双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的制备方法

本发明涉及双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的合成，具体涉及一种以降冰片烯为起始原料经wacker氧化、mannich缩合/消除、氧化重排反应制备双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的方法，属于有机合成。

背景技术：

1、双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮是合成水稻田除草剂双环磺草酮和玉米田除草剂氟吡草酮的关键中间体(tsukuba k k, kawawaki t s, mikami k, et al. us 5525580,1996-01-11; jackson d a, edmunds a, bowden m c. wo 2005/105754, 2005-11-10)。

2、双环磺草酮；氟吡草酮

3、双环磺草酮，化学名称3-(2-氯-4-甲基磺酰基苯甲酰基)-2-苯硫基双环[3.2.1]辛-2-烯-4-酮，是作用于4-羟苯基丙酮酸双氧化酶(hppd)的三酮类除草剂，杀草谱广、持效期长、安全性高，2001年由日本史迪士(sds)生物科学株式会社开发上市，主要用于水稻田防除鸭舌草、陌上菜等阔叶杂草。

4、氟吡草酮，化学名称4-羟基-3-{2-[(2-甲氧基乙氧基)甲基]-6-(三氟甲基)吡啶-3-羰基]-双环[3.2.1]辛-3-烯-2-酮，也是作用于hppd的三酮类除草剂，杀草谱广、应用期长、内吸性好、安全性好，2015年由瑞士先正达(syngenta)公司开发上市，适用于玉米、甘蔗、小麦等作物田防除杂草。

5、文献报道双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的合成路线主要有：

6、(1)以降冰片烯为原料，通过与二氯卡宾加成/扩环、水解、氧化、氰化/水解得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，总收率47.7%~56.2%(王雅珍, 林伟.化学试剂, 2016, 38(8):779-783)；反应式如下：

7、

8、该方法合成路线长，使用大量的剧毒氰化物，安全风险大，不适合大规模工业化生产。

9、(2)以2-降冰片酮为原料，经mannich缩合、baeyer-villiger氧化、酮酯缩合得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，总收率61.5%(钱 超, 高武成, 付水香, 等.高校化学工程学报, 2017, 31(4): 906-910)；反应式如下：

10、

11、该方法原料价格昂贵，废水量大，酮酯缩合反应收率较低。

12、(3)以1,1,2,2,3-五氯环丙烷为原料，经过消除、与环戊二烯环加成、水解、催化加氢得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，总收率46.5%(baalouch m, de m a, beaudegnies r.tetrahedron letters, 2013, 54(6): 557-561)；反应式如下：

13、

14、该方法合成路线长，五氯环丙烷价格贵、沸点低、毒性大，产品收率低。

15、(4)以双环戊二烯为原料，经裂解/与乙烯环加成、氧化、缩合、baeyer-villiger氧化、重排得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，最后两步收率为41.4%( h.施奈德,c.吕希. cn03109514.3, 2006-1-11)；反应式如下：

16、

17、该方法原料价廉易得，但反应步骤多，反应收率低，重排反应需要使用剧毒氰化物，安全性不好。因此，开发一种工艺路线短、目标产物收率高、反应操作简单、试剂价廉无毒、对环境友好、易于工业化生产的双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮合成工艺具有重要的研究意义。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的制备方法，该制备方法以价廉易得的降冰片烯为起始原料，经wacker氧化、mannich缩合/消除、氧化重排反应得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)在三口瓶中，加入降冰片烯、钯催化剂、有机溶剂，搅拌升温至40℃，加入硫酸、双氧水，搅拌升温反应；冷却至室温，用乙酸乙酯萃取，有机层经水洗、无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂,得到2-降冰片酮；

5、(2)在三口瓶中，加入乙酸、浓硫酸、2-降冰片酮，搅拌下缓慢滴加仲胺，滴加时保持一定温度，滴加完毕后，搅拌反应一定时间；加入多聚甲醛，然后升温进行缩合/消除反应；将反应液进行水蒸汽蒸馏，分出有机相，得到3-亚甲基-2-降冰片酮；

6、(3)在三口瓶中，加入3-亚甲基-2-降冰片酮、氧化剂、钯催化剂、乙腈、水，室温搅拌反应；加入氢氧化钠水溶液，搅拌；再加入盐酸水溶液，搅拌；用乙酸乙酯萃取，有机层经水洗、无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂,得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮。

7、具体化学反应式描述如下：

8、

9、所述步骤(1)中，降冰片烯和钯催化剂摩尔比为1:0.02～0.1，优选为1:0.05；钯催化剂为醋酸钯或氯化钯，优选为醋酸钯；有机溶剂为乙腈或乙酸乙酯，优选为乙腈；有机溶剂用量为5～20ml/mmol降冰片烯，优选为10ml/mmol降冰片烯；硫酸质量分数为60%～90%，优选为70%；硫酸和降冰片烯摩尔比为0.02～0.1:1，优选为0.05:1；双氧水质量分数为30%，双氧水和降冰片烯摩尔比为5～20:1，优选为10:1；反应温度为50℃～80℃，优选为70℃；反应时间为4～10h，优选为6h。

10、所述步骤(2)中，2-降冰片酮、乙酸和浓硫酸摩尔比为1:1～3:0.02～0.1，优选为1:2:0.05；仲胺为二乙胺、哌啶或吡咯烷，优选为二乙胺；仲胺和2-降冰片酮摩尔比为1～2:1，优选为1.5:1；滴加仲胺时保持温度为30℃～40℃；仲胺滴加完后反应时间为10min～1h，优选为20min；多聚甲醛和2-降冰片酮摩尔比为0.3～1:1，优选为0.5:1；缩合/消除反应温度为80～110℃，优选为100℃；缩合反应时间为2～8h，优选为5h。

11、所述步骤(3)中，3-亚甲基-2-降冰片酮、氧化剂和钯催化剂摩尔比为1:1～2:0.02～0.1，优选为1:1.5:0.05；氧化剂为过氧化氢或过氧单磺酸钾，优选为质量分数为43%的过氧单磺酸钾；钯催化剂为醋酸钯或氯化钯，优选为醋酸钯；乙腈用量为2～5ml/mmol3-亚甲基-2-降冰片酮，优选为4ml/mmol3-亚甲基-2-降冰片酮；水用量为0.5～2ml/mmol3-亚甲基-2-降冰片酮，优选为1ml/mmol3-亚甲基-2-降冰片酮；氢氧化钠水溶液浓度为1～3mol/l，优选为2mol/l；盐酸水溶液浓度为1～3mol/l，优选为2mol/l；反应时间为1～5h，优选为2h。

12、本发明步骤(1)中，以醋酸钯为催化剂，反应条件温和，操作简便，避免使用昂贵的钯配合催化剂，产物收率高，适合工业化生产。使用过氧化氢为氧化剂，对环境友好。使用沸点低乙腈作溶剂，后处理简单容易。使用的硫酸为催化用量，对环境和设备影响较小。

13、本发明步骤(2)中，二乙胺、哌啶或吡咯烷都可以较好地催化mannich缩合反应，但二乙胺廉价易得，更适合于工业化生产，所以优选二乙胺。用多聚甲醛代替甲醛水溶液，可以减少废水产生；mannich碱发生消除反应需要在较高温度下才能进行，所以反应温度选择95～100℃。水蒸汽蒸馏可以将产物不断蒸馏出去，使剩余的中间产物mannich碱不断发生消除反应生成产物，从而提高产物的收率和纯度。使用的硫酸为催化用量，对环境和设备影响较小。

14、本发明步骤(3)中，以醋酸钯为催化剂，过氧单磺酸钾为氧化剂，3-亚甲基-2-降冰片酮可以顺利地发生氧化重排得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，反应条件温和，反应时间短，产物收率高。在乙腈中加入适量水，可以促进氧化重排反应进行。

15、与现有技术相比，本发明采用降冰片烯为起始原料，经过wacker氧化、mannich缩合/消除、氧化重排得到双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮，原料价廉易得，合成工艺路线短，总收率高，生产成本低，操作安全简便，对环境友好，为实现双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮和双环磺草酮、氟吡草酮工业化规模生产提供一种高效、绿色工艺路线。