專利名稱：制備芳烷基化合物的方法、芳烷基鹵化物脫鹵的方法以及回收芳烷基化合物的方法
技術領域：
本發明涉及芳烷基化合物的制備方法和芳烷基鹵化物的脫鹵方法。本發明進一步涉及一種回收芳烷基化合物的方法。
背景技術：
在諸如醫藥和農藥的精細化學品領域，芳烷基單鹵化物是制備芳烷基衍生物的有用化合物。例如，4′-溴甲基-2-氰基聯苯是一種作為抑制劑中間體的有用化合物。
芳烷基單鹵化物通常通過使芳烷基化合物與諸如氯化劑、溴化劑等的鹵化試劑反應得到。然而在此反應中，反應混合物中除了目標物質單鹵化物之外還存在二鹵化物和未反應的芳烷基化合物。存在的這些化合物需要進行諸如蒸餾和重結晶的分離和純化操作，以分離目標芳烷基單鹵化物。上述的操作之后，蒸餾后的殘余物、過濾后的濾液通常未進行再回收而除去。
除去很貴的芳烷基化合物是不經濟的，并且對于處理以避免增加環境負荷而言還需要額外的費用。由于這些原因，芳烷基鹵化物的再利用是很需要的。為此目前已提出一些方法，例如JPH06-00184008-A，JPH10-251213-A，J.Am.Chem.Soc.，74，127(1952)等。由于這些方法需要高氫壓、堿、復雜溶劑置換的操作等，上述的常規方法不能滿足作為工業化或經濟方法的需要。
發明內容
本發明的目的是提供一種制備芳烷基化合物的方法和一種無常規方法缺陷的芳烷基鹵化物脫鹵方法。
本發明的另一目的是提供一種從在通過鹵化芳烷基化合物制備芳烷基鹵化物的過程中副產的廢料中回收出芳烷基化合物的簡單方法。
從以下所述容易得到上述這些及其他目標。
本發明涉及下述內容<1> 一種制備芳烷基化合物的方法，其包括在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中，催化氫化芳烷基鹵化物。
<2> <1>中所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
<3> <1>或<2>中所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
<4> <1>至<3>中任一項所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
<5> <1>至<4>中任一項所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
<6> <1>至<5>中任一項所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
<7> 一種通過在雙層溶劑體系中經催化還原進行芳烷基鹵化物脫鹵的方法，其中雙層溶劑體系含有水和不溶于水的有機溶劑。
<8> <7>中所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
<9> <7>或<8>中所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
<10> <7>至<9>中任一項所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
<11> <7>至<10>中任一項所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
<12> <7>至<11>中任一項所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
<13> 一種從廢料中回收芳烷基化合物的方法，其中廢料是在通過鹵化芳烷基化合物制備芳烷基鹵化物的過程中產生的，該方法在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中將廢料進行催化還原。
<14> <13>中所述的方法，其中廢料是芳烷基鹵化物經結晶和過濾后得到的濾液。
<15> <13>或<14>中所述的方法，其中廢料是芳烷基鹵化物經蒸餾后得到的蒸餾殘余物。
<16> <13>至<15>中任一項所述方法，其中芳烷基鹵化物的制備通過用鹵原子鹵化芳烷基化合物進行。
<17> <13>至<16>中任一項所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
<18> <13>至<17>中任一項所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
<19> <13>至<18>中任一項所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
<20> <13>至<19>中任一項所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
<21> <13>至<20>中任一項所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
具體實施例方式
在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中，通過催化氫化芳烷基鹵化物制備芳烷基化合物。在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中進行催化氫化使芳烷基鹵化物脫鹵。
本發明中所用芳烷基鹵化物的實例包括芐基鹵化物、亞芐基鹵化物、萘基鹵化物、吡啶基甲基鹵化物和喹啉基鹵化物。芳烷基鹵化物可以是芳烷基單鹵化物、芳烷基二鹵化物或其混合物。這些芳烷基鹵化物可以有(多個)取代基。
取代基的實例包括苯基；有2至12個碳原子的烷氧羰基，如甲氧基羰基、乙氧基羰基和丙氧基羰基；鹵原子如氟原子、氯原子和溴原子；四唑基；和全氟烷基如三氟甲基。
苯基可以更進一步具有取代基。其實例包括苯基；有2至12個碳原子的烷氧基羰基，如甲氧基羰基、乙氧基羰基和丙氧基羰基；鹵原子如氟原子、氯原子和溴原子；四唑基；和全氟烷基團如三氟甲基。
在芳烷基鹵化物中鹵素的實例包括氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。從脫鹵的角度而言，優選氯原子和溴原子。
這些芳烷基鹵化物的實例包括4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯。
本發明中所用溶劑是含有水和不溶于水的溶劑的雙層溶劑體系。
不溶于水的有機溶劑沒有特別限制，只要是一種可用于催化氫化的溶劑即可，常溫下在水中該有機溶劑的溶解度通常是小于20體積％，優選小于10體積％。不溶于水的溶劑的實例包括鹵代烴，如一氯苯和二氯苯；酯，如乙酸乙酯；和芳烴，如甲苯。
從反應性和體積效率的角度而言，使用的不溶于水的有機溶劑的量通常是每1重量份的芳烷基鹵化物，1至50重量份有機溶劑，優選5到30重量份。
從體積效率和防止副反應的角度而言，水的量通常是每1重量份的芳烷基鹵化物，0.5至10重量份水，優選1到6重量份。
當以(水的重量)/(不溶于水的有機溶劑的重量)表示時，水和不溶于水的有機溶劑的比通常是1/20或更高，且優選1/10至1/1。
催化劑的實例包括諸如Pd/C的負載鈀催化劑和諸如Pt/C的負載鉑催化劑，并且在經濟上優選Pd/C。金屬(Pt、Pd等)的含量沒有特別的限制，通常在催化劑中為1至20重量％，且優選為5至10重量％。
從反應性和經濟效率的角度而言，使用的催化劑的量依據芳烷基鹵化物總量為基準，催化劑中金屬的量通常是0.01至2重量％，且優選為0.05到1重量份。
從反應速度和防止諸如脫烷基化的副反應角度而言，催化氫化的溫度通常是0℃或更高，優選10至90℃，更優選50到80℃。
從反應速度、安全和防止副反應的角度而言，氫化壓力為就氫氣壓力而言一個大氣壓至1000mmH2O的壓力，優選一個大氣壓到600mmH2O。
從反應平穩進行的角度而言，本發明的催化氫化中可優選存在活性炭。
作為活性炭，可使用市售活性炭和用于脫色的碳。
活性炭的量通常是每100重量份芳烷基鹵化物1至30重量份活性炭，優選為5至20重量份。
催化氫化的完成可通過氫吸收作用的中止檢驗。這也可通過HPLC測量法觀測芳烷基鹵化物的消失檢驗。
后處理方法無特別的限制，可以使用用于分離芳烷基化合物的一般方法。例如，過濾掉催化劑，將濾液進行相分離，然后進一步用堿性水溶液、水等洗滌分離的有機層，然后進行濃縮；此后，芳烷基化合物可通過結晶、蒸餾等分離。
通過使用上述芳烷基鹵化物的脫鹵方法，芳烷基化合物可從通過鹵化芳烷基化合物制備芳烷基鹵化物過程中產生的廢料中回收。
在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中，通過將廢料催化還原回收芳烷基化合物。
芳烷基化合物反應(鹵化)之后，產生的芳烷基鹵化物通常進行后處理以分離和提純。后處理中，具有較高熔點的芳烷基鹵化物結晶并過濾收集。結晶和過濾之后，得到包含芳烷基鹵化物的濾液。當芳烷基鹵化物具有較低的熔點時，芳烷基鹵化物用蒸餾法提純。蒸餾之后，得到包含芳烷基鹵化物的蒸餾殘余物。
在本發明中，廢料指在分離或提純芳烷基鹵化物的過程中副產和滯留的液體或固體，包含芳烷基鹵化物。其實例包括上述的濾液、上述的蒸餾殘余物等。
廢料包含至少一種芳烷基單鹵化物和芳烷基二鹵化物，并且可以包含原料、未反應的芳烷基化合物。廢料中芳烷基鹵化物的含量可以依分離或提純方法、其條件等改變，并且不受限制。
廢料可經如上述脫鹵方法的相同方法催化氫化。
通過脫鹵回收芳烷基化合物的后處理方法可使用一般應用于芳烷基化合物的回收方法。例如，過濾催化劑之后，將濾液進行相分離，進一步用堿性水溶液或鹽溶液洗滌分離的有機層并濃縮有機層，芳烷基化合物可通過結晶、蒸餾等回收。
芳烷基化合物的鹵化反應可通過任何已知的方法利用諸如鹵原子的鹵化劑進行。例如，可應用WO 03/106406中記載的方法。
具體而言，實現鹵化的方法通過例如在自由基引發劑和氧化劑的存在下使4′-甲基-2-氰基聯苯與溴在溶劑中反應。至于添加試劑的順序，從可操作性方面來說，優選溴或其溶液加入到預先已經加入溶劑中的4′-甲基-2-氰基聯苯、自由基引發劑和氧化劑的混合物中。也可以同時添加溴、自由基引發劑或其溶液。此外為了反應的平穩進行，反應混合物優選置于攪動下。所使用的溴的量通常是每1摩爾的4′-甲基-2-氰基聯苯為0.4-0.7摩爾，優選0.45-0.60摩爾，更優選0.52-0.58摩爾。
作為自由基引發劑，使用偶氮二-化合物、過氧化物等。具體而言，偶氮二-化合物舉例說明如2，2′-偶氮二(4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈)，2，2′-偶氮二異丁腈，2，2′-偶氮二(2-甲基丁腈)和2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)；和過氧化物，例如過氧化二苯甲酰、過氧化二叔丁基等。優選2，2′-偶氮二(2-甲基丁腈)和2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，且特別優選2，2′-偶氮二(2-甲基丁腈)。相對于作為原料的4′-甲基-2-氰基聯苯，使用的自由基引發劑的量通常是0.1至10摩爾％，優選1至4摩爾％。
通過處理較安全的氧化劑來舉例說明氧化劑，如溴酸鹽(例如溴酸鈉、溴酸鉀等)；和氯酸鹽(例如氯酸鈉、氯酸鉀等)，優選溴酸鈉。所用氧化劑的量是由副產物溴化氫再生溴理論上所需的量或其略過量，相對于作為原料的4′-甲基-2-氰基聯苯，所述氧化劑的量是9-20摩爾％，優選12-17摩爾％。
本發明中所用的溶劑是例如鹵代烴、有5至7個碳原子的鏈烷、脂族酯等。其中具體的實例包括二氯甲烷、二氯乙烯、四氯化碳、一氯苯、鄰二氯苯、溴苯、己烷、庚烷、環己烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等。其中優選一氯苯和乙酸乙酯。所用溶劑的量以每1重量份作為原料的4′-甲基-2-氰基聯苯計，通常是0.5至20重量份，優選1至20重量份，更優選1至15重量份，最優選3至15重量份。
在鹵化反應中，反應體系優選含水。水的存在顯著增加攪動的效果，使反應平穩進行。相對于所用溶劑，水的含量是0.01至50％(w/w)，優選0.05至30％(w/w)。即使水含量是催化量時(相對于所用溶劑，約0.01至2.0％(w/w)，優選0.05至0.5％(w/w))，反應也可充分進行。
當反應溫度依自由基引發劑等變化時，反應溫度通常是50-100℃，優選50-85℃，更優選60-85℃，最優選60-70℃。通過自由基引發劑的光輻照也可產生自由基。在這種情況下，可使用汞燈等。也依上述各種反應條件適當確定反應時間(例如約3-10小時)。
將通過上述反應得到的4′-溴甲基-2-氰基聯苯從反應混合物中分離并純化。其方法可以是但不限于常規方法，該方法包括通過過濾等除去無機鹽，根據需要進行蒸餾去除溶劑和從不同的適當溶劑中進行重結晶。
回收的芳烷基化合物可重被用來通過鹵化制備芳烷基鹵化物。
參照實施例更具體地說明本發明，然而本發明不以任何方式受其限制。
HPCL測量條件柱SUMIPAX ODS A-212柱溫40℃載體介質A甲醇B0.1％乙酸水溶液載體介質濃度60％至100％載體介質流速1.0毫升/分鐘保留時間RRT(相對保留時間)RRT1.0 4′-溴甲基-2-氰基聯苯RRT1.1 4′-甲基-2-氰基聯苯RRT1.2 4′-二溴甲基-2-氰基聯苯制備實施例氯苯(652.5克)中加入4’-甲基-2-氰基聯苯(416.2克，2.251摩爾)和溶于(109克)水的溴酸鈉(57.41克，0.38摩爾)，混合物在75至80℃下加熱。
將溶于一氯苯(87克)的2，2′-偶氮二(2-甲基丁腈)(8.31克，0.043摩爾)溶液與溴(217.5克，1.116摩爾)一起在70至80℃于5小時內滴入上述混合溶液中，隨后使其維持該溫度1小時。溶液在大約80℃下靜置然后進行相分離。有機層添加入217.5克的水，在大約80℃下洗滌然后進行相分離。
分離的溶液在減壓下濃縮來除去91.4克的氯苯。殘余溶液中加入304.5克的氯苯，在75至80℃下用預先涂有11克硅藻土的過濾器過濾。用208.8克的氯苯洗滌，在確定其中觀察不到結晶沉淀之后冷卻濾液。在其溫度為約50℃下的濾液中添加入450毫克的晶種，并在55℃下攪拌6小時。隨后，溶液以10℃/小時的速率冷卻，隨后在其溫度為30至35℃下攪拌5小時，其溫度為0至-5℃下攪拌10小時，然后過濾。
通過用庚烷洗滌結晶，以69％的產率得到404.6克的4′-溴甲基-2-氰基聯苯。
實施例在500毫升四頸燒瓶中，添加300克上述制備實施例中庚烷洗滌之前的濾液(依HPLC-ES方法測定4′-溴甲基-2-氰基聯苯4.75％，4′-二溴甲基-2-氰基聯苯3.93％和4′-甲基-2-氰基聯苯5.43％；依HPCL面積百分法確定4′-溴甲基-2-氰基聯苯28.4％，4′-二溴甲基-2-氰基聯苯23.5％和4′-甲基-2-氰基聯苯32.5％)，85克的水，2.52克的活性炭和2.52克的5％ Pt/C(50％濕度)，繼而以氮替換其中的空氣，然后混合物在60至70℃100至400mmH2O的氫壓力下進行氫化反應。完成反應之后的HPCL面積百分數值是0.31％的4′-溴甲基-2-氰基聯苯，無可測得的4′-二溴甲基-2-氰基聯苯和82.7％的4′-甲基-2-氰基聯苯。
主要是催化劑和活性炭的固體通過過濾分離，隨后從濾液中分離水層，得到有機層。有機層用苛性堿水溶液洗滌，然后用鹽溶液洗，隨后相分離。有機相中的氯苯減壓蒸發掉，隨后將殘余溶液減壓蒸餾得到32克的4′-甲基-2-氰基聯苯。脫鹵收率是95％，純度為98％。
通過記載在制備實施例等中的方法溴化4′-甲基-2-氰基聯苯，可得到4′-溴甲基-2-氰基聯苯。
依本發明的工藝和方法，芳烷基鹵化物可在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙相溶劑體系中，通過簡單的催化氫化操作，脫鹵產生芳烷基化合物；此外，芳烷基化合物可通過脫鹵從制備芳烷基鹵化物的過程中副產的包含芳烷基鹵化物的濾液和蒸餾殘余物中回收得到。
權利要求
1.一種制備芳烷基化合物的方法，其包括在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中催化氫化芳烷基鹵化物。
2.權利要求1所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
3.權利要求1所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
4.權利要求1所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
5.權利要求1所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
6.權利要求1所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
7.一種通過在雙層溶劑體系中經催化還原進行芳烷基鹵化物脫鹵的方法，其中雙層溶劑體系含有水和不溶于水的有機溶劑。
8.權利要求7所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
9.權利要求7所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
10.權利要求7所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
11.權利要求7所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
12.權利要求7所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
13.一種從廢料中回收芳烷基化合物的方法，其中廢料是在通過鹵化芳烷基化合物制備芳烷基鹵化物的過程中產生的，該方法在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中將廢料進行催化還原。
14.權利要求13所述方法，其中廢料是芳烷基鹵化物經結晶和過濾后得到的濾液。
15.權利要求13所述方法，其中廢料是芳烷基鹵化物經蒸餾后得到的蒸餾殘余物。
16.權利要求13所述的方法，其中芳烷基鹵化物的制備通過用鹵原子鹵化芳烷基化合物進行。
17.權利要求13所述方法，其中有機溶劑是選自氯苯、乙酸乙酯和二氯苯中的至少一種。
18.權利要求13所述方法，其中在負載鈀催化劑或負載鉑催化劑存在下用氫進行氫化。
19.權利要求13所述方法，其中在活性炭存在下進行氫化。
20.權利要求13所述方法，其中水的量是每一重量份芳烷基鹵化物0.5至10重量份水。
21.權利要求13所述方法，其中芳烷基鹵化物是選自4′-溴甲基-2-氰基聯苯、4′-二溴甲基-2-氰基聯苯、4′-溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯和4′-二溴甲基-2-(叔丁氧基羰基)聯苯中的至少一種。
全文摘要
本發明提供一種用于制備芳烷基化合物的方法，其包括在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中催化氫化芳烷基鹵化物，一種芳烷基鹵化物的脫鹵方法，該方法通過在含有水和不溶于水的有機溶劑的雙層溶劑體系中進行催化還原，和一種使用脫鹵方法從在通過脫鹵芳烷基化合物制備芳烷基鹵化物的過程中產生的廢料中回收芳烷基化合物的方法。
文檔編號B01J23/44GK1810774SQ20061000401
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月23日 優先權日2005年1月25日
發明者山田誠二, 岸本淳己 申請人:住友化學株式會社