专利名称：一种腈催化还原为醛的方法
技术领域：
本发明涉及一种在水、酸、含镍和铝的催化剂以及氢存在下将取代的苄腈催化还原为取代的苯甲醛的方法。
取代的苯甲醛作为精细化学品和活性成分中间体具有很高的工业重要性。
取代的苯甲醛常常用罗森蒙德(Rosenmund)法通过相应苯甲酸衍生物的选择性还原而制得，该方法通常使用配位金属氢化物或使用钯催化剂。这些方法具有如下缺点它们使用昂贵的氢化物源或昂贵的催化剂。另外，所用的苯甲酸衍生物通常由相应的苄腈通过水解制备，因此，直接将苄腈转化为苯甲醛是有利的。
背景技术：
US 5124487指出，对三氟甲基苯甲醛可以由对三氟甲基苄腈在甲酸水溶液中在镍/铝催化剂存在下用氢催化还原制备。然而，该方法限于特殊的取代型式，特别是限于在对位存在强吸电子的三氟甲基。
发明内容
另人吃惊地，现已发现一种制备式(I)的苯甲醛的方法 其中R1、R2、R4和R5彼此相互独立地是氢、氟、游离的或被保护的甲酰基、C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤代烷基、C1-C12卤代烷氧基、C4-C14芳基、C5-C15芳烷基、-PO-[(C1-C8)-烷基]2、-PO-[(C4-C14)-芳基]2、-PO-[(C1-C8)-烷基)(C4-C14)-芳基)]、三(C1-C8烷基)甲硅烷氧基、或式(II)的基团A-CO-B (II)其中，彼此相互独立地，A不存在或是C1-C8亚烷基和B是R6、OR6、NHR7或N(R7)2，其中R6是C1-C8烷基、C5-C15芳烷基、C1-C8卤代烷基或C4-C14芳基和在每种情况下R7独立地是C1-C8烷基、C5-C15芳烷基或C5-C14芳基、或N(R7)2一起是环氨基，或式(IIIa-e)的基团A-E (IIIa)A-SO2-B (IIIb)A-SO2R6 (IIIc)A-SO3W (IIId)A-COW (IIIe)其中A、B和R6的定义与上面的相同和W是OH或NH2，和R3是氢、氟、氯或溴，其特征是式(IV)的化合物
其中R1、R2、R3、R4和R5的定义与式(I)中的相同，●与氢反应●在水存在下和●在酸或酸式盐存在下，在25℃基于水基体系(aqueous basissystem)，该酸或酸式盐的pKA值为1-6，和●在含镍和铝的催化剂存在下。
在每种情况下烷基和烷氧基独立地各自是直链、环状、分枝或未分枝烷基和烷氧基。这同样适用于芳烷基的非芳基部分。
C1-C4烷基是，例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基和叔丁基，C1-C8烷基还加上，例如，正戊基、1-甲基丁基、新戊基、环己基、环戊基、正己基、正庚基和正辛基，和C1-C12烷基还进一步加上，例如，正壬基、正癸基和正十二烷基。
C1-C4烷氧基是，例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基和叔丁氧基，C1-C8烷氧基还加上正戊氧基、环己氧基、环戊氧基、正己氧基和正辛氧基，和C1-C12烷氧基还进一步加上，例如，正癸氧基和正十二烷氧基。
在每种情况下卤代烷基和卤代烷氧基独立地各自是直链、环状、分枝或未分枝烷基和烷氧基，每个烷基和烷氧基被溴、氯和/或氟原子、优选被氟原子，单个、多个或全部取代。
例如，在本文中，C1-C12卤代烷基优选是三氟甲基、2，2，2-三氟乙基、五氟乙基、九氟丁基、七氟异丙基、全氟辛基和全氟十二烷基。
例如，在本文中，C1-C12卤代烷氧基优选是三氟甲氧基、2，2，2-三氟乙氧基、七氟异丙氧基和五氟乙氧基。
在每种情况下芳基独立地是具有4-14个骨架碳原子的杂芳基，其中每个环没有、或有一个、两个或三个骨架碳原子，但是在整个分子中至少有一个骨架碳原子，可以被选自氮、硫或氧的杂原子取代，但是优选具有6-14个骨架碳原子的碳环芳基。
具有6-14个骨架碳原子的碳环芳基的例子是，例如，苯基和萘基，具有4-14个骨架碳原子的杂芳基(其中每个环没有、一个、两个或三个骨架碳原子可以被选自氮、硫或氧的杂原子取代，但是在整个分子中至少有一个骨架碳原子)的例子是吡啶基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或喹啉基。
碳环芳基或杂芳基的每个环也可以被至多五个相同或不同的选自氯、氟、C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤代烷基、C1-C12卤代烷氧基、二(C1-C8烷基)氨基、COO(C1-C8烷基)、CON(C1-C8烷基)2、COO(C4-C14芳基)、CO(C1-C8烷基)、C5-C15芳烷基或三(C1-C6-烷基)甲硅烷氧基的取代基取代。
C4-C14芳基优选的例子是苯基、邻-、对-、间-甲苯基、邻-、对-、间-茴香基、邻-、对-、间-氟代苯基、邻-、对-、间-氯代苯基、邻-、对-、间-三氟甲基苯基、邻-、对-、间-硝基苯基和2-、3-和4-吡啶基。
在每种情况下芳烷基独立地是上述定义的直链、环状、分枝或未分枝烷基，其可以单个、多个或全部被上述定义的芳基取代。
C5-C15芳烷基优选的例子是苄基或(R)-或(S)-1-苯基-乙基。
被保护的甲酰基是将通过转化为缩醛胺、乙缩醛或混合的缩醛胺乙缩醛而被保护的甲酰基，该缩醛胺、乙缩醛或混合的缩醛胺乙缩醛可以是无环或环状的。
被保护的甲酰基优选的例子是1，1-(2，5-二氧)亚环戊基。
优选的式(I)和(II)的化合物的取代的型式定义如下R1、R2、R4和R5彼此相互独立地优选是氢、氟、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、C1-C4卤代烷基、C1-C4卤代烷氧基或N(R7)2，其中在每种情况下R7独立地是甲基和乙基，但是优选是相同的。
R1、R2、R4和R5彼此相互独立地更优选是氢、氟、三氟甲基和五氟乙基，最优选是氢或三氟甲基。
R3优选是氢、氟或氯。
特别优选的式(IV)的化合物是4-氯苄腈、3-三氟甲基苄腈、3，5-二(三氟甲基)苄腈和3，5-二氟苄腈。
本发明的方法在水存在下和在酸或酸式盐存在下(在25℃基于水基体系，该酸或酸式盐的pKA值为1-6)进行。酸和/或酸式盐与水的重量比优选为1∶10-10∶1，更优选为1∶1-4∶1。
优选的酸是羧酸，特别是甲酸、乙酸或丙酸，更优选是甲酸和乙酸。
根据本发明的方法在含镍和铝的催化剂存在下进行。
镍对铝的重量比可以在，例如，1∶20-20∶1，优选在1∶5-5∶1，更优选在0.9∶1-1.1∶1之间。
含镍和铝的催化剂可以作为金属混合物或以合金的形式使用，优选作为合金使用。
优选以微粒形式使用含镍和铝的催化剂，例如，以粉末或粉尘或片的形式。
含镍和铝的催化剂还可以包含一种或多种选自铬、铼、铁、钴、钼和铜的金属。
基于所用的式(IV)的化合物，含镍和铝催化剂的量可以是，例如，0.5-50重量百分比、优选3-30重量百分比、更优选5-20重量百分比。更大量的催化剂是可能的但不经济。
根据本发明，式(IV)的化合物与氢进行反应。
氢气的压力可以在，例如，0.2-100巴，优选在1-20巴，更优选在2-10巴之间。
反应温度可以在，例如，20℃-200℃，优选在40-120℃，更优选在60℃-90℃。
反应时间可以在，例如，0.2小时-72小时，优选1-36小时，最优选2-10小时。
在本发明的一个优选实施方案中，首先将酸或酸式盐、水、催化剂和式(IV)的化合物放入反应器，将反应混合物置于氢气压力下，优选置于约1巴的氢气压力下，例如在30分钟-2小时内将混合物加热至反应温度。一旦达到反应温度，氢气压力被增加至需要的值。在一个更优选的实施方案中，氢气压力保持不变直至完全转化。
或者，式(IV)的化合物也可以通过泵送入到反应混合物中。
在处后理中，首先滤掉催化剂，随后用一种有机溶剂例如甲苯萃取反应溶液是有利的。萃取液脱去溶剂，残余物通过蒸馏或重结晶进行纯化。
式(I)的化合物按照本发明的方式得到。
根据本发明的方法特别适合制备3-三氟甲基苯甲醛、3，5-二(三氟甲基)苯甲醛、4-氯苯甲醛和3，5-二氟苯甲醛。
根据本发明制得的式(I)的化合物，优选不进行中间体分离，在催化剂存在下用氢还原为式(V)的化合物， 其中，在式(V)中，每个R1、R2、R3、R4和R5和式(I)中定义的相同，包括优选指定的范围。
例如，在根据本发明制备式(IV)的化合物之后，通过将阮内镍加入到反应液并在氢气压力为5-200巴、优选为20-100巴下进行还原；或者首先萃取根据本发明制得的苯甲醛并随后还原有机相例如通过加入一种上面描述的阮内镍催化剂，可完成上述反应。
根据本发明可制得的式(IV)和(V)的化合物特别适合在制备农用化学品和药物的方法中使用。
根据本发明方法的优点在于易操作，和与从苄腈制备苯甲醛的典型方法相比，本发明方法节省化学工艺步骤。
具体实施例方式
实施例实施例1先将10.8克在70克80％的甲酸中的3，5-二(三氟甲基)-苄腈和0.9克Ni-Al-50/50合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至70℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至3巴并保持恒定10小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到8.8克3，5-二(三氟甲基)-苯甲醛(理论值的80％)。
实施例2先将7.7克在70克70％的甲酸中的3-三氟甲基苄腈和0.9克Ni-Al-50/50合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至80℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至10巴并保持恒定7小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到6.5克3-三氟甲基苯甲醛(理论值的85％)。
实施例3先将7.7克在50克75％的甲酸中的3-三氟甲基苄腈和1克NiFeCrAl预制合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至80℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至6巴并保持恒定10小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到7.0克3-三氟甲基苯甲醛(理论值的89％)。
实施例4先将6.3克在50克75％的甲酸中的3，5-二氟苄腈和0.7克Ni-Al-50/50合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至70℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至3巴并保持恒定10小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到3.9克3，5-二氟苯甲醛(理论值的61％)。
实施例5先将16.5克在139克75％的甲酸中的4-氯苄腈和1.4克Ni-Al-50/50合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至70℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至3巴并保持恒定10小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到15.1克4-氯苯甲醛(理论值的89％)。
实施例6先将14.5克在122克75％的甲酸中的2-氟苄腈和1.2克Ni-Al-50/50合金放入高压釜中。用15巴的氮气加压高压釜并将其加热至70℃。一旦达到反应温度，氢气压力增至3巴并保持恒定10小时。随后，将混合物冷却并过滤，溶液用甲苯萃取，随后在减压下进行分馏，得到12.0克2-氟苯甲醛(理论值的80％)。
权利要求
1.制备式(I)的化合物的方法 其中R1、R2、R4和R5彼此相互独立地是氢、氟、游离的或被保护的甲酰基、C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤代烷基、C1-C12卤代烷氧基、C4-C14芳基、C5-C15芳烷基、-PO-[(C1-C8)-烷基]2、-PO-[(C4-C14)-芳基]2、-PO-[(C1-C8)-烷基)(C4-C14)-芳基)]、三(C1-C8烷基)甲硅烷氧基、或式(II)的基团A-CO-B (II)其中，彼此相互独立地，A不存在或是C1-C8亚烷基和B是R6、OR6、NHR7或N(R7)2，其中R6是C1-C8烷基、C5-C15芳烷基、C1-C8卤代烷基或C4-C14芳基和在每种情况下R7独立地是C1-C8烷基、C5-C15芳烷基或C5-C14芳基、或N(R7)2一起是环氨基，或式(IIIa-e)的基团A-E (IIIa)A-SO2-B (IIIb)A-SO2R6 (IIIc)A-SO3W(IIId)A-COW (IIIe)其中A、B和R6与上面的定义相同和W是OH或NH2，和R3是氢、氟、氯或溴，该方法的特征是式(IV)的化合物 其中R1、R2、R3、R4和R5的定义与式(I)中的相同，●与氢反应●在水存在下和●在酸或酸式盐存在下，在25℃基于水基体系，该酸或酸式盐的pKA值为1-6，和●在含镍和铝的催化剂存在下。
2.根据权利要求1的方法，其特征是R1、R2、R4和R5彼此相互独立地是氢、氟、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、C1-C4卤代烷基、C1-C4卤代烷氧基或N(R7)2，其中在每种情况下R7独立地是甲基或乙基，但是优选是相同的。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征是使用的式(IV)的化合物为4-氯苄腈、3-三氟甲基苄腈、3，5-二(三氟甲基)苄腈或3，5-二氟苄腈。
4.根据权利要求1-3的任一种方法，其特征是酸和/或酸式盐与水的重量比为1∶10-10∶1。
5.根据权利要求1-4的任一种方法，其特征是所用的酸是羧酸。
6.根据权利要求1-5的任一种方法，其特征是所用的含镍和铝催化剂为金属混合物或以合金的形式使用。
7.根据权利要求1-6的任一种方法，其特征是含镍和铝的催化剂包含一种或多种选自铬、铼、铁、钴、钼和铜的金属。
8.根据权利要求1-7的任一种方法，其特征是基于所用的式(IV)化合物，含镍和铝的催化剂的量是0.5-50重量百分比。
9.根据权利要求1-8的任一种方法，其特征是氢气压力为0.2-100巴。
10.根据权利要求1-9的任一种方法，其特征是反应温度为20℃-200℃。
11.根据权利要求1-10的任一种方法，其特征是在氢气压力增加至需要的值之前，首先将酸或酸式盐、水、催化剂和式(IV)的化合物加入，然后将反应混合物置于氢气压力下并加热至反应温度。
12.根据权利要求1-11的任一种方法，其特征是在随后的步骤中在催化剂存在下式(I)的化合物用氢还原为式(V)的化合物， 其中在式(V)中每个R1、R2、R4和R5同式(I)中的定义相同。
13.根据权利要求12的方法，其特征是还原为式(V)的化合物不必分离中间体。
14.根据权利要求1-13的任一种方法制得的化合物在制备农用化学品和药物的方法中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种在甲酸水溶液、含镍和铝的催化剂和氢存在下将取代的苄腈催化还原为取代的苯甲醛的方法。
文档编号C07C47/55GK1483712SQ0312789
公开日2004年3月24日 申请日期2003年8月14日 优先权日2002年8月14日
发明者M·埃克尔特, F·迪尔霍尔茨, M 埃克尔特, 舳 申请人:拜尔公司