催化制备芳香腈或杂芳腈的方法

专利名称：：催化制备芳香腈或杂芳腈的方法催化制备芳香腈或杂芳腈的方法
技术领域：
：本发明涉及用于制备可选取代的芳香腈或杂芳腈的方法，该方法是通过用基于钯配合物(络合物)的催化剂，以六氰合铁(II)酸钾或六氰合铁(III)酸钾作为氰源来氰化相应的芳基卣。芳香腈或杂芳腈作为用于精细化学品、农用化学品和制药中间体的起始材料具有工业上的重要意义。用于制备芳香腈的工业上采用的方法是取代的甲苯的氨基氧化。这种方法仅在相应的甲苯可以比较便宜地获取时才具有工业意义。另外，在底物中存在氧敏感性取代基会使氨基氧化并不成功。用于制备氰苯的进一步工业方法是通过用强力吸水物质(例如P205)蒸馏使羧酸与铵盐或胺的反应和气相中的羧酸或酯类与氨在500°C下在Al固定床上的反应。对于芳香腈来说，便宜的起始材料是相应的氯苯，在一些情况下是相应的溴苯。然而，通过已知方法用氰化物取代氯经常不能令人满意。例如，在气相中650°C或480。C650。C下，在金属催化剂或金属氧化物催化剂存在下芳基卣与HCN反应。在相对温和的反应条件下加速芳基囟与氰化物反应的催化剂是钯配合物和镍配合物。例如，R.Breitschuh,B.Pugin.A.Idolese和V.Gisin(EP-A0787124Bl和US-A5，883,283)描述了在优选Ni配合物和化学计量的配位物质存在下由相应取代的3-氨基氯苯来制备取代的3-氨基千腈。这个方法的缺点是使用过量的还原剂并限于特定物质种类的反应。B.R.Citter(US-A4，211,721)描述了来自18-冠醚-6、聚醚、烷氧基聚醚、或其混合物的症且的具有200-25000的摩尔质量的醚组分作为芳基卤的钯催化氰化作用的助催化剂的积极影响。然而，在提到的应用实例中，很明显仅活化的(缺少电子的)氯代芳烃诸如4-氯三氟苯在该发明的反应条件下反应，相应的千腈的产率^又为大约45%。非活化的氯代芳烃诸如氯曱苯造成目标产物仅5%到10%的产率。这样的产率4吏该方法不可能经济地用于工业实际应用。J.B.Davision、R.J.Jasinski和P.J.Peerce-Landers(US-A4,499,025)描述了在电化学形成的VIII族金属(O)配合物催化下由氯代芳烃制备芳香腈。然而，相对于传统的分批方法(间歇方法)，这个方法是非常昂贵的。而且，也没有以良好产率成功转化氯代芳烃的实例。A.Viauvy和M.Casado(EP-A0994099Al)进一步描述了在溴化铜和相转移催化剂或者氰化铜和石典化锂存在下，氯代芳烃与氰化铜和溴源、或碱金属氰化物或氰化四烷基铵的反应给出相应的腈。这些步骤的缺点是产生超化学计量的重金属盐废弃物。而且，由氯代芳烃得到的氰苯的产率也不令人满意。M,H.Rock和A.Merhold(DE-A19706648Al和WO98/37058)描述了在镍催化剂和酮存在下由氯代芳烃通过与氰化物反应来制备芳香腈。然而，该反应仅当氰化物浓度被严格控制时才能成功进行，否则该催化剂将会被不可逆地氰化。这个方法的缺点也是需要使用诸如锌之类的还原剂，这会导致产生额外的重金属盐废弃物，并使用特定的酮作为i^剂。R.K.Arvela和N.E.Leadbeater描述了在化学计量的溴化镍(II)和氰化钠存在的情况下氯^芳烃的氰化作用(J.Org.Chem.2003,68,9122-5)。除了由此产生的镍盐废物的量之外，使用作为能量引入的樣丈波辐射对于工业反应也是不利的。H.R.Chobanian、B.P.Fors和L.S.Lin描述了4吏用S-Phos作为配位体的Pd催化剂，氯代芳烂与氰化锌(II)的反应(TetrahedronLett.2006，47,3303-5)。该反应缺点也是产生化学计量的重金属盐废物和使用高浓度(基于氯代芳烃2-10mol%)的昂贵的膦配位体。Beller和其同事描述了冠醚、二膦配位体和二胺配位体对4巴催化的芳基卤与碱金属氰化物的反应的影响(DE-A10113976，TetrahedronLett.2001,42,6707-10)。基于这些研究，在描述的体系中对作为氰供体的丙酮合氰化氢的计量加入进^f亍测定(Angew.Chem.2003,115,1700-3)。此夕卜，还描述了TMSCN(J.Organomet.Chem.2003,684,50-5)或氢氰酸(DE-A10323574)的计量。用于氰化芳基囟或杂芳基卣的全部上述方法都有不足，即它们使用过量存在游离氰化物的氰源，因此由于其强大的配位作用，氰化物配位体能够阻断Pd催化剂。因此，这些方法通常具有以下不足氰源必需以受控的方式计量和/或通常观察到具有差的催化活性和生产力。此外，这些氰源具有较高的毒性并易释放氢氰酸，因此只有在特别的安全措施下才可以在工业应用上实施。Beller等已经通过使用六氰合铁(II)酸钾K4[Fe(CN)6]作为无毒和容易处理的氰源来避免这些不足。这种氰化剂具有低毒性，溶于水而不分解，并甚至可以用于食品和々欠^1"工业，例如用于生产食盐或用于保存葡萄酒(RoemppLexikonChemie,GeorgThiemeVerlag,Stuttgart/NewYork,1999)。Chem.Commun.2004,1388-1389描述了一种使用六氰合铁(II)酸钾的Pd催化的氰化方法。申请DE-A102005009517.8和DE-A102006042439.5描述了使用六氰合纟失(II)酸钟K4[Fe(CN)6]或六氰合铁(III)酸钾K3[Fe(CN)6]的Cu催化的氰化方法。然而，不足之处在于这些方法只能有效地转化芳基溴和杂芳基溴。然而，对于工业应用来说，芳基氯和杂芳基氯显然更具吸引力，因为它们通常易得并且与其他的芳基囟、杂芳基卣、芳基类卣化物或杂芳基类卣化物相比可以比较1更宜地并且更加广泛地获得。然而，在迄今为止的现有技术中已知的使用六氰合铁酸化钾用于氰化作用的方法中，与芳基澳或杂芳基澳相比反应寸生库交1'氐的的芳基卤或杂芳基卤白勺反应，即使反应的话，也仅可能获得非常低的产率。对于未活化或去活(富含电子)和空间位阻的芳基氯或杂芳基氯来说尤其是这样。已经披露的成功反应的p舉一实例是上文引用的Chem.Commun.7>开，4吏用六氰合4失酸钾(II)强力活化4-氯壹啉的Pd催化的氰化作用。因此，本发明的目的在于开发一种使用六氰合铁酸钾来氰化芳基卤和杂芳基卤的方法，该方法与现有技术成明显对比，尤其是对于更大的底物范围，尤其涉及活化的和去活的芳基卣和杂芳基囟的均有效反应。同样，才艮据本发明的方法应该在工业级上容易〗吏用并涉及催化剂生产力和因此涉及经济的观点的优于现有技术方法。通过本发明的方法达到了声称的目的，在本发明的方法中，进行了催化制备可选取代具有通式(I)的芳香腈或杂芳腈Ar-CN(I)通过使具有通式(II)的相应芳基囟进行反应Ar-X(II)其中，X是氯、溴、硤、三氟甲磺酸酯(trifluoromethanesulfonate)、全氟丁基石黄酸酯(nonafluorobutanesulfonate)、曱石黄酸酯或曱苯石黄酸酯，优选氯和溴，更优选溴，以及Ar是可选取代的芳基或杂芳基，优选可选耳又代的芳基，使用六氰合铁(II)酸钾和/或六氰合铁(III)酸钾，可选在一种碱存在下以及在Pd化合物和化学式(III)和(IV)的膦配位体存在下，其中R是环状或非环状的、带支链或不带支链的烷基，R'、R〃和R'〃是上述烷基或可选地取代的芳基或杂芳基，A是可选取代的亚烷基或亚芳基单元。R、R'和R〃基优选各自为具有1至10个^友原子的烷基，并且A是具有1至IO个石友原子的亚烷基单元。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>所使用的钯化合物可以是已知的Pd(0)和Pd(II)化合物。典型的例子是盐，例如PdCl2和Pd(OAc)2，以及还有Pd配合物，例如Pd(PPh3)4、Pd(dba)2、PdCl2(PhCN)2、氯化烯丙基4巴二聚体(allylpalladiumchloridedimer),以及还有具4匕学式(III)和(IV)的上述配位体的Pd(0)和Pd(II)配合物。乡合予优选的是Pd(dba)2和Pd(OAc)2。在反应混合物中应该存在有足够量的所使用的把化合物。所属领域的技术人员根据经济方面的考虑(反应速度、产率、材料成本)来选择所需的使用量。在根据本发明的方法中，可以实现催化剂的转化数(周转值，turnovervalues)数量级至少为10到100000。基于芳基卤或杂芳基卤，以0.001mol。/o到10mol。/o的量使用4巴化合物是有利的；4尤选<吏用量为0.01mol。/。到2mol%。所使用的膦配位体可以是化学式(III)的单齿膦(单配位体膦)或化学式(IV)的二齿膦(双配位体膦)。可以这种形式或以>畴盐的形式使用该膦，例如酸加合物的形式，例如PR3.HX(HX是一种布朗斯台德酸(Bronstedacid))的情况下，其中反应混合物中同时存在的碱保证了膦的原位释放(siturelease)。给予优选的是使用化学式(III)的膦，其中R和R'各自为下文中详细描述所定义的烷基并且R"是下文中详细描述所定义的芳基。给予特别优选的是使用n-丁基二(金刚烷基)膦、三(叔丁基)膦、三环己基膦、苯基二(叔丁基)膦、2-二环己基膦-l-苯吡咯、2-二环己基膦-l-(2，，4，,6，-三曱苯)咪唑、2-(二叔丁基膦基)-l-(2'，4，,6，-三曱苯)咪唑、2-(二#又丁基膦基)-1-(2，,4，，6，-三曱硅烷基苯基)p比咯和2-二烷基膦基-2，-二烷基氨基联苯。给予非常特别优选的是使用n-丁基二(金刚烷基)膦和三(叔丁基)膦。关于膦配位体^f吏用的量，才艮据本发明的方法中有可能使用4巴膦配位体的摩尔比率为1:100到10:1。给予优选的使用4巴:膦配位体的摩尔比率为1:10到2:1;特别优选摩尔比率为1:5到1:1。膦配^f立体和4巴可以作为配合物一起加入或分别力口入。根据本发明的方法中所使用的溶剂通常是惰性有机溶剂和/或水。优选偶极非质子溶剂，例如脂族酯或氨基化合物及其混合物。特别优选使用N,N-二曱基乙酰胺和N-曱基吡咯烷-2-酮。该反应以批料(bulk)方式进4亍，即不^f吏用溶剂。在一些情况下，加入碱对于根据本发明的方法是有利的。在这种情况下，有机碱或无机碱都可以使用。实例为氨、羧酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、醇盐和氢氧化物。优选使用碱金属的醋酸盐、碳酸盐和氢氧化物，和^成土金属的醋酸盐、石灰酸盐和氬氧化物。特别优选加入^咸金属的石灰酸盐，例如》灰酸钠或碳酸钾。基于芳基卤或杂芳基卤，碱的使用量优选为1mol%-100mol%。特别优选使用的石咸的量是10mol%-50mol%。根据本发明的方法中使用的氰源可以是六氰合铁(II)酸钾和六氰合铁(III)酸钾。优选使用六氰合铁(II)酸钾。尽管所有的六氰基配位体都可以用于本发明的方法的反应中，以16.7mol。/。的量或更高的量使用氰源是有利的。本领域技术人员根据经济方面的考虑(反应速度、产率、材料成本)来选择所需的使用量。基于芳基囟和杂芳基卣，优选使用15mol。/o到50mol%、特別优选使用16mol。/。到25mol。/。的氰源。该反应在20。C到200。C的温度下进行。优选的反应温度在80°C到200。C;特别优选在100。C到180oC下进行。该反应通常在环境压力下进4于。然而，在压力下进4于反应也没有任何问题，例如在高压釜或压力管中。本发明方法中所4吏用的六氰合铁(II)酸钾氰源和相应的催化剂体系，例如由4巴4匕合物、膦配^立体和可选的石咸的组合物构成，以i"更实现芳基闺和杂芳基卣的氰化结果显著好于公知反应体系。与现有技术相比，可以看到作为显著的进步，^吏用安全并且Y更宜的六氰合4失酸钾作为氰源，根据本发明的方法使得甚至是相对化学惰性而非常便宜并广泛可获得的芳香族氯能够进行氰化反应。原则上，对于所使用的芳香族化合物或杂芳族化合物没有限制。尤其是，Ar基可以是在环中具有1、2或3个杂原子诸如氮、氧、石克的(C6-C19)-芳基或(C3-C18)-杂芳基。Ar基可以具有高达8个取代基，其各自独立为(d-Cs)-芳基、(C3-Q)-环烷基、(C2-Cs)-烯基、(C2-Cs)-炔基、(CVC2。)-芳烷基、OH、0-[(C广C8)-烷基]、OC(O)画[(C广Cs)-烷基]、O-苯基、苯基、NH2、N02、NO、N[(C,画Cs)-烷基]2、NH[(C广C8)-烷基]、NHC(0)-[(C!-C8)-烷基]、N[(C广C8)-烷基]、C(OH(C广Cs)-烷基]、SH、S-苯基、S-[(C广C8)-烷基]、氟、氯、CF3、CN、COOH、COO-[(d-C8)画烷基]、CONH[(C广Cs)-烷基]、COO-苯基、CONH-苯基、CHO、S02-(C广Q)-烷基、SO画(d-C8)-烷基、PO-(苯基)2、PO-[(d-C8)-烷基]2、P03H2、PO-2、S03H、S03M、SOH(C广C8)-烷基]、Si[(C广C8)曙烷基]3、(C广Cs)-卣烷基和(d-Q)-酰基。(d-Cs)-烷基可以认为是曱基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基或辛基，包括全部键合异构体。它们可以被(C广Cs)-烷氧基、(C广Cs)-卣烷基、OH、卣素、NH2、N02、SH、S-(d-Q)-烷基单取代或多取代。(CVC8)-烯基理解为是指除了甲基之外的上文列出的(Cl-C8)-烷基，它具有至少一个只又4建。(C2-C8)-炔基理解为是指除了曱基之外的上文列出的(Cl-C8)-烷基，它具有至少一个三键。(CrC8)-酰基理解为是指通过-C=0官能团键合到分子上的(C广Q)-烷基。(C3-Cs)-环烷基理解为是指环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环庚基等。它们可以被一个或多个卣素和/或含有N-、O-、P-、S-的基团所取代和/或环中具有N、O、P、S原子，例如l-，2-，3-,4-艰咬基、1-,2-,3-吡咯烷基、2-,3-四氢呋喃基、2-，3-，4-吗啉基。其可以被(C广C8)-烷氧基、(C广C8)-卤烷基、OH、卤素、NH2、N02、SH、S-(C广C8)匿烷基、(C广C8)-酰基、(C广Cs)-烷基单取代或多取代。(C6-C!9)-芳基被理解为指具有6到18个碳原子的芳香基。特别是，它们包括诸如苯基、萘基、蒽基、菲基、联苯基之类的化合物。其可以被(d-C8)-烷氧基、(C广C8)-卣烷基、OH、囟素、NH2、N02、SH、S-(C广Cs)-烷基、(C广Cs)-酰基、(C广C8)-烷基单:f又代或多取代。(C7-C2o)-芳烷基是通过(d-Cs)-烷基键合到分子上的(C6-d9)-芳基。(C,-C8)-烷氧基是通过一个氧原子键合到所讨论的分子上的(C广C8)-烷基。(d-Q)-囟烷基是被一个或多个卣原子取代的(C1-。8)-烷基。在本发明的上下文中，(C3-C!8)-杂芳基表示五-、六-或七-元的芳环体系，该体系由3到18个石友原子构成并且环中具有1、2或3个杂原子，诸如氮、氧或硫。这种杂芳基尤其被认为是诸如1-,2-,3-呋喃基、1画，2-，3-p比p各基、1-,2-,3-p塞p分基、2画，3-，4-p比口定基、2-,3-,4画,5-,6-，7画。引咪基、3-，4-,5-吡唑基、2-，4-,5-咪唑基、吖咬基、会啉基、菲咬基、2-,4-,5-，6-嘧啶基之类的基团。(€4《19)-杂芳基被理解为相应(07《20)-芳烷基的芳香杂环体系。可能的卣素是氟、氯、溴和碘。实例用于以下实例的总体过禾呈如下表中所确定，将0.4mmol的碳酸钠、0.4mmol的六氰合4失(II)酸钾、适宜量的醋酸钇和配位体在氩气下在2ml的干NMP中悬浮在压力管中。加入2mmol的芳香卣和200ml的十六烷用作GC分析的内标。将压力管封闭并加热至特定温度并持续16小时。在冷却到室温后，用2ml水和2ml醚稀释该混合物。用气相色谱分析有机相的试样。用醚来拔_耳又水相以分离产物。用水和饱和的NaCl溶液清洗合并的有机相并最后用碌u酸钠进行干燥。在将溶剂蒸发之后，通过使用石圭胶柱层析或蒸馏来纯化粗产物。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>权利要求1.一种催化制备具有通式(I)的可选取代的芳香腈或杂芳腈的方法Ar-CN(I)通过使具有通式(II)的相应芳基卤进行反应Ar-X(II)其中X是氯、溴、碘、三氟甲磺酸酯、全氟丁基磺酸酯(nonaflate)、甲磺酸酯或甲苯磺酸酯，和Ar是可选地取代的芳基或杂芳基，其特征在于该反应是在以下物质的存在下进行的一种钯化合物，具有通式(III)或(IV)的一种膦其中，R是一个烷基并且R′、R″和R各自是一个烷基、一个芳基或杂芳基，并且A是一个亚烷基或亚芳基，和六氰合铁(II)酸钾或六氰合铁(III)酸钾，可选地在溶剂中并且可选地加入一种碱。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所使用的该4巴化合物是已知的4巴(0)配合物或钯(II)盐或配合物。<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage2</formula>3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于所使用的该4巴化合物是4巴卣^f匕物和其配合物、醋酸4巴、4巴-二亚千基丙酮配合物或氯化烯丙基4巴二聚体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述反应是在与钇催化剂结合的单齿膦或二齿膦的存在下进行的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于基于所Y吏用的所述芳基卣，所述4巴化合物的用量为0.001mol。/。到10mol%。6.才艮据一又利要求4至5中任一项所述的方法，其特4i在于膦配位体的使用量是钯和膦配位体的摩尔比率为1:100到10:1。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于所述反应是在20。C到220。C的温度下进4亍的。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于所述反应是在环境压力下进4亍的。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于Ar是一个(CVd9)-芳基或环中具有1、2、或3个选自氮、氧、和硫的杂原子的一个(C3-ds)-杂芳基。10.4艮据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特4i在于化学式(IV)中的A是具有1到IO个碳原子的一个亚烷基单元。全文摘要本发明涉及一种催化制备具有通式Ar-CN(I)的可选地取代的芳香腈或杂芳腈的方法，其通过使相应的通式Ar-X(II)的芳基卤进行反应，其中，X是氯、溴、碘、三氟甲磺酸酯、全氟丁基磺酸酯、甲磺酸酯或甲苯磺酸酯，Ar是可选地取代的芳基或杂芳基，其特征在于该反应是在以下物质的存在下进行钯化合物；通式为(III)或(IV)膦，其中，R是烷基，R’、R”和R”’各自是烷基、芳基或杂芳基，并且A是亚烷基或亚芳基；以及六氰合铁(II)酸钾或六氰合铁(III)酸钾，并可选地在溶剂中可选加入一种碱。本发明的方法具有更大的底物范围，芳基卤和杂芳基卤的均有效反应，在工业级上容易使用并更经济。文档编号C07B43/08GK101190858SQ20071019471公开日2008年6月4日申请日期2007年11月29日优先权日2006年11月29日发明者亚历山大·察普夫,尼古劳斯·米勒,托马斯·沙雷克纳,沃尔夫冈·梅格莱因,阿兰·科泰,马蒂亚斯·贝勒申请人:赛拓有限责任公司