CN1238319C - 制备甲苯衍生物的一步法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备式I甲苯衍生物的方法，其中R1、R2和R3各自独立地是氢、烷基、羟基和/或烷氧基，其中在催化剂存在下，将相应的苯甲酸、苯甲酸酯或苯甲酸酐与氢气反应。
Description
本发明涉及一种通过在氢化催化剂诸如钴、镍、钌或钯的存在下采用氢气氢化苯甲酸及其衍生物例如酯或酐以制备甲苯衍生物的方法。
已知3，4，5-三甲氧基甲苯可以通过以下方法制备：溴化对甲酚以形成3，5-二溴-4-羟基甲苯，将该化合物与甲醇钠反应以形成3，5-二甲氧基-4-羟基甲苯，并且最终使用硫酸二甲酯将后者甲基化以得到3，4，5-三甲氧基甲苯(J 5 6068-635，1979年11月12日，Mitsui Petrochemical Ind.)。该方法的一个缺点是所用的溴最终形成了碱金属溴化物形式的副产物。
例如，如果由没食子酸(3，4，5-三羟基苯甲酸)或没食子酸衍生物制备3，4，5-三甲氧基甲苯，那么羧基(或相应的酯基)还原为甲基的反应迄今只可能通过两个反应步骤进行。
Liebigs Annalen der Chemie，卷763(1972)，109-120页公开了首先使用氢化铝锂将3，4，5-三甲氧基苯甲酸的烷基酯氢化，以形成3，4，5-三甲氧基苯甲醇，随后在作为溶剂的没食子酸中，在载于活性炭上的钯催化剂存在下使用氢气将其氢化，得到3，4，5-三烷氧基甲苯。该方法的缺点在于需要两个步骤并且形成了水合氧化铝作为副产物。
在Chemische Berichte，卷99(1966)，227-230页中，公开了可以通过以下方法制备：在载于活性炭载体上的钯存在下，由3，4，5-三甲氧基苯甲酸或其衍生物制得的3，4，5-三甲氧基苄腈与作为氢供体的萜烯反应，以得到3，4，5-三甲氧基甲苯。该方法的缺点尤其在于形成了脱氢萜烯和铵盐作为副产物。
本发明的目的在于提供一种用于氢化未取代的或者被烷基、烷氧基或羟基取代的苯甲酸及其酯和酐以形成相应甲苯衍生物的一步法，所述方法以高收率和高选择性进行，并且不形成无机副产物。
我们已经发现，这一目的可以通过一种制备式I甲苯衍生物的方法实现。
其中R1、R2和R3各自独立地是氢，具有例如1-6个碳原子的烷基，羟基和/或式-O-R4的烷氧基，其中R4是具有例如1-6个碳原子的烷基，其中所述方法包括在均相或多相催化剂存在下，于适合的温度和适合的压力下将相应的苯甲酸、苯甲酸酯或苯甲酸酐与氢气反应。
令人惊奇地发现，本发明的反应可以以一步进行并且对于目标产物I具有高收率和高选择性。
用于本发明的氢化催化剂优选包括：
(a)至少一种选自钴、镍、钌和/或钯的金属和/或金属的化合物(例如金属氧化物、氮化物或碳酸盐)，和
(b)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0-30重量％的一种或多种金属或金属的化合物，所述金属选自铂、铑、铱、锇、铜、铁、银、金、铬、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋和稀土金属，以及
(c)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0-5重量％的一种或多种碱金属或碱土金属的化合物，
其中组分(a)-(c)的总量是100重量％。
催化剂的另一可能的实施方案包括：
(a)至少一种选自钴、镍、钌和/或钯的金属和/或金属的化合物(例如金属氧化物、氮化物或碳酸盐)，和
(b)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0.1-30重量％的一种或多种金属或金属的化合物，所述金属选自铂、铑、铱、锇、铜、铁、银、金、铬、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋和稀土金属，以及
(c)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0.05-5重量％的一种或多种碱金属或碱土金属的化合物。
特别优选的催化剂是其中组分(a)分别包括5-100重量％的至少一种选自钴和镍的金属和/或金属的化合物。还优选这样的催化剂，其中分别基于组分(a)-(c)的总量计，组分(a)分别包括5-100重量％的至少一种选自钌和钯的金属和/或金属的化合物。
特别优选的催化剂是，基于组分(a)-(c)的总量计，分别含有0-25重量％的至少一种选自银、铜、钼、锰、铼、铅和磷的金属或金属的化合物作为组分(b)。
特别优选的催化剂是，基于组分(a)-(c)的总量计，分别含有0-5重量％的至少一种选自锂、钠、钾、铯、镁和钙的碱金属或碱土金属的化合物作为组分(c)。
非常优选的催化剂仅含组分(a)而不含组分(b)和(c)。
尤其优选的催化剂含有钴或钴的化合物作为组分(a)。
还优选含有钯或钯化合物作为组分(a)的催化剂。
尤其可以使用式II的化合物作为原料
其中R1、R2和R3定义同上，R5是氢，具有例如1-12个碳原子烷基，芳基，环烷基，杂环基或-CO-R6基团，其中R6是具有例如1-6个碳原子的烷基。
如果将其中R5＝-CO-R6的式II羧酸酐用作原料，则特别优选含有钯作为组分(a)的催化剂。
催化剂可以作为溶解形式的均相催化剂，或作为多相催化剂使用。多相催化剂可以是载体催化剂、全活性催化剂或阮内型催化剂，作为固定床、悬浮形式或作为流化床使用。可用的载体材料是例如氧化物，诸如氧化铝、二氧化硅、硅铝酸盐、氧化镧、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌和沸石，以及活性炭或其混合物。
多相催化剂通常是通过以下方法制备的：在有或没有载体材料(取决于所需催化剂的类型)的存在下，将组分(a)的前体、任选组分(b)的前体(助催化剂)和/或任选的痕量组分(c)的前体一起沉淀，任选将按照该方式得到的催化剂前体转化为挤出物或粒料，将其干燥并随后煅烧。载体催化剂通常还可以通过以下方法得到：用组分(a)和任选的(b)和/或(c)的溶液浸渍载体，各个组分可以同时或顺序加入，或通过使用本身已知的方法将组分(a)和任选的(b)和/或(c)喷雾至载体上。如果需要，可以在催化剂的制备中使用粘合剂。
用于组分(a)的前体通常是上述金属的水溶性盐，例如硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选硝酸盐。
用于组分(b)的前体通常是上述金属的水溶性盐或络合物，例如硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选硝酸盐。
用于组分(c)的前体通常是上述碱金属和碱土金属的水溶性盐，例如氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选氢氧化物和碳酸盐。
优选通过加入沉淀剂、通过改变pH值或通过改变温度，由水溶液进行沉淀。
通常将以该方式得到的催化剂前体组合物在80-150℃、优选80-120℃下干燥。
煅烧通常是在空气或氮气气流中，于150-500℃、优选200-450℃下进行。
如果需要，使用氧气/氮气混合物，诸如空气，在20-80℃、优选25-35℃下钝化催化剂表面。
通常将得到的经过煅烧和钝化(如果需要)后的催化剂组合物暴露于还原气氛下(“活化”)，例如在催化剂是基于钌或钯和/或钌或钯的化合物作为组分(a)的情况下，将其在不含氢气的气流中于80-250℃、优选80-180℃下暴露2-60小时，或者在催化剂是基于一种或多种选自镍和钴的金属和/或金属的化合物作为组分(a)的情况下，将其在150-500℃、优选180-400℃下暴露。气流优选由20-100体积％氢气和0-80体积％诸如氮气的惰性气体组成。
催化剂优选在合成反应器中直接活化，这一事实在工艺成本方面提供了有益之处。
氢化反应可以间歇进行，但优选连续进行。在连续操作的情况下，可以在气相或优选在液相中，以上流方式或下流方式进行。
原料II可以整批，诸如以熔融物形式，或以溶于溶剂中的溶液形式被氢化。
适合的溶剂是对于原料II和目标产物I具有足够的溶解能力并且在氢化条件下稳定的溶剂。所述溶剂的例子是醚，诸如四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二烷基醚或聚乙二醇单烷基醚；醇，诸如甲醇、乙醇、叔丁醇、环己醇；水；羧酸；酚，诸如邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、连苯三酚，以及这些酚的烷基醚。
优选的溶剂是四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二烷基醚、聚乙二醇单烷基醚、水、乙酸和丙酸。
特别优选的溶剂是水，醚类，特别是环醚和聚乙二醇单烷基醚或二烷基醚。
在钯催化剂存在下的氢化反应还可以在羧酸，例如C1-C4-羧酸，诸如乙酸或丙酸中有利地进行。
例如，在浓度为1-60重量％的原料II在上述溶剂中的溶液中进行氢化。
在1-300巴的压力下，于20-260℃进行氢化是有利的。在钯或钌催化剂的存在下，氢化优选在20-150℃和1-150巴的压力下进行。另一方面，在镍和钴催化剂的存在下，氢化优选在100-260℃和50-300巴的压力下进行。
优选在升高的压力下进行氢化。
相对于原料II，用于氢化的氢气优选以相对较高的化学计量过量使用。
氢气可以作为循环气再循环至反应中。氢气通常以纯工业级氢气的形式使用。而大量惰性气体诸如氮气的存在不会影响反应。
通过本发明氢化反应制备的化合物I是有用的中间体，可用于生产药物、精细化学品和农作物保护剂。
以下通过实施例阐述本发明。
催化剂
催化剂A：100％Pd，是10％Pd载于活性炭上的形式(Sigma-AldrichChemie GmbH)
催化剂B：65.4％CoO；20.2％CuO；8.3％Mn3O4；3.5％MoO3；2.4％P2O5；0.2％Na2O
催化剂C：74.0％NiO；2.2％MoO3；23.8％CuO；ZrO2作为载体
在大气压下活化催化剂B和C
用催化剂填充容积为1升的电加热反应器之后，以约20℃/小时的速率将温度由室温升高至290℃，同时将300l/h氮气通入反应器。随后经过6小时，用氢气置换氮气。为此，氢气的比例以每小时50l/h升高，而同时氮气的比例以每小时50l/h下降。当加入300l/h氢气时，反应器温度上升至300-310℃，并在该水平下保持48小时，同时将300l/h氢气通入反应器。在氩气下冷却后，取出催化剂并可以贮存于四甘醇二甲醚中。
制备式I的甲苯衍生物
实施例1
将5.22g的3，4，5-三甲氧基苯甲酸衍生物II(R1，R2，R3＝OCH3；R5＝-CO-R6；R6＝OC2H5)溶于30ml没食子酸，并与0.62g催化剂A一起引入50ml的高压釜中。在室温下用120巴的氢气将高压釜加压。再定期引入氢气，直至压力保持恒定。随后将高压釜放气，发现产物含有81％的3，4，5-三甲氧基甲苯和4％的3，4，5-三甲氧基苯甲酸。
实施例2
将20g的3，4，5-三甲氧基苯甲酸溶于130ml四甘醇二甲醚，并与5g活化的催化剂B一起引入高压釜。在用氢气多次吹扫高压釜后，在室温下用50巴氢气加压，将高压釜中的内容物加热至180℃，并将氢气压力升高至200巴。再定期引入氢气，直至压力保持恒定。发现转化率是97％，并且发现产物中含74.6％的3，4，5-三甲氧基甲苯。
实施例3
将10g的3，4，5-三甲氧基苯甲酸溶于130ml四氢呋喃中，并与2.5g活化的催化剂B一起引入高压釜。在用氢气多次吹扫高压釜后，在室温下用50巴氢气加压，将高压釜中的内容物加热至180℃，并将氢气压力升高至200巴。再定期引入氢气，直至压力保持恒定。发现转化率是73.2％，并且发现产物中含48.6％的3，4，5-三甲氧基甲苯。
实施例4
将2g的3，4，5-三甲氧基苯甲酸溶于130ml水中，并与1g活化的催化剂C一起引入高压釜。在用氢气多次吹扫高压釜后，在室温下用50巴氢气加压，将高压釜中的内容物加热至180℃，并将氢气压力升高至200巴。再定期引入氢气，直至压力保持恒定。发现转化率是68％，并且发现产物中含53.3％的3，4，5-三甲氧基甲苯。
Claims (13)
1.一种用于制备式I的3，4，5-三甲氧基甲苯的一步法
所述方法包括在催化剂存在下，将相应的苯甲酸、苯甲酸酯或苯甲酸酐与氢气反应，所述催化剂包含：
(a)至少一种选自钴、镍、钌和/或钯的金属和/或金属的化合物，和
(b)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0-30重量％的一种或多种元素或元素的化合物，所述元素选自铂、铑、铱、锇、铜、铁、银、金、铬、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋和稀土金属，以及
(c)基于组分(a)-(c)的总量计，分别为0-5重量％的一种或多种碱金属或碱土金属的化合物，
其中组分(a)-(c)的总量是100重量％。
2.权利要求1的方法，其中催化剂分别含有5-100重量％的至少一种选自钴和镍的金属和/或金属的化合物作为组分(a)。
3.权利要求1的方法，其中分别基于组分(a)-(c)的总量计，催化剂分别包括5-100重量％的至少一种选自钌和钯的金属和/或金属的化合物作为组分(a)。
4.权利要求1的方法，其中催化剂含有选自银、铜、钼、锰、铼、铅和磷的元素或元素的化合物作为组分(b)。
5.权利要求1的方法，其中催化剂含有选自锂、钠、钾、铯、镁和钙的碱金属或碱土金属的化合物作为组分(c)。
6.权利要求1的方法，其中催化剂含有钴或钴的化合物作为组分(a)。
7.权利要求1或2的方法，其中当使用苯甲酸酐作为原料时，使用含有钯或钯化合物作为组分(a)的催化剂。
8.权利要求1的方法，其中氢化反应在液相中进行。
9.权利要求1的方法，其中氢化反应在溶剂中进行，所述溶剂选自四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二烷基醚、聚乙二醇单烷基醚、甲醇、乙醇、叔丁醇、环己醇、水、羧酸，属于酚类的邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、连苯三酚以及这些酚的烷基醚。
10.权利要求1的方法，其中氢化反应在选自四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二醚、聚乙二醇单醚、水、乙酸和丙酸的溶剂中进行。
11.权利要求1的方法，其中氢化反应在20-260℃以及1-300巴的压力下进行。
12.权利要求1的方法，其中氢化反应是在含镍或钴作为组分(a)的催化剂存在下于100-260℃和50-300巴的压力下进行的。
13.权利要求1的方法，其中氢化反应是在含钯或钌作为组分(a)的催化剂存在下于20-150℃和1-150巴的压力下进行的。
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