专利名称：制备4位取代的2,2,6,6－四甲基哌啶－n－氧基和2,2,6,6－四甲基哌啶－n－羟基化合 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过根据下面的反应式在存在作为催化剂的碳酸氢盐的情况下用过氧化氢将相应的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶[I]氧化而制备4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]和4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的方法， 其中X+Y可以是O或者可以是一种具有下面基团的环状缩酮 或者可以是一种其中X＝O-R和Y＝O-R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以分别表示CH3、CH2-CH3、CH2-CH2-CH3、CH(CH3)-CH3、CH2-CH2-CH2-CH3和CH2-CH(CH3)-CH3。
由于其性质，该稳定的N-氧基[II](也常被称为TEMPO衍生物)被广泛用作自由基聚合反应中的氧化催化剂、聚合抑制剂或质量调节剂。特别是在本专利申请中也进行了描述的2，2，6，6-四甲基-4-氧代哌啶-N-氧基(简称4-氧代-TEMPO或TEMPON)[参见II式中X+Y＝O]可用于稳定不饱和单体。
背景技术：
许多将例如三丙酮胺(TAA)氧化成相应的稳定的N-氧基4-氧代TEMPO的方法在文献中是已知的。用于这种反应的氧化剂尤其是过硫酸盐(Tetrahedron Lett.1995，36，31，5519-5522)、过硫酸(Bull.Acad.Sci.USSR Div.Chem.Sci(Engl.Transl.)1990，39，1045-1047)、二甲基二环氧乙烷(Tetrahedron Lett.1988，29，37，4677-4680)、臭氧(SU963987)或有机氢过氧化物(RU 2139859)。在文献(PL 148157)中还对三丙酮胺的电化学氧化进行了描述。
但是，在绝大多数情况中，仲胺官能团被作为氧化剂的过氧化氢氧化成N-氧基(例如Tetrahedron 1992，48，9939-9950；Chemical Papers1988，42，2，243-248；Tetrahedron 1985，41，1165-1172；J.Prakt.Chem.1985，327，6，1011-1014；Chem.Pharm.Bull.1980，28，3178-3183；US5817824)。与上述氧化剂相反，过氧化氢具有极大的优点，其所形成的副产品仅为水和可能会产生的氧。
因此，迄今为止在文献中所描述的用过氧化氢对TAA进行氧化的方法主要在另外使用的氧化催化剂方面不同。
在文献描述中最常见用钨酸钠作为氧化催化剂(Tetrahedron 199248，9939-9950；Chemical Papers 1988，42，2，243-8；Tetrahedron1985，41，1165-1172；J.Prakt.Chem.1985，327，6，1011-1014，US5817824)。缺点除了有时收率不令人满意还在于价格相对高昂和具有钨酸盐的废水会产生污染。
这些方法中的一些还使用例如乙二胺四乙酸(EDTA)的碱金属盐，例如在US 5817824中就使用了该物质，这主要是因为其碱性和其对重金属离子的络合性可能有助于过氧化氢的稳定性(US 5817824，第10栏，第32至36行)。然而，理论收率仅为40.8-58％。
意大利专利申请IT 2000MI1052描述了一种方法，其中将三丙酮胺衍生物与过氧化氢反应从而形成相应的N-氧基衍生物并且其中仅用膦酸或其盐(例如二亚乙基三胺五亚甲基膦酸七钠)作为催化剂。对于将三丙酮胺转化成4氧代-TEMPO，转化率为93.3％，但是其选择性仅为67.6％，其仅相当于63％的收率(实施例7)。虽然提及了相应的缩酮，但是没有给出这些缩酮的实例或收率。此外，水溶性膦酸对于特定的应用而言为杂质并且在废水中其也可能是不希望出现的物质，并且因为其价格高而使得制备方法昂贵。
已经对用碳酸钠或碳酸氢钠作为催化剂的情况进行过描述，例如在Dokl.Chem.(Engl.Transl.)1981，261，466-467(与Dokl.Akad.NaukSSSR Ser.Kim.1981，261，109-110相对应)中进行了描述。虽然这种方法十分简单，但是其缺点为需要4-5天的极长的反应时间来获得95％的粗收率并且消耗相对高过量的2.7当量的过氧化氢。
在重复J.Prakt.Chem.1985，327，6，1011-1014所述的相同方法时，在2天的反应时间后以相应的方式仅得到73％的理论收率。此外，描述了该方法仅适于在玻璃容器中进行，并且正如这里已经发现的这样，不适用于通常由金属建造的工业装置中。
US 5629426描述了一种特定地用于通过在存在碳酸盐或碳酸氢盐和作为螯合剂的EDTANa2的情况下对相应的胺进行氧化来制备4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶N-氧化物的方法。其主要用于在制备过程中捕获反应混合物中的痕量的铁或其它金属，并且按此方法可以预防过氧化氢的破坏。但是，对于特定的应用而言，EDTA也是不希望出现的杂质。此外，由于其价格高，其同样使得该制备方法昂贵。此外，没有提及该方法是否可成功用于上述TAA衍生物的情况或者是否可用于具有金属表面的反应器中。但是，在该描述的基础上，特别是底物的批量＜1mol时，其假设所描述的是在玻璃仪器中进行的实验室实例，因此，其不能确定该方法可否工业实施。
EP 574 666仅描述了从三丙酮胺到缩酮的氧化方法，其仅仅是在玻璃装置中进行的并且其中用碱土金属的二价金属盐和锌作为催化剂，即该方法同样不能直接在工业的金属装置中进行。
但是，特别是在工业规模，高H2O2消耗量和被氧化底物的低转化率是由多种因素造成的。可能的杂质如重金属离子在H2O2的分解中尤其起着重要作用。同样，其分解随着反应器表面积的增加而增加并且还随着反应器表面粗糙度的增加而增加，这是因为其中不断从容器壁上溶解下来痕量的重金属。在一定程度上，可以通过在开始反应前对该反应器进行适宜的钝化处理来抵销这一点。搅拌速度也起着不能不考虑的作用并且过高的温度同样可能促进H2O2的分解。
例如可能由过高比例的Na2CO3产生的高pH值同样可能导致H2O2分解增加。
例如，根据方程被用作催化剂的NaHCO3的分解也可能导致Na2CO3形成增加，其伴有所述的不利后果。还已经发现过氧化氢分解增加使得Na2CO3形成增加，由于上述pH作用，其又加速了过氧化氢的分解。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种尽可能简单的可以在工业规模实施的通过用过氧化氢将相应的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶[I]氧化而制备上述4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]与4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物的方法，该方法没有上述缺点，并且可以没有任何问题地、尽可能无需另外装置而在常规工业金属装置中进行实施。
该方法的特征尤其在于，其能在反应物尽可能低过量或尽可能低消耗的情况下并同时在尽可能短的反应时间内以工业规模的高时空收率进行，并且使得可以以尽可能简单的形式进行纯化，尽可能不需要被认为是昂贵或毒性的助剂或重要的废流出物，并且能以尽可能高的收率和纯度得到目标产物。
这些和其他在此未明确提出，但在这里的讨论关系中易于得出或推断出的目的，通过权利要求1的方法得以实现。在权利要求1的从属权利要求中要求保护本发明方法的有利实施方案和变型。
使用一种通过用过氧化氢在存在碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢氨的情况下和视需要存在溶剂的情况下，添加布朗斯台德酸(其酸强度高于所用碳酸氢盐的强度)进行反应来氧化相应的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶[I]而制备4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]与4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物的方法，使得可能以十分简单的方式以高收率和高选择性和同时低的过氧化氢损失量在具有金属表面的工业装置中无需另外的装置而以工业规模制备所说的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]与4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物，并克服上述的现有技术缺陷，
其中X+Y可以是O或者可以是一种具有下面基团的环状缩酮 或者可以是其中X＝O-R和Y＝O-R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以各自是CH3、CH2-CH3、CH2-CH2-CH3、CH(CH3)-CH3、CH2-CH2-CH2-CH3和CH2-CH(CH3)-CH3， 根据最初给出的反应方程，正如这里已经发现的这样，根据本发明进行的[I]的氧化使得可以以不同的比例同时形成类似的N-羟基衍生物[III]。但是，因为在大多数情况中该N-羟基衍生物可以与N-氧基衍生物同样使用(这是因为两种形式可以在原位彼此转化)，所以通常不需要进行分离。因此，本发明的方法既可以用于纯N-氧基衍生物[II]的制备，又可用于II和相应的N-羟基衍生物[III]的混合物的制备。但是，在本发明的方法中通常形成≥90摩尔％的N-氧基衍生物和相对应≤10摩尔％的N-羟基衍生物，从而本发明优选获得基本纯的N-氧基衍生物或包含至少90摩尔％N-氧基衍生物的混合物。
在本发明的上下文中，布朗斯台德酸是可以释放质子的任何酸。根据本发明，酸强度大于所用碳酸氢盐的酸强度的布朗斯台德酸是具有比碳酸氢盐的pKa值低的这些酸。因此，在本发明的方法中有利地使用至少一种在25℃下pKa值小于10.3，优选≤9.2，特别是-1.5至7.2的布朗斯台德酸。pKa的测定本身是已知的并且可以在标准的化学教科书中找到。
就碱金属碳酸氢盐而言，优选使用碳酸氢锂、钠、钾、铷和/或铯，特别优选碳酸氢钠。碳酸氢钠特别有利，因为其十分廉价并且易于获得。
碳酸氢盐作为该反应的催化剂，因此可以以亚化学计量量使用，以待氧化的胺[I]计，其优选地使用0.02至0.5摩尔当量，特别是0.1至0.25摩尔当量碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢铵。
就布朗斯台德酸而言，其可以使用一种或多种无机或有机酸或者无机和有机酸的混合物。
就无机酸而言，优选使用磷酸、磷酸二氢盐和/或磷酸氢盐，特别是碱金属磷酸二氢盐或磷酸二氢铵、二碱金属磷酸氢盐或磷酸氢二铵或碱金属/铵磷酸氢盐，并且还可以使用硝酸、硫酸、碱金属硫酸氢盐或硫酸氢铵和/或氢卤酸，在这种情况中特别优选盐酸。特别地，所述的酸都具有的优点是其都很便宜、易于获得并且其在一般存在量下在废水中通常不会造成问题。
就有机酸而言，优选使用例如甲酸或饱和的具有2至12个碳原子的直链或视需要为支链的一元或多元脂族羧酸，所说的脂族羧酸可以被O-R1或NR2R3取代，其中R1、R2或R3可以相同或不同，并且可以是氢、脂族或环脂族的具有1至12个碳原子的饱和烷基或羧基烷基(CH2)nCOOH，其中n＝1至5，或R2和R3可以一起形成具有4至11个碳原子的饱和、任选地被烷基取代的亚烷基链，前提是当R2和R3都是氢或烷基或二者一起形成亚烷基或当R2＝氢并且R3＝烷基时，NR2R3取代的羧酸必须是多元的。
但是，十分特别优选使用乙酸、羟乙酸、甲氧基乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基己酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、柠檬酸、亚氨基二乙酸、次氨基三乙酸或酸性氨基酸。其优点特别是易于获得、大都便宜并且可容易地被生物降解。
在本文中，酸性氨基酸是在分子中具有比氨基官能团至少多一个的羧基的任何氨基酸，特别是天门冬氨酸、谷氨酸等等。
可独立或以混合物的形式用于本发明的另外的有机酸还有膦酸和/或其具有下面的通式的部分盐Z(PO3HnM2-n)m其中Z表示一个或多个直链或支链的总共具有1至10个碳原子并且可以一共包含高至3个氮原子的烷基或烷二基，m可以为1至6并且n可以为1或2，且M是碱金属或NH4。
因此，式Z(PO3HnM2-n)m定义了一种磷酸基团以及其部分的碱金属盐或NH4盐，所说的部分的碱金属盐优选是钠或钾盐。该部分的盐优选是其中在分子中存在至少一个不属于铵基或可能存在的二亚烷基铵基或三亚烷基铵基的质子氢的任何盐，从而确保存在一种具有本发明方法所需的足够酸强度的酸。
如果使用膦酸和/或其部分的盐，则优选独立或以混合物的形式使用亚乙基二膦酸以及其部分钠、钾和铵盐，前提是在该分子中存在至少一个不属于可能存在的铵基的质子氢；1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸以及其部分钠、钾和铵盐(HEDP)，前提是在该分子中存在至少一个不属于可能存在的铵基的质子氢；氨基三亚甲基膦酸以及其部分钠、钾和铵盐，前提是在该分子中存在至少一个不属于铵基或三亚甲基铵基的质子氢；乙二胺四亚甲基膦酸以及其部分钠、钾和铵盐(EDTMP)，前提是在该分子中存在至少一个不属于铵基或三亚甲基铵基的质子氢；二亚乙基三胺五亚甲基膦酸以及其部分钠、钾和铵盐(DTPMP)，前提是在该分子中存在至少一个不属于铵基或三亚烷基铵基的质子氢；六亚甲基二胺四亚甲基膦酸以及其部分钠、钾和铵盐(HMDTMP)，前提是在该分子中存在至少一个不属于铵基或三亚烷基铵基的质子氢。
除本发明的酸性作用外，上述的膦酸还对重金属离子有强烈的螯合作用，但是其相对较为昂贵。为此，通常使用不是Z(PO3HnM2-n)m型膦酸的酸。
原则上还可使用螯合性有机酸如乙二胺四乙酸或二亚乙基三胺五乙酸以及其各自的部分的钠、钾和铵盐或者亚氨基二乙酸或次氨基三乙酸以及其各自的部分的钠、钾和铵盐或相应的混合物，前提是在该分子中存在至少一个不属于铵基或二亚烷基铵基或三亚烷基氨基的质子氢。但是，上述螯合性有机酸同样相对较贵。
为此，对于本发明的目的而言，通常不使用任何上述螯合性有机酸。
根据本发明，以待氧化的胺[I]计，有利地使用总量为0.01-0.5摩尔当量，特别是0.03-0.1摩尔当量的布朗斯台德酸。
该反应优选地是以在反应完全后，两相混合物情况中的水相或均匀反应介质(当使用适宜的溶剂时)情况中的水/有机相具有7.0至10.0的pH值的方式进行的。但是，该反应特别优选地是以反应结束后pH值为8.0至9.6，特别是8.2至9.2的方式进行的。
所说的pH值是在室温下用pH电极测定的。可以主要通过对所用布朗斯台德酸以及其用量和浓度进行适宜选择来影响该pH值，但是还可以通过对所用碳酸氢盐以及其用量或浓度进行适宜选择来影响该pH值。当然还适宜可以在反应期间的任何时间测定该pH值并随后通过加入适量的酸来对pH值进行调节从而使得在反应结束时达到优选的pH值范围。
根据本发明，优选地使用浓度为10至90重量％，特别是20至60重量％，十分特别优选30至50重量％的水溶液形式的过氧化氢。
本发明的方法可以在不加入溶剂的情况下在水溶液或悬浊液中进行，或者在特定的情况中，其可以在加入溶剂如醇类、二醇类、醚类化合物、酮类、脂族、环脂族、芳族和/或芳脂族烃的情况下进行，加入溶剂有时对制备一种均匀的水/有机相而言是有利的。
就溶剂而言，十分特别优选使用至少一种选自甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇、叔丁醇、异丁醇或正丁醇、甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、一缩二丙二醇、烷基二醇醚、1，3-和1，4-二噁烷、四氢呋喃、丙酮、庚烷、环己烷、乙基环己烷、甲苯和二甲苯的典型物质。
本领域技术人员可以容易地确定这些溶剂的适宜数量，例如可以通过简单的试验来确定。
进行该反应的温度可以在很宽的限度内变化。但是，该反应优选是在20℃至150℃，特别是50℃至90℃的温度下进行的，十分特别优选是在60℃至80℃的温度下进行的。
在本发明的方法中，有利的是将待氧化的胺[I]、碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢铵、布朗斯台德酸和视需要的溶剂加料，并向该反应混合物中加入过氧化氢。其可以逐步进行或连续进行，优选地在0.1至72小时内，特别是在2至40小时，十分特别优选在4至10小时内进行。
但是，同样可以在反应器系统中按所需比例连续地同时引入所有上述组分。因此，本发明的方法可以分批进行或者特别有利地半连续或连续进行。
在连续或半连续的实施方案中，可以使用现本领域技术人员已知的用于此目的的所有反应器系统，特别是具有搅拌器或混合器或两者的组合的管式反应器、具有至少2个反应器的反应器级联。
本发明方法一个特别的优点是该反应可以在反应介质可以与金属表面连续接触时或仅在部分时间内进行接触时，不必以大量损失过氧化氢或降低转化率或选择性为代价的情况下进行。从加工安全性来看这一点也特别重要，这是因为H2O2不受控的分解可能具有严重的后果，在工业过程中尤其如此。
因此，本发明的反应特别优选地是在存在常用于构建化学反应器的包含铁、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、钴、镍、铜、锌和/或铝的合金的金属表面的情况下进行的，从而使得不需要构造特殊材料的装置并且不需要对该装置进行特殊的预处理，这是该方法的很大的优点。
此外，本发明的方法的特征还在于对于干挠因素特别稳定和不敏感。除降低H2O2消耗量的优点外，该方法还显著地全面改善了安全性。
此外，现在还令人吃惊地发现，当使用磷酸二氢盐时，完全无需使用作为催化剂的碳酸氢盐并且作为催化剂唯一加入碱金属磷酸二氢盐和/或磷酸二氢铵仍然给出了较好收率的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]与4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物。这是特别有利的，因为可以完全省除催化活性的碳酸氢盐。
如果需要的话，该反应还可以在存在至少一种上述溶剂的情况下进行。
因此，本发明还提供了一种制备4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]与4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物的方法 其中X+Y可以是O或者可以是一种具有下面基团的环状缩酮 或者可以是其中X＝O-R和Y＝O-R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以各自是CH3、CH2-CH3、CH2-CH2-CH3、CH(CH3)-CH3、CH2-CH2-CH2-CH3和CH2-CH(CH3)-CH3，该方法是通过用过氧化氢在不存在碳酸氢盐的情况下氧化相应的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶[I]来进行的， 其中在视需要存在溶剂的情况下加入作为催化剂的碱金属磷酸二氢盐和/或磷酸二氢铵而进行该反应。
该反应优选地是以在反应结束后，两相混合物情况中的水相或均匀反应介质情况中水/有机相具有7.5至9.0的pH值的方式进行的。
具体实施例方式
用下面的实施例来对本发明进行说明而不是限制本发明。
实施例1(不是依据本发明)
将9.5mol去离子水、0.21mol NaHCO3和2.0mol三丙酮胺(TAA)放置在一个具有玻璃桨式搅拌器的有夹套的1升玻璃反应器中，在搅拌(400转/分)下用恒温器使该反应混合物的温度达到60℃并以均匀的速率通过冷滴液漏斗在4小时内向其中计量加入3.5mol为50％水溶液形式的过氧化氢。将反应温度维持在57-63℃。通过置换原理用容量分析对该过程中产生的主要包含O2的废气进行测量。
在完全加入后，对该两相反应混合物采样并用气相色谱对有机相进行分析以测定产品组成。在室温下测量下层水相的pH值。
实施例2(不是依据本发明)为了模拟H2O2破坏条件，将一片钢筋网填料连接到所述的玻璃桨式搅拌器上，其余与实施例1方法相同。
实施例3实施例3是用与实施例2的方式相似的方式进行的，但除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol H3PO4作为助催化剂。
实施例4实施例4是用与实施例2的方式相似的方式进行的，但除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol H3PO4作为助催化剂。
实施例5实施例5是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol NaH2PO4*1H2O作为助催化剂。
实施例6实施例6是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.15mol NaH2PO4*1H2O作为助催化剂。
实施例7实施例7是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.05mol NaH2PO4*2H2O作为助催化剂。
实施例8实施例8是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是仅使用NaH2PO4*1H2O(0.21mol)而不用NaHCO3作为催化剂。
实施例9实施例9是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol硝酸作为助催化剂。
实施例10实施例10是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol H2SO4作为助催化剂。
实施例11实施例11是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol盐酸作为助催化剂。
实施例12实施例12是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol醋酸作为助催化剂。
实施例13实施例13是用与实施例2的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol 2-乙基己酸作为助催化剂。
实施例1-13的结果如下表所示。
*)以所用TAA用量为基础计的氧化TAA[II+III]的理论％收率(仅在有机相中的收率)。在各种情况中的总收率(有机相和水相中)大约相当于TAA转化率。
**)在室温下计量加入过氧化氢结束时的即测值实施例14(不是依据本发明)将1960kg去离子水、2.5kmol NaHCO3和22.5kmol TAA放置到一个20m3的钢反应器中，将温度设定为60℃并在60小时内向其中计量加入100kmol 50％H2O2水溶液。通过加入N2使在该过程中所产生废气的氧浓度＜7％并将其进行适宜的处理(废气燃烧)。
实施例15实施例15是用与实施例14的方式相似的方式进行的，只是在60小时的反应时间过程中通过加入H3PO4(1kmol)将该反应混合物的pH值维持为8-9。
实施例14和15的结果如下表所示。
**)在室温下计量加入过氧化氢结束时的即测值实施例16(不是依据本发明)将11.7mol去离子水、0.21mol NaHCO3和2.0mol三丙酮胺-乙二醇-缩酮(TAA-EGK)放置在一个具有玻璃桨式搅拌器的有夹套的1升玻璃反应器中，在搅拌(400转/分)下用恒温器使该反应混合物的温度达到60℃并以均匀的速率通过冷滴液漏斗在4小时内向其中计量加入2.8mol为50％水溶液形式的过氧化氢。将反应温度维持在57-63℃下。通过置换原理用容量分析对该过程中产生的主要包含O2的废气进行测量。
在完全加入后，对该两相反应混合物采样并用气相色谱对有机相进行分析以测定产物组成。在室温下测量下层水相的pH值。
实施例17为了模拟H2O2破坏条件，将一片钢筋网填料连接到所述的玻璃桨式搅拌器上，其他方面与实施例16相同地进行实验。
实施例18实施例18是用与实施例17的方式相似的方式进行的，只是除所用的0.21mol NaHCO3外还用0.06mol H3PO4作为助催化剂。
实施例16-18的结果如下表所示。
*)以所用TAA-EGK用量为基础计的氧化TAA-EGK[II+III]的理论％收率(仅在有机相中的收率)。在各种情况中的总收率(有机相和水相中)大约相当于该TAA-EGK的转化率。
实施例19(连续的)将配有玻璃桨式搅拌器并串联到一起的两个玻璃反应器(A1，A2)各自充溢0.46升实施例18的反应混合物，将其调至60℃并且通过计量泵计量下列原料流
可以由所标明的量计算得出每个反应器的平均驻留时间为4小时。通过从反应器A1溢流到反应器A2中并由其通过溢流进入到玻璃接收器中来将该反应产物转移。通过气体收集管线将过程中所产生的废气(主要为O2)排出并且通过置换原理用容量分析测量废气的数量。
在达到平衡状态后，从位于反应器和玻璃接收器的两相反应混合物中取样。首先在室温下测量得自该玻璃接收器的下层水相的pH值。将所有的样品用醇溶剂稀释并且用气相色谱对各种情况中目前的单相产物混合物进行分析以测定产物组成
*)以所用TAA-EGK用量为基础计的氧化TAA-EGK[II+III]的理论％收率。
权利要求
1.一种制备4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]和4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物的方法， 其中X+Y可以是O或者可以是具有下面基团的环状缩酮 或者可以是其中X＝O-R和Y＝O-R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以各自是CH3、CH2-CH3、CH2-CH2-CH3、CH(CH3)-CH3、CH2-CH2-CH2-CH3和CH2-CH(CH3)-CH3，该方法通过用过氧化氢在存在碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢铵的情况下和视需要存在溶剂的情况下氧化相应的4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶(I)而进行， 其特征在于添加布朗斯台德酸进行所述反应，该酸的强度高于所用碳酸氢盐的酸强度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于用碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铷和/或碳酸氢铯作为碱金属碳酸氢盐。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以待氧化的胺[I]计，使用0.02至0.5摩尔当量的碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢铵。
4.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，用一种或多种无机酸作为布朗斯台德酸。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，用一种或多种有机酸作为布朗斯台德酸。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，用一种或多种有机酸和一种或多种无机酸的混合物作为布朗斯台德酸。
7.如权利要求4或权利要求6所述的方法，其特征在于，用磷酸、磷酸二氢盐、磷酸氢盐、硝酸、硫酸、硫酸氢盐和/或氢卤酸作为无机酸。
8.如权利要求5或权利要求6所述的方法，其特征在于，用甲酸或饱和的具有2至12个碳原子并且可以被O-R1或NR2R3取代的直链或视需要支链的一元或多元脂族羧酸作为有机酸，其中R1、R2或R3可以相同或不同，并且可以是氢、脂族或环脂族的具有1至12个碳原子的饱和烷基或羧基烷基(CH2)nCOOH，其中n＝1至5，或R2和R3可以一起形成具有4至11个碳原子的饱和、视需要被烷基取代的亚烷基链，前提是当R2和R3都是氢或烷基或二者一起形成亚烷基或当R2＝氢并且R3＝烷基时，NR2R3取代的羧酸必须是多元的。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用乙酸、羟乙酸、甲氧基乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基己酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、柠檬酸、亚氨基二乙酸、次氨基三乙酸或酸性氨基酸。
10.如权利要求5或权利要求6所述的方法，其特征在于，单独或以混合物形式用膦酸和/或其具有下面的通式的部分盐作为有机酸Z(PO3HnM2-n)m其中Z表示一个或多个直链或支链的总共具有1至10个碳原子并且可以一共包含高至3个氮原子的烷基或烷二基，m可以为1至6并且n可以为1或2，且M是碱金属或NH4。
11.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，以待氧化的胺[I]计，使用0.01-0.5摩尔当量，优选0.03-0.1摩尔当量的布朗斯台德酸。
12.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述反应以使得反应结束后两相混合物情况中的水相或均匀反应介质情况中的水/有机相具有7.0至10.0的pH值的方式进行。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述反应以使得反应结束后两相混合物情况中的水相或均匀反应介质情况中的水/有机相具有8.0至9.6，优选8.2至9.2的pH值的方式进行。
14.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，过氧化氢是以浓度为10至90重量％，优选20至60重量％，特别优选30至50重量％的水溶液的形式应用。
15.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，用醇类、二醇类、醚类化合物、酮类、脂族烃类、环脂族烃类、芳族烃类和/或芳脂族烃类作为溶剂。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，用至少一种选自甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇、叔丁醇、异丁醇或正丁醇、甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、一缩二丙二醇、烷基二醇醚、1，3-或1，4-二噁烷、四氢呋喃、丙酮、庚烷、环己烷、乙基环己烷、甲苯和二甲苯的典型物质作为溶剂。
17.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所说的反应是在20℃至150℃，优选50℃至90℃，特别是60℃至80℃的温度下进行的。
18.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，将待氧化的胺[I]、碱金属碳酸氢盐和/或碳酸氢铵、布朗斯台德酸和视需要的溶剂装料，并在0.1至72小时内分步或连续将过氧化氢加入到该反应混合物中。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，加入的持续时间为2至40小时，优选4至10小时。
20.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，将所有的组分以各自所需比例同时连续给料到反应器系统中。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所说的反应器系统由管状反应器或具有至少2个反应器的反应器级联或二者的组合组成。
22.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所说的反应是在反应介质至少在部分时间内与金属表面相接触的情况下进行的。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所说的金属表面包含常用于构造化学反应器的铁、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、钴、镍、铜、锌和/或铝的合金。
24.一种制备4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基化合物[II]或[II]和4位取代的2，2，6，6-四甲基哌啶-N-羟基化合物[III]的混合物的方法， 其中X+Y可以是O或者可以是具有下面基团的环状缩酮 或者可以是其中X＝O-R和Y＝O-R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以各自是CH3、CH2-CH3、CH2-CH2-CH3、CH(CH3)-CH3、CH2-CH2-CH2-CH3和CH2-CH(CH3)-CH3，该方法通过用过氧化氢在不存在碳酸氢盐的情况下氧化相应的4位取代2，2，6，6-四甲基哌啶[I]而进行， 其特征在于，所述反应是在视需要存在溶剂的情况下通过加入作为催化剂的碱金属磷酸二氢盐和/或磷酸二氢铵而进行的。
全文摘要
本发明涉及制备4位取代的2，2，6，6－四甲基哌啶－N－氧基化合物[II]或[II]和4位取代的2，2，6，6－四甲基哌啶－N－羟基化合物[III]的混合物的方法，其中X+Y可以是O或者可以是具有下面基团的环状缩酮(见右式)，或者可以是其中X＝O－R和Y＝O－R′的开链缩酮，其中R和R′可以彼此相同或不同并且可以各自是CH
文档编号C07D211/94GK1699345SQ20051007128
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月9日 优先权日2004年5月10日
发明者C·奥斯特霍尔特, H·－G·波尔, O·迈尔, T·屈贝尔贝克 申请人:德古萨公司