制备3－溴苯甲醚和3－溴硝基苯的新方法

专利名称：：制备3－溴苯甲醚和3－溴硝基苯的新方法
技术领域：
：本发明涉及在相转移催化剂的存在下通过3-溴硝基苯的脱硝基并甲氧基化制备3-溴苯甲醚的方法。在制备MBA的几种已知方法中，最常用的是基于间溴苯酚的甲基化反应。如参见Hewett，J.Chem.Soc.50(1936)和Natelson，Gottfried，J.Amer.Chem.Soc.61，1001(1939)。间溴苯酚本身以间溴苯胺或间氨基苯酚为原料通过重氮化反应制备。Berti等在Ann.Chim49，1237，1248(1959)上报导了由间氨基苯甲醚通过重氮化反应制备MBA的方法。用于工业制备MBA的这些已知方法的主要缺点是它们使用昂贵并且不易得到的原材料。另一个缺点是在重氮化过程中产生大量的废水。本发明的目的是提出一种制备MBA新的并且便利的路线，其原料为3-溴硝基苯并能获得收率高和纯度好的MBA。3-溴硝基苯(此后也用BNB表示)可通过几条已知路线来制备。Johnson和Gauerke，在“OrganicSynthesis”，Coll.第1卷，123-124页(1956)试验在135-145℃和铁粉的存在下用溴与硝基苯进行溴化反应。BNB的收率为60-75％。Tronov等(Chem.Abstr.558347i和4913133d)对其它几种催化剂进行了测试，通过用溴、硫酸、硝酸和乙酸在83℃下反应4-5小时，或使用溴和催化剂如铝、硫和碲可得到33％的BNB。Derbyshire和Waters在J.Chem.Soc573-577页(1950)报导了可通过与次溴酸进行硝基苯的溴化反应。美国专利第4418228号和J.Org.Chem46，2169-2171页报导了硝基苯与溴酸钾的溴化反应。他们宣称在65％的硫酸中等摩尔的溴酸盐和硝基苯在35℃下反应24小时后可得到BNB，其收率为88％。这种方法的主要缺点是需要相对昂贵并且技术上较难使用的碱金属的溴酸盐。这样，本发明的另一个目的是提出一种新的并且便利的制备BNB的方法，通过在发烟硫酸中硝基苯与溴进行溴化反应来克服与使用碱金属溴酸盐相关的问题。本发明的其它目的和优点将通过下述方法得到更好的体现。在一个方面，本发明的目的在于用来制备3-溴苯甲醚的方法，它包括在相转移催化剂的存在下3-溴硝基苯脱硝基并甲氧基化。根据本发明的优选实施方案，脱硝基并甲氧基化的试剂为碱金属的甲醇盐。碱金属的甲醇盐最好从甲醇钠和甲醇钾中选取。根据本发明的优选实施方案，甲醇盐的用量为每摩尔3-溴硝基苯1-1.5摩尔。碱金属的甲醇盐可以是预制的固体或通过相应的碱金属的氢氧化物与甲醇原地制备。典型地，当使用预制的固体甲酸盐时，碱金属氢氧化物的有效用量为每摩尔3-溴硝基苯1.2-1.7摩尔。典型的反应温度约为40-80℃。优选反应温度为50-55℃。当甲醇盐为原地制备时，碱金属氢氧化物的有效用量为每摩尔3-溴硝基苯2.2-2.4摩尔。典型反应温度约为50-80℃，优选反应温度为55-65℃。对特定反应条件熟悉的化学工作者可以容易地选取相转移催化剂的浓度。相转移催化剂的示例性而不具有限制性的浓度为起始BNB的20-30％(重量)。合适的相转移催化剂实例包括氯化三丁基甲基铵、氯化四丁基铵、氢氧化四丁基铵、硫酸氢四丁基铵或溴化四丁基铵。技术人员可以容易找出其它合适的PTC。本发明的另一个方面涉及制备3-溴硝基苯的方法，它包括在作为反应介质的发烟硫酸中使硝基苯与溴反应。该反应可以任选在碘的存在下进行。少量的碘，如最高用量5％(参照作用物)通常是够用了。参照硝基苯，优选(但不具限制性)碘含量为0-5％(重量)，更优选约为0.2-0.5％(重量)。在本方法中碘作为催化剂，因此少量的碘是够用了。发烟硫酸含有游离的SO3。发烟硫酸中游离SO3的含量典型约为1-65％。然而，根据本发明的一个优选实施方案，发烟硫酸含有约15-30％的游离SO3。典型反应温度约为0-100℃。根据本发明的一个优选实施方案，反应温度约为20-40℃。可以改变发烟硫酸/硝基苯的重量比，典型地约为1.5-10。根据本发明的一个优选实施方案，Br2/硝基苯的摩尔比为0.3-1，更优选为0.4-0.5。根据本发明的一个优选实施方案，溴化混合物通过下面方法作进一步处理方法Aa)用水稀释；并b)在大于50℃的温度下进行相分离。方法Ba)用水稀释；并b)冷却并过滤结晶的3-溴硝基苯。方法Ca)用水稀释；b)用有机溶剂萃取3-溴硝基苯；并c)相分离。如技术人员容易理解的那样，在本发明的反应中可使用各种溶剂。示例性合适的溶剂包括二氯乙烷、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或环己烷。本发明的另一个方面包括制备3-溴苯甲醚的方法，它包括以下步骤a)在作为反应介质的发烟硫酸中通过使硝基苯与溴反应制备3-溴硝基苯。b)在相转移催化剂(PTC)的存在下通过3-溴硝基苯的脱硝基并甲氧基化由所述的3-溴硝基苯制备3-溴苯甲醚。通过下面优选实施方案的示例性不具限制性的详细描述来更好地理解本发明上面所述和其它的特点及优点。优选实施方案的详细描述3-溴硝基苯的制备通过新的方法制备BNB，它包括在发烟硫酸中，任选在碘的存在下使硝基苯与溴反应。根据本发明的一个优选实施方案，发烟硫酸含有约1-65％的游离SO3。优选地，但不具限制性地，发烟硫酸含有约15-30％的游离SO3。由于碘含量的适用范围宽，根据本发明的一个优选实施方案，参照硝基苯，碘含量约为0-5％(重量)，优选但不具限制性地为0.2-0.5％(重量)。如本领域技术人员显而易见的那样，本发明的方法可在十分宽的温度范围内进行。然而，根据本发明的一个优选实施方案，反应温度保持在约0-100℃，更优选在20-40℃。发烟硫酸/硝基苯重量比的变化范围可十分宽。然而，根据本发明的一个优选实施方案，发烟硫酸/硝基苯的重量比约为1.5-10。Br2/硝基苯的摩尔比也可以在宽的范围内变化，典型为0.3-1.0。然而，根据本发明的一个优选实施方案，Br2/硝基苯的摩尔比为0.4-0.5。可通过以下几种方法进行溴化混合物的后处理a)用水稀释，随后在大于50℃的温度下进行相分离。b)用水稀释，冷却并过滤结晶的粗制BNB。c)用水稀释，随后用一种有机溶剂(二氯乙烷、二氯甲烷、甲苯、二甲苯、环己烷等)萃取粗制BNB并进行相分离。萃取时可以不进行前面的稀释。在这个例子中，在用含有65％游离SO3的发烟硫酸进行补充后，部分使用过的发烟硫酸可以返回后面的溴化反应。可通过蒸馏或用甲醇、乙醇、异丙醇等进行结晶来提纯粗制BNB。基于反应的硝基苯，得到BNB的收率约80％，蒸馏后其纯度为98-99％。3-溴苯甲醚的制备通过BNB中硝基的亲核取代来制备3-溴苯甲醚。BNB的脱硝基并甲氧基化通过在与水不相溶的非极性非质子溶剂的介质中使用有效用量的相转移催化剂(PTC)使BNB与碱金属的甲醇盐如甲醇钠或甲醇钾反应来实施，其中所述溶剂的例子有环己烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、二甲苯以及优选的甲苯。基于初始的BNB，PTC的有效用量为20-30％(重量)。PTC选自季铵盐。尤其适用的相转移催化剂为氯化三丁基甲基铵，氯化四丁基铵、氢氧化四丁基铵、硫酸氢四丁基铵以及特别优选的溴化四丁基铵。建议两种不同的碱金属甲醇盐使用法。第一种方法为使用预制的固体碱金属甲醇盐。在有效用量的氢氧化钾的存在下，采用甲醇钠或甲醇钾(优选甲醇钠)进行反应。以1mol的BNB为基准，甲醇盐的用量为1.1-1.2摩尔。相对于1molBNB，氢氧化钾的有效用量为1.2-1.7摩尔，优选为1.4-1.7摩尔。所述反应的温度为40-80℃，优选为50-55℃。第二种脱硝基并甲氧基化的方法是使用在反应过程中由甲醇和氢氧化钾原地制备的甲醇钾。基于1mol的BNB，甲醇的用量为1.1-1.2mol。相对于1mol的BNB，氢氧化钾的用量为2-2.4，优选为2.2-2.4。所述反应的温度为50-80℃，优选为55-65℃。该反应也可使用由甲醇和氢氧化钠原地制备的甲醇钠。然而这样制备的甲醇钠的活性远远低于甲醇钾。在这两种方法中，为部分溶解固体甲醇钾，可以任选将一些水加入起始反应混合物中，这样便于搅拌均相混合物。该反应在需氧条件下进行，目的是为了抑制导致生成硝基还原产物的自由基反应，主要是加氢脱溴化成为硝基苯和硝基还原成3，3’-二溴氧化偶氮苯和3，3’-二溴偶氮苯。通过分馏提纯这样得到的粗制MBA。如下文中所描述的那样，可以在碱如氢氧化钠或氢氧化钾的存在下进行分馏。根据本发明的方法，可得到高收率和高纯度的3-溴硝基苯和3-溴苯甲醚。参照下面实施例，将描述本发明的一些示例性不具限制性的实施方案。实施例1在发烟硫酸中通过硝基苯的溴化制备BNB在室温下往装有机械搅拌器、冷凝器、温度计和滴液漏斗的1升烧瓶中导入1.24g碘和427gH2SO4(97％)，伴随着搅拌并冷却加入316g的发烟硫酸(65％游离SO3)。在温度10-12℃下在1小时内滴加246g(2mol)的硝基苯，随后在20℃下在2.5小时内滴加128g(0.8mol)溴。在30℃下另外再搅拌2.5小时。在溴化过程中取样并通过GC分析来检测反应转化率。反应结束后，将反应混合物在0.5小时内小心地加入到70-80℃、540g的水中。通过60℃的相分离可得到350g粗BNB，在压力约20mmHg和100-130℃下蒸馏可得到230g纯度为98-99％(GC面积)的BNB。将约75g初馏分的硝基苯用于下面的实验。基于反应的硝基苯，其收率约为81％。具体实施例的结果详细列于下表(实验1)。进行几个类似的实验。反应条件和实验结果列于表中。表中使用的缩写如下所示NB-硝基苯4BNB-4-溴硝基苯DBNB-二溴硝基苯o.n.-过夜表Ⅰ硝基苯在发烟硫酸中的溴化反应<tablesid="table2"num="002"><table>662/0.50.5248/1032/0.230256854.248.543.942.843.848.452.954.31.11.21.31.40.8/-/-1.2/0.4/-1.5/0.4/-1.5/0.4/-762/0.50.5186/2032/0.23023424.321.021.465.870.169.91.61.51.63.6/1.2/0.34.5/1.5/0.44.4/1.4/0.4862/0.50.5155/2032/0.2302367368.430.529.70.70.71.0/0.3/0.11.0/0.3/-实验号NBg/mole碘％w/wNB发烟硫酸g/conc.溴g/mole温度℃时间小时NB％，GCBNB％，GC4BNB％，GCDBNB1/DBNB2/DBNB3％，GC962/0.50.2186/2032/0.23023435.128.524.460.265.467.61.51.61.62.4/0.8/-3.2/1.0/0.33.7/1.2/1.01062/0.50.5186/2028/0.1753023428.425.826.065.867.567.81.61.61.73.2/1.0/-3.6/1.1/0.33.4/1.1/-</table></tables>实施例17使用制备的固体甲醇钠制备MBA往装有机械搅拌器和回流冷凝器的1升反应器中加入60ml甲苯、BNB(60.6g，0.3mol)、甲醇钠粉(19.4g，0.36mol)、固体KOH粉(33.6g，0.51mol)和溴化四丁基铵(18.2g，0.056mol)。在反应中向反应溶液压入空气来骤冷不需要的自由基反应。在50℃下剧烈搅拌均相混合物1-2小时(GC分析显示BNB的转化率＞99％)。然后冷却混合物并用水除去无机化合物，随后进行相分离。用盐酸水溶液洗涤有机相以除去PTC和水洗涤后其残留分解的产物。分离后得到有机相的气相色谱显示MBA含量为97％(面积％)；生成低于0.2％的还原产物。或者，不用水洗涤而采用过滤，可以过滤掉所有的无机物随后用盐酸水溶液处理有机相。蒸馏有机相得到最终纯MBA(参见实施例27)。实施例18除了用固体甲醇钾代替甲醇钠外，其它如实施例17所述的方法。1小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为95％(面积％)。实施例19除了不用氢氧化钾外，其它如实施例17所述的方法。4小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为52％(GC面积)。让反应再进行2小时。然而，根据气相色谱，反应混合物中MBA含量没有变化。显然，没有氢氧化钾，反应不能进行到底。实施例20除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB1摩尔外，其它如实施例17所述的方法。5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为85％(GC面积)。生成约9％的副产物，主要为还原产物。显然，在这个实施例中氢氧化钾的用量不够，难以获得满意的脱硝基并甲氧基化选择性。实施例21除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB1.2摩尔外，其它如实施例17所述的方法。1.5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为89％(GC面积)。生成约6％的还原产物。实施例22除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB1.4摩尔外，其它如实施例17所述的方法。2小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为94％(GC面积)。生成约4％的还原产物。实施例23除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB1.5摩尔外，其它如实施例17所述的方法。2小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为95％(GC面积)。实施例24除了不使用相转移催化剂外，其它如实施例17所述的方法。3小时后，用气相色谱分析反应混合物，显示没有MBA。显然，没有相转移催化剂，不能进行脱硝基并甲氧基化。实施例25除了溴化四丁基铵的用量为初始BNB的15％(重量)外，其它如实施例17所述的方法。5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为84％(面积％)。生成约14％的副产物，主要为还原产物。显然，在本实施例中PTC的用量不够，难以获得满意的脱硝基并甲氧基化选择性。实施例26除了溴化四丁基铵的用量为初始BNB的20％(w/w)外，其它如实施例17所述的方法。2小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为92％(面积％)。生成约6％的还原产物。实施例27使用原地制备的甲醇钾来制备MBA蒸馏MBA往装有机械搅拌器和回流冷凝器的1升反应器中加入甲苯(175g)、甲醇(38.4g，1.2mol)、固体KOH颗粒(158.1g，2.4mol)和溴化四丁基铵(50.5g，0.157mol)。在55-60℃下剧烈搅拌均相混合物约15分钟。同时，在单独的容器中加热3-溴硝基苯(202g，1mol)和甲苯(90g)至50℃，并在0.5小时内滴加这样制备的澄清溶液。在反应中向反应溶液压入空气来骤冷不需要的自由基反应。在55-60℃下剧烈搅拌均相混合物2小时(GC分析显示BNB的转化率＞99％)。然后冷却混合物并用水除去无机化合物，随后进行相分离。用盐酸水溶液洗涤有机相以除去PTC和水洗涤后其残留分解的产物。分离后得到有机相的GC显示MBA含量为97％(面积％)；生成低于0.2％的还原产物。减压蒸掉甲苯后，通过装有蒸馏头的5个理论级(theoreticalstages)的蒸馏柱进行黄-棕色粗MBA的真空分馏。顶端温度高达123℃(49mmHg)的初馏分主要为残留甲苯和少量的MBA(1-2％，GC)。目标部分(155g)的顶端温度为123.3-124℃，由气相色谱分析表明其中MBA的纯度为99.5％。产物中杂质主要为甲苯和硝基苯。相对于BNB，纯MBA的收率为83％。可以往蒸馏底部加入固体NaOH或KOH(约粗MBA的2％(w/w))来防止蒸馏的MBA着色，否则将得到微黄色液体。实施例28-31除了用氯化四丁基铵、氢氧化四丁基铵、硫酸氢四丁基铵和氯化四丁基铵和氯化三丁基甲基铵代替溴化四丁基铵作为相转移催化剂外，其它如实施例27所述的方法。2小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示对于每种PTC，MBA含量为96-97％(面积％)。实施例32除了溴化四丁基铵的用量为起始BNB的15％(w/w)外，其它如实施例27所述的方法。3.5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为72％(面积％)。生成约22％的副产物，主要为还原产物。显然，本实施例中PTC用量不够，难以使反应获得满意的选择性。实施例33除了溴化四丁基铵的用量为起始BNB的20％(w/w)外，其它如实施例27所述的方法。2小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为92％(面积％)。生成约5％的还原产物。实施例34除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB2摩尔外，其它如实施例27所述的方法。2.5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为91％(GC面积)。生成约8％的还原产物。实施例35除了氢氧化钾的用量为每摩尔BNB2.2摩尔外，其它如实施例27所述的方法。2.5小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为95％(GC面积)。实施例36除了用氢氧化钠代替氢氧化钾外，其它如实施例27所述的方法。6小时后，通过气相色谱分析反应混合物。分析显示MBA含量为71％(面积％)。显然，在反应过程中原地制备的甲醇钠的活性明显低于用相似方法得到的甲醇钾。上面所有的描述和实施例都只具有示例性，根本不是用来限制本发明的。可以对本发明的方法进行许多调整；如可在不同的反应条件下，使用不同的催化剂、溶剂和试剂，所有这些都不超出本发明的范畴。权利要求1．制备3-溴苯甲醚的方法，包括在相转移催化剂(PTC)的存在下3-溴硝基苯脱硝基并甲氧基化。2．根据权利要求1的方法，其中所述脱硝基并甲氧基化试剂为碱金属的甲醇盐。3．根据权利要求2的方法，其中所述碱金属的甲醇盐选自甲醇钠和甲醇钾。4．根据权利要求1-3中任一项的方法，其中通过在与水不混溶的非极性非质子溶剂中，在有效用量的作为相转移催化剂的季铵盐的存在下，将3-溴硝基苯与碱金属的甲醇盐反应，使3-溴硝基苯脱硝基并甲氧基化。5．根据权利要求4的方法，其中所述脱硝基并甲氧基化在氢氧化钾的存在下使用预制的固体碱金属甲醇盐进行。6．根据权利要求5的方法，其中基于1mol溴代硝基苯，碱金属甲醇盐的用量为1.0-1.5mol。7．根据权利要求4的方法，其中所述碱金属甲醇盐选自甲醇钠和甲醇钾。8．根据权利要求4的方法，其中氢氧化钾与3-溴硝基苯的摩尔比为1.2-1.7。9．根据权利要求1-8中任一项的方法，其中所述碱金属的甲醇盐通过碱金属的氢氧化物与甲醇反应原地制备。10．根据权利要求9的方法，其中所述脱硝基并甲氧基化使用由甲醇和氢氧化钾原地制备的甲醇钾进行。11．根据权利要求10的方法，其中甲醇与3-溴硝基苯的摩尔比为1.1-1.2。12．根据权利要求10的方法，其中氢氧化钾与3-溴硝基苯的摩尔比为2.2-2.4。13．根据权利要求5的方法，其中反应温度约为40-80℃。14．根据权利要求9的方法，其中反应温度约为50-80℃。15．根据权利要求1-14中任一项的方法，其中相转移催化剂的浓度为3-溴硝基苯的20-30％(重量)。16．根据权利要求1的方法，其中相转移催化剂选自氯化三丁基甲基铵、氯化四丁基铵、氢氧化四丁基铵、硫酸氢四丁基铵或溴化四丁基铵。17．根据权利要求16的方法，其中相转移催化剂为溴化四丁基铵。18．制备3-溴硝基苯的方法，包括在作为反应介质的发烟硫酸中使硝基苯与溴反应。19．根据权利要求18的方法，其中碘的用量最高可达作用物的5％(重量)。20．根据权利要求18和19制备3-溴硝基苯的方法，其中硝基苯在发烟硫酸中，任选在碘的存在下进行溴化反应。21．根据权利要求18-21中任一项的方法，其中所述发烟硫酸含有约1-65％的游离SO3。22．根据权利要求21的方法，其中所述发烟硫酸含有约15-30％的游离SO3。23．根据权利要求20-22中任一项的方法，其中碘的用量为硝基苯的0-5％(重量)。24．根据权利要求23的方法，其中，碘的用量为硝基苯的0.2-0.5％(重量)。25．根据权利要求18-24中任一项的方法，其中反应温度约为0-100℃。26．根据权利要求25的方法，其中反应温度约为20-40℃。27．根据权利要求18-26中任一项的方法，其中发烟硫酸/硝基苯的重量比约为1.5-10。28．根据权利要求18-27中任一项的方法，其中Br2/硝基苯的摩尔比为0.3-1.0。29．根据权利要求28的方法，其中Br2/硝基苯的摩尔比为0.4-0.5。30．根据权利要求18-29中任一项的方法，其中溴化混合物通过下面步骤作进一步处理a)用水稀释；并b)在大于50℃的温度下进行相分离。31．根据权利要求18-29中任一项的方法，其中溴化混合物通过下面步骤作进一步处理a)用水稀释；并b)冷却并过滤结晶的3-溴硝基苯。32．根据权利要求18-29中任一项的方法，其中溴化混合物通过下面步骤作进一步处理a)用水稀释；b)用有机溶剂萃取3-溴硝基苯；并c)相分离。33．根据权利要求32的方法，其中所述有机溶剂选自二氯乙烷、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或环己烷。34．根据权利要求4的方法，其中使用环己烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、甲苯或二甲苯作为所述有机溶剂进行脱硝基并甲氧基化。35．根据权利要求34的方法，其中使用甲苯作为所述有机溶剂进行脱硝基并甲氧基化。36．制备3-溴苯甲醚的方法，包括下列步骤a)根据权利要求18-33中任一项的方法制备3-溴硝基苯；然后b)根据权利要求1-17、34和35中任一项的方法由所述的3-溴硝基苯制备最终产物。37．制备3-溴苯甲醚的方法，主要如上所述，并具体参考实施例。全文摘要制备3－溴苯甲醚的方法,包括在相转移催化剂(PTC)的存在下将3－溴硝基苯脱硝基并甲氧基化以及在发烟硫酸中用溴将硝基苯溴化制备3－溴硝基苯。脱硝基并甲氧基化试剂为一种碱金属的甲醇盐,选自甲醇钠和甲醇钾。甲醇盐的用量为每摩尔3－溴硝基苯1—1.5摩尔。碱金属的甲醇盐可以是预制的固体物或通过相应碱金属的氢氧化物与甲醇反应在原地制备。当使用预制的固体甲醇盐时,碱金属氢氧化物的有效用量为每摩尔3－溴硝基苯1.2—1.7摩尔。反应温度约为40—80℃,优选为50—55℃。当甲醇盐为原地制备时,碱金属氢氧化物的有效用量为每摩尔3－溴硝基苯2.2—2.4摩尔。反应温度约为50—80℃,优选为55—65℃。文档编号C07C43/225GK1296467SQ99804867公开日2001年5月23日申请日期1999年3月22日优先权日1998年4月7日发明者M·格尔蒙特,J·兹尔博曼申请人:溴化合物有限公司