專利名稱：芳族化合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備芳族化合物的方法。
作為芳族化合物之一的芳族腈的制備方法，已知的有(1)利用從苯胺化合物(該化合物是一種芳族伯胺)得到的重氮鹽的Sandmeyer反應(yīng)的方法；和(2)在存在五氧化二磷、乙酐或類似材料的條件下，使苯甲酰胺(它是一種芳族伯酰胺)化學(xué)脫水的方法。具體地，在上述方法(1)中可使用2，3，4，5-四氯苯胺作為苯胺化合物原料(J.Prakt，Chem.，56，48-66(1897)；在上述方法(2)中可使用2，3，4，5-四氯苯甲酰胺作為酰胺原料(Chem.Ber.，107，920-923(1974))。在這些方法中，得到的芳族腈是2，3，4，5-四氯苯基腈。
但是，芳族腈的上述傳統(tǒng)制備方法中，用作原料的苯胺化合物和苯甲酰胺化合物，一般過(guò)于昂貴且往往難以獲得，因此這些方法成本太高，難以實(shí)際應(yīng)用。而且，因?yàn)橐褂没瘜W(xué)計(jì)量數(shù)量的高毒性無(wú)機(jī)氰化物或化學(xué)脫水劑，還涉及工人的安全問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)工人安全而且成本低廉的制備芳族腈的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制備芳族化合物的方法，該方法可將反應(yīng)原料幾乎全部轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)，因而廢料很少。
本發(fā)明人力圖解決上述問(wèn)題，并得到了一些出人意料的解決方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用一種低毒性、工業(yè)上易于獲得、且價(jià)格低廉的芳族羧酸以及一種特定的多氟苯基腈作為反應(yīng)原料相互反應(yīng)，在芳族羧酸的羧基與多氟苯基腈的腈基之間會(huì)發(fā)生相互加合、交換、脫羧等一系列出人意料的特定反應(yīng)，產(chǎn)生芳族腈(它是一種芳族化合物)和多氟苯(它也是一種芳族化合物)，該方法成本低、方便、而且產(chǎn)率高。
于是，本發(fā)明制備芳族化合物的方法，是使芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng)，形成芳族腈和多氟苯。
本發(fā)明的方法還可以在芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng)之后，將形成的芳族腈分離出來(lái)。
本發(fā)明的方法也可以在芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng)之后，將形成的多氟苯分離出來(lái)。
在本發(fā)明的方法中，反應(yīng)溫度是180-300℃。
在本發(fā)明的方法中，進(jìn)行反應(yīng)時(shí)可將二氧化碳或者二氧化碳與反應(yīng)形成的多氟苯一起排出反應(yīng)系統(tǒng)。
本發(fā)明的方法還可包括以下步驟將一種反應(yīng)中間體再使用于芳族羧酸與多氟苯基腈的新反應(yīng)，所述中間體是羧基與腈基的加合物，包括在反應(yīng)過(guò)程中形成的芳族羧酸與多氟苯基腈的加合物。
本發(fā)明的方法中，所述芳族羧酸可以是2，3，4，5-四氯苯甲酸。
本發(fā)明的方法中，所述多氟苯基腈可以是五氟苯基腈。
本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點(diǎn)可由以下詳細(xì)說(shuō)明更清楚地了解。
用作反應(yīng)劑的芳族羧酸的例子包括(但不限于)苯甲酸、對(duì)苯二酸、間苯二酸、萘甲酸、萘二甲酸、和它們的核取代物質(zhì)(如甲基、甲氧基、苯氧基、氯、溴、碘、和硝基取代的物質(zhì))。這些化合物中，較好的是氯取代的苯甲酸，尤其是2，3，4，5-四氯苯甲酸，因?yàn)樗鼈兡苤频?，3，4，5-四氯苯基腈，一種非常重要的藥物原料。
用作反應(yīng)劑的多氟苯基腈的例子包括(但不限于)二氟苯基腈、三氟苯基腈、四氟苯基腈、其核取代的物質(zhì)(如氯、溴、碘和硝基取代的)、和五氟苯基腈。這些化合物中，最好使用五氟苯基腈，因?yàn)槿缦滤?，它能制得五氟苯，一種用作聚合催化劑的重要原料的多氟苯。
雖然并無(wú)特別限制，根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用，例如考慮設(shè)備的效率，多氟苯基腈與芳族羧酸的比例約為0.1-10當(dāng)量，較好約為0.5-8當(dāng)量，更好約為2-5當(dāng)量(equivalents)。
芳族羧酸與多氟苯基腈進(jìn)行反應(yīng)的方式并無(wú)特別限制?？梢苑峙M(jìn)行，也可以連續(xù)進(jìn)行。但是考慮到反應(yīng)劑的轉(zhuǎn)化率，實(shí)用上較好是分批進(jìn)行。
反應(yīng)容器并無(wú)特別限制，例如可以是耐壓的高壓釜等。實(shí)用上較好是恒壓反應(yīng)容器。
考慮到經(jīng)濟(jì)利益或者在反應(yīng)完成后節(jié)省分離純化的工作量，芳族羧酸與多氟苯基腈的反應(yīng)較好是在不用催化劑的條件下進(jìn)行。但是需要時(shí)反應(yīng)也可以在存在酸性催化劑的條件下進(jìn)行以促進(jìn)反應(yīng)。酸性催化劑的例子包括(但不限于)無(wú)機(jī)酸，如磷酸、硼酸；固體酸，如酸性粘土、酸性氧化鋁。其中實(shí)用上較好的是固體酸，因?yàn)榉蛛x純化較方便。酸性催化劑可以單獨(dú)使用，也可以兩種或多種適當(dāng)?shù)亟M合使用。
當(dāng)使用酸性催化劑時(shí)，其用量并無(wú)特別限制，但從經(jīng)濟(jì)方面考慮，一般為芳族羧酸的約0.1-10％(摩爾)，較好約為0.5-5％(摩爾)，更好約為1-3％(摩爾)。
由于多氟苯基腈也可用作溶劑，因此考慮到反應(yīng)完成后節(jié)約分離純化的工作量，芳族羧酸與多氟苯基腈之間的反應(yīng)最好在沒(méi)有多氟苯基腈以外的其它溶劑的情況下進(jìn)行。但是如有必要，也可以使用對(duì)反應(yīng)是惰性的溶劑，如芳烴(例如二甲苯，假枯烯，杜烯)，高沸點(diǎn)溶劑(例如硝基甲苯，芐基甲基)，這些溶劑可單獨(dú)使用或者兩種或多種適當(dāng)?shù)亟M合使用。
當(dāng)使用多氟苯基腈以外的溶劑時(shí)，其數(shù)量并無(wú)特別限制，但是考慮到設(shè)備的效率，實(shí)用上該溶劑的數(shù)量一般是芳族羧酸的約10-1000％(重量)，較好是約30-500％(重量)，更好是約50-200％(重量)。
考慮到抑制副反應(yīng)或者反應(yīng)的速率，反應(yīng)溫度一般約為180-300℃，較好約為200-280℃，更好約為220-260℃。
反應(yīng)持續(xù)時(shí)間取決于各種因素，例如反應(yīng)溫度、是否存在催化劑、催化劑的種類和數(shù)量、反應(yīng)原料的種類和組成等，因此并無(wú)特別限制，但考慮到各反應(yīng)劑的轉(zhuǎn)化率，實(shí)用上反應(yīng)持續(xù)時(shí)間一般約為0.5-50小時(shí)，較好約為1-30小時(shí)，更好約為2-20小時(shí)。
如果芳族羧酸與多氟苯基腈相互反應(yīng)，芳族羧酸的羧基與多氟苯基腈的腈基之間發(fā)生作為平衡反應(yīng)的互加合-交換反應(yīng)，產(chǎn)生芳族腈。在這反應(yīng)中，預(yù)期會(huì)形成多氟苯甲酸，但所得到的多氟苯甲酸在上述反應(yīng)中出乎意料地易于發(fā)生不可逆的脫羧，因而很快轉(zhuǎn)化為多氟苯。所以本發(fā)明人認(rèn)為，芳族羧酸與多氟苯基腈之間的反應(yīng)所得到的反應(yīng)混合物中，反應(yīng)產(chǎn)物包括芳族腈、多氟苯、和一種反應(yīng)中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物是由芳族羧酸或多氟苯甲酸的羧基與多氟苯基腈或芳族腈的腈基產(chǎn)生的加合物，而多氟苯甲酸并不共存于反應(yīng)混合物中。
于是，本發(fā)明的方法中，芳族腈和多氟苯由包括脫羧的不可逆反應(yīng)有效地制備出來(lái)。由于多氟苯在工業(yè)上也很有用，從反應(yīng)混合物中將它回收以后可用于各種目的。因此，本發(fā)明的方法可將反應(yīng)原料幾乎全部轉(zhuǎn)化為有用的物質(zhì)，廢料很少。
如上所述，脫羧發(fā)生在芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng)的過(guò)程中，因此產(chǎn)生二氧化碳和前面所述的常壓下沸點(diǎn)在80-90℃的多氟苯(例如五氟苯在常壓下的沸點(diǎn)約為85℃)。所以，若使用密閉的反應(yīng)容器，反應(yīng)壓力將隨反應(yīng)的進(jìn)展而增加。在這種情況下，反應(yīng)壓力取決于反應(yīng)溫度和反應(yīng)容器的空間體積比，例如在上述反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)壓力可達(dá)50kg/cm2。所以，考慮到反應(yīng)容器的耐壓能力，反應(yīng)進(jìn)行時(shí)最好能將二氧化碳或?qū)⒍趸寂c反應(yīng)中生成的多氟苯同時(shí)排出反應(yīng)系統(tǒng)。如果反應(yīng)以這種方式進(jìn)行，反應(yīng)壓力可限制在例如不高于約10kg/cm2。
為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)率，本發(fā)明的方法還可包括將反應(yīng)中間產(chǎn)物再用于芳族羧酸與多氟苯基腈之間新反應(yīng)的步驟，該中間產(chǎn)物是由羧基和腈基得到的加合物，包括由芳族羧酸和多氟苯基腈得到的加合物，這是在它們之間的反應(yīng)過(guò)程中形成的。這一再用步驟可提高產(chǎn)品的產(chǎn)率，因而在工業(yè)實(shí)用上十分有利。
由芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng)生成的芳族腈和多氟苯，可在反應(yīng)完成后用常規(guī)方法方便地分離和純化，例如蒸餾、萃取、結(jié)晶等。
在本發(fā)明的方法中，由于芳族羧酸與多氟苯基腈相互反應(yīng)，可容易地以高產(chǎn)率制得芳族腈和多氟苯。由于用作反應(yīng)原料之一的芳族羧酸是低毒性的，而且另一種反應(yīng)原料-多氟苯基腈的毒性也比較低，所以關(guān)于工人安全的考慮不必費(fèi)很大精力。而且上述的反應(yīng)原料都是工業(yè)上易于得到的，所以實(shí)際上可以低成本制得芳族腈和多氟苯。
制得的芳族腈可用作有機(jī)合成的原料，而多氯苯基腈，尤其是2，3，4，5-四氯苯基腈，是藥物和農(nóng)用化學(xué)制品的重要原料。
本發(fā)明制得多氟苯和芳族腈。多氟苯可用作有機(jī)合成的原料，尤其是五氟苯是聚合催化劑的重要原料。因此，本發(fā)明的方法可將反應(yīng)原料幾乎全部轉(zhuǎn)化為有用的物質(zhì)，廢料很少。
以下通過(guò)一些較佳實(shí)施例與不按本發(fā)明的對(duì)比例之間的比較，更具體地闡明本發(fā)明。但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1首先，將4.5g(17.3mmol)2，3，4，5-四氯苯甲酸和13.4g(69.4mmol)五氟苯基腈放入容量為100ml、裝有攪拌器的小型高壓釜(由Hastelloy C制造)。高壓釜的內(nèi)部氣氛用常壓的氮?dú)馊〈?，然后將高壓釜在密閉情況下于230℃加熱6小時(shí)，使反應(yīng)壓力隨時(shí)間逐漸增大至9.5kg/cm2。但是，反應(yīng)完成后，壓力在20℃降至2.5kg/cm2。于是得到一反應(yīng)混合物，其產(chǎn)率為17.3g。
用1H-NMR和19F-NMR分析反應(yīng)混合物。結(jié)果，基于2，3，4，5-四氯苯甲酸原始摩爾數(shù)的轉(zhuǎn)化率為98％。此外，所生成的2，3，4，5-四氟苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別是86％和74％，其余的產(chǎn)物是一種反應(yīng)中間產(chǎn)物，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
然后，將17.0g反應(yīng)混合物在常壓下蒸餾，得到2.0g五氟苯，作為沸點(diǎn)約80-90℃的餾分。再將剩余的液體在5℃結(jié)晶過(guò)濾，得到3.2g(按固體含量表示的產(chǎn)率)2，3，4，5-四氯苯基腈。
進(jìn)一步將濾液在20mmHg的減壓下蒸餾，得到10.0g五氟苯基腈，作為沸點(diǎn)為50-60℃的餾分，而余量為1.8g。
分析表明各產(chǎn)物的純度為95％，回收率為92％，余量主要是一種加合物，該加合物是反應(yīng)中間產(chǎn)物。
實(shí)施例2除了加入1.5g所述的加合物(實(shí)施例1中得到的反應(yīng)中間產(chǎn)物)以外，按與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)壓力達(dá)到11.5kg/cm2，反應(yīng)完成后反應(yīng)壓力在20℃降至3.0kg/cm2，轉(zhuǎn)化率為98％。此外，2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為92％和90％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
于是再使用反應(yīng)中間產(chǎn)物，可大大提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率。
實(shí)施例3除了反應(yīng)溫度改為200℃以外，按與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)壓力達(dá)到3.5kg/cm2，反應(yīng)完成后壓力在20℃降至1.0kg/cm2，轉(zhuǎn)化率為77％。此外，2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為33％和20％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
實(shí)施例4除了2，3，4，5-四氯苯甲酸的數(shù)量改為9.0g(34.6mmol)以外，按與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)壓力達(dá)到13.5kg/cm2，反應(yīng)完成后壓力在20℃降至4.5kg/cm2，轉(zhuǎn)化率為98％。此外，2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為84％和65％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
實(shí)施例5除了用2.7g(17.3mmol)對(duì)氯苯甲酸替代2，3，4，5-四氯苯甲酸以外，按與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，反應(yīng)壓力與實(shí)施例1中幾乎相同，而轉(zhuǎn)化率為96％，此外，對(duì)氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為71％和61％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
實(shí)施例6除了用恒壓裝置將反應(yīng)壓力調(diào)節(jié)至8kg/cm2以外，按與實(shí)施例4相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，在反應(yīng)過(guò)程中二氧化碳由恒壓裝置排出，反應(yīng)完成后壓力在20℃降至2.0kg/cm2，轉(zhuǎn)化率為98％。此外，2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為85％和70％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
實(shí)施例7除了反應(yīng)持續(xù)時(shí)間改為30小時(shí)以外，按與實(shí)施例3相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)壓力到達(dá)9.0kg/cm2，反應(yīng)完成后壓力在20℃降至2.5kg/cm2，轉(zhuǎn)化率為97％。此外，2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯的產(chǎn)率分別為86％和76％，檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
對(duì)比例1除了反應(yīng)溫度改為165℃以外，按與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行反應(yīng)。
結(jié)果，反應(yīng)壓力為常壓，轉(zhuǎn)化率為33％。但是，二氧化碳、2，3，4，5-四氯苯基腈和五氟苯都沒(méi)有生成，只生成了一種反應(yīng)中間產(chǎn)物，也檢測(cè)不到五氟苯甲酸。
本發(fā)明可在不背離其實(shí)質(zhì)與范圍的條件下對(duì)其細(xì)節(jié)作各種改變。而且上面對(duì)較佳實(shí)施例的描述只是為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明的內(nèi)容是由后附的權(quán)利要求及其相當(dāng)?shù)臈l文限定。
權(quán)利要求
1.一種制備芳族化合物的方法，它包括使芳族羧酸與多氟苯基腈進(jìn)行反應(yīng)的步驟，從而生成芳族腈和多氟苯。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在芳族羧酸與多氟苯基腈之間的反應(yīng)后，將生成的芳族腈分離出來(lái)的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在芳族羧酸與多氟苯基腈之間的反應(yīng)后，將生成的多氟苯分離出來(lái)的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所述反應(yīng)是在180-300℃的溫度下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中將二氧化碳或者將二氧化碳和反應(yīng)中形成的多氟苯一起排出反應(yīng)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將反應(yīng)中間產(chǎn)物再使用于芳族羧酸與多氟苯基腈之間新的反應(yīng)的步驟，所述中間產(chǎn)物是由羧基和腈基得到的加合物，包括在芳族羧酸與多氟苯基腈之間的反應(yīng)過(guò)程中由它們得到的加合物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所述芳族羧酸是2，3，4，5-四氯苯甲酸。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所述多氟苯基腈是五氟苯基腈。
全文摘要
一種制備芳族化合物的方法,其包括使芳族羧酸與多氟苯基腈反應(yīng),生成芳族腈和多氟苯的步驟。與常規(guī)方法相比,本發(fā)明方法在制備芳族化合物時(shí)涉及工人安全問(wèn)題較少而且成本較低,并且可將反應(yīng)原料幾乎全部轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì),產(chǎn)生的廢料極少。
文檔編號(hào)C07C255/50GK1170715SQ9711143
公開日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月21日
發(fā)明者前田勇, 杉澤寬, 齊藤升 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本觸媒