一种使用琼斯试剂制备羧酸的方法

本发明涉及有机合成，尤其涉及一种使用琼斯试剂制备羧酸的方法。

背景技术：

1、羧酸是一类重要而丰富的有机化合物，在食品和医药领域有广泛应用。作为可生物降解聚合物的原料，大量的羧酸用于生产塑料、表面活性剂、萃取剂、润滑剂等，羧酸化合物在我们的生产生活中不可或缺。羧酸化合物的合成方法主要包括醇类化合物或醛类化合物的催化氧化、腈类化合物或脂类化合物的水解等。化学氧化法生产羧酸的工艺简便、产率较高，但该反应对底物有很高的要求，且副产物较多、纯化过程复杂，难以大规模应用。

2、贵金属催化剂能够在室温下以空气中的氧气为氧化剂完成将伯醇一步催化氧化为羧酸，且该方法具有广泛地适用性和选择性，但催化剂的价格极为昂贵且难以回收，部分催化剂还会导致反应中的氧化剂失活。同样的，该反应也会产生难以除去的副产物，且反应条件较为苛刻。如cn112079707公开了一种伯醇催化氧化为相应羧酸的方法。通过将底物伯醇、催化剂钴盐、含氮配体、和溶剂混合后，在一定压力的氧气或空气氛围中，回流搅拌4～48小时，反应后的液体经过蒸馏分离得到一定比例的羧酸。该发明使用的钴盐催化剂和含氮配体廉价易得，使用的氧化剂为氧气或者空气，合成过程较为绿色。但反应需要60～120℃的反应温度以及0.5～2.0mp的反应压力，条件较为苛刻。

3、通过化学计量的高效氧化剂是实现醇氧化制备羧酸最基本的化学方法之一，常见的无机氧化剂包括高锰酸钾、铬酸盐、四氧化钌等。针对长链脂肪醇性质稳定，难以氧化，且与大多数有机物一样不溶于水的特性，采用琼斯试剂氧化长链饱和醇制备长链羧酸是高效的方法之一。琼斯试剂氧化醇制备羧酸的反应机理如下所示：三氧化铬在酸性条件下与水反应，产生的含有铬酸及其低聚物的平衡混合物。该铬酸与伯醇反应首先形成铬酸酯，之后逐渐演变为中间体醛，醛与其水合物相平衡，之后醛水混合物与铬酸进一步发生反应导致形成新的铬酸酯，该铬酸酯分解后产成羧酸。

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5、在伯醇的琼斯氧化过程中往往会生成副产物二聚酯，其产生机理如下所示：在向伯醇滴加琼斯试剂的过程中，大量的醇首先与少量琼斯试剂接触氧化生成大量的中间体醛，体系中的醇与醛进行反应生成半缩醛副产物，进而在铬酸的反应下生成二聚酯副产物。

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7、cn103797022a公开了一种从琼斯氧化试剂和白桦脂醇的有机合成反应产物中提纯桦木酮酸的方法。通过向丙酮和白桦脂醇的混合溶液中注入琼斯氧化试剂cro3/h2so4/h2o以获得有机合成反应产物，然后对该产物进行过滤和浓缩后加入乙酸乙酯萃取获得桦木酮酸粗产物。其合成过程采用正向添加的方式进行，得到产物的纯度并不高，经多步除杂和硅胶柱吸附分离后纯度到92％，除杂过程工艺复杂。

8、因此，本领域亟待开发一种副产物少，反应转化率高的羧酸制备方法，解决高碳醇氧化困难，产率较低的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种使用琼斯试剂制备羧酸的方法，通过逆向添加方法进行氧化反应，实现高碳醇氧化的同时，有效减少二聚酯副产物的产生，提高反应转化率，且反应过程操作简便，条件温和。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种羧酸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、将伯醇溶液滴加到琼斯试剂溶液中进行反应，得到所述羧酸。

5、本发明提供的羧酸的制备方法以伯醇为原料、琼斯试剂为氧化剂，将醇溶液缓慢地滴加到琼斯试剂溶液中，使醇与大量过量的铬酸接触并迅速转化为羧酸。这样一来，能够有效防止高浓度中间体醛的积累，避免其与起始醇接触反应形成大量半缩醛，进而避免二聚酯副产物的产生。本发明采用逆向添加的方法有利于醇的快速氧化和中间体醛的少量积累，使反应中形成的半缩醛的浓度降低而使羧酸的产率升高。

6、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

7、优选地，所述伯醇选自c8-c18的直链或支链伯醇，例如可以为c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17的直链或支链伯醇。

8、优选地，所述伯醇为饱和伯醇。

9、优选地，所述伯醇具有式ⅰ所示结构：

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11、其中，所述r1、r2各自独立地选自c4-c8(例如可以为c5、c6、c7)的直链或支链烷基。

12、优选地，所述伯醇溶液的溶剂为二氯甲烷和/或丙酮，进一步优选为二氯甲烷。

13、作为本发明的优选技术方案，所述伯醇溶液的溶剂为二氯甲烷，既能够与伯醇互溶，有利于反应均匀进行，又能够通过蒸馏等方式轻松去除，使反应后处理简单方便，降低成本。

14、优选地，所述伯醇溶液中伯醇与溶剂的体积比为1：(1-10)，例如可以为1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8或1:9，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，所述伯醇溶液中伯醇与溶剂的体积比进一步优选为1:5。

15、优选地，所述滴加的速度为3-8ml/min，例如可以为3.5ml/min、4ml/min、5ml/min、6ml/min、7ml/min、7.5ml/min等，进一步优选为5ml/min。

16、本发明中，琼斯试剂为根据现有技术中公开的方法配置得到。

17、优选地，所述琼斯试剂由三氧化铬、硫酸与水制备得到。

18、优选地，所述硫酸的浓度为3-8mol/l，例如可以为4mol/l、5mol/l、6mol/l或7mol/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

19、优选地，所述三氧化铬和硫酸的化学计量比为1:(1-3)，例如可以为1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2或1:2.5，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

20、优选地，所述琼斯试剂中铬浓度为1-5mol/l，例如可以为1.5mol/l、2mol/l、2.5mol/l、3mol/l、3.5mol/l、4mol/l或4.5mol/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

21、优选地，所述伯醇中羟基摩尔浓度与琼斯试剂中铬摩尔浓度的比例为1：(1.5-5)，例如可以为1:1.8、1:2、1:2.25、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.5、1:4或1:4.5，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

22、优选地，所述伯醇中羟基摩尔浓度与琼斯试剂中铬摩尔浓度的比例为1：(2.25-5)。

23、作为本发明的优选技术方案，所述琼斯试剂用量为化学计量的1.5倍以上，即本发明采用过量的琼斯试剂氧化伯醇，有利于将醇迅速转化为羧酸，减少由于醇过量形成的半缩醛，进而减少二聚酯的生成。

24、优选地，所述反应的温度为0-25℃，例如可以为5℃、10℃、15℃或20℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

25、优选地，所述反应的时间为2-6h，例如可以为2.5h、3h、4h、5h或5.5h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

26、优选地，所述反应后还包括分离和碱液洗涤步骤。

27、优选地，所述分离的方法包括蒸馏。

28、优选地，所述碱液中的碱包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

29、优选地，所述碱液中碱的浓度为20-40wt％，例如可以为22wt％、25wt％、30wt％、35wt％或38wt％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

30、优选地，所述伯醇与碱液的体积比为1：(0.8-1.2)，例如可以为1:0.9、1:1或1:1.1，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

31、优选地，所述碱液洗涤的温度为50-70℃，例如可以为52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃或68℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

32、优选地，所述碱液洗涤的时间为10-60min，例如可以为15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min或55min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

33、优选地，所述碱液洗涤在搅拌下进行。

34、优选地，所述碱液洗涤后还包括酸化步骤。

35、优选地，所述酸化采用的试剂包括硫酸。

36、优选地，所述硫酸的浓度为1-3mol/l，例如可以为1.2mol/l、1.5mol/l、1.8mol/l、2mol/l、2.2mol/l、2.5mol/l或2.8mol/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

37、优选地，所述伯醇与硫酸的体积比为1：(0.8-1.2)，例如可以为1:0.9、1:1或1:1.1，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

38、优选地，所述酸化的时间为10-60min，例如可以为15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min或55min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

39、优选地，所述制备方法包括如下步骤：

40、将伯醇溶液以3-8ml/min的速度滴加到铬浓度为1-5mol/l的琼斯试剂溶液中，所述伯醇中羟基浓度与琼斯试剂中铬浓度的比例为1：(1.5-3)，滴加完成后在0-25℃下反应2-6h，分离粗产品，50-70℃下采用20-40wt％的碱液洗涤10-60min，所述伯醇与碱液的体积比为1：(0.8-1.2)，之后采用1-3mol/l的硫酸进行酸化10-60min，所述伯醇与硫酸的体积比为1：(0.8-1.2)，得到所述羧酸。

41、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

42、本发明提供的羧酸的制备方法以伯醇为原料、琼斯试剂为氧化剂，将伯醇的二氯甲烷溶液缓慢添加到琼斯试剂溶液中进行反应，通过逆向添加方法，实现了高碳醇氧化，同时能够抑制反应副产物二聚酯的产生，反应效率更高，伯醇转化率＞80％，反应过程操作简便，条件温和。