CN1041590A - 制备苯并***衍生物的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了通式I的卤化的2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***,式中X是卤素、R是氢、C1-C12烷基、C5-C6环烷基、苯基或苯基-C1-C4-烷基且R2是C1-C12烷基、C5-C6环烷基、苯基、苯基-C1-C4烷基或-CnH2n-COOR3基(其中n是0-4,R3是氢或C1-C12烷基)。这种化合物可特别方便地在一种由0.1-3%Pt(载于载体上)和有机胺构成的氢化催化剂存在下催化氢化相应的邻-硝基偶氮化合物而加以制备。
Description
本发明涉及通过在Pt氢化催化剂存在下催化氢化相应的邻硝基苯基偶氮羟基苯基化合物制备含卤素的2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***的方法。
从文献中可得知,2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***是有用的紫外光吸收剂。它们在实际中广泛地用作大量基底的光稳定剂,例如稳定热塑性塑料和涂料(如面漆),还可用于不同的记录材料(如照像层和纸以及油墨和印刷纸)和织物。
由于这些化合物很重要,已提出多种制备它们的方法。这些方法主要是从上述邻硝基苯基偶氮化合物出发,按照不同的还原工艺进行还原性环化。其中,一种还原工艺在大量出版物中已作了介绍,即所述苯并***催化氢化。但是,如果氢化含卤素的邻硝基苯基偶氮化合物,由于脱氢,问题便产生了。为了克服这些问题,只能采用特定的氢化催化剂或须采取附助措施。
美国专利3,978,074介绍了一种上述类型的氢化工艺,这种工艺是在碱介质(最好是水介质)中进行的,所用的氢化催化剂是常规的稀土金属催化剂或其它金属催化剂。特别指出的是,若用金属(如Pt)作为催化剂,含卤素的起始产物便会发生脱卤反应。作为补救办法,提出了用硫化物催化剂(如PtS,NiS等)以避免脱卤反应。
按照GB-A-1,494,825和1,494,824所述的方法,氢化反应也是在碱、纯水(GB-A-1,494,825)或水/有机介质(GB-A-1,494,825)中进行的。所用的氢化催化剂是稀土金属,但在含氯的硝基偶氮化合物的情况下铂不能用作催化剂。对制备含氯苯并***,这两篇引用的GB-A都用Rh(基本上是载于碳上的5%Rh)作为催化剂,由此可以推断,Pd和Pt均不宜用作制备含卤素的产物的催化剂。
GB-A-1,494,823介绍的氢化工艺是在有机溶剂中进行的,用的是作为碱的有机胺和常规的稀土金属催化剂,在氯取代的情况下不用Pd作催化剂。在氯取代了的起始产物中也是用载于碳上的5%Rh(见第3页,左列,第2段,实施例7和8)。
美国专利4,219,480叙述了用镍催化剂作为氢化催化剂。实施例8还表明了含氯苯并***的制备,即使产率不高。
日本专利52-113,973详细论述了通过催化氢化制备氯取代的2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***。所用的催化剂也是载于碳上的5%的铂。但是,已发现,若用一般的碱如NaOH和有机胺(如三乙胺)时,产率相当低(见实施例6和7)。只有用稀有碱如NaBH4或所谓的“过碱”,如1,5-二偶氮二环[5,4,0]-十一-5-烯才能使产率稍微提高。日本专利52-113,974介绍了同样的方法制备未取代氯的苯并***。
令人惊异地是,已发现即使用Pt作为氢化催化剂也能高产得到卤化(特别是氯化的)2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***而不发生脱卤化,甚至用简单的胺作为碱也是如此。这就使用载体上的Pt催化剂成为可能,这种催化剂含有0.1~3%(重量)的Pt。
按照本发明制备通式Ⅰ的2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***的方法中:
其中X是卤素,R1是氢、C1-C12烷基、C5-C6环烷基、苯基或苯基-C1-C4烷基且R2是C1-C12烷基、C5-C6环烷基、苯基、苯基-C1-C4烷基或-CnH2n-COOR3基(其中n为0~4,R3为氢或C1-C12烷基),是采用在Pt氢化催化剂和有机胺存在下催化氢化通式的Ⅱ偶氮化合物进行的,
其中所用的催化剂是载体上的铂,Pt的用量为0.1~3%(重量)。
在式Ⅰ中,卤素是氯、溴或氟,特别是氯。苯基-C1-C4烷基(R1,R2)特别是苄基、苯乙基、α-甲基苄基和α,α-二甲基苄基)最好是苄基。R3最好是H或C1-C4烷基,特别是H或甲基。用低级烷基酯、尤其是甲酯,R3=H的化合物可通过后续皂化反应制备出,或者具有其它烷基R3的化合物可通过酯基转移反应制备出。式Ⅱ的起始化合物是公知的,例如可在EP-A57,160中得知,它们也可通过其中指出的方法加以制备,例如重氮化下式的邻-硝基苯胺并将制得的重氮盐与下式的苯酚偶合。
最好,制备这样的式Ⅰ化合物,即其中的X是氯,例如式Ⅰ的化合物中R1是氢、C1-C12烷基或苯基-C1-C13烷基且R2是C1-C12烷基、苯基-C1-C3烷基或-C2H4COOR3基(其中R3是H或C1-C2烷基,特别是H或C1-C4烷基)。
在实际中制备R1是氢或C1-C8烷基且R2是C1-C8烷基的式Ⅰ化合物特别重要。
对本发明来说,Pt催化剂中Pt的含量须为0.1~3%(重量)。催化剂中Pt含量为0.2~2.5比较有利、特别是0.3~2(如0.5~1.5),最好是0.8~1.2%(重量)。
所用的载体可以是氢化催化剂技术领域中常用的载体,例如碳(如活性炭,木炭,泥煤焦炭)、硅藻土、氧化铝、硫酸钡等。推荐的载体是碳。所以,本发明推荐的催化剂是Pt/C催化剂,其Pt含量及推荐的Pt含量在上文中给出。
以所用的邻-硝基偶氮化合物计,催化剂的用量最好为0.1~6%、特别是0.5~4%(如1.0~3.0%)。当然,在此工艺是以批量的方式(不连续)进行时,催化剂可以过滤等合适的方式进行再循环。
所用的有机胺可以是脂族,环脂族或芳族胺。这些胺的例子为:
1)一-,二-或三-C1-C2烷胺,特别是C1-C6烷胺,最好是C1-C4烷胺(其中各烷基链可含有规定的碳数,各烷基链可相同或不同),例如甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、叔丁胺、戊胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、二正丙胺、二异丙胺、三正丙胺和二正丁胺。
2)一-或多亚烷基多胺。这些胺的例子是式H2N-CnH2n(NH-CmH2m)p-NH2的化合物,其中p是0~4间的一个数,n和m相互无关,分别为1~6间的一个数,当p>1时m可相同或不同。亚烷基链最好是未支化基团。在多亚烷基多胺的情况下(p≠0),所有n+m之和最好为2~20,特别是4~18,如4~12。特别推荐的是,n和m相互无关,分别为2~4中的一个数。p最好是0(亚烷基二胺)或1~3,特别是1或2(多亚烷基多胺)。以下是一亚烷基多胺(亚烷基二胺)和多亚烷基多胺类的胺的例子、乙二胺,正丙二胺,正丁二胺,正戊二胺,正己二胺,二亚乙基三胺,三亚氧基四胺,二正或异亚丙基三胺,三正或异亚丙基四胺,二正亚丁基三胺和三正亚丁基四胺。
3)一-,二-和三-C1-C4烷醇胺,例如一乙醇胺,二乙醇胺,三乙醇胺,一正丙醇胺,二正丙醇胺和三正丙醇胺。
4)C5-C7环胺,例如环己胺,甲基环己胺和环戊胺。
5)芳碳环胺,特别是苯基胺、二苯基胺、C1-C4烷基苯胺和苯基-C1-C3烷基胺,例如苯胺、邻-、间-和对-亚苯基二胺、苄胺、二苯基胺以及N-C1-C4烷基苯胺和N,N-二(C1-C4-烷基)苯胺(如N,N-二甲基苯胺)。
6)芳族或脂族杂环胺,特别是具有5元环(或特别是6元环)的胺,例如吡啶、哌啶、哌嗪、N-甲基哌嗪和吗啉。
如果用杂环胺,则推荐用单环胺。
推荐的胺是上述1)、2)、3)和4)组,特别是1)、2)和3)组,尤其时1)和2)组。一-、二-或三-(C1-C6烷基,特别是C1-4烷基)胺或环己胺、特别是甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、叔丁胺、环己胺、二甲胺、二乙胺、二异丙胺、二正丙胺、二正丁胺、二异丁胺、三甲胺或三乙胺特别推荐用于本发明的方法,通式H2N-(CH2)n′-NH-(CH2)m′-[NH-(CH2)p′]q-NH2的C2-C6亚烷基二胺或多亚烷基多胺(其中m′,n′和p′相互无关,分别为2~4,q=0或1)、特别是乙二胺、正丙二胺、正丁二胺、正戊二胺、正己二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、二正亚丙基三胺、三正亚丙基四胺、二正亚丁基三胺和三正亚丁基四胺,特别是二亚乙基三胺、三乙亚基四胺、二正亚丙基三胺、三正亚丙基四胺、乙二胺和正亚丙基二胺也适用于本发明。
对所用的碱来说,一(C1-C4烷基)胺如异丁胺、正丁胺、正丙胺、异丙胺、乙胺和甲胺、(特别是前面提到的两种烷基胺)和二乙胺以及C2-C6亚烷基二胺或多亚烷基多胺如乙二胺、正亚丙基二胺、正亚丁基二胺、二亚乙基三胺和三亚乙基四胺已证明是特别有利的。
所述的胺还起到反应介质和唯一溶剂的作用(特别是当使用一-、二-或三-C1-C6烷基胺时)。在这种情况下,对于反应物和反应产物来说不需要另外的溶剂。
但是,反应介质中存在至少一种另外的溶剂比较有利。这种溶剂可以是水或一种有机溶剂。如果制备其中R2为-CnH2n-COOR3且R3为H的式Ⅰ化合物,这种附加溶剂最好是水,在其它所有情况下最好是有机溶剂。所述有机溶剂可以是易与水混溶的溶剂(极性溶剂),也可以是与水不能混溶或不易混溶的溶剂(非极性溶剂)。如果除胺之外还使用一种有机溶剂,这种有机溶剂最好是与水不能混溶或不易混溶的溶剂,或者是所述胺与易与水混溶的溶剂的混合物。
与水不能混溶或不易混溶的溶剂(非极性溶剂)的例子是烃类,如所述的脂族烃类(如己烷,庚烷和石油醚);脂环烃类(如苯,甲苯,二甲苯)以及卤代烃类,如氯苯、二氯苯、三氯苯、二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烷等等。
易于水混溶的溶剂(极性溶剂)的例子有醚、酯、酮、酰胺(如二***,二恶烷,四氯呋喃,醋酸乙酯,1,2-二甲氧基乙烷,1,2-二乙氧基乙烷,丙酮,甲乙酮,二乙酮,二异丙酮,甲酰胺,二甲基甲酰胺等)、磷酸三烷基酯(如磷酸三乙酯),特别是醇、尤其是具有1~6个、特别是1~4个碳原子的低级烷醇(例如一元醇到三元醇,特别是一元醇或二元醇,最好是一元醇)。这种醇的例子是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、仲丁醇、正丁醇、戊醇、己醇、乙二醇、二甘醇、2-甲氧基乙醇。
用于本发明方法的溶剂最受推荐的是芳烃,特别是苯、甲苯或二甲苯,或所述溶剂与低级脂族醇的混合物,特别是与正丁醇、异或正丙醇、尤其是甲醇或甲醇的混合物。
在除了用胺外还用水作为溶剂的情况下,可以单独使用这种溶剂,也可以与能与水混合的和/或不能与水混合的有机溶剂一起使用。这类有机溶剂的例子和推荐的例子在上文中给出。制备式Ⅰ化合物(其中R2为CnH2n-COOR3且R3为H)的特别推荐的溶剂体系是水与一-或二-C1-C4烷胺的混合物,尤其是水和二乙胺的混合物,且二者的比例最好是约1∶1。
如果有机胺不起溶剂的作用,这种胺在反应混合物中的含量以每摩尔邻硝基偶氮苯并***起始产物至少0.1摩尔比较有利,特别是至少0.5摩尔,最好是至少0.9摩尔~约8摩尔)。如果胺部分或完全(作为唯一溶剂)起着溶剂的作用,其用量至少为溶解或分散反应组分和产物所需要的量。
本发明的方法可以间断方式(批量)进行,也可以连续方式进行。对于连续方式来说,固定床催化剂(例如高压固定床氢化装置)是特别合适的。在这种情况下,反应混合物被连续地送出,新的偶氮化合物和胺(如合适的话加溶剂)被加入。
在本发明方法的特别有利的变形中(能采用连续的工序并获得高的转化率和短的反应时间)先将部分溶剂中的催化剂引入高压釜中,用氢气加压高压釜,并将式Ⅱ合适的化合物(溶于或分散在另外部分的溶剂中)例如通过计量泵加入。连续取出反应溶液,并以普通方式从中分离出最终产物。另外,也可以间断的方式过滤出催化剂,并将滤液以合适的方式再加工。
最好在0~120℃(如15~100℃,特别是20~80℃)下进行氢化。25~50℃、特别是30~45℃的反应温度特别有利。
举例来说,氢化中氢气压力可以在1~100巴(如1~50,特别是5~30巴)的范围内,最好是10~20巴。
所施加的氢压主要取决于现有的氢化装置。在高压装置中,还可采用100~200巴的压力。这样的压力、特别是在连续法中是很常见。
氢化时间可在很宽的范围内变化,取决于所用的催化剂、氢气压力、反应温度和所用的设备。例如,氢化时间可以是30秒~5小时,特别是10分钟~3小时(如10分钟~2小时)。在连续法中,在实施过程中期望驻留时间为1~60分钟,特别是1~30分钟。
最终产物可通过本技术领域专业人员公知的传统方法从反应介质中分离出。所用方法可根据所用溶剂的性质而变化。一种合适的方法包括沉淀反应混合物,需要的话,可加入一种对最终产物微溶的溶剂事先提浓,然后滤出沉淀。处理工序和任何纯化工序还可根据以下实施例的方法进行。
在本文的开始已经指出,按本发明可制备出的2-(2-羟基苯基)-2H-苯并***是有价值的紫外光吸收剂,在大量的应用场合中可用作光稳定剂。美国专利3,055,896,3,004,896,3,072,585,3,074,910,3,189,615和3,230,194对所述苯并***可能的用途作了详细的介绍。本发明的方法为其制备开通了一条工业上特别有利和经济的途径。
以下实施例更详细地说明了本发明的方法。在实施例及以下说明书和权利要求中,所有份数是重量份数,百分数据是重量百分率,除非另有标明。
实施例1
5-氯-2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-2H-苯并***
在室温及氩气下,将60克2-硝基-5-氯-2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基偶氮苯(纯度80%)、40克二甲苯、60克正丁胺和1克载于活性炭上的1%Pt放入300ml氢化反应器中。然后用氢气置换氩气。用10巴氢气加压后,于35~37℃强烈搅拌下进行氢化。通过冷却除去释放出的热。在2摩尔当量的氢(以偶氮苯起始产物计)吸收中止后,很容易观察到氢化反应结束。总氢化时间约为1.5小时。
在将反应物加热到70~80℃之后,通过过滤分离出催化剂。通过蒸馏从滤液中除去正丁胺和一部分二甲苯。然后,将150克甲醇加到所得的二甲苯溶液,由此析出所需产物。将悬浮液冷却到0℃,过滤并干燥晶体(标题化合物)。产量43.3克,相当于91%理论产率。熔点138~140℃。
实施例2
重复实施例1,不同的是用100克正丁胺代替60克正丁胺和40克二甲苯。没观测到对氢化速率或产率有影响。用甲苯或苯置换二甲苯也没有负作用。
实施例3
重复实施例1和2,不同的是氢化压力从10巴提高到20巴氢气。氢化时间从约1.5小时缩短到约1小时。处理方法类似,得到的产率实际上相同。
实施例4
5-氯-2-(羟基-3,5-二叔丁基苯基)-2H-苯并***
重复实施例1和2,不同的是用等量的2-硝基-5-氯-2′-羟基-3′,5′-二叔丁基偶氮苯(纯度91%)代替2-硝基-5-氯-2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基偶氮苯。分离标题产物,产量为46.1克(92%理论产率),熔点154~157℃。
实施例5
重复实施例1的变形实施例4,不同的是用等量的二乙胺代替正丁胺,以类似的产量得到了实施例4化合物。
实施例6
重复实施例1的变形实施例4,不同的是氢化温度从35~37℃提高到60℃。结果,氢化时间从约1.5小时缩短到约0.5小时。分离出产物,产量为43.6克(87%理论产率)。
实施例7
重复实施例1的变形实施例4,不同的是用同样用量的载于活性炭上的0.5%Pt代替载于活性炭上的1%Pt为催化剂。此时,得到的产物的产率为理论值的93%。
实施例8
重复实施例1的变形实施例4,不同的是用同样用量的载于活性炭上的2%Pt代替载于活性炭上的1%Pt为催化剂。此时得到的产量为理论值的86%。
实施例9
在室温及氩气下,将200克正丁胺和5.5克载于活性炭上的1%Pt引入2升氢化反应器中。封闭反应器并用氢气置换氩气。加10巴氢之后,通过强裂搅拌将催化剂分散在正丁胺中。同时,在一外部容器中,室温下将300克2-硝基-5-氯-2′-羟基-3′,5′-二叔丁基偶氮苯(纯度91%)分散在300克二甲苯中。将这种分散体利用自动计量装置在1小时内反抗氢压泵入氢化反应器。由此,在20~40℃偶氮化合物氢化成相应的苯并***。
在以计量的方式加入完毕后,将反应物加热到70~80℃,通过过滤分离出催化剂。以实施例1类似方式,相应地提高溶剂量进行进一步处理,得到228克(91%理论产率)5-氯-2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-2H-苯并***,其熔点为154~157℃。
将温度从20~40℃提高到50℃或氢化压力从10提高到20巴或将计量加入偶氮化合物的时间从1小时缩短到5分钟(2小时)对产率均无显著影响。得到的产率实际上相同。
实施例10
5-氯-2-[2-羟基-3-叔丁基-5-(2二甲氧羰基乙基)-苯基]-2H-苯并***
在室温及氩气下,将93克2-硝基-5-氯-2′-羟基-3′-叔丁基-5′-羧乙基偶氮苯(纯度88%)、108克水、108克二乙胺和1.9克载于活性炭上的1%Pt引入1升氢化反应器中。
然后,用氢气置换氩气。在加10巴氢气后,于40℃强烈搅拌下进行氢化。总氢化时间约为1小时。氢气吸收中止标志着氢化反应结束。
将反应物加热到60℃后,通过过滤分离出催化剂。通过蒸馏从滤液中除去二乙胺和一部分水。然后加入500克二甲苯并将苯并***羧酸通过用约15克硫酸(83%)酸化转化成有机相。在分离掉下层水相后,通过蒸馏提浓二甲苯,并加入280甲醇和10克硫酸(浓的)使苯并***羧酸酯化(约70℃下),产物(标题化合物)沉淀出。分离和干燥晶体。(产量71.2克,相当于91%理论产量),其熔点为125~128℃。
需要的话,氢化形成的5-氯-2-[2-羟基-3-叔丁基-5-(2-羟乙基)苯基]-2H-苯并***也可以按照以下方法从反应混合物中分离出,例如在氢化结束后酸化反应混合物并滤出沉淀出的产物。
实施例11
5-氯-2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-2H-苯并***
重复实施例1的变形实施例4,用40克二亚乙基三胺和60克二甲苯代替60克正丁胺和40克二甲苯。总的氢化时间为2小时。
滤出催化剂后,反应溶液为两相(下层黑色富胺相和上层含产物的二甲苯相)。最好分离出下层富胺相以进行软化处理和重复使用二亚乙基三胺,富胺相也可留在体系中。
通过将20克水加到反应溶液中,然后于约80~90℃对下层含水的胺相进行相分离,实际上可定量地除去二亚乙基三胺。
在相当于实施例1的普通处理后,分离出标题化合物,其产率为理论产率的95%。
氢化压力从10巴提高到50巴,除了缩短了氢化时间外没显示出其它影响。
用等量的亚乙基二胺或三亚乙基四胺代替40克二亚乙基三胺对氢化进程或得到的产物量未显示任何显著作用。
实施例12
重复实施例1的变形实施例4,不同的是用40克一乙醇胺和60克二甲苯或40克环己胺和60克二甲苯代替60克正丁胺和40克二甲苯,得到实施例4的化合物,其产率比实施例4稍有降低。
实施例13
重复实施例1的变形实施例4,用30克二甲苯与10克甲醇的混合物代替40克二甲苯。分离出实施例4的化合物,其产率为理论产率的87%。
实施例14
重复实施例1,不同的是用40克二亚乙基二胺和60克二甲苯的混合物代替60克正丁胺和40克二甲苯。按实施例1所示的方法处理反应物后,反产产物用二甲苯/甲醇结晶。这便得到了实施例1的化合物,其产率为理论产率的92%。
Claims (16)
2、按照权利要求1的方法,其中X是氯。
3、按照权利要求1或2的方法,其中R1是氢、C1-C12烷基或苯基-C1-C3烷基且R2是C1-C12烷基、苯基-C1-C3烷基或-C2H4COOR3基,其中R3是氢或C1-C12烷基、特别是氢或C1-C4烷基。
4、按照权利要求3的方法,其中R1是氢或C1-C8烷基且R2是C1-C8烷基。
5、按照权利要求1~4中任一项的方法,其中用载于碳上的0.3~2%Pt作为催化剂。
6、按照权利要求5的方法,其中用载于碳上的0.5~1.5%Pt作为催化剂。
7、按照权利要求1~6中任一种的方法,其中所用的有机胺是一-、二-或三-C1-C6烷胺、环己胺或C2-C6亚烷基二胺或式H2N-(CH2)n′-NH-(CH2)m′-[NH-(CH2)p′]q-NH2的多亚烷基多胺,其中n′、m′和p′相互无关地为2~4且q是0或1。
8、按照权利要求7的方法,其中所述的胺为甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、叔丁胺、环己胺、二甲胺、二乙胺、二正丙胺、二异丙胺、二正丁胺、三甲胺、三乙胺、乙二胺、正亚丙基二胺、正亚丁基二胺、正亚戊基二胺、正亚己基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、二正亚丙基三胺、三正亚丙基四胺、二正亚丁基三胺或三正亚丁基四胺。
9、按照权利要求8的方法,其中所述的胺是二乙胺、异丁胺、正丁胺、乙二胺、正亚丙基三胺、二亚乙基三胺或三亚乙基四胺。
10、按照权利要求1~9中任一项的方法,其中有机胺起着唯一溶剂的作用。
11、按照权利要求1~9中任一项的方法,其中将一种与水不混溶或不易混溶的有机溶剂另外加到反应混合物中。
12、按照权利要求11的方法,其中所述有机溶剂是烃、特别是芳香烃。
13、按照权利要求12的方法,其中有机溶剂是苯、甲苯或二甲苯。
14、按照权利要求1~9中任一项的方法,其中当R2为-CnH2n-COOR3且R3为H时,另外加入水作为溶剂。
15、按照权利要求11或14的方法,其中另外将能与水混溶的有机溶剂、特别是低级脂族醇加到反应混合物中。
16、按照权利要求14或15的方法,其中另外将不能与水混溶的有机溶剂加到反应混合物中。
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