CN105153057A - 一种四氢苯并三唑类化合物的连续合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四氢苯并三唑类化合物的连续合成方法，包括如下步骤：将加氢固体催化剂装入固定床反应器中；将式(I)所示化合物和碱溶解在溶剂中，使得化合物(I)的质量浓度为1％～20％，用计量泵在体积空速为0.015～120h-1的条件下将化合物(I)的溶液持续通入固定床反应器；通入氢气，加热，使固定床反应器中氢气压力为1～10MPa，温度在100～300℃；反应液连续从固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、浓缩除去滤液中的溶剂，经纯化得式(II)的四氢苯并三唑类化合物。本发明方法工艺简单、绿色环保、成本低廉、产品收率高，适合此类化合物的工业化生产。

Description

一种四氢苯并三唑类化合物的连续合成方法
技术领域
本发明涉及有机合成领域，特别是涉及一种四氢苯并三唑类化合物的制备方法。
背景技术
四氢苯并三唑类化合物是重要的精细化工中间体，在有机合成领域具有非常重要的应用前景。近年，有研究(Russ.J.Appl.Chem.2012，85，1128-1132)表明四氢苯并三唑类化合物本身就具有一定的光稳定作用，其与苯并三唑类紫外线吸收剂以一定比例混合后，紫外线吸收性能明显优于苯并三唑类紫外线吸收剂本身。这一发现使得四氢苯并三唑类化合物有望应用于食品包装材料、聚烯烃、感光材料、聚酯树脂、涂料、特别是汽车涂层等合成材料制品中，起到光稳定剂的作用。
目前针对于四氢苯并三唑类化合物的研究较少，大多数是采用苯并三唑类化合物直接氢化的方法，尚无直接由偶氮类化合物直接合成四氢化苯并三唑类化合物的报道。
专利US3197475A报道了利用苯并三唑类化合物在Pd/C催化剂的作用下加氢制得相应的四氢苯并三唑类化合物。但是该法仅仅局限在高压釜及玻璃瓶等反应容器中，并没有突破连续化生产这一难题，大大限制了四氢苯并三唑类化合物的生产效率。该方法很难控制氢化的程度，很容易因过度氢化造成三氮唑环的断裂。此外，该法使用的原料苯并三唑类化合物本身的合成就比较困难，生产成本居高不下。
专利CN104610179A报道了利用催化氢化法连续化合成苯并三唑类化合物，但是该法仅仅合成了苯并三唑类化合物，并没有实现一步法直接由偶氮类化合物合成四氢苯并三唑类化合物。
因此，本专利对现有技术的缺陷进行改进，采用连续催化氢化的方法将相应的偶氮类化合物直接合成四氢苯并三唑类化合物，简化了操作步骤的同时副产物通常只有水，而且还原剂氢气的价格低廉，来源广泛。
发明内容
本发明的目的提供一种高效、环保、经济的四氢苯并三唑类化合物的连续合成方法，解决了四氢苯并三唑类化合物制备过程中污染大、制备过程复杂、制备成本高的问题。
因而，本发明提供了一种四氢苯并三唑类化合物的制备方法，包括如下步骤：
将加氢固体催化剂装入固定床反应器中；将式(I)所示化合物和碱溶解在溶剂中，使得式(I)所示化合物的质量浓度为1％～20％，用计量泵在体积空速为0.015～120h-1的条件下将化合物(I)的溶液持续通入固定床反应器；通入氢气，加热，使固定床反应器中氢气压力为1～10MPa，温度为100～300℃；反应液连续从固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、浓缩除去滤液中的溶剂，经纯化得式(II)所示的四氢化苯并三唑类化合物；
式(I)、式(II)如下：
其中：R为-H、-Cl；
R1为-H、叔丁基、叔戊基；
R2为甲基、叔丁基、叔戊基、叔辛基。
本发明中加氢固体催化剂采用下述方法制成：将金属硝酸盐或金属氯化物与载体通过等体积浸渍、二次浸渍、化学共沉淀法和/或捏合挤条法得到的固体，焙烧后在氢气氛围下还原；
本发明中金属硝酸盐优选硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、硝酸钯或硝酸铂；金属氯化物优选氯化钯或氯化亚铂。
本发明中载体优选氧化铝、二氧化硅、HZSM-5分子筛、HY分子筛、Hβ分子筛中的至少一种。
本发明中固定床反应器为单管式反应器或列管式反应器。
本发明中式(I)所示化合物和碱的摩尔比为1∶(1～20)。
本发明中碱优选吡啶、C1～C16脂肪胺类化合物中的一种或几种，更优选为甲胺、三正十二胺、二乙胺、吡啶中的一种或几种。
本发明中溶剂优选甲醇、乙醇、异丙醇、1，4-二氧六环、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯及异丙苯中的至少一种。
本发明所述纯化的方法为重结晶、柱层析和精馏中的至少一种。
本发明所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法工艺简单、绿色环保、成本低廉、产品收率及品质较高等，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会对本发明作任何限制。
实施例1
加氢固体催化剂的制备(等体积浸渍法)：
将1.00g氯化亚铂溶于50mL水中，与29.32gHZSM-5型的分子筛与二氧化硅的混合载体(质量分数为60％的二氧化硅及40％HZSM-5型分子筛)浸渍12h，将担载有氯化亚铂的载体于100℃干燥24h，然后于500℃焙烧4h。最后将制得的催化剂用去离子水反复洗涤多次至洗涤液中不再含有氯离子，于100℃干燥24小时后在350℃，3MPa氢气流中还原1h，得加氢固体催化剂。
实施例2
一种四氢苯并三唑类化合物(II-1)的连续合成方法，包括如下步骤：将40mL(15.01g)实施例1制备的加氢固体催化剂装入单管式固定床反应器中，反应器内径为14mm，管长为650mm；将式(I-1)所示化合物(纯度为97.22％)和二乙胺按摩尔比1∶20溶解在1，4-二氧六环中，制得式(I-1)所示化合物的质量浓度为1％的溶液，在体积空速为120h-1的条件下持续通入单管式固定床反应器，并通入氢气，加热，使单管式固定床反应器中氢气压力为1MPa，温度在150℃；反应液连续从单管式固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、滤液用高效液相色谱进行分析，(I-1)所示化合物转化率为98.94％，四氢苯并三唑类化合物(II-1)选择性为79.72％；滤液经浓缩后重结晶，得式(II-1)的四氢苯并三唑类化合物；
式(I-1)、式(II-1)如下：
用环己烷替代本实施例中的1，4-二氧六环，其它同本实施例，可以得到本实施例的产物。
实施例3
加氢固体催化剂的制备(二次浸渍法)：
将33.66g硝酸镍溶于110mL去离子水中，均分成两份分两次与27.16gHY分子筛与氧化铝的混合载体(含质量分数为70％的HY型分子筛及30％氧化铝)浸渍，每次浸渍12h，将担载有硝酸镍的载体于130℃干燥12h，然后于500℃焙烧4h，以上步骤重复2次。最后将制得的催化剂用去离子水反复洗涤多次至洗涤液中不再含有硝酸根离子，然后于130℃干燥12小时后在360℃，0.1MPa氢气流中还原5h，得加氢固体催化剂。
实施例4
一种四氢苯并三唑类化合物(II-2)的连续合成方法，包括如下步骤：将40mL(17.02g)实施例3制备的加氢固体催化剂装入单管式固定床反应器中，反应器内径为14mm，管长为650mm；将式(I-2)所示化合物(纯度为95.55％)和吡啶按摩尔比1∶1溶解在二甲苯中，制得式(I-2)所示化合物的质量浓度为20％的溶液，在体积空速为120h-1的条件下持续通入单管式固定床反应器，并通入氢气，加热，使单管式固定床反应器中氢气压力为10MPa，温度在180℃；反应液连续从单管式固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、滤液用高效液相色谱进行分析，(I-2)所示化合物转化率为99.86％，四氢化苯并三唑类化合物(II-2)选择性为80.03％；滤液经浓缩，柱层析分离，得式(II-2)的四氢化苯并三唑类化合物；
式(I-2)、式(II-2)如下：
用苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯的至少一种替代本实施例中的二甲苯，其它同本实施例，可以得到本实施例的产物。
实施例5
加氢固体催化剂的制备(等体积浸渍法)：
将0.11g二氯化钯溶于46mL的氨水中，与26.14Hβ分子筛载体浸渍12h，将担载有二氯化钯的载体于100℃干燥24h，然后于500℃焙烧4h。最后将制得的催化剂用去离子水反复洗涤多次至洗涤液中不再含有氯离子，然后于100℃干燥24小时后再在300℃，3MPa氢气流中还原1h，得加氢固体催化剂。
用0.14g硝酸亚钯或0.11g硝酸铂替代本实施例0.11g二氯化钯，其它同本实施例，制备出相应的还原型固体催化剂。
实施例6
一种四氢苯并三唑类化合物(II-3)的连续合成方法，包括如下步骤：将40mL(15.10g)实施例5制备的加氢固体催化剂装入单管式固定床反应器中，反应器内径为14mm，管长为650mm；将式(I-3)所示化合物(纯度为96.22％)和甲胺按摩尔比1∶4溶解在体积分数为80％的甲醇水溶液中，制得式(I-3)所示化合物的质量浓度为10％的溶液，在体积空速为85h-1的条件下持续通入单管式固定床反应器，并通入氢气，加热，使单管式固定床反应器中氢气压力为5MPa，温度在300℃；反应液连续从单管式固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、滤液用高效液相色谱进行分析，(I-3)所示化合物转化率为99.19％，四氢化苯并三唑类化合物(II-3)选择性为81.00％；滤液浓缩，柱层析分离，得式(II-3)的四氢苯并三唑类化合物；
式(I-3)和式(II-3)如下：
用乙醇、异丙醇的至少一种替代本实施例中的甲醇，其它同本实施例，可以得到本实施例的产物。
实施例7
加氢固体催化剂的制备(化学共沉淀法和捏合挤条法)：
将19.26g无水硝酸铜的150mL水溶液与11.98g无水碳酸钠的150mL水溶液机械搅拌至沉淀完全，水浴保持80℃，pH保持在8.0。然后保持温度及pH继续搅拌60分钟后过滤洗涤至中性，并检测至洗涤液不再含有硝酸根及钠离子。滤饼在130℃干燥12小时。滤饼粉碎后加入0.52g质量分数为2％的稀硝酸、26.10g氧化铝的均匀混合物中，搅拌、研磨、用挤条器成型，置于烘箱中130℃干燥12小时，置于马弗炉中在650℃焙烧6个小时，然后截至3～5mm的小段。使用前在240℃，0.1MPa氢气流中还原5h，得加氢固体催化剂。
用29.86g硝酸钴替代本实施例中的19.26g无水硫酸铜，其它同本实施例，制备出相应的还原型固体催化剂。
实施例8
一种四氢苯并三唑类紫外线吸收剂(II-4)的连续合成方法，包括如下步骤：将40mL(16.29g)实施例8制备的加氢固体催化剂装入列管式固定床反应器中，反应器内径为14mm，管长为650mm；将式(I-4)所示化合物(纯度为97.11％)和三正十二胺按摩尔比1∶0.2溶解在异丙苯中，制得式(I-4)所示化合物的质量浓度为8％的溶液，在体积空速为152h-1的条件下持续通入列管式固定床反应器，并通入氢气，加热，使列管式固定床反应器中氢气压力为7MPa，温度在100℃；反应液连续从列管式固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、滤液用高效液相色谱进行分析，(I-4)所示化合物转化率为99.89％，四氢苯并三唑类化合物(II-4)选择性为80.11％；滤液浓缩后精馏，得式(II-4)的四氢化苯并三唑类化合物；
式(I-4)和式(II-4)如下：
本说明书上文中结合具体实施例对本发明进行了阐释，但应理解，这些描述和阐释只是为了更好地理解本发明，而不构成对本发明的任何限定。本领域技术人员在阅读了本申请说明书之后可对本发明的具体实施方式进行必要的改动而不脱离本发明的精神和范围。本发明的保护范围由所附的权利要求书限定，并且涵盖了权利要求的等同变换。

Claims (10)

1.一种四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将加氢固体催化剂装入固定床反应器中；将式(I)所示化合物和碱溶解在溶剂中，使得化合物(I)的质量浓度为1％～20％，用计量泵在体积空速为0.015～120h-1的条件下将化合物(I)的溶液持续通入固定床反应器；通入氢气，加热，使固定床反应器中氢气压力为1～10MPa，温度在100～300℃；反应液连续从固定床反应器下端流出，流出的反应液经冷却、气液分离、过滤、浓缩除去滤液中的溶剂，经纯化得式(II)的四氢化苯并三唑类化合物，
式(I)、式(II)如下：
其中：R为-H、-Cl；
R1为-H、叔丁基、叔戊基；
R2为甲基、叔丁基、叔戊基、叔辛基。
2.根据权利要求1所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述加氢固体催化剂是用下述方法制成：将金属硝酸盐或金属氯化物与载体通过等体积浸渍、二次浸渍、化学共沉淀法和/或捏合挤条法得到的前驱体，焙烧后，再经氢气氛围下还原得到加氢固体催化剂。
3.根据权利要求2所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐为硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、硝酸钯或硝酸铂；所述金属氯化物为氯化钯或氯化亚铂。
4.根据权利要求2所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述载体为氧化铝、二氧化硅、HZSM-5分子筛、HY分子筛、Hβ分子筛中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述固定床反应器为单管式反应器或列管式反应器。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述式(I)所示化合物和碱的摩尔比为1∶(1～20)。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述碱为吡啶、C1～C16脂肪胺类化合物的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述的碱为甲胺、三正十二胺、二乙胺、吡啶中的一种或几种。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水，甲醇、乙醇、异丙醇、1，4-二氧六环、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯及异丙苯中的至少一种。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的四氢苯并三唑类化合物的制备方法，其特征在于，所述纯化的方法为重结晶、柱层析和精馏。
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