TWI336324B - Preparation of substituted arylcarbonyl chlorides - Google Patents

Description

1336324 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一製備經取代之芳羰基氣化物之方法。 【先前技術】 2,4,6-三曱基苯甲醯氣（TMBC)為一製備氧化醯基膦型光 敏引發劑，例如TPO(氧化三曱基苯甲醯二苯膦）之重要原材 料。 如歐洲專利A 〇 554 679所述，可於一四階段合成中製備 TMBC。在此合成中，於第一階段中，使均三曱苯及氯乙醯 氯反應生成氯三曱基乙醯苯。於第二階段中，使氣乙醯苯 及次氯酸鈉反應生成三氣三甲基乙醯苯。於第三階段中， 使二氯乙醯苯及氫氧化鈉溶液反應生成三曱基苯甲酸之鈉 鹽，並透過鹽酸酸化後者，以獲得三甲基苯甲酸。最後， 於第四階段中，it過三甲基#甲酸及亞石諸氣反應生成三 甲基苯甲醯氯。 由於存在乡合成步驟，此合成方法操作複雜且其特徵在 於收成率偏低。尤其是，中間體三甲基苯甲酸在與亞硫酿 氣反應前，需將其以固態形式分離並乾燥。 採用類似方式，可進而製備經單或多烧基化之苯f酿氣。 歐洲專利A 〇 706 987公開另一製備TMBC之方法。在此方 法中，於AlCl3存在下m基化均三甲#，生成三甲基苯甲 酸，並隨後使用亞硫醯氯氣 乳虱化δ亥二甲基苯f酸，以生成 TMBC。此合成方法之姐外+ Λ 之特徵亦為收成率偏低。例如，羧基化 步驟之收成率僅為71%。 94737.doc 1336324 【發明内容】 本發明之-目❸係提供一製備經取代之苯甲冑氯之簡便 及經濟可行之方法，特別地，其特徵在於提高之收成率。 本發明之另一特定目的係提供一種製備TMBC之簡便及經 濟可行之方法，其特徵在於提高之收成率。 透過一經下列步驟製備單個或多個CiiC2Q烷基及/或齒 素取代之芳羰基氯化物⑴之方法獲得此目的··於第一階段 中，於弗瑞德克萊福特（Fdedel-Crafts)觸媒存在下，使經單 個或多個C,至Cm烷基及/或鹵素取代之芳族化合物及 ecu反應生成相應之經單個或多個a至烷基及/或鹵素 取代之三氣曱基化芳族化合物（ΙΠ)， 及於第二階段中，於觸媒存在下，經水或質子酸處理三 氯甲基化芳族化合物（111)生成芳羰基氣化物（1)。 本發明方法起始之原料，即合適之經單個或多個Ci至 烧基及/或11素（F、C卜Br及I)取代之芳族化合物為，例如， 經單至五個上述基團取代之苯、經單至七個上述基團取代 之萘或經單至九個上述基團取代之蒽或菲。若經齒素取代 此芳族化合物’較佳地為氣取代。若經烷基取代此芳族化 合物’較佳地為(^至(：4烷基取代。 根據本發明之方法最好從通式（Ila)之單取代苯至其五取 代苯開始。 因此較佳地為透過下述步驟製備通式（la)之單取代至五 取代苯甲醯氣之方法 94737.doc

Q

Cl 〇a) i其:二任一實例中，M立地為•素(F、C1、Br及”或C> =基）：㈣m於“德克^制媒存在下 使通式（Ila)之單至五取代之苯 (R) '1-5

(Ha) (其中R為如上所定義），與ccl4反應，生成通式㈣之 代之三氣甲苯（IIIa)

(Hla) (其中R為如上所定義），及在第二階段中，於觸媒存在下經 水或質子酸處理三氯甲苯⑴⑷，獲得苯甲醯氯⑽。 因此，根據本發明之方法+ m人丄 乃心万凌用兩階段合成法代替現存四階 段合成法，並具總收成率高之特徵。 若此經取代之苯為i素取代時，較佳地為氣取代；若此 經取代之苯核絲代時，較佳料^⑽基取代。 根據本發月此方法之第一階段較佳地起始於可能具有 1、2、3、4或5 CJC4院基（例如，甲基、乙基、丙小基、 丙·2-基、丁小基、丁 _2•基、2·甲基丙」基及第三丁基）之 取代苯（na)。取代苯亦可同時具找基取代基及_素取代 基(較佳地為氣)或單獨被鹵素所取代。其實例為氣苯、曱 苯、鄰二甲苯、間二甲笨、對二甲苯、均三甲#、山· 94737.doc 1336324 —f本、J，2,3-三曱苯、乙苯及異丙基笨。 酿二Γ:據本發明之方法可用於製備2,4,6-三，基” 作為均三” W笨)之取代芳族化合

reactions)》中第一卷2〇1及284至29〇頁内所描述之所有弗瑞 德克萊福特觸媒。此外，布朗斯台德（Br〇nsted)酸亦可用作 弗瑞德克萊福特觸媒。合適的為，例如，硫酸、磷酸、多 磷酸、焦硫酸、氟磺酸、氣磺酸、曱磺酸、對甲笨磺酸、 三氟乙酸、及三氟甲酸。在本發明方法中，最好使用 作為弗瑞德克萊福特觸媒。 ecu與烷基芳族化合物之莫耳比為1:1至15:1，較佳地為 1.5:1 至 7:1。 1961年H· Hart與R_ Fisch於《美國化學學會期刊（J Am Chem. Soc‘）》之 4460 至 4466 頁及 1971年八· SieiUan〇 與 94737.doc 1336324 冬例如在本發明方法之一實施例中，A1C13量為僅丨至J 5 田里最好存在其他溶劑。在此少量AlCh過剩之過程中， 其他溶劑之存在可防止三氯甲基化芳族化合物（111)與Alcl3 或其他路易士酸形成之複合物，例如TMBT/A1C13複合物， 以固體形式沉殿。反應開始時其他溶劑與CC14之莫耳比為 0.2·1 至 1〇:1，較佳地為 0.5:1至 3:1 » 本發明方法之第一階段典型地於0至120°C ,較佳20至 C下進行。此過程首先將弗瑞德克萊福特觸媒懸浮於 ecu中或ecu與其他溶劑形成之混合液中，然後於某一時 間段内，例如，mo小時，較佳地0 5至5小時，加入經 取代之芳族化合物（II)。 田以A1C13為觸媒進行弗瑞德克萊福特烷基取代反應（第 P白段）時，通常可以A1C13複合物形式獲得三氣甲基化芳族 化合物（III)。通常弗瑞德克萊福特烷基化反應緊隨此AlCh 複合物之水解發生。典型地，以冰或冰/水混合物，例如， 於0至10°C之溫度下實施此水解過程。此水解，例如，可透 過在分批操作之攪拌裝置（攪拌釜）内，將弗瑞德克萊福特烷 基取代反應排出液加入冰中以分批實施。 在本發明之一實施中，例於1〇至1〇〇。(：之溫度，較佳地2〇 至100°c，更佳地35至8〇。(：下，以水實施A1C13複合物之水 解。頃發現，令人吃驚地是，此AICh複合物之水解反應亦 可在南於20 C或甚至高於35°C之更高溫度下進行，且未發 生三氯甲基化芳族化合物（III)分解生成羧酸之反應。 較高溫下進行水解反應具備一系列優點。於工業規模 94737.doc 1336324 下’處理冰意味著高複雜性及昂貴。由於使用河水冷卻通 常在此不再充足，及需具備合適高冷卻性能（冷卻單元及鹽 水冷卻）之設備，即便於低於25°c下進行此水解反應仍意味 著高複雜性及昂貴《當於過低溫度下實施此水解反應時， 存在下述風險：水解反應將停滯，加熱時反應驟然發生並 產生大量於該水解反應中形成之HC1氣體，其於工業規模下 處理困難且構成安全隱患。因此希望於2〇。〇以上，較佳3 5 以上進行此水解反應。於高溫度下之較高水解反應速率可 相應縮短反應停留時間，因此該水解可於經濟、小型且連 續操作之設備如混合沉降設備中連續進行。連續製程式控 制亦可允許較好之反應控制。 在此水解反應中，可獲得有機相及水相。有機相包含三 氣甲基化芳族化合物⑽’在一些實例下甚至包含微量芳 幾基氯化物⑴，未轉化之ccu，及若適當，亦包含其他溶 劑或溶劑組。 *三氯曱基化芳族化合物（m)可較佳地透過蒸館法，以純 態中間體形式從有機相中分離。 在本發明方法之第二階段中，於觸媒存在下使用水或一 (有機或無機）質子酸處理三氣甲基化芳族化合物㈣，以生 成芳幾基氣化物⑴。較佳地使用有機質子酸如㈣及確 f地使㈣酸°典型地物質反應生成相應醯 基氯。 在第二階段中， 三氣甲基化芳族化 二氯甲基化芳族化合物(ΠΙ)可以純態或 合物（III)之CC14溶液形態，及合適情況 94737.doc ^336324 中所獲之有機相之其他溶劑形式 下，以如Aich複合物水解 使用。 在一較佳實施例中，使用二 ecu溶液，及p朴、、'亂甲基化务族化合物（ΠΙ)之 之繁错\ σ I月况之其他溶劑。此避免中間體(III) 之繁瑣分離。 見，令人吃驚的是’在本發明方法第二階段中使用 來自A1C13複合物水解過程 紅之有機相不伴隨任何收成率損 天0 此過程伴隨多項優點1含過剩ccl4及若合適情況下之 ί他溶劑之溶液中分離三氣甲基化芳族化合物⑽，意味 者額外製程成本及不便。由於A1C13複合物與過量水水解反 應後’有機相為含水的，在蒸館分離過程中，此水將斑ccl4 作為CCV水共彿混合物一同館出，無進一步乾燥，顧出物 ecu不能㈣料4m瑞德克萊福料基化。 由於有機相中之水分在第二階段中被消耗，在本發明方法 第二階段中使用來自Alcl3複合物水解之含水有機相以巧 妙之方式規避此困難。以此方式，在第二階段中”化學”乾 燥有機相。隨後，可餾出完全乾燥之CC14並再循環進入第 一階段。 在本發明方法之一實施案中，於第二階段中使用水處理 三氯甲基化芳族化合物（III)，即水解。水與三氯甲基化芳 族化合物（III)之比例通常為〇_8:1至1.2:1，較佳地為〇9:1至 1-1:1，更佳地為1:1。合適之觸媒為路易士酸，如、

FeCl3、AlBr3 ' C〇Cl3、LiC卜 LiC104、SnCl4、TiCl4、ZrCl4 ' 94737.doc -13- 1336324

SbCl5、C〇Cl2、BF3、Bci3及 ZnCi2，以及 1963 年出版十· 歐拉（Gew 〇lah)所著之《弗瑞德克萊福特觸媒及相岸反 應（FHedel Oafts and related reaeti〇ns)> 中第—卷2qi及咖 至携頁内描述之全部弗瑞德克萊福特觸媒。此外，布朗斯 台德酸亦可用作觸媒。合適的為，例如，硫酸、磷酸、多 破酸m氟领、㈣酸、甲韻、對甲苯續酸、 三氟乙酸、及三氟甲酸。-較佳觸媒為FeCl3。以三氣甲基 化芳族化合物（叫計，路易士酸通常以⑽至^心，㈣ 0· 1至3 mol%之量存在。杏枯田4, t 田使用之路易士酸為Feci3時，亦可 以其水溶液，例如，以重量計聽之水溶液形式加入此水 解反應。此反應亦可於無有機溶劑存在下進行。然而，根 據本發明，此反應亦可於哪或哪及來自本發明方法第 一階段（烷基化）之其他溶劑之混合物内進行。此水解（第二 階段)中反應溫度通常為⑼至⑽。。，較佳5〇至75。。。當以 TMBT製備TMBC時，水解反應溫度通常為2〇至1〇〇。〇，較佳 50至 75〇C » 在另-實施案令，於本發明方法之第二階段中，於觸媒 存在下使用有機酸處理三氯？基化芳族化合物（ιπ)，即酸 解。適用有機酸為，例如氯乙酸及三甲基乙酸。在本發明 方法之冑化中，使用氯乙酸。此具有另-優點：氣乙酸 以副產物形式形成，並組成一有價值產物。合適之觸媒為 路易士酸，如 A1C13、FeCl3、AlBr3、CoCI3、Lia、LiC104、

SnCl4、LCU、ZrCl4、SbCl5、CoCI2、BF3、BC13及 ZnCI2， 及1963年出版，喬治•歐拉（George Olah)所著之《弗瑞德克 94737.doc 1336324

體沉澱，可有效攪拌此懸浮液。均三甲苯加入畢，仍需於 40°C下繼續攪拌90分鐘此混合液。然後將此反應混合液注 入1500 g冰/185 g濃縮HC1中，實施水解。以溫度不上升超 過3 °C之方式加入此反應混合物。排除上層水相，使用硫酸 鎂（經CC14洗滌）乾燥下層有機相並蒸餾。使用1705.6 g有機 相用於蒸餾，於76°C、常壓下餾出1413.4gCCl4。隨後於約 98°C、約1.6毫巴壓力下餾出268.2 g TMBT，且根據氣相色 譜分析，此TMBT純度可達93.7面積％。該TMBT仍包含約 2.5面積。/〇之TMBC。TMBT及TMBC之分離率合計為87.6%。 實施案2 水解TMBT 於室溫下將由實施案1所得之268.2 g 丁]\0丁（93.7面積％ ΤΜΒΤ=1·053 〇1〇1 + 2.5面積％ TMBC)與 0·3 g(0.0019 mol)無 水FeCl3混合。可觀察到此混合液呈紅色。於60°C、44分鐘 内將19.0 g( 1.053 mol)去離子水逐滴加入此混合液，在此過 程中開始釋放氣體。加入畢，仍於60°C下繼續攪拌1 〇5分鐘 此混合液。為轉化，完全，加入額外0 · 2 5 g水直至根據氣相色 譜分析無任何TMBT存在。然後未使用蒸餾塔，於72°C、1.8 毫巴壓力下從此反應排出液中餾出196.4 g TMBC(96.0面積 %)。該收成率為95.8%。為進一步提純，使用蒸餾塔再次蒸 餾此TMBC，獲得147.8 g純度為99.5面積％之TMBC。以均 三曱苯計，TMBC之總收成率為83.9%。

實施案3 製備TMBT 94737.doc -16- 1336324 於 40°C 下將 216.7 g( 1.625 mol ; 1.3 當量）A1C13 懸浮於 1153.5叾（7.5 111〇1)(：(：14中。於40°(：、3 5分鐘内向此懸浮液逐 滴加入150 g(1.25 mol)均三甲苯。甚至在初始滴加後，混合 物即變為深紅色，並可觀察到HC1放出。均三甲苯加入畢， 仍需於40°C下繼續攪拌90分鐘此混合液。然後將此反應混 合液注入2000 g冰/300 g濃縮HC1中，實施水解。以溫度不 上升超過3°C之方式加入此反應排出液。之後排除上層水 相。下層有機相使用硫酸鎂（經CC14洗滌）乾燥並蒸餾。於 7 8°C、常壓下餾出1331.4 g CC14。隨後於約106°C、約1_1毫 巴壓力下餾出272.2 g TMBT，根據氣相色譜分析，其純度 可達91.9面積％。丁1^3丁仍包含約4.7面積％之丁]\430丁]^8丁 及丁MBC之分離收成率合計為89.8%。

實施案4 酸解TMBT 於室溫下將由實施案3所得之258.5 g ΤΜΒΤ(91·9面積°/〇 TMBT=1.0 mol + 4.7 面積 〇/〇 TMBC)與 0.2 g(0.0013 mol)無水 FeCl3混合。可觀察到此混合液呈紅色。於70°C下、約2小時 内將95.5 g( 1.0 mol)氯乙酸（CAA)逐滴加入此混合液，在此 過程中有氣體釋放。加入畢，於70°C下繼續攪拌60分鐘此 混合液。蒸餾此反應排出液，於58°C ' 1 80毫巴壓力下餾出 105.5 g氯乙醯氯（CAC)。此餾出物包括96.4面積％之CAC及 3.5面積％之丁]\00此對應於90%氯乙醯氯（0八(：）收成率。 然後於86°C、4,2毫巴壓力下餾出196 g TMBC。此分離TMBC 之收成率為99.3%。以均三甲苯計，TMBC之總收成率為 94737.doc -17- 1336324 89.2%。 實施案5

無分離TMBT下製備TMBC 於24C下將250_0 gAlCl3(1.875 mol ;以均三甲笨叶為1 $ 當量）懸浮於288.4 g(1.875 mol ;以均三甲苯計為1 $术 量）CCI4中。於24至55°C、40分鐘内向此懸浮液逐滴加入丨5〇经 (1.25 mol)均三曱苯。甚至在初始滴加後，混合物即變為深 紅色，並可觀察到HC1產出。均三甲苯加入畢，有效攪拌混 合此懸浮液。於43。(：下繼續攪拌90分鐘此混合液。於2〇分 鐘内將此反應混合液逐滴加入685 g去離子水及115 g濃縮 HC1所組成之混合液。於室溫下啟動此水解過程並透過冷卻 使其於後續製程中保持低於45。此水解反應即刻啟動。 反應混合物加入畢，形成兩液相形式。排出下層褐色有機 相並直接（未經處理）再次注入一玻璃燒杯内。於5〇。〇下加熱 此混合液並加入1.0 g(〇.〇〇188 m〇1)以重量計3〇%之FeCL水 溶液。約5分鐘後，開始緩緩釋放氣體。當溫度升至6(rc後， 於33分鐘内逐滴加入15 g去離子水。最後，進一步逐滴加 入4.5 g(0.25 mol)去離子水。滴加結束後，繼續攪拌該混合 物60分鐘。然後蒸餾所得反應混合液。首先於12〇毫巴壓力 下顧出過剩之CCI4。隨後於62至68。〇溫度、〇 25至〇 4毫巴 壓力下館出TMBC»總的說來，獲得208.1 g(i· 14莫耳） TMBC ’其對應於91.2。/。收成率。 94737.doc •18·

Claims (1)

1336324

第093121381號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年5月） 十、申請專利範圍： --!正—^ 1. 一種透過下列步驟製備經單個或多個（：1至。〇烷基與/或 i素取代之芳羰基氯化物（I)之方法：在第一階段中，於 弗瑞德克萊福特（Friedel-Crafts)觸媒存在下使經單個或 多個(^至匚⑶烷基與/或鹵素取代之芳族化合物（π)及 反應生成相應經單個或多個(：1至(：：2〇烷基與/或鹵素取代 之二氣甲基化芳族化合物（III)， 及，在第二階段中，於觸媒存在下經水或質子酸處理 二氯甲基化芳族化合物（III) ’以獲得芳羰基氯化物（1)。 2. 如請求項1之方法，其中該經單個或多個〇1至〇2〇烷基與/ 或鹵素取代之芳羰基氣化物⑴為通式（Ia)之單至五取代 苯甲酿氯

其中R為鹵素或(^至（：20烷基； 3亥經單個或多個C i至C2〇烧基與/或鹵素取代之芳族化合 物（II)為通式（Ila)之單至五取代苯

其中R如上所定義； §亥經單個或多個q至C20烷基與/或齒素取代之三氣甲基 化芳族化合物（III)為通式（IIIa)之單至五取三氯甲苯 94737-990531.doc 1336324

3. 其中R如上所定義。 如請求項2之方法，其中以均三曱苯為經取代之芳族化人 物（Π)製備式（lb)之三甲基苯甲醯氣

8. 9. 10. 如請求項1或2之方法，其中CCU與經取代之芳族化合物 (II)之莫耳比為1 :；[至3 5 : i。 如請求項1或2之方法，其中該使用之弗瑞德克萊福特觸 媒為AlCU，且於第一階段中形成一三氯甲基化芳族化合 物（III)與A1C13複合物。 如請求項5之方法，其中每當量經取代之芳族化合物（ιι) 使用1至1.5當量之A1C13。 如請求項5之方法’其中於20至100。(：下以水實施該三氯 甲基化芳族化合物（ΙΠ)與A1C13之複合物之水解。 如請求項7之方法，其中可連續實施該三氣曱基化芳族化 合物（III)及A1C13之複合物之水解。 如請求項1或2之方法，其中於第二階段中，以氯乙酸為 質子酸處理該三氣甲基化芳族化合物（ΠΙ)。 如請求項1或2之方法，其中於第二階段中，使用水處理 該二氣曱基化芳族化合物（ΙΠ)。 94737-990531.doc 丄J J厶1 U.如請求項1或2之方法， 為 FeCl3。 12.如請求項1或2之方法， (III)作為中間體分離。 其中在第二階段中 使用之觸媒 以中以此二氯甲基化芳族化合物 13.如請求項1或2之方法，其中該三氯曱基化芳族化合物（iii) 不作為中間體被分離’而溶解於第一階段之溶液中用於 第二階段。 94737-990531.doc