CN1203572A - 羟基化芳族化合物的c－烷基化方法 - Google Patents

Abstract

羟基化芳族化合物的C－烷基化方法,所述芳族化合物带有至少一个位于羟基邻位或对位的氢原子,其中,将所述芳族化合物置于强质子酸和可在酸存在下形成碳阳离子的化合物中,反应在水/醇形成的溶剂中进行。

Description

羟基化芳族化合物的C-烷基化方法

本发明涉及带有至少一个位于羟基邻位或对位的氢原子的羟基化芳族化合物的C-烷基化新方法。具体地讲，本发明涉及2，5-二叔辛基氢醌的制备方法。

为了提高收率，通过氢醌和二异丁烯反应合成2，5-二叔辛基氢醌、更概括地讲，合成带有至少一个位于羟基邻位或对位的氢原子的羟基化芳族化合物的反应条件有许多改变形式。

CS专利111292提出了用二异丁烯烷基化2-甲基氢醌、2-叔丁基氢醌和2-叔辛基氢醌的方法，该烷基化反应在浓硫酸产生的催化作用下、在惰性溶剂(氯仿)或活泼溶剂如冰醋酸或过量二异丁烯存在下进行。列出的收率在35％左右。同样内容还可参见J.Psppisil和L.Taimr，Collect.Czech.Chem.Commun.29(1964)，381-5。

专利GB-A-1469896记载了合成羟基-(1，1，3，3-四甲基丁基)-苯的方法，该方法包括将带有一个或多个羟基且视具体情况被取代的羟基苯、特别是氢醌与2，4，4-三甲基戊烯(即α-二异丁烯和β-二异丁烯异构体之一，或二者的混合物)在浓硫酸和乙二醇存在下反应。该专利中，所用术语浓硫酸是指在水中的浓度大于90％，优选为约95±3％。列出的收率为60％左右(以氢醌计)。

CS专利273290提出了通过将氢醌用二异丁烯烷基化制备2，5-二-(1，1，3，3-四甲基丁基)氢醌的方法，该反应使用硫酸作为催化剂并在甲醇和脂族烃的混合物中进行。列出的收率为65％左右。

此外，专利US-A-3373210提出了在甲醇的存在下并使用硫酸作为催化剂进行烷基化反应，列出的收率为25％。

在实践中，通常很难达到这些文献中所列出的收率。此外，还会遇到不容忽视的聚合问题。

因此，仍需要能够简单、可重现地以良好收率并且使聚合的可能性降至最低的合成方法。

本发明的目的是提供所述方法。

因此，本发明涉及羟基化芳族化合物的C-烷基化方法，所述芳族化合物带有至少一个位于羟基邻位或对位的氢原子，在该方法中，将所述芳族化合物置于强质子酸和可在酸存在下形成碳阳离子的化合物中，反应在水/醇形成的溶剂中进行。

文中所用术语“芳香性”的标准注释如Jerry March所著的《高等有机化学》第4版(由John Wliely&Sons出版，1992)中所定义。

下文的芳族化合物原料是指羟基苯。具体地讲，该化合物具有如下结构式其中-n＝0-4，特别是0或1，优选1-m＝0-4，优选0或1-并且n+m≤4-R选自如下基团：

·直链或支链的C1至C30、特别是C1至C6、优选C1至C4烷基，所述烷基可选择性带有一个或多个杂原子(Cl、Br、O、N等)，例如CF₃，

·通过杂原子(N、S、O等)与芳环连接的一个或多个烷基，其中的烷基如上所定义，例如烷氧基、特别是C1至C4并优选C1至C2烷氧基，例如二甲硫或二甲胺，

·卤原子，优选Cl或Br。

它们还可以是带有杂芳环的化合物如羟基吡啶，或是二环芳族化合物。

具体地讲，在式(1)的情况下，位于两个相邻碳原子上的两个基团R可以和它们所连接的碳原子一起形成一个视具体情况而被取代的芳环。

所述的“碳阳离子的形成”应理解为是指形成重排或未重排的碳阳离子。易于在酸存在下形成碳阳离子的化合物优选选自：-至少C3，特别是C3至C30烯烃化合物；-仲和叔醇；以及-带有至少一个仲或叔基团的醚或胺；具体地讲，该化合物可以是带有至少一个与氧相连的仲或叔烷基的对称或不对称醚或胺。

本发明的溶剂由醇/水形成，其中的醇优选低级醇，具体地讲，所述低级醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇和乙二醇，或其中至少两种醇的混合物。优选的醇是甲醇。

根据本发明，必需存在由醇和水形成的溶剂。形成该溶剂对的水和醇通常在反应进行时加入。然而，在特定情况下，当使用醚或醇作为碳阳离子的来源时，溶剂中的水和/或醇可部分或全部由醚或醇反应剂就地生成。

溶剂中的水/醇比(体积％)优选为40/60至60/40。50/50的比例特别适宜，当醇是甲醇时尤为如此。对于每1g酸，水+醇溶剂的用量优选为1-10ml，更优选1-5ml。根据本发明的优选方式，每1g酸可使用约1ml水和1ml醇，特别是甲醇。

水+醇/酸的比值通常为1/0.1-1/10，优选为1/0.5-1/5，以体积(ml)/质量(g)计。

对于1当量羟基苯，酸的用量可以是0.05-4当量。

烯烃化合物可以是含有至少一个双键的直链或支链不饱和脂肪烃，所述双键优选位于α位。

碳原子的数量可以有很大变化。优选在3至30个碳原子之间。

烯烃化合物还可以是不饱和的单环或碳环烃或含有至少两个碳环的多环烃，环中可以存在一个或多个杂原子并存在至少一个环内或环外不饱和度。

环中可存在1或2个不饱和度。应当注意，双键也可以是环外双键。

烯烃化合物还可以是萜烯类化合物。

对于单环烃，环内的碳原子数可以在4-20的范围内变化，但优选5或6个碳原子。

所述烃还可以是多环烃，优选双环烃，多环烃是指至少有两个环共有两个碳原子。

在多环烃的情况下，各环的碳稠合度较低，通常为3-8，优选等于5或6个碳原子。

应当注意，任何环均可以带有一个或多个取代基。

环上取代基的数量取决于环的碳稠合度以及环上是否存在不饱和度。

本领域技术人员很容易确定环上所能带的取代基的最大数量。

通常，环上取代基的数量为1-3个，优选1或2个。

就取代基的性质而言，对R所给出的取代基的例子是适宜的，但所列内容并不限制该性质。烷基通常是优选的取代基。

烯烃化合物的选择基于所需的最终产物。

在完全优选的实施方案中，本发明方法的目的是生产2，5-二叔辛基氢醌或2，5-二-(1，1，3，3-四甲基丁基)氢醌。在实践中，选择氢醌作为羟基苯并选择二异丁烯，即α-二异丁烯或β-二异丁烯或二者的混合物作为烯烃化合物。反应通常在存在至少2mol二异丁烯/1mol氢醌的条件下进行，反应导致在氢醌上引入两个辛基。毫无疑义，为了在每个羟基苯分子上引入两个烷基基团，对于每1mol羟基苯需要使用至少2mol烯烃，除非将该反应进行两次。如果仅引入一个烷基，对于每mol羟基苯通常1mol烯烃就足够了。

根据本发明的其它实施例，还可以从芳族化合物和适宜的烯烃化合物制备如下最终产物：-二-叔丁基-4-壬基苯酚(烯烃＝直链C9烯烃；芳族化合物＝二-叔丁基-4-苯酚)-邻-(甲基环己基)-苯酚(烯烃＝1-甲基-1-环己烯；芳族化合物＝苯酚)-二戊基氢醌(烯烃＝支链C5烯烃；芳族化合物＝氢醌)-莰烯基苯酚(烯烃化合物＝莰烯；芳族化合物＝苯酚)。

以上已例举了一定数量的羟基苯原料上的取代基和一定数量的可使用的烯烃化合物。毫无疑义，本发明并不仅限于此，本发明的方法可用于本领域已知的其它取代基和烯烃化合物。

相对于每当量羟基苯，提供碳阳离子的化合物的用量通常为1至10当量，优选2至5当量。

醇、醚和叔胺的仲或叔基尤其可以是视具体情况而定含有环和杂原子的3至30个碳原子的基团，特别是烯烃化合物中所述的基团。

叔醇的例子是叔丁醇，醚的例子是甲基叔丁基醚(MTBE)，胺的例子是N-甲基-叔丁基胺。

在本发明中，术语强质子酸是指在水中的pKa小于-0.1、优选小于-1.0的酸。

pKa是指用水作为溶剂时，酸/碱对的离子解离常数。

本发明的强质子酸优选选自硫酸，更优选选自磺酸，特别是卤代磺酸如氟磺酸、氯磺酸或三氟甲基磺酸；甲磺酸、乙磺酸、乙烷二磺酸、苯磺酸、苯二磺酸、甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、樟脑磺酸、三氟甲基磺酸和二甲苯磺酸。

优选苯磺酸以及三氟甲基磺酸、甲磺酸、樟脑磺酸和对甲苯磺酸。

在该方法中，还可加入C₆-C₁₀烃类型的共溶剂，例如环己烷和庚烷，具体地讲，以羟基化芳族化合物的质量计，这种共溶剂的用量为1体积当量，更优选0.5-3当量。

该反应可在常压下进行。优选在惰性气体如氮气氛下进行。

此外，反应可以在0-100℃的温度下进行，尤其是室温(约25℃)至约70℃，优选约50-55℃，对于2，5-二叔辛基氢醌的合成尤其如此。

该反应在常压或高压下进行，首选常压下进行，当烯烃化合物为二异丁烯时更是如此。

按照本发明的优选实施方案，在搅拌下将羟基苯、催化剂，特别是强质子酸及水+醇溶剂混合，优选将反应混合物升温至所需的反应温度，此后，在搅拌下向混合物中缓慢加入烯烃化合物、醇或醚。通常，所述的添加过程可持续0-72小时。

反应时间可根据反应条件，特别是温度，组成，特别是羟基苯而变化。通常，反应时间为1-24小时。

按照本发明，在特别优选的实施方式中，得到的产物，特别是2，5-二叔辛基羟基氢醌可以从反应液中沉淀出来，因而可通过简单的分离方法如通过过滤回收。因此，无需增加常规的在水中析出沉淀的步骤。

但是，如果需要的话，也可采用常规的分离技术来回收终产物。

本发明的另一个突出优点是，母液或滤液可直接循环至下一步骤。

也可以用水进行一次或多次洗涤，优选在还原剂如连二亚硫酸钠或亚硫酸钠存在下进行，以避免氧化。

以下将通过非限定性实施例对本发明进行更详细的描述。实施例1：

该实施例制备2，5-二叔辛基氢醌。

将110g氢醌(1mol)、110ml水、110ml甲醇和632g苯磺酸(4mol)加入反应器中。在良好搅拌及氮气流下，将混合物加热至55℃。通过自动加料系统于1小时30分钟内加入560g二异丁烯(5mol)。然后继续反应7小时。然后，将反应液的温度降至室温。析出2，5-二叔辛基氢醌沉淀。将反应液过滤并水洗沉淀。将干燥后的沉淀用正已烷重结晶。2，5-二叔辛基氢醌的反应收率为74％，氢醌的转化度为88％。经分析，产物的纯度＞99％。实施例2：在甲醇中进行合成：对比例

按照相同的方法，用220ml甲醇代替110ml甲醇+110ml水。2，5-二叔辛基氢醌的反应收率仅为39％，氢醌的转化度为80％。实施例3：在水中进行合成：对比例

按照相同的方法，用220ml水代替110ml甲醇+110ml水。

2，5-二叔辛基氢醌的反应收率为25％，氢醌的转化度为38％。实施例4：2，5-二叔辛基氢醌的合成：将110g氢醌(1mol)、110ml甲醇、110ml水和632g苯磺酸(4mol)加入反应器中。

在良好搅拌及氮气流下，将混合物加热至55℃。通过自动加料系统于2小时内加入561g二异丁烯(5mol)。

继续反应21小时。处理及纯化过程与以上相同。

2，5-二叔辛基氢醌的反应收率为99％，氢醌的转化度为99％。实施例5：十六烷基氢醌的合成：

将110g氢醌(1mol)、110ml甲醇、110ml水和632g苯磺酸(4mol)加入反应器中。

在良好搅拌及氮气流下，将混合物加热至100℃。

通过自动加料系统于2小时内加入1122g 1-十六碳烯(5mol)。

继续反应18小时。

处理及纯化过程与以上相同。

十六烷基氢醌的反应收率为42％，氢醌的转化度为65％。实施例6：3，5-二-叔辛基邻苯二酚的合成：

将110g邻苯二酚(1mol)、110ml甲醇、110ml水和384g甲磺酸(4mol)加入反应器中。

在良好搅拌及氮气流下，将混合物加热至55℃。

通过自动加料系统于2小时内加入561g二异丁烯(5mol)。

继续反应5小时。

处理及纯化过程与以上相同。

一叔辛基邻苯二酸的反应收率为47％，3，5-二-叔辛基邻苯二酚的反应收率为5％，邻苯二酚的转化度为55％。实施例7：2，5-二-叔丁基氢醌的合成：

a：使用叔丁醇

在氮气流下，将6.2g氢醌(0.056mol)、6.2ml甲醇、6.2ml水和35.4g苯磺酸(0.224mol，4当量)加入250ml反应器中。将反应液升温至55℃并迅速加入20.9g(0.282mol，5当量)叔丁醇。将该反应条件保持24小时，将反应液冷却至室温并如上所述进行处理和纯化。

分离出的产物收率为67.5％，氢醌的转化度为87％。b：使用甲基叔丁基醚(MTBE)

在氮气流下，将12.4g(0.13mol)氢醌、49.8gMTBE(0.566mol，5当量)和21.5g(0.113mol，1当量)85％的苯磺酸加入250ml反应器中。将反应液升温至60℃。在该条件下反应5小时后加入25ml己烷并将反应液冷却至20℃，过滤得到17.8g湿的滤饼。将滤饼在烘箱(35℃)内高真空干燥12小时得到14.6g(58.3％收率，80％转化度)2，5-二-叔丁基氢醌。实施例8：3，5-二-叔辛基邻苯二酚的合成：

在氮气流下，将12.4g邻苯二酚(0.113mol)、1.3ml甲醇、1.3ml水、10ml环己烷和2.2g(0.015mol，0.13当量)三氟甲基磺酸加入250ml反应器中。将反应液升温至55℃，用滴液漏斗于2小时内加入44ml二异丁烯(2.5当量)。在该反应条件下继续反应19小时，于2小时内加入24ml二异丁烯(1.36当量)，将反应液于70℃下继续反应2小时。

经HPLC分析(表面积％)，产物的收率为74％3，5-二-叔辛基邻苯二酚和23％单烷基化产物，邻苯二酚的转化度为99％。实施例9：2，5-二(1，1，2-三甲基丙基)-氢醌的合成：

在氮气流下，将22g氢醌(0.2mol)、5.5ml甲醇、5.5ml水和31.54g(0.2mol，1当量)苯磺酸加入装有冷凝器和滴液漏斗的250ml反应器中。将反应液升温至50℃，用滴液漏斗于2小时内加入84.15g 3，3-二甲基-1-丁烯(1mol，5当量)。将所述烯烃保持回流(沸点41℃)25小时，然后将反应液冷却至升温。

加入90ml甲醇和水(2∶1)的溶液，通过结晶分离出二烷基化产物。分离出的产物收率为37.2％，转化度为53％。

Claims (19)

1.羟基化芳族化合物的C-烷基化方法，所述芳族化合物带有至少一个位于羟基邻位或对位的氢原子，在该方法中，将所述芳族化合物置于强质子酸和可在酸存在下形成碳阳离子的化合物中，反应在水/醇形成的溶剂中进行。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于可在酸存在下形成碳阳离子的化合物选自：

-至少C3的烯烃化合物；

-仲和叔醇；以及

-带有至少一个仲或叔基团的醚或胺。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述羟基化芳族化合物具有如下结构式其中-n＝0-4，特别是0或1，优选1-m＝0-4，优选0或1-并且n+m≤4-R选自如下基团：

·直链或支链的C1至C30、特别是C1至C6、优选C1至C4烷基，所述烷基可视具体情况而定带有一个或多个杂原子，

·通过杂原子与芳环连接的一个或多个烷基，其中的烷基如上所定义，例如烷氧基、特别是C1至C4并优选C1至C2烷氧基，

·卤原子，优选Cl或Br，

·位于两个相邻碳原子上的两个基团R还可以和它们所连接的原子一起形成一个视具体情况而被取代的芳环。

4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，溶剂中的醇为低级醇。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，溶剂中的醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇和其中至少两种醇的混合物。

6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，溶剂中的水/醇比(体积％)为40/60至60/40，优选50/50。

7.根据权利要求1至6中任意一项的方法，其特征在于，相对于1g酸，水+醇溶剂的用量为1-10ml，优选1-5ml。

8.根据权利要求1至7中任意一项的方法，其特征在于，水+醇/强质子酸的比为1/0.1-1/10，优选1/0.5-1/5，以体积/质量计。

9.根据权利要求1至8中任意一项的方法，其特征在于，所述强质子酸是磺酸。

10.根据权利要求1至8中任意一项的方法，其特征在于，所述酸选自硫酸；卤代磺酸如氟磺酸、氯磺酸或三氟甲基磺酸；甲磺酸、乙磺酸、乙烷二磺酸、苯磺酸、苯二磺酸、甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、樟脑磺酸、三氟甲基磺酸和二甲苯磺酸。

11.根据权利要求1至10中任意一项的方法，其特征在于，相对于1当量芳族化合物原料，强质子酸的用量为0.05-4当量。

12.根据权利要求1至11中任意一项的方法，其特征在于，所述烯烃化合物是含有至少一个双键的直链或支链不饱和脂肪烃，所述双键优选位于α位。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述脂肪烃的碳原子数在3至30之间。

14.根据权利要求1至11中任意一项的方法，其特征在于，所述烯烃化合物是不饱和的单环或碳环烃或含有至少两个碳环的多环烃，环中可以存在一个或多个杂原子并存在至少一个环内或环外不饱和度。

15.根据权利要求1至11中任意一项的方法，其特征在于，所述烯烃化合物是萜烯类化合物。

16.根据权利要求1至15中任意一项的方法，其特征在于，相对于1当量芳族化合物原料，烯烃化合物的用量为1-10当量，优选2-5当量。

17.根据权利要求1至16中任意一项的方法，其特征在于，所述芳族化合物原料为氢醌。

18.根据权利要求1至17中任意一项的方法，其特征在于，所述烯烃化合物是二异丁烯。

19.根据权利要求1至18中任意一项的方法，其特征在于，在搅拌下将芳族化合物原料、催化剂及水+醇溶剂混合，优选地将反应混合物升温至所需的反应温度，然后在搅拌下向混合物中加入烯烃化合物。