CN1100775C - 含有杂环体系的芳族化合物的制备方法 - Google Patents

含有杂环体系的芳族化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

具有通式(II)的含有杂环体系的芳族化合物的制备方法：包括在碱性环境里和在含有N-甲基吡咯烷酮的溶剂介质存在下，使任选取代的儿茶酚与二卤甲烷进行反应。

Description

含有杂环体系的芳族化合物的制备方法
                         技术领域
本发明涉及含有杂环体系的芳族化合物的制备方法。
更具体地说，本发明涉及例如用烷基或醛基在苯环上任选取代的1，3-苯并间二氧杂环戊烯类的制备方法。
                         背景技术
1，3-苯并间二氧杂环戊烯类，例如1，3-亚甲二氧基苯(MDB)，是适于制备能够用于农业、药业和化妆业产品的中间体的已知的产品。
制备1，3-苯并间二氧杂环戊烯类的方法包括在一种碱和催化剂的存在下，按照反应示意图(I)使儿茶酚与二卤甲烷反应：
在科学文献里已经知道了1，3-苯并间二氧杂环戊烯的制备方法。
例如，法国专利1 502 914描述了含有一个杂环体系的芳族化合物的制备方法，包括按照反应示意图(I)儿茶酚与二卤甲烷的反应。
这个反应在约120～130℃高温下，并且在例如二甲基亚砜(DMSO)之类的高极性非质子传递溶剂存在下进行。在反应结束后，反应产物用传统的萃取/蒸馏技术回收。
美国专利4 082 774公开了由儿茶酚和二卤甲烷出发制备MDB。
具体地说，根据这个美国专利的方法，MDB基本上按照两个步骤来制备。在第一步骤中，儿茶酚的二价-阴离子溶液通过后者与一种盐或碱性氢氧化物在含有DMSO和水的溶剂里反应来制备。在第二步骤中，将二价-阴离子溶液加到二卤甲烷在DMSO的溶液中。
MDB产物通过用水蒸气蒸馏和用醚萃取由反应混合物回收。
上述方法具有使用DMSO作为溶剂的共同特征。在合成1，3-苯并间二氧杂环戊烯类中使用DMSO作为反应溶剂，与其它极性非质子传递溶剂如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或四氢噻吩砜相比，能够获得完全的儿茶酚转化率和对有用产物的高选择性。
但是DMSO的使用并不是没有问题。如在“Industrial Chemistry& Engineering Symposium Series”，Nr.134，1994，p563～574中所知道的那样，DMSO在高温下不稳定，此外，在碱金属卤化物存在下，在MDB的反应混合物中，分解温度下降约50℃，不允许达到远远高于这个分解温度的合成温度。在这些情况下，DMSO的分解有发展成为可能爆炸的趋势，这是典型的“失控”反应。
再有，还是由于不稳定性，从反应混合物里回收DMSO极其困难，因为回收必须在非常高的真空下进行用以降低蒸馏温度。尽管如此，溶剂一定程度的分解是不可避免的，伴随着特别难闻的和有毒的很难处理的硫醇副产品。
最后，DMSO与苯并间二氧杂环戊烯类，例如与1，3-亚甲二氧基苯形成共沸混合物，这种共沸物使回收有用的产物和溶剂都困难。
在文献里已经提出过可供选择的制备苯并间二氧杂环戊烯类的方法，这些方法不使用溶剂DMSO。
美国专利4 183 861描述了一种制备苯并间二氧杂环戊烯类的方法，该方法包括使任选取代的儿茶酚与二氯甲烷不用溶剂和在一种选自铵或鏻盐的催化剂存在下进行反应。
使用基于季盐的催化剂没有安全问题，但是必须在压力下操作，并且得不到对于有用产物(MDB)的高选择性，因为它们有利于形成大量的二聚物副产物。但是用传统的系统从反应混合物里回收催化剂是不完全的，因此需要特别的但是困难的操作条件。
                              发明内容
本申请人目前发现了一种制备苯并间二氧杂环戊烯类的方法，这个方法不仅克服了上述缺点，而且还能够得到如在基于DMSO工艺中获得的高反应产率。实际上已经发现，如在一种属于N-烷基吡咯烷酮，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)的极性非质子传递溶剂里按照示意图(I)实施这个反应，不但能够克服DMSO的典型的缺点，而且能够获得甚至高于95％的反应产率。
因此本发明涉及具有通式(II)的含有杂环体系的芳族化合物的制备方法：
式中R1和R2相同或不同，表示一个氢原子、卤素、羟基、烷基卤或烷氧基，含有1～6个碳原子(优选1～4个)，苯氧基、C1～C6烷基(优选C1～C4)、C2～C6链烯基(优选C2～C4)、选自-CHO甲酰基或羧基、-COCH3乙酰基、-Y-CHO或-Y-COOH的基团，这里Y表示C1～C6亚烷基(优选C1～C4)，或它们表示-NO2或-NR3R4基团，式中R3和R4相同或不同，选自氢原子或C1～C4烷基，该方法包括在碱性环境里和在主要含有N-甲基吡咯烷酮的溶剂介质存在下，使任选取代的儿茶酚与二卤甲烷进行反应。
根据本发明优选的含有杂环体系的芳族化合物是R1基团是氢原子而R2基团表示氢原子、甲基或甲酰基的那些芳族化合物。
既可以连续地供入反应剂也可以批量地供入反应剂实施的这个合成反应，在用于固定卤素(在反应期间卤素生成)的一种碱的存在下，在可任选取代的儿茶酚与一种二卤甲烷(例如二氯甲烷)之间进行。根据本发明优选的碱主要是碱金属例如钠和钾的碳酸盐和/或碳酸氢盐，或它们的混合物。特别优选碳酸钾，使用的摩尔比是儿茶酚/K2CO3在1/1～1/3的范围内，优选在1/1.2～1/1.5之间。
反应在大气压下和在50～170℃的温度范围内，优选在100～130℃之间进行。
即使这个合成反应在各反应剂之间采用等摩尔比，还是优选用过量的二卤甲烷实施本发明的方法，以利于在反应温度下儿茶酚几乎完全转化并为整个反应维持充足的回流。
NMP溶剂的用量为：使儿茶酚/溶剂摩尔比在1/2～1/20的范围内，优选1/4～1/10。
在反应结束后，这样制备生成的苯并间二氧杂环戊烯能够容易地通过简单的蒸馏回收。在这个阶段，可以回收NMP溶剂，NMP溶剂再循环至合成反应。
                         具体实施方式
为了更好地理解本发明和其实施，提供了一些说明性而非限定性的例子。实施例1
将650g NMP(6.5moles)和173g K2CO3(1.25moles)装入1000cc的反应器内，反应器带有搅拌器、冷凝器和相分离器、温度计和两个分配器，其中的一个带有浸没于反应混合物中的插入管。然后将得到的悬浮液加热至130℃。
在这一温度下，着手在4.5小时的期间内加入110.11g(1mole)的熔融态儿茶酚原料。
同时借助于带有浸没于反应混合物中的插入管的分配器连续加入二氯甲烷，这种二氯甲烷供料在儿茶酚供料结束后再继续进行2小时，供料量要维持在反应温度下充分的回流。
在冷凝并与水分离之后，二氯甲烷在同一反应混合物中再循环。
在130℃的温度下总反应时间是大约6.5小时。
反应混合物被冷却至室温以便过滤并除去过滤出来的固体。
过滤后，从溶液里蒸发出存在的二氯甲烷，然后在减压下在精馏柱里蒸馏得到116.62g纯的馏分MDB(在100乇的沸点：110℃)。
儿茶酚转化率：100％。
对MDB的选择性：95.5％。实施例2
实施与例子1中相同的工艺，只是装入1.5moles的K2CO3(207g)。在过滤盐并蒸馏MDB之后，得到115.4g纯的产物。
儿茶酚转化率：100％。
对MDB的选择性：94.5％。实施例3
实施与例子2中相同的工艺，但操作温度为120℃。蒸馏之后，得到110g纯的MDB产物。
儿茶酚转化率：100％。
对MDB的选择性：90.1％。实施例4
实施与例子1中相同的工艺，只是装入1.1moles的K2CO3(152g)。在过滤盐并蒸馏MDB之后，得到114.79g纯的MDB产物。
儿茶酚转化率：100％。
对MDB的选择性：94.0％。实施例5
实施与例子1中相同的工艺，装入的是4-甲基儿茶酚代替儿茶酚。用带有水的蒸气流蒸馏之后，得到127.3g纯的3，4-亚甲二氧基甲苯。
4-甲基儿茶酚转化率：100％。
对于亚甲二氧基甲苯的选择性：93.5％。实施例6
实施与例子1中相同的工艺，装入的是在NMP溶液里的3，4-二羟基苯甲醛代替儿茶酚。反应结束后，在真空下(10mmHg)采用蒸馏法分离后得到141.6g纯的3，4-亚甲二氧基苯甲醛。
3，4-二羟基苯甲醛转化率：100％。
对于3，4-亚甲二氧基苯甲醛的选择性：93.5％。实施例7(比较)
实施与例子1中相同的工艺，只是用等量的四氢噻吩砜代替NMP溶剂。
反应结束得到100％的转化率但选择性降低至80％。实施例8(比较)
实施与例子1中相同的工艺，只是用等量的二甲基甲酰胺代替NMP溶剂并且将温度减低至100℃。
反应结束后得到100％的转化率但选择性降低至80％。
本发明的正文和例子一直谨慎地局限于N-甲基吡咯烷酮，因为它是在N-烷基吡咯烷酮中最方便获得的。其它烷基或环烷基吡咯烷酮显然包括在本发明的范围内。

Claims (9)

1.具有通式(II)的含有杂环体系的芳族化合物的制备方法：
Figure C9810984200021
式中R1和R2相同或不同，表示一个氢原子、卤素、羟基、烷基卤或烷氧基，含有1～6个碳原子，苯氧基、C1～C6烷基、C2～C6链烯基、选自-CHO甲酰基或羧基、-COCH3乙酰基、-Y-CHO或-Y-COOH的基团，这里Y表示C1～C6亚烷基，或它们表示-NO2或-NR3R4基团，式中R3和R4相同或不同，选自氢原子或C1～C4烷基，该方法包括在碱性环境里和在主要含有N-甲基吡咯烷酮的溶剂介质存在下，使任选取代的儿茶酚与二卤甲烷反应。
2.根据权利要求1的方法，其中含有杂环体系的芳族化合物是R1基团是氢原子而R2基团是氢原子、甲基或甲酰基的那些芳族化合物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，合成反应是通过连续供入反应剂或批量地供入反应剂进行的。
4.根据权利要求1或2的方法，其中的合成反应是在选自碱金属的碳酸盐和/或碳酸氢盐或它们的混合物的碱性产物的存在下，在任选取代的儿茶酚和二氯甲烷之间进行的。
5.根据权利要求4的方法，其中碱金属是钠或钾。
6.根据权利要求4的方法，其中碱性产物是碳酸钾。
7.根据权利要求1或2的方法，其中儿茶酚/K2CO3摩尔比是1/1～1/3。
8.根据权利要求1或2的方法，其中，合成反应是在大气压下和在50～170℃的温度范围内进行的。
9.根据权利要求1或2的方法，其中儿茶酚/N-甲基吡咯烷酮摩尔比是1/1～1/20。
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