CN1035521A - 靛蓝化合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了将2-和3-位无取代基的吲哚化合物与有机过氧化氢反应，制备靛蓝的方法。在反应系统中还存在能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂，如元素周期表中4A、5A和6A金属的化合物。

Description

本发明涉及靛蓝化合物的制备方法，该方法是将2-位和3-位无取代基的吲哚化合物与有机过氧化氢反应。

靛蓝化合物是重要的染料，目前其工业制备方法包括首先用苯胺和氯乙酸，或用苯胺与氰酸、甲醛反应得N-苯基甘氨酸盐，然后于高温下碱熔将该盐转变成吲哚酚，再用空气氧化。因而此方法不仅复杂，有几步反应，而且需用大量的KOH和NaOH。KOH和NaOH的回收和再利用不仅耗能太多，而且需要特殊设备，这是一个缺点。因此一直有人在探求更简单的方法。

在有机合成化学中已有报道：通过吲哚的氧化二聚作用可生成靛蓝。特别是Obata等报道：反应体系中过氧化氢和乙酸作用生成过乙酸（即一种过羧酸），当该过乙酸与吲哚反应时，得到吲哚的三聚物或2，2-吲哚基-ψ-吲哚酚，同时得到少量副产物-靛蓝（Bull.Agr.Chem.Soc.Japan，Vol.20，pp.80-83，1956）。B.Witkop等也报道：将过苯甲酸（一种过羧酸）和吲哚的氯仿溶液放于冰箱中过夜，产生非常小量的靛蓝及各种其它产物（Justus    Liebigs    Annalen    der    chemie，Vol.558，pp.91-98，1947）。此外，A.K.Sheinkman等也报道：当过氧化氢（一种无机过氧化物）与吲哚于甲醇中反应时，得到高产率的三聚体2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚;与过乙酸反应的情况相同，生成靛蓝的量只能用气相色谱才能检测到（Khim.Geterotsikl.Soedin.，Vol.11，pp.1490-1496，1978）。

然而，这些报道的目的是研究吲哚的反应性，而本发明所希望的产物靛蓝只不过是一种微量生成的副产物。为它们都不是制备靛蓝化合物的理想方法。

本发明的目的之一是提供一种制备靛蓝化合物的改良的简单方法。

本发明的目的之二是提供一种用吲哚化合物作为起始原料，制备靛蓝化合物的方法，在该方法中，副产物的生成将减到最少。

根据下面的描述，本发明的其它目的是显而易见的。

本发明者已做了不懈的努力特别注意有效氧化剂的寻找，以建立制备靛蓝的方法，该法以工业上易得的吲哚为起始原料，而且能减少副产物（如2，2-二吲哚基吲哚酚）的生成。经过对氧和各种有机无机氧化剂仔细研究后发现：如果采用有机过氧化氢为氧化剂与吲哚反应，能容易地一步制得靛蓝，而不生成大量的2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚。这一结果是十分意外的，因为在这以前，从未有人将有机过氧化氢用于这一领域。而且还发现：此方法可用于2-位和3-位没有取代基的其它吲哚化合物以制备相应的靛蓝化合物。在这些发现的基础上完成了本发明。

根据本发明，可提供制备靛蓝化合物的方法，它包括将2-和3-位没有取代基的吲哚化合物与有机过氧化氢反应。

本发明方法中用的起始原料之一，2-和3-位无取代基的吲哚化合物选自下列化合物：吲哚;具有1-4个烷基（每个烷基含1-10个碳原子）的烷吲哚（如1-甲基吲哚、4-乙基吲哚、5-甲基吲哚、6-甲基吲哚、6-异丙基吲哚、7-甲基吲哚和4，5-二甲基吲哚）;含1-4个卤素原子的卤代吲哚（如4-氯吲哚、5-氯吲哚、5，7二氯吲哚、5-溴吲哚、6-溴吲哚、5，7-二溴吲哚和4-氯-5-溴吲哚）;含1-4个羟基的羟基吲哚（如4-羟基吲哚、5-羟基吲哚、4，5-二羟基吲哚）;有1-3个卤素原子和1-3个烷基（含1-10个碳原子）的卤代烷基吲哚（如4-氯-5-乙基吲哚、6-氯-4-甲基吲哚、4-溴-5-乙基吲哚和5-溴-4-甲基吲哚）;含1-4个硝基的硝基吲哚（如4-硝基吲哚、5-硝基吲哚和7-硝基吲哚）;吲哚羧酸（如吲哚5-羧酸）及它们的酯;和磺化吲哚。除了2-和3-位外，上述吲哚化合物可含有不影响反应的任何基团。

本发明方法中用的另一起始原料，即有机过氧化氢，是含至少一个过氧化氢基团（-OOH）的有机化合物。有用的有机过氧化氢列于表中〔参见D、Swern，“Organic    Peroxides，Vol.Ⅱ”，Wiley-Interscience（1971），pp107-127;A.G.Davies，“Organic    Peroxides”，Butterworths（1961），pp.9-33.〕。

在这些有机过氧化氢中，最好是烷基部分含3-30个碳原子的仲和叔烷基过氧化氢，如叔-丁基过氧化氢，1-苯基乙基过氧化氢，1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢（所谓的枯烯过氧化氢），双（1-甲基乙基）苯基过氧化氢，1-甲基-1-（4-甲基环己基）乙基过氧化氢，2，5-二甲基己烷-2，5-二过氧化氢和1，1，3，3-四甲基丁基过氧化氢。

这些过氧化氢可单独使用，或两种或几种混合使用或依次使用。也可使用合适的组合物（如异丙基苯和含氧气体），该组合物在反应体系中能产生上述的有机过氧化氢。尽管有机过氧化氢的用量并不严格，但一般为每摩尔吲哚化合物用0.01-100摩尔，最好是0.1-20摩尔有机过氧化氢。

在本发明方法中，对进行反应的方法没有特殊限制。可用任何方法进行反应，即至少让吲哚化合物和有机过氧化氢充分混合，反应可一次完成，也可分次或连续进行。最好可采用下述方法：将吲哚化合物和有机过氧化氢一次全部加入反应器中;将一种反应物连续地或间断地加到另一种反应物中;或将两种反应物同时连续地或间断地加入反应器中。

反应的温度和时间随所用起始原料-吲哚化合物和有机过氧化氢的种类而异。一般反应温度为-10℃至200℃。如果反应温度太低，反应变得过分的慢，如太高，由于有机过氧化氢猛烈地分解，反应会有危险。最好反应温度为10℃至150℃。反应时间一般不超过100小时，最好是0.1-50小时。根据情况，反应可在减压或常压或加压下进行。

在本发明的方法中，反应可在惰性气体的气氛中进行，也可在分子氧（如空气）存在下进行。

虽然本发明方法可在无溶剂的情况下实施，但通常是在溶剂存在下进行。对于这个目的可用不干扰反应的任何溶剂。有用的溶剂包括如水;脂肪族和脂环族烃类（如己烷，戊烷和环己烷）;芳香烃（如苯，甲苯，乙苯，异丙基苯）;卤代烃化合物（如二氯甲烷，氯仿，氯苯和二氯苯）;醚类（如乙醚，二苯基醚，四氢呋喃和乙二醇二乙基醚）;醇类（甲醇，乙醇，叔丁醇，环己醇，苯甲醇和丙二醇）;酮类（如丙酮，甲基乙基酮和苯乙酮）;酯类（如乙酸乙酯，丙酸乙酯）;碳酸酯（如二甲基碳酸酯）;和芳香硝基化合物（如硝基苯）。这些溶剂可单独用，也可两种或几种混合用。当使用这些溶剂时，反应混合物可由至少明显的两相构成，均一体系或非均一体系都无关紧要。

在本发明方法中，使用能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂，可改善靛蓝化合物的收率或反应率。因此，使用这样的催化剂是非常好的。“能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂”指的是金属化物，该金属化合物在吲哚化合物与有机过氧化氢的反应中，能使吲哚化合物的3-位碳原子被一个氧原子氧化。例如，这样的催化剂是选自下列一组金属化合物中的至少一个化合物，这组化合物包括元素周期表中4A，5A和6A金属的化合物。特别有用金属化合物包括钛、锆、铪、铌、钽、铬、钼和钨的各种化合物。特别是它们包括上述金属的无机化合物如卤化物、氧卤化物、氧化物、混合氧化物、硫化物、硼化物、磷化物、氢氧化物、氢氧化合物、氰基复合物、无机酸盐（如硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐）、金属氧酸（如钛酸、钼酸和钨酸）及其盐、杂聚酸（如磷钼酸和硅钨酸）及其盐;其中一部分含有有机基团的上述金属的化合物如有机酸盐（如乙酸盐、草酸盐、苯甲酸盐、环烷酸盐）、烷氧化物（如异丙醇衍生的烷氧化物）、苯氧化物（如由苯酚和间-氯苯酚衍生的苯氧化物）、具有烷氧基或苯氧基的卤素化合物;上述金属的复合化合物如羰基复合物、胺复合物、吡啶复合物（如由吡啶和双吡啶衍生的复合物）、氧络复合物、硫醇盐复合物（如由半胱氨酸和二硫代儿茶酚衍生的复合物）、硫化物复合物、二硫代氨基甲酸酯复合物、氰硫基复合物、异氰基复合物、磷化氢复合物（如由三苯基磷化氢和1，2-二苯基膦基乙醇衍生的复合物）、磷酰基复合物、酞花青复合物、卟啉复合物、腈复合物、醚复合物、酮复合物、β-酮羰基复合物（如由乙酰基丙酮衍生的复合物）、烷基和丙二烯复合物、烯烃复合物和环戊二烯基复合物;及属于上述两类或几种中的上述金属化合物。这些金属化合物可单独使用，也可两种或几种混合使用。也可使用在反应体系中能产生任何上述金属化合物的适合的组合成份。虽然这些金属化合物最好能溶于反应混合物中，但也可部分不溶或完全不溶于反应混合物中。就每摩尔吲哚化合物而言这些金属化合物常用的量不超过0.5摩尔，最好为0，00001至0.1摩尔。

在本发明方法中，以常用的方法处理反应后的混合物可得到希望的靛蓝化合物。反应完全后，大部分靛蓝化合物可沉淀出来，因此，按常规的固液分离技术如过滤、离心、倾析可容易地得到靛蓝化合物固体。当靛蓝化合物沉淀不充分时，可浓缩反应混合物，再回收生成的沉淀物。

下述实施例是进一步解释本发明，而不是对本发明的范围加以限制。

实施例1

将容积为100ml的四口瓶装上搅拌器、滴液漏斗和蛇形冷凝器，将5.0g（42.7mmol）吲哚和30g甲苯加入瓶中，于油浴中加热至80℃，搅拌，将23.5g（128.0mmol）异丙基苯过氧化氢（即1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢）的异丙基苯溶液（浓度83%，W/W，以下简称CHP溶液）滴加入反应瓶中，一小时滴完，然后于相同条件下继续反应10小时。在反应初期，反应混合物是均相的，但随着反应的进行，深蓝色的固体逐渐生成。反应完全后，过滤，用少量甲苯洗固体，减压下50℃干燥，得0.34g深蓝色固体产物，元素分析和IR光谱析证明该产物是靛蓝。根据加入的吲哚计算，得到的靛蓝的摩尔产率（以下简称靛蓝产率）是6.1%;每小时靛蓝产率（该产率用于测量生成速率）是0.6%。用高效液相色谱分析反应混合物的滤液，可检测到三聚体2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚，但量太小难于定量。

实施例2

除了加用11.3mg（0.043mmol）六羰基钼作为催化剂和反应时间变为5小时外，与实施例1相同的方法进行反应和后处理，得2，91g靛蓝，靛蓝产率是52.0%，每小时靛蓝产率是10.4%。

实施例3

除了用5.0g（33.0mmol）5-氯吲哚代替吲哚，用21.6g（165.4mmol）69%（重量）叔丁基过氧化氢水溶液代替CHP溶液，反应温度改为60℃，反应时间改为20小时外，其余操作同实施例1。反应后将反应混合物过滤，固体用少量甲醇洗，50℃减压干燥，得0.23g5，5′-二氯靛蓝。按实施例1同法分析此产物，未检测到三聚体生成。

实施例4

将100ml三口瓶安装搅拌器、温度计和蛇形冷凝器，一次加入1.0g（8.5mmol）吲哚，22.5mg（0.085mmol）六羰基钼，30g甲苯和7.83g（42.7mmol异丙基苯过氧化氢）实施例1用的同一CHP溶液，油浴加热至80℃，反应5小时。反应混合物按实施例1同法处理，得0.57g靛蓝。靛蓝产率50.9%，每小时靛蓝产率为10.2%。

实施例5-15

除了吲哚和CHP溶液的用量，催化剂和溶剂的类型和用量，反应温度和时间改变，如表1所示外，其余用实施例4进行反应和后处理。得到的结果及实施例2和4的结果列于表1。

实施例16-20

除用表2所示有机过氧化氢代替CHP溶液，吲哚的量和反应的温度如表2所示外，其余同实施例2进行反应和后处理，得到的结果列于表2。

实施例21-23

除用表3所示的吲哚化合物代替吲哚和CHP溶液的量如表3所示外，按实施例4的方法进行反应。得到的反应混合物过滤，用少量甲醇洗固体，50℃减压干燥，得相应的靛蓝化合物。分离的靛蓝化合物，根据加入的吲哚化合物计算的摩尔产率（靛蓝化合物产率）和每小时产率均列于表3。

实施例24

将实施例4中用的相同的成分一次加入反应瓶中，通入氮气代替空气，将混合物油浴加热至80℃，充氮下搅拌5小时。然后按实施例4的方法处理反应混合物。靛蓝产率是46.1%，每小时靛蓝产率是9.2%。尽管差别并不大，但实施例4在空气条件下反应的收率稍高。

实施例25

将100ml的四口瓶安装搅拌器、温度计、气体通入管和蛇形冷凝器，加入5.0g（42.7mmol）吲哚，11.3mg（0.043mmol）六羰基钼和40g异丙基苯。搅拌该混合物，同时通入空气（流速300ml/分），将反应混合物加热至80℃开始反应。一小时后取样并用碘量滴定法和气相色谱法分析，证实反应系统中已生成了异丙基苯过氧化氢。反应持续10小时后，按实施例1中同一方法处理反应混合物。结果靛蓝产率为8.0%。

实施例26

除用20g异丙基苯代替甲苯，17.0g（25.7mmol异丙基苯过氧化氢）23%（重量）异丙基苯过氧化氢的异丙基苯溶液代替实施例4用的CHP溶液，反应温度变为110℃外，按实施例4的方法进行反应和后处理，得0.43g靛蓝。靛蓝产率是38.1%，每小时靛蓝产率为7.6%。

Claims (28)

1、制备靛蓝化合物的方法，该方法包括使2-和3-位没有取代基的吲哚化合物与有机过氧化氢反应。

2、按权利要求1的方法，其中2-和3-位没有取代基的吲哚化合物是选自下列一组化合物中的至少一个化合物，这组化合物包括吲哚、烷基吲哚、卤代吲哚、羟基吲哚、卤代烷基吲哚、硝基吲哚、吲哚羧酸及其酯、磺化吲哚。

3、按权利要求1的方法，其中2-和3-位没有取代基的吲哚化合物是吲哚。

4、按权利要求1的方法，其中有机过氧化氢是选自仲和叔烷基过氧化氢中的至少一个化合物。

5、按权利要求1的方法，其中有机过氧化氢是选自下列一组化合物中的至少一个化合物，这组化合物包括叔丁基过氧化氢、1-苯基乙基过氧化氢、1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢、双（1-甲基乙基）苯基过氧化氢、1-甲基-1-（4-甲基环己基）乙基过氧化氢、2，5-二甲基己烷-2，5-二过氧化氢和1，1，3，3，-四甲基丁基过氧化氢。

6、按权利要求1的方法，其中过氧化氢是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括：叔丁基过氧化氢、1-苯基乙基过氧化氢和1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢。

7、按权利要求1的方法，其中每摩尔吲哚化合物的过氧化氢用量为0.01-100摩尔。

8、按权利要求1的方法，其中反应温度为-10℃至200℃。

9、按权利要求1的方法，其中反应时间在100小时之内。

10、按权利要求1的方法，其中反应是在溶剂存在下进行。

11、按权利要求10的方法，其中溶剂是选自下述溶剂中的至少一种溶剂，这些溶剂包括水、脂肪烃、脂环烃、芳香烃、醚、醇、酮、酯、碳酸酯和芳香硝基化合物。

12、按权利要求1的方法，其中生成的靛蓝按照固液分离技术从反应混合物中以固体的形式分离出来。

13、按权利要求1的方法，其中反应是在金属化合物催化剂的存在下进行，该金属化合物催化剂能氧化吲哚化合物的3-位碳原子。

14、按权利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括元素周期表中4A，5A和6A中金属的化合物。

15、按权利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括钛、钒、钼和钨的化合物。

16、按权利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂是钼的化合物。

17、按权利要求13的方法，其中对每摩尔吲哚化合物而言能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金属化合物催化剂的用量为不大于0.5摩尔。

18、按权利要求13的方法，其中2-和3-位无取代基的吲哚化合物是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括：吲哚、烷基吲哚、卤代吲哚、羟基吲哚、卤代烷基吲哚、硝基吲哚、吲哚羧酸及其酯、和磺化吲哚。

19、按权利要求13的方法，其中2-和3-位无取代基的吲哚化合物是吲哚。

20、按权利要求13的方法，其中有机过氧化氢是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括仲和叔烷基过氧化氢。

21、按权利要求13的方法，其中有机过氧化氢是选自下列化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括：叔丁基过氧化氢、1-苯基乙基过氧化氢、1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢、双（1-甲基乙基）苯基过氧化氢、1-甲基1-（-甲基环己基）乙基过氧化氢、2，5-二甲基己烷-2，5-二过氧化氢、和1，1，3，3-四甲基丁基过氧化氢。

22、按权利要求13的方法，其中有机过氧化氢是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括叔丁基过氧化氢、1-苯基乙基过氧化氢和1-甲基-1-苯基乙基过氧化氢。

23、按权利要求13的方法，其中每摩尔吲哚化合物的有机过氧化氢用量为0.01-100摩尔。

24、按权利要求13的方法，其中反应温度为-10℃至200℃。

25、按权利要求13的方法，其中反应时间在100小时以内。

26、按权利要求13的方法，其中反应是在溶剂存在下进行的。

27、按权利要求26的方法，其中溶剂是选自下述化合物中的至少一个化合物，这些化合物包括水、脂肪烃、脂环烃、芳香烃、脂肪族和芳香族卤素化合物、醚、醇、酮、酯、碳酸酯和芳香族硝基化合物。

28、按权利要求13的方法，其中生成的靛蓝化合物按固液分离技术以固体的形式从反应混合物中分离出来。