CN102356056B - 芳族醛转化成芳族酰基卤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在不含二甲苯的反应介质中将芳族醛或芳族醛混合物转化成为芳族酰基卤或芳族酰基卤混合物的反应产物的方法，所述方法包括使芳族醛或芳族醛混合物与卤素接触以得到反应产物，其中反应介质任选包含选自任何芳族酰基卤及其混合物的助溶剂。特别地，芳族醛为对苯二甲醛，芳族酰基卤为对苯二甲酰二氯，卤素为氯。
Description
本发明涉及一种将芳族醛或芳族醛混合物转化成芳族酰基卤或芳族酰基卤混合物的方法。
将芳族醛转化成芳族酰基卤的方法是本领域中已知的。例如在US3,274,242中描述了在225℃或更高的温度下通过芳族醛的蒸气相氯化而制备芳族酰基氯。该方法的缺点是必须使用高温，这使得工艺昂贵，且对于对苯二甲醛，仅得到低收率。
在BE 647037中公开了一种方法，其中使纯氯取代芳族醛与氯气在中等温度下接触。该方法仅对于氯取代的芳族醛起作用且提供80％左右的收率。
在US 3,894,923中描述了通过使用UV光和/或过氧化物作为催化剂将纯液体苯甲醛氯化而转化成苯甲酰氯。该方法仅要求将苯甲醛转化成苯甲酰氯。
在US 2,791,608中，邻苯二甲酰氯由将二甲苯在氧化催化剂的存在下氧化，其后将氧化产物氯化而制备。可使用惰性溶剂，包括芳族二羧酸氯化物。反应混合物可含有甲苯酸、邻苯二甲酸、甲基和羧基苯甲醛和甲苯酸甲基苄酯。该制备方法具有几个缺点。一部分产物由于氧化催化剂的存在而环氯代。混合物中甲基和酸基团的等摩尔性的精确控制是重要的。这些官能团存在中的任何不平衡会导致形成显著量的难以从反应混合物中除去的副产物。此外，还需要除去在氧化期间形成的水以避免氯化步骤期间副产物的形成。最后，方法，包括氧化、氯化和熔融步骤的复杂性也是不利的。
由芳族醛制备对苯二甲酰二氯的最佳方法公开于US 3,950,414中，其中描述了通过在惰性溶剂如四氯化碳或其它完全卤化的脂族烃中将芳族二醛氯化而制备芳族二酰基氯。
对苯二甲醛通过在中等温度下在四氯化碳(CTC)作为溶剂中与氯气反应而以高收率转化。根据该方法，TPAL可在约35℃的温度下温和溶于CTC中并可通过使溶液或淤浆经受氯气而以高转化率和高选择性被氯化。反应速率、反应的转化率和选择性不受光的存在影响。反应在完全黑暗中很完美地进行。
然而，由于更严格的环境要求，四氯化碳和其它卤化脂族烃不再是可接受的，且使用该溶剂的工业方法由于其对臭氧层的有害效果而不再可得到政府许可。因此，需要探求一种具有类似高收率和选择性，而在反应时间和反应温度方面的反应条件同样有利的新方法。
根据本发明，现在已发现TPAL可在类似的反应条件下被转化成TDC，得到类似的收率和选择性，而不使用有毒的卤化溶剂。还发现本方法还可有利地用于其它芳族醛。
为此，本发明涉及一种在不含二甲苯的反应介质中将芳族醛或芳族醛混合物转化成为芳族酰基卤或芳族酰基卤混合物的反应产物的方法，所述方法包括使芳族醛或芳族醛混合物与卤素接触以得到反应产物，其中反应介质任选包含选自任何芳族酰基卤及其混合物的助溶剂。
TPAL和氯气的这一反应由以下反应方程式给出：
本方法使用反应产物作为溶剂，任选在助溶剂的存在下。
在下文整个本发明说明书中，术语“化合物”、“反应产物”、“芳族醛”和“芳族酰基卤”分别具有含义“一种或多种化合物”、“一种或多种反应产物”、“芳族醛或芳族醛混合物”和“芳族酰基卤或芳族酰基卤混合物”。
优选，选择与反应产物相同的化合物作为助溶剂。这使得反应产物的分离非常简单并使得可不必须分离和再生其它溶剂。在另一实施方案中，选择不同于反应产物的其它化合物作为助溶剂以降低反应温度。在该实施方案中，优选使用具有与反应产物不同的结晶性能的化合物作为助溶剂以促进反应产物的分离。可省去任何助溶剂并以纯芳族醛开始。由此形成的反应产物充当溶剂。在芳族醛和任选助溶剂的反应介质中，助溶剂的量为0-95重量％，优选40-90重量％。优选助溶剂仅或基本仅(即约98-100％)含反应产物，或为反应产物和可容易通过结晶分离的其它芳族酰基卤的混合物。如果使用助溶剂，则这可在反应以前或反应期间加入混合物中。对于用氯气转化TPAL，TDC为反应产物，任选在TDC和/或IDC作为助溶剂的存在下。混合物中TDC(作为助溶剂)的合适量为相对于TPAL约90重量％。对于其它芳族醛的转化，优选使用类似量的助溶剂。尽管优选使用与通过转化芳族醛而得到的产物相同的化合物作为助溶剂，其它芳族酰基卤或芳族酰基卤的混合物也可用作助溶剂。
该方法不再使用二甲苯如对-、间-或邻-二甲苯或其它烷基芳烃，且不使用重金属催化剂。
尽管不需要，但可有利地通过用光合光照射反应介质而增强反应速率。照射可在整个反应期间或在芳族醛与卤素接触的部分期间进行。
术语“助溶剂”涉及在开始反应以前存在于反应介质中和/或在反应期间加入，且不是反应的反应物的芳族酰基卤。在反应结束时，混合物含有为溶剂的反应产物和任选助溶剂。反应产物可为与助溶剂相同或不同的化合物，并直接充当芳族醛反应物的溶剂。然而，无论是否与助溶剂相同，反应产物不包括在术语“助溶剂”的定义中。
术语“芳族酰基卤”代表由芳族醛得到的反应产物。术语“任何芳族酰基卤”代表反应产物或任何其它芳族酰基卤。IDC(间苯二甲酰二氯)和TDC为可作为反应产物制备或作为助溶剂使用的最通常的族酰基卤，但也可使用它们对应的溴化物和碘化物，和它们的被取代的类似化合物，包括退火化合物如萘二甲酰二氯。已发现IPAL(间苯二甲醛)或TPAL可容易地溶于间苯二甲酰二氯(IDC)或TDC，或其混合物中，并可在IDC(42-43℃)或TDC(79-81℃)的熔点以上的温度下通过使混合物经受氯气而被氯化。如果使用溶剂和助溶剂的混合物，则低共熔混合物是优选的。在本发明意义上，低共熔混合物为熔点尽可能低，或至少比最小熔点高不大于10℃，优选不大于5℃的这种比例的混合物。
通常，选择芳族醛在低温，优选90℃以下，最优选在室温下溶于其中的助溶剂。助溶剂可以为任何芳族酰基氯，例如TDC、IDC、苯甲酰氯等及其混合物。
在中等温度(90℃)下，反应速率低，并且尽管以高选择性，在商业上可接受的反应时间下得到有限的转化率(30-50％)。不可探测到不同于中间产物3-或4-甲酰基苯甲酰氯(3-FBC或4-FBC)的副产物。发现用光合光照射相当地增强反应速率，提供大于90％的TPAL转化率。进一步发现卤灯在抑制CI-TDC(氯代-对苯二甲酰二氯)作为副产物形成方面获得最好结果。
IPAL可在TDC作为助溶剂中容易地转化成IDC。在反应结束时，混合物则含有IDC作为反应产物和TDC作为助溶剂。IDC可容易地通过结晶与TDC分离。在另一实施方案中，IPAL可在IDC作为助溶剂中转化成IDC而不需要任何进一步结晶。如果可能的最低转化温度是重要的，则可有利地使用IDC和TDC的低共熔混合物，并可将反应产物通过结晶与TDC分离。
一种制备TDC的实践方法是将TPAL溶于IDC和TDC的低共熔混合物中，加入氯气，在完成TPAL向TDC的转化以后，通过结晶将TDC与助溶剂IDC分离。
相对于反应开始时反应介质的量，芳族醛的合适量为基于反应介质重量5-100重量％，优选10-60重量％。低于10重量％的量在经济上没有吸引力，高于60％的量需要高反应温度。
显然，由TPAL制备TDC的本方法具有与已知路线相比的主要优点，因为它是简单的一步方法，且氯气需求和盐酸形成比US 2,791,608的方法小33％。
通过以下非限定性实施例阐述本发明。
一般程序
使用装配有感温器和气体入口分布器的1升Schott瓶作为反应容器。混合用磁力搅拌器实现。将固定在金属架上的反应器悬挂在装有热水的盘中，其中热水用于建立所需反应温度。
将氯气由小尺寸Cl2钢瓶中供入反应容器中。气流通过预先标定的质流控制器控制并引导通过过滤器以除去湿气。在Cl2定量给料以前和以后，将反应器内容物用氮气洗涤。
使反应混合物经受N2(g)和Cl2(g)的混合物。
实验的废气为N2、Cl2和HCl的混合物，将其引导通过充满水/苛性碱(瓶1)、水(瓶2)和水/苛性碱(瓶3)的三个串联吸收瓶的废气“道”。引导废气经过瓶1和2的内容物并引导通过瓶3的内容物。Cl2将优选吸收在苛性碱中，HCl吸收在苛性碱和水中。
通过测量实验以前和以后吸收瓶的重量，技术人员得到废气中Cl2和HCl的总量的指示。当瓶1充满水时，可区别HCl与Cl2。
对于照射实验，使用20W或50W卤光源或150W高压汞光源(主要发射光谱的UV部分)。
IDC(间苯二甲酰二氯)、IPAL和TPAL由Sigma-Aldrich购得(纯度＞99％)；Cl2以纯度2.8(相当于＞99.8体积％)由小尺寸钢瓶(12.5Kg)得到。
TDC由Teijin Aramid，Delfzijl，荷兰的TDC装置得到。
实施例1
将14.9g TPAL(111毫摩尔)溶于600mL TDC中。将约两倍化学计量所需量的氯气起泡通过混合物，同时将混合物保持在90℃的恒温下。在第一个53分钟期间，将346毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在2小时17分钟期间加入另外66毫摩尔Cl2(0.5毫摩尔/min)。
最终反应混合物试样的气相色谱分析显示50％的TPAL转化率，同时得到显著量的4-甲酰基苯甲酰氯(4-FBC)。
实施例2
继续实验1，同时用位于反应器外部的高压汞UV光源(150W)照射反应混合物。在56分钟期间，定量给料362毫摩尔Cl2(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在2小时18分钟内加入另外66.5毫摩尔Cl2(0.5毫摩尔/min)。
TPAL几乎完全转化成TDC，同时还形成少量环氯化TDC。
实施例3
将12.6g TPAL(94毫摩尔)溶于560mL TDC中。在90℃的恒温下使约两倍化学计量所需量的氯气起泡通过混合物。将混合物用50W卤光源照射。在第一个59分钟期间，将382毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在2小时28分钟内加入另外71毫摩尔Cl2(0.5毫摩尔/min)。最终反应混合物试样的气相色谱分析显示几乎完全的TPAL转化率，同时得到与实验2相比好得多的选择性。
实施例4
将10g TPAL和10g IPAL(间苯二甲醛)(均为74.5毫摩尔)溶于500mLTDC中。将混合物用20W卤光源照射并在实验期间保持在90℃。在第一个50分钟期间，将323.5毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在2小时45分钟内加入另外79.5毫摩尔Cl2(0.5毫摩尔/min)。
TPAL和IPAL分别完全且高选择性地转化成TDC和IDC(间苯二甲酰二氯)。
实施例5
将10g TPAL和10g IPAL(均为74.5毫摩尔)溶于500mL TDC含量为30质量％的TDC/IDC混合物中。将混合物用20W卤光源照射并在实验期间保持在50-55℃。在第一个45分钟期间，将291毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在2小时35分钟内加入另外75毫摩尔Cl2(0.5毫摩尔/min)。
TPAL和IPAL分别完全且高选择性地转化成TDC和IDC。在第一个45分钟以后TPAL和IPAL已完全消失，但是可识别表示半产物4-FBC和3-FBC的峰。
实施例6
将10.29g TPAL(76.7毫摩尔)和5.42g IPAL(40.4毫摩尔)溶于500mLTDC含量为30质量％的TDC/IDC混合物中。不照射混合物并在实验期间保持在45-50℃。在第一个45分钟期间，将291毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)，其后在3小时45分钟内加入另外128毫摩尔Cl2(0.56毫摩尔/min)。
最终产物显示TPAL和IPAL分别完全且高选择性地转化成TDC和IDC。
实施例7
将9.9g TPAL(73.8毫摩尔)和3.32g IPAL(均为24.8毫摩尔)溶于500mL TDC含量为30质量％的TDC/IDC混合物中。将混合物用20W卤光源照射并在实验期间保持在43℃。在30分钟期间，将194毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)。
最终产物显示TPAL和IPAL分别完全且高选择性地转化成TDC和IDC。
实施例8
将189g TPAL(1409毫摩尔)溶于355mL TDC含量为30质量％的TDC/IDC混合物中。将混合物用20W卤光源照射并在实验期间保持在75℃。在3小时6分钟期间，将1522毫摩尔Cl2加入混合物中(以8.2毫摩尔/min的恒定速率)。
TPAL仅部分转化成4-FBC和TDC。
实施例9
将10.32g TPAL(76.9毫摩尔)溶于500mL苯甲酰氯中。
将混合物用20W卤光源照射并在实验期间保持在室温(22℃)。在30分钟期间，将194毫摩尔Cl2加入混合物中(以6.5毫摩尔/min的恒定速率)。
最终产物显示TPAL完全且高选择性地转化成TDC。
实施例10
将34.4g TPAL(257毫摩尔)和46.6g IPAL(348毫摩尔)熔融。
将粘性混合物(无助溶剂)用20W卤光源照射并在实验期间保持在90℃。在4小时期间，将1440毫摩尔Cl2加入混合物中(以6毫摩尔/min的恒定速率)。
由于高粘度，转化率仅为43％，选择性为44％。
Claims (9)
1.一种在不含二甲苯的反应介质中将芳族醛或芳族醛混合物转化成为芳族酰基卤或芳族酰基卤混合物的反应产物的方法，所述方法包括使芳族醛或芳族醛混合物与卤素接触以得到反应产物，其中助溶剂在开始反应以前存在于反应介质中和/或在反应期间加入，且不是反应的反应物，其中所述助溶剂选自任何芳族酰基卤及其混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述助溶剂包含与反应产物相同的化合物。
3.根据权利要求2的方法，其中所述助溶剂包含98-100%与反应产物的化合物相同的化合物。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中至少对于使反应介质与卤素接触的部分期间而言，将反应介质用光合光照射。
5.根据权利要求1的方法，其中芳族醛或芳族醛混合物为芳族二醛或芳族二醛的混合物。
6.根据权利要求5的方法，其中所述芳族二醛为对苯二甲醛，助溶剂为对苯二甲酰二氯，且卤素为氯。
7.根据权利要求5的方法，其中所述芳族二醛为间苯二甲醛，助溶剂为间苯二甲酰二氯，且卤素为氯。
8.根据权利要求5的方法，其中所述芳族二醛为对苯二甲醛，助溶剂为间苯二甲酰二氯和对苯二甲酰二氯的混合物，卤素为氯，且其中在完成对苯二甲醛向对苯二甲酰二氯的转化以后，通过结晶将对苯二甲二酰二氯与助溶剂分离。
9.根据权利要求8的方法，其中所述间苯二甲酰二氯和对苯二甲酰二氯的混合物为低共熔混合物。
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