專利名稱：含有二噁－雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物的羥基化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物的羥基化方法。
更具體地說，本發(fā)明涉及1，3-苯并二氧雜環(huán)戊烯的羥基化方法。
再更具體地說，本發(fā)明涉及羥基化1，3-苯并二氧雜環(huán)戊烯(MDB)生成5-羥基-1，3-苯并二氧雜環(huán)戊烯(5-羥基-MDB)的方法。
背景技術(shù)：
從文獻(xiàn)中已知氧化含有雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物(例如苯并二氧雜環(huán)戊烯)的方法，它們會產(chǎn)生產(chǎn)物，例如5-羥基-MDB，它用于農(nóng)業(yè)、制藥業(yè)和化妝品工業(yè)中并用作有機(jī)合成的中間體。
例如，英國專利GB2,323,843描述了一種制備5-羥基-MDB的方法，它包括按照Baeyer Villiger反應(yīng)在甲酸存在下用過氧化氫(H2O2)氧化胡椒醛。但是，由于胡椒醛是天然產(chǎn)物，需要從目前受環(huán)境保護(hù)法保護(hù)的檫木(sassafras)植物中提取，因而不易獲得，所以該方法有使用昂貴原料的缺點(diǎn)。
1979年的日本專利申請56-834865記載了另外一種制備5-羥基-MDB的方法。該方法從MDB開始形成乙?；苌?、亞甲基二氧乙酰苯，然后用過酸進(jìn)行Baeyer Villiger氧化。目前還在使用的該方法的缺點(diǎn)是會造成環(huán)境問題，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的乙酰苯的氧化階段需要使用Friedel Kraft催化劑、存在亞甲基二氧乙酰苯并且使用危險(xiǎn)的氧化劑，例如過乙酸?？傮w而言，該合成方法的特征在于兩個(gè)不同階段的每一個(gè)的特點(diǎn)都是惡劣的反應(yīng)條件，因?yàn)橐褂锰貏e污染的催化劑和特別危險(xiǎn)的試劑，它們都不容易處理。
1993年的日本專利申請63-45756記載了另外一種方法，它從衍生物5-溴-1，3-苯并二氧雜環(huán)戊烯開始，然后通過Grignard反應(yīng)轉(zhuǎn)化成硼烷衍生物，隨后用H2O2氧化硼烷衍生物。該方法非常長，包括使用在工業(yè)規(guī)模難以操作的各種試劑(例如Grignard反應(yīng)中間體和金屬鎂)，該方法還需使用硼烷試劑，它必須在第二階段氧化成相應(yīng)的5-羥基-MDB。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看，該方法的各階段都是繁重的，因?yàn)楦鞣N試劑價(jià)格昂貴，廢棄物還需要特別處理。
1976年的日本專利申請52-13384記載了另外一種方法，它包括使用1，2，4-三苯酚作原料，隨后在溶劑介質(zhì)(例如二甲基亞砜或二甲基甲酰胺)中用二氯甲烷進(jìn)行環(huán)化，以得到5-羥基-MDB。該方法的缺點(diǎn)是使用的原料難以得到并且環(huán)化反應(yīng)中的產(chǎn)率非常低，因?yàn)楸椒釉现写嬖谌齻€(gè)等價(jià)羥基，這導(dǎo)致在反應(yīng)中與二氯甲烷試劑形成分子間亞甲基橋。這些副產(chǎn)物降低了產(chǎn)率，使目標(biāo)產(chǎn)物難以回收，并且必須進(jìn)行特別燃燒才能丟棄。
總之，已知的生產(chǎn)5-羥基-MDB的方法都不具有從工業(yè)化的觀點(diǎn)看令人感興趣的特征。實(shí)際上，這些方法具有下述缺陷使用昂貴的原料，當(dāng)它們不容易得到時(shí)仍要使用；使用難以操作或危險(xiǎn)的試劑；在任何情況下都有嚴(yán)重的環(huán)境影響的特征。
本申請人現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過在異質(zhì)的沸石催化劑和過氧化氫存在下對底物直接羥基化的方法，可以克服現(xiàn)有的氧化含有雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物(例如苯并二氧雜環(huán)戊烯)的方法中的所有缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的涉及具有通式(I)的含有雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物的羥基化方法 其中R代表C1-C4(異)亞烷基，而R1和R2相同或不同，分別代表氫原子、CH3、鹵素或C1-C2烷氧基，它包括在具有通式(II)的沸石催化劑的存在下用H2O2直接羥基化所述的具有通式(I)的化合物xTiO2·(1-x)SiO2(II)其中，x的數(shù)值范圍為0.0001～0.04，優(yōu)選地為0.01～0.025。
沸石催化劑在文獻(xiàn)中已知為鈦-硅質(zhì)巖(silicalite)TS-1，更具體地說，其制備記載在美國專利4,410,501和歐洲專利200,260中。在本發(fā)明中使用的鈦-硅質(zhì)巖催化劑的粒徑為1～1000μm，優(yōu)選為5～100μm，或者是小球狀。
根據(jù)本發(fā)明，特別適合進(jìn)行直接羥基化的底物是這樣的，其中R是亞甲基，R1和R2是兩個(gè)氫原子。該產(chǎn)物是1，3-苯并二氧雜環(huán)戊烯(MDB)，它可以在5位被氧化生成5-羥基-MDB。
羥基化反應(yīng)可以在存在一種或多種溶劑的條件下進(jìn)行，或者直接通過將任選地用H2O稀釋的H2O2加入鈦-硅質(zhì)巖的底物(例如MDB)懸浮液中一起處理，其中的底物過量很多。
可以使用的溶劑是●屬于脂族醇類的產(chǎn)品，特別是C1-C10直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的醇；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有3～12個(gè)碳原子的脂族酮；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有5～12個(gè)碳原子的飽和脂族烴；●酯，它選自二烷基碳酸酯，其中的烷基含有1～4個(gè)碳原子，和具有式CH3-COO-R′的羧酸酯，其中R′代表C1-C4基團(tuán)；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有3～12個(gè)碳原子的脂族醚；●具有式R″-CN的脂族腈，其中R″代表C1-C4烷基。
異質(zhì)的鈦-硅質(zhì)巖質(zhì)催化劑在文獻(xiàn)中也稱作TS-1，它可以用在批量反應(yīng)中，相對于底物的濃度為1～50重量％，優(yōu)選5～30％。在這種情況下，過氧化氫是通到TS-1催化劑的底物懸浮液上，或者通到由TS-1催化劑和底物與可能含有水的溶劑的混合物組成的懸浮液上。
或者，還可以通過將過氧化氫和底物加到TS-1催化劑層上，或者優(yōu)選地通過使試劑穿過小球狀的TS-1催化劑的固定床，方便地進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。
過氧化氫(H2O2)試劑可以以商業(yè)銷售產(chǎn)品的濃度使用，例如過氧化氫的濃度范圍為10～60重量％，但是也可以進(jìn)一步稀釋至低于10％的濃度。為了得到高反應(yīng)產(chǎn)率，H2O2/底物的摩爾比可以是0.01～0.5，優(yōu)選0.1～0.3。反應(yīng)可以在10～100℃、優(yōu)選40～80℃的溫度下進(jìn)行。
本發(fā)明的主題方法將底物轉(zhuǎn)化成要得到的羥基化產(chǎn)物(特別是能將MDB底物轉(zhuǎn)化成5-羥基-MDB)的轉(zhuǎn)化選擇性高達(dá)80％，轉(zhuǎn)化率高達(dá)30％。未反應(yīng)的多余底物和TS-1催化劑可以從反應(yīng)化合物中分離出來，再用于下次合成。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明和其實(shí)施方案，提供了一些解釋性的但非限制性的實(shí)施例。
實(shí)施例1將30gTS-1催化劑、150g甲基異丁酮、150g丙酮和150g(1.23摩爾)MDB裝入反應(yīng)器中，該反應(yīng)器配有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝器和加熱/冷卻夾套。把得到的懸浮液加熱到60℃，維持物質(zhì)的攪拌狀態(tài)。在約4小時(shí)加入84g 10％(0.25摩爾)的H2O2，懸浮液的溫度維持在60℃。在60℃攪拌懸浮液1小時(shí)，將有機(jī)相與TS-1催化劑分離后，隨后進(jìn)行分析。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝15％；5-羥基-MDB的選擇性＝62％。
實(shí)施例2使用與實(shí)施例1相同的方法，但是只加入300g丙酮以代替丙酮/甲基異丁酮混合物。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝12％；5-羥基-MDB的選擇性＝58％。
實(shí)施例3使用與實(shí)施例1相同的方法，但是定量加入70g用于代替溶劑混合物的H2O和28g 30％(0.25摩爾)的H2O2。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝10％；5-羥基-MDB的選擇性＝25％。
實(shí)施例4使用與實(shí)施例1相同的方法，但是加入33g正己烷以代替丙酮。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝10％；5-羥基-MDB的選擇性＝70％。
實(shí)施例5使用與實(shí)施例1相同的方法，但是加入150g二甲基碳酸酯以代替丙酮/甲基異丁酮混合物。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝13％；5-羥基-MDB的選擇性＝52％。
實(shí)施例6使用與實(shí)施例1相同的方法，但是加入150g乙腈以代替丙酮/甲基異丁酮混合物。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝10％；5-羥基-MDB的選擇性＝45％。
實(shí)施例7使用與實(shí)施例1相同的方法，但是加入300g叔丁醇以代替丙酮/甲基異丁酮混合物。
從有機(jī)相的GLC分析得到下述結(jié)果MDB轉(zhuǎn)化率＝15％；5-羥基-MDB的選擇性＝48％。
權(quán)利要求
1.羥基化具有通式(I)的含有雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物的方法 其中R代表C1-C4(異)亞烷基，而R1和R2相同或不同，分別代表氫原子、CH3、或C1-C2烷氧基，它包括在具有通式(II)的沸石催化劑的存在下用H2O2直接羥基化所述的具有通式(I)的化合物xTiO2·(1-x)SiO2(II)其中，x的數(shù)值范圍為0.0001～0.04，優(yōu)選地為0.01～0.025。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用的沸石催化劑的粒徑為1～1000μm，優(yōu)選為5～100μm，或者是小球狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在具有通式(I)的產(chǎn)物中，R是亞甲基，而R1和R2是兩個(gè)氫原子。
4.根據(jù)前面的任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中羥基化反應(yīng)可以在存在一種或多種溶劑的條件下進(jìn)行，或者直接通過將任選地用H2O稀釋的H2O2加入催化劑的底物懸浮液中一起處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中溶劑是選自●脂族醇，特別是C1-C10直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的醇；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有3～12個(gè)碳原子的脂族酮；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有5～12個(gè)碳原子的飽和脂族烴；●酯，它選自二烷基碳酸酯，其中的烷基含有1～4個(gè)碳原子，和具有式CH3-COO-R′的羧酸酯，其中R′代表C1-C4基團(tuán)；●直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的含有3～12個(gè)碳原子的脂族醚；●具有式R″-CN的脂族腈，其中R″代表C1-C4烷基。
6.根據(jù)前面的任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中的催化劑用在批量反應(yīng)中，其相對于底物的濃度為1～50重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中的任意一項(xiàng)的方法，其中反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，將過氧化氫和底物加到催化劑層上，或者使試劑穿過小球狀的催化劑的固定床。
8.根據(jù)前面的任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中所用的H2O2試劑是濃度范圍為1～60重量％的水溶液。
9.根據(jù)前面的任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中H2O2/底物的摩爾比是0.01～0.5，優(yōu)選0.1～0.3。
10.根據(jù)前面的任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中氧化反應(yīng)是在10～100℃、優(yōu)選40～80℃的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
含有二噁雜環(huán)系統(tǒng)的芳香族化合物的羥基化方法，它包括在具有通式xTiO
文檔編號C07D317/64GK1671641SQ03817926
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者G·安德魯緹, P·潘瑟里, V·麥索里, O·瑪利安尼, G·伯格尼尼 申請人:伯里加德意大利公司