專利名稱：芳族腈化物的制備方法
技術領域：
本發明涉及通過適當的醛與羥胺鹽和無機無水硫酸鹽的無溶劑反應來制備芳族腈化物的方法。
長期以來，醛與羥胺鹽反應，隨即使產生的肟脫水形成腈已為人所熟知，對于脫水，已提出過許多方法，如，C.A.85,93176e(1976)提出在二甲基甲酰胺中加熱，EP080700提出通過借助形成與水不混溶的共沸混合物的溶劑共沸蒸餾來除去水、Synthesis 1979/2，112-113(1979)和Huaxue Shiji12(5)，314，292(1990)提出在甲酸中加熱，Journal of Nanjing Univ，26/2，263-266(1990)，提出在甲酸或冰醋酸中加熱，J.Chem.Soc，IX，43(1993)提出在乙酸酐中加熱和EP609179提出在丙酸中加熱。
EP609179在反應式中主張，在丙酸中苯甲醛與硫酸胲和丙酸鈉反應，形成硫酸鈉，其中所用丙酸溶劑是關鍵，這一主張與公開的可能產生硫酸氫鈉的化學計量學是相矛盾的。
此外，目前由于環境和經濟的原因，應盡量避免以工業規模使用溶劑，因此無溶劑制備腈化物的方法是所希望的。在氧化鋁吸附的氟化鉀存在下，微波處理醛和鹽酸胲，可以進行無溶劑制備肟〔Chemistry&Industry1991/5，176(1991)〕，然而，隨即形成腈的反應需要加入二硫化碳和乙腈，通過用微波或紅外光照射，確實在沒有溶劑的情況下得到了腈化物，但是，在這種情形下，反應物必須被吸附于墨西哥皂土上〔Synthetic Communications 22/14，2125-2128(1992)〕。
現已表明，這些已知方法中有些只能得到難以令人滿意的產率，并且通過其它已知方法制備的芐腈的純度，特別是與制備的高純度二酮吡咯并吡咯顏料相比存在著許多有待改進之處。尤其當上述皂土方法用于醛化合物時，由于明顯涉及它們的結構，所以許多醛的產率非常低。
現已令人驚奇地發現，如果省去溶劑，將含有乙腈和羥胺鹽的反應混合物與無機無水硫酸鹽一起加熱，可以得到純度明顯提高的相同腈化物。意想不到的是，產率約與以丙酸為溶劑時相同(EP609179)并且令人吃驚的是比在無溶劑條件下使用粘土高得多。
更加令人驚異的是，本發明所提供的無機無水硫酸鹽不產生酸反應，也沒有活性表面并且對于有機分子無任何特別吸附性能。
本發明具有優異效果的決定因素是在這些條件下能夠準確地控制反應并縮短反應時間。
在得到肟的反應并隨即在得到腈的脫水反應中，分別優選不同的溫度可以促進快速和高質選擇反應。以致于極大地防止了副產物的形成，特別是有害的羧酰胺的形成。
因此，本發明提供了式(I)腈的制備方法 其中R1，R2和R3分別獨立的是氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C1-C18-烷硫基，C1-C18烷磺?；珻1-C18烷氨基，二(C1-C18烷基)氨基，R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基，R4-C6-C10芳硫基，R4-C6-C10芳磺酰基或R4-C6-C10芳氨基，或當R2和R3彼此處于鄰位時R2和R3共同形成飽和的或單一或二-不飽和的，具有R4取代的4元碳橋，R4為氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C1-C18烷硫基，C1-C18烷磺?；?，C1-C18烷氨基或二(C1-C18烷基)氨基，式(I)化合物是通過羥胺鹽與式(II)的醛反應隨后加熱至高溫脫水制得的，其中反應是在無機無水硫酸鹽存在下和無選自羥酸，強極性非質子傳遞溶劑，硫化合物和雜芳堿性氮化物的稀釋劑存在下進行的。
其中式(II)，R1、R2和R3的定義如上。 合適的無機無水硫酸鹽是這些通過酸化能產生穩定的硫酸氫鹽的硫酸鹽，所用的鹽諸如硫酸鈉，硫酸鉀，硫酸鋰或硫酸銨，優選硫酸鈉。
羥胺鹽如鹽酸胲或硫酸胲，優選硫酸胲。
鹵素如氯，溴或氟。
C1-C8烷基本身或作為C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C1-C18烷硫基，C1-C18烷磺酰基，C1-C18烷氨基或二(C1-C18烷基)氨基中的一部分是指C1-C4烷基，如甲基，乙基，正丙基，異丙基，正丁基，仲丁基，叔丁基或異丁基，或正戊基，正己基，正辛基，2，2-＝甲基丙基或1，1，3，3一四甲基丁基。
C6-C10芳基本身或作為R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基，R4-C6-C10芳硫基，R4-C6-C10芳磺酰基或R4-C6-C10芳氨基中的一部分是指苯基或萘基。
由于本發明方法中，有機成分適合是液體形式。在完全無溶劑情況下，有可能可使用溶點為≤125℃的芳族醛制備芳族腈，熔點≤170℃，沸點為≤170℃/1mbar。
然而，除羧酸，雜芳堿性氮化合物，硫化物和強極性化合物外，也可加些相對小量的惰性稀釋劑，這樣可以改進粘度和分布以加速最初乙醛的熔化或防止形成的腈沉淀，以期反應有利于得到肟和/或腈。
惰性稀釋劑可以是低極性(偶極距μ≤2×10-18esu)高沸點的液體或溶點≤70℃的固體。如烴類，醚，醇或它們的混合物，如石油餾分，石油，低熔點石蠟，Shell-solR，SolvessoR，DowthermR，三氯苯，二甘醇二甲醚，正辛醇或苯甲酸乙酯，其沸點為≥150℃/1bar優選沸點為≥150℃/5mbar。
所指的惰性稀釋劑是那些在反應期間完全保持不變的稀釋劑，或其相繼產物最多在最終產物中導致痕跡量雜質(以腈為基礎。雜質量≤1％)的稀釋劑。
羧酸，雜芳堿性氮化合物，硫化物和強極性化合物(偶極距μ＞2×10-18esu)，例如丙酸，乙酸，甲酸，吡啶，喹啉，二硫化碳，二甲亞砜和二甲基甲酰胺對反應過程給予不到的影響，或阻礙操作程序，因此不適合作為稀釋劑。
式(II)醛是已知化合物，如苯甲醛，2-，3-或4-氯代苯甲醛，2-或3-甲氧苯甲醛，茴香醛，2-，3-或4-甲苯甲醛，4-叔丁基苯甲醛，聯苯基-4-甲醛，1，3，5-三甲基苯-2-甲醛，1-或2-萘甲醛，3-或4-苯氧基苯甲醛或1，2，3，4一四氫化萘-2-甲醛。如果式(II)的某些醛不是已知化合物，可通過已知方法將它們制備出來。
優選熔點為≤125℃的式(II)醛來制備沸點為≤170℃/mbar的式(I)芳族腈化物。
同樣優選制備下述式(I)芳族腈化物，其中R1，R2和R3分別獨立地為氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C8烷基，C1-C8烷氧基，C1-C8烷硫基，C1-C8烷氨基，二(C1-C8烷基)氨基，R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基，R4-C6-C10芳硫基或R4-C6-C10芳氨基。
或，當R2和R3彼此為鄰位時，R2和R3共同形成飽和的或單或二-不飽和的，具有R4取代的4元碳橋，和R4為氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C8烷基，C1-C8烷氧基，C1-C8烷硫基，C1-C8烷基氨基或二(C1-C8烷基)氨基。
特別優選制備下述式(I)芳族腈化物，其中R1，R2和R3分別獨立地為氫，鹵素，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，二(C1-C4烷基)氨基，R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基或R4-二(C6-C10芳基)氨基，和R4為氫，鹵素，C1-C2烷基，C1-C2烷氧基或二(C1-C2烷基)氨基，尤其優選制備下述式(I)芳族腈化物，其中R1為氫，氯，甲基，甲氧基，叔丁基或苯基，特別優選4-甲基，4-叔-丁基或4-苯基，尤其是4-苯基，R2和R3各自為氫或共同組成亞ω-丁-1，3-二烯基和R4為氫。
優選使用羥胺鹽至少是以化學計量的，和特別優選稍微過量的，即每摩爾醛(NH2OH)2·H2SO4的量從0.505到0.58mol。
優選所使用的無水硫酸鹽是從1到20mol，優選每摩爾乙醛，無水硫酸鹽的量是2到12mol。
本發明能得到令人驚奇的高產率并有特別好的重復性的優選方案是使用至少占全部無水硫酸鹽重量的1％粒度≤50μm的硫酸鹽。特別優選含無水硫酸鹽含有2-20％，尤其優選含有5-15％。特別是10％具有≤50μm顆粒部分。粒度≤50μm的硫酸鹽部分可以通過將無水硫酸鹽過50μm篩網來測定。
含10％≤50μm顆粒的無水硫酸鹽可以這樣制備取90份相對粗的無水硫酸鹽(如，過50μm篩的殘余物)和10份相對細的無水硫酸鹽(磨碎并通過50μm篩網)形成混合物即是。
如果必要，以所用的醛為基準，如入高達其重量150％的稀釋劑，優選50％。
加熱反應混合物的最佳溫度程序取決于相應的醛，最好分兩步加熱，1-5小時期間，從最初的25℃到50-120℃。然后到100-200℃，此情形中，最初溫度時，首先形成肟，硫酸鹽隨之形成硫酸，在第二個階段，高溫下，全部形成腈，所產生的反應水通過蒸餾除去。
優選第二步高溫反應的時間盡可量地短，適合于在減壓下進行反應，優選2-100mbar，特別優選5-50mbar，在此條件下，形成的反應水通過蒸餾被特別迅速地除去。
例如，可通過常規方法，借助或不借助有機溶劑從不溶鹽中分離出粗產品，或通過在水中溶解無機成分并分開水相進行處理。接著，通過結晶，蒸餾或任何本領域技術人員所熟知的其它各種方法以粗產品中得到純產品。
當常規方法進行處理時，優選使用具有低沸點(-40-120℃)的惰性有機溶劑，如丙酮，丁酮，甲醇，乙酸乙酯或甲苯，更優選甲苯，特別優選甲醇。
優選的處理方法是在直接脫水結束后，通過升高溫度和/或減壓從反應混合物中直接蒸餾出純產品，依此法能得到極高純度的腈化物。
當通過蒸餾方法進行處理時，盡可能選擇合適的蒸餾條件進一步提高純產品的純度，例如選擇具有多級理論塔板數和在柱端部有高回流比例的蒸餾柱，確定影響蒸餾效果的理想參數值是本領域技術人員所熟知的。
總之，因為本發明制備出的產品已具有令人驚異的極高純度，所以不必在產品蒸餾過程中采取特殊措施。
這里，蒸餾所剩余的混合部分主要含有醛和腈，含有一定比例醛的這些混合部分可進一步再用于本發明方法的起始原料。因此未反應的醛的再循環的可能性構成了本發明的另一優點。
根據本方法所得到的腈是制備1，4-＝酮一2，5-＝羥基一3，6-＝芳基吡咯并〔4，3-C〕吡咯類顏料的重要的中間體，高純度腈特別適用于它們，從腈開始制備二酮吡咯并吡咯顏料是已知的，例如，描述可us4579949。
用于說明
具體實施例方式實施例1將1007份重的無水硫酸鈉，222份重的聯苯-4-甲醛和105份重的硫酸胲室溫下加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，抽氣至13mbar，加熱混合物至70℃并在此溫度下攪拌3小時，再加熱至130℃蒸餾除去43份重的水。半小時后，減壓至4mbar并且在60-70分鐘。外殼溫度連續升至170℃，產物經過分級分餾。得到194份重量約～98-99％(HPLC)高純度的聯苯-4-甲腈，熔點83-85℃，并同時得到10份重量的不純部分。
實驗例2將1800份重量的無水硫酸鈉，365份重量的4-叔丁基苯甲醛和194份重的硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中攪拌(20rpm)，抽氣至25mbar，加熱混合物至100℃并在此溫度下攪拌2小時，隨后在125℃加熱40分鐘，在此期間蒸餾除去82份重的水、然后開始蒸餾腈，不斷減壓至10mbar，外殼溫度升至170℃，得到300份重，～98-99％(HPLC)高純度的4-叔-丁基苯腈。同時得到18份重量的不純部分。
實驗例3將8000份重的無水硫酸鈉，1602份重的4-甲基-苯甲醛和1149份重的硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后，抽氣至35mbar，加熱混合物至80℃，并在這個溫度下攪拌2.5小時。在80mbar壓力下，在125℃加熱維持10分鐘；然后減壓至60mbar繼續維持20分鐘，在此期間蒸餾除去全部約480份重的水，開始蒸餾腈，并通過連續減壓至10mbar加以控制，外殼溫度升至170℃，得到1265份重98％以上(HPLC)純度的4-甲基苯腈和37份重含4-甲基苯腈和4-甲基苯甲醛的混合組分。
實施例4將4000份重的無水硫酸鈉，951份重的香草醛和538.6份重的硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后后抽氣至10mbar，加熱混合物至85℃，并在此溫度下攪拌3小時，在同樣的壓力下，經130℃加熱，維持25分鐘，蒸餾除去全部約250份重的水，開始蒸餾腈，并減壓至5mbar，外殼溫度連續升至200℃，得到693份重98％(TLC)純度以上的香草腈，熔點為87.5-89.5℃，和43.5份重主要含香草腈和香草醛的混合組分。
實施例5將4000份重的無水硫酸鈉，951份重的香草醛和538.6份重的硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后后抽氣至10mbar，加熱混合物至85℃，并在此溫度下攪拌3小時，以同樣的壓力，在130℃繼續加熱，維持25分鐘，蒸餾除去全部約250份重的水，反應混合物冷卻至100℃，充氮氣，直至達到大氣壓力為止，加入3000份重的甲苯，混合物在100℃維持20分鐘，進一步攪拌冷卻至室溫。過濾懸浮液，每次用3000份重的熱甲苯洗滌濾餅，共三次，將第一次過濾液與洗滌液合并，蒸發至干。殘渣(約875份重)溶解于5500份重的二氯甲烷中，用2100份重的硅膠60〔70-230目(Merck)〕進行柱層析，用33000份重的二氯甲烷洗脫，棄去無用洗脫液，一次性收集30000份重的洗脫液，蒸發至干，得到719份重，98％(TCL)以上純度的香草腈，熔點88-90℃。
實施例6將4000份重的無水硫酸鈉，950份重約4-(甲硫基)-苯甲醛和538.4份重的硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后抽氣至25mbar加熱混合物至80℃，并在此溫度下攪拌3小時，在相同壓力下，在130℃加熱至30分鐘，蒸餾除去全部約240份重的水，開始蒸餾腈，減壓至5mbar，外殼溫度不斷升至150℃，得至708份重、98％(TCL)以上純度的4-(甲硫基)芐腈和18份重主要含4-(甲硫基)芐腈與4-(甲硫基)苯甲醛的混合組分。收集的4-(甲硫基)芐腈的熔點為61-63℃實施例7將1280份重的無水硫酸鈉，462份重的3-溴-4-羥基-5-甲氧苯甲醛，172份重的硫酸胲和298份重約的1-氯萘室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后抽氣至70mbar，加熱混合物至130℃，并維持此溫度3.5小時，冷卻反應混合物至30℃，充氮氣直至達到大氣壓力為止，加入2650份重的二氯甲烷，室溫懸浮20分鐘，進一步攪拌，然后過濾，濾餅每次用2000份重的二氯甲烷洗滌，共三次，溶劑提取物與第一次過濾液合并，蒸發掉1/3體積，粗品二氯甲烷溶液用1400份重的硅膠60〔70-230目(Merek)〕進行柱層析，并用26500份重的二氯甲烷為洗脫劑，棄去最初的無用洗脫液。一次性收集17000份重洗脫液，蒸發至干。殘渣在真空中于80℃釋出痕量吸附的1-氯萘，得到3 34.5份重98％(TCL)以上純度的3-溴-4羥基-5-甲氧芐腈，熔點為144-145℃實施例8將1280份重的無水硫酸鈉，462份重的3-溴-4-羥基-5-甲氧基苯甲醛和172份重硫酸胲室溫加到渦輪干燥器中并攪拌(20rpm)，隨后抽氣至25mbar，加熱混合物至130℃。并于此溫度下維持3.5小時，然后冷卻反應混合物至30℃，充氮氣，直至到達大氣壓力為止，入2650份重的二氯甲烷，室溫下懸浮20分鐘，進一步攪拌，然后過濾，每次用2000份重的二氯甲烷洗滌濾餅。共洗滌三次，溶劑提取液與第一次濾液合并，蒸發掉1/3體積，含粗品二氯甲烷液用1400份重的硅膠60〔70-230目(Merck)〕進行柱層析，并用26500份重的二氯甲烷作為洗脫劑。棄去最初的流出液，一次性收集下一部分17000份重的洗脫液，蒸發至干，殘渣在80℃下干燥。得到281份重的95％(TCL/其余＝3-溴-4-羥基-5-甲氧基苯甲醛)以上純度的3-溴-4-羥基-5-甲氧基芐腈，熔點為139℃-142℃。
權利要求
1.式(I)腈的制備方法 其中R1，R2和R3分別獨立地是氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C1-C18-烷硫基，C1-C18烷磺?；珻1-C18烷氨基，二(C1-C18烷基)氨基，R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基，R4-C6-C10芳硫基，R4-C6-C10芳磺?；騌4-C6-C10芳氨基，或，當R2和R3彼此處于鄰位時，R2和R3共同形成飽和的或單或二-不飽和的，具有R4取代的4元碳橋，R4為氫，鹵素，氰基，羥基，羧基，C1-C18烷基，C1-C18烷氧基，C1-C18烷硫基，C1-C18烷磺?；?，C1-C18烷氨基或二(C1-C18烷基)氨基，式I化合物是通過羥胺鹽與下述式(II)醛反應，隨即加熱至高溫脫水制得的，其中反應是在無機無水硫酸鹽存在下和不含羧酸、強極性非質子傳遞溶劑、硫化物和雜芳堿性氮化合物的稀釋劑存在下進行的，式(II)的醛，其中，R1，R2和R3的定義如上。
2.如權利要求1所述的方法，其中使用無水硫酸鈉，硫酸鉀，硫酸鋰或硫酸銨。
3.如權利要求1所述的方法，其中，使用無水硫酸鈉。
4.如權利要求1所述的方法，其中，使用硫酸胲。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所用的無水硫酸鹽含粒度≤50μm部分的百分率至少占全部無水硫酸鹽量的1％。
6.如權利要求5所述的方法，其中，無水無機硫酸鹽含2-20％量粒度≤50μm的顆粒部分。
7.如權利要求6所述的方法，其中，無水無機酸鹽含5-15％量粒度≤50μm的顆粒部分。
8.如權利要求1所述的方法，其中，除羧酸，雜芳堿性氮化合物，硫化物和強極性化合物外，如需要，以所用醛為基準，加入多至150％量，優選多至50％的隋性稀釋劑，所加惰性稀釋劑其熔點為≤70℃，沸點為≥150℃/1bar，偶極矩為μ≤2×10-18esu。
9.如權利要求1所述的方法，其中R1，R2和R3分別獨立地為氫，鹵素，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，二(C1-C4烷基)氨基，R4-C6-C10芳基，R4-C6-C10芳氧基，或R4-二(C6-C10芳基)氨基，和R4為氫，鹵素，C1-C2烷基，C1-C2烷氧基，或二(C1-C2烷基)氨基。
10.如權利要求1所述的方法，其中R1是氫，氯，甲基，甲氧基，叔丁基或苯基，R2和R3各自為氫，或共同組成亞ω-丁-1，3-＝烯基，和R4為氫。
11.如權利要求10所述的方法，其中R1是4-甲基，4-叔丁基或4-苯基。
12.如權利要求11所述的方法，其中R1是4-苯基。
13.如權利要求1所述的方法。其中，所用羥胺鹽的量為0.505-0.58mol/mol醛，和無水硫酸鹽的量為2-12mol/mol醛。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述式(I)腈隨后通過蒸餾。從反應混合物中分離得到。
15.根據權利要求1制備的式(I)腈用于制備1，4-＝酮-2，5-＝羥基-3，6-＝芳基吡咯并〔4，3-C〕吡咯顏料。
全文摘要
式(I)腈的制備方法，其中，R
文檔編號C07C319/00GK1139668SQ9610609
公開日1997年1月8日 申請日期1996年3月8日 優先權日1995年3月9日
發明者M·庫舒斯 申請人:西巴-蓋爾基股份公司