CN109996776B - 制备(多)烷基化酚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及(多)烷基酚的制备和用途。(多)烷基酚可以通过高效率和选择性的催化还原而从2‑(甲氧基甲基)酚制备。
Description
技术领域
本发明涉及(多)烷基酚的制备及其用途的领域。
背景技术
(多)烷基酚是一类重要的化学品，其具有重大的工业重要性。具体地，甲基酚(＝甲酚)、二甲基酚和三甲基酚是工业上重要的产品或起始材料。
可以从煤焦油中提取甲酚和二甲酚，煤焦油是不可再生来源并且从劳动健康的角度来看非常重要。
用于合成α-生育酚的关键中间体是2,3,6-三甲基酚。在传统上从间甲酚或3,6-二甲酚开始通过用甲醇进行催化烷基化或通过二乙基酮与甲基乙烯基酮或巴豆醛的缩合来合成2,3,6-三甲基酚。这些程序非常复杂并且是非选择性。因此，非常需要一种允许以高效和安全的方式来生产(多)烷基酚的替代性工业方法。
发明内容
因此，本发明要解决的问题是提供一种替代性的制备(多)烷基酚的有效方法。
令人惊讶的是，已发现根据权利要求1的方法解决了该问题。该方法在以高产率和低环境影响获得不同所需(多)烷基酚方面提供了非常高的灵活性。
发明详述
在第一方面，本发明涉及一种在非均相金属催化剂存在下通过还原剂还原式(I’)化合物以得到式(A’)化合物的方法
其中该金属选自由Ni、Fe、Ir、Pd、Pt、Rh和Ru组成的组；
并且R1表示任选地包含至少一个碳-碳双键和/或至少一个氮或氧原子的C1-11烷基，或C4-7环烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基；
并且a和b是整数0、1、2、3或4，前提条件是a和b的和为0-4的值。
在b是大于1的整数的情况下，基团R2’可以彼此相同或不同。优选的是，在这种情况下基团R2’为相同的。
在本文中，与芳族环结合的基团已经被选择为在式中用以下方式表示
有b个R2’基团直接与芳族环结合，并且有a个CH2OR1基团直接与芳族环结合。
除了已经被OH和CH2OR1占据的碳之外，所述基团的位置可以在芳族环的任何碳处。
重要的是应注意，在所述式中所要求的CH2OR1的位置在OH基团的邻位对于本发明是必不可少的。例如，已发现在OH基团的邻位位置没有CH2OR1的化合物，诸如
，不以所希望的方式进行反应。
在a为1或更大的整数的情况下，优选的是一个或多个R2’基团的位置在OH基团的邻位和/或间位。
在b为1或更大的整数的情况下，优选的是另外的一个或多个CH2OR1基团的位置在OH基团的间位。
“Cx-y烷基”基团是包含x至y个碳原子的烷基，即例如，C1-3烷基是包含1至3个碳原子的烷基。烷基可以是直链或支链的。例如-CH(CH3)-CH2-CH3被视为C4烷基。
在本文中，如果几个式中出现相同的符号标记或基团标记，那么在一个特定的式的上下文中对所述基团或符号进行的定义也适用于包含所述相同标记的其它式。
表述“制备过程”是“制备方法”的同义词，可以彼此互换使用。
式(I’)化合物
在本发明方法中，将式(I’)化合物还原以得到式(A’)化合物。
式(I’)化合物可以通过任何合适的方法制备，例如通过由Cavitt等人(J.Org.Chem,1962,27,1211)或Panten等人(WO 2007/065755A1)公开的方法从水杨醛或其衍生物制备。
R1表示任选地包含至少一个碳-碳双键和/或至少一个氮或氧原子的C1-11烷基，或C4-7环烷基；优选的是，R1表示C1-6烷基，优选C1-3烷基，更优选甲基或乙基或异丙基，甚至更优选甲基。
在另一实施方式中，R1表示包含至少一个氮或氧原子的C1-11烷基。此类R1基团的具体示例为
R2’表示C1-10烷基。优选的是，R2’表示C1-6烷基，优选C1-3烷基，更优选甲基或乙基或异丙基，甚至更优选甲基。
优选的是，a为0或1。最优选的是a为0。
在a＝0的情况下，优选的是式(I’)化合物为式(I)化合物并且式(A’)化合物为式(A)化合物(＝2,3,6-三甲基苯酚)。
还优选的是，式(I’)化合物是式(I”)或(I”’)化合物，并且式(A’)化合物相应地为式(A”)或(A”’)化合物。
在a＝1的情况下，优选的是式(I’)化合物为式(IIV)或(IV)化合物，并且式(A’)化合物相应地为式(AIV)或(AV)化合物。
还原剂
在上述方法中通过还原剂来还原式(I’)化合物。
在本发明的一个优选实施方式中，还原剂为分子氢。换句话说，在一个实施方式中，在非均相金属催化剂存在下通过分子氢来氢化式(I’)化合物。
在本发明的另一优选实施方式中，还原剂是转移氢化剂。换句话说，在另一个实施方式中，通过转移氢化剂来对式(I’)化合物进行转移氢化。所述转移氢化剂优选为甲酸和/或甲酸盐。
非均相金属催化剂
在非均相金属催化剂存在下通过还原剂来还原式(I’)化合物，其中该金属选自由Ni、Fe、Ir、Pd、Pt、Rh和Ru组成的组。
优选的是，非均相金属催化剂的金属包含选自由Ni、Fe、Ir、Pd、Pt和Rh组成的组的金属中的至少一种。非均相金属催化剂可以是包含所述金属中的多于一种的催化剂。
具体地，非均相金属催化剂包含Pd和Pt作为金属。
优选的是，非均相金属催化剂的金属为钯。
已知多种多样的非均相金属催化剂。特别有用的是在载体或支撑材料上的非均相金属催化剂。这种载体材料特别是具有高表面积的固体材料，金属粘附在该固体材料上。支撑物可以是惰性的或参与催化反应。典型的支撑/载体材料包括多种碳、氧化铝和二氧化硅。优选的支撑/载体材料是碳。
非均相金属催化剂也可以粘附或固定在较大物体的表面上，所述物体的形式通常为结构化填料元件(packing element)，所述结构化填料元件可以是其中发生还原的反应器的一部分，或插入所述反应器中的元件。这种结构化填料元件可以是堆积填料(dumpedpacking)，编织物，开孔泡沫结构(优选由塑料例如聚氨酯或三聚氰胺树脂制成)，或陶瓷，或来自蒸馏和提取技术的原则上已知的(即通过其几何形状)结构化填料元件。然而，出于本发明的目的，与蒸馏和提取技术领域中的可比内部构件相比，结构化填料原则上具有小得多的水力直径，通常小2-10因子。可用的结构化填料元件特别是金属织物填料和金属丝织物填料，例如设计Montz A3、Sulzer BX、DX和EX。也可以使用由其他纺织材料、编织材料或毡制材料制成的结构化填料来代替金属织物填料。另一些可用的结构化填料是平的或波纹状的片材，优选没有穿孔，或其他相对较大的孔口，例如对应于设计Montz BI或SulzerMellapak。由金属板网制成的结构化填料也是有利的，例如Montz BSH型的结构化填料。
优选地，非均相金属催化剂为钯催化剂，特别是碳载钯催化剂(Pd/C)。
催化金属载量(即金属的重量/(金属+载体)的重量)通常为1-20重量％，优选4-11重量％，更优选4-6重量％。一种非常优选的非均相金属催化剂是其中5重量％是钯(即载量＝5％)的碳载钯催化剂(Pd/C)。
还原可以在存在或不存在溶剂的情况下进行。合适的溶剂尤其是式(I’)化合物可溶于其中的那些溶剂。特别地，溶剂是有机溶剂，优选地选自醇(优选式R1OH的醇)，或醚(优选二烷基醚或环醚，优选四氢呋喃)的溶剂。R1OH是在如上所述的还原反应中形成的醇。
此外，可以向式(I’)化合物、非均相金属催化剂和还原剂的反应混合物中加入合适的添加剂。特别地，可以在还原之前或期间向混合物中加入有机酸、优选乙酸。
还原通常在20-80℃之间，特别地30-50℃之间的温度下进行，并且优选在压力下进行。在使用分子氢的情况下，优选地，在2-20bar，优选3-7bar的氢压下进行还原。
在合适的容器中进行还原。还原可以分批进行或连续进行。适合工业规模的反应器是已知的。
优选地，非均相金属催化剂与式(I’)化合物的重量比为0.01％至20％，特别是1％至10％。
已观察到：如上所述的方法有效地产生了式(A’)化合物
此类经取代的酚可以直接或间接地用于各种领域。一方面它们可以直接使用，诸如抗氧化剂，另一方面它们是用于合成可用于药物、食品或饲料补充物、化妆品或香料和芳香剂中的化合物的重要起始材料。
此情况的特别相关的示例为，针对一些特定的式(A’)化合物，从式(A’)化合物制备式(C’)化合物
因此，在另一方面，本发明涉及一种用于从式(I’)化合物制备式(C’)化合物的方法，该方法包括以下步骤
a’)通过如上详述的方法来还原式(I’)化合物，以得到式(A’)化合物；
前提条件是
a和b为整数0、1、2或3；
并且
a和b的和为0-3的值；
并且
在OH基团的对位的碳带有氢原子；
b’)通过氧化剂来氧化式(A’)化合物，以得到式(B’)化合物；
c’)通过还原剂来还原式(B’)化合物，以得到式(C’)化合物；
其中R1表示任选地包含至少一个碳-碳双键和/或至少一个氮或氧原子的C1-11烷基，或C4-7环烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基。
在步骤b’)中，将式(A’)化合物氧化成式(B’)化合物。优选通过本领域已知的任何合适的方法进行氧化，例如：根据A.Stocker,W.-D.Woggon,A.Rüttimann,Helv.Chim.Acta1993,76,1729–1738所公开的程序，在乙醇中使用双水杨酰胺乙基钴(salcomine)作为催化剂，利用空气进行氧化；或者如EP 0127888A1中所述，利用铜和分子氧进行氧化；或者如Kholdeeva等人在Journal of Molecular Catalysis,75(1992)235-244中所述，通过利用杂多酸和氧进行氧化，所述文献的全部内容通过引用并入本文。
在步骤c)中，将式(B’)化合物还原成式(C’)化合物。还原可以通过氢化进行或者根据K.Sato,Y.Fujima,A.Yamada Bull.Chem.Soc.Jap.1968,41,442-444所公开的方法，在水中利用连二亚硫酸钠进行，所述文献的全部内容通过引用并入本文。
式(C’)化合物可以直接用于多种领域，或可以用作合成以下化合物的重要起始材料，所述化合物适用于合成可用于药物、食品或饲料补充物、美容品或香料和芳香剂的化合物。
特别重要的是式(C’)化合物作为抗氧化剂在塑料、粘合剂、油墨、复合材料或生物体中的用途。
特别重要的式(A’)化合物是式(A)化合物
该化合物可以通过上文所公开的方法而从式(I’-a)或(I’-b)或(I’-c)或(I’-d)化合物开始获得。
优选的是，起始材料为式(I’-a)化合物。
式(A)化合物特别重要，因为其可以用作合成α-生育酚的起始材料。
因此，在另一方面，本发明涉及一种用于从式(I)化合物制备式(D)化合物的方法，该方法包括以下步骤
a)通过如上文所详细公开的方法来对式(I)化合物进行氢化，以得到式(A)化合物；
其中R1表示任选地包含至少一个碳-碳双键和/或至少一个氮或氧原子的C1-11烷基，或C4-7环烷基；
b)通过氧化剂来氧化式(A)化合物，以得到式(B)化合物；
c)通过还原剂来还原式(B)化合物，以得到式(C)化合物；
d)将异植醇与式(C)化合物缩合，以得到式(D)化合物；
步骤a’)、b’)或c’)的条件和生产程序分别对应于如上所公开的步骤a)、b)或c)的条件和生产程序。
在步骤d)中，使异植醇(＝3,7,11,15-四甲基十六碳-1-烯-3-醇)与式(C)化合物缩合，以得到式(D)化合物。描述于步骤d)的异植醇和式(C)化合物是本领域技术人员已知的。对于这种缩合，可以使用一系列催化剂，例如ZnCl2/无机酸、BF3/AlCl3、Fe/HCl、三氟乙酸或硼酸/羧酸以及铟(III)或钪(III)盐，如WO 2005/121115 A1中所公开。此外，合适的催化剂是杂多酸，特别是12-钨磷酸或12-钨硅酸，例如EP 0 970 953 A1中公开的，所述文献的全部内容通过引用并入本文。
本发明的另一方面涉及非均相金属催化剂在如上所详述的通过还原剂来还原式(I’)化合物以得到式(A’)化合物中的用途，
其中R1表示任选地包含至少一个碳-碳双键和/或至少一个氮或氧原子的C1-11烷基，或C4-7环烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基；
并且a和b是整数0、1、2、3或4，前提条件是a和b的和为0-4的值；
其特征在于该金属选自由Ni、Fe、Ir、Pd、Pt、Rh和Ru组成的组。
实施例
通过以下非限制性实验来进一步说明本发明。
形成2-甲基酚(＝邻甲酚)
将2-(甲氧基甲基)酚(60％纯度，Sigma-Aldrich)(“MMP”)溶解在如表1所示的溶剂中，并加入5重量％的碳载钯(Evonik E 101N/D，20mg)。将反应器密封，然后用氮气吹扫三次并用氢气吹扫三次。将混合物在40℃和5bar氢压下搅拌如表1所示的时间。释放压力，通过过滤除去催化剂并减压蒸发混合物，得到了粗产物，将该粗产物通过GC-MS进行分析。
形成2,3,6-三甲基酚(实施例4)
将2-(甲氧基甲基)-3,6-二甲基酚(32mg)溶解在甲醇(1.0g)中并加入5％碳载钯(Evonik E 101N/D，3mg)。将反应器密封，然后用氮气吹扫三次并用氢气吹扫三次。在40℃和5bar氢压下搅拌混合物22小时。加入另外3mg 5％碳载钯并在40℃和5bar氢压下搅拌混合物另外22小时。释放压力，通过过滤除去催化剂并减压蒸发混合物，得到了粗产物。GC-MS分析显示完全转化和98.5％纯度的产物(产率为98％)。
对比例
使5-甲基-1,3-二氢异苯并呋喃-4-醇、3-(甲氧基甲基)酚(均在OH-基团的邻位没有甲氧基甲基基团)分别经受与实施例4相同的还原条件，目的是分别产生2,3,6-三甲酚或间甲酚。但是，在这两种情况下，均未检测到期望的产物。
Claims (18)
1.一种在非均相金属催化剂存在下通过还原剂来还原式(I’)化合物以得到式(A’)化合物的方法，
其中所述金属选自Pd；
并且R1表示C1-6烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基；
并且a是0，且b是整数0、1、2、3或4，前提条件是a和b的和为0-4的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于a为0，并且特别地所述式(I’)化合物为式(I)化合物，并且所述式(A’)化合物为式(A)化合物
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于a为0，并且特别地所述式(I’)化合物为式(I”)或(I”’)化合物，并且所述式(A’)化合物相应地为式(A”)或(A”’)化合物
4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于在非均相金属催化剂存在下通过分子氢来氢化所述式(I’)化合物。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于在非均相金属催化剂存在下，通过转移氢化剂对所述式(I’)化合物进行转移氢化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转移氢化剂为甲酸和/或甲酸盐。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述非均相金属催化剂选自Pd。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述非均相金属催化剂为碳载钯催化剂。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于R1表示C1-3烷基。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于R1表示甲基。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于R2’表示C1-6烷基。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于R2’表示C1-3烷基。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于R2’表示甲基。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述非均相金属催化剂与所述式(I’)化合物的重量比为0.01％至20％。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述非均相金属催化剂与所述式(I’)化合物的重量比为1％至10％。
16.一种从式(I’)化合物制备式(C’)化合物的方法，所述方法包括以下步骤
a’)通过根据前述权利要求1-15中任一项的方法来还原所述式(I’)化合物，以得到式(A’)化合物；
前提条件是
a是0，且b为整数0、1、2或3；
并且
a和b的和为0-3的值；
并且
在OH基团的对位的碳带有氢原子；
b’)通过氧化剂来氧化所述式(A’)化合物，以得到式(B’)化合物；
c’)通过还原剂来还原所述式(B’)化合物，以得到式(C’)化合物；
其中R1表示C1-6烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基。
17.一种从式(I)化合物制备式(D)化合物的方法，所述方法包括以下步骤
a)通过根据权利要求2或前述权利要求4-15中任一项的方法来氢化式(I)化合物，以得到式(A)化合物；
其中R1表示C1-6烷基；
b)通过氧化剂来氧化所述式(A)化合物，以得到式(B)化合物；
c)通过还原剂来还原所述式(B)化合物，以得到式(C)化合物；
d)将异植醇与所述式(C)化合物缩合，以得到式(D)化合物；
18.非均相金属催化剂在通过还原剂来还原式(I’)化合物以得到式(A’)化合物中的用途
其中R1表示C1-6烷基；
并且其中R2’表示C1-10烷基；
并且a是0，且b是整数0、1、2、3或4，前提条件是a和b的和为0-4的值；
其特征在于所述金属选自Pd。
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