CN101903320A - 制备4,4'-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法,尤其是制备4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法,包括使环己酮在碱性催化剂存在下自缩合而形成三环缩合产物,使所得三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成2,6-二苯基苯酚并使2,6-二苯基苯酚与三氟甲基酮反应。此外,本发明涉及一种通过环己酮的醛醇自缩合制备2,6-二苯基苯酚的改进方法。
Description
本发明涉及一种制备4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法,尤其是制备4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法,包括使环己酮在碱性催化剂存在下自缩合而形成三环缩合产物,使所得三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成2,6-二苯基苯酚并使2,6-二苯基苯酚与三氟甲基酮反应。本发明进一步提供了一种通过环己酮的醛醇自缩合和随后脱氢制备2,6-二苯基苯酚的改进方法。
4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)和4,4’-[1,1-双(三氟甲基)亚甲基]双(2,6-二苯基苯酚)由US 3,739,035已知且被描述为制备聚碳酸酯或聚酯的有价值原料。它们通过使2,6-二苯基苯酚在每种情况下与大大过量的气态六氟丙酮或在甲磺酸中的1,1,1-三氟丙酮反应而制备。
所述化合物也是制备WO 2006/092433中所述的双(二芳基苯氧基)铝化合物的重要原料。
DE 1643402涉及一种通过环己酮的自缩合而形成三环缩合产物并随后使这些产物脱氢而制备2,6-二苯基苯酚的方法。这里的环己酮自缩合在无溶剂条件下在至多200℃的温度下在强碱,优选氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液作为催化剂存在下进行。在第二步中进行的以与双环缩合产物的混合物得到的三环缩合产物的脱氢在脱氢催化剂存在下在至多350℃,优选300-350℃的温度下进行。所述合适的脱氢催化剂是负载型铂、钯、镍、钌和铑催化剂。
DE 1643403公开了一种由包含2,6-二苯基苯酚与至少一种在2或6位具有脂族6元环而不是苯基环的其他酚的混合物中结晶2,6-二苯基苯酚的方法。为此,将该混合物溶于75-99重量%脂族溶剂与1-25重量%芳族溶剂的混合物中并将该溶液的温度降至低于2,6-二苯基苯酚的结晶温度。
DE 2211721涉及一种制备邻苯基苯酚的方法,其中将环己酮的双分子脱水缩合产物引入负载在惰性载体上的催化剂床中并使该缩合物在230-520℃下在惰性气体存在下进行脱氢。该文献还公开了适合进行该方法且包含元素钯、铂、铱和铑中的一种或多种并可进一步包含碱的催化剂。
由该现有技术开始,本发明的目的是提供一种可以以特别经济的方式并以从工艺工程角度看非常有利的方式制备4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)和2,6-二苯基苯酚的方法,即所需化合物的收率非常高且不希望的副产物(合适的话可能不得不以复杂的方式分离出来并处置或再循环)的形成非常少。
该目的根据本发明通过提供一种制备式(I)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法实现:
其中基团R为未支化或支化的C1-C6烷基或C1-C6全氟烷基,
该方法包括下列工艺步骤:
a)使环己酮在碱性催化剂存在下反应而形成包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环缩合产物和水的反应混合物:
b)从在步骤a)中形成的反应混合物中分离包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物的混合物,
c)使在步骤b)中得到的包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成包含式(III)的2,6-二苯基苯酚的反应混合物:
d)从在步骤c)中形成的反应混合物中分离式(III)的2,6-二苯基苯酚,和
e)使在d)步骤中得到的式(III)的2,6-二苯基苯酚与式(IV)的三氟甲基酮在强有机酸存在下反应:
其中基团R如对式(I)所定义,形成式(I)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)。
本发明方法适合制备式(I)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚):
其中基团R为未支化或支化的C1-C6烷基或C1-C6全氟烷基。本文中术语支化或未支化的C1-C6烷基指具有1-6个碳原子的支化或未支化烷基,例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、戊基或己基。优选的C1-C6烷基是甲基、乙基、异丙基,特别优选甲基。术语支化或未支化的C1-C6全氟烷基指具有1-6个碳原子的支化或未支化全氟烷基,即所有氢原子已经被氟原子替代的烷基,例如三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基、七氟异丙基、九氟丁基。优选的C1-C6全氟烷基是三氟甲基、五氟乙基、七氟异丙基,特别优选三氟甲基。可能的特别优选工艺产物因此为式(Ia)的4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚):
和式(Ib)的4,4’-[1,1-(双三氟甲基)亚甲基]双(2,6-二苯基苯酚):
根据本发明非常特别优选的工艺产物是式(Ia)的4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)。
本发明方法包括工艺步骤a)-e)。在本发明方法的工艺步骤a)中,环己酮在碱性催化剂存在下反应而形成包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环缩合产物和水的反应混合物:
因此,环己酮用作进行本发明方法的原料。这可以工业纯度使用,即没有特别的纯度要求、生产工艺或性质,纯度通常为约95重量%或更高,优选99重量%或更高。
环己酮根据本发明方法步骤a)的反应是3分子环己酮以醛醇缩合进行的分子间自缩合(醛醇加成并随后消去水),这对本领域熟练技术人员是本身已知的。这形成包含上述式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环环己酮产物混合物。所述混合物可以包含上述化合物(IIa)、(IIb)和(IIc)中的一种、两种或所有三种并且可以额外包含上述化合物的其他异构体,例如其中烯属双键定位于该分子的环己酮环中的那些。式(IIa)、(IIb)和(IIc)的所有三种三环酮通常存在于上述产物混合物中。
双环环己酮,尤其是式(Va)和/或(Vb)的那些:
通常也作为在本发明方法的步骤a)中进行的环己酮自缩合的不希望的副产物形成。然而,这些化合物可以如下面在本发明方法的步骤b)下所述从式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环反应产物中分离出来,优选通过蒸馏分离,并且需要的话可以再循环到工艺步骤a)中的反应中。
在工艺步骤a)中的反应在碱性催化剂存在下进行,优选在无机,尤其是强碱性催化剂存在下进行。作为碱性或强碱性,尤其是无机催化剂或碱,可以提到能够通过脱质子而将环己酮至少部分转化成对应烯醇根阴离子的那些。在工艺步骤a)中的反应优选在强碱,特别优选pKb小于4的碱存在下进行。作为优选用于该目的的强碱,可以提到碱金属或碱土金属的氢氧化物、醇盐、氢化物、氨化物或碳酸盐,例如锂、钠、钾、钙和钡的氢氧化物,乙醇钠,甲醇钠,叔丁醇钾,氢化钠,氢化钾,二异丙基氨基锂以及锂、钠、钾、钙和钡的碳酸盐。特别优选的强碱是碱金属或碱土金属的氢氧化物和碳酸盐,非常特别优选碱金属的氢氧化物。所述化合物可以以纯净形式使用或以相互之间的混合物使用或以与其他碱的混合物形式使用。它们可以以固体或溶解形式,优选以水溶液形式使用。
碱性催化剂在工艺步骤a)中的用量并不重要且可以在宽范围内变化。然而,考虑到经济方面,有利的是使用最小可能量的催化剂,优选至多20mol%,特别优选至多10mol%,非常特别优选至多5mol%,在每种情况下基于碱当量和环己酮的用量。
在本发明方法的工艺步骤a)中,作为碱性催化剂优选使用碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的水溶液,特别优选氢氧化钠的水溶液。若所选择的碱以溶液形式,优选水溶液形式使用,则这些溶液的优选浓度范围是约5-50重量%(基于最终溶液),特别优选约25-50重量%。
在工艺步骤a)中进行的环己酮自缩合可以在宽温度范围内,通常在约70-200℃的温度下进行。进行本发明方法的工艺步骤a)的优选温度范围为90-180℃。
在所用环己酮的自缩合过程中,即随着转化的进行,首先作为主要缩合产物由两分子的环己酮反应形成式(Va)和(Vb)的二聚双环缩合产物。这些产物的沸点高于环己酮本身且必须与另一分子的环己酮反应而形成所需式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环缩合产物。
在根据本发明特别优选的本发明方法的实施方案中,根据工艺步骤a)的反应在与水形成共沸物的溶剂(环己酮以外的溶剂)或溶剂混合物存在下进行。优选的“与水形成共沸物的溶剂”是在反应条件下呈惰性,在大气压力下的沸点为约100-200℃,优选100-150℃,特别优选110-140℃,非常特别优选130-140℃并且不同于环己酮的溶剂,优选有机溶剂。特别优选与水形成沸点低于环己酮的沸点,即低于155℃并且低于相应溶剂本身的共沸物(低沸共沸物)的那些有机溶剂。非常特别优选其共沸沸点低于环己酮的共沸沸点(95℃)的那些溶剂或溶剂混合物。为了确保令人满意的反应速率,有利的是使所选择的溶剂或溶剂混合物的共沸沸点尽可能高,优选为70℃或更高,特别优选80℃或更高。在本发明方法的工艺步骤a)中,可根据本发明特别优选使用的溶剂因此具有的共沸沸点为70-95℃,优选80-95℃,特别优选<95℃,例如甲苯、二甲苯和乙苯或其混合物,优选二甲苯。因此,上述“与水形成共沸物的溶剂”也称为夹带剂。
所述溶剂可以直接使用或以两种或更多种不同溶剂的混合物形式使用。优选在本发明方法的工艺步骤a)中仅使用一种溶剂,优选与水形成上述共沸物的溶剂。
在另一优选实施方案中,本发明方法的进行应使得在工艺步骤a)中通过环己酮的醛醇自缩合形成的水在反应过程中通过蒸馏以与所用溶剂的共沸物形式从反应混合物中分离。在环己酮的醛醇自缩合中形成的反应水和以碱性催化剂的水溶液形式加入的任何水可以通过本领域熟练技术人员本身已知的共沸蒸馏方法使用同样对从反应混合物中分离或除去水已知的设备如分水器除去。水可以完全或基本完全或仅部分分离。然而,优选尽可能完全分离出形成的化学计量上预期量的水(以及任何量的随催化剂加入的水),以有助于上述三环反应产物的所需形成。
与水形成共沸物的溶剂在该优选实施方案中的用量可以在宽范围内选择并且可以取决于各种因素,尤其取决于具体所用溶剂或溶剂混合物的选择以及用于分离或除去水的工艺或装置。考虑经济因素,所选择的溶剂通常基于环己酮的用量以5-100重量%,优选10-60重量%,特别优选15-40重量%的量使用。
这得到除了所用碱性催化剂外还主要包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的所需三环酮以及式(Va)和/或(Vb)的双环缩合产物和未反应环己酮的反应混合物。以此方式得到的反应混合物可以此形式进一步加工或者首先后处理,例如通过本领域熟练技术人员熟知的萃取方法。有利的是首先通过用酸处理而进行碱性催化剂的中和。
在本发明方法的工艺步骤b)中,从以此方式在工艺步骤a)中得到的任选后处理且基本中和的反应混合物中分离出包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物。该分离可以通过对本领域熟练技术人员合适的方法进行,例如通过层析或蒸馏。在工艺步骤b)中式IIa、IIb和/或IIe的三环反应产物从在工艺步骤a)中所得反应混合物的分离(合适的话在中和和通过萃取后处理之后)优选以蒸馏形式进行。
通过蒸馏分离三环缩合产物可以分批、半连续或完全连续进行。优选进行分批或半连续蒸馏,特别优选分批蒸馏。要使用的蒸馏塔的设计不必满足任何特定要求。可能有利的是使用填充塔,例如填充有合适的网眼填料、片状金属填料或填料元件的无序床的塔。蒸馏有利的是在减压下进行,优选在约1-100毫巴,特别优选约5-30毫巴的绝对塔底压力和约1-100毫巴,特别优选约5-20毫巴的绝对塔顶压力下进行。因此,在底部的温度有利地为约200-250℃,优选约210-230℃,而在顶部的温度为约190-220℃,优选约200-2I0℃。式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环酮作为高沸点底部产物得到,更低沸点组分,尤其是式(Va)和/或(Vb)的双环缩合产物作为塔顶产物从中蒸除。需要的话,这些产物可以作为原料再循环到在本发明方法的工艺步骤a)中的环己酮的醛醇自缩合中。
在本发明方法的工艺步骤c)中,根据工艺步骤b)得到的包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物的脱氢在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中进行,形成包含式(III)的2,6-二苯基苯酚的反应混合物:
在本发明方法的工艺步骤c)中的脱氢步骤在冷凝相,即液相中进行。这里包含要反应的式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环酮的混合物和作为脱氢产物得到的式(III)的2,6-二苯基苯酚以及得到的任何部分脱氢化合物如2-环己基-6-苯基苯酚,大部分,即主要以液体形式存在。脱氢通常在升高的温度下,优选在约200-300℃的温度下,即在低于所述三环原料或脱氢产物的沸点的温度下进行。脱氢优选在240-300℃,特别优选250-300℃的温度下进行。
此外,在工艺步骤c)中的脱氢在负载型过渡金属催化剂存在下进行。合适的负载型过渡金属催化剂原则上是所有本领域熟练技术人员已知作为形成芳族体系的该类脱氢反应的催化剂的那些,例如在合适载体上包含过渡金属钯、铂、镍、钌、铑中的一种或多种的那些。在工艺步骤c)中的脱氢优选在包含在载体上的钯(Pd)和/或铂(Pt)的催化剂存在下进行。优选用于工艺步骤c)中的催化剂可以单独或以相互间的混合物形式包含过渡金属钯和铂,合适的话还包含其他金属。优选使用包含钯作为催化活性金属的催化剂。所述金属以负载的形式使用,即以已经将它们施用于作为载体材料本身为本领域熟练技术人员所知的材料上的形式。作为合适的载体材料,例如可以提到硅胶(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳、活性炭、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)。在优选实施方案中,在本发明方法的工艺步骤c)中的脱氢在负载在Al2O3或碳载体如活性炭上的Pd催化剂存在下进行。这里Al2O3可以以γ-Al2O3形式或δ-Al2O3形式或θ-Al2O3形式或δ/θ-Al2O3形式或α-Al2O3形式使用,例如如Hollemann Wiberg,Lehrbuch derAnorganischen Chemie,第102版,de Gruyter,2007,第1161页所述。优选使用γ-Al2O3作为载体。特别优选用于本发明的负载型催化剂因此是在γ-Al2O3上的Pd。
催化活性金属,优选钯和/或铂,通常以约0.1-20重量%,优选约0.1-10重量%(在每种情况下基于成品催化剂)的重量比例存在于负载型催化剂中。它们通常取决于所用催化剂类型基于待脱氢的三环酮混合物的重量以1-40重量%,优选1-35重量%的量使用。
根据本发明使用的负载型过渡金属催化剂可以以本领域熟练技术人员已知的宽范围的形式使用,例如以球、挤出物或粉末形式。
在另一优选实施方案中,除了所用负载型过渡金属催化剂外,在工艺步骤c)中的脱氢可以在碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐存在下进行,例如在锂、钠、钾、钙或钡的氢氧化物和/或锂、钠、钾、钙或钡的碳酸盐存在下进行。所述碱性化合物可以取决于所用化合物的类型基于所用负载型催化剂以通常为3-20重量%的量使用。作为替换,还可以使用已经用上述碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐处理过的载体或负载型催化剂。
在工艺步骤c)中的脱氢通常快速进行且在所述反应温度下通常在约24小时后,常常在约12小时或更短时间后基本完全。脱氢得到包含完全脱氢化合物-式(III)的2,6-二苯基苯酚以及通常还包含尚未脱氢或仅部分脱氢的三环酮的反应混合物。
上述非均相脱氢催化剂可以通过本领域熟练技术人员熟知的方法分离出来,例如通过过滤或离心,优选通过过滤。当使用上述负载型过渡金属催化剂时,尤其是当使用在载体上包含钯(Pd)和/或铂(Pt)的上述催化剂时,已经发现在工艺步骤c)中的反应之后分离出的催化剂通常仍具有高活性。它们因此可以有利地再利用,优选在按照工艺步骤c)的其他反应中。在本发明方法的优选实施方案中,用于工艺步骤c)中的催化剂因此在进行反应之后从反应混合物中分离出来并再用于按照工艺步骤c)的一个或多个其他反应中。
在每种情况下回收的催化剂原则上可以使用,只要它仍保留所需活性。这通常取决于在每种情况下选择的催化剂、选择的原料和反应条件。当使用在载体上包含钯(Pd)和/或铂(Pt),尤其是钯(Pd)的催化剂时,通常可以将其再循环,即再利用高达十次或更多次,但至少高达五次或高达四次,而不显著降低在所进行的脱氢反应中的活性或选择性。
碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐在工艺步骤c)中的上述加入(这根据本发明是优选的)还可能对在每种情况下所使用的负载型过渡金属催化剂的活性、操作寿命或可再用性具有有利影响。碱金属或碱土金属碳酸盐,优选碳酸钠和/或碳酸钾,非常特别优选碳酸钾(K2CO3)的加入尤其可能导致所用特定负载型催化剂的活性增加并因此导致其可再用性改善。这种效果在使用负载型钯催化剂的反应中,尤其是在使用特别优选的在γ-Al2O3上的Pd作为催化剂的反应中特别显著。在特别优选的实施方案中,本发明方法的步骤c)因此在作为负载型过渡金属催化剂的在γ-Al2O3上的Pd存在下并在碱金属碳酸盐,优选碳酸钾存在下进行。
在本发明方法的工艺步骤d)中,从在工艺步骤c)中形成的反应混合物中分离式(III)的2,6-二苯基苯酚。根据工艺步骤d)的分离原则上可以借助用于分离物质的常规方法,例如蒸馏、层析或结晶而进行。已经发现有利的是通过结晶将2,6-二苯基苯酚与不希望的未脱氢或仅部分脱氢三环酮分离。已经发现适合该目的的溶剂是具有至多8个碳原子的低级烃,例如戊烷、己烷、环己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯,合适的话与具有1-4个碳原子的低级脂族醇如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇混合,或与具有至多5个碳原子的酮、醚或酯如丙酮、叔丁基甲基醚或乙酸乙酯混合。已经发现特别有利的是以由庚烷或含庚烷的溶剂混合物中结晶的形式根据工艺步骤d)进行2,6-二苯基苯酚的分离。已经发现纯庚烷或体积比为约20∶1-30∶1的庚烷和异丙醇的混合物作为溶剂或溶剂组合是非常特别有用的。术语庚烷包括正庚烷及其异构体二者,例如2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,2-二甲基戊烷、2,3-二甲基戊烷、2,4-二甲基戊烷、3,3-二甲基戊烷、3-乙基戊烷、2,2,3-三甲基丁烷或其混合物。
通过上述结晶得到的式(III)的2,6-二苯基苯酚随后可以常规方式,例如通过过滤或离心与母液分离。
由此可以纯净形式得到式(III)的2,6-二苯基苯酚,即纯度为至少98重量%,常常为至少99重量%。该物质中仅能困难地在其他工艺步骤或反应中分离出来并且将导致不希望的产物混合物和次级反应的不希望的未脱氢或仅部分脱氢的三环酮含量低。
在本发明方法的工艺步骤e)中,使在工艺步骤d)中得到的式(III)的2,6-二苯基苯酚与式(IV)的三氟甲基酮在强有机酸存在下反应:
其中基团R如对式(I)所定义,形成式(I)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)。
取决于所需目标化合物,在工艺步骤e)中使根据工艺步骤a)-d)制备的2,6-二苯基苯酚与式(IV)的三氟甲基酮反应,其中基团R可以是如上面对式(I)化合物所定义的C1-C6烷基或C1-C6全氟烷基。为了制备根据本发明特别优选的式(Ia)和(Ib)的工艺产物,相应地使在工艺步骤d)中得到的2,6-二苯基苯酚与式(IVa)的1,1,1-三氟丙酮:
或式(IVb)的六氟丙酮反应:
这两种试剂可以工业形式使用而对纯度或生产工艺没有任何特殊要求。式(IVb)的六氟丙酮优选以气态形式送入反应混合物中。
所选择的三氟甲基酮有利地根据该反应的化学计量使用,优选稍微过量。化合物2,6-二苯基苯酚和所选择的式(IV)的三氟甲基酮通常以约1∶1-2∶1,优选约2.0∶1.2-2.0∶1.1的摩尔比使用。
在工艺步骤e)中的反应在强有机酸,优选pKa至多为2,特别优选pKa为-1至2,非常特别优选pKa为1-2的有机酸存在下进行。作为可以用于工艺步骤e)中的优选有机酸,可以提到磺酸,尤其是烷基磺酸或苯基磺酸。优选的磺酸例如为甲磺酸、三氟甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸,特别优选甲磺酸或三氟甲磺酸,非常特别优选甲磺酸。
在优选实施方案中,所选择的强有机酸,优选甲磺酸或三氟甲磺酸,特别优选甲磺酸,以未稀释形式(浓度为100%)使用。该酸的用量通常显著过量于待反应的2,6-二苯基苯酚的量。考虑到经济因素,通常将所选择的酸与2,6-二苯基苯酚的重量比选择为约10∶1-30∶1,优选约10∶1-20∶1。
为了进行根据工艺步骤e)的反应,可以使所选择的试剂以任何顺序相互接触,温度通常为0-100℃。根据工艺步骤e)的反应优选在10-60℃,特别优选20-50℃的温度下进行。此时该反应通常在10-24小时的反应时间之后基本完全。
通常以固体形式得到的式(I)的目标化合物可以通过常规分离方法,优选通过过滤或优选通过萃取,优选通过用甲苯、二甲苯或乙苯或其混合物萃取而与所得反应混合物分离。在优选实施方案中,按如下进行本发明方法:通过萃取将在工艺步骤e)中形成的式(I)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)与所得反应混合物分离。在该实施方案中特别优选的萃取剂是甲苯。以此方式可以将所用有机酸,优选所用甲磺酸或三氟甲磺酸回收并且需要的话再利用,优选用于根据本发明方法的工艺步骤e)的进一步反应。在待在该优选实施方案中进行的萃取之后溶于回收的甲磺酸中的所用萃取剂,优选甲苯可以通过蒸馏分离出来,以避免与1,1,1-三氟丙酮和甲苯的次级反应。
本发明方法因此在其他任选工艺步骤f)中包括将式(I)的目标化合物与在工艺步骤e)中得到的反应混合物分离。所需目标化合物通常以95重量%或更高,优选97重量%或更高的纯度得到。
本发明方法因此提供了获得所需式(I)的目标化合物,尤其是式(Ia)和(Ib)化合物(这二者为本发明的优选目标化合物)的有效途径。本发明方法使得可以高总收率和高纯度制备上述化合物。
在另一方面,本发明提供了一种制备式(III)的2,6-二苯基苯酚的方法:
该方法包括下列步骤:
i)使环己酮在碱性催化剂存在下在与水形成共沸物的环己酮以外的溶剂或溶剂混合物存在下反应而形成包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)的三环缩合产物和水的反应混合物:
其中通过蒸馏以与在反应过程中使用的溶剂的共沸物形式从反应混合物中分离出形成的水,
ii)从在步骤i)中形成的反应混合物中分离包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物的混合物,和
iii)使在步骤ii)中得到的包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成包含式(III)的2,6-二苯基苯酚的反应混合物:
因此,本发明的这一方面涉及一种制备2,6-二苯基苯酚的方法,其对应于上述方法的工艺步骤a)-c),其中环己酮的自缩合根据工艺步骤i)在碱性催化剂存在下在与水形成共沸物(且不同于环己酮)的溶剂或溶剂混合物存在下进行且通过蒸馏以与在反应过程中使用的溶剂的共沸物形式从反应混合物中分离出形成的水。
术语“与水形成共沸物的溶剂”可以具有与上面在工艺步骤a)下所述相同的一般和优选含义。因此,用于本发明这一方面的目的的术语“与水形成共沸物的溶剂”也优选指在反应条件下呈惰性,在大气压力下的沸点为约100-200℃,优选100-150℃,特别优选110-140℃,非常特别优选130-140℃且不同于环己酮的有机溶剂。特别优选与水一起形成沸点低于环己酮的沸点,即低于155℃并且低于相应溶剂本身的共沸物(低沸共沸物)的那些有机溶剂。其中非常特别优选其共沸沸点低于环己酮的共沸沸点(95℃)的溶剂或溶剂混合物。为了确保令人满意的反应速率,有利的是使所选择的溶剂或溶剂混合物的共沸沸点尽可能高,优选为70℃或更高,特别优选80℃或更高。在本发明方法的工艺步骤a)中根据本发明特别优选使用的溶剂因此具有的共沸沸点为70-95℃,优选80-95℃,特别优选<95℃,例如甲苯、二甲苯和乙苯或其混合物,优选二甲苯。因此,上述“与水形成共沸物的溶剂”也可称为夹带剂。
所述溶剂可以直接使用或以两种或更多种不同溶剂的混合物形式使用。优选在本发明方法的工艺步骤i)中仅使用一种溶剂,优选与水一起形成上述共沸物的溶剂。
根据本发明的这一方面,本发明方法的工艺步骤i)的进行应使得通过环己酮的醛醇自缩合形成的水在反应过程中通过蒸馏以与所用溶剂的共沸物形式从反应混合物中分离。在环己酮的醛醇自缩合中形成的反应水和合适的话以碱性催化剂的水溶液形式加入的水可以通过本领域熟练技术人员本身已知的共沸蒸馏方法使用同样对从反应混合物中分离或除去水已知的设备如分水器除去。水可以完全或基本完全或仅部分除去。然而,优选非常显著地分离出形成的化学计量上预期量的水(以及任何量的随催化剂加入的水),以有助于上述三环反应产物的所需形成。
与水形成共沸物的溶剂根据本发明这一方面的用量可以在宽范围内选择并且可以取决于各种因素,尤其取决于具体所用溶剂或溶剂混合物的选择以及用于分离或除去水的工艺或装置。考虑经济因素,所选择的溶剂通常基于环己酮的用量以5-100重量%,优选10-60重量%,特别优选15-40重量%的量使用。
至于在工艺步骤i)中所用碱性催化剂和该工艺步骤的其他特征,参考工艺步骤a)的上述描述的全部内容,包括所有优选的实施方案及其组合。
因此,在工艺步骤i)中的反应通常在碱性催化剂存在下进行,优选在无机,尤其是强碱性催化剂存在下进行。作为碱性或强碱性,尤其是无机催化剂或碱,可以提到能够通过脱质子而将环己酮至少部分转化成对应烯醇根阴离子的那些。在工艺步骤i)中的反应优选在强碱,特别优选pKb小于4的碱存在下进行。作为优选用于该目的的强碱,可以提到碱金属或碱土金属的氢氧化物、醇盐、氢化物、氨化物或碳酸盐,例如锂、钠、钾、钙和钡的氢氧化物,乙醇钠,甲醇钠,叔丁醇钾,氢化钠,氢化钾,二异丙基氨基锂以及锂、钠、钾、钙和钡的碳酸盐。特别优选的强碱是碱金属或碱土金属的氢氧化物和碳酸盐,非常特别优选碱金属的氢氧化物。所述化合物可以以纯净形式使用或以相互之间的混合物使用或以与其他碱的混合物形式使用。它们可以以固体或溶解形式,优选以水溶液形式使用。
在本发明方法的工艺步骤i)中,作为碱性催化剂也优选使用碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的水溶液,特别优选氢氧化钠的水溶液。若所选择的碱以溶液形式,优选水溶液形式使用,则这些溶液的优选浓度范围是约5-50重量%(基于最终溶液),特别优选约25-50重量%。
在本发明的这一方面所述的制备2,6-二苯基苯酚的方法的工艺步骤ii)和iii)也对应于制备式(I)的4,4’-[(1-三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的上述方法的工艺步骤b)和c)。根据步骤ii)进行的包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物的混合物与在步骤i)中形成的反应混合物的分离以及根据步骤iii)进行的在步骤ii)中得到的包含式(IIa)、(IIb)和/或(IIc)化合物的三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢以形成式(III)的2,6-二苯基苯酚相应地可以如上面对工艺步骤b)和c)所述进行,包括所有优选实施方案及其组合。因此,工艺步骤iii)也可以如上所述在负载型过渡金属催化剂存在下进行。这里合适的负载型过渡金属催化剂原则上是所有本领域熟练技术人员已知作为形成芳族体系的该类脱氢反应的催化剂的那些,例如在合适载体上包含过渡金属钯、铂、镍、钌、铑中的一种或多种的那些。在工艺步骤iii)中的脱氢优选在包含在载体上的钯(Pd)和/或铂(Pt)的催化剂存在下进行。优选用于工艺步骤c)中的催化剂在每种情况下可以单独或以相互间的混合物形式包含过渡金属钯和铂,任选还包含其他金属。优选使用包含钯作为催化活性金属的催化剂。所述金属以负载的形式使用,即以已经将它们施用于作为载体材料本身为本领域熟练技术人员所知的材料上的形式。作为合适的载体材料,例如可以提到硅胶(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳、活性炭、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)。在优选实施方案中,在本发明方法的工艺步骤iii)中的脱氢在负载在Al2O3或碳载体如活性炭上的Pd催化剂存在下进行。这里Al2O3可以以γ-Al2O3形式或δ-Al2O3形式或θ-Al2O3形式或δ/θ-Al2O3形式或α-Al2O3形式使用。优选使用γ-Al2O3作为载体。对本发明目的特别优选的负载型催化剂因此是在γ-Al2O3上的Pd。
催化活性金属,优选钯和/或铂,通常以约0.1-20重量%,优选约0.1-10重量%(在每种情况下基于成品催化剂)的重量比例存在于负载型催化剂中。它们通常取决于所用催化剂类型基于待脱氢的三环酮混合物的重量以1-40重量%,优选1-35重量%的量使用。
在另一优选实施方案中,除了所用负载型过渡金属催化剂外,在工艺步骤iii)中的脱氢可以在碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐存在下进行,例如在锂、钠、钾、钙或钡的氢氧化物和/或锂、钠、钾、钙或钡的碳酸盐存在下进行。所述碱性化合物可以取决于所用化合物的类型基于所用负载型催化剂以通常为3-20重量%的量使用。作为替换,还可以使用已经用上述碱金属或碱土金属氢氧化物或碳酸盐预处理过的载体或负载型催化剂。
此时在每种情况下回收的催化剂原则上可以使用,只要它仍具有所需活性。这通常取决于在每种情况下选择的催化剂、选择的原料和反应条件。当使用在载体上包含钯(Pd)和/或铂(Pt),尤其是钯(Pd)的催化剂时,通常可以将其再循环,即再利用高达十次或更多次,但至少高达五次或高达四次,而不显著降低在脱氢反应中的活性或选择性。
碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐在工艺步骤iii)中的上述加入(这根据本发明是优选的)还可能对在每种情况下所使用的负载型过渡金属催化剂的活性、操作寿命或可再用性具有有利影响。碱金属或碱土金属碳酸盐,优选碳酸钠和/或碳酸钾,非常特别优选碳酸钾(K2CO3)的加入尤其可能导致在每种情况下所用负载型催化剂的活性增加并因此导致其可再用性改善。这种效果在使用负载型钯催化剂的反应中,尤其是在使用特别优选的在γ-Al2O3上的Pd作为催化剂的反应中特别显著。在特别优选的实施方案中,本发明方法的步骤iii)因此在作为负载型过渡金属催化剂的在γ-Al2O3上的Pd存在下并在碱金属碳酸盐,优选碳酸钾存在下进行。
需要的话,在工艺步骤iii)之后可以进行额外的工艺步骤iv),该步骤涉及式(III)的2,6-二苯基苯酚从在步骤iii)中形成的反应混合物中分离。该额外的工艺步骤iv)对应于制备式(I)化合物的上述方法的工艺步骤d)并且因此可以如上面对工艺步骤d)所述进行,包括所有优选的实施方案及其组合。
下列实施例说明本发明而决不限制本发明:
气相色谱分析通过下列方法进行:
30m RTX 200,ID.0.25mm,FD:0.50μm;200℃,3℃/min-290℃;tR(min)tR(式(Va,Vb)的双环酮):8.4,8.8;tR(式(IIa,IIb,IIc)的三环酮):17.1,18.2,18.5;tR(2-环己基-6-苯基苯酚):15.2;tR(2,6-二苯基苯酚):18.7;tR(α-苯基氧芴):21.6。所得粗产物的浓度(重量%)使用内标通过GC分析测定。
HPLC分析通过下列方法进行:CC250/4Nucleodur C18 Gravity,5μm;C:水-0.05%H3PO4;D:乙腈20∶80;出口:93巴,25℃;tR(min)tR(2,6-二苯基苯酚):4.8;tR(4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)):14.5。
实施例1:环己酮的自缩合
在室温下将900g(9.1mol)环己酮与190g二甲苯一起置于烧瓶中。然后加入33g(0.21mol)NaOH溶液(25%)。在回流下搅拌反应溶液。在7小时内反应混合物的温度由120℃升至180℃,借助分水器除去126ml水。然后将反应溶液冷却到室温。
为了后处理反应溶液,向该溶液中加入500g水并用11g H3PO4(85%)中和该溶液。在90℃下分离各相。然后在90℃下用500g NaHCO3溶液(2%)洗涤有机相。同样在90℃下进行相分离。
这得到965g具有下列组成的粗产物:三环酮(式(IIa,IIb,IIc)):48.3%;双环酮(式(Va,Vb)):24.6%(在每种情况下以GC-重量%)。
在装有1m Sulzer DX填料(理论塔板数:约20)且内径为50mm并且装有蒸馏釜和带有泵送循环(0.1m2)的薄膜蒸发器的实验室玻璃柱中分批蒸馏粗产物(965g)。在20毫巴和顶部温度为144℃下从三环酮(式(IIa,IIb,IIc))(顶部温度:212℃;20毫巴)蒸除双环酮(式(Va,Vb))。式(Va,Vb)的双环酮的产量为223g(27%),而式(IIa,IIb,IIc)的三环酮的产量为410g(理论值的50%;96GC-重量%)。
实施例2:式(Va,Vb)的双环酮的再循环
在室温下将360g(3.0mol)环己酮和300g(1.67mol)式(Va,Vb)的双环酮与140g二甲苯一起置于烧瓶中。然后加入22.4g(0.14mol)NaOH溶液(25%)。在回流下搅拌反应溶液。在5小时内温度由120℃升至180℃,借助分水器除去62ml水。然后将红色反应溶液冷却到室温并如实施例1所述进行后处理。
这得到728g具有下列组成的粗产物:三环酮(式(IIa,IIb,IIc):45.7%;双环酮(式(Va,Vb)):27.0%;二甲苯:14.5%;环己酮:3%(在每种情况下以GC-重量%)。
实施例3-5:式(IIa,IIb,IIc)的三环酮脱氢形成式(III)的2,6-二苯基苯酚
实施例3:
在室温下将10g Pd/Al2O3催化剂(0.5重量%在直径为3mm的球形θ-Al2O3载体上的钯)与30g(0.11mol)式(IIa,IIb,IIc)的三环酮(97%)和0.3g NaOH一起置于烧瓶中。将该悬浮液在290-300℃下搅拌4小时。在将反应混合物冷却到室温后,将反应混合物与200ml庚烷混合。将反应溶液加热到90℃,随后滤出催化剂并用100ml庚烷洗涤。粗产物在旋转蒸发器上蒸发。
这得到具有下列组成的粗产物:2,6-二苯基苯酚:71.3%,式(IIa,IIb,IIc)的三环酮:8.2%(在每种情况下以GC-重量%)和2-环己基-6-苯基苯酚:5.0GC-面积%。通过从庚烷(120ml)中结晶而以62%(17.8g,97GC-重量%)的收率分离2,6-二苯基苯酚产物。
实施例4:
在室温下将10g Pd/Al2O3(0.72重量%在长度为4mm的挤出物形式的γ-Al2O3载体上的钯)与30g(0.11mol)式(IIa,IIb,IIc)的三环酮(97%)和0.3g NaOH一起置于烧瓶中。将该悬浮液在290-300℃下搅拌8小时。将反应混合物冷却到95℃,与200ml庚烷混合并如实施例3所述进行后处理。
这得到具有下列组成的粗产物:2,6-二苯基苯酚:44.8%,式(IIa,IIb,IIc)的三环酮:4.9%(在每种情况下以GC-重量%)和2-环己基-6-苯基苯酚:12.3GC-面积%。
通过从庚烷中结晶而以34%(9.5g,99GC-面积%)的产率分离2,6-二苯基苯酚产物。
实施例5:
在室温下将10g Pd/Al2O3(0.72重量%在长度为4mm的挤出物形式的γ-Al2O3载体上的钯)与30g(0.11mol)式(IIa,IIb,IIc)的三环酮(97%)和1.5g K2CO3一起置于烧瓶中。将该悬浮液在290-300℃下搅拌8小时。将反应混合物冷却到90℃,与200ml庚烷混合并如实施例3所述进行后处理。
这得到具有下列组成的粗产物:2,6-二苯基苯酚:47.3%,式(IIa,IIb,IIc)的三环酮:5.8%(在每种情况下以GC-重量%)和α-苯基氧芴:13.6GC-面积%。通过从庚烷中结晶而以44%(12.5g,99GC-面积%)的产率分离2,6-二苯基苯酚产物。
实施例6:
在室温下将10g Pd/Al2O3催化剂(0.72重量%在长度为4mm的挤出物形式的γ-Al2O3载体上的钯)与30g(0.12mol)式(IIa,IIb,IIc)的三环酮(97%)一起置于烧瓶中。将该悬浮液在290-300℃下搅拌8小时。
这得到具有下列组成的粗产物:2,6-二苯基苯酚:25.7%,式(IIa,IIb,IIc)的三环酮:10.3%(在每种情况下以GC-重量%)和2-环己基-6-苯基苯酚:34.6GC-面积%。
实施例7:
在室温下将0.24g 5%Pd/C催化剂与15g(0.06mol)式(IIa、IIb、IIc)的三环酮(97%)一起置于烧瓶中。将该悬浮液在290-300℃下搅拌2小时。冷却该悬浮液并在25℃下用50ml丙酮稀释。滤出催化剂并将粗产物在旋转蒸发器上蒸发。然后通过从庚烷/异丙醇(25∶1)中两级结晶粗产物(13g)而以50%(7g,99GC-面积%)的产率分离2,6-二苯基苯酚产物。
实施例8:
在室温下将13.3g Pd/Al2O3(来自实施例5)与30g(0.11mol)式(IIa、IIb、IIc)的三环酮(97%)一起置于烧瓶中。将该悬浮液在295℃下搅拌8小时。将反应混合物冷却至60℃,然后与200ml庚烷混合并如实施例3所述进行后处理。将分离出的催化剂再用于接下来的脱氢反应。
这得到具有下列组成的粗产物(24.5g):2,6-二苯基苯酚:54.3%,式(IIa、IIb、IIc)的三环酮:8.2%(在每种情况下为GC-重量%)和2-环己基-6-苯基苯酚:6.9GC-面积%和α-苯基氧芴:6.3GC-面积%。
实施例9:合成4,4′-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)
将61.5g(0.25mol)2,6-二苯基苯酚与875g甲磺酸(100%)一起置于烧瓶中。然后在20℃下加入15.4g(0.14mol)1,1,1-三氟丙酮。为了完成该反应,将该悬浮液在45℃下搅拌10小时。然后将该悬浮液冷却到20℃并过滤。滤饼用蒸馏水(每次730g)洗涤至中性并干燥。这得到71g(理论值的97%)白色粉末形式的4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)(HPLC-重量%:98%)。
实施例10:
在20℃下将325g(1.31mol)2,6-二苯基苯酚(99%)与2400g甲磺酸(100%)一起置于双壁反应器中。将该悬浮液与81.3g(0.73mol)1,1,1-三氟丙酮混合并在50℃下搅拌10小时。在反应完成后,将该悬浮液与4200g甲苯混合并将反应混合物在50℃下搅拌30分钟。在50℃下分离各相并用1680g水、1680g浓度为2%的碳酸钠溶液和1680g水洗涤甲苯相。蒸除溶剂甲苯。这得到376g(理论值的95%)白色粉末形式的4,4’-[1-(三氟甲基)乙叉基]双(2,6-二苯基苯酚)(HPLC-重量%:97%)。
Claims (20)
1.一种制备式(Ⅰ)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)的方法:
其中基团R为未支化或支化的C1-C6烷基或C1-C6全氟烷基,
该方法包括下列工艺步骤:
a)使环己酮在碱性催化剂存在下反应而形成包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)的三环缩合产物和水的反应混合物:
b)从在步骤a)中形成的反应混合物中分离包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)化合物的三环缩合产物的混合物,
c)使在步骤b)中得到的包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)化合物的三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成包含式(Ⅲ)的2,6-二苯基苯酚的反应混合物:
d)从在步骤c)中形成的反应混合物中分离式(Ⅲ)的2,6-二苯基苯酚,和
e)使在d)步骤中得到的式(Ⅲ)的2,6-二苯基苯酚与式(Ⅳ)的三氟甲基酮在强有机酸存在下反应:
其中基团R如对式(Ⅰ)所定义,形成式(Ⅰ)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)。
2.根据权利要求1的方法,其中将碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的水溶液在步骤a)中用作碱性催化剂。
3.根据权利要求1或2的方法,其中将氢氧化钠的水溶液在步骤a)中用作碱性催化剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法,其中根据步骤a)的反应在90-180℃的温度下进行。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法,其中根据工艺步骤a)的反应在与水形成共沸物的溶剂或溶剂混合物存在下进行。
6.根据权利要求5的方法,其中在步骤a)中形成的水通过蒸馏以与所述反应过程中使用的溶剂或溶剂混合物的共沸物形式与所述反应混合物分离。
7.根据权利要求5或6的方法,其中将二甲苯、甲苯或乙苯或其混合物用作溶剂。
8.根据权利要求1-7任一项的方法,其中根据工艺步骤b)的分离以蒸馏方式进行。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中根据工艺步骤c)的脱氢在包含在载体上的钯和/或铂的催化剂存在下进行。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法,其中根据工艺步骤c)的脱氢在负载在Al2O3或碳载体上的Pd催化剂存在下进行。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法,其中根据工艺步骤c)的脱氢在碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐存在下进行。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法,其中2,6-二苯基苯酚根据工艺步骤d)的分离以结晶形式进行。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法,其中根据工艺步骤e)的反应在10-60℃的温度下进行。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法,其中根据工艺步骤e)的反应在pKa至多为2的有机酸存在下进行。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法,其中根据工艺步骤e)的反应在甲磺酸存在下进行。
16.根据权利要求1-15中任一项的方法,其中2,6-二苯基苯酚和式(Ⅳ)的三氟甲基酮以1∶1-2∶1的摩尔比用于工艺步骤e)中。
17.根据权利要求1-16中任一项的方法,其中基团R为甲基或三氟甲基。
18.根据权利要求1-17中任一项的方法,其中基团R为甲基。
19.根据权利要求1-18中任一项的方法,其中在工艺步骤e)中形成的式(Ⅰ)的4,4’-[1-(三氟甲基)烷叉基]双(2,6-二苯基苯酚)通过萃取与所得反应混合物分离。
20.一种制备式(Ⅲ)的2,6-二苯基苯酚的方法:
该方法包括下列步骤:
i)使环己酮在碱性催化剂存在下在与水形成共沸物的环己酮以外的溶剂或溶剂混合物存在下反应而形成包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)的三环缩合产物和水的反应混合物:
其中通过蒸馏以与在反应过程中使用的溶剂或溶剂混合物的共沸物形式从反应混合物中分离出形成的水,
ii)从在步骤i)中形成的反应混合物中分离包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)化合物的三环缩合产物的混合物,和
iii)使在步骤ii)中得到的包含式(Ⅱa)、(Ⅱb)和/或(Ⅱc)化合物的三环缩合产物在负载型过渡金属催化剂存在下在冷凝相中脱氢而形成包含式(Ⅲ)的2,6-二苯基苯酚的反应混合物:
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