专利名称：制备苯甲酸及其衍生物的环境友好的方法
技术领域：
本发明是一种制备苯甲酸及其衍生物的环境友好的方法。具体地说是双氧水在转移金属催化下氧化苯甲醛、苄醇、苄基卤代物及其衍生物，制备相应苯甲酸及其衍生物的方法。
工业上，制备苯甲酸及其衍生物一般是用等当量以上的高价无机金属含氧酸盐在酸性条件下氧化甲苯及它的衍生物，如高锰酸钾(Org.synth.,1956,2,819),K2CrO7(Org.Synth.,1941,1,392)等，它们的氧化副产物中含有大量的重金属和酸性物质，因此后处理十分麻烦，不利于环境的保护。
许多科学家都试图研究用双氧水作为环境友好的氧化剂代替那些污染严重的重金属氧化物。1991年，Venturello发现用四氧代二过氧化钨磷酸甲基三辛基铵催化下，用70％的双氧水可以将伯醇氧化成酸(J.Org.Chem.,1991,56,5924)。后来，Noyori等人发现直接用钨酸钠和硫酸氢甲基三辛基铵催化下可以直接用30％的双氧水将苄醇氧化成相应的苯甲酸(Tetrahedron Lett.1998,39,7549)。
由于苯甲醛、苯甲醇及它们的衍生物的制备一般都是用取代的苄基氯、苄基溴水解的方法，因此用苄基卤代物直接氧化制备苯甲酸及其衍生物可以节省大量人力和物力。所以，人们仍然在寻找一种从苯甲醛、苄醇苄，基卤代物及其衍生物和双氧水为原料，在转移金属催化下制备相应苯甲酸及其衍生物的方法。
本发明的目的是提供一种制备苯甲酸及其衍生物的环境友好的方法。
本发明的方法系用双氧水在转移金属催化下将多种苯甲醛、苄醇、苄基卤代物及它们的衍生物直接氧化制备苯甲酸及其衍生物的方法。本发明的方法可用下述反应式表示 本发明中采用的苯甲醛、苄醇、苄基卤代物及其衍生物的底物分子式可以为R1-Ph-R4、R1R2-Ph-R4和R1R2R3-Ph-R4，当R1、R2或/和R3=H，底物分子式可为R1-Ph-R4、R1R2-Ph-R4和Ph-R4。上述分子式中R1、R2或R3=H、-OR5、-NO2、-CF3、-R5、-COR5、-R5COR6、-NR5R6、-SR5、-CN或-X,R4=-CH2X或-CHO，其中，R1、R2、R3可以相同，也可不同，R5、R6为C0～C16的烷支烷基、环烷基或芳基等，X为卤素或羟基。
本发明中所述的催化剂是一个混合催化剂，系由催化剂和助催化剂等组成。该催化剂由金属含氧酸盐、分子筛、相转移催化剂和酸性物质所组成。所述催化剂的摩尔比依次为1∶0.1-2∶0-2∶0-2。上述的金属含氧酸盐分子式为M2M′O4·nH2O，其中M为钾、钠，M′为钨、钼、钒，n=0～2；分子筛是3埃、4埃或5埃的分子筛；相转移催化剂可以是季铵盐或冠醚，如分子式为[R7R8R9R10N+]aYa-的分子筛，R7、R8、R9、R10分别代表碳数从1到12的烃基，可以相等，也可不等。Y代表酸根离子，如硫酸根、硫酸氢根、氯离子、溴离子、磷酸根、磷酸一氢根、磷酸二氢根、醋酸根等，a为酸根离子的化合价。
所述的冠醚可以是18-冠-6,15-冠-5等；所述的酸性物质可以是硫酸、硫酸氢盐、磷酸、磷酸二氢盐、醋酸、氢溴酸、盐酸等。
本发明中上述的反应底物和H2O2的摩尔比是1∶0.1-2，催化剂与反应底物的摩尔比为1∶0.0001～0.20，通常用0.1～2.0％就可以实现高产率的催化。
本发明中双氧水的初始浓度可以是3％～70％。双氧水的加入方式最好是滴加。本发明最好在搅拌下进行。
本发明的反应温度需要控制在30℃～150℃之间。
本发明的催化反应可以在无溶剂下或在溶剂中进行，所述的溶剂可以是甲苯、乙苯、二甲苯、丙酮、乙腈、正己烷、环己烷、正戊烷、环戊烷、吡啶、四氢呋喃、甲酰胺、DMF、氯仿、卤代环己烷、卤代环戊烷、卤代正戊烷、卤代正己烷、1,2-二氯乙烷等溶剂，以及上述溶剂中两种或两种以上的混合溶剂中进行。
本发明实现了催化量金属转移催化，可以高产率、高选择性地将多种苯甲醛、苄醇、苄基卤代物直接氧化成相应的苯甲酸，金属催化剂可以回收循环使用，又可以不用溶剂，节省了大量原料，提高了劳动生产率。因此，可以说本发明的反应是一个高效、节能、无污染的适用于绿色化学工业应用的新方法。
通过下述实例将有助于进一步理解本发明，但不能限制本发明的内容。
实施例1苯甲酸的制备将4～5mL30％的双氧水在50-90℃下滴加入1.27g(10mmol)的苄基氯(或1.08g,10mmol苯甲醇或1.06g,10mmol苯甲醛)、15～33mg的钨酸钠及18～46mg的硫酸氢甲基三辛基铵的混合物中，8小时后冷却至室温。水相用乙酸乙脂(10ml×3)萃取，合并有机相，并用10mL饱和的硫代硫酸钠洗涤。经无水硫酸镁干燥后蒸干溶剂，用石油醚重结晶，得白色固体1.07g，产率～83％。m.p.121-122℃。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ7.34-7.61(3H,m,Ar),8.17(2H,d,J6.3Hz,Ar),8.90-9.83(1H,br.s,13CNMR(CDCl3),δ128.50,129.42,130.23,133.79,172.28。MS(EI)m/z(rel.int.％)122(89.94％,M+),105(100％,M+-17),77(81.50％,M+,45)740.89％,M+-48),51(36.16％,M+-71),50(25.52％,M+-72)。元素分析C7H6O2计算值C,68.84；H,4.95。实测值C,68.35；H,5.01。
实施例2对甲基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物，使用20～40ml的正己烷、四氢呋喃或甲酰胺溶剂，M为钾，M′为钼的10-20mg金属含氧酸盐，10mg～20mg3埃分子筛，15～30mg15-冠-5和1mg盐酸，反应5-10h得白色固体0.929，产率68％。m.p.180-18℃。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ2.45(3H,s,CH3),7.28(2H,d,J8.1Hz,Ar),8.04(2H,d,J8.1Hz,Ar),8.30-9.96(1H,br.s,0H)。13CNMR(CDCl3)827.80,126.64,12923,130.29,144.66,172.37。元素分析C8H8O2计算值C,70.58；H,5.92。实测值c，70.23；H,5.97％。
实施例3对硝基苯甲酸的制备
实验步骤同实施例2，变相应的反应底物，无溶剂和盐酸。得淡黄色固体1.52g,产率91％。m.p.239-241℃。1H NMR(D3CCOCD3,90MHz),δ8.26(2H,d,J10.8Hz,Ar),8.39(2H,d,J10.8Hz,Ar),3.65-3.96(1H,br.s,0H)。13CNMR(D3CCOCD3),δ124.42,131.72,137.22,151.50,166.27。元素分析C7H5O4N计算值C,50.31；H,3.02；N,8.38。实测值C,50.23；H,3.08；N,8.40％。
实施例4间二苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体1.27g，产率77％。m.p.210-211℃。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ7.12-8.02(4H,m,Ar)。元素分析C8H6O4计算值C,57.84；H,3.64。实测值C,57.91；H,3.60％。
实施例5对氟苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体1.03g，产率86％。m.p.184-186。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ7.16(1H,dd,J8.9,8.9Hz,Ar),7.36(1H,dd,8.9Hz,Ar),8.15(1H,dd,J8.9,5.4Hz,Ar),8.24(1H,dd,J8.9,5.4Hz,Ar),8.40-9.26(1H,br.s,0H)。13CNMR(CDCl3),δ115.59,115.88,125.65,132.82,132.95,164.66,168.04,170.91。元素分析C8H8O2计算值C,60.01；H,3.40。实测值C,5925；H,3.61％。
实施例6邻羧基苯乙酮的制备
实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体1.03g，产率86％。m.p.116-118℃。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ2.05(3H,s,CH3),7.41-8.02(4H,m,Ar),8.02-8.83(1H,br.s,OH)。元素分析C9H8O3计算值c,65.85；H,4.91。实测值C,65.89；H,4.87％。
实施例7对乙基巯基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得淡黄色固体1.26g，产率69％。m.p.145-147℃。1HNMR(CDCl3,90 MHz),δ81.88(3H,t,CH3),3.02(2H,q,CH2),7.26(2H,d,J8.8Hz,Ar),7.97(2H,d,J8.8Hz,Ar)元素分析C9H10O2S计算值C,59.32；H,5.53；S,17.60。实测值C,59.28；H,5.50；S,17.57％。
实施例8对十六烷氧基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体2.35g，产率65％。m.p.131-132℃。1HNMR(DMSO-d6,90MHz),δ0.88(3H,t,CH3),1.09-1.97(28H,m,CH2),4.11(2H,t,CH2),7.17(2H,d,J8.2Hz,Ar),8.06(2H,J8.2Hz,Ar)。元素分析C23H28O3计算值C,76.20；H,10.56。实测值C,76.25；H,10.51％。
实施例9对异丙基苯甲酸的制备
实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体1.0g，产率61％。m.p.118-120℃,1HNMR(CDCl3,300MHz),δ128(6H,d,J8.0Hz,CH3),,2.99(1H,m,Ar),7.33(2H,d,J8.2Hz,Ar),8.05(2H,d,J8.2Hz,Ar)。13CNMR(CDCl3),δ23.65,34.35126.61,127.01,130.44,155.37,172.64。元素分析C8H8O2计算值C,73.15；H,7.37。实测值C,73.10；H,7.34％。
实施例10邻二乙胺基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得淡黄色固体2.35g，产率65％。m.p.151-153℃。1HNMR(DMSO-d6,90MHz),δ3.00(6H,s,CH3),6.89-7.58(4H,m,Ar)。元素分析C9H11NO2计算值C,65.44；H,6.71；N,8.48。实测值C,65.39；H,6.74；N,8.45％。
实施例112-氯-3-硝基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得淡黄色固体1.70g，产率85％。m.p.181-184℃。1HNMR(DMSO-d6,90MHz),δ2.52-2.77(1H,br.s,0H),7.57(1H,dd,J8.7,8.7Hz,Ar),7.79-8.21(2H,m,Ar)。元素分析C7H4ClNO4计算值C,41.71；H,2.00；Cl,17.59；N,6.95。实测值C,41.68；H,2.03；Cl,17.54；N,6.98％。
实施例122-甲基-3,5-二硝基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得淡黄色固体1.99g，产率88％。m.p.205-207℃。1HNMR(DMSO-d6,90MHz),δ2.59(3H,s,CH3),8.49-8.76(2H,m,Ar)。元素分析C8H6N2O6计算值C,42.49；H,2.67；N,12.39。实测值C,42.43；H,2.70；N,12.36％。
实施例132-萘甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。得白色固体568mg，产率33％。m.p.185-187℃。1HNMR(CDCl3,90MHz),δ5.27-6.80(1H,br.s,0H),7.39-7.78(2H,m,Ar),7.78-8.49(5H,m,Ar),8.73(1H,s,Ar)。13CNMR(CDCl3),δ125.42,126.80,127.84,28.36,128.69,129.57,130.91,132.19,132.48,136.00,171.93。元素分析C8H6N2O6计算值C,76.73；H,4.68。实测值C,76.64；H,4.65％实施例144-乙氧酰氧基-3,5-二甲氧基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。产率56％。产物分析如m.p.180-187℃。1HNMR(DMSO-d6+CDCl3),δ1.35(3H,d,J=7.0Hz,CH3),3.85(6H,S,OCH3),4.21(2H,q,J=7.0Hz,CH2),7.23(2H,S,Ar),9.50(1H,S,OH),MS(EI),m/e270。元素分析，C12H14O7计算值C,53.33；H,5.22。实测值C,53.41；H,5.18。
实施例154-氯-3,5-二硝基苯甲酸的制备实验步骤同实施例1，变相应的反应底物。产率76％。产物分析如下m.p.159-162℃。1HNMR(DMSO-D6+CDCl3)，δ8.65(2H,S,Ar),9.60(1H,S,OH)。元素分析C12H3ON2O6计算值C,34.10；H,1.23；N,11.36。实测值C,34.01；H,1.31；N,11.27。
权利要求
1．一种制备苯甲酸及其衍生物的方法，其特征是在溶剂中或无溶剂时，分子式为R1R2R3-Ph-R4的化合物、H2O2和催化剂的摩尔比为1∶0.1-2∶0.0001～0.20时，在30℃～150℃反应1-30h，其中R1、R2或R3=H、-OR5、-NO2、-CF3、-R5、-COR5、-R5COR6、-NR5R6、-SR5、-CN或-X,R4=-CH2X或-CHO,R1、R2、R3可以相同，也可不同，R5或R6=H、C1～16的烷基、环烷基或芳基，X=卤素或羟基；所述的催化剂由金属含氧酸盐、分子筛、相转移催化剂和酸性物质所组成，上述催化剂组份的摩尔比依次为1∶0.1-2∶0-2∶0-2，其中金属含氧酸盐分子式为M2M′O4·nH2O,M=钾、钠，M′=钨、钼、钒，n=0～2；分子筛是3埃、4埃或5埃的分子筛；相转移催化剂=分子式为[R7R8R9R10N+]aYa-的季铵盐或冠醚，R7、R8、R9、R10分别代表C1～12的烃基，可以相等，也可不等；Y代表酸根离子，a为酸根离子的化合价。
2．如权利要求1所述的方法，其特征是其中的酸根离子是硫酸根、硫酸氢根、氯离子、溴离子、磷酸根、磷酸一氢根、磷酸二氢根或醋酸根。
3．如权利要求1所述的方法，其特征是所述的酸性物质是硫酸、硫酸氢盐、磷酸、磷酸二氢盐、醋酸、氢溴酸或盐酸。
4．如权利要求1所述的方法，其特征是所述的冠醚是18-冠-6或15-冠-5。
5．如权利要求1所述的方法，其特征是所述的溶剂是甲苯、乙苯、二甲苯、丙酮、乙腈、正己烷、环己烷、正戊烷、环戊烷、吡啶、四氢呋喃、甲酰胺、DMF、氯仿、卤代环己烷、卤代环戊烷、卤代正戊烷、卤代正己烷或1,2-二氯乙烷，以及上述溶剂中两种或两种以上的混合溶剂。
6．如权利要求1所述的方法，其特征是所述的双氧水的初始浓度是3％～70％。
全文摘要
本发明是一种制备苯甲酸及其衍生物的环境友好的方法,系双氧水在溶剂中或无溶剂时,用转移金属催化剂氧化苯甲醛、苄醇、苄基卤代物及其衍生物,制备相应苯甲酸及其衍生物的方法。本发明的反应是一个高效、节能、无污染的适用于绿色化学工业应用的新方法。
文档编号C07C63/00GK1296940SQ0012751
公开日2001年5月30日 申请日期2000年11月24日 优先权日2000年11月24日
发明者施敏, 冯言枢 申请人:中国科学院上海有机化学研究所