í;

Vynález se týká způsobu přípravy 4-acetoxystyrenu za-hříváním 4 -acetoxyfenylmethylkařbinolu kontinuelním způsobemv přítomnosti vhodného anhydridu' kyseliny a vhodného dehydra-tačního katalyzátoru. }

Dosavadní stav techniky 4-acetoxystyren je známá sloučenina, která se používájako mezistupeň při přípravě sloučenin, využívaných k výroběadheziv, íotorezistů atd. Příprava 4-acetoxystyrenu je zná-má, ale je žádoucí vyvíjet nové postupy, které poskytují vyš-ší výtěžek a selektivitu reakce (kdy selektivita je poměrvzniklého 4-acetoxystyrenu ke konverzi 4'-acetoxyfenylmethyl-karbinolu) při přípravě uvedeného 4-acetoxystyrenu.

Podstata vynálezu

Způsob přípravy 4-acetoxystyrenu podle vynálezu umožňu-je pracovat s vyšší výtěžností a selektivitou reakce. Vynálezse týká způsobu syntézy 4-acetoxystyrenu vzorce (I). Syntézasloučeniny (I) se provádí následujícím způsobem. 4Z-acetoxy-fenylmethylkarbinol vzorce (II) je známá sloučenina, kterámůže l?ýt syntetizována postupem podle článku Garsona a spol.,J.Org.Chem., 23, 544 (1958), reaguje s vhodným anhydridemkyseliny, který má vzorec (III); pak se sloučenina II podro-bí dehydrataci, například zahříváním, v kontinuelním reakčnímrežimu. Zahřívání nebo dehydratace, například dehydrataceběžným způsobem za vakua, se provádí s použitím vhodného de-hydratačního kata lyzétoru, případně inhibitoru polymerace,který brání polymeraci vzniklého monomeru 4-acetoxystyrenuna polymer, kdy vzniká sloučenina (I) a jako vedlejší produktvzniká voda. í:< íř ri 2

Zahřívání nebo dehydratace, je kritický krok, který seprovádí v přítomnosti vhodného anhydridu kyseliny při konti-nuelním nebo semikontinuelním reakčním způsobu. Jestliže senepoužije anhydrid kyseliny, potom voda (jako vedlejší pro-dukt), která vzniká během dehydratace, reaguje se sloučeninouI a výchozím materiálem za vzniku nežádoucích vedlejších pro-duktů a nežádoucího množství polymerního zbytku. Z tohoto dů-vodu působí anhydrid kyseliny jako prostředek zachycující vo-du, když reaguje s vodou za vzniku kyseliny a tak omezuje ařídí množství nežádoucího polymerního zbytku. Dále umožňujekontinuelní a semikontinuelní režim rychlé a průběžné oddělo-vání jak sloučeniny (I), tak vedlejšího produktu, kdy vedlej-ším produktem může být nezreagovaná voda nebo vzniklá kyselinanebo směs vody a kyseliny, a tím umožňuje řízení množství po-lymerního zbytku.

Vhodný anhydrid kyseliny, sloučenina III, má R^ a R2 nasobě nezávislé nižší alkylové nebo arylové skupiny, kdy výra-zem "nižší" je myšlena skupina s 1 až 10 atomy uhlíku, výrazalkyl znamená rovný nebo rozvětvený řetězec nasyceného uhlo-vodíku, tedy například methyl, ethyl, isopropyl, 2-butyl,n-pentyl, ή-hexyl, atd., výraz aryl je použit pro jednovaznýsubstituent, který je tvořen arylovou skupinou, např. fenyl,o-toluyl, m-trifluormethylfenyl, atd., vzorce (IV), kde X jevodík, nižší alkyl, Cí^, W02, NíL,, a n je v rozmezí 1 až 5,m je 0 nebo 1 a kde výraz "alkylen" znamená dvojvazný radikálnízké rozvětvené nebo nerozvětvené alkylové skupiny, odvozenétak, že má vazby na koncových atomech uhlíku, například ethy-len (-CI^CHg-), propylen (-CHgCHgCHg-), isopropylen (GH^ÍhC^-)atd.

Vhodným dehydratačním katalyzátorem jsou běžné dehydra- tační katalyzátory, jako jsou minerální kyseliny, např. H2S0^,

HC1, kyselina fosforite, kyselina fosforečná, atd., ionexovéR R acidické pryskyřice, např. Amberlyst , Rafion-H , atd., orga- - 3 - nické kyseliny, např. petoluensulfonová kyselina, methan-sulfonová kyselina, atd., anorganické oxidy, např. alumina,oxid titaničitý, silikagel atd. Doporučované dehydratačníkatalyzátory jsou anorganické hisulfátové soli, jako je bi-sulfát amonný, bisulfát draselný a kyseliny, jako je kyseli-na fosforečná, kyselina polyfosforečná a p-toluensulfonovákyselina. Nejvhodnější katalyzátor je kyselina fosforečná.

Inhibitory polymerace jsou t-butylkatechol, hydrochinon,tetrachlorchinon, fenothiazin a di-t-butyl-p-kresol.

Doporučovaná koncentrace vhodného anhydridu, sloučeninyIII, je mírný přebytek k molárnímu poměru 1:1 se sloučeninouII, typicky v rozmezí 0,25 až 1,25. Dehydratační katalyzátorse v reakční směsi používá v takové koncentraci, aby bylodosaženo nejvyššího výtěžku sloučeniny I a mění se v závis-losti na druhu použitého katalyzátoru. Tuto koncentraci jenejsnadnější stanovit na základě experimentálních výsledků.Například se na jeden mol sloučeniny II používá koncentracebisulfátu amonného v rozmezí od 0,30 do 0,50 molárních procent,kyseliny fosforité od 0,4 do 0,6 molárních procent, 85% ky-seliny fosforečné od 0,25 do 0,4 molárních procent a p-toluen-sulfonové kyseliny od 0,2 do 0,35 molárních procent.

Koncentrace polymeračního inhibitoru není kritická a jetypicky v rozmezí od 0,01 hmotnostních procent do 1,0 % hmot.,vztaženo na hmotnost sloučeniny II.

Reakce může být prováděna v reakční nádobě, která jezahřáta na teplotu varu 4-acetoxystyrenu a při pracovním tla-ku je dávkována reakční směs, která obsahuje sloučeninu II,sloučeninu III, dehydratační katalyzátor a polymerační inhi-bitor. K reakční nádobě je připojen chladič. Zdroj vakua jeobvykle připojen na chladič, nebo na jímadlo na chladiči.Samozřejmě může být použita jiná běžná dehydratační aparatura. ,'ň

- 4 -

Například dehydratace nebo zahřívání může být prováděna nafilmové odparce, kdy na výstupu je připojena dešti lační ko-lona, kde se směs průběžně míchá rotujícím stěračem v odpar-ce. Reakce běžně probíhá při teplotě 15Ó\ až 300 °C, s výho-dou od 170 °C do 250 °C, nejlépe od 180 °C do 220 °C. De-hydratace probíhá při tlaku od 0,76 kPa do 32,9 kPa, s výho-dou od 4,56 kPa do 19,7 kPa, nejlépe od 6,08 kPa do 15,2 kPa

Optimálně probíhá reakce sloučeniny II za tepla sesloučeninou III za přítomnosti katalyzátoru a inhibitoru po-lymerace v režimu kontinuelního nebo semikontinuelního po-stupu. Kontinuelní proces je takový, kdy se dávkování re-akční směsi a odebírání reakčních produktů provádí nepřeru-šovaným přívodem reakční směsi a odebíráním produktů přibližně konstantní rychlostí do reakčního systému a ven z něj(včetně reakční nádoby a destilační aparatury). Semikonti-nuelním systémem je takový systém, kdy se opakovaně přerušu-je přívod reakční směsi, nebo odběr produktů, a to s cílemdosáhnout vysokou účinnost a/nebo výtěžek nebo operativnost.

Reakční směs (která obsahuje sloučeninu II, sloučeninuIII, dehydratační katalyzátor a inhibitor polymerace) seuvádí kontinuelním nebo semikontinuelním způsobem, napříkladpumpováním peristaltickou pumpou, do předehřáté reakm£ nádo-by, nebo do filmové odparky při požadované teplotě a vakuu,jak bylo uvedeno dříve, a vzniká požadovaná sloučenina I avedlejší produkt - voda.

Jak již bylo uvedeno, při dehydrataci se uvolňuje voda,která reaguje s vhodným anhydridem kyseliny, například acet-anhydridem, odděluje se z reaktoru destilací, za vzniku ved-lejšího produktu - organické kyseliny, například kyselinyoctové, a to samotné nebo ve směsi se vzniklou vodou. Jaksloučenina I, tak i vedlejší produkt (voda, organická kyseli·na nebo jejich směs), které vznikají, jsou kontinuelně oddě- lovány z reakční nádoby destilací běžnou destilační kolonou,připojenou k reakční nádobě. Sloučenina I a vedlejší produktkondenzují a jsou sbírány v kolektoru na konci kolony; ne-zreagovaná sloučenina II přitom může, ale^ nemusí být, v des-tilační koloně oddělena od sloučeniny I a vedlejšího produk-tu. Jestliže sloučenina II se v tomto stupni od sloučeniny Ia vedlejšího produktu neoddělí, pak se oddělí ve druhém deš-tila čním stupni. Jestliže se sloučenina II oddělí v prvnídestilační koloně, pak se refluxem vrací do reakční nádoby.Kontinuelní oddělování sloučeniny I a ved^jšího produktu seprovádí v závislosti na kontinuelním dávkování vstupní reakč-ní směsi do reakční nádoby. I když je žádoucí, aby reakční směs byla dávkována stej-nou rychlostí, jako se odděluje sloučenina I a vedlejší pro-dukt, může být dávkování reakční směsi ovládáno běžným časo-vačem, který řídí například peristaltickou pumpu.

Bylo zjištěno, že jestliže se dehydratace provádí přikontinuelním nebo semikontinuelním režimu dávkování reakčnísměsi, získá se sloučenina I s vysokou selektivitou a vyso-kým výtěžkem. Dále bylo zjištěno, že i když se použije vhodný anhydridkyseliny (sloučenina III), a to jak při kontinuelním, tak isemikontinuelním režimu, vznikne určité množství polymerního :zbytku. Jestliže se v reakční nádobě nashromáždí příliš velkémnožství polymerního zbytku, pak je nepříznivým způsobemovlivněn výtěžek a selektivita produkce sloučeniny I. Nadruhé straně bylo zjištěno, že určité množství polymerníhozbytku v reakční nádobě umožňuje dosažení optimální selekti- v vity a výtěžnosti. Množství polymerního zbytku, které umožňu-je takový optimální výsledek, je buď konstantní, nebo má určitou horní a spodní hranici. Konstantní hodnota je od 1 proceňta objemu reakční nádoby až do třiceti procent objemu reakční - 6 - nádoby. Preferovaná konstantní hodnota je od 5 % objemu re-akční nádoby do 15 % objemu reakční nádoby. \ . .

Proměnlivé množství má spodní limit\l % až 29 % objemureakční nádoby a horní hranici 2 až 30 % objemu reakční ná-doby.

Množství polymerního zbytku může být udržováno v požado-vaných mezích průběžným odstraňováním nadbytéčného zbytku,například kontinuelním pumpováním zbytku z reakční nádobykonstantní rychlostí, v případě požadovaného konstantníhomnožství zbytku (např. v rozmezí 1 až 30 % objemových procent,s výhodou 5 až 15 % objemu reakční nádoby), nebo odčerpáváníms proměnnou rychlostí, kdy se množství zbytku v nádobě měníod spodní do horní hranice. Průběžné odčerpávání se provádív případě, kdy reakční směs sloučeniny II, sloučeniny III,dehydratačního katalyzátoru a inhibitoru se dehydratujev kontinuelním nebo semikontinuelním reakčním módu. Jinak mů-že být nežádoucí množství zbytku oddělováno periodicky. "Přijednom ze způsobů provedení podle vynálezu se první část re-akční směsi uvádí do reakční nádoby kontinuelním způsobem avzniká první část sloučeniny I a první část polymerního zbyt-ku. Po překročení požadovaného množství polymerního zbytku,například 5 až 15 % objemu reakční nádoby, spodního (1 až29 objemových procent) nebo horního limitu proměnlivého množ-ství (2 až 30 objemových procent) se část nebo celý objemreakčního zbytku oddělí, například pumpováním, a získá se taka udržuje požadované množství by zbytku. Potom se nadávkujedruhá část reakční směsi do reakční nádoby a stejným způsobemreaguje za vzniku druhé části sloučeniny I a dalšího zbytku.Oddělování reakčního zbytku a vlastní reakce se opakují toli-krát, až se spotřebuje požadované množství reakční směsi, ato za přítomnosti udržovaného požadovaného množství (neborozmezí) objemu reakčního zbytku. - 7 - 1 Přehled obrázků na výkrese V příloze jsou uvedeny vzorce sloúCenin I až.IV. \ Příklady provedení vynálezu Příklady 1 až 19 V příkladech jsou uvedeny výsledky několika pokusů, kte-ré ukazují, jak je možno postupem podle vynálezu dosáhnoutvyšší výtěžnosti sloučeniny I s vyšší selektivitou. V tabulce I jsou uvedeny výsledky pokusů, kdy byla de-hydratace sloučeniny II prováděna ve trojhrdlé skleněné re-akční nádobě o objemu 250 ml, která byla umístěna v olejovélázni udržované na požadované teplotě. Reakční směs bylaumístěna ve druhé skleněné nádobě, která byla připojeny dojednoho hrdla reakční nádoby propojením peristaltickou pumpou,která byla opatřena časovým spínačem, kterým byl ovládán prů-běh kontinuelního reakčního režimu, tak jak bylo uvedeno dříve.

Peristaltická pumpa byla použita k dávkování reakSnísměsi ze druhé skleněné nádoby do reakční nádoby, kde probí-hala dehydratace za vzniku sloučeniny I a vedlejšího produktu.Na druhé hrdlo reakční nádoby byla připojena běžná destilačníkolona, do které odcházela sloučenina I a vedlejší produkt(kyselina a nezreagovaná voda) ve formě par, a kdy byly tytolátky kondenzovány v horním jímadle destilační kolony. K re-akční nádobě byla připojena také běžná vakuová pumpa, abybylo dosaženo požadovaného vakua. V příkladech 1 až 19 v tabulce I byla surová sloučeninaII, která obsahovala 80 až 95 % hmotnostních sloučeniny II,smísena s anhydridem kyseliny octové (Ac20) v uvedeném množ-ství, a dále s inhibitorem - fenothiazinem - v množství 0,1

fy í $ $ β ! 8 hmotnostních procent. Reakční směs byla uváděna rychlosti2 g/min do reakční nádoby, která byla umístěna v olejovélázni, která byla zahřívána na 220 °C, kdy vznikající zbytekbyl udržován na teplotě 180 °C. i í|i 85%PA = 85% kyselina fosforečná, TSA = p-toluensulfonová kyselina, PA = kyselina fosforite,AB = bisulfét amonný, AcoO = acetanhyčrid

kO 00—3Okkn-ř*bJP0|-j t—1 O kO 00 —3

Ok o o O o O O o o O o o o o O o o o o o w w ** w w *» w *· w *· w v· S· w w kO kO kO kO kO kO kO kO kO 00 00 co kO co 00 00 co oo 00 1—1 PO I—1 H PO po F—1 PO bO Ok -b o r\3 bJ Ok kJl o H t—1 H H F—’ H H t-* Η H H 1—’ H H1 H1 K kO O O O o O O O O O O o O O O O O O o C\ O o O o O b-> O O kJl O O O O bo Ok bJ bJ 00 co co CO 00 co H3 h3 H3 \71 kn kn kn kn kn i> > > > > hd hj ω ω w ω *5 >3 CO CD co CO to í> > í> > > í> í> > •t) hd hd •d dd > > > ř> P=- ?» O O o o o O O o o O o O O O o O O o O Φ» bo bJ PO H kJl bo l\5 H bO OJ PO F-> bo co bo PO PO t—1 kJl 00 t—1 -P- —3 PO OO -P- -O 00 H -Ρ» -4 ω kn PO kO kn -0 o o o o O O o O O o o o O O O o O O o -4 Ok kn bo H kn kn O o +>· Ok Ok bo Ok Ok Ok Ok kn H o Ok to H bo 00 f*· -3 -4 PO kn kn O -p- kn Ok o F—1 £<

Hx

W (-< 05

Ch b? 8

SB ! 3 < £ ωOCOH-HI—· c+ 3 OP>£ ® £

Ό O<H ΦH I

3 <j >O 03 Ot-J C-IPDP°£ O Ό n f*JQX £»c+ c+O 03 «< 3 N w 1-3 O ox 05 05 I—1 c+ c+ cr • O 03 £ ϊΡ:£ H H“ 3 £ ω HO Η·ΗH> £ OP 03 £ O<

H O

I 00 00 -3 Ok -P* —4 —4 kO kO —3 -Ρ» kO kO kO 00 —3 PO < £ CO (D H· l-> Ok kn kn PO H kO H kO H H o kO kn kn í^ PO —3 PO o £ PV £ O PO PO N O 03 £ 00 -P- kO —4 PO -4 kn —3 kO -Ρ» Ok —4 kO kO PO 1—1 o Φ £ CK 00 Cj kn bJ kO Ok —4 H o —3 kO 00 bo H 00 co Ok 1 Η ΦH 1 ω CO 00 -4 kn bo —3 00 bJ -f^ Ok 00 kO oo -4 00 CO co kO Ok Η· Φ -4 -b Ok -P- -P- 00 o Ok H O H kn o 00 H P* 00 H kn c+ Η 03 Φ 00 kn kn F—1 PO 00 Ok kn PO Ok 00 bJ —4 bJ kO —4 PO kO kO PV kn PO -P- -P> kO -P- kO —4 t-* —4 o co O H1 Μ bo -P- bJ oo ch Ρ·

I —4 Ok —4 PO kn -4 bo bo H -P· Ok PO kn —4 —4 kn kn —3 -P- —4 kn bo Ok —3 kn -3 —3 —4 00 —3 —3 Ok Ok H* bo bo PO kn —3 bo kO kn PO -4 Ok bJ —3 no O —4 —4 n bo PO PO H kO O 00 H O bJ ·> Ok Ok kO -3 O kn PO PO kn -P-

c+ σχ N< Φ co

H

O c o< φ 03 H· 03 03

H pr s? 'jfi V-\ ví';·

>£· ίφ &amp; tft; VÍ

V É

MS 10 Z tabulky je možno soudit, jak výběrem katalyzátoru,koncentrací katalyzátoru atd., je možno dosáhnout selektivi-ty až 95 % θ konverze sloučeniny I ze sloučeniny II okolo 78 %. \ Příklady 20 až 25 V tabulce II je možno vidět vliv použití anhydridu kyse-liny, kdy se koncentrace acetanhydridu ke sloučenině II měnilaod nuly do 1,25 molu. Byla použita stejná aparatura jako propokusy v tabulce I. Pro každý pokus bylo použito 180 g suro-vého 4z-acetoxyfenylmethylkarbinolu (sloučeniny II) a 0,1hmotnostních procent fenothiazinu jako inhibitoru. Tyto lát-ky byly smíšeny před zahříváním. Také byl přimíšen katalyzá-tor (85 % hm. kyselina fosforečná, tj. 0,32 mol. %) a reakč-ní směs byla uváděna do zahřívané reakční nádoby v množství2 g/min, kdy zbytek byl udržován na teplotě 180 °C. - 11 - o o O O o O ** w ** *· w w vo v£> vD vD VO VD Γ0 4* O O H ΙΌ

H H· O O O O rV O -3 ví IV o VI O VI O VI o

O O o O o o w M w M w M Ch -3 ΟΛ Ok Ch VI kO o VI —3 Ok IV hd 4< Ηχ

FY

H 05 o> 3 < 2 ω O 05 H· H t—1 ří- 3 o po £ 05 ť Ό H o< ro H 1 B < > O 05 Ω

H> HfVf> C O

B 3 WO Η· |—1Η 3 O• 05 P

fX H ro

I 3 ω

05 H kO kO kD kO kD kD • FY O H3 Cd 4> VI VI 00 kD o M £ 05 *· w w w w £3 l-t O< cr F-* (V o Cd 00 < Φ £ Φ 53 H 4 H· FY N 1 05 Φ

;t’r

·#·.; &amp; k< f’í Λ-·\ ·$; &amp;> COφi—1 co -~3 -3 -3 <1 VI Φ o 00 Ok 00 LaJ —3 íR FY w w w w w «· c+ -3 -3 σ» 4» -v 4» H· ω < 1—1 H· O <+ £ 05 GK Φ P <4 H· -3 -3 -o -3 —3 VI 'Cx £ V5 4»· rv -4 iv —3 c+ 05 — w «· — *- - φ< H H kD 4- 4« Cd N< F—1 w; » 8

S 8 ÍV.^ φ iy $

Vy«;

Cd rv C*J Cd 4* Ok IV \o Ok 00 H 4» w w *· VI o —3 o 4· IV 0Q N4 cr05 ·<;B c+po Φ fy 12 V následujících příkladech je uveden vliv koncentrace ? polymerního zbytku v reakční nádobě během dehydratace slouče- niny II na výtěžek sloučeniny I. Příklad 26

Surový 4'-acetoxyfenylmethylkarbinol (sloučenina.II),v množství 0,58 molu, byl smíchán s acetanhydridem (0,64 molu), i fenothiazinem (0,1 % hmot.) a 85 % hmot. kyselinou fosforečnou > (0,32 mol. %). Tato reakční směs byla kontinuelně uváděna rych- | lostí 2 g/min do zahřáté reakční nádoby, upravené jako v pří- 5: kladech 1 až 25, a produkt byl jímán v hlavě destilační kolo- Ϊ ny. Reakční nádoba byla umístěna v olejové lázni o teplotě 220 až 230 °G a teplota zbytku byla udržována na 180 až 190 °C. í

Produkt - sloučenina I, v množství 155,4 g byla jímána z hlavy l destilační kolony a zbytek (24,6 g) byl shromážděn v teplé í reakční nádobě. Sloučenina I, 4-acetoxystyren, byl izolován ? v 74,1 % výtěžku. t Příklad 27 } £ £

Zbytek z příkladu 26, směs surové sloučeniny II (0,58 mo- | lu) s acetanhydridem (0,64 molu), fenothiazinem (0,1 % hmot.)a 85 % hmot. kyseliny fosforečné (0,32 mol. %) byly kontinuelně * dávkovány způsobem podle příkladu 26. Produkt (183,3 g), který | obsahoval sloučeninu I, byl jímán na vrchu destilační kolony íj :r a zbytek zůstal v reakční nádobě. 4-acetoxystyren (sloučenina I) byl izolován ve výtěžku 91,7 %. &amp; Příklad 28 f

Zbytek z příkladu 27, směs surové sloučeniny II (0,58 molu)s acetanhydridem (0,64 molu), fenothiazinem (0,1 % hmot.) a85 % hmot. kyseliny fosforečné (0,32 mol. %') byly kontinuelně - 13 dávkovány způsobem podle příkladu 27. Produkt (173,6 g), kte-rý obsahoval sloučeninu I, byl jímán na vrchu destilační kolo-ny a zbytek zůstal v reakční nádobě spolu, se zbytky z příkladů26 a 27. 4-acetoxystyren (sloučenina I) byl izolován ve výtěž-ku 86,7 %.

Celkový výtěžek 4-acetoxystyrenu (sloučeniny I) z příkla-dů 26, 27 a 28 byl 84,1 %.

Průmyslová využitelnost

Postupem podle vynálezu je možno připravovat 4-acetoxy-styren v kontinuelním nebo semikontinuelním režimu se zvýšenouselektivitou a výtěžností. 4