制備溴化羥基芳族化合物的方法

專利名稱：制備溴化羥基芳族化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)羥基芳族化合物進(jìn)行溴化的電化學(xué)方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于溴化苯酚類如對(duì)溴苯酚的制備方法。
溴化羥基芳族化合物如對(duì)溴苯酚是制備雙酚如4，4′-雙酚和對(duì)苯二酚的有價(jià)值的中間體。4，4′-雙酚可以通過(guò)耦合對(duì)溴苯酚而制備，而對(duì)苯二酚可以通過(guò)水解對(duì)溴苯酚而制備。此外，溴化苯酚類在有機(jī)染料的制備中是通用的中間體，而且是用于保護(hù)植物的農(nóng)業(yè)化學(xué)品的合成單體。眾所周知，分子溴Br2容易與苯酚反應(yīng)，主要生成溴苯酚。然而，盡管反應(yīng)速率高，但反應(yīng)選擇性較差，通常對(duì)/鄰位選擇性僅為約75％。此外，生成了大量的“過(guò)溴化(over-brominated)”產(chǎn)物2，4-二溴苯酚。還應(yīng)該注意到，在室溫下為揮發(fā)性有毒液體的分子溴的使用和處理，對(duì)防止將其偶然釋放到環(huán)境中，以及與分子溴的劇毒有關(guān)的人類健康問(wèn)題提出了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
已經(jīng)進(jìn)行了提高苯與分子溴的溴化選擇性的各種嘗試，這些努力在某些方面是成功的。因此，在苯酚溴化時(shí)，使用Br3-陰離子的四烷基銨鹽給予了提高的選擇性。但是，該提高的選擇性以低反應(yīng)速率為代價(jià)。另外，溴化四烷基銨是昂貴的，必須回收和反復(fù)使用。也可以使用三溴化物陰離子(Br3-)的其它鹽用于苯酚的溴化反應(yīng)。已證實(shí)分子溴與烷基硫化物的復(fù)合物對(duì)于苯酚的對(duì)位溴化具有良好的選擇性，但存在許多與三溴化合物陰離子的有機(jī)鹽同樣的缺點(diǎn)。其它提高苯酚溴化反應(yīng)選擇性的方案采用分子溴與硅石、分子溴和環(huán)糊精的組合。然而，選擇性還是不夠。此外，基于分子溴或其復(fù)合物的溴化反應(yīng)使用僅僅一半所引入的溴并產(chǎn)生完全等量的副產(chǎn)物溴化氫，HBr。至今，在苯酚的溴化中得到的最高選擇性是通過(guò)苯酚與基于HBr、分子氧和雜多酸催化劑的組合的溴化劑反應(yīng)而獲得的。盡管在苯酚的溴化中得到高選擇性(99％)，但該方法的缺點(diǎn)是催化劑周轉(zhuǎn)率低、催化劑分子量高和催化劑成本高。
多年以前，報(bào)道過(guò)在作為電解液的溴化物鹽的存在下，電解苯酚的水溶液主要得到對(duì)溴苯酚(T.Bejerano，E.Gileadi，Electrochimica Acta，1976，vol.21，p.231)。該方法僅披露了濃度非常低的反應(yīng)物，表明該方法不可能用于制備大量的溴苯產(chǎn)物。此外，得到的低對(duì)/鄰位選擇性令人對(duì)該方法在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中的生命力表示懷疑。
從上述討論中清楚地看到，用于制備溴化羥基芳族化合物如溴苯酚的不依賴于使用分子溴的新方法代表了非常吸引人的目標(biāo)，尤其在新方法同時(shí)具有高的選擇性和效率的情況下。本發(fā)明提供了制備溴化羥基芳族化合物的新型、高選擇性和高效率的電化學(xué)方法。這種新方法不需要使用分子溴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及溴化羥基芳族化合物的制備方法，所述方法包括在電化學(xué)電池中電解包含羥基芳族化合物、至少一種溴化物離子源、至少一種有機(jī)溶劑和任選水的混合物，以提供溴化羥基芳族化合物產(chǎn)物。
本發(fā)明的另一方面提供了制備溴苯酚如對(duì)溴苯酚和4-溴-2-甲基苯酚的電化學(xué)方法。本發(fā)明的又一方面包括從產(chǎn)物混合物中回收溴化羥基芳族化合物產(chǎn)物。
具體實(shí)施例方式
參考下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案和包含在其中的實(shí)施例的詳細(xì)描述，會(huì)更容易地理解本發(fā)明。在下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，將參考大量的術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)限定為以下含義單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該(所述)”包括復(fù)數(shù)指代物，除非文中另外清楚指明。
“任選的”或“任選地”指隨后描述的事件或情況可能發(fā)生或可能不發(fā)生，并且該描述包括事件發(fā)生和事件不發(fā)生的情況。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“脂族基團(tuán)”指化合價(jià)至少為一的、包含直鏈或支化的非環(huán)狀原子排列的基團(tuán)。該排列可包括雜原子如氮、硫和氧，或者可以僅由碳和氫構(gòu)成。脂族基團(tuán)的實(shí)例包括甲基、亞甲基、乙基、1，2-亞乙基、己基、1，6-亞己基等。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“芳族基團(tuán)”指化合價(jià)至少為一的、包含至少一個(gè)芳族基團(tuán)的基團(tuán)。芳基的實(shí)例包括苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基、亞苯基和聯(lián)苯基。該術(shù)語(yǔ)包括同時(shí)含有芳族組分和脂肪族組分的基團(tuán)，例如苯甲基。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“脂環(huán)基”指化合價(jià)至少為一的、包含環(huán)狀的而非芳族原子排列的基團(tuán)。該排列可以包括雜原子如氮、硫和氧，或者可以僅由碳和氫構(gòu)成。脂環(huán)族基團(tuán)的實(shí)例包括環(huán)丙基、環(huán)戊基、環(huán)己基、四氫呋喃基等。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“過(guò)溴化”指羥基芳族化合物中一個(gè)以上的氫原子被溴原子取代。過(guò)溴化的實(shí)例為苯酚轉(zhuǎn)化為2，4-二溴苯酚，該轉(zhuǎn)化需要起始羥基芳族化合物——苯酚中的兩個(gè)氫原子被溴原子取代。
此處使用的術(shù)語(yǔ)“氫溴酸”與術(shù)語(yǔ)“溴化氫水溶液”是可互換的，指溴化氫(HBr)和水的混合物。
已發(fā)現(xiàn)電解濃度較高的包含羥基芳族化合物、溴化物離子源和有機(jī)溶劑的混合物，導(dǎo)致相對(duì)有效地溴化羥基芳族化合物。例如，發(fā)現(xiàn)當(dāng)苯酚、氫溴酸、乙腈的混合物在電化學(xué)電池中進(jìn)行電解時(shí)，得到的產(chǎn)物主要是對(duì)溴苯酚?？傊糜墒?1)表示的苯酚向?qū)︿灞椒拥霓D(zhuǎn)化來(lái)說(shuō)明這一方法。
(1)根據(jù)本發(fā)明的方法，溴化羥基芳族化合物的電合成可以在電化學(xué)電池中方便地進(jìn)行。電化學(xué)電池可以是分離式或非分離式電池。優(yōu)選經(jīng)常使用非分離式電化學(xué)電池，因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的方法使用時(shí)在未分離式電池中可以獲得足夠高的電流效率(＞95％)。電化學(xué)電池可包含幾乎所有類型的電極，但優(yōu)選使用石墨電極。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，所使用的電化學(xué)電池的陽(yáng)極由石墨電極構(gòu)成，而陰極由非石墨的另一種合適的材料構(gòu)成。一般，根據(jù)本發(fā)明的方法所用的電化學(xué)電池是在約20～約1000毫安/平方厘米(mA/cm2)，優(yōu)選約50～約400mA/cm2，更優(yōu)選約100～約250mA/cm2的電流密度下工作的。通常，該電池在高于約1.5伏特(V)，優(yōu)選在約3～約4V的電池電動(dòng)勢(shì)下工作。
正如提及的，本發(fā)明的方法包括在電化學(xué)電池中電解包含羥基芳族化合物、至少一種溴化物離子源和至少一種有機(jī)溶劑的混合物。一般，羥基芳族化合物的使用量相當(dāng)于大于進(jìn)行電解的混合物總重的5％。在一實(shí)施方案中，羥基芳族化合物的用量相當(dāng)于進(jìn)行電解的混合物總重的5％至約50％。在該情況下，羥基芳族化合物的濃度限定為混合物的5～約50重量％。在一替代實(shí)施例中，羥基芳族化合物的用量相當(dāng)于進(jìn)行電解的混合物總重的約10％至約40％。根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用的合適的羥基芳族化合物包括具有結(jié)構(gòu)式I的單官能團(tuán)苯酚 其中R1在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，n為0～4的整數(shù)。
具有結(jié)構(gòu)I的單官能團(tuán)苯酚的實(shí)例為苯酚、鄰甲酚(2-甲基苯酚)、2-氯苯酚、2-叔丁基苯酚、2-苯基苯酚、2-異丙基-5-甲基苯酚等。
除了具有結(jié)構(gòu)I的單官能團(tuán)苯酚之外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用的合適的羥基芳族化合物包括具有結(jié)構(gòu)II的羥基萘類 其中R2和R3在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，m為0～2的整數(shù)，p為0～4的整數(shù)。
具有結(jié)構(gòu)II的羥基萘類的實(shí)例為1-萘酚、2-萘酚、2-甲基-1-萘酚、2-氯-1-萘酚、2-叔丁基-1-萘酚等。
根據(jù)本發(fā)明的方法所使用的溴化物離子源可以是在電化學(xué)電池中存在的條件下提供電離的溴化物離子的任何含溴化合物。因此，合適的溴化物離子源包括氫溴酸、堿金屬溴化物、過(guò)渡金屬溴化物、季銨溴化物、胺的氫溴化物、季鏻溴化物等。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，溴化物離子源是48重量％的氫溴酸水溶液。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，溴化物離子源是溴化鈉和氫溴酸的混合物。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以有利地使用許多不同的溴化物離子源組合。在一些實(shí)施方案中，除了非過(guò)渡金屬溴化物源如氫溴酸以外，至少一種過(guò)渡金屬溴化物存在于進(jìn)行電解的反應(yīng)混合物中。在另一實(shí)施方案中，除了既不是季銨溴化物也不是季鏻溴化物的溴化物源如氫溴酸以外，至少一種季銨溴化物或季鏻溴化物存在于進(jìn)行電解的反應(yīng)混合物中。不考慮溴化物離子源，發(fā)現(xiàn)在羥基芳族化合物和來(lái)自任意來(lái)源的溴化物離子的摩爾比小于1的情況下，反應(yīng)顯示出對(duì)單溴化(monobromination)較高的選擇性，并且避免了“過(guò)度溴化”。
根據(jù)本發(fā)明的方法可方便使用的過(guò)渡金屬溴化物包括CuBr2、FeBr2、ZnBr2和CoBr2。在一些情況下，采用過(guò)渡金屬溴化物的混合物會(huì)是有利的。季銨溴化物的實(shí)例為溴化四丁銨、溴化四乙銨、溴化四甲銨等。胺的氫溴化物的實(shí)例為氫溴化三乙胺、氫溴化二乙胺、氫溴化三甲胺、溴化銨等。季鏻溴化物表示為溴化四丁基鏻、溴化四甲基鏻等。
在一些實(shí)施方案中，使用的溴化物離子源包含由酸和堿金屬溴化物組合例如溴化鈉和硫酸水溶液組合而產(chǎn)生的氫溴酸。在此所給出的溴化鈉和硫酸水溶液的組合是用于本發(fā)明方法的合適的溴化物離子源。
適合用于本發(fā)明方法的有機(jī)溶劑包括腈、酯、醇、酯、酰胺、酮和醚。一般優(yōu)選腈如乙腈。合適的溶劑包括乙腈、丙腈、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甘醇二甲醚、tetraglyme、乙醇和甲醇。在一些情況下，使用的有機(jī)溶劑會(huì)影響溴化反應(yīng)的選擇性。
在發(fā)生電解的混合物中含有水的實(shí)施方案中，例如當(dāng)溴化物離子源包含氫溴酸時(shí)，溶劑的選擇可能會(huì)影響混合物的均相性或多相性。因此根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)行電解的混合物可以是單相體系或多相體系。多相體系的實(shí)例為苯酚、HBr水溶液和丙腈的混合物。單相體系的實(shí)例是苯酚、HBr水溶液、溴化鈉和甲醇的混合物。
可以以連續(xù)過(guò)程或間歇過(guò)程實(shí)施本發(fā)明的方法。在本發(fā)明的連續(xù)實(shí)施方案中，使用的電化學(xué)電池包含在流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)。因而，將包含羥基芳族化合物、溴化物離子源和有機(jī)溶劑的混合物連續(xù)加入包括至少一個(gè)電化學(xué)電池的流動(dòng)反應(yīng)器中，并且將含有溴化羥基芳族化合物產(chǎn)物的流出液流連續(xù)從流動(dòng)反應(yīng)器中排出。流動(dòng)反應(yīng)器可以僅僅為該電化學(xué)電池本身，或者串聯(lián)排列的兩個(gè)或更多個(gè)電化學(xué)電池，或者平行排列的兩個(gè)或更多個(gè)電化學(xué)電池，或者網(wǎng)狀排列的三個(gè)或更多個(gè)電化學(xué)電池。電化學(xué)電池的網(wǎng)狀排列包括處于至少一個(gè)平行排列和至少一個(gè)串聯(lián)排列的電池。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，電化學(xué)電池(或電池)是雙極電化學(xué)電池。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，流動(dòng)反應(yīng)器包括一系列攪拌釜反應(yīng)器，每個(gè)所述的攪拌釜反應(yīng)器包含電化學(xué)電池。一般，優(yōu)選流動(dòng)反應(yīng)器由一個(gè)或多個(gè)“流動(dòng)”電化學(xué)電池構(gòu)成。在另一實(shí)施方案中，通過(guò)在水中沉淀并在連續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)濾裝置如伯德-楊(Bird-Young)旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾器上過(guò)濾，將溴化羥基芳族化合物產(chǎn)物連續(xù)分離出來(lái)。
在本發(fā)明的間歇式過(guò)程實(shí)施方案中，電化學(xué)電池包含在間歇反應(yīng)器中。間歇反應(yīng)器可以是電化學(xué)電池本身，或者電化學(xué)電池可以是間歇反應(yīng)器的組成部分，例如電化學(xué)電池包含在攪拌釜反應(yīng)器的循環(huán)回路中。在一實(shí)施方案中，電化學(xué)電池是雙極電化學(xué)電池。在連續(xù)式的實(shí)施方案中，通過(guò)用水稀釋然后過(guò)濾可以分離出產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法分離產(chǎn)物，例如用與水不互溶的溶劑稀釋，用水洗滌所得的有機(jī)相，干燥并蒸發(fā)，以獲得粗的溴化羥基芳族化合物，然后在需要時(shí)通過(guò)結(jié)晶、蒸餾等方法進(jìn)行純化。
產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物可以是具有結(jié)構(gòu)III的溴化苯酚 其中R1和n如結(jié)構(gòu)式I所限定的。
具有結(jié)構(gòu)式III的溴化羥基芳族化合物的實(shí)例有4-溴-2-氯苯酚、4-溴-2-甲基苯酚、4-溴-2-叔丁基苯酚和對(duì)溴苯酚。
或者，產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物可以是具有結(jié)構(gòu)IV的溴萘酚， 其中R2、R3、m和p如結(jié)構(gòu)式II所限定的。
具有結(jié)構(gòu)式IV的溴萘酚的實(shí)例有4-溴-1-萘酚、4-溴-2-氯-1-萘酚、4-溴-2-甲基-1-萘酚和4-溴-2-叔丁基-1-萘酚。
在一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了制備具有結(jié)構(gòu)III的溴化羥基芳族化合物的方法，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含具有結(jié)構(gòu)I的羥基芳族化合物、溴化氫水溶液和至少一種有機(jī)溶劑的混合物，和(B)回收產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法提供了制備對(duì)溴苯酚的方法，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含苯酚、氫溴酸和乙腈的混合物，所述苯酚和氫溴酸的存在量相當(dāng)于苯酚和溴化氫的摩爾比為約0.6∶1～約1.0∶1，所述電化學(xué)電池在約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作；以及(B)回收產(chǎn)物對(duì)溴苯酚。
在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了制備4-溴-2-甲基苯酚的方法，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含鄰甲酚、氫溴酸和乙腈的混合物，所述鄰甲酚和氫溴酸的存在量相當(dāng)于鄰甲酚和溴化氫的摩爾比為約0.6∶1～約1.0∶1，所述電化學(xué)電池在每平方厘米約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作；以及(B)回收產(chǎn)物4-溴-2-甲基苯酚。
實(shí)施例為了給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員提供如何評(píng)估在此要求保護(hù)的方法的詳細(xì)描述，提供了以下實(shí)施例，這些實(shí)施例并非試圖限制本發(fā)明人所認(rèn)可的發(fā)明范圍。除非另外指出，份數(shù)以重量計(jì)，溫度以℃表示。通過(guò)定量HPLC分析產(chǎn)物混合物，測(cè)定起始苯酚轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)(見(jiàn)表1～3中的“％苯酚轉(zhuǎn)化”)。同樣通過(guò)定量HPLC測(cè)定產(chǎn)物選擇性。對(duì)產(chǎn)物選擇性采用兩種測(cè)量方法(i)“對(duì)位選擇性”，這里將其定義為相對(duì)于存在于產(chǎn)物混合物中的所有溴化產(chǎn)物的總量的對(duì)溴苯酚的量，(ii)“單選擇性”，將其定義為相對(duì)于存在于產(chǎn)物混合物中的所有溴化產(chǎn)物的總量的所有單溴化產(chǎn)物的總峰值量。以每小時(shí)每升產(chǎn)生的產(chǎn)物的摩爾數(shù)表達(dá)的反應(yīng)速率表示平均反應(yīng)速率，該反應(yīng)速率通過(guò)將轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的苯酚的摩爾數(shù)除以反應(yīng)混合物的體積和反應(yīng)時(shí)間而獲得。表1～3中的列標(biāo)題“Br/PhOH”是摩爾比，指來(lái)自反應(yīng)混合物中存在的所有來(lái)源的溴化物離子的總摩爾數(shù)除以反應(yīng)混合物中最初存在的苯酚的摩爾數(shù)的值。
實(shí)施例1～14
實(shí)施例1在配備有石墨電極(面積為2.5cm2)的玻璃電化學(xué)電池中加入3.544克苯酚(PhOH)、4.717克氫溴酸(48重量％的HBr)和9.746克乙腈(MeCN)。使用CHI-110穩(wěn)壓器在3V的恒定電壓下進(jìn)行本體電解(bulkelectrolysis)5.5小時(shí)。用HPLC分析產(chǎn)物混合物。
使用相同的電化學(xué)電池以相同的方式實(shí)施實(shí)施例2～14，除了在4V的恒定電壓下操作。在表1中匯總了實(shí)施例1～14的數(shù)據(jù)。實(shí)施例11中，HBr水溶液是溴化鈉溶解于硫酸水溶液而形成的溶液。表1中列標(biāo)題“對(duì)％”和“單％”指對(duì)各反應(yīng)測(cè)得的“對(duì)位選擇性”和“單選擇性”。
表1 使用氫溴酸作為單獨(dú)的溴化物源的苯酚的電化學(xué)溴化

實(shí)施例15～29實(shí)施例15在配備有石墨電極(面積為2.5cm2)的玻璃電化學(xué)電池中加入3.26克苯酚(PhOH)、4.00克溴化鈉(NaBr)和10.4克乙腈(MeCN)。在4V的恒定電壓下進(jìn)行本體電解5.5小時(shí)(hr)。用HPLC分析產(chǎn)物混合物。
在4V的恒定電壓下使用相同的電化學(xué)電池以相同的方式實(shí)施實(shí)施例15～29。在表2中匯總了實(shí)施例15～29的數(shù)據(jù)。表2中列標(biāo)題“Br源”表示反應(yīng)中使用的除了溴化鈉和HBr水溶液之外的溴化物源。列標(biāo)題“Wt Br源”表示以克計(jì)的使用的其它溴化物源的重量。在表2中包括實(shí)施例28和29，作為節(jié)省篇幅的測(cè)量。實(shí)施例28和29中沒(méi)有使用除了溴化鈉和HBr水溶液之外的溴化物源。而是，反應(yīng)混合物分別包括0.11克乙酸鎳和0.13克氯化鈰。
表2 包括溴化鈉作為溴化物源的苯酚的電化學(xué)溴化

續(xù)表2

和實(shí)施例15一樣進(jìn)行實(shí)施例30～38的電化學(xué)溴化，除了使用非溴化鈉的溴化物源。表3中匯總了實(shí)施例30～38的數(shù)據(jù)。在表3中，列標(biāo)題“Br源”表示在反應(yīng)混合物中存在的除了HBr水溶液之外的溴化物源。標(biāo)題為“Wt Br源”的欄表示以克計(jì)的除了HBr水溶液之外的溴化物源的重量。
表3 使用替代溴化物源的苯酚的電化學(xué)溴化

續(xù)表3

Examples 38-41實(shí)施例38～41涉及鄰甲酚(實(shí)施例38-40)和間甲酚(實(shí)施例41)的電化學(xué)溴化。以和實(shí)施例1采用的步驟相似的方式實(shí)施實(shí)施例38～41。結(jié)果匯總在表4中。和表1中一樣，列標(biāo)題“對(duì)％”和“單％”指對(duì)各反應(yīng)測(cè)得的“對(duì)位選擇性”和“單選擇性”。表4中列標(biāo)題“Br/PhOH”是摩爾比，指反應(yīng)混合物中存在的所有來(lái)源的溴化物離子的總摩爾數(shù)除以反應(yīng)混合物中最初存在的鄰甲酚或間甲酚的摩爾數(shù)的值。表4中列標(biāo)題為“％ArOH轉(zhuǎn)化”欄中的數(shù)據(jù)表示鄰甲酚或間甲酚轉(zhuǎn)化為溴化產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)。
表4 使用氫溴酸作為單獨(dú)的溴化物源的鄰甲酚和間甲酚的電化學(xué)溴化

1實(shí)施例38電池電動(dòng)勢(shì)為3伏特。2實(shí)施例39和41電池電動(dòng)勢(shì)為4伏特。3實(shí)施例40電池電動(dòng)勢(shì)為5伏特。
表1～4中的數(shù)據(jù)說(shuō)明本發(fā)明方法的通用性。所述方法的特征在于對(duì)位溴化的高選擇性，觀察到的單選擇性的高數(shù)值表明能夠控制不希望的過(guò)溴化。可以用單一的溴化物離子源如HBr水溶液(實(shí)施例1～14和38～41)來(lái)進(jìn)行反應(yīng)?；蛘?，可以用多種溴化物離子源進(jìn)行反應(yīng)，例如實(shí)施例24～26中使用的溴化鈉、HBr水溶液和溴化銅的混合物。本發(fā)明的方法甚至可以在無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行(見(jiàn)實(shí)施例15和20～23)，雖然反應(yīng)速率通常低于存在水性溴化物離子時(shí)的反應(yīng)速率。使用季銨溴化物作為額外的溴化物離子源是有利的(見(jiàn)實(shí)施例33)。此外，這些數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的方法使得鄰甲酚(實(shí)施例38～40)和間甲酚(實(shí)施例41)的電化學(xué)溴化具有高的選擇性。
已經(jīng)具體參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制備溴化羥基芳族化合物的方法，所述方法包括在電化學(xué)電池中電解包含羥基芳族化合物、至少一種溴化物離子源、至少一種有機(jī)溶劑以及任選的水的混合物，以提供產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述電化學(xué)電池是在約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述電化學(xué)電池包含石墨陽(yáng)極。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述羥基芳族化合物選自具有結(jié)構(gòu)I的單官能苯酚類和具有結(jié)構(gòu)II的羥基萘類， 其中R1在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，n為0～4的整數(shù)， 其中R2和R3在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，m為0～2的整數(shù)，p為0～4的整數(shù)。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述羥基芳族化合物是苯酚。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述羥基芳族化合物是鄰甲酚。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述溴化物離子源包括氫溴酸。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述溴化物離子源還包括堿金屬溴化物。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述堿金屬溴化物是溴化鈉。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述溴化物源還包括至少一種過(guò)渡金屬溴化物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述過(guò)渡金屬溴化物選自CuBr2、FeBr2、ZnBr2和CoBr2。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述溴化物離子源還包括至少一種季銨溴化物。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述溴化物離子源包括堿金屬溴化物。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述堿金屬溴化物是溴化鈉。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)溶劑選自腈、酯、醇、酯、酰胺、酮和醚。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述溶劑選自乙腈、丙腈、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甘醇二甲醚、tetraglyme、乙醇和甲醇。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述電化學(xué)電池包含在流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述電化學(xué)電池包含在間歇反應(yīng)器內(nèi)。
19.權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物具有結(jié)構(gòu)III， 其中R1在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，n為0～4的整數(shù)。
20.權(quán)利要求19的方法，其中具有結(jié)構(gòu)III的產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物選自4-溴-2-氯苯酚、4-溴-2-甲基苯酚、4-溴-2-叔丁基苯酚和對(duì)溴苯酚。
21.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物是具有結(jié)構(gòu)IV的溴萘酚， 其中R2和R3在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，m為0～2的整數(shù)，p為0～4的整數(shù)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述具有結(jié)構(gòu)IV的溴萘酚選自4-溴-1-萘酚、4-溴-2-氯-1-萘酚、4-溴-2-甲基-1-萘酚和4-溴-2-叔丁基-1-萘酚。
23.權(quán)利要求1的方法，其中以約85％～約100％的對(duì)位選擇性生成產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
24.權(quán)利要求1的方法，其中以約95％～約100％的單選擇性生成產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
25.權(quán)利要求1的方法，還包括產(chǎn)物回收步驟，所述步驟包括從產(chǎn)物混合物中回收產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述回收產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物包括用水稀釋產(chǎn)物混合物并過(guò)濾所述的產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
27.一種制備具有結(jié)構(gòu)III的溴化羥基芳族化合物的方法， 其中R1在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，n為0～4的整數(shù)，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含具有結(jié)構(gòu)I的羥基芳族化合物、溴化氫水溶液和至少一種有機(jī)溶劑的混合物， 其中R1在每一次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵原子、C1-C20脂族基團(tuán)、C4-C20芳族基團(tuán)或C3-C20脂環(huán)族基團(tuán)，n為0～4的整數(shù)，和(B)回收產(chǎn)物溴化羥基芳族化合物。
28.權(quán)利要求26的方法，其中所述電化學(xué)電池是在約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作的。
29.一種制備對(duì)溴苯酚的方法，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含苯酚、氫溴酸和乙腈的混合物，所述苯酚和氫溴酸的存在量相當(dāng)于苯酚和溴化氫的摩爾比為約0.6∶1～約1.0∶1，所述電化學(xué)電池在約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作；以及(B)回收產(chǎn)物對(duì)溴苯酚。
30.一種制備4-溴-2-甲基苯酚的方法，所述方法包括(A)在電化學(xué)電池中電解包含鄰甲酚、氫溴酸和乙腈的混合物，所述鄰甲酚和氫溴酸的存在量相當(dāng)于鄰甲酚和溴化氫的摩爾比為約0.6∶1～約1.0∶1，所述電化學(xué)電池在約20～約1000毫安/平方厘米的電流密度下工作；以及(B)回收產(chǎn)物4-溴-2-甲基苯酚。
全文摘要
通過(guò)電解包含羥基芳族化合物、溴化物離子源和有機(jī)溶劑的混合物來(lái)直接溴化羥基芳族化合物，在合成有利的速率下以高對(duì)位選擇性提供溴化的羥基芳族化合物產(chǎn)物。所述方法不需要使用或處理分子溴或溴的復(fù)合物，且允許充分利用溴化物源而不產(chǎn)生反應(yīng)副產(chǎn)物溴化氫。本發(fā)明的方法僅需要簡(jiǎn)單的電化學(xué)設(shè)備，例如非分離式電化學(xué)電池，使得該方法比在分離式電池中進(jìn)行的類似的電化學(xué)方法投入資金少。使用氫溴酸作為溴化物離子源提供了幾乎唯一形成目標(biāo)溴化產(chǎn)物的凈反應(yīng)。
文檔編號(hào)C25B3/06GK1745198SQ200380109424
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者格里戈里·L·索洛維奇克 申請(qǐng)人:通用電氣公司