：一種制備光學活性醛或酮的方法：在過渡金屬催化劑和氨基酸酯催化劑作用下，對α,β-不飽和醛或酮進行不對稱氫化反應，制備光學活性的醛或酮。本發明中，所述氨基酸酯催化劑選自具有一個或者多個手性中心的氨基酸酯及其衍生物，所述氨基酸酯包括天然和/或人工合成的氨基酸酯，具有以下通式：其中，*表示該碳原子為手性碳原子；其中，R8、R9各不相同，分別獨立地表示氫原子，羥基，酯基，鹵素，C1-C5的烷基并任選地含有1-2個烯屬雙鍵的取代基和/或1-4個選自C1-C4烷氧基、鹵素、C6-C10芳基、C5-C10雜芳基的取代基，或C6-C20的支化/未支化的烷基或環狀烷基并任選地含有1-4個烯屬雙鍵和/或1-4個選自C1-C4烷氧基、鹵素、C6-C10芳基、C5-C10雜芳基的取代基、C7-C20芳烷基、C7-C20雜芳烷基；R10選自C1-C5的烷基并任選地含有1-2個烯屬雙鍵和/或1-4個選自C1-C4烷基、鹵素、C6-C10芳基、C5-C10雜芳基的取代基，或C6-C20的支化/未支化的烷基或環狀烷基并任選含有1-4個烯屬雙鍵和/或1-4個選自C1-C4烷基、鹵素、C6-C10芳基、C5-C10雜芳基取代基、C7-C20芳烷基、C7-C20雜芳烷基。作為更優選的方案，通過舉例列出的如下化合物為本發明使用的氨基酸酯催化劑，所述氨基酸酯催化劑選自其中的一種或多種：在這些結構中，“tBu”是指叔丁基，“Ac”是指乙酰基。作為進一步優選的方案，本發明使用的氨基酸酯催化劑為：即(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate。本發明中，所述過渡金屬催化劑包括過渡金屬化合物和膦配體；本發明中，所述膦配體含有1-2個磷原子，具有以下通式：優選其中，R11、R12、R13、R14、R15相同或不同，分別獨立地表示C1-C3的烷基，C4-C5的支化/未支化的烷基或環狀烷基并任選地含有1-2個烯屬雙鍵和/或1-4個選自C1-C4烷氧基、鹵素、C6-C10芳基、雜芳基的取代基，C6-C20的支化/未支化的烷基或環狀烷基并可任選含有1-4個烯屬雙鍵和/或1-4個選自C1-C4烷氧基、鹵素、C5-C10雜芳基的取代基，C6-C10的芳基并任選地含有1-3個的C1-C4烷基/鹵素取代的烷基/烷氧基、鹵素、C5-C10雜芳基的取代基，或者C4-C10雜芳基并任選地含有1-3個的C1-C4烷基、烷氧基、鹵素、C5-C10雜芳基的取代基。通過舉例列出的如下化合物為根據本發明可優選使用的膦配體：作為進一步優選的方案，本發明使用的配體為：(三苯基膦)本發明中，所述過渡金屬為元素周期表中第VIII族的金屬，優選為銠、銥、釕、鈀和鉑中的一種或多種，更優選為銠。本發明中，所述過渡金屬化合物選自過渡金屬鹵化物，過渡金屬碳酸鹽，過渡金屬與羰基化合物、乙酰丙酮化合物、羥基化合物、環辛二烯、降冰片二烯、環辛烯、甲氧基化合物、乙酰基化合物、脂肪族羧酸或芳香族羧酸配位的配合物，優選過渡金屬鹵化物，過渡金屬與羰基化合物、環辛二烯或乙酰基化合物配位的配合物，更優選RhCl3、Rh(OAc)3、Rh(cod)2BF4、[Rh(cod)Cl]2、Rh(CO)2acac、[Rh(cod)OH]2、[Rh(cod)OMe]2、Rh4(CO)12、Rh6(CO)16、Ir4(CO)12和[Ir(cod)Cl]2中的一種或多種，其中，“acac”為乙酰丙酮配體，“cod”為環辛二烯配體。本發明所述的過渡金屬化合物的制備是已知的且充分在文獻中描述或可由本領域熟練技術人員類似于已知化合物制備。本發明中，過渡金屬催化劑是由過渡金屬化合物和膦配體原位配位使用。本發明中，所述膦配體與過渡金屬化合物中過渡金屬原子的摩爾比為(0.5-10)：1，優選為(1-4)：1。本發明中，基于α,β-不飽和醛或酮的摩爾量，所述過渡金屬催化劑的用量以過渡金屬原子的摩爾量計，為0.001mol％至1mol％，優選0.001mo1％至0.5mo1％，進一步優選為0.002mo1％至0.1mo1％。本發明中，所述氨基酸酯催化劑與過渡金屬催化劑的摩爾比為(0.1-10)：1，優選為(0.5-4)：1，所述過渡金屬催化劑以其中所含過渡金屬化合物的摩爾量計。本發明中，所選氨基酸酯催化劑允許以其兩種對映體：R型對映體和/或S型對映體的形式使用。本發明中，所述α,β-不飽和醛或酮為待氫化的底物，其結構式為和/或不對稱氫化后得到相應的光學活性的醛或酮的結構式為其中，*表示該碳原子為手性碳原子；R1、R2相同或不同，分別獨立地為C1-C2的烷基,含有1個烯烴雙鍵和/或1-2個選自OR4、NR5R6、鹵素的取代基的C2-C10的烴基，C3-C10支化、未支化的烷基；R3為氫，C1-C2的烷基，含有1個烯烴雙鍵和/或1-2個選自OR4、NR5R6、鹵素、C6-C10芳基的取代基的C2-C10的烴基，C4-C10的支化、C3-C10未支化烷基；R7為C1-C2的亞烷基，含有1個烯烴雙鍵和/或1-2個選自OR4、NR5R6、鹵素、C6-C10芳基的取代基的C2-C10的亞烴基；R4為氫、C1-C6烷基、C6-C10芳基；R5、R6相同或不同，各自獨立地為氫、C1-C6烷基、C6-C10芳基或具有N或O雜原子的C2-C5的烷基。本發明中，優選的α,β-不飽和醛為式(IV)和/或(V)，通過不對稱氫化(IV)或(V)，制備在羰基的β-位上具有甲基的式(III)或(III’)的光學活性的醛，結構式分別為：其中，*表示手性碳原子，R1、R2相同或不同，分別獨立地為C1-C2的烷基或含有1個烯烴雙鍵的C2-C10的烴基；本發明中，進一步優選的α,β-不飽和醛為式(VII)的橙花醛和/或式(VIII)的香葉醛，通過不對稱氫化式(VII)的橙花醛或式(VIII)的香葉醛而制備得到式(VI)的光學活性的香茅醛(R-香茅醛或S-香茅醛)，所述橙花醛、香葉醛和香茅醛結構式分別為：本發明中，通過不對稱地，即對映選擇性地氫化相應的式(IV)和/或(V)的α,β-不飽和醛獲得式(III)或(III’)的醛，所形成的光學活性羰基化合物的構型取決于所使用的氨基酸酯化合物的構型。因此，根據本發明，能夠分別以式(IV)和/或(V)的兩個順反異構體或者以式(IV)和/或(V)的兩個順反異構體的混合物為起始物而獲得式(III)或(III’)的具有光學活性的醛。本發明方法中，更進一步優選通過不對稱氫化橙花醛和香葉醛的混合物即檸檬醛而制備R-香茅醛。本發明中，舉例列舉取代基或基團的定義如下:C1-C10烷基例如為甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、1-乙基丙基、己基或1,1-二甲基丙基。C6-C10芳基例如為苯基或萘基。本發明中，鹵素指氟、氯、溴或碘，優選氟、氯或溴。本發明中，制備的光學活性的醛或酮的實例包括但不限于如下化合物:本發明中，不對稱氫化在無溶劑條件下或有溶劑條件下進行，所述溶劑為烷烴、芳烴、鹵代烴、醚類、酮類和脂類溶劑中的一種或多種，優選為正己烷、甲苯、四氫呋喃和二氯甲烷中的一種或多種。本發明中，α,β-不飽和醛或酮的起始濃度為5-100wt％，優選10-50wt％，基于溶劑與橙花醛或香葉醛的總質量。本發明中，將氨基酸酯催化劑和過渡金屬催化劑加入到待氫化的底物中，通入氫氣進行不對稱氫化。用于不對稱氫化的氫氣純度為90-100％(v/v)，所述雜質包括氮氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體，雜質的含量為0-10％(v/v)。加氫反應絕對壓力為0.1-10MPa，優選5-8MPa；反應溫度為0-120℃，優選25-90℃。通常而言，本發明不對稱氫化的反應時間為約1h至約150h，優選為約2h至約24h。本發明中，根據目標化合物以所需產率和所需光學活性，即以所需的對映體過量(ee)存在于反應混合物中時終止反應，對映體過量可通過常規分析方法如借助色譜法測定。本發明方法成功地以高產率和對映體過量地提供了光學活性的羰基化合物，尤其是光學活性的醛。本發明中，不對稱氫化的產物的光學純度最高可達到99ee％，光學選擇性取決于催化劑或所用氨基酸酯催化劑的光學純度。本發明中，不對稱氫化的產物化學選擇性最高可達99.8％，轉化率最高可達到99.9％；催化劑轉化數(TON)可達到50000-100000。本發明中，催化劑體系可與產物進行分離，實現催化劑的循環利用，所述分離可以通過多種方式，包括但不限于蒸餾、萃取或結晶等方法，優選蒸餾法，分離后的催化劑體系可重復使用。本發明方法的顯著之處在于：1、通過廉價氨基酸酯催化劑的引入，能夠與反應物中的羰基形成亞胺中間體，使得反應物能夠進行順反異構體轉化，消除了順反異構體差異對反應的影響，從而省去了原料順反異構體分離步驟。2、過渡金屬催化劑中的過渡金屬原子受亞胺的誘導作用優先與底物的α,β-不飽和雙鍵配位，并由于手性亞胺的空間位阻效應，使得催化劑與底物結合時，形成了一個非常接近底物的手性環境，有效地控制了催化氫化過程的立體專一性，從而得到光學活性的產物即光學活性的醛或酮。3、過量的氨基酸酯催化劑能夠顯著提高催化劑活性并且催化劑穩定性有所提高，從而顯著增加了催化劑的壽命，其次使得循環利用均相催化劑成為可能，可通過蒸餾從反應混合物中取出所得反應產物，且如果合適的話在重復活化之后可將剩余催化劑用于其它反應中。因此，本發明方法可間歇、半連續或連續地操作，且尤其適合工業規模的生產。實施例以下通過具體實施例對本發明方法做進一步說明，但本發明不限于所列出的實施例，還應包括在本發明的權利要求范圍內其他任何公知的改變。分析儀器氣相色譜儀：Agilent7890，色譜柱DB-5(轉化率測定)，色譜柱Supelcoβ-DEXTM225(光學純度測定)，進樣口溫度：300℃；分流比50:1；載氣流量：52.8ml/min；升溫程序：95℃下保持40min，以10℃/min的速率升至180℃，保持40min，檢測器溫度：280℃。檸檬醛,97wt％,BASF；Rh4(CO)12,98wt％，Aldrich；氨基酸酯(1)-(13),98wt％，99％ee,Aldrich；膦配體(1)-(18),98wt％,百靈威；實施例1在氬氣氣氛下將52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將13.9g3,5,5-三甲基-2-環己烯-1-酮，底物/過渡金屬催化劑的摩爾比(以過渡金屬原子計，下同)＝1000注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于90℃下反應10h后，使用氣相色譜測得轉化率為99.9％，產物為R-3,5,5-三甲基環己酮，產率99.8％，光學純度為99ee％。實施例2在氬氣氣氛下將52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g橙花醛(橙花醛/香葉醛＝99.1:0.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于90℃下反應10h后，使用氣相色譜測得轉化率為99.9％，產物為R-香茅醛，產率99.8％，光學純度為99ee％。實施例3-15在氬氣氣氛下分別采用結構式(1)-(13)的氨基酸酯0.1mmol、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于80mL甲苯中，并轉移至200mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于60℃下反應15h后，使用氣相色譜測定轉化率和產物的產率、光學純度詳見表1。表1實施例氨基酸酯轉化率(％)產物產率(％)ee值3(1)91.2R-香茅醛86.6894(2)74.6R-香茅醛69.2855(3)84.1S-香茅醛71.5796(4)89.5S-香茅醛83.9787(5)97.5R-香茅醛95.8918(6)75.9S-香茅醛68.2769(7)71.6S-香茅醛63.47210(8)75.4S-香茅醛70.37111(9)99.9R-香茅醛99.89312(10)99.9R-香茅醛99.89913(11)93.4S-香茅醛89.78814(12)88.3S-香茅醛84.17615(13)95.1S-香茅醛91.489實施例16-32在氬氣氣氛下分別采用結構式(2)-(18)的膦配體0.1mmol、52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，溶于80mL甲苯中，并轉移至200mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于60℃下反應15h后，使用氣相色譜測定轉化率和產物的產率、光學純度詳見表2。表2實施例33在氬氣氣氛下將52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于800mL甲苯中，并轉移至2500mL高壓釜中，將761g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝50000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于90℃下反應20h后，使用氣相色譜測得轉化率為88.6％，產物為R-香茅醛，產率88.1％，光學純度為98ee％。實施例34在氬氣氣氛下將52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于25℃下反應20h后，使用氣相色譜測得轉化率為85.3％，產物為R-香茅醛，產率85.2％，光學純度為99ee％。實施例35在氬氣氣氛下將52.7mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，6.55mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于90℃下反應18h后，使用氣相色譜測得轉化率為92.5％，產物為R-香茅醛，產率89.5％，光學純度為90ee％。實施例36在氬氣氣氛下將26.4mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至50巴。開啟攪拌，于90℃下反應18h后，使用氣相色譜測得轉化率為98.1％，產物為R-香茅醛，產率98.0％，光學純度為99ee％。實施例37在氬氣氣氛下將211.2mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，52.4mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至50巴。開啟攪拌，于90℃下反應18h后，使用氣相色譜測得轉化率為85.5％，產物為R-香茅醛，產率85.1％，光學純度為80ee％。實施例38在氬氣氣氛下將211.2mg(S)-bis(4-(tert-butyl)phenyl)methyl3-(1-acetyl-1H-indol-3-yl)-2-aminopropanoate、18.7mgRh4(CO)12，104.8mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g檸檬醛(橙花醛/香葉醛＝50.1:49.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至50巴。開啟攪拌，于90℃下反應18h后，使用氣相色譜測得轉化率為99.4％，產物為R-香茅醛，產率98.6％，光學純度為99ee％。對比例1使用混合氣體不對稱氫化橙花醛在氬氣氣氛下將25.8mgRh(CO)2acac和42.6mg(2R,3R)-雙(二苯膦基)丁烷配體溶于30g甲苯,在25℃下將混合物攪拌3h。將混合液轉移至200ml高壓釜中，然后將橙花醛15.22g(橙花醛/香葉醛順反異構體的比例＝98.5:1.5；底物/過渡金屬催化劑比例＝1000)加入高壓釜中，之后注入含有1000ppm(v/v)CO的H2。繼續注入含有1000ppm(v/v)CO的H2將反應壓力調節至6.0MPa。釜溫升至60℃，在12h后，使用氣相色譜法測得轉換率為81.3％，產物為R-香茅醛，光學純度為75ee％，香茅醛產率為80.7％。對比例2使用混合氣體不對稱氫化檸檬醛在氬氣氣氛下將25.8mgRh(CO)2acac和42.6mg(2R,3R)-雙(二苯膦基)丁烷配體溶于30g甲苯,在25℃下將混合物攪拌3h。將混合液轉移至200ml高壓釜中，然后將檸檬醛15.22g(橙花醛/香葉醛順反異構體的比例＝50.1:49.9；底物/過渡金屬催化劑比例＝1000)加入高壓釜中，之后注入含有1000ppm(v/v)CO的H2。繼續注入含有1000ppm(v/v)CO的H2將反應壓力調節至6.0MPa。釜溫升至60℃，在12h后，使用氣相色譜法測得轉換率為81.3％，產物為消旋香茅醛，香茅醛產率為80.7％。對比例3在氬氣氣氛下將18.7mgRh4(CO)12，26.2mg三苯基膦溶于40mL甲苯中，并轉移至100mL高壓釜中，將15.22g橙花醛(橙花醛/香葉醛＝99.1:0.9(mol)，底物/過渡金屬催化劑＝1000(mol))注入高壓釜，通入氫氣置換釜內氣體三次后調節壓力至80巴。開啟攪拌，于90℃下反應10h后，使用氣相色譜測得產物中香茅醛產率為8％，光學純度為2ee％。當前第1頁1 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