CN1137081C - 制备三甲基对苯二酚双酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本方法使用可循环催化剂制备三甲基对苯二酚双酯，该催化剂在反应中显示出高活性和高可操作性，且降低了对反应器的腐蚀。2，5，6～三甲基对苯二酚双酯的制备方法包括：在存在固体催化剂条件下，2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂反应。该酰化剂包括：C2～4羧酸酐(如：乙酸酐)和C2～4羧酸卤化物(如乙酰氯)。固体催化剂包括：固体酸催化剂(如：强酸或超强酸性离子交换树脂、复合氧化物、沸石、杂多酸)。

Description

制备三甲基对苯二酚 双酯的方法
本发明涉及三甲基对苯二酚双酯的制备方法，即在固体催化剂的存在条件下，利用2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮和酰化剂反应来制备三甲基对苯二酚双酯。
三甲基对苯二酚双酯及其水解产物-三甲基对苯二酚是有益的药物中间体。更具体的说，它们是维它命E的原材料；树脂、高级脂肪酸、高级脂肪醇和油的抗氧剂；是可聚合性单体聚合的阻聚剂，因此，从工业角度来看，三甲基对苯二酚双酯非常重要。
日本专利申请特许公开No.7632/1972(JP-A-47-7632)涉及制备三甲基对苯二酚双酯的方法，此方法是在质子酸或路易斯酸催化剂存在下，2，6，6，三甲基环己-2-烯-1，4-二酮(酮基异佛尔酮，KIP)与酰化剂反应来制备三甲基对苯二酚双酯。
然而，在这种方法中，作为催化剂使用的质子酸或路易斯酸，在反应完成后，必须中和和分离，因此，造成这种制备方法复杂化。此外，由于中和步骤中伴有水解，因而降低了三甲基对苯二酚双酯的产率。这种方法还要求清除步骤，因为，反应后被中和的催化剂在每一个反应之后，必须清除。因此，不可能对催化剂进行有效的循环使用。包括BF3OEt2在内的路易斯酸催化剂价格昂贵，因此不能用于工业生产。至于反应设备，必须使用耐蚀材料制备的反应器，如内衬玻璃的反应器和其它特殊制做的反应器，这些都不可避免地提高了成本。
因此，本发明的一个目的是提供一种高选择性和高产率制备三甲基对苯二酚双酯的方法，在这种方法中，2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮(酮基异佛尔酮，KIP)与酰化剂具有高的反应活性。
本发明的另一个目的是提供一种制备三甲基对苯二酚双酯的方法，但不需要如催化剂的中和及除去催化剂的反应后处理过程，因此，这种方法显示出高的反应可操作性。
本发明再一个目的是提供一种制备三甲基对苯二酚双酯的方法，其中，催化剂反应活性降低很少，可以反复使用，且对反应器的腐蚀性较小。
本发明的发明者为实现以上目的，进行了广泛的研究，并且发现：当使用2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-双酮与酰化剂反应，在固体催化剂的存在条件下，来制备三甲基对苯二酚双酯时，(i)本反应过程具有优异的反应活性；(ii)该反应后不需要中和或除去催化剂；且(iii)催化剂在反应完成后，活性损失很小，因此可重复使用，同时，该催化剂对反应器的腐蚀性较小。本发明是基于以上发现而完成的。
在本发明方法中，三甲基对苯二酚双酯如下式(1)所示，是由2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂，在固体催化剂的存在条件下反应制备而得，其中，R代表一个烷基、环烷基、芳香基、或杂环基。固体催化剂可以使用固体酸催化剂等。
关于本发明中的固体催化剂，可使用各种固体化合物，做为2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂反应的催化剂。具体地说，固体催化剂包括固体酸催化剂，如强酸或超强酸固体催化剂。优选的固体酸催化剂有，如强酸离子交换树脂(如具有磺酸基团的多孔或非多孔离子交换树脂)、超强酸离子交换树脂(如具有超强酸基团-CF2CF2SO3H的多孔和非多孔离子交换树脂)、硫酸盐(如：CaSO4、Fe2(SO4)3、CuSO4、NiSO4、AlSO4、MnSO4、BaSO4、CoSO4、ZnSO4、(NH4)2SO4)、金属氧化物(如：SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、ZrO2、SnO2)，复合氧化物(如SiO2-Al2O3、SiO2-TiO2、TiO2-ZrO2、SiO2-ZrO2)、沸石(如：具有酸性OH基团的Y-、X-或A-型沸石、ZSM5、moldenite、VPI-5、AlPO4-5、AlPO4-11)、高岭土、和杂多酸(如：带有如P、Mo、V、W和Si元素的杂多酸)。超强酸的Hammett酸度函数Ho小于-11.93。
固体酸催化剂中，强酸型离子交换树脂的具体例子是苯乙烯-二乙烯基苯磺酸系列离子交换树脂，如“Amberlyst 15”(由Organo，Ltd.生产)，超强酸离子交换树脂的具体例子包括氟化磺酸系列树脂，如“Nafion NR 50”(由Aldrich，Inc.生产)，“Naifion H”(Dupont，Inc.)等。
固体酸催化剂可以将一种质子酸(如上述的超强酸及其它质子酸、强酸)或一种路易斯酸承载于一种载体或一种多孔载体上。关于被承载的酸(酸催化剂)，可提到SbF5、TaF5、BF3、AlCl3、AlBr3、SbF5-HF、SbF5-FSO3H、SbF5-CF3SO3H、SO4 2-和钨酸。
载体可以是多孔的，也可以是非多孔的。载体的例子有金属氧化物(如：SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、ZrO2、SnO2)、复合氧化物(如：SiO2-Al2O3、SiO2-TiO2、TiO2-ZrO2、SiO2-ZrO2)、沸石、石墨、铂-石墨、离子交换树脂、金属硫酸盐、金属氯化物、金属(如：铂、金)、金属合金(如：铂-金、镍-钼、铝-镁合金)、聚合物、盐(如：SbF3、AlF3)、钒土、活性炭、木碳等。不严格限制多孔载体的表面积(如10～5,000m2/g)、孔体积和平均孔径。被承载的酸催化剂的用量为0.1～50％(重量)、优选的重量百分比大约在1～25％之间。
具体地说，附载于载体上的催化剂包括：SbF5/SiO2、SbF5/Al2O3、SbF5/TiO2、SbF5/Fe2O3、SbF5/ZrO2、SbF5/SnO2、SbF5/SiO2-Al2O3、SbF5/SiO2-TiO2、SbF5/TiO2-ZrO2、SbF5/SiO2-ZrO2、AlCl3/CuSO4、SbF5-HF/Al2O3、SbF5-HF/SiO2-Al2O3、SbF5-HF/活性炭、SbF5-FSO3H/Al2O3、SbF5-FSO3H/SiO2-Al2O3、SbF5-FSO3H/活性炭、SO4 2-/ZrO2(磺化的氧化锆)、SO4 2-/TiO2(磺化的二氧化钛)、SO4 2-/Fe2O3、SO4 2-/TiO2-ZrO2、WO3/ZrO2、Pt/SO4 2-/ZrO2和其它。
根据反应条件，在有效使用量范围内，确定固体酸催化剂的用量。例如，对于100重量份的基料(如KIP)使用量约为0.1～1000份(重量)，优选约是1～100重量份(如：5～100重量份)，更优选的催化剂用量约为2～50重量份(如5～25重量份)。
固体催化剂在反应体系中，可以以浆料的形式使用，也可以装入一个柱子中，在这一柱子中反应物可以流动。
关于酰化剂，可使用含有脂肪烃基、脂环烃基、芳香烃基或杂环基团的酰化剂，以上每一个基团对应于式(1)中的R。酰化剂的具体例子包括酸酐、酰基卤化物、烯醇酯等。
关于酸酐，可提到羧酸酸酐，包括如：直链或支链的C1-10烷基-羧酸(如：C1-8烷基-羧酸，如乙酸、丙酸、丁酸、异丁戊酸，具体的说是C1-6烷基羧酸)，脂环族羧酸(如：C3-10环烷羧酸、如环己羧酸)、芳香族羧酸(如：C6-12芳基羧酸，如苯甲酸和甲苯甲酸)，含卤素羧酸(如：氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸)、杂环羧酸(如：呋喃羧酸、噻吩羧酸、尼克酸、吡啶羧酸)，及其它酸酐。在上述酸酐中，最优选的是C1-4烷基羧酸酐(如：C2-4的羧酸酐，如乙酸酐和丙酸酐)。
关于酰基卤化物，可以举出对应于上述酸酐的酰基卤合物，包括C1-10烷基羧酸卤化物(如：C1-8烷基羧酸卤化物，如乙酰氯、丙酰氯、和丁酰氯)、脂环族羧酸卤化物(如：环己烷羧酸卤化物)、芳香羧酸卤化物(如：苯甲酸卤化物)、杂环羧酸卤化物(如：呋喃羧酸卤化物)，及其它。在上述酰基卤化合物中，优选C1-4烷基羧酸卤化物(如：C2-4烷基羧酸卤化物，如乙酰氯和丙酰氯)。
关于烯醇酯，可提到乙酸异丙烯酯，丙酸异丙烯酯，异丁酸异丙烯酯、丁酸异丙烯酯、苯甲酸环己烯基酯等。
这些酰化剂的摩尔用量至少为基料KIP用量的两倍(如：2～10倍)，优选的摩尔用量为3～10倍。过量的酰化剂可用做溶剂。
2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂反应可以高转化率、高选择性地制备式(1)所示的2，5，6三甲基对苯二酚双酯。
在式(1)中，R基团指前面所述的酰化剂。烷基的例子包括C1-10烷基(如：甲基、乙基、丁基、异丁基、叔丁基、戍基、己基和其它C1-8烷基)。优选C1-3烷基。环烷基的例子包括C3-10环烷基(如环己基)。芳基的例子包括C6- 12芳基(如苯基、对甲基苯基和其它取代的苯基)。杂环基的例子包括芳香族或非芳香族的5～6节杂环基，该杂环基中至少含有一个杂原子，这个杂原子选自于N、O或S，如：呋喃基、噻吩基、尼克基、吡啶基。
式(1)所示的三甲基对苯二酚双酯对应于其制备时所用的酰化剂。作为例子，使用乙酸酐或乙酰氯可得到三甲基对苯二酚双乙酸酯；使用丙酸酐可得到三甲基对苯二酚双丙酸酯；使用苯甲酸酐可得到三甲基对苯二酚双苯甲酸酯。
本发明的反应可在有溶剂或无溶剂条件下进行。惰性溶剂包括直链或支链、饱和或不饱和烃(如：脂肪烃包括己烷、庚烷和辛烷；脂环烃包括环己烷；不饱和脂肪烃或脂环烃包括辛烯和环己烯；芳香烃包括苯、甲苯和二甲苯)，有机酸(如乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、三氯乙酸、三氟乙酸)、酯(如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯)、含卤素的溶剂(二氯甲烷、氯仿、四氯化碳，1，2-二氯乙烷、氯苯、二氯苯)，醚(如二乙醚、二异丙醚、二丁醚、四氢呋喃、二噁烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚)，酮(如：乙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮)，非质子性极性溶剂(如：酰胺，包括二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺；胺，包括N-甲基吡咯烷酮；亚砜，包括二甲亚砜；腈，包括乙腈和苄腈；硝基化合物包括硝基甲烷、硝基乙烷，硝基苯)等。这些溶剂可单独使用或两种或多种混合使用。
溶剂的用量不特别限制，其用量大约在0～50％(重量)，根据反应体系的用量而定。优选为0～30％(重量)。
本发明反应体系中，基料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮的浓度不严格限制。例如，其浓度可在5～40％重量百分比之间，优选在10～35％的重量百分比。
反应的温度在0～150℃之间，优选为10～120℃(如：10～100℃)，实际反应温度在50～110℃之间。如果该反应温度太高，目标化合物会带有颜色，并且产率降低。另一方面，若该温度太低，则反应速率极低。
反应完成后，可用常规方法(如过滤、浓缩、蒸馏、结晶、抽提、或组合使用这些方法)来对该反应混合物分离和纯化，对催化剂不需进行任何中和或分离操作，来得到2，5，6-三甲基对苯二酚双酯。
通过过滤或类似的方法从反应混合物中分离出的固体催化剂，如需要经洗涤后，可在反应体系中循环使用。因此，催化剂可以反复使用。
通过含有三甲基对苯二酚双酯的反应混合物的水解，可以得到对应于式(1)所示化合物的2，5，6-三甲基对苯二酚。
本发明的方法提高了2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮和酰化剂的反应活性，因此，提高了三甲基对苯二酚双酯的有效产出。反应完成后，本方法不需对催化剂进行中和或清除处理，同时还减少了催化剂活性的降低。因此，可重复使用该催化剂。另外，由于该催化剂对反应器的腐蚀性更小，因此，从工业和经济角度来看，用本方法制备三甲基对苯二酚双酯具有很大优点。
下列实施例对本发明进行了更详细的说明，但本发明决不局限于其范围之内。
实施例1
将1克强酸性离子交换树脂“Amberlyst 15”(Organo，Ltd.生产)作为催化剂，10克(0.066摩尔)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，和20克(0.196摩尔)的乙酸酐装入三颈瓶中。该混合物在60℃下反应6小时。反应完成后，气相色谱分析表明2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，即原材料，已全部消耗(转化率：100％)，以及2，5，6-三甲基对苯二酚双乙酯的产率为88％。采用过滤，将催化剂从该反应混合物中分离出来。将滤液浓缩，再使用乙酸乙酯和己烷的混合溶剂结晶。该方法得到的2，5，6-三甲基对苯二酚双乙酯的产率为60％，其熔点为109～110℃。
实施例2
反应方法除了使用15克(0.145摩尔)的乙酸酐，在80℃下反应5小时外，其它按照实施例1的反应方法。反应完成后，气相色谱证明，原材料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮全部消耗，三甲基对苯二酚双乙酯的产率为84％。经过滤，除去催化剂，将滤液浓缩，其后用乙酸乙酯/己烷溶剂结晶。因此所得到的三甲基对苯二酚双乙酯的产率为55％。
实施例3
实施例1中所用催化剂经甲醇洗涤，并干燥后，被重新使用。按实施例1的同样方法进行。反应后，气相色谱分析表明原料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮己完全消耗，三甲基对苯二酚双乙酯的产率为86％。
实施例4
于100ml三颈瓶中装入1克超强酸性离子交换树脂“Nafion NR 50”(Aldrich，Inc.生产)做为催化剂、10克(0.066mol)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，和20克(0.196mol)的乙酸酐。该混合物于100℃下反应6小时。反应完成后，气相色谱分析表明：原材料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮己全部消耗，而2，5，6-三甲基对苯二酚双乙酯的产率为85％。采用过滤将催化剂从反应混合物中分离。将滤液浓缩，再使用乙酸乙酯和己烷的混合溶液结晶。这一过程所得的2，5，6三甲基对苯二酚双乙酯的产率为60％，其熔点为109～110℃。
实施例5
于100ml三颈瓶中装入1克质子性Y-型沸石(Si/Al＝5)做为催化剂，10克(0.066mol)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮和20克(0.196mol)的乙酸酐。该混合物在100℃下反应16小时，反应完成后，气相色谱分析表明2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮全部消耗，三甲基对苯二酚双乙酯的产率为75％。
实施例6
于100ml三颈瓶中装入1克硫化的氧化锆作为催化剂，10克(0.066mol)2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，和20克(0.196mol)的乙酸酐。混合物于80℃下反应10小时。气相色谱分析表明，反应完成后，原材料2，6，6-三甲基-2-环己烯-1，4-二酮消耗了74％，而三甲基对苯二酚双乙酯的产率为52％。
实施例7
除了使用甲苯为溶剂外，反应按实施例1的方法进行。反应后的气相色谱分析表明，原材料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮的消耗为65％，且具有51％的三甲基对苯二酚双乙酯的产率。
实施例8
除了使用27.3克(0.196mol)的丙酸酐代替乙酸酐外，反应方法如实施例1。反应完成后的气相色谱分析表明，原材料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮消耗为100％，三甲基对苯二酚双丙酯的产率为82％。
实施例9
重复实施例1的反应并观测2，6，6-三甲基环己-2-酮-1，4-二酮全部消耗之后，再加入水(30克)，将该反应混合物于100℃下经水解反应4小时。反应完成后，气相色谱分析发现不存在三甲基对苯二酚双乙酯，但有78％的三甲基对苯二酚。反应混合物经过滤来除去催化剂。将滤液浓缩，使用乙醇和水结晶。由此得到的三甲基对苯二酚的产率为55％。
对比例1
于三颈瓶中装入10克(0.066mol)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮、20克(0.196mol)乙酸酐、和0.4克(4mmol)的硫酸做为催化剂。该混合物于50℃下反应14小时。反应完成后，气相色谱分析表明，原材料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮己完全消耗，2，5，6-三甲基对苯二酚双乙酯的产率为90％。使用2N的NaOH水溶液对反应混合物进行中和。将二甲醚加入被中和的混合物中，然后将混合物过滤。减压浓缩滤液，得到粗产物。使用己烷，将粗产物重结晶，再经过滤、洗涤和干燥。因此所得产物2，5，6-三甲基对苯二酚双乙酯的熔点为101～108℃，产率为46％。

Claims (7)

1.制备式(1)所示的三甲基对苯二酚双酯的方法，其中R代表C1-10烷基、C3-10环烷基、C6-12芳基或芳香或非芳香5或6元杂环基，
其制法是在固体酸催化剂的存在下，使用2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂反应。
2.权利要求1的方法，其中R是C1-3烷基。
3.权利要求1的方法，其中R是甲基。
4.权利要求1的方法，其中所述的酰化剂为C2～4烷基羧酸酐或C2-4烷基羧酸卤化物。
5.权利要求1的方法，其中所述的酰化剂为乙酸酐或乙酰氯。
6.权利要求1的方法，其中所述的固体酸催化剂是Hammett酸度函数小于-11.93的强酸或超强酸性固体催化剂。
7.权利要求6的方法，其中所述的固体酸催化剂至少选自下列物质中的一种：强酸性离子交换树脂、超强酸离子交换树脂、硫酸盐、金属氧化物、复合氧化物、沸石、高岭土和杂多酸。
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