TW202100501A - ４－羥基－２－甲基苯甲酸之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種適合於工業化之新穎的4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法。就解決手段而言，本發明係提供一種4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，其係進行使通式(1)所表示之化合物與二氧化碳反應而得到通式(2)所表示之化合物之步驟(I)，接著進行使通式(2)所表示之化合物脫烷基化之步驟(II)。

Description

4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法
本發明係關於一種新穎的4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，其係具有將羧基導入至酚類之步驟。
羧基往酚類之導入反應，為人所知者有科爾貝-施密特反應(Kolbe-Schmitt Reaction)。科爾貝-施密特反應為使用苯氧化鹼金屬與二氧化碳之反應，反應條件常常需要為高溫/高壓，具體而言，需要反應溫度約200℃、反應壓力約數百至數千kPa。因此，科爾貝-施密特反應需使用專用的設備。再者，科爾貝-施密特反應之反應的選擇率低，常常難以達成在目標之苯環上的位置上的羧基化。尤其是，經烷基取代之酚類由於取代基之立體性及電子性的因素，難以顯現目標位置之選擇性。
另一方面，4-羥基-2-甲基苯甲酸儘管有用於作為醫藥品原料或樹脂原料，然而在嘗試將羧基導入於酚性羥基的對位之情形下，由於相鄰接之甲基的存在，而有羧基化的選擇率降低之問題存在。於此羧基的導入中，係已提出各種用以提高反應選擇性之手法。
例如，於專利文獻1中記載有以間甲酚的鉀鹽作為起始原料，並在235℃、 8.5MPa下使碳酸鉀、一氧化碳反應，藉此以產率18mol%(相對於間甲酚)得到4-羥基-2-甲基苯甲酸與4-甲基柳酸之混合物，然而，就選擇性而言無法謂為優異之反應。
再者，於專利文獻2中記載有以間甲酚作為起始原料，並使用環糊精與表氯醇之共聚物、銅粉末作為觸媒，於氫氧化鈉水溶液中使其與四氯化碳反應，藉此，可高選擇性地使酚性羥基的對位羧基化。然而，所使用之四氯化碳為臭氧層破壞物質、使用大量的氫氧化鈉水溶液、且更使用與原料為同等量程度的觸媒之反應條件，就工業上的製造方法而言欠缺實用性。
再者，於專利文獻3中記載有以3,4-二甲苯酚作為起始原料，並使用微生物的戀臭假單胞菌(Pseudomonas Putida)使酚性羥基之對位的甲基氧化，藉此可選擇性地合成4-羥基-2-甲基苯甲酸。然而，需要微生物的管理以及使用反應、處理的專用特殊設備等，就工業上的製造方法而言不實用。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：美國專利第3655744號說明書
專利文獻2：國際公開第1985/03701號
專利文獻3：日本特開平07-213295號公報
本發明係以上述情況為背景而創作者，其課題在於提供一種適合 於工業化之新穎的4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法。
本發明者們係鑑於前述先前技術的問題點進行精心探討，結果發現進行使用具有可脫離的烷基之通式(1)所表示之化合物與二氧化碳來進行科爾貝-施密特反應之步驟(I)，接著進行脫烷基化之步驟(II)，藉此，可得到使酚性羥基的對位高選擇性地羧基化之4-羥基-2-甲基苯甲酸，進而完成適合於工業化的以溫和的反應條件進行之本發明。
再者，並發現藉由使用非質子性極性溶劑作為步驟(I)的反應溶劑，可進一步提升反應效率。
本發明係如下列所述。
1.一種4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，係進行使下述通式(1)所表示之化合物與二氧化碳反應而得到下述通式(2)所表示之化合物之步驟(I)，接著進行使通式(2)所表示之化合物脫烷基化之步驟(II)，
Figure 109107280-A0202-12-0003-2
式中，R1表示碳原子數3至8之分枝鏈狀的烷基或碳數5至6的環狀烷基，R2表示氫原子或鹼金屬，n表示1至3的整數；
Figure 109107280-A0202-12-0003-3
式中，R1、R2、n為通式(1)中的定義，R3表示氫原子或鹼金屬。
2.如1.所述之4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，其中，使用非質子性極性溶劑 作為步驟(I)的反應溶劑。
本發明之4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法與先前一般所知的科爾貝-施密特反應相比，由於是在極溫和的反應條件下進行反應，因此就不須使用進行高溫高壓反應之專用設備或反應裝置之點而言，乃極為有用者。
再者，由於本發明之製造方法可選擇性且有效率地得到4-羥基-2-甲基苯甲酸，就工業上的製造方法而言為極有利之方法。
尤其是，藉由使用非質子性極性溶劑作為步驟(I)的反應溶劑，可進一步提升反應效率，因此在工業上亦為有用。
以下，詳細地說明本發明。
如下述反應式所示般，本發明之製造方法係進行使通式(1)所表示之化合物與二氧化碳反應而得到下述通式(2)所表示之化合物之步驟(I)，接著進行使通式(2)所表示之化合物脫烷基化之步驟(II)之製造方法。
Figure 109107280-A0202-12-0004-4
反應式中，R1、R2、R3及n與上述通式(1)、(2)中的定義相同。
〈關於步驟(I)〉
步驟(I)的反應為使通式(1)所表示之化合物與二氧化碳反應而得到通式(2)所表示之化合物之步驟。
(通式(1)所表示之化合物)
本發明之製造方法係使用通式(1)所表示之化合物作為起始原料。
通式(1)中的R1表示碳原子數3至8之分枝鏈狀的烷基或碳數5至6的環狀烷基，具體而言，例如可列舉：異丙基、異丁基、第二丁基、第三丁基、1-甲基丁基、1,1-二甲基丙基、1-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1-甲基-1-乙基丙基、1-甲基己基、1,1-二甲基戊基、1-甲基-1-乙基丁基、1-甲基庚基、1,1-二甲基己基、1-甲基-1-乙基戊基、1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基、環戊基、環己基等。此等當中，較佳為第三級烷基，具體而言為第三丁基、1,1-二甲基丙基、1,1-二甲基丁基、1-甲基-1-乙基丙基、1,1-二甲基戊基、1-甲基-1-乙基丁基、1,1-二甲基己基、1-甲基-1-乙基戊基、1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基，尤佳為第三丁基或1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基，特佳為第三丁基。考量到科爾貝-施密特反應的配向性，通式(1)中之R1的取代位置較佳為羥基的鄰位，再者，就高選擇性地得到目標物之4-羥基-2-甲基苯甲酸而言，甲基的對位亦佳。
通式(1)中之R1的數目n表示1至3的整數，在n為2或3之情形中，R1不一定需為相同取代基，可為不同種類的取代基，惟從導入的容易性或脫烷基化之觀點而言，較佳為同種類的取代基。從脫烷基化的容易性而言，n較佳為1。
再者，通式(1)中的R2表示氫原子或鹼金屬。鹼金屬具體可列舉：鋰、鈉、鉀，當中較佳為鈉或鉀，特佳為鉀。
通式(1)所表示之化合物的較佳例子可列舉2-異丙基-5-甲基酚、2-(1-甲基丙基)-5-甲基酚、2-第三丁基-5-甲基酚、2-(1-甲基丁基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚、2-(1-甲基戊基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚、2-(1-甲基己基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基酚、 2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚、2-(1-甲基庚基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚、2-環戊基-5-甲基酚、2-環己基-5-甲基酚、2,6-二異丙基-3-甲基酚、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚、2-異丙基-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基丙基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-第三丁基-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基戊基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基己基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基庚基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-環戊基-5-甲基酚的鈉鹽、2-環己基-5-甲基酚的鈉鹽、2,6-二異丙基-3-甲基酚的鈉鹽、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚的鈉鹽、2-異丙基-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基丙基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基戊基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基己基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基庚基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-環戊基-5-甲基酚的鉀鹽、2-環己基-5-甲基酚的鉀鹽、2,6-二異丙基-3-甲基酚的鉀鹽、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚的鉀鹽等。此等當中，較佳為具有第三級烷基之2-第三丁基-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚、2-(1,1- 二甲基戊基)-5-甲基酚、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚、2-第三丁基-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚的鈉鹽、2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽、2,6-二(第三丁基)-3-甲基酚的鉀鹽，尤佳為2-第三丁基-5-甲基酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚、2-第三丁基-5-甲基酚的鈉鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鈉鹽、2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基酚的鉀鹽，特佳為2-第三丁基-5-甲基酚、2-第三丁基-5-甲基酚的鈉鹽、2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽。
再者，在使用通式(1)所表示之化合物與其鹽之混合物作為起始物質時，相對於R2為氫之化合物1mol，R2為鹼金屬之鹽較佳為1.0mol以上，上限較佳為2.0mol以下，尤佳為1.5mol以下，更佳為1.3mol以下。
(二氧化碳)
步驟(I)的反應係在反應容器內存在有二氧化碳氣體之狀態下進行。二氧化 碳氣體可於具有通式(1)所表示之化合物之反應容器內連續地吹送或間歇地吹送，惟較佳為連續地吹送之方法。再者，二氧化碳氣體可吹送於含有通式(1)所表示之化合物之反應液的液體中，或是吹送於反應液與反應容器之空間部。反應時的壓力可配合設備而在常壓、加壓中的任一項下實施，二氧化碳壓力較佳是在大氣壓至50.0kgf/cm2的範圍內進行。
(反應溶劑)
使用非質子性極性溶劑作為步驟(I)的反應所使用之反應溶劑時，可進一步提升反應效率，故而較佳。具體而言，此非質子性極性溶劑例如可列舉：1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone)、乙腈、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮(N-Methyl-2-Pyrrolidone)、二甲基亞碸、環丁碸(Sulfolane)、碳酸丙烯酯、六甲基磷酸三醯胺、N,N'-二甲基丙烯脲、四甲基脲等。當中較佳係在通式(1)所表示之鹼金屬鹽的存在下穩定性亦優異者，較佳為1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸。再者，此等可任意地組合使用。非質子性極性溶劑的用量並無特別限定，從經濟性之點而言，通常相對於通式(1)所表示之化合物為0.1重量倍以上，較佳為0.5至100重量倍，尤佳為1至20重量倍。
此等非質子性極性溶劑亦可與其他溶劑併用而使用。可併用之溶劑只要是對反應呈惰性則無特別限制，例如甲苯、二甲苯等之芳香族烴系溶劑，己烷、環己烷等之直鏈狀或環狀脂肪族烴系溶劑，除該等之外，亦可使用反應中所使用之通式(1)所表示之化合物作為溶劑。再者，於得到通式(1)所表示之化合物的鹽時，亦可於反應系統內存在用以使反應系統內脫水而使用之溶劑(與水共沸之溶劑)。再者，可與此等非質子性極性溶劑併用之溶劑可單獨使用或併用2種以上。
(反應條件)
步驟(I)中的反應溫度較佳為20至100℃，尤佳為50至90℃，特佳為60至80℃。反應壓力通常是在常壓下進行，惟亦可在加壓下進行。反應時間雖與反應溫度等條件相依，惟通常是在1至50小時的範圍，較佳為1至40小時的範圍，尤佳為1至30小時的範圍。再者，當步驟(I)中的反應是使用非質子性極性溶劑作為反應溶劑且在反應溫度20至100℃、常壓條件下實施反應，尤佳是使用非質子性極性溶劑作為反應溶劑且在反應溫度50至90℃、常壓條件下實施反應，特佳是使用非質子性極性溶劑作為反應溶劑且在反應溫度60至80℃、常壓條件下實施反應時，可高選擇性地使酚性羥基的對位羧基化，所以在有效率地得到目標之通式(2)所表示之化合物之點而言，此等反應條件為較佳的反應條件。
步驟(I)的反應於反應系統內存在水時會阻礙反應的進行，所以反應系統內必須處於經充分地脫水之狀態。將反應系統內脫水之方法可依據一般所知的方法進行，例如有效率且簡便的是：添加甲苯或乙酸乙酯等與水共沸的溶劑，並在餾出理論量的水後回收此共沸溶劑之方法。再者，其他例子可列舉使用另外調製之通式(1)所表示之化合物之無水的鹽之方法等。在此情形下，所使用之反應溶劑較佳係經脫水。
(反應後處理)
於步驟(I)的反應結束後，可藉由添加酸使所得到之通式(2)所表示之化合物作為結晶固體析出。可使用之酸只要是定義為布氏酸(Bronsted acid)之酸則可為任一種，具體可列舉：鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機酸；草酸、檸檬酸、乙酸等有機酸。當中較佳為鹽酸、硫酸。再者，此等酸可任意地組合使用。
所使用之酸的量係依據步驟(I)所得到之通式(2)所表示之化合物之量而不 同，惟，相對於起始原料之通式(1)所表示之化合物，較佳為1mol倍以上，亦可某種程度過剩地添加。
在藉由過濾等分離經由酸的添加所析出之固體後，較佳係藉由水與溶劑進行洗淨。此時，可使用之溶劑較佳係相對於所析出之固體與水之溶解度小且可分散之溶劑。具體可列舉：以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油英(Ligroin)、煤油等為代表之脂肪族烴；以苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙基苯、異丙苯、萘等為代表之芳香族烴。再者，此等可任意地組合使用。
(關於通式(2)所表示之化合物)
本發明之製造方法中的中間物為通式(2)所表示之化合物。
與通式(2)中的R1、R2、n相關之具體例或較佳例係與上述通式(1)中的R1、R2、n相同。再者，與通式(2)中的R3相關之具體例或較佳例係與上述通式(1)中的R2相同。惟，於通式(2)中R2與R3雖然可相同亦可相異，但就效率而言較佳為相同者。
通式(2)所表示之化合物的較佳例子可列舉：5-異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基庚基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-環戊基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-環己基-4-羥基-2-甲 基苯甲酸、3,5-二異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、3,5-二(第三丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基庚基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-環戊基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-環己基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、3,5-二異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、3,5-二(第三丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基庚基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-環戊基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5- 環己基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、3,5-二異丙基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、3,5-二(第三丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽等。此等當中，較佳為5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基己基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸、3,5-二丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、3,5-二(第三丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽、3,5-二(第三丁基)-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽，特佳為5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鈉鹽、5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的鉀鹽。
〈關於步驟(II)〉
步驟(II)的反應為使藉由步驟(I)所得到之通式(2)所表示之化合物脫烷基化之步驟。
(觸媒)
步驟(II)的反應可在觸媒的存在下進行。具體而言，可使用之觸媒例如可列舉：硫酸、對甲苯磺酸、甲烷磺酸、三氟甲烷磺酸之磺酸類；氯化鋁(III)、三氟化硼、溴化鐵(III)之路易斯酸。尤其是藉由在氯化鋁(III)的存在下進行反應，可在短時間內有效率地進行反應，故而較佳。
所使用之觸媒量相對於通式(2)所表示之化合物，可選自0.01至5mol倍中，在所使用之觸媒為路易斯酸之情形下，較佳為1至3mol倍，尤佳為2至3mol倍。在所使用之觸媒為磺酸之情形下，較佳約為0.1至1mol倍。
(反應溶劑)
步驟(II)的反應可於漿液狀、溶液狀中的任一種實施。可使用之反應溶劑具體可列舉：以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油英、煤油等為代表之脂肪族烴；以苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙基苯、異丙苯、萘等為代表之芳香族烴；以二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯為代表之含鹵素溶劑等。
所使用之反應溶劑的用量並無特別限定，從經濟性之點而言，通常相對於通式(2)所表示之化合物為0.1重量倍以上，較佳為0.5至100重量倍，尤佳為1至20重量倍。
(反應條件)
步驟(II)中的反應溫度可因應所使用之觸媒或反應溶劑任意地選擇。例如，在使用路易斯酸觸媒時為20至80℃，較佳為25至60℃，尤佳為30至50℃。在使用磺酸觸媒時為80至200℃，較佳為100至190℃，尤佳為120至180℃。
步驟(II)中的反應壓力可在常壓或減壓中任一項進行。在可有效率地將所生成之碳化氫氣體往反應系統外排除之點而言，較佳是在減壓下進行反應。再者，即使在常壓下進行反應，亦可藉由一面使惰性氣體少量地流往反應系統內一面實施反應，而得到可有效率地將所生成之碳化氫氣體往反應系統外排除之效果。
實施步驟(II)之反應時間可因應所使用之觸媒或反應溶劑，於1至24小時的範圍內，一面適當地確認反應的進行一面實施。反應時間較短時，有無法充分地進行反應之情形，再者，反應時間為長時間時，會進行目標外的反應而成為選擇 率惡化之原因。
(反應後處理)
在步驟(II)的反應中使用觸媒之情形下，於反應結束後必須因應所使用之觸媒進行後處理。因應觸媒的種類之後處理可依據一般所知的方法進行。
例如，在使用氯化鋁(III)作為觸媒之情形時，必須使用酸使藉由後處理所使用之水與無水氯化鋁之反應所生成的氫氧化鋁溶解於水，以與目標物分離。可使用之酸只要是定義為布氏酸之酸則可為任一種，具體可列舉：鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機酸；草酸、檸檬酸、乙酸等有機酸。特佳為鹽酸、硫酸。再者，此等可任意地組合使用。所使用之酸的量相對於所使用之氯化鋁(III)，較佳為過剩量。在此，若未添加足夠的酸時，目標物不會析出。添加酸時，除了反應溶劑以外亦可使用溶劑。可使用之溶劑較佳為目標物的溶解度小之溶劑。具體可列舉：以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油英、煤油等為代表之脂肪族烴；以苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙基苯、異丙苯、萘等為代表之芳香族烴。再者，此等可任意地組合使用。
於所使用之觸媒經過後處理後，為了單離目標物，可採用一般所知的方法。例如，將不良溶劑添加於觸媒經過後處理後的液體或是餾除溶劑，或者是如上述般在使用氯化鋁(III)作為觸媒時，藉由與含有酸之溶液混合等以使目標物析出並將此過濾，藉此可得到目標物之析出物。
所得到之析出物可藉由再結晶等方法進一步精製。由再結晶所進行之精製較佳係組合良溶劑與不良溶劑進行。良溶劑例如可使用：甲醇、乙醇、丙醇之醇系溶劑；丙酮、甲基異丁酮之酮系溶劑等，不良溶劑例如可使用：水；或庚烷、環己烷、甲苯等烴系溶劑等。
〈最終生成物：4-羥基-2-甲基苯甲酸〉
根據本發明之製造方法，可得到純度98.0%以上，較佳為98.5%以上，尤佳為99.0%以上之目標的4-羥基-2-甲基苯甲酸。
[實施例]
以下，藉由實施例更具體地說明本發明，惟，本發明並不限定於此等實施例。
實施例中的原料轉化率、反應選擇率與純度係藉由下列方法分析。
[分析方法]
1.液相層析之裝置、分析條件、分析樣本調製方法
裝置：島津製作所股份有限公司製ProminenceUFLC
泵：LC-20AD
管柱烘箱：CTO-20A
檢測器：SPD-20A
管柱：HALO C18
烘箱溫度：50℃
流量：0.7ml/min
移動相：(A)乙腈、(B)0.1wt%磷酸水
梯度條件：(A)體積%(從分析開始之時間)
20%(0min)→40%(5min)→100%(5min)→100%(2min)
試樣注入量：3μl
檢測波長：280nm及254nm
〈反應液分析〉
於50ml量瓶精秤反應液。依序添加水(10ml)、85%磷酸(1滴)，並藉由乙腈來對準秤線。惟，在含有AlCl3時，係藉由針筒過濾器進行過濾。
〈結晶分析〉
於50ml量瓶精秤結晶，並藉由乙腈來對準秤線。
2.反應選擇率的算出方法
「反應選擇率(%)」=(反應液中的目標物量)÷(反應液中的目標物與副產物之合計量)×100
上述式中的「反應液中的目標物量」與「反應液中的目標物與副產物之合計量」，係從藉由液相層析測定所得到之數值，使用絕對檢量線法計算出。
〈關於絕對檢量線法〉
分別針對原料、目標物、雜質的部分，預先製作出上述分析方法中從各濃度(濃度：1、2、10、30mg/50ml的4種)所算出之檢量線。取樣反應液(結晶)並使用50ml量瓶以調製出藉由乙腈所稀釋之液體。使用檢量線，從藉由分析所得到之面積值中算出稀釋後的濃度，並算出反應液(結晶)中所含有之各組成的重量，藉此導出下述原料轉化率及選擇率。
〈參考例1(2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽之合成)〉
將2-第三丁基-5-甲基酚70.0g(0.43mol)、48.8%氫氧化鉀水溶液53.9g(0.47mol)投入於茄形燒瓶，於旋轉式蒸發器中以溫度180℃、壓力1.2kPa進行2小時以上以充分地餾除系統內的水分。於乾燥的氮氣環境下藉由研缽粉碎所得到之固體，而得到白色粉末之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽86.1g。
關於本發明之藉由通式(1)中之取代基「R1」的存在所致之步驟(I)的反應選擇性，係於實施例1及比較例1中進行驗證。
〈實施例1〉
將參考例1中所得到之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽12.1g(0.06mol)、2-第三丁基-5-甲基酚88.2g(0.54mol)投入於四頸燒瓶，升溫至溫度70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行5小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為19%。
〈比較例1〉
將以與參考例1相同之方法得到之間甲酚的鉀鹽13.3g(0.09mol)、輕油50.0g投入於高壓釜，一面吹送二氧化碳一面於170至200℃下進行5小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為以產率42.1%得到作為主生成物的4-甲基柳酸。此時之4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為0%。
〈與反應選擇性相關之考察〉
藉由上述實施例1的結果，可確認到在使用2-第三丁基-5-甲基酚作為起始原料之科爾貝-施密特反應中，在與先前的科爾貝-施密特反應溫度相比為極低之溫度(實施例1為70℃)下，可得到羧基被選擇性地導入於酚性羥基的對位之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸。
相對於此，從比較例1的結果，可確認到在使用間甲酚(3-甲基酚)作為起始原料進行科爾貝-施密特反應時，即使在與先前相同之170至200℃的高溫條件下，亦完全無法得到羧基被導入於酚性羥基的對位之4-羥基-2-甲基苯甲酸，且確認到僅得到羧基被導入於酚性羥基的鄰位之4-甲基柳酸。
從實施例1與比較例1之結果，可得知在本發明之通式(1)所表示之化合物 中，藉由存在烷基R1，在與先前的科爾貝-施密特反應溫度相比為極低之反應溫度下，可將羧基選擇性地導入於酚性羥基的對位。
接著關於步驟(I)之反應效率的提升，係進行下列探討。
〈實施例2〉
將2-第三丁基-5-甲基酚50.0g(0.30mol)、48.8%氫氧化鉀水溶液38.9g(0.34mol)投入於茄形燒瓶，於旋轉式蒸發器中以溫度180℃、壓力1.2kPa進行2小時以上以充分地餾除系統內的水分。於乾燥的氮氣環境下藉由研缽來粉碎所得到之固體，而得到白色粉末之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽59.4g。
接著，將合成出之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽12.0g(0.06mol)、經分子篩4A(Nacalai Tesque股份有限公司製)脫水之二甲基甲醯胺100.1g投入於四頸燒瓶，升溫至溫度70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行16小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為94%。
〈實施例3〉
將2-第三丁基-5-甲基酚102.5g(0.62mol)、48.8%氫氧化鉀水溶液78.9g(0.69mol)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮204.8g、甲苯153.7g投入於四頸燒瓶，並安裝迪安-斯塔克(Dean-Stark)蒸餾器。接著在攪拌下以溫度90℃以上進行5小時的反應以充分地餾除系統內的水分。然後將迪安-斯塔克蒸餾器換插於餾出管，以溫度135℃回收系統內的甲苯(甲苯回收率87%)。
回收結束後將系統內冷卻至70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行26小時的反應。於攪拌下將水361.3g、35%鹽酸水75.9g、環己烷128.1g加入於所得到之反應結束液時析出固體。過濾所析出之固體，使用環己烷160.0g 與水160.0g進行洗淨/乾燥，而得到純度95.8%之白色結晶64.1g。相對於轉化後的2-第三丁基-5-甲基酚之產率為73%，藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為86%。
NMR及LC-MS之結果，可確認到所得到之白色固體為具有下述化學結構之目標的反應中間物。
Figure 109107280-A0202-12-0019-5
熔點：149.6℃(依據示差掃描熱析法)
分子量：208.26
質子NMR的鑑定結果(400MHz、溶劑：DMSO-d6、內部標準：四甲基矽烷)化學位移(信號形狀、質子數)：1.33ppm(s,9H)、2.41ppm(s,3H)、6.65ppm(s,1H)、7.76ppm(s,1H)、9.99(s,1H、-OH)、12.20(s,1H、-COOH).
〈實施例4〉
將2-第三丁基-5-甲基酚20.0g(0.12mol)、48.8%氫氧化鉀水溶液15.4g(0.13mol)、N-甲基-2-吡咯啶酮60.0g、甲苯45.1g投入於四頸燒瓶，並安裝迪安-斯塔克蒸餾器。接著在攪拌下以溫度100℃以上進行3.5小時的反應以充分地餾除系統內的水分。然後將迪安-斯塔克蒸餾器換插於餾出管，以溫度135℃回收系統內的甲苯(甲苯回收率87%)。
回收結束後將系統內冷卻至70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行13小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的 選擇率為91%。
〈實施例5〉
將參考例1中所得到之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽24.1g(0.12mol)、2-第三丁基-5-甲基酚19.6g(0.12mol)、經分子篩4A(Nacalai Tesque股份有限公司製)脫水之二甲基甲醯胺48.4g投入於四頸燒瓶，升溫至溫度70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行5小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為91%。
〈實施例6〉
將參考例1中所得到之2-第三丁基-5-甲基酚的鉀鹽20.3g(0.10mol)、經分子篩4A(Nacalai Tesque股份有限公司製)脫水之二甲基甲醯胺40.5g投入於四頸燒瓶，升溫至溫度70℃，一面將二氧化碳吹送於液面一面攪拌，進行23小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為反應中之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為99%。
〈比較例2〉
投入以與參考例1相同之方法所得到之間甲酚的鉀鹽12.0g(0.08mol)、經分子篩4A(Nacalai Tesque股份有限公司製)脫水之二甲基甲醯胺100.0g，一面吹送二氧化碳一面於90℃下進行7小時的反應。藉由依據液相層析所進行之絕對檢量線法對所得到之反應結束液的組成進行解析，其結果為4-羥基-2-甲基苯甲酸的選擇率為38%。再者，4-甲基柳酸的選擇率為62%，原料轉化率為32%。
〈與反應效率提升探討相關之考察〉
藉由上述實施例2至6的結果，可確認到在使用2-第三丁基-5-甲基酚作為 起始原料並且在非質子性極性溶劑中進行科爾貝-施密特反應時，在與先前的科爾貝-施密特反應溫度相比為極低之溫度下，能夠以選擇率為80%以上之高選擇率得到羧基被選擇性地導入於酚性羥基的對位之5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸。
相對於此，從比較例2的結果，可確認到在使用間甲酚(3-甲基酚)作為起始原料並且在非質子性極性溶劑中進行科爾貝-施密特反應時，雖然生成了羧基被導入於酚性羥基的對位之4-羥基-2-甲基苯甲酸，但其選擇率為較低的38%。羧基被導入於酚性羥基的鄰位之4-甲基柳酸的選擇率為62%，大幅地高於對位的選擇性，並且原料轉化率為較低的32%，可得知其作為得到目標之4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法完全不具有實用性。
接著，進行本發明之步驟(II)。
〈實施例7：步驟(II)〉
4-羥基-2-甲基苯甲酸的合成
使上述實施例3中所得到之中間物5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸64.1g(0.31mol)溶解於甲苯638.8g，添加無水氯化鋁(III)122.8g(0.92mol)並在40℃下進行16小時的反應。於冰浴下將水462.3g加入於此時，係成為橙色的凝膠狀反應液。接著添加35%鹽酸水63.8g而使薄茶色的固體之粗製目標物析出。藉由過濾來回收所析出之粗製目標物，並藉由甲醇與水進行精製，而得到白色結晶之純度99.5%的4-羥基-2-甲基苯甲酸。相對於5-第三丁基-4-羥基-2-甲基苯甲酸之產率為82%。
如上述實施例1至7所具體顯示般，可得知與先前一般所知的科爾貝-施密特反應相比，根據本發明之製造方法係在極溫和的反應條件下可選擇 性且有效率地得到4-羥基-2-甲基苯甲酸，故，就工業上的製造方法而言為極有利之方法。
並且，亦確認到藉由使用非質子性極性溶劑作為本發明之步驟(I)的反應溶劑，可進一步提升反應效率，所以就工業上的製造方法而言極為有用。
Figure 109107280-A0202-11-0002-1

Claims (2)

  1. 一種4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，係進行使下述通式(1)所表示之化合物與二氧化碳反應而得到下述通式(2)所表示之化合物之步驟(I)，接著進行使通式(2)所表示之化合物脫烷基化之步驟(II)，
    Figure 109107280-A0202-13-0001-6
    式中，R1表示碳原子數3至8之分枝鏈狀的烷基或碳數5至6的環狀烷基，R2表示氫原子或鹼金屬，n表示1至3的整數；
    Figure 109107280-A0202-13-0001-8
    式中，R1、R2、n為通式(1)中的定義，R3表示氫原子或鹼金屬。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之4-羥基-2-甲基苯甲酸之製造方法，其中，使用非質子性極性溶劑作為步驟(I)的反應溶劑。
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