CN1186066A - 三甲基邻苯二酚双酯及其制备方法 - Google Patents

三甲基邻苯二酚双酯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本方法以高产率制备了新的三甲基邻苯二酚双酯,即3,4,5－三甲基邻苯二酚双酯,其制备方法为:在存在酸催化剂条件下,将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)。该催化剂包括质子酸和路易斯酸。使用极性溶剂(如卤代烃)作为反应催化剂,结果提高了目标化合物的制备效率。

Description

三甲基邻苯二酚双酯 及其制备方法
本发明涉及3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯及其制备方法，即在酸性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(酮式异佛尔酮，KIP)和酰化剂反应来制备。
3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯及其水解产物-三甲基邻苯二酚已有效地用作树脂、高级脂肪酸、高级醇和油的抗氧剂；并用于单体、香料及药物的原材料。
美国专利3,624,134公开了在酸性催化剂存在下，α-异佛尔酮与酰化剂反应，得到产率20％的3，5，6-三甲基邻苯二酚双酯。然而，这种方法也产生了大量的副产物，由此目标化合物的产率很低。另外，该化合物不能以简单的方式加以分离和纯化。至于3，4，5-三甲基邻苯二酚，该文献没有提及。
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。在该文献中也没有公开3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯。
因此本发明的一个目的是提供一种新的三甲基邻苯二酚双酯，即3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯，以及其制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种以高产率制备3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的方法。
本发明的发明者为实现以上目的，进行了广泛的研究。
本发明提供了3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯，如下式(1)所示，
Figure A9712559400031
其中，R代表一个烷基、环烷基、芳香基或杂环基。此外，本发明是由2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂，在酸性催化剂的存在条件下反应制备而得到3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯。
图1是3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的13C-NMR(核磁共振)谱图；
图2是3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的红外吸收谱图；
图3是3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的质谱(CI+)图；以及
图4是3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的质谱(EI+)图。
下面举例说明式(1)中R所表示的基团：
烷基的例子包括直链或支链的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)。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)。杂环基的例子包括芳香族或非芳香族的5-6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(mcotinyl)、吡啶基)。
通常R是C1-6烷基，优选是C1-4烷基，更优选是C1-3烷基(特别是甲基)。
式(1)的3，4，5-三甲基邻苯二酚可以各种方式制得。一个理想的实施方案是这样一种方法，包括：在酸催化剂存在下，将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，来制备式(1)的3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯
在该实施方案中的酸催化剂可以是质子酸或路易斯酸中任何一种。关于质子酸，可使用有机或无机酸(如硫酸、盐酸、磷酸、氟硼酸、氟化氢或氢氟酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸、氯乙酸、苦味酸)和Hammett酸度函数H。小于-11.93的超强酸(如H2SO4-SO3、HF-NbF5、HF-TaF5、SbF5、HF-SbF5、SbF5-FSO3H、FSO3H-TaF5、SbF5-CF3SO3H)。关于路易斯酸，可使用BF3、BF3OEt2、AlCl3、FeCl3、ZnCl2、TiCl4、SnCl2等。
根据反应条件，该催化剂的用量仅需在有效量的范围之内。例如，相对于100重量份基体KIP，该催化剂的用量为0.001-100重量份，优选约0.01-10重量份(如0.05-10重量份)，更优选约0.15重量份。通常，基于基体KIP的量，催化剂的量可在约0.001-20mol％、优选在约0.01-15mol％之间选择。
固体催化剂(特别是固体酸催化剂)可用作该催化剂。例如固体酸催化剂包括强酸离子交换树脂(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(如具有超强酸基团如-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、moldemte、VPI5、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)。
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“NafionNR 50”(由Aldrich，Inc.生产)，“Nafion 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)、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量例如为0.1-50％(重量)，优选的重量百分比大约在1-25％之间。
具体地说，承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、SO 4 2- /ZrO2(硫酸化的氧化锆)、SO4 2-/TiO2(硫酸化二氧化钛)、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、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、异丁酸和戊酸，特别是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，可以举出对应于上述酸酐的酰基卤，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)等。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(enol ester)，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3-10倍。过量的酰化剂可用做溶剂。
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(如二氯甲烷、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、二甘醇二甲醚)，酮(如：乙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、环己酮)，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。
为了高转化率和高选择性地制备式(1)的化合物，建议在惰性极性溶剂存在下进行该反应。该极性溶剂的偶极矩(德拜＝3.3356×10-30cm)约为1.0或更高(如1-5)，优选约为1.2-4(如1.3-3.5)。
这些极性溶剂包括卤代烃、有机酸、酯、醚、酮、酰胺或胺、亚砜、腈和硝基化合物，这些已在上面提到过。
这些极性溶剂可单独或组合使用。它们也可与非极性溶剂一同使用。
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5-50％重量百分比之间(如5-40％(重量))，优选在10-45％的重量百分比(如10-35％(重量))。
反应的温度在0-150℃之间，优选为10-120℃(如：10～100℃)，实际中，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、萃取或组合使用这些方法)来对该反应混合物分离和纯化，来得到3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯。
通过含有三甲基邻苯二酚双酯的反应混合物的水解，也可以得到3，4，5-三甲基邻苯二酚。
因此，本发明提供了3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯，其可以通过2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮的酯化反应而高产率的制得。
下列实施例对本发明进行了更详细的说明，但决不是限定本发明范围。实施例1
将10克强酸性离子交换树脂“Amberlyst 15”(Organo，Ltd.生产)作为催化剂，30克(0.197摩尔)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，46.4克(0.591摩尔)乙酰氯和160ml 1.2-二氯乙烷装入三颈瓶中。该混合物在85℃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％)，并且3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为65％。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(乙酸乙酯/己烷＝1/4(体积))结晶，该方法得到白色针状晶体3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯，其产率为36％，熔点为109-120℃。
因此所得化合物的结构用13C-NMR(CDCl3)、红外吸收光谱(IR谱)和质谱进行分析。所用的装置为“JNM-A500 NMR测试仪”(由JEOL制造)来作NMR、“FT IR-8100M测试仪”(Shimadzu Corporation制造)来作IR谱，以及“HP 5989B测试仪”(Hurlett-Packard制造)来作质谱。
13C-NMR测试的结果如下：-在1位上与乙酰氧基相连的芳香碳原子产生的信号为：139.7ppm-在2位上与乙酰氧基相连的碳原子产生的信号为：138.9ppm-在3-，4-，和5-位上与甲基相连的碳原子产生的信号分别为：130.1ppm、133.8ppm、134.6ppm-在6位上与氢相连的碳原子产生的信号为：121.5ppm-在乙酰基中羰基碳原子产生的信号为：168.2ppm、168.5ppm3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯分析的结果与下面各图一致：图1为13C-NMR谱图、图2为IR谱图和图3为质谱分析谱图。实施例2
反应方法除了使用80.4克(0.788摩尔)的乙酸酐代替乙酰氯，在85℃下反应8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。三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为32％。经过滤，除去催化剂，将滤液浓缩，其后用乙酸乙酯/己烷(1/4(体积))溶剂结晶。因此得到针状晶体的三甲基邻苯二酚双乙酯，产率为17％(熔点为119-120℃)。该晶体结构用13C-NMR(CDCl3)、红外吸收光谱(IR谱)和质谱进行分析，其结果类似于实施例1。实施例3
重复实施例1的方法，不同的是使用5.0克(9.2毫摩尔)硫酸来代替强酸离子交换树脂“Amberlyst 15”并让反应在80℃下进行8小时。反应完成后，气相色谱表明：原材料酮式并佛尔酮完全消耗掉、3，4，5-三甲基邻苯二酚的产率为28％。该反应混合物用1N NaOH水溶液中和并萃取分离。浓缩后，该浓缩物用乙酸乙酯/己烷溶剂(1/3(体积))结晶，得到白色针状晶体3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯(熔点：119-120℃)，产率为15％。该晶体的结构用13C-NMR(CDCl3)、红外吸收光谱(IR谱)和质谱进行分析，其结果类似于实施例1。实施例4
实施例1中所用催化剂从反应混合物中过滤，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。反应后，气相色谱分析表明原料2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮已完全消耗，三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为61％。实施例5
于100ml三颈瓶中装入5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，19.6克(0.25mol)的乙酰氯和40ml 1，2-二氯乙烷。该混合物于85℃下反应10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-1，4-二酮已全部消耗，而3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为51％。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(乙酸乙酯/己烷＝1/4(体积))结晶。这一过程得到3，4，5-三甲基邻苯二酚双乙酯白色针状晶体，产率为31％，其熔点为119-120℃。实施例6
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(0.66mol)的2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮、19.6克(0.25mol)的乙酸氯和40ml二氯苯。该混合物在100℃下反应16小时。反应完成后，该反应混合物以与实施例1相同的方式处理，结晶之后，得到3，4，5三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为9％。实施例7
于100ml三颈瓶中装入1克硫酸/氧化锆作为催化剂，5克(0.033mol)2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮，30克(0.293mol)的乙酸酐和30ml氯苯。混合物于90℃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48％，而三甲基邻苯二酚双乙酯的产率为27％。实施例8
重复实施例1的反应并观测到2，6，6-三甲基环己-2-酮-1，4-二酮全部消耗之后，再加入水(50克)，将该反应混合物于90℃下经水解反应12小时。反应完成后，气相色谱分析发现不存在3，4，5三甲基邻苯二酚双乙酯，但有产率为60％的三甲基邻苯二酚。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3，4，5三甲基邻苯二酚的产率为33％。

Claims (10)

1.式(1)所示的3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的方法，
Figure A9712559400021
其中R代表烷基、环烷基、芳基或杂环基。
2.权利要求1的双酯，其中R是C1-3烷基。
3.权利要求1的双酯，其中R是甲基。
4.制备式(1)所示的3，4，5-三甲基邻苯二酚双酯的方法，
Figure A9712559400022
其中R代表烷基、环烷基、芳基或杂环基，其制法是在酸催化剂的存在下，使用2，6，6-三甲基环己-2-烯-1，4-二酮与酰化剂反应。
5.权利要求4的方法，其中所述的反应是在极性溶剂存在下进行的。
6.权利要求4的方法，其中所述的反应是在偶极矩(德拜)为1或更高的惰性溶剂存在下进行的。
7.权利要求4的方法，其中所述的反应是在选自下列溶剂中至少一种溶剂存在下进行的：卤代烃、有机酸、酯、醚、酮、酰胺或胺、亚砜和腈。
8.权利要求4的方法，其中所述的酸催化剂为质子酸或路易斯酸。
9.权利要求4的方法，其中所述的酰化剂为C2-4羧酸酐或C2-4羧酸卤化物。
10.权利要求4的方法，其中所述的酰化剂为乙酸酐或乙酰氯。
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