CN101092367B - 4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐的制备方法，包括如下步骤：1、以4，6-二叔丁基间苯二酚为原料在碱存在下与二氧化碳反应生成2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸；2、第1步生成的2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸经硝化生成2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸；3、第2步生成的2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸在贵金属催化剂存在下加氢还原成2，6-二羟基-3，5-二氨基苯甲酸，再在酸性条件下加热脱羧生成4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐。
Description
技术领域
本发明涉及一种4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐的制备方法。
4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐是高分子材料聚苯并噁唑(PBD)的重要单体(参见Wolf等人的“Macromolecules”1981，14，915)。
在US 4,766,244中，公开了以1，2，3-三氯苯为原料经3步反应合成该产品的方法；在CN1074410C中，公开了以1，2-二氯苯为原料经3步反应合成该产品的方法，虽然这些方法有一定的可行性，但是由于卤代苯及其硝化物的剧毒性，再加上在碱性水解时，4，6-二硝基间苯二酚分解，使操作变得复杂并产生大量有害废水。
用间苯二酚做原料存在如何阻止2-位硝化或2-位硝化物分离的问题。日本延迟公开专利申请136/1990公开了硝化1，3-双(碳酸烷基酯)苯的方法，想通过增加位阻，阻止2-位硝化，但仍然不能有效阻止2-位硝化，从而在还原步骤中产生三氨基化合物，干扰PBO合成时的聚合反应。
在日本延迟公开专利申请242604/1995和124575/1997中公开了另一种方法，包括将苯胺重氮化合物与间苯二酚重氮偶合，随后进行加氢裂化。然而，在该方法中，加氢裂化产生的苯胺与产品不易分离，并可能干扰PBD合成中的聚合反应。
在CN1276369中公开了另一种方法，包括将间苯二酚磺化生成2，4，6-三磺酸基间苯二酚，然后选择性硝化生成2-磺酸基-4，6-二硝基间苯二酚，再水解得到4，6-二硝基间苯二酚，该方法使用的发烟硫酸SO3浓度高达80％以上，给操作带来非常不便，而且一旦SO3浓度不能保证，反应的选择性也降低。
另外在US 5,410,083中公开了另一种方法，包括使用4，6-二叔丁 基间苯二酚，然后氯化取代2-位氢达到选择硝化的目的，但是由于氯气的危险性、氧化性使氯化反应一步变得复杂而且产生不必要的氧化副反应，导致产品纯度下降。
因此人们一直试图寻找以常用的、环境友好的间苯二酚为原料生产4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐。
本发明的一个目的是提供一种以间苯二酚为原料生产4，6-二氨基间苯二酚的新方法，其中不需要任何生成含卤素化合物的步骤，而且能有效的阻止2-位副产物的产生。
该方法包括以4，6-二叔丁基间苯二酚为原料在碱存在下与二氧化碳反应生成2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸，接着再硝化生成2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，催化氢化，接着再在酸性条件下加热脱羧生成4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐。
本发明的另一目的是提供一种通过生成新中间体2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸来制备4，6-二氨基间苯二酚。
为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，并发现用以间苯二酚为起始原料生产的4，6-二叔丁基间苯二酚经过Kolbe-Schmitt反应可非常有效地用羧基占领2-位，并以高的位置选择性得到2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，因该化合物在水中的溶解度较大，可以在后续加氢反应中选择水做介质进行反应，在同-体系中酸化加热脱羧就能以高收率得到高纯度的4，6-二氨基间苯二酚，从而达到本发明的目的。
因此，本发明包括下述几个步骤：
1、以4，6-二叔丁基间苯二酚为原料在碱存在下与二氧化碳反应生成2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸；
2、第1步生成的2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸经硝化生成2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸；
3、第2步生成的2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸在贵金属催化剂存在下加氢还原成2，6-二羟基-3，5-二氨基苯甲酸，再在酸性条件下加热脱羧生成4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐。
本发明的具体实施方式
本发明步骤1可以下列途径进行：
将4，6-二叔丁基间苯二酚加到耐压反应釜中，再加入碱和溶剂，于80℃到200℃，二氧化碳压力为1-100kg/cm2，时间1-20小时，最优选条件，100-180℃，压力5-25kg/cm2，时间4-10小时。
本步反应所用碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠，优选碳酸氢钠、碳酸氢钾，其用量是酚的摩尔数的1-3倍。
本步反应所用溶剂包括水、醇如甲醇、乙醇、DMF、DMSO、乙二醇、丙二醇及其单醚以及它们的混合物，优选水或水与醇的混合物。
本发明步骤2可以下列途径进行：
2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸硝化转变成2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，中间要经过2，6-二羟基苯甲酸一步，不需分离可有效地转化。通常是在硝化釜中用硝化剂在一定温度下直接反应进行，用2，6-二羟基苯甲酸直接硝化也可得到所需中间体。
本步反应所用的硝化剂包括碱金属硝酸盐，如硝酸钾、硝酸钠，任何浓度的硝酸，如发烟硝酸、浓硝酸，或含有硝酸或硝酸盐的混酸。浓硝酸特别是75重量％的浓硝酸是非常有效的硝化剂，硝化剂用量一般为被硝化物用量2-10倍摩尔量，优选2.2-3倍摩尔量。
混酸中另外一个酸包括三氟乙酸、乙酸、硫酸，优选硫酸，硫酸用量一般为被硝化物用量5-30倍，优选10-20倍。
本步反应的温度根据选用的混酸种类，用量不同而有所变化，一般为-10℃-60℃，优选10-40℃
本发明步骤3可以下列途径进行：
将步骤2所得硝化物加到耐压反应釜中，再加入催化剂和溶剂于室温-180℃反应0.5-20小时，氢气压力为0.1-150kg/cm2，优选条件为温度20-120℃，压力1-10kg/cm2，时间0.5-8小时。
本步反应所用溶剂为水、盐酸、醇、四氢呋喃、二噁烷、二烷氧基乙烷，1，2-二甲氧基丙烷和其它乙二醇、丙二醇单醚和双醚、乙酸、甲酸、丙酸或它们的两种或两种以上的混合物，优选水、稀盐酸、醇或水醇混合物。
本反应所用耐压设备可为任何不锈钢材质，也可为衬塑的钢制釜，如衬氟、衬聚苯硫醚，搪瓷耐压釜。如果选不锈钢材质设备反应介质优选水、醇或水醇混合物，如果选后两种材质的设备反应介质优选稀盐酸。盐酸中HCl量应大于被加氢物2倍以上摩尔量。
本步反应所用的催化剂为载于合适载体上的铂族贵金属，如钯、铂、铑或钌，优选钯或铂，合适的载体为活性炭，SiO2、Al2O3或其它载体，优选活性炭，其用量为按被还原物计，铂族金属的用量为0.2至3重量％百分比。
本步反应所产生的2，6-二羟基-3，5-二氨基苯甲酸在酸性体系中加热脱羧生成产品，所采用的酸可以是无机酸，如盐酸、磷酸、硫酸、有机酸，如醋酸、卤乙酸等，优选盐酸。脱羧的温度在室温至180℃，优选60至120℃。如果所用酸不是盐酸，需用盐酸将产物4，6-二氨基间苯二酚转换成其盐酸盐。
按照本发明的一个具体实施方案：在钢制耐压釜中，加入4，6-二叔丁基间苯二酚，再加一定量的溶剂和碳酸氢钾，升温至100-180℃，在5-20kg/cm2压力下反应4-10小时，降温，用酸调至酸性过滤得粗品，可直接用于下步反应。
将上步所得产品用混酸硝化，硝酸用量为2.2-3摩尔量，硫酸用量为被硝化物的10-20倍，反应温度保持在10-40℃，反应时间控制在1-2小时，反应结束后，将产物用冰水稀释过滤得硝基物。
将上述所得硝基物加入耐压反应釜，加入一定量溶剂和催化剂，溶剂用量为底物2倍量以上，催化剂用量为底物的0.2-3％，压力控制在1-10kg/cm2，温度控制在20-60℃，时间0.5-8小时，加氢结束后，过滤催化剂，用盐酸调至酸性，再在60-120℃之间加热脱羧，冷却析出4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐产品。
下述实施例将更详细地说明本发明，但无论如何不能理解为本发 明受实施例的限制。
实施例
步骤1(羧基化反应)
在钢制耐压反应釜中，将111.0g(0.5mol)4，6-二叔丁基间苯二酚溶解在800毫升1：1水甲醇溶剂中，加入100g(1mol)碳酸氢钾，升温至140℃后，在25kg的CO2压力下反应。在135-140℃反应6小时后，降温蒸出甲醇，用50％硫酸调PH＝6，滤掉不溶物，滤液用50重量％硫酸调至PH＝1，冷却过滤得产品，液相色谱分析纯度99％min，收率98％.
步骤2(硝化反应)
在一个多颈瓶上，装有搅拌器，温度计和一个滴加漏斗，在其中加入133g(0.5mol)2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸，600g(6.12mol)无水硫酸，于20℃搅拌冷却下，在1小时内加入250g混合酸(其中98重量％发烟硝酸70.7g(1.1mol)，179.3g40重量％发烟硫酸)，加完后，反应混合物于20℃再搅拌3小时，在搅拌下将反应混合物倾入1500g冰/水混合物，过滤得粗品，粗品用1：1水乙醇重结晶得210g纯的产品，液相色谱结果大于99.5％。
步骤2(硝化反应)
在一个多颈瓶上，装有搅拌器，温度计和一个滴加漏斗，在其中加入77g(0.5mol)2，6-二羟基苯甲酸，500g(5.10mol)无水硫酸，于20℃搅拌冷却下，在1小时内加入250g混合酸(其中98重量％发烟硝酸70.7g(1.1mol)，179.3g40重量％发烟硫酸)，加完后，反应混合物于20℃再搅拌3小时，在搅拌下将反应混合物倾入1500g冰/水混合物中，过滤得粗品，粗品用1：1水醇重结晶得215g纯的产品，液相色谱结果大于99.5％。
步骤3(加氢脱羧反应)
在2L的氢化高压釜中，加入122g(0.5mol)2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，300ml水500ml甲醇，50g(5％)Pd/C(湿润的，干重25g，1.25gPd)，抽真空，氮气置换，氢气置换，通入0.5MPa氢，体系温度自动上升至60℃，约需1小时，吸氢基本结束，再在该温度和压力 下搅拌约4小时。直到氢吸收完全，停止搅拌，用精密过滤装置过滤催化剂，催化剂返回套用，套用8次活性仍未降低，滤液在氮气保护下压入600ml含30g氯化亚锡的6N盐酸溶液中，加热至100℃直至脱羧完全，然后减压浓缩至200ml，再加入300ml浓盐酸，冷却，产物4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐即从淡黄色的溶液中沉淀出来，过滤得白色滤饼，真空干燥得95.5g基本上纯的目的产物，(产率为89.7％)，熔点>300℃(分解)。
元素分析C6H10Cl2N2O2(213.0642)：计算值C，33.82；H，4.73；Cl，33.28；N，13.15；O，15.02，实测值：C，33.6；H，4.64；N，13.20。
1HNMR(DMSO d6，ppm)：6.95(s，1H)；7.48(s，1H)；9.56(b.s.)；10.5(b.s.)13C NMR(DMSO d6，ppm)：103.69，109.87，119.48，151.25.
步骤3(加氢脱羧反应)
在2L的衬四氟高压釜中，加入122g(0.5mol)2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，600ml3N盐酸溶液，25g(10重量％)Pd/C(湿润的，干重12.5g，1.25gPd)，抽真空，氮气置换，氢气置换，然后通入0.6MPa的氢气，体系温度自动上升至60℃，约需1小时，吸氢基本结束，再在该温度和压力下搅拌约4小时，停止通氢，升温至120℃，逐渐释放所产生CO2，保持***压力不超过0.1MPa，直至脱羧反应完成，停止搅拌，用陶瓷精密过滤装置过滤催化剂，催化剂返回套用，套用5次活性仍未降低，滤液在氮气保护下加入20g氯化亚锡，减压浓缩至200ml再加入300ml浓盐酸，冷却，4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐即从淡黄色的溶液中沉淀出来，过滤得白色滤饼，真空干燥得96g产品(产率为90.0％)。
元素分析C6H10Cl2N2O2(213.0642)：计算值C，33.82；H，4.73；Cl，33.28；N，13.15；0，15.02，实测值：C，33.6；H，4.64；N，13.20。
1H NMR(DMSO d6，ppm):6.95(s，1H)；7.48(s，1H)；9.56(b.s.)；10.5(b.s.)13C NMR(DMSOd6，ppm)：103.69，109.87，119.48，151.25.
Claims (9)
1.一种制备4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐的方法，包括以下步骤：(i)4，6-二叔丁基间苯二酚在碱存在下与二氧化碳反应生成2，6-二羟基-3，5-二叔丁基苯甲酸，(ii)用硝化剂硝化(i)的产物生成2，6-二羟基-3，5-二硝基苯甲酸，(iii)在贵金属催化剂存在下加氢还原(ii)的产物生成2，6-二羟基-3，5-二氨基苯甲酸，然后在酸性条件下加热脱羧生成4，6-二氨基间苯二酚或其盐酸盐。
2.按照权利要求1所述的方法，步骤(i)是通过Kolbe-Schmitt反应进行的，所用溶剂为水、醇或DMF、DMSO、以及它们的混合物；所用碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾或碳酸钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠，温度为80～200℃，压力为1-100kg/cm2。
3.按照权利要求2的方法，其中所述溶剂为水或醇；碱为碳酸氢钠或碳酸氢钾；温度为100-180℃；压力为5-25kg/cm2。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂为载于合适载体上的铂族贵金属钯、铂、铑或钌；合适的载体是活性炭、SiO2、Al2O3；以被还原物计，铂族金属的量为0.2至3重量％百分比；步骤(iii)压力为0.1至150kg/cm2，温度为室温至180℃。
5.按照权利要求4的方法，其中所述催化剂为钯或铂，载体为活性炭，压力为1-10kg/cm2，温度为20～120℃。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于用于步骤(iii)中催化氢化的反应介质是水；盐酸；醇；四氢呋喃；二噁烷；丙二醇单醚和双醚；乙酸；甲酸；丙酸或它们的混合物。
7.按照权利要求6的方法，其中所述介质为水，醇或稀盐酸。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于脱羧所用的溶剂为水，所用的酸为无机酸或有机酸乙酸，温度为室温至180℃。
9.按照权利要求8的方法，其中所述的酸为盐酸，温度为60至120℃。
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