DE69508761T2

DE69508761T2 - Haloalkylierungsverfahren

Info

Publication number: DE69508761T2
Application number: DE69508761T
Authority: DE
Inventors: Tse-Chong Wu
Original assignee: Albemarle Corp
Current assignee: Albemarle Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-06-28
Also published as: DE69508761D1; US5475170A; JPH10502348A; EP0767768A1; WO1996000202A1; EP0767768B1; CA2193675A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung in einem Haloalkylierungsverfahren, wie es auf aromatische Verbindungen angewendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Friedel-Crafts-Reaktionen sind gut bekannt und, sind in Monographien wie beispielsweise Olah, G. A. et al., Friedel-Crafts Chemistry, John Wiley & Sons, 1973, sowie anderen umfangreichen Überblickartikeln zusammengefaßt worden, siehe beispielsweise Thomas, C. A., Anhydrous Aluminium Chloride in Organic Chemistry, Reinhaldt Publishing Corp., New York, 1961.
Im allgemeinen werden solche Reaktionen als irgendeine Substitutions-, Isomerisierungs-, Eliminierungs-, Crackpolymerisations- oder Additionsreaktion angesehen, die unter dem katalytischen Effekt von Säurehalogeniden vom Lewis-Säure-Typ (mit oder ohne Co-Katalysator) oder Protonensäuren stattfinden.
In einem speziellen Fall einer Reaktion vom Friedel-Craft-Typ ist es bekannt, daß aromatische Verbindungen haloalkyliert werden können, indem sie mit einem Halogenwasserstoff und einem geeigneten Aldehyd oder mit einem α-Haloalkylether oder einem α- Haloalkylalkylether in Gegenwart einer Lewis-Säure oder einer Protonensäure als Katalysator, am üblichsten in Gegenwart von Zinkchlorid, umgesetzt werden.
Die Haloalkylierungen, die Formaldehyd oder einen sich von Formaldehyd ableitenden Ether verwenden, sind erfolgreich hinsichtlich der Lieferung von recht hohen Ausbeuten von 1-Halogen-1- arylalkanen verwendet worden. Ausreichend hohe Ausbeuten von 1- Halogen-1-arylalkanen sind manchmal ebenfalls durch Haloalkylierungen erhalten worden, die höhere Aldehyde oder Ether, die sich von ihnen ableiten, verwendeten. Es ist jedoch häufig nicht als möglich gefunden worden, wirtschaftlich akzeptable Ausbeuten von 1-Halogen-1-arylalkanen aus den höheren Aldehyden und Ethern bereitzustellen, insbesondere wenn die aromatische Verbindung eine der weniger reaktiven ist, wie beispielsweise ein monoalkylaromatischer Kohlenwasserstoff. Es hat viel zu viel an Bildung von Diarylalkannebenprodukt gegeben.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist jetzt gefunden worden, daß das Nebenproduktdimer, das durch die Friedel-Crafts-Haloalkylierungsreaktion gebildet wird, katalytisch mit einer zweiten aromatischen Verbindung behandelt werden kann, die entweder die gleiche ist oder von der ersten in der Haloalkylierungsreaktion verwendeten aromatischen Verbindung verschieden ist, um das Dimer zu spalten und die erste aromatische Verbindung zu regenerieren.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Wie angegeben ist, erzeugt das Haloalkylierungsverfahren eine unerwünschte Menge an dimerem Nebenprodukt.
Es ist jetzt gefunden worden, daß dieses dimere Produkt leicht gespalten werden kann, indem es mit einer zweiten aromatischen Verbindung (eine aromatische Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition) behandelt wird, die die gleiche wie die erste aromatische Verbindung oder davon verschieden sein kann.
Die Behandlung wird in Gegenwart einer wirksamen Menge eines Katalysators durchgeführt, der einer oder mehrere der hierin beschriebenen Friedel-Crafts-Katalysatoren sein kann, oder er kann eine Protonensäure, ein Säureharz, ein Säurezeolith, Ton oder Siliciumdioxid sein. Bei der Chlorethylierung von Isobutylbenzol aus 1-Chlor-1-phenylethan werden daher große Mengen 1,1- Bis(p-isobutylphenyl)ethan gebildet. Die Behandlung dieses dimeren Nebenprodukts mit Benzol, und Toluol oder anderen alkylierten Benzolen unter sauren Bedingungen, vorzugsweise mit einer Lewis-Säure oder Protonen, wie hierin beschrieben ist, regene riert die Ausgangsmaterialien der Haloalkylierungsreaktion (Isobutylbenzol). Das alkylierte Benzol bildet die dimere Verbindung, z. B. Benzol bildet 1,1-Diphenylethan.
Die erste aromatische Verbindung, die erfindungsgemäß verwendet wird, weist mindestens ein freies Ringproton auf und kann eine carboxylische aromatische Verbindung, z. B. ein unsubstituierter aromatischer Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Benzol, Naphthalin, Anthracen und Phenanthren, ein polyalkylaromatischer Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Xylol, Pseudocumol und Mesitylen, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, der einen Substituenten wie Halogen, Cyano, Nitro, Hydroxy, Alkoxy, Phenoxy und Alkylthio trägt (z. B. die 2-, 3- und 4-Chlornitrobenzole, die 2-, 3- und 4-Fluornitrobenzole, 4-Fluornitrobiphenyl, 6- Methoxynaphthalin und Phenoxybenzol) sein, oder sie kann eine heterocyclische aromatische Verbindung wie beispielsweise Chlorcarbazol, 2-Phenyl-1-isoindolinon, 6-Fluor-5-nitro- und -chinolin sein. Wegen des kommerziellen Interesses an ihren haloalkylierten Produkten und der Schwierigkeit, die zuvor mit der Herstellung der gewünschten 1-Halogen-1-arylalkane aus ihnen verbunden war, sind die bevorzugten aromatischen Verbindungen jedoch monoalkylaromatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Methylnaphthalin, 2-Methoxynaphthalin, 9-Methylanthracen, 9- Butylanthracen, 9-Dodecylanthracen und die verschiedenen Monoalkylbenzole, z. B. die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isobutyl-, sec.-Butyl-, tert.-Butyl-, Isopentyl-, tert.-Pentyl- und Hexylbenzole. Die am meisten bevorzugten aromatischen Verbindungen sind die Monoalkylbenzole, bei denen die Alkylgruppe 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthält.
Die am häufigsten verwendeten Haloalkylierungsmittel sind: Aldehyde mit Halogenwasserstoffen, Haloalkylether, Haloalkylsulfiden, Acetale mit Halogenwasserstoffen, Di- und Polyhaloalkanen, Haloalkanen, Haloalkoholen, Haloalkylsulfaten, Haloalkyl-p-tosylaten und verschiedene Haloalkyl-anorganische Säureester.
Die bevorzugte in dem verbesserten Verfahren verwendeten Haloalkylierungsmittel sind Aldehyde und Halogenwasserstoffe sowie Haloalkylether.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Haloalkylierungsreaktion mit einem Ether durchgeführt. Der Ether, der mit dem aromatischen Kohlenwasserstoff umgesetzt wird, ist ein Ether, der der Formel R-O-R' entspricht, in der R eine α-Chloralkylgruppe mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 20 Kohlenstoffatomen und am meisten bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, und R' gleich R oder eine Alkylgruppe ist, die vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome, am meisten bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält.
Beispielhaft für die Ether, die verwendet werden können, sind α- Chlorethylether, der auch als Chlorethylether bekannt ist, 1- Chlorethylether, Bis(1-chlorethyl)ether oder Di(1-chlorethyl)- ether, α-Chlorpropylether, α-Chlorbutylether, α-Chlorpentylether, α-Chlordodecylether, α-Chlorpentadecylether, α-Chloroctadecylether, α-Chloreicosylether, α-Chlorethylmethylether, α- Chlorethylethylether, α-Chlorethylpropylether, α-Chlorbutylbutylether, α-Chlorpentylmethylether und α-Chlorhexylether. Die bevorzugten Ether sind die α-Chloralkylether wie beispielsweise α-Chlorethylether.
Wenn sie noch nicht erhältlich sind, können die Ether durch die herkömmliche Technik der Umsetzung von Chlorwasserstoff mit einem geeigneten Aldehyd gebildet werden, und wenn ein Chloralkylether gewünscht ist, auch mit dem geeigneten Alkohol, unter Bildung des gewünschten Ethers und Wasser. Das Wasser kann oder kann nicht aus dem Reaktionsprodukt entfernt werden, bevor der Ether in dem Haloalkylierungsverfahren verwendet wird, aber es ist im allgemeinen bevorzugt, jegliches Wasser zu entfernen, das den Wassergehalt der Haloalkylierungsreaktionsmischung dazu bringen würde, etwa 15 Gew.-% des verwendeten Katalysators zu übersteigen.
Die Menge des in der Haloalkylierungsreaktion verwendeten Ethers kann so klein wie die stöchiometrischen Mengen sein, d. h. die Menge, die eine R-Gruppe pro Molekül aromatischer Kohlenwasserstoff liefert. Es ist jedoch im allgemeinen bevorzugt, eine Menge zu verwenden, die mindestens zwei R-Gruppen pro Molekül aromatischer Verbindung liefert.
Die obige Ausführungsform ist als alternatives Verfahren zur Herstellung von 1-Halogen-1-arylalkanen aus aromatischen Verbindungen brauchbar, die dafür bekannt sind, daß sie in der Lage sind hohe Ausbeuten solcher Produkte durch bekannte Haloalkylierungstechniken zu ergeben. Sie ist jedoch besonders vorteilhaft als ein Verfahren zur Herstellung von 1-Halogen-1-arylalkanen aus den weniger reaktiven aromatischen Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Monoalkylbenzolen, die zuvor nicht als in der Lage befunden wurden, hohe Ausbeuten solcher Produkte durch Haloalkylierungsverfahren zu liefern, die von Halomethylierungen verschieden sind.
Wie hierin angegeben ist, sind die Katalysatoren zur Verwendung in dem Friedel-Crafts-Verfahren katalytisch effektive Mengen vom Lewis-Säure-Typ und umfassen die Protonensäuren wie beispielsweise HF und H&sub2;SO&sub4; sowie Halogenide von Zink, Aluminium, Gallium, Eisen(III), Antimon, Zirkon, Zinn und Bor. Ein besonders bevorzugter Katalysator, der zur Durchführung von Reaktionen vom Friedel-Crafts-Typ verwendet wird, ist Aluminiumchlorid. Die Umsetzung wird für einen Zeitraum und bei einer Temperatur durchgeführt, die notwendig sind, um das Produkt zu erzeugen, typischerweise Temperaturen von etwa 25 bis 100ºC für etwa 15 Minuten bis etwa 24 Stunden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Haloalkylierungsreaktion mit einem Aldehyd und einem Halogenwasserstoff durchgeführt.
Das Aldehyd, das mit dem aromatischen Kohlenwasserstoff umgesetzt wird, weist die Formel R"CHO auf, in der R" Wasserstoff oder eine Alkylgruppe ist, die vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält.
Beispielhaft für die Aldehyde, die verwendet werden können, sind Acetaldehyd, Propionaldehyd, n-Butyraldehyd, Isobutyraldehyd, n- Valeraldehyd, Isovaleraldehyd, n-Caproaldehyd, Heptaaldehyd oder Steraldehyd. Am meisten bevorzugt ist das Aldehyd Acetaldehyd. Die Haloalkylierungsreaktion mit den obigen Aldehyden erfordert ein Halogenwasserstoff, wobei das Halogen ersetzt wird, wenn die Alkylgruppe an den aromatischen Ring addiert wird. Bei einer Chloralkylierung muß daher der Halogenwasserstoff Chlorwasserstoff sein, für eine Bromalkylierung muß er Bromwasserstoff sein.
Die für die Haloalkylierungsreaktion von aromatischen Kohlenstoffatomen mit Ethern angegebenen Katalysatoren sind auch für die Verwendung in dieser Ausführungsform der Erfindung brauchbar.
Wie bekannt ist, sind die Produkte, die durch das Verfahren erhalten werden, als interne Standarde, Zwischenprodukte für die Herstellung von Monomeren, Reinigungsmitteln und Pharmazeutika brauchbar. Wenn sie als chemische Zwischenprodukte verwendet werden, können sie den gleichen Reaktionen unterzogen werden, wie sie bisher verwendet wurden, um sie in die gewünschten Produkte umzuwandeln. Beispielsweise können die 1-Halogen-1-phenylethane auf irgendeine bekannte Weise dehydrohalogeniert werden, um Styrole zu liefern, die dann durch bekannte Techniken polymerisiert werden können.
Eine besonders interessante Anwendung der 1-Halogen-1-(4-alkylphenyl)ethane, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden, ist die als Zwischenprodukte für die Herstellung von Ibuprofen und verwandter Pharmazeutika. Wenn sie in solchen Anwendungen verwendet werden, können sie auf irgendeine geeignete Weise in die gewünschten Produkte umgewandelt werden. Beispielsweise können sie mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Carbonylierungskatalysators umgesetzt werden und dann zu den entsprechenden Propionsäuren angesäuert werden, wie es in Gardano et al., US-A-4 536 595, Francalanci et al., CA-A- 1 197 254 oder Dynamit Nobel, GB-A-1 560 082 beschrieben ist, oder sie können für cyanisiert und dann zu den entsprechenden Propionsäuren angesäuert werden, wie es in Palacek et al., Tschechoslowakisches Zertifikat 219 752 oder Tokutake, JP Kokai 52-111536 beschrieben ist. Andere brauchbare Synthesen umfassen die Umsetzung der Verbindungen mit Magnesium, die Carbonierung des resultierenden Grignard-Reagenzes mit Kohlendioxid und die Ansäuerung des carbonierten Produkts zu der Propionsäure, wie es in Miyatake et al., JP Kokai 47-39050 beschrieben ist.
Die folgenden Beispiele sind lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben und sollen die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, auf keine Weise beschränken.

BEISPIEL 1

DBPE [1,1-Bis(p-isobutylphenyl)ethan] (5,00 g, 17,0 mmol), Benzol (40,0 g), (CF&sub3;SO&sub2;)&sub2;O (2,82 g, 10,0 mmol) und H&sub2;O (0,2 ml) wurden in einen Autoklaven (Hastelloy C, 100 ml) gegeben. Der Autoklav wurde im Abzug aufgebaut und dann mit N&sub2; 10 Minuten lang gespült. Die Mischung wurde 14 Stunden lang bei 125ºC erhitzt. Eine gaschromatographische Analyse (GC) einer Probe zeigte eine vollständige Umwandlung. Die Reaktionsmischung enthielt Ethylbenzol (2,5 GC-Flächen-%), Isobutylbenzol (64,1%), p-Ethylisobutylbenzol %) und 1,1-Diphenylethan (24,8%).

BEISPIEL 2

Eine Mischung von AlCl&sub3; (0,40 g, 3,0 mmol), DBPE (1,0 g 3, 4 mmol) und Benzol (15 g) wurden 4 Stunden lang unter Stickstoff refluxiert. Eine gaschromatographische Analyse (GC) zeigte eine vollständige Umwandlung. Die Reaktionsmischung enthielt Ethylbenzol (12,4 GC-Flächen-%), Isobutylbenzol (61,2%) und 1,1-Diphenylethan (11,8%).

BEISPIEL 3

Eine Mischung von AlCl&sub3; (0,40 g, 3,0 mmol), DBPE (1,0 g, 3,4 mmol) und Toluol (15 g) wurden unter Stickstoff 4 Stunden lang bei 105ºC gerührt. Eine gaschromatographische Analyse (GC) einer Probe zeigte eine vollständige Umwandlung. Die Reaktionsmischung enthielt Ethyltoluol (18,7 GC-Flächen-%), Isobutylbenzol (48,6%), Isobutyltoluol (20,8%) und 1-(p-Isobutylphenyl)- 1-tolylethan (9,6%).

BEISPIEL 4

Amberlyst 35 (1,0 g), DBPE (4,5 g) und Benzol (30 g) wurden in einen Autoklaven (Hastelloy C, 100 ml) gegeben. Der Autoklav wurde im Abzug aufgebaut und dann 10 Minuten lang mit N&sub2; gespült. Die Mischung wurde 30 Stunden lang bei 150ºC erhitzt. Eine GC- Analyse einer Probe zeigte, daß die Reaktionsmischung Isobutylbenzol (3,4 GC-Flächen-%), 1-(4-Isobutylphenyl)-1-phenylethan (4,0%) und nicht-umgesetztes DBPE (90%) enthielt.

BEISPIEL 5

DBPE (2,0 g), Benzol (30,0 g) und H&sub2;S&sub4;O (95%, 3,0 g) wurden in einen Autoklaven (Hastelloy C, 100 ml) gegeben. Der Autoklav wurde im Abzug aufgebaut und dann 10 Minuten lang mit N&sub2; gespült. Die Mischung wurde 7 Stunden lang bei 130ºC erhitzt. Eine GC- Analyse einer Probe zeigte, daß die Reaktionsmischung Isobutyl benzol (28 GC-Flächen-%), p-Ethylisobutylbenzol (0,7%), 1,1- Diphenylethan (3,1%), 1-(4-Isobutylphenyl)-1-phenylethan (11%) und nicht-umgesetztes DBPE (58%) enthielt.

Claims

1. In einem Verfahren zur Haloalkylierung einer ersten aromatischen Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition mit einem Haloalkylierungsreagens in Gegenwart eines Haloalkylierungskatalysators, wobei das Verfahren eine haloalkylierte erste aromatische Verbindung und ein dimeres Reaktionsnebenprodukt der ersten aromatischen Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition erzeugt, die Verbesserung, die die Behandlung des Nebenproduktes mit einer zweiten aromatischen Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition, die die gleiche oder eine andere ist als die erste aromatische Verbindung, in Gegenwart einer katalytisch wirksamen Menge einer Säure für einen Zeitraum und bei einer Temperatur, die ausreichen, um das Diarylalkan-Nebenprodukt zu spalten und dadurch die erste aromatische Verbindung mit mindestens einer freien. Ringposition zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste aromatische Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition ein Monoalkylbenzol ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Monoalkylbenzol ein solches ist, bei dem die Alkylgruppe 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Monoalkylbenzol Isobutylbenzol ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Haloalkylierungsmittel ein Dialkylether mit der Formel R-O-R' ist, in der R eine α-Chloralkylgruppe ist, die mindestens zwei Kohlenstoffatome enthält, und R eine Alkylgruppe ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem R eine α-Chloralkylgruppe ist, die 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, und R' R oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Dialkylether α-Chlorethylether ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite aromatische Verbindung mit mindestens einer freien Ringposition Benzol oder ein monoalkyliertes Benzol ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die zweite aromatische Verbindung Benzol ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Säure eine Lewis- Säure ist.