專利名稱：制備4－氨基二苯胺的中間體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備4-氨基二苯胺的方法、4-氨基二苯胺以及烷基化4-氨基二苯胺衍生物。
4-氨基二苯胺類廣泛地用作制備在如下方面具有實(shí)用性的烷基化衍生物的中間體作為防臭氧劑和抗氧化劑，作為單體和聚合物的穩(wěn)定劑，以及在各種特殊應(yīng)用中。例如，4-氨基二苯胺(4-ADPA)與甲基異丁基酮的還原性烷基化提供N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基-對(duì)苯二胺，它是一種用于保護(hù)各種橡膠制品的有用防臭氧劑。
4-氨基二苯胺衍生物可用多種方法制備。一種引人注目的合成方法是將任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯在堿存在下反應(yīng)，例如在US5,608,111(授予Stem等)和US5,739,403(授予Reinartz等)中所公開的那樣。US5,608,111中公開了一種制備任選取代的4-ADPA的方法，其中在第一步中將任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯在堿存在下反應(yīng)(偶合)。在其制備實(shí)施例中，將苯胺和硝基苯在作為堿的氫氧化四甲銨的存在下反應(yīng)，并在偶合反應(yīng)過程中共沸除去水和苯胺。
國際公開WO 00/35853中公開了一種通過苯胺與硝基苯在液體介質(zhì)中反應(yīng)而制備4-氨基二苯胺的中間體的方法，其中反應(yīng)體系包含實(shí)實(shí)在在的兩性離子與氫氧化物的鹽的溶液。具體實(shí)施了氫氧化鉀和水合甜菜堿的組合。反應(yīng)可在游離氧的存在下進(jìn)行。
EP 566783中公開了一種通過硝基苯與苯胺在極性非質(zhì)子溶劑中在強(qiáng)堿性反應(yīng)體系中反應(yīng)而制備4-硝基二苯胺的方法。使用例如硫酸氫四丁基銨之類的相轉(zhuǎn)移催化劑。該文獻(xiàn)中要求反應(yīng)在無氧氣氛中進(jìn)行，以免由于氧化引起不希望的副反應(yīng)。
美國專利5,117,063和國際公開WO 01/14312中公開了制備4-硝基二苯胺和4-亞硝基二苯胺的方法，其中使用各種堿作為相轉(zhuǎn)移催化劑，包括單獨(dú)的氫氧化四烷基銨，或無機(jī)堿和冠醚。例如包括需氧條件的使用。對(duì)于在使用苯胺作為溶劑的厭氧條件下的反應(yīng)，或使用DMSO以及其它類似溶劑作為溶劑的有氧條件下的反應(yīng)，報(bào)道使用較少的偶氮苯。
美國專利5,612,483中公開了一種制備硝基取代的芳基胺(包括4-硝基二苯胺)的方法，包括芳基胺與硝基芳基胺在堿的存在下反應(yīng)，同時(shí)在極性溶劑中引入氧。該專利表明，使用普通的堿，優(yōu)選無機(jī)堿，該反應(yīng)得到較高收率的相應(yīng)胺。
美國專利6,140,538中公開了一種制備任選取代的4-氨基二苯胺的方法，包括任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯在水和堿的存在下反應(yīng)，同時(shí)控制水含量以保證加入的水與堿的摩爾比在偶聯(lián)反應(yīng)開始時(shí)不小于約4∶1，而在偶聯(lián)反應(yīng)結(jié)束時(shí)不少于約0.6∶1，從而產(chǎn)生4-硝基二苯胺和/或4-亞硝基二苯胺和/或它們的鹽。偶聯(lián)反應(yīng)之后進(jìn)行氫化反應(yīng)，其中偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)物在氫化催化劑的存在下氫化，并且加入水以保證在氫化結(jié)束時(shí)所有水與堿的摩爾比至少為約4∶1。得到水相和有機(jī)相，從有機(jī)相中回收任選取代的4-氨基二苯胺，并將含有堿的水相重復(fù)利用。
美國專利6,395,933中公開了一種制備一種或多種4-氨基二苯胺的中間體的方法，其包括以下步驟使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯進(jìn)行反應(yīng)性接觸；以及苯胺和硝基苯在限定區(qū)域中在合適的時(shí)間和溫度下在包括強(qiáng)堿、合適的相轉(zhuǎn)移催化劑和氧化劑的混合物存在下反應(yīng)。某些相轉(zhuǎn)移催化劑還可用作強(qiáng)堿，例如氫氧化四烷基銨。給出的實(shí)施例表明，在空氣或過氧化氫以及作為強(qiáng)堿的KOH和作為相轉(zhuǎn)移催化劑的氯化四甲銨的存在下，反應(yīng)的選擇性增加。當(dāng)H2O2/NB的摩爾比由0增加到1.0時(shí)，使用過氧化氫的實(shí)施例并沒有顯示出過氧化物的最佳量，然而當(dāng)摩爾比增加時(shí)轉(zhuǎn)化率一直下降。沒有給出其中同時(shí)使用氧化劑和也作為強(qiáng)堿的相轉(zhuǎn)移催化劑的實(shí)施例。
本發(fā)明的目的是提供一種制備一種或多種4-ADPA的中間體的優(yōu)良方法，通過使苯胺與硝基苯在有機(jī)強(qiáng)堿(或其等效物)和包含過氧化氫的氧化劑的存在下反應(yīng)。
總之，本發(fā)明的第一實(shí)施方案為一種制備4-氨基二苯胺的方法，其包括以下步驟
a)使苯胺或其衍生物與硝基苯在限定區(qū)域中在包含堿和含有過氧化氫的氧化劑的混合物的存在下反應(yīng)，其中過氧化氫的量相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.60摩爾，從而得到至少一種4-氨基二苯胺的中間體；b)將該中間體還原成4-氨基二苯胺；以及c)任選將4-氨基二苯胺還原烷基化成4-氨基二苯胺的烷基化衍生物。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明為一種制備4-氨基二苯胺的中間體的方法，其包括以下步驟使苯胺或其衍生物與硝基苯在限定區(qū)域中在包含堿和含有過氧化氫的氧化劑的混合物的存在下反應(yīng)，其中過氧化氫的量相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.60摩爾。
本發(fā)明其它實(shí)施方案包括以下細(xì)節(jié)反應(yīng)混合物、組分比例、特定的有機(jī)強(qiáng)堿和反應(yīng)條件，所有這些內(nèi)容在下文公開在本發(fā)明各個(gè)方面的詳述中。
如上所述，本發(fā)明涉及一種制備4-ADPA的中間體的方法，對(duì)于這些中間體，該方法具有良好的收率和選擇性。這些中間體包括4-亞硝基和/或4-硝基二苯胺(分別表示為p-NDPA和4-NDPA)以及它們的鹽。這些中間體隨后可被氫化以產(chǎn)生4-氨基二苯胺。
雖然苯胺可與硝基苯最有效偶聯(lián)，某些苯胺衍生物，包括酰胺例如N-甲酰苯胺、苯基脲、對(duì)稱二苯脲和對(duì)稱二苯硫脲或其混合物，可代替苯胺或與苯胺一起使用以制備4-ADPA的中間體雖然本發(fā)明方法的反應(yīng)物稱作“苯胺”和“硝基苯”，并且當(dāng)制備的產(chǎn)物為4-ADPA時(shí)反應(yīng)物事實(shí)上就是苯胺和硝基苯，但應(yīng)理解，反應(yīng)物還可包括取代的苯胺和取代的硝基苯?？捎糜诒景l(fā)明方法的取代苯胺的典型例子包括但不限于2-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、對(duì)甲苯胺、4-硝基苯胺、3-溴苯胺、3-溴-4-氨基甲苯、對(duì)氨基苯甲酸、2，4-二氨基甲苯、2，5-二氯苯胺、1，4-苯二胺、4，4′-亞甲基雙苯胺、1，3，5-三氨基苯及其混合物?？捎糜诒景l(fā)明方法的取代硝基苯的典型例子包括但不限于鄰和間甲基硝基苯、鄰和間乙基硝基苯、鄰和間甲氧基硝基苯及其混合物。
本發(fā)明方法中苯胺與硝基苯的摩爾比沒有特別限定，使用過量的任何一種，該方法都能實(shí)施。
在本發(fā)明方法中，過氧化氫可以以含有約3重量％-50重量％過氧化氫的水溶液提供。
本發(fā)明的中間體可被還原成4-氨基二苯胺。還原可通過包括使用氫氣的任何已知方法進(jìn)行，其涉及使用氫化催化劑。有關(guān)催化劑的選擇以及氫化反應(yīng)的其它方面，例如水的加入可參見美國專利6,140,538。氫化終點(diǎn)可通過反應(yīng)時(shí)間和/或氫氣流量曲線和/或通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的各種儀表技術(shù)確定。還可使用其它不涉及直接使用氫氣并且為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的還原方法，以將4-ADPA的中間體或其取代衍生物還原成4-ADPA或其取代衍生物。
產(chǎn)生的4-氨基二苯胺可被還原烷基化成4-氨基二苯胺的烷基化衍生物，其可用于保護(hù)橡膠產(chǎn)品，在該方法中，任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯偶合，然后根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行還原，接著根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法將由此得到的4-氨基二苯胺還原烷基化成4-氨基二苯胺的烷基化衍生物。通常而言，4-ADPA和合適的酮或醛在氫和作為催化劑的鉑/碳的存在下反應(yīng)。氫化終點(diǎn)可通過反應(yīng)時(shí)間和/或氫氣流量曲線和/或通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的各種儀表技術(shù)確定。合適的酮包括異丁基甲酮、丙酮、甲基異戊酮或2-辛酮。例如參見US4,463,191和Banerjee等人，J.Chem.Soc.Chem.Comm(化學(xué)會(huì)志，化學(xué)通訊)，該文獻(xiàn)引用于此作為參考。合適的催化劑可以與上述用于得到4-ADPA的催化劑相同，但并不限于上述催化劑。過氧化氫為比空氣更優(yōu)越的氧化劑，因?yàn)闉榱诉_(dá)到選擇性的有意義增加需要的空氣量將會(huì)使工業(yè)上經(jīng)濟(jì)的冷凝系統(tǒng)大大過載，由此導(dǎo)致有機(jī)化合物通過冷凝器的較高損失。并且，盡管純氧比空氣更加有效，然而使用純氧會(huì)產(chǎn)生不安全的反應(yīng)環(huán)境。另外，使用過氧化氫并不需要使用除過量苯胺之外的溶劑。
氧化劑可在硝基苯開始引入到限定區(qū)域中之后引入到該限定區(qū)域中，或者氧化劑向限定區(qū)域中的引入可在硝基苯引入到限定區(qū)域中完成之前進(jìn)行，或者同時(shí)進(jìn)行。
硝基苯和苯胺反應(yīng)形成邁森海默(Meisenheimer)配合物，并且氧化劑最好在所述邁森海默配合物濃度最高的點(diǎn)引入到限定區(qū)域中。氧化劑可以以可變速率引入，以使其與由硝基苯和苯胺制成的邁森海默配合物的形成和消失的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)最佳匹配。氧化劑進(jìn)入限定區(qū)域中的進(jìn)入點(diǎn)可以為硝基苯的進(jìn)入點(diǎn)，或在硝基苯進(jìn)入點(diǎn)附近。
苯胺和硝基苯在堿存在下的偶合經(jīng)由邁森海默配合物進(jìn)行，其進(jìn)行得到p-NOPDA鹽的分子內(nèi)部氧化，以及通過硝基苯和某些過程雜質(zhì)進(jìn)行分子間氧化，得到4-NDPA鹽。通過與硝基苯和雜質(zhì)相比更快速地氧化配合物，并且通過與氧化苯胺相比優(yōu)先氧化配合物，過氧化物提高了選擇性。因此，任何影響邁森海默形成和分子內(nèi)部氧化速率的工藝參數(shù)，例如回收料流中的雜質(zhì)濃度、反應(yīng)溫度、水的除去速率和硝基苯的進(jìn)料速率，將會(huì)影響最佳過氧化物摩爾比和過氧化物的有效范圍。并且，過氧化物濃度還可影響過氧化物與苯胺相比對(duì)邁森海默的局部選擇性。所以，雖然使用再循環(huán)堿的特定反應(yīng)方法的實(shí)施例表明H2O2/NB的有效范圍為0.01-0.2，并且使用新鮮堿的實(shí)施例表明H2O2/NB的有效范圍為0.01-0.46，但是可以預(yù)計(jì)，可以找到H2O2/NB的有效范圍為0.01-0.6的條件。另外，反應(yīng)進(jìn)程分布圖表明在開始時(shí)硝基苯快速反應(yīng)，此時(shí)基面最高，在接近反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)更慢，此時(shí)基面最低。因此對(duì)于過氧化物備選的方法是，延遲過氧化物的開始并使其盡早結(jié)束，同時(shí)當(dāng)硝基苯反應(yīng)速率處于其中間范圍時(shí)，過氧化物以固定速率或可變速率加入。另一可供選擇的方法是，在整個(gè)期間加入過氧化物，只不過在開始和結(jié)束時(shí)加入得更加緩慢。再一可供選擇的方法是在整個(gè)期間以不同速率加入過氧化物。本發(fā)明方法使用新鮮堿、再循環(huán)堿、通過電解(例如如WO 2002034372中所述，該文獻(xiàn)引用于此作為參考)或通過其它方法回收的再循環(huán)堿及其混合物。
為達(dá)到使用過氧化氫的最高效率，過氧化物應(yīng)當(dāng)在由苯胺和硝基苯制備的邁森海默配合物濃度最高的點(diǎn)加入反應(yīng)器。這樣使過氧化物最大限度地與邁森海默反應(yīng)，而不與苯胺反應(yīng)。可以預(yù)見到，在工業(yè)用反應(yīng)器中過氧化物的最佳進(jìn)入點(diǎn)應(yīng)該為硝基苯進(jìn)入點(diǎn)或在該點(diǎn)附近，這是由于邁森海默的濃度在該點(diǎn)應(yīng)當(dāng)最高。然而根據(jù)工業(yè)用反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和操作方式，最佳加入點(diǎn)可稍微不同，這可由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。
在本發(fā)明方法中使用過氧化物的主要優(yōu)點(diǎn)在于，與不使用過氧化物的方法相比，大大減少了為了再循環(huán)必須氫化成苯胺的偶氮苯的量。對(duì)于既有的4-ADPA用工業(yè)設(shè)備，這樣將顯著量的剩余產(chǎn)能轉(zhuǎn)到苯胺回收(從偶氮苯中)操作中。這種剩余產(chǎn)能可通過將硝基苯進(jìn)料到偶氮苯加氫反應(yīng)器中而得到利用，從而產(chǎn)生部分苯胺，苯胺為本發(fā)明方法中較昂貴的原料。對(duì)于新的4-ADPA設(shè)備，大大減少的偶氮苯量可使苯胺回收(從偶氮苯中)系統(tǒng)資金顯著減少。或者，對(duì)于可同時(shí)將硝基苯和偶氮苯轉(zhuǎn)化成苯胺以循環(huán)使用的系統(tǒng)，可轉(zhuǎn)化為適量的資本投資。
本發(fā)明方法中尤其有效的堿包括有機(jī)強(qiáng)堿，例如選自氫氧化四甲銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化甲基三丁基銨、氫氧化芐基三甲基銨、氫氧化三辛基甲基銨、氫氧化十六烷基三甲基銨的季銨鹽，以及氫氧化膽堿。除了可以使用氫氧化當(dāng)量季銨鹽，還可使用例如醇鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰化物、酚醛樹脂、磷酸鹽、磷酸氫鹽、次氯酸鹽、硼酸鹽、硼酸氫鹽、硼酸二氫鹽、硫化物、硅酸鹽、硅酸氫鹽、硅酸二氫鹽和硅酸三氫鹽之類的鹽。最優(yōu)選的有機(jī)堿為氫氧化四甲銨(TMAH)。
所述中間體可被還原成4-氨基二苯胺，并且堿可從還原反應(yīng)產(chǎn)物中再循環(huán)，這種堿的再循環(huán)可單獨(dú)進(jìn)行，或與補(bǔ)充量的新鮮堿或純化的再循環(huán)堿或與這兩者同時(shí)再循環(huán)，以用于本發(fā)明方法的反應(yīng)中。更具體而言，中間體可被還原成4-氨基二苯胺，并且還原反應(yīng)產(chǎn)物中的堿可被純化以除去部分或全部在本發(fā)明方法的偶聯(lián)反應(yīng)和還原反應(yīng)中形成的季銨鹽雜質(zhì)。純化的堿可以單獨(dú)的堿的形式再循環(huán)，或與未純化的再循環(huán)堿和/或與補(bǔ)充量的新鮮堿結(jié)合而再循環(huán)。
本發(fā)明方法的反應(yīng)性接觸在含有過氧化氫的氧化劑的存在下進(jìn)行。當(dāng)有機(jī)堿為氫氧化四甲銨時(shí)，過氧化氫可以以包含約3重量％-約50重量％過氧化氫的水溶液，或者更優(yōu)選以包含約3重量％-約7重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.5摩爾的量提供。過氧化氫更優(yōu)選以包含約15重量％-約25重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.45摩爾的量提供。過氧化氫最優(yōu)選以包含約25重量％-約40重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.35摩爾的量提供。
有機(jī)堿，特別是氫氧化四甲銨可以從還原反應(yīng)產(chǎn)物中再循環(huán)，單獨(dú)或與補(bǔ)充的新鮮堿或純化的再循環(huán)堿或與兩者同時(shí)用于所述方法的反應(yīng)中。過氧化氫于是可以以包含約20重量％-約40重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.25摩爾的量提供，或者更優(yōu)選的是，其中過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.06-約0.21摩爾的量提供，或者尤其優(yōu)選的是，其中過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.08-約0.17摩爾的量提供。過氧化氫可以以包含約3重量％-約7重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.20摩爾的量提供，優(yōu)選過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.03-約0.16摩爾的量提供，或者更優(yōu)選的是，其中過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.06-約0.12摩爾的量提供。對(duì)于過氧化氫的其它濃度，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可確定的類似有效摩爾比范圍為3重量％-50重量％。對(duì)于任何過氧化物濃度，還可使用更少量的過氧化氫得到相等選擇性，其包括在硝基苯進(jìn)料的僅僅部分時(shí)間進(jìn)料過氧化物，或者改變過氧化物的進(jìn)料速率，或者綜合使用兩種措施。
純化的再循環(huán)堿可作為單獨(dú)的堿使用，或與補(bǔ)充量的新鮮堿組合使用，并且硝基苯進(jìn)料時(shí)間可為約100分鐘或更少。
在本發(fā)明方法的偶聯(lián)反應(yīng)中，反應(yīng)性接觸可在約20℃-約125℃，優(yōu)選約65℃-約95℃下進(jìn)行。反應(yīng)性接觸的其它條件包括約20毫巴至約大氣壓的壓力。反應(yīng)時(shí)間通常小于約4小時(shí)。在整個(gè)反應(yīng)期間通常有利地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物。
本發(fā)明通過以下非限定性實(shí)施例說明。
分析各個(gè)組分的收率通過外標(biāo)HPLC由兩次分析的平均值確定。將約0.06g待分析的物質(zhì)準(zhǔn)確稱重，放入50ml容量瓶中，并用含有39體積％水、36％體積乙腈、24體積％甲醇和1體積％pH為7的緩沖劑的緩沖溶液稀釋。所述溶液使用二元梯度泵送系統(tǒng)和在1.5毫升/分鐘的恒定流速下的下列洗脫梯度經(jīng)由10μl環(huán)行管道注射到反相Zorbax ODS HPLC柱(250×4.6毫米)上。
洗脫液A含有75體積％水、15體積％乙腈和10體積％甲醇。洗脫液B含有60體積％乙腈和40體積％甲醇。在254nm下進(jìn)行紫外線檢測(cè)。
試驗(yàn)試驗(yàn)程序在每一實(shí)施例中說明。使用再循環(huán)堿的試驗(yàn)使用得自工廠操作的典型樣品而不加入過氧化物，其中TMAH分析(24.4重量％和26.8重量％)通過滴定法確定。再循環(huán)堿含有多種四甲銨鹽和苯胺，以及少量的其它有機(jī)雜質(zhì)。其中一種鹽為(TMA)2CO3，當(dāng)與TMAH一起滴定第一等份時(shí)，(TMA)2CO3促進(jìn)再循環(huán)堿的分析。
實(shí)施例中的轉(zhuǎn)化率基于留在最終偶聯(lián)反應(yīng)物質(zhì)中未反應(yīng)的硝基苯的量計(jì)算。如果沒有檢測(cè)到硝基苯，則假定轉(zhuǎn)化率為100％。選擇性由以下摩爾比定義(p-NDPA+4-NDPA)/(p-NDPA+4-NDPA+偶氮苯+吩嗪)。4-NDPA為4-硝基二苯胺，p-NDPA為4-亞硝基二苯胺。在實(shí)施例中，“NB”為硝基苯，“t-Azo”為反式偶氮苯，“Phen”為吩嗪，“其它”指的是苯胺和硝基苯偶合副產(chǎn)品，主要為4-苯偶氮基-二苯胺以及其它不明物質(zhì)。
實(shí)施例1該實(shí)施例提供參考信息，以討論在其它實(shí)施例中的偶聯(lián)反應(yīng)期間使用過氧化氫的影響。試驗(yàn)1-3的程序與實(shí)施例2相似，不同的是使用工廠再循環(huán)TMAH(26.8重量％)和工廠再循環(huán)苯胺，使用堿濃度并且在62乇下干燥，并且在60乇下反應(yīng)。試驗(yàn)4-6的程序是向裝有熱電偶、加熱套、用于硝基苯和過氧化物或水進(jìn)料的液面下進(jìn)料管以及Teflon槳式攪拌器的500ml圓底燒瓶中加入145.28g新鮮苯胺(1.56摩爾)和87.36g新鮮TMAH預(yù)濃縮溶液(36.0％，0.345摩爾TMAH)。在70乇壓力下，將混合物加熱以除去18ml水和苯胺(約30分鐘)，然后開始加入硝基苯進(jìn)料(36.93g，0.30摩爾)。在反應(yīng)期間溫度從約66℃-67℃升至80℃，同時(shí)煮去水和苯胺。表1給出了所有6個(gè)試驗(yàn)中的硝基苯進(jìn)料時(shí)間和反應(yīng)持續(xù)時(shí)間。在反應(yīng)持續(xù)時(shí)間，水和苯胺被煮去。在反應(yīng)持續(xù)階段后，用20ml水冷卻試驗(yàn)4-6中的批料。過氧化氫進(jìn)料為與硝基苯呈并流的20.40g(0.03摩爾)濃度為5重量％的水溶液。由于通過防止TMAH降解和移動(dòng)反應(yīng)平衡水可影響反應(yīng)選擇性，水與硝基苯并流地進(jìn)料，以與過氧化物直接比較。
該實(shí)施例表明，雖然對(duì)于較長(zhǎng)進(jìn)料時(shí)間水并不是非常有效，較短的硝基苯進(jìn)料時(shí)間和水的加入都可增加選擇性。然而過氧化物得到最高選擇性，比加入水高1.9％。對(duì)于包括再循環(huán)和廢物處理的方法，更重要的是，與單獨(dú)使用水相比，含水過氧化物大大降低了兩種關(guān)鍵副產(chǎn)物的水平，即偶氮苯(降低39％)和吩嗪(降低36％)。用稍微不同的程序重復(fù)基線試驗(yàn)，得到92.7和92.6的選擇性，這表明此處記錄的試驗(yàn)結(jié)果是可高度再現(xiàn)的。并且重復(fù)試驗(yàn)表明，較小的選擇性差異，例如過氧化物比水高1.9％，實(shí)際上非常重要。
實(shí)施例2以下實(shí)施例中的部分試驗(yàn)具有相對(duì)較低的轉(zhuǎn)化率，這是由于該程序使用固定硝基苯進(jìn)料時(shí)間加持續(xù)時(shí)間，而沒有使批料反應(yīng)完全。該實(shí)施例表明延長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間對(duì)選擇性的影響。
該程序是將432.85g工廠再循環(huán)堿(24.4重量％TMAH、1.16摩爾)加入到1升水/乙二醇夾套反應(yīng)器中。以150rpm開始攪拌，并在65乇恒壓下在72℃的初始溫度并且在每除去10ml水就增加1℃的水浴溫度的條件下煮掉92ml水。然后利用真空加入301.50g(3.24摩爾)新鮮苯胺。通過每除去9ml水就增加l℃水浴溫度并在65乇下繼續(xù)除去水和苯胺，同時(shí)由側(cè)面加壓排氣滴液漏斗連續(xù)加入120ml苯胺。當(dāng)已經(jīng)除去72ml水(總共162m1)時(shí)，開始在80分鐘內(nèi)經(jīng)由蠕動(dòng)泵液面下共進(jìn)料123.11克硝基苯(1.00mol)和27.20克過氧化氫(10重量％水溶液，0.08mol)。在反應(yīng)步驟期間連續(xù)加入60ml苯胺，同時(shí)將壓力保持為65乇，并煮出水和苯胺。每次以0.5℃的增量逐漸升高水浴溫度，使得在反應(yīng)步驟結(jié)束的時(shí)候水浴達(dá)到91℃，而反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到80-82℃。通過將壓力降至60乇且將水浴和反應(yīng)器溫度再升高1℃，開始持續(xù)期。在持續(xù)期內(nèi)，繼續(xù)除去水和苯胺。
該實(shí)施例表明，保持低轉(zhuǎn)化率批料到基本完全轉(zhuǎn)化對(duì)選擇性僅僅具有最小的影響。在該實(shí)施例之后的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化率為73.4-100％。這些結(jié)果表明，將轉(zhuǎn)化率由89.3％提高到99.8％僅僅使得選擇性降低0.5％，而將轉(zhuǎn)化率由96％提高到99.8％僅僅使得選擇性降低0.2％。因此，在下列實(shí)施例中，一些試驗(yàn)的低轉(zhuǎn)化率并不影響所述結(jié)論。
實(shí)施例3進(jìn)行具有壓力、硝基苯進(jìn)料速率和過氧化物作為變量的三個(gè)因素、8次試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)。對(duì)于使用過氧化物的四次試驗(yàn)，過氧化物(5重量％水溶液)和H2O2/NB(摩爾比0.1)的濃度可任意選擇。向裝有加熱套、熱電偶、用于硝基苯和過氧化物進(jìn)料的液面下進(jìn)料管和Teflon槳式攪拌器的500ml圓底燒瓶中，加入130.02g再循環(huán)堿(24.4重量％)，然后通過在表3中列出的壓力下煮出28ml水而濃縮到31重量％。然后加入145.28g苯胺，并且連同苯胺一起另外除去16ml水(總共44ml水)。然后開始加入36.93g硝基苯，繼續(xù)煮去水和苯胺。當(dāng)使用過氧化物時(shí)，將24.40g濃度為5重量％的過氧化物溶液與硝基苯在合適的進(jìn)料速率下共同進(jìn)料，以硝基苯進(jìn)料結(jié)束。批料持續(xù)如下，然后用20ml水冷卻。反應(yīng)在80℃下并且在65或95乇(根據(jù)設(shè)計(jì)指定)下以0.3摩爾規(guī)模進(jìn)行。對(duì)于110分鐘硝基苯進(jìn)料，持續(xù)期固定在20分鐘，而對(duì)于70分鐘硝基苯進(jìn)料，持續(xù)期固定在45分鐘，兩者都進(jìn)一步煮出水和苯胺。
表3中的結(jié)果表明，當(dāng)過氧化物以較低水平使用時(shí)，選擇性一貫比較高，并且對(duì)于不同反應(yīng)壓力和硝基苯進(jìn)料速率，變化范圍小得多(使用過氧化物時(shí)為96.1-96.6％，不使用過氧化物時(shí)為89.8-94.8％)。并且使用過氧化物，制備的4-NDPA比偶氮苯多，然而不使用過氧化物，僅僅生成接近等摩爾量的4-NDPA。使用過氧化物在更長(zhǎng)的硝基苯進(jìn)料時(shí)間制備了更少的4-NDPA(少30-40％)，并且在所有的試驗(yàn)中，使用過氧化物產(chǎn)生了更少的偶氮苯和吩嗪。實(shí)施例1表明，硝基苯進(jìn)料速率可影響不使用過氧化物時(shí)的選擇性，并且該實(shí)施例表明，過氧化物降低了硝基苯進(jìn)料速率和反應(yīng)壓力的影響，這是出乎意料的。
實(shí)施例4進(jìn)行精選DOE以評(píng)價(jià)1)過氧化物量和2)過氧化物濃度對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響。該程序與實(shí)施例3相同，但是使用列于表4中的摩爾比和過氧化物濃度，并且硝基苯進(jìn)料時(shí)間為約70分鐘，持續(xù)時(shí)間為30分鐘。表4表明，在較快的硝基苯進(jìn)料速率下，選擇性與過氧化物濃度較不相關(guān)，在低摩爾比時(shí)尤其是這樣。這是令人驚奇的，因?yàn)閷?shí)施例1表明水的加入可增加選擇性，并且使用5重量％過氧化物的試驗(yàn)具有的水量為使用25重量％過氧化物的水量的6.33倍。結(jié)果還表明，選擇性可受氧化劑量的影響。具有表4中相同過氧化物濃度的試驗(yàn)比較表明，在每種情況下摩爾比越高，得到的選擇性越低。這再次令人驚奇，因?yàn)樵谳^高摩爾比時(shí)加入了兩倍量的水。所以當(dāng)過氧化物的影響占主導(dǎo)地位時(shí)，水和過氧化物的影響呈非加合性。
實(shí)施例5當(dāng)使用過氧化物時(shí)，該實(shí)施例進(jìn)一步表明壓力對(duì)選擇性的影響。使用110分鐘的硝基苯進(jìn)料時(shí)間，20分鐘的持續(xù)時(shí)間，使用工廠再循環(huán)堿(26.8重量％)和工廠再循環(huán)苯胺而不使用新鮮進(jìn)料的樣品，批料通過類似于實(shí)施例2中的程序制備。實(shí)施例5中的結(jié)果表明，當(dāng)使用30重量％過氧化物時(shí)，正如在使用5重量％過氧化物的實(shí)施例3中，壓力對(duì)選擇性沒有影響。這是過氧化物降低其它反應(yīng)變量的影響的其它證據(jù)。
實(shí)施例6實(shí)施例1表明，較短的硝基苯進(jìn)料時(shí)間(80分鐘)可單獨(dú)增加選擇性，或者與水或與過氧化物水溶液一起增加選擇性。實(shí)施例3表明，對(duì)于固定的過氧化物濃度和摩爾比，硝基苯進(jìn)料時(shí)間(約75分鐘和約110分鐘)對(duì)選擇性幾乎沒有影響。實(shí)施例4表明，對(duì)于較短的硝基苯進(jìn)料時(shí)間(約70分鐘)，選擇性與過氧化物濃度相對(duì)無關(guān)，在低摩爾比時(shí)尤其是這樣。
該實(shí)施例研究了對(duì)于較長(zhǎng)硝基苯進(jìn)料時(shí)間過氧化物濃度對(duì)選擇性的影響。一系列批料以類似于實(shí)施例5中的程序制備。并且對(duì)于0.064摩爾比的試驗(yàn)，過氧化物通過活塞泵進(jìn)料(參見實(shí)施例14)。過氧化物濃度為5重量％-35重量％，并且H2O2/NB＝0.1和0.064。表6中的結(jié)果表明，對(duì)于較長(zhǎng)的硝基苯進(jìn)料時(shí)間，選擇性基本上與過氧化物濃度無關(guān)。并且，當(dāng)顯著更少的水與過氧化物一起加入時(shí)，吩嗪濃度僅僅略微增加，這與實(shí)施例4一致。使用較長(zhǎng)的硝基苯進(jìn)料時(shí)間，相對(duì)于硝基苯加入速率的水除去速率大于使用較短硝基苯進(jìn)料時(shí)間時(shí)的水除去速率。所以，由于更少量的水與過氧化物一起加入，批料變得更加干燥。然而，即便是在表6中最少的水加入量也要比表1中單獨(dú)使用水與110分鐘硝基苯進(jìn)料時(shí)間的結(jié)合具有顯著更高的選擇性。這表明，雖然水和過氧化物都可以起增加選擇性的作用，過氧化物的影響更加重要。并且，由于水可能影響邁森海默配合物的形成速率以及其被硝基苯氧化的速率，因此可通過使H2O2/NB與批料中的邁森海默濃度相匹配而提高使用過氧化物的選擇性。
實(shí)施例7以5重量％的固定過氧化物濃度進(jìn)行一系列偶聯(lián)反應(yīng)，以確定溫度對(duì)選擇性的影響。該程序如下所示向500ml偶合器中加入130.02g再循環(huán)堿(24.4重量％TMAH)并煮掉28ml水。加入145.28g苯胺并連同苯胺一起另外除去16ml水(總共44ml水)。將36.93g硝基苯與5重量％過氧化物水溶液并流地以H2O2/NB摩爾比為0.08都在液面下進(jìn)料，同時(shí)煮出苯胺和水。在表7中列出的溫度下并且在65乇的恒壓下在100-110分鐘內(nèi)完成共進(jìn)料。保持30分鐘，同時(shí)煮出苯胺和水，然后用20ml水冷卻。
表7中的結(jié)果表明了邁森海默配合物的形成速率和分子內(nèi)部氧化對(duì)使用過氧化物的選擇性的影響。當(dāng)溫度上升時(shí)，選擇性在約80℃下達(dá)到最高。在較低溫度下，相對(duì)于過氧化物添加的速率，邁森海默形成的速率太低，以致因過氧化物導(dǎo)致的苯胺氧化成偶氮苯的氧化作用增加。在較高溫度下，邁森海默分子內(nèi)部氧化成p-NDPA的較高速率降低了與過氧化物的反應(yīng)可利用的邁森海默量，由此再次增加了過氧化物導(dǎo)致的苯胺氧化成偶氮苯的氧化作用。并且，在70℃下的選擇性比不使用過氧化物在其它可比的反應(yīng)條件下得到的選擇性高。因此，該實(shí)施例的有效范圍可延至約65℃。
因此，80℃是明顯的最佳溫度，但這取決于反應(yīng)程序。改變邁森海默形成速率的任何程序變化，例如改變水除去的速率，將會(huì)影響使用過氧化物的選擇性。這樣可以使最佳選擇性出現(xiàn)在不同溫度。并且，可通過簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)H2O2/NB摩爾比以匹配邁森海默的形成速率或分子內(nèi)部氧化速率，在較低和較高溫度下增加選擇性。因此對(duì)于H2O2/NB摩爾比為0.08的這種特定反應(yīng)程序，選擇性在80℃下最高。然而，最佳溫度將隨著其它變量，例如反應(yīng)器中的水含量和H2O2/NB摩爾比的改變而變化。并且，不同溫度將需要不同H2O2/NB摩爾比以實(shí)現(xiàn)最佳選擇性。因此，在其它實(shí)施例中得到的有效范圍并不是絕對(duì)的。
實(shí)施例8以固定過氧化物濃度進(jìn)行兩組偶聯(lián)反應(yīng)，以確定將增加反應(yīng)選擇性的有效摩爾比范圍。用于5重量％過氧化物的程序與實(shí)施例3基本上相同。對(duì)于在80℃和65乇下的反應(yīng)，將過氧化物和硝基苯在105-110分鐘內(nèi)進(jìn)料，并反應(yīng)持續(xù)20分鐘。用于30重量％過氧化物的程序與實(shí)施例5相似。


圖1和表8表明，對(duì)于5重量％過氧化物的有效范圍約為H2O2/NB＝0.01-0.20，并且更優(yōu)選的范圍約為H2O2/NB＝0.03-0.16，最優(yōu)選的范圍約為H2O2/NB＝0.06-0.12。在該程序中使用5重量％過氧化物的最佳摩爾比為H2O2/NB＝0.07-0.09，其與由硝基苯制成的4-NDPA的摩爾百分?jǐn)?shù)基本相同。所以過氧化物以高選擇性反應(yīng)制備4-NDPA，同時(shí)偶氮苯的形成最少。這是令人驚奇的結(jié)果，因?yàn)榭捎糜诒谎趸膳嫉降谋桨反罅磕栠^量。
對(duì)于30重量％過氧化物的有效摩爾比范圍約為0.01-0.25。最佳范圍不能由數(shù)據(jù)得出，然而其看來似乎為0.06-0.21，其比使用5重量％過氧化物更高。更優(yōu)選的范圍看來似乎為0.08-0.17。所以過氧化物的有效摩爾比范圍、優(yōu)選范圍和最優(yōu)范圍可隨著某些工藝參數(shù)，例如過氧化物濃度、再循環(huán)料流中的雜質(zhì)水平、反應(yīng)溫度、水除去速率和硝基苯進(jìn)料速率的變化而改變。因此這些范圍對(duì)于過氧化物并不是絕對(duì)的，而只是代表性的。可以設(shè)想，使用再循環(huán)堿的有效范圍可延伸到H2O2/NB＝0.01-0.4，也許甚至更寬。

實(shí)施例9對(duì)于使用過氧化物的新鮮堿進(jìn)行優(yōu)化研究，以確定堿質(zhì)量的影響。對(duì)于5重量％和20重量％過氧化物，該程序與實(shí)施例3相似，加入126.89g濃度為25重量％的堿，對(duì)于35重量％過氧化物，該程序與實(shí)施例10相似。如圖2和表9所示，與再循環(huán)堿相比，新鮮堿得到了更平坦和更寬的優(yōu)化曲線。并且，最佳摩爾比和有效范圍隨著濃度的變化而改變，最大選擇性比再循環(huán)堿的最大選擇性低，并且在經(jīng)過最初最佳狀態(tài)后選擇性增加。這種上升是由于當(dāng)摩爾比增加時(shí)水加入量更高，其在使用35重量％過氧化物時(shí)并不發(fā)生，因?yàn)槠渲屑尤肓俗钌倭康乃＿x擇性上升是由于水抑制了邁森海默被硝基苯的氧化，由此更容易被過氧化物氧化。結(jié)果表明在實(shí)施例8和9使用的條件下，使用再循環(huán)堿，過氧化物更加有效。并且，再循環(huán)堿中的鹽必定緩和水的影響，因?yàn)橛捎谟宣}選擇性不會(huì)上升。盡管如此，使用新鮮堿的選擇性增加是明顯的。35重量％過氧化物的有效范圍約為0.01-0.33，并且如果水用20重量％過氧化物更快地除去，有效范圍的曲線軌跡約為0.01-0.46。由于在工業(yè)化制備過程中硝基苯的進(jìn)料速率可充分延長(zhǎng)至110分鐘以上，該有效范圍可充分延到0.01-0.5，或甚至更寬。如上所述，增加硝基苯進(jìn)料速率得到具有新鮮堿的更濕的批料，其增加了選擇性并應(yīng)得到更陡的優(yōu)化曲線。因此，有效范圍將隨著硝基苯進(jìn)料速率和水除去速率的變化而改變，然而，約0.01-0.6的有效范圍應(yīng)當(dāng)包括所有的可能性。使用新鮮堿的結(jié)果還適用于已經(jīng)通過電解回收，例如通過WO2002034372中所述的方法回收或任何其它方法回收的再循環(huán)堿。
實(shí)施例10該實(shí)施例進(jìn)一步說明了硝基苯進(jìn)料時(shí)間和堿質(zhì)量對(duì)選擇性的影響。該程序與實(shí)施例3相似，但不使用新鮮堿，而是使用87.36g預(yù)先濃縮的堿(36重量％)，并且在加入苯胺后僅僅除去18ml水。所有批料具有H2O2/NB＝0.01的摩爾比。表10中的結(jié)果表明，當(dāng)不使用過氧化物時(shí)，使用新鮮堿比使用再循環(huán)堿得到更高的選擇性，而與硝基苯進(jìn)料時(shí)間無關(guān)。然而，當(dāng)使用過氧化物時(shí)，情況差別很大。當(dāng)使用過氧化物時(shí)，對(duì)于較長(zhǎng)的硝基苯進(jìn)料時(shí)間，使用再循環(huán)堿比使用新鮮堿堿得到更高的選擇性；然而對(duì)于較短的硝基苯進(jìn)料時(shí)間，使用新鮮堿與使用再循環(huán)堿得到的選擇性相當(dāng)。
這種結(jié)果可通過硝基苯進(jìn)料時(shí)間和堿質(zhì)量對(duì)批料中水含量的影響而得到部分解釋。例如，溶于再循環(huán)堿中的鹽提高了沸點(diǎn)，所以在恒定反應(yīng)溫度和壓力下，再循環(huán)堿批料將比新鮮堿批料更加濕潤。然而，當(dāng)通過滴定測(cè)定時(shí)，新鮮堿具有比再循環(huán)堿更高的TMAH濃度。再循環(huán)堿中含有TMA2CO3作為最大量的雜質(zhì)，并且TMA2CO3的第一等份作為TMAH滴定。例如，具有10重量％TMA2CO3的25重量％再循環(huán)堿實(shí)際上僅僅含有20.6重量％的TMAH。由于在偶聯(lián)反應(yīng)中TMA2CO3是比TMAH效率更低的堿，新鮮堿產(chǎn)生更好的反應(yīng)性。不使用過氧化物時(shí)，更高的反應(yīng)性解釋了盡管條件更干燥，但是，不同使用新鮮堿使選擇性更高。所以使用過氧化物時(shí)，與再循環(huán)堿的高選擇性相等是令人驚奇的，這尤其是因?yàn)橥ㄟ^滴定，再循環(huán)堿的實(shí)際用量?jī)H僅為24.4重量％。過氧化物能夠克服由于低TMAH濃度和溶于再循環(huán)堿中的鹽引起的低效率。
實(shí)施例11在美國專利5,117,603(引用于此作為參考)和相關(guān)專利中已經(jīng)報(bào)道，在偶聯(lián)反應(yīng)期間存在的水量對(duì)(p-NDPA+4-NDPA)/(2-NDPA+吩嗪)的摩爾比有深遠(yuǎn)的影響。實(shí)施例4中的數(shù)據(jù)表明，與過氧化物一起加入的水對(duì)形成吩嗪的量具有較小的影響(根本沒有觀察到形成了2-NDPA)。這在圖3和圖4中進(jìn)一步說明。圖3中的數(shù)據(jù)(得自實(shí)施例6)表明，盡管與過氧化物一起加入的水量減少至1/16，當(dāng)過氧化物濃度增加至7倍時(shí)，吩嗪的濃度僅僅略微增加。圖4中的數(shù)據(jù)(得自實(shí)施例8)表明，當(dāng)H2O2/NB摩爾比增加時(shí)，吩嗪的濃度顯著降低。然而，盡管與30重量％過氧化物相比，與5重量％過氧化物一起加入了8倍水量，吩嗪的濃度基本上與過氧化物濃度無關(guān)。由于在恒定過氧化物加入時(shí)水的加入沒有影響，這表明過氧化物的加入具有比水加入更大的影響。這是過氧化物改進(jìn)偶聯(lián)反應(yīng)體系以最小化程度減少副反應(yīng)的又一證據(jù)。
實(shí)施例12該實(shí)施例表明過氧化物的部分進(jìn)料可增加過氧化物的效率。設(shè)備與實(shí)施例2相同，并且基本程序相似。加入432.85g濃度為24.4重量％的再循環(huán)堿，在150rpm下開始攪拌并在65乇下煮掉92毫升水。加入301.50g苯胺，并在65乇下煮掉水和苯胺，同時(shí)繼續(xù)加入苯胺。當(dāng)已經(jīng)除去164毫升水和苯胺時(shí)，開始根據(jù)表11中列出的時(shí)間進(jìn)料123.11克硝基苯，同時(shí)繼續(xù)加入苯胺，并同時(shí)除去水和苯胺。在干燥和反應(yīng)期間加入的苯胺總共為180.90克。過氧化物水溶液與硝基苯并流地根據(jù)表11中列出的時(shí)間進(jìn)料。反應(yīng)條件為80℃和65乇。硝基苯進(jìn)料結(jié)束后，保持在60乇下達(dá)30分鐘，然后用50毫升水冷卻。
表11中的試驗(yàn)1和2表明，當(dāng)過氧化物僅僅在部分硝基苯進(jìn)料時(shí)間內(nèi)進(jìn)料時(shí)，可得到稍微更高的選擇性。這一點(diǎn)的好處在于，或可以增加選擇性，或?qū)τ谙嗤倪x擇性減少過氧化物加入量(由此降低成本)。例如，試驗(yàn)3和4表明，對(duì)于使用部分進(jìn)料，當(dāng)過氧化物加入量減少25％時(shí)，選擇性降低很少(0.37％)。
實(shí)施例13該實(shí)施例比較了使用過氧化物部分進(jìn)料時(shí)破質(zhì)量的影響。設(shè)備與實(shí)施例2相同，并且基本程序相似。主要區(qū)別在于過氧化物進(jìn)料的開始延遲大約5分鐘，并且比硝基苯進(jìn)料提前大約10分鐘結(jié)束，過氧化物總共進(jìn)料105分鐘。過氧化物以24.3重量％的水溶液以H2O2/NB摩爾比＝0.064加入。表12中的結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下，工廠再循環(huán)堿、新鮮堿和通過電解從工廠再循環(huán)堿回收的堿得到相同的結(jié)果。這表明，回收堿適于與過氧化物一起使用，其或者單獨(dú)使用或者與再循環(huán)堿和/或新鮮堿組合使用。這也進(jìn)一步證明，使用過氧化物勝過使用新鮮堿而不使用過氧化物的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例14該實(shí)施例說明過氧化物與邁森海默配合物的良好接觸對(duì)最佳選擇性來說是不可或缺的。表13比較了在試驗(yàn)室中多輸送20μL過氧化物時(shí)，經(jīng)由蠕動(dòng)泵與經(jīng)由活塞泵進(jìn)料過氧化物的不同。該程序與實(shí)施例2中的程序類似，不同之處在于對(duì)于低摩爾比試驗(yàn)，過氧化物進(jìn)料比硝基苯晚開始5分鐘，并且比硝基苯進(jìn)料早結(jié)束10分鐘。表13中的數(shù)據(jù)表明，蠕動(dòng)泵產(chǎn)生不穩(wěn)定的并且比活塞泵低的選擇性。實(shí)施例12表明，具有部分和全部進(jìn)料的兩種摩爾比的比較是有效的?；钊玫男∪萘枯斎氡ＷC了過氧化物快速分散，以與邁森海默密切接觸。從蠕動(dòng)泵輸入的較大液滴的過氧化物產(chǎn)生更差的分散，這降低了過氧化物相互作用的效率，由此導(dǎo)致較低的選擇性。良好的分散在較高過氧化物濃度下時(shí)尤其重要，這是由于局部存在相對(duì)于反應(yīng)物質(zhì)更高摩爾比的過氧化物(在一滴過氧化物中)。這支持了需要在最高邁森海默濃度的點(diǎn)處引入過氧化物。
實(shí)施例15該實(shí)施例表明50重量％過氧化氫水溶液對(duì)于在有機(jī)強(qiáng)堿的存在下苯胺與硝基苯偶聯(lián)反應(yīng)的適用性。除使用50重量％過氧化氫水溶液外，進(jìn)行實(shí)施例13中的程序。鑒于加入少量的物質(zhì)(4.35g)，通過手動(dòng)控制蠕動(dòng)泵，將過氧化物溶液小心地從液面下進(jìn)料到反應(yīng)器中，以盡可能得到平穩(wěn)加料。得到95.56％的選擇性，其僅僅比使用較低過氧化物濃度的選擇性略微低一點(diǎn)。實(shí)施例14中的結(jié)果表明，如果小型活塞泵已經(jīng)可用于該試驗(yàn)中，50重量％過氧化物很可能得到與較低過氧化物濃度相同的選擇性。在所有情況下的結(jié)論為，50重量％為過氧化氫合適的濃度。
對(duì)比例1該實(shí)施例表明，對(duì)于在有機(jī)強(qiáng)堿存在下苯胺與硝基苯的偶聯(lián)反應(yīng)，過氧化氫是比空氣更優(yōu)越的氧化劑?？赏ㄟ^類似于實(shí)施例1中的程序制備若干偶合批料，其中多種流量的空氣用作氧化劑。表14中的數(shù)據(jù)表明，空氣并不適于用作氧化劑，這是由于要顯著增加選擇性所需的流速將使通常的工廠冷凝器過載。并且，在條件范圍內(nèi)使用空氣得到的最高選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用過氧化物得到的選擇性。
對(duì)比例2該實(shí)施例通過下列程序研究了使用無機(jī)強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑(PTC)時(shí)過氧化物的影響。將苯胺(99％，22.58克，240mmol)、硝基苯(99％，4.97克，40mmol)、過氧化氫(50重量％，下圖5中列出的摩爾量)、水(加入水使總水量保持在2.16克)、氫氧化鉀(86％研磨粉末，7.83克，120mmol)和氯化四甲基銨(97％，4.52克，40mmol)加入到裝有磁力攪拌器的50毫升圓底燒瓶中。在加入KOH和TMACl之前，將過氧化物加入到反應(yīng)混合物中。然后將燒瓶快速塞好，并使反應(yīng)在60℃下進(jìn)行1小時(shí)。在此實(shí)施例中，以反應(yīng)副產(chǎn)物得到了氧化偶氮苯和2-NDPA，而使用TMAH時(shí)沒有得到這些副產(chǎn)物。因此在計(jì)算選擇性時(shí)，這些副產(chǎn)物將包括在內(nèi)。
圖5表明，使用無機(jī)強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑時(shí)，當(dāng)過氧化物/NB的摩爾比從0增加到1時(shí)，選擇性持續(xù)增加。然而當(dāng)使用有機(jī)強(qiáng)堿，亦即TMAH時(shí)，不管對(duì)于新鮮堿還是再循環(huán)堿都存在最佳摩爾比。出乎意料的是，使用有機(jī)強(qiáng)堿存在最佳摩爾比，然而使用無機(jī)強(qiáng)堿和將在原位生成相同有機(jī)強(qiáng)堿的PTC時(shí)不存在最佳摩爾比。并且，無機(jī)體系得到1.1％-2.4％的2-NDPA+氧化偶氮苯，然而使用TMAH時(shí)沒有形成2-NDPA+氧化偶氮苯。此外令人驚訝的是，使用無機(jī)強(qiáng)堿形成了這些副產(chǎn)物，而使用有機(jī)強(qiáng)堿時(shí)沒有形成。
權(quán)利要求
1.一種制備4-氨基二苯胺的方法，包括以下步驟a)使苯胺或其衍生物與硝基苯在限定區(qū)域中在包含堿和含有過氧化氫的氧化劑的混合物的存在下反應(yīng)，其中過氧化氫的量相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.60摩爾，從而得到至少一種4-氨基二苯胺的中間體；b)將所述中間體還原成4-氨基二苯胺；以及c)將4-氨基二苯胺任選還原烷基化成4-氨基二苯胺的烷基化衍生物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將堿從步驟b)的產(chǎn)物中分離，并單獨(dú)或與新鮮堿一起再循環(huán)到步驟a)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中堿為季銨鹽，其從步驟b)的產(chǎn)物中分離，并純化以除去在該步驟中形成的至少部分季銨鹽雜質(zhì)，然后將純化的季銨鹽以單獨(dú)的堿，或與未純化的再循環(huán)堿和/或補(bǔ)充量的新鮮堿組合后再循環(huán)到步驟a)中以用于所述方法。
4.一種制備4-氨基二苯胺的中間體的方法，包括以下步驟使苯胺或其衍生物與硝基苯在限定區(qū)域中在包含堿和含有過氧化氫的氧化劑的混合物的存在下反應(yīng)，其中過氧化氫的量相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01-約0.60摩爾。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中權(quán)利要求2中的再循環(huán)堿以單獨(dú)的堿使用，或與補(bǔ)充量的新鮮堿組合使用，或者其中權(quán)利要求3中的再循環(huán)堿以單獨(dú)的堿使用，或與未純化的再循環(huán)堿和/或補(bǔ)充量的新鮮堿組合使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中堿為選自下組的季銨鹽四甲銨、四丁銨、甲基三丁基銨、芐基三甲銨、三辛基甲基銨、十六烷基三甲銨和膽堿中至少一種的氫氧化物、醇鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰化物、酚鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、次氯酸鹽、硼酸鹽、硼酸氫鹽、硼酸二氫鹽、硫化物、硅酸鹽、硅酸氫鹽、硅酸二氫鹽或硅酸三氫鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中過氧化氫以含有3重量％-50重量％，優(yōu)選3重量％-7重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為0.01-0.5摩爾的量提供，以含有15重量％-25重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為0.01-0.45摩爾的量提供，或以含有25重量％-40重量％過氧化氫的水溶液并且過氧化氫以相對(duì)于每摩爾硝基苯為0.01-0.35摩爾的量提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其中反應(yīng)溫度為20℃-125℃，優(yōu)選65℃-95℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中氧化劑向限定區(qū)域中的引入在硝基苯引入限定區(qū)域中開始之后開始，和/或氧化劑的引入在硝基苯引入結(jié)束之前完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，其中氧化劑進(jìn)入限定區(qū)域中的進(jìn)入點(diǎn)為硝基苯進(jìn)入點(diǎn)，或在硝基苯進(jìn)入點(diǎn)附近。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備4－氨基二苯胺的方法，其包括以下步驟(a)使苯胺或其衍生物與硝基苯在限定區(qū)域中在包含堿和含有過氧化氫的氧化劑的混合物的存在下反應(yīng)，其中過氧化氫的量相對(duì)于每摩爾硝基苯為約0.01－約0.60摩爾，從而得到至少一種4－氨基二苯胺的中間體；(b)將所述中間體還原成4－氨基二苯胺；以及(c)將4－氨基二苯胺任選還原烷基化成4－氨基二苯胺的烷基化衍生物。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種制備上述反應(yīng)中得到的4－氨基二苯胺的中間體的方法。
文檔編號(hào)C07C211/56GK1735587SQ200380108490
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者R·D·特利普里特二世, R·K·雷恩斯 申請(qǐng)人:弗萊克塞斯美國公司