CN103086898B - 二苯胺或其环上取代的衍生物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二苯胺或其环上取代的衍生物的制备方法。该方法是利用碱金属醇盐作为碱性试剂，在催化剂存在下，卤代苯或其环上取代的衍生物与N-酰基化苯胺或其环上取代的衍生物进行反应制备二苯胺或其环上取代的衍生物，同时生成第二产物羧酸酯。卤代苯或其环上取代的衍生物、N-酰基化苯胺或其环上取代的衍生物与碱金属醇盐的摩尔比一般选择在1.0：1.0~1.1：1.1~1.3。利用该方法生产二苯胺或其环上取代的衍生物，生产工艺简单、反应周期短、设备利用率高、能耗低并且“三废”少。

Description

二苯胺或其环上取代的衍生物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种改进的制备二苯胺或其环上取代的衍生物的方法，属于化工技术领域。

背景技术

二苯胺或其环上取代的衍生物是用于制备染料、农药、橡胶助剂等的应用广泛的有机中间体。例如，4-烷氧基-2-甲基二苯胺是一类极其有价值的二苯胺的衍生物，用于制备压敏或者热敏记录纸用荧烷染料的原料。

二苯胺或其环上取代的衍生物的制备方法包括：苯胺或其环上取代的衍生物进行脱氨；苯胺或其环上取代的衍生物和溴代苯或其衍生物进行反应脱除溴化氢；苯胺或其环上取代的衍生物和苯酚或其环上取代的衍生物以及与苯酚或其环上取代的衍生物相对应的环己酮或其衍生物之间的缩合和分子内氢转移反应等方法；苯胺或其环上取代的衍生物和苯酚或其环上取代的衍生物进行反应脱水。

在美国专利2009/0156864（美国阿普尔顿纸业公司）中，提出了应用十六烷基三甲基溴化铵作为相转移催化剂、二（三叔丁基膦）钯作为催化剂，苯胺与4-溴-3-甲基苯甲醚在90℃下进行缩合反应15分钟合成制备4-甲氧基-2-甲基二苯胺，收率95%。但是，由于二（三叔丁基膦）钯高昂的价格使得该方法难以实现工业化。

在中国专利CN1054368C（等同日本专利JP3135436，日本三井化学株式会社）中，提出了在氢转移催化剂的存在下，苯胺或其环上取代的衍生物、苯酚或其环上取代的衍生物以及与苯酚或其环上取代的衍生物相对应的环己酮或其衍生物（或者在反应过程中由相应的苯酚或其环上取代的衍生物氢化而得）之间发生缩合和分子内氢转移反应来制备相应的二苯胺或其环上取代的衍生物。指出在已有的工艺中，为了抑制副产物N-环己基苯胺及其同类物的形成，不得不采用相对于苯胺或其环上取代的衍生物大大过量的苯酚或其环上取代衍生物的方法，发明了在反应进行的同时逐滴滴加苯胺或其环上取代的衍生物的工艺过程，在此情况下，可以减少苯酚或其环上取代的衍生物的用量，也可以抑制上述副产物形成。从专利中所列举的实施例来看，酚类化合物与胺类化合物的摩尔比仍然高达1.5比1.0，也就是说，酚类化合物相对于胺类化合物来说过量50%，自然涉及到酚类化合物的分离、回收问题。此外，选用价格高昂的钯碳作为氢转移催化剂，反应要在高压釜中进行，设备投资高，安全管理苛刻，为工业化实施增加了困难。

在日本专利昭52-5489中，提出了在碳酸钾等碱性化合物和铜粉以及单质碘的存在下进行缩合反应得到N-酰基化二苯胺或其环上取代的衍生物。然后，以水或者小分子醇类作为溶剂，在常压或者加压条件下利用氢氧化钠或者氢氧化钾等碱性化合物作为酸吸收剂进行脱酰基化反应。实施例中列举了基本的工艺过程，例如4-甲氧基-2-甲基乙酰苯胺与溴代苯在碳酸钾和铜粉以及单质碘的存在下进行缩合反应，随后，采用水蒸汽蒸馏的方法回收过量的溴代苯，然后，在压力釜中加入水、氢氧化钠于180℃下进行水解反应8小时，脱出乙酰基形成目标产物4-甲氧基-2-甲基二苯胺。为了保证水解反应进行彻底，相对于N-酰基化二苯胺或其环上取代的衍生物来说，碱性化合物的量必须大大过量，例如在专利的实施例1中，N-乙酰基-4-甲氧基-2-甲基二苯胺与氢氧化钠的摩尔比为1.0比2.3。反应方程式如下：

在日本专利昭57-193435和日本专利昭60-214763中指出利用溴代苯作为中间体合成目标产物时，存在溴代苯价格高，收率低，以及反应步骤长等缺点，提出了首先在碳酸钾等碱性化合物和铜粉以及碘存在下，利用4-溴-3-烷基苯醚与酰基化苯胺进行缩合反应，随后利用水蒸汽蒸馏回收4-溴-3-烷基苯醚，然后，加入异戊醇和氢氧化钾回流3小时进行脱酰基反应，再加水进行水蒸汽蒸馏回收异戊醇，得到二苯胺或其环上取代的衍生物。同样为了保证水解反应的彻底，相对于N-酰基化二苯胺或其环上取代的衍生物来说，碱性化合物的量必须大大过量。合成4-甲氧基-2-甲基二苯胺的反应方程式如下：

在日本专利平2-49756中，提出了在缩合反应阶段选用具有更高沸点的二氯苯或者三氯苯，提高了缩合反应速度，缩短了缩合反应时间，中间产物酰基化二苯胺或其环上取代的衍生物的收率有所提高。在随后的脱酰基化反应阶段，采用乙醇与氢氧化钾，加热回流反应16小时。同样脱酰基化过程中碱性化合物的使用量也必须大大过量。

在本发明人的专利CN101786956 (B)中，首先利用日本专利昭57-193435、昭60-214763和平2-49756等已有专利中所述的缩合工艺过程合成N-酰基化二苯胺或其环上取代的衍生物，然后，利用本发明人发明的以醇钠醇溶液作为脱酰基化试剂的方法进行脱酰基化，制备目标产物。在一个具体实施例中，甲醇钠的甲醇溶液与N-乙酰基-4-甲氧基-2-甲基二苯胺于130℃下进行脱除乙酰基反应，生成目标产物4-甲氧基-2-甲基二苯胺以及第二产物乙酸甲酯。在本发明人的专利中，尽管提高了脱酰基化反应的原子利用率，减少了废弃物，缩短了反应时间，降低了能耗，生产成本有所降低，但是，缩合反应阶段的问题仍然存在。从常规原材料到目标产品的整个生产工艺（包括缩合反应过程以及脱酰基化反应过程）来看，还没有达到 “节能、降耗、减污、增效”的清洁生产工艺过程的理想目标。

发明内容

鉴于现有工艺存在着诸多的问题，本发明提供了一种生产工艺简单、反应周期短、设备利用率高、符合“清洁生产”要求的二苯胺或其环上取代的衍生物的制备方法。

本发明的方法是利用碱金属醇盐（式（4）化合物）作为碱性试剂，在催化剂存在下，N-酰基化苯胺或其环上取代的衍生物（式（3）化合物）与卤代苯或其环上取代的衍生物（式（2）化合物）进行反应制备目标产物二苯胺或其环上取代的衍生物（式（1）目标产物）。或者说，式（3）化合物与式（2）化合物经过缩合和脱酰基化两步化学反应生产式（1）目标物，但是，上述缩合反应完成后不需要经过分离、纯化等后处理工艺过程直接在同“一釜”内完成脱酰基化反应。

术语说明:

1. 二苯胺或其环上取代的衍生物具有式（1）所示的结构式，在本发明中简称式（1）目标产物。

2. 卤代苯或其环上取代的衍生物具有式（2）所示的结构式，在本发明中简称式（2）化合物。

3. N-酰基化苯胺或其环上取代的衍生物具有式（3）所示的结构式，在本发明中简称式（3）化合物。

4. 作为碱性试剂的碱金属醇盐具有式（4）所示的结构式，在本发明中简称式（4）化合物。

在式（1）~（4）中，

R₁是C_1~10直链或带支链的烷基、C_1~10直链或带支链的烷氧基，m是0~5的整数，且当m≥2时，多个R₁可以相同或者不相同；

R₂是C_1~10直链或带支链的烷基、C_1~10直链或带支链的烷氧基、羧基、腈基、羟基或者卤素原子，n是0~5的整数，且当n≥2时，多个R₂可以相同或者不相同；

R₃是氢原子或者C_1~6直链或带支链的烷基。优选的，R₃是甲基。

R₄是C_1~12直链或带支链的烷基、C_1~10芳基。优选的，R₄是甲基、乙基、叔丁基或者苯甲基。

X是溴原子或者氯原子。优选的，X是溴原子

M是碱金属。优选的，M是钠或钾。

优选的，上述式（1）化合物为下列之一：

4-甲氧基-2-甲基二苯胺，

4-乙氧基-2-甲基二苯胺，

4-甲氧基-2-甲基-4’-甲基二苯胺，

4-甲氧基-2-甲基-2’-氯二苯胺，

2,4,5-三氯-4’-甲氧基二苯胺，

4-氯-2,5-二甲基-4’-甲氧基二苯胺，

4-(N,N-二甲胺基)-3’-甲氧基二苯胺，

4-甲氧基-2’-甲基-4’-氯二苯胺，

3-氯-4-甲氧基-2’-甲基-4’-氯二苯胺。

本发明的技术方案详述如下：

1）在催化剂的存在下，式（2）化合物、式（3）化合物以及式（4）化合物于160℃-240℃温度下进行反应，边反应、边蒸馏出部分低沸点物质（有机溶剂以及/或者第二产物羧酸酯等）。反应4.0~8.0小时，测定釜内残留式（2）化合物含量小于1wt%，结束反应。得到含有式（1）目标产物的反应混合物。

2）向上述反应混合物中加入足量的水以及甲苯溶解体系中的可溶性物质，滤除不溶性物质后，分出甲苯层，然后用甲苯萃取水层2~3次，将甲苯层与甲苯萃取溶液合并得到含有式（1）目标产物的甲苯溶液。该甲苯溶液经过蒸馏脱出甲苯后，加入甲醇进行重结晶，经过离心分离、干燥等后处理，得到式（1）目标产物。

上述步骤1）所述的式（4）化合物的种类没有特别的限制，一般选择碱金属醇盐或其醇溶液。可以是同一种醇的碱金属醇盐的醇溶液，也可以是不同醇的碱金属醇盐的醇溶液。可以是碱金属脂肪醇盐的醇溶液或者碱金属芳香醇盐的醇溶液。

所用的碱金属醇盐醇溶液的浓度一般在10wt%~50wt%，可以根据原料来源的便利性进行选择，对结果没有明显的影响。更好是选择碱金属醇盐含量20~30wt%的醇溶液。

所述碱金属脂肪醇盐的醇溶液选自碱金属甲醇盐的甲醇溶液、碱金属乙醇盐的乙醇溶液、碱金属丙醇盐的丙醇溶液、碱金属丁醇盐的丁醇溶液、碱金属叔丁醇盐的叔丁醇溶液、碱金属正戊醇盐的正戊醇溶液、碱金属甲醇盐的乙醇溶液、碱金属叔丁醇盐的甲醇溶液。

所述的碱金属芳香醇盐的醇溶液为碱金属苯甲醇盐的苯甲醇溶液。

优选的，所述的碱金属脂肪醇盐的醇溶液为甲醇钠的甲醇溶液，所述的碱金属芳香醇盐的醇溶液为苯甲醇钠的苯甲醇溶液。

上述步骤1）所述反应过程的加料方式为加入式（2）化合物、式（3）化合物以及催化剂，加热釜内的反应物料至设定的反应温度后，在一定的时间内连续滴加或者间歇式加入式（4）化合物溶液；或者加入式（3）化合物以及催化剂，加热釜内的反应物料至设定的反应温度后，在一定的时间内连续滴加者间歇式加入式（2）化合物以及式（4）化合物溶液，控制加料时间保证式（2）化合物以及式（4）化合物溶液同时或者基本同时添加完成。优选式（2）化合物先于式（4）化合物溶液添加完成。

上述步骤1）所述的式（2）化合物、式（3）化合物和式（4）化合物的摩尔比为1.0：1.0~1.1：1.1~1.3，更优选摩尔比为1.0：1.05：1.2。若进一步减少式（3）化合物的用量，有可能导致式（2）化合物的转化率降低。若进一步降低式（4）化合物的用量，会导致反应速度降低、反应时间延长，降低了生产效率。若进一步增加式（3）化合物和式（4）化合物的用量则不会对反应速度、产品收率等产生明显的影响，反而增加了生产成本。

上述步骤1）所述的反应温度一般为160℃～240℃，优选的，反应的温度为190℃~200℃。若进一步降低反应温度会降低反应速率。若进一步升高反应温度则会导致反应物以及反应产物的分解，降低反应的收率。

上述步骤1）所述的式（2）化合物与式（3）化合物，优选4-溴-3-甲基苯甲醚与乙酰苯胺，3-甲基-4-溴苯乙醚与乙酰苯胺，4-溴-3-甲基苯甲醚与4-甲基乙酰苯胺，4-溴-3-甲基苯甲醚与2,4-二甲基乙酰苯胺，4-溴苯甲醚与乙酰苯胺，3-溴苯甲醚与4-(N,N-二甲基氨基)乙酰苯胺，4-(N,N-二甲胺基)溴苯与3-甲氧基乙酰基苯胺，4-溴苯甲醚与2,4,5-三氯乙酰苯胺，或者溴代苯与4-甲氧基-2-甲基乙酰苯胺。

上述步骤1）所述的催化剂，不做特别的限定，本领域的人员可通过公知方法确定。一般选择，铜粉与碘组成的组合催化剂，以及碘化亚铜、溴化亚铜或者氯化亚铜等，更优选氯化亚铜。

上述步骤2）所述的向含有式（1）目标产物的反应混合物中加入足量的水以及甲苯溶解体系中的可溶性物质，是指可完全溶解体系中水溶性物质的水量以及可完全溶解体系中甲苯可溶性物质的甲苯量；本领域的人员可通过公知方法确定，本发明不做特别限定。

根据本发明，具体化学反应方程式如下：

也可以将反应过程写成如下两步化学反应方程式：

式中R₁、R₂、R₃、R₄、M、m和n具有与上述相同的含义。

在本发明的一个实施例中，以4-溴-3-甲基苯甲醚和乙酰苯胺为反应物，氯化亚铜为催化剂，甲醇钠的甲醇溶液作为碱性化合物，反应一定时间后，得到4-甲氧基-2-甲基二苯胺粗品。然后，经过甲苯萃取、浓缩、甲醇重结晶等后处理过程，得到目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺，收率约为85.5%（4-溴-3-甲基苯甲醚的投料量为基准）。第二产物乙酸甲酯的收率约为80%（以乙酰苯胺的投料量为基准）。

本发明的技术特点和优良效果如下：

1、在本发明中，式（2）化合物与式（3）化合物为起始原料经过缩合与脱酰基化两步化学反应，生产式（1）目标产物二苯胺或其环上取代的衍生物。缩合与脱酰基化两步化学反应在“一釜”内完成，同时生成有价值的第二产物有机羧酸酯。

2、在本发明中，缩合与脱酰基化两步反应都选用式（4）化合物作为碱性试剂。

3、在本发明中，式（2）化合物、式（3）化合物、与式（4）化合物的摩尔比一般选择在1.0：1.1～2.0：1.1～1.6，更好是选择1.0：1.05：1.2。

4、在本发明中，缩合与脱酰基化两步反应的反应温度一般在160℃~240℃范围内，更好是190℃~200℃。

5、本发明的“一釜法”生产工艺，没有中间产物的分离提纯过程，可简化生产工艺、缩短反应周期、提高设备利用率，是一种具有“节能、降耗、减污、增效”等特征的清洁生产工艺。

具体实施方式

提供下列典型实施例，目的在于阐明本发明，但是，这些实施例并不限制本发明的应用范围。

实施例1

4-溴-3-甲基苯甲醚201.5g（1.0mol）、乙酰苯胺141.8g (1.05mol）、氯化亚铜3.8g（0.038mol）加入到反应釜内后，边搅拌，边开始加热，当反应釜釜内物料温度达到200℃时，开始滴加30wt%甲醇钠甲醇溶液234.0g（1.3mol）， 滴加时间为8小时，滴加过程中保持反应物料温度为200℃。滴加完后，继续保温反应0.5小时，反应结束。得到甲醇与乙酸甲酯混合物馏分207.3g，乙酸甲酯含量26.2%（气相色谱分析）。

向含有4-甲氧基-2-甲基二苯胺的反应混合物中加入200g水以及500ml甲苯溶解体系中的可溶性物质，过滤除去不溶性物质后，分出甲苯层，然后再用300ml甲苯萃取水层2次，将甲苯层与甲苯萃取溶液合并，得到含有目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺的甲苯溶液。该甲苯溶液经过蒸馏脱出甲苯后，加入甲醇进行重结晶，经过离心分离、干燥等后处理，得到目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺183.8 g，纯度99.1%（气相色谱分析），反应收率85.5 %（以4-溴-3-甲基苯甲醚为基准）。

实施例2

如实施例1所述，所不同的是4-溴-3-甲基苯甲醚总量的10%即 20.2g（0.1mol）与乙酰苯胺同时加入到反应釜内，余下的90%即181.3g（0.9mol）与30wt%的甲醇钠的甲醇溶液234.0g（1.3mol）同时进行滴加，控制滴加速度，4-溴-3-甲基苯甲醚滴加时间为6小时，甲醇钠溶液滴加时间为6.5小时。

得到目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺188.0g，纯度99.3%（气相色谱分析），反应收率87.6%。甲醇与乙酸甲酯混合物馏分195.5g，乙酸甲酯含量28.2%（气相色谱分析）。

实施例3

如实施例1所述，所不同的是30wt%甲醇钠甲醇溶液为198.0g（1.1mol）。得到目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺175.4g，纯度99.2%（气相色谱分析），反应收率81.7%。甲醇与乙酸甲酯混合物馏分184.7g，乙酸甲酯含量24.2%（气相色谱分析）。

实施例4

如实施例1所述，所不同的是采用187.5g（1.0mol）4-溴苯甲醚代替4-溴-3-甲基苯甲醚。得到目标产品4-甲氧基二苯胺 172.6g，纯度99.3%（气相色谱分析），反应收率86.2%。甲醇与乙酸甲酯混合物馏分198g，乙酸甲酯含量25.5%（气相色谱分析）。

实施例5

如实施例1所述，所不同的是采用碘化亚铜7.0g（0.037mol）代替氯化亚铜作催化剂。得到目标产品4-甲氧基二苯胺185.2g，纯度99.2%（气相色谱分析），反应收率86.3%。甲醇与乙酸甲酯混合物馏分210.5g，乙酸甲酯含量25.5%（气相色谱分析）。

比较例1:

如实施例1所述，所不同的是采用60g（1.5mol）固体氢氧化钠代替甲醇钠的甲醇溶液，并且氢氧化钠是在反应初期与其它反应物一起加入到反应釜中。在200℃下反应5小时。取样用气相色谱分析，结果表明4-溴-3-甲基苯甲醚以及乙酰苯胺已经完全消耗，但是没有检测到目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺。

比较例2:

如实施例1所述，所不同的是采用138g（1.0mol）固体碳酸钾代替甲醇钠的甲醇溶液，并且碳酸钾是在反应初期与其它反应物一起加入到反应釜中。在200℃下反应8小时。取样用气相色谱分析，除了残留部分4-溴-3-甲基苯甲醚以及乙酰苯胺外，含有4.3%目标产品4-甲氧基-2-甲基二苯胺，以及45.5%缩合产品N-乙酰基-4-甲氧基-2-甲基二苯胺，

比较例1说明在同样反应条件下，利用氢氧化钠代替醇钠作为碱性试剂无法得到二苯胺衍生物。比较例2说明了利用碳酸钾作为碱性试剂主要是形成缩合产物N-酰基化二苯胺衍生物。

Claims (2)

1.制备式（1）所示的二苯胺或其环上取代的衍生物的方法,

在式（1）中，

R₁是C_1~10直链或者带支链的烷基、或者C_1~10直链或者带支链的烷氧基，m是0~5的整数，且当m≥2时，多个R₁可以相同或者不相同；

R₂是C_1~10直链或者带支链的烷基、C_1~10直链或者带支链的烷氧基、腈基、羟基或者卤素原子，n是0~5的整数，且当n≥2时，多个R₂可以相同或者不相同；

所述的方法包括：

将式（2）化合物、式（3）化合物和式（4）化合物加入到反应体系中，在催化剂存在的情况下进行反应制备式（1）所示的二苯胺或其环上取代的衍生物，

式（2）、式（3）和式（4）中，

R₁、R₂、m和n与上述式（1）含义相同；X是溴原子或者氯原子；

R₃是氢原子、或者C_1~6直链或者带支链的烷基；

R₄是C_1~10直链或者带支链的烷基；

M是碱金属钠或者钾；

式（4）化合物是浓度为10wt%~50wt%碱金属醇盐的醇溶液；

式（2）化合物、式（3）化合物和式（4）化合物的摩尔比为1.0：1.0~1.1：1.1~1.3;

在反应进行的同时，逐渐滴加碱金属醇盐的醇溶液；

所述催化剂为氯化亚铜、碘化亚铜或者铜和碘组成的混合催化剂；反应的温度为160℃～240℃。

2.如权利要求1所述的方法, 其特征在于，式（4）化合物是浓度为20~30wt%甲醇钠的甲醇溶液。

3.如权利要求1所述的方法, 其特征在于，所述反应的温度为190℃~200℃。