专利名称：在温和条件下且在新型催化体系的存在下生产烷基苯氢过氧化物的方法
在温和条件下且在新型催化体系的存在下生产烷基苯氢过
氧化物的方法发明技术本发明涉及在温和条件下且在新型催化体系存在下生产烷基苯的氢过氧化物的 方法。烷基苯氢过氧化物是通过烷基苯如异丙基苯、环己基苯和叔丁基苯的需氧氧化生 产有相关价值的苯酚和各种酮(丙酮、甲基乙基酮、环己酮)的有用中间体，通过相应的烯 (丙烯、丁烯、环己烯、环辛烯和环十二烯)对苯进行烷基化能够容易地得到所述烷基苯。
现有技术苯酚的工业生产是以Hock法为基础的，所述方法涉及异丙苯的自氧化而成为相 应的氢过氧化物、及其随后的酸催化分解而成为苯酚和丙酮(Ullman' s Encyclopedia of Industrial Organic Chemicals，Vol. A9，1958，225，Wiley-VCH)。主要影响整个方法的最 复杂阶段是自氧化，其中形成的氢过氧化物通过分解成枯氧游离基(cumyloxyl radical) 充当自由基链的引发剂。后者能通过从异丙苯夺取氢而形成枯醇或发生断裂而提供苯 乙酮和甲基自由基。这些方面决定了影响整个方法的各种缺点。形成氢过氧化物的选择性 降至氢过氧化物自身充当引发剂的程度。另一方面，氢过氧化物的分解随着转化率和温度 而提高。高转化率导致氢过氧化物的浓度更高，因此，分解更多且选择性更低。此外，在反 应条件下，将在枯氧游离基的断裂中形成的甲基自由基氧化成甲酸。后者催化氢过氧 化物分解成苯酚，这抑制了氧化过程。因此，在工业方法中，甲酸使得必需在碱存在下进行 操作以用于中和所述羧酸。为了消除或减轻这种劣势，已经考虑了多种权宜之计，例如使用合适的金属络合 物以作为催化剂或助催化剂，所述催化剂或助催化剂提高了转化率并使得可在氢过氧化物 更稳定的更低温度下运行(Ishii，Y.等人J. Mol. Catalysis A，1987，117，123)。然而，通 过由金属盐造成的氧化还原分解，将低温下氢过氧化物更高的热稳定性负面地平衡掉。因 此，证明这些催化体系不足以制备氢过氧化物，然而它们对于制备其他氧化产物(醇类、醛 类、酮类、羧酸类)具有重大的工业价值。近来，基于与自由基引发剂例如过氧化物和偶氮衍生物相关的N-羟基酰亚胺和 磺酰胺的使用，已经提出了用于异丙苯和其他烷基苯的需氧氧化的新催化体系，所述新催 化体系可在不存在金属盐的条件下操作(Ishii，Y.等人Adv. Synth. Catal. 2001，343，809 和 2004，346，199 ；Sheldon，R. Α.等人· Adv. Synth. Catal. 2004，346，1051 ；Levin, D.等人 WO 2007/073916 Al ；US专利6，852，893 ；6, 720，462)。从廉价的工业产品(邻苯二甲酸酐 和羟基胺)中能够容易得到的N-羟基邻苯二甲酰亚胺是特别有用的。相对于在非催化链 法中涉及的通过异丙苯基过氧基自由基(cumylperoxyl radical)从异丙苯中夺取氢的速 率(在 25°C 的温度下为 0. 18M4s’，催化活性(Minisci，F.等人 J. Mol. Catal. A，2003，63， 204 和 2006，251，129 ；Recupero, F.和 Punta C.，Chem. Rev. 2007，107，3800-3842)与通过 硝基氧自由基从异丙苯中夺取氢的更高速率有关(在25°C的温度下为3. ΖδΜ—1^1)，所述
3基氧自由基产生自N-羟基邻苯二甲酰亚胺的催化循环中。在N-羟基邻苯二甲酰亚胺存在下，在温和的需氧条件下，过氧酸和双环氧乙烷 (dioxyranes)证明对生产异丙苯氢过氧化物具有很高的活性，具有高转化率和高选择性 (Minisci 等人 PCT/EP07/008341)。过氧酸和双环氧乙烷的行为与经典的引发剂无关(Adv，Synth. Catal. 2001，343， 809 和 Adv，Synth. Catal. 2004，346，1051 ；US 专利 6，720，462)，其中它们的热分解产生自由 基，所述自由基可引发通过N-羟基-衍生物催化的自氧化链。所述过氧酸和dioxyranes 在操作温度下是稳定的。在N-羟基-衍生物存在下，它们通过诱导均裂机理而形成硝基氧 自由基(Minisci, F.等人 Tetrahedron Lett. 2006，47，1421)。N-羟基_衍生物的使用，相对于非催化的自氧化提供了无可置疑的优势，但也因 弓I发剂的分解而提供了多种劣势。本申请人近期发现，如果在合适量的在操作条件下非常稳定的极性溶剂(酮类、 腈类、酯类、碳酸二烷基酯类和叔醇类)存在下实施需氧氧化，则N-羟基邻苯二甲酰亚胺能 够在温和条件下催化异丙苯的过氧化反应。在这些条件下，氧自身引发链自由基过程，导致 形成氢过氧化物，从而从N-羟基_衍生物产生相应的硝基氧自由基。在相同操作条件下， 在缺少N-羟基-衍生物的条件下，不发生明显反应。该方法对氢过氧化物的选择性非常高(约99%)且不会形成衍生自自由基引发剂 (该体系中不存在)或衍生自异丙苯氢过氧化物或N-羟基-衍生物的分解的副产物。所 述催化剂保持不变且在反应结束时能够通过利用水进行的结晶和萃取容易地进行回收。因 此，催化剂成本对于所述总体方法的影响可忽略。在相同操作条件下，在没有极性溶剂的条件下，无明显氧化。在125°C且不存在极性溶剂下，在氢过氧化异丙苯存在下通过N-羟基邻苯二甲酰 亚胺的催化，异丙基苯的氧化以转化率发生，但对氢过氧化物的选择性< 70%且观察到催 化剂的分解。这种结果与在近期专利(US专利6，852，893 B2)中所展示的形成对比，所述 专利声称在相同条件下对氢过氧化物的选择性为99. 9%，然而未提及催化剂的命运。在尝 试重现该专利中所提供的实施例而进行的重复试验中，始终得到了对氢过氧化物<70%的 选择性并破坏了催化剂。另一方面，在US专利6，852，893 B2中包括的单独实施例中，未提 供氢过氧化异丙苯的分析方法。为了知道对氢过氧化物的选择性并确认催化剂的命运，该文献中描述的分析方法 是基于对反应混合物进行1H NMR测试，并将得到的结果与异丙苯氢过氧化物和N-羟基邻苯 二甲酰亚胺的纯试样进行了比较。通过碘量滴定法进一步确认了对氢过氧化物的选择性。在异丙苯的过氧化反应中，在极性溶剂中丙酮是最有利的，因为其可作为氢过氧 化物酸性分解成苯酚的过程中的共产物而得到。然而，相对于对丙酮的需求，对苯酚的需求一直在增大。因此，对生产苯酚而避免 形成丙酮的方法的兴趣在增大。特别地，对仲丁基苯进行过氧化是令人感兴趣的，因为广泛 用于生产聚丙烯和环氧丙烷的丙烯的成本，相对于丁烯的成本一直在增加且供应量小于市 场需求。此外，从仲丁基苯的过氧化工艺中与苯酚一起得到的甲基乙基酮，被广泛用作化学 工业中的溶剂。环烷基苯，其能够通过利用环烯烃对苯进行烷基化而容易得到，也是有用的化合物，所述环烷基苯通过本发明的方法目的可实现过氧化过程。与苯酚一起得到的相应的环 烷酮对内酯和二羧酸的生产具有重要工业价值。因此，在附属权利要求书中所述的本发明的目的是在催化体系以及极性溶剂的存 在下对烷基苯进行需氧氧化而制备烷基苯的过氧化物，所述烷基苯例如异丙基苯、仲丁基 苯、环烷基苯，所述催化体系包括N-羟基酰亚胺或N-羟基磺酰胺。温度不超过120°C且优 选50 100°C。所述极性溶剂能够为酮或其他溶剂，所述酮也得自于氢过氧化物的酸性分 解(丙酮、甲基乙基酮、环己酮)且所述其他溶剂例如腈类、酯类、叔醇类、碳酸二烷基酯类， 所述极性溶剂在反应条件下也是稳定的。N-羟基-衍生物催化剂的量优选为0. 5 10摩尔％。极性溶剂的体积与烷基苯的体积之比优选为1 1 1 10。所述N-羟基-衍生物，尤其是更方便的N-羟基邻苯二甲酰亚胺，在反应结束时， 大部分通过从已经通过蒸馏从所述反应混合物中除去极性溶剂后的反应混合物中结晶而 回收。少量残留催化剂通过水对反应混合物进行萃取而回收。在相同条件下，在无N-羟基邻苯二甲酰亚胺和极性溶剂二者的情况下，不发生明 显的氧化反应。出于示例性目的提供了下列实施例，但不代表对本发明方法的任何限制。实施例1在压力为1巴的氧气气氛下，在65°C下对20mL异丙苯(144mmol)、7. 5mL丙酮和 1. 44mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺的溶液搅拌24小时。对反应混合物的1H-NMR分析显示， 异丙苯的转化率为35%且氢过氧化异丙苯的选择性为99%，N-羟基邻苯二甲酰亚胺未大 量分解。通过蒸馏将丙酮除去且通过冷却对1. 29mmol的N-羟基邻苯二甲酰亚胺进行结晶。 通过用水萃取来回收另外0. 03mmol的N-羟基邻苯二甲酰亚胺。实施例2采用与实施例1中相同的程序，在58°C下使用3. 6mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺 在IOmL异丙苯和IOmL丙酮中的溶液。反应混合物的1H-NMR分析显示，异丙苯的转化率为 37%且氢过氧化异丙苯的选择性为99%。回收了 3. 2mmol的N-羟基邻苯二甲酰亚胺。实施例3采用与实施例1中相同的程序，使用在70°C下的7. 5mL的乙腈代替丙酮。反应混 合物的1H-NMR分析显示，异丙苯的转化率为48%且氢过氧化异丙苯的选择性为99% (通 过碘量滴定法对结果进行确认)。回收了 1. 31mmol的N-羟基邻苯二甲酰亚胺。实施例4采用与实施例1中相同的程序，在100°C下使用0. 7mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺 在IOmL异丙苯和3. 7mL 2-戊酮中的溶液并进行6小时。反应混合物的1H-NMR分析显示， 异丙苯的转化率为39%且氢过氧化异丙苯的选择性为99%。回收了 0.64mmol的N-羟基 邻苯二甲酰亚胺。实施例5采用与实施例1中相同的程序，但不使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺。异丙苯无明显 转化。实施例6
采用与实施例1中相同的程序，但不使用丙酮。异丙苯的转化率< 1%。实施例7在1巴的氧气气氛下，在125°C下对IOmL异丙苯(72mmol)、1. 44mL氢过氧化异丙 苯和0. 72mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺的溶液搅拌6小时。反应混合物的1H-NMR分析显 示，异丙苯的转化率为63%且氢过氧化异丙苯的选择性为68% (通过碘量滴定法对结果进 行确认)。主要的副产物为枯醇且次要产物为苯乙酮和过氧化二异丙苯。N-羟基邻苯二甲 酰亚胺大部分发生分解。实施例8在压力为1巴的氧气气氛下，在70°C下对IOmL仲丁基苯(64. 3mmol)、3. 75mL乙 腈和0. 64mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺的溶液搅拌24小时。反应混合物的1H-NMR分析显 示，仲丁基苯的转化率为20%且仲丁基氢过氧化物的选择性为89% (通过碘量滴定法对结 果进行确认)且苯乙酮的选择性为11%。通过蒸馏将乙腈除去并回收0. 57mmol的N-羟基 邻苯二甲酰亚胺。实施例9在压力为1巴的氧气气氛下，在70°C下对IOmL苯基环己烷(58. 8mmol)、3. 75mL乙 腈和0. 58mmol N-羟基邻苯二甲酰亚胺的溶液搅拌24小时。反应混合物的1H-NMR分析显 示，苯基环己烷的转化率为14%且1-苯基环己基氢过氧化物的选择性为100% (通过碘量 滴定法并通过在利用PPh3将氢过氧化物还原成相应的醇之后在内标物存在下的GC-MS分 析对结果进行确认)。N-羟基邻苯二甲酰亚胺未发生分解。通过蒸馏将乙腈除去并回收 0. 52mmol的N-羟基邻苯二甲酰亚胺。实施例10采用与实施例8中相同的程序，但不使用乙腈。所述仲丁基苯未发生明显转化。实施例11采用与实施例9中相同的程序，但不使用乙腈。所述苯基环己烷未发生明显转化。
权利要求
一种制备烷基苯的氢过氧化物的方法，特征在于，在催化体系和极性溶剂存在下将所述烷基苯与氧气进行反应，所述催化体系包括N 羟基酰亚胺或N 羟基磺酰胺。
2.权利要求1所述的方法，其中所述烷基苯包含异丙基苯、仲丁基苯、环己基苯、环辛 基苯和环十二烷基苯。
3.权利要求1所述的方法，其中选择N-羟基邻苯二甲酰亚胺和N-羟基糖精作为催化剂。
4.权利要求1所述的方法，其中反应温度不超过120°C。
5.权利要求1所述的方法，其中利用1 20巴压力下的氧气或空气实施所述反应。
6.权利要求4所述的方法，其中在50 100°C的温度下实施所述反应。
7.权利要求1所述的方法，其中所述极性溶剂包含酮类、腈类、酯类、叔醇类和碳酸二烷基酯类。
8.权利要求1和2所述的方法，其中当所述烷基苯为异丙基苯(异丙苯)时，所述极性 溶剂为丙酮。
9.权利要求1和2所述的方法，其中当所述烷基苯为仲丁基苯时，所述极性溶剂为甲基乙基酮。
10.权利要求1和2所述的方法，其中当所述烷基苯为苯基环己烷时，所述极性溶剂为 环己酮。
11.权利要求1和3所述的方法，其中通过分离所述极性溶剂并从反应混合物中进行结 晶来回收所述催化剂。
12.权利要求1和3所述的方法，其中通过利用水萃取来回收所述催化剂。
13.权利要求1和3所述的方法，其中催化剂N-羟基-衍生物的量相对于所述烷基苯 为0. 1 10摩尔％。
14.权利要求1和7所述的方法，其中极性溶剂的体积与烷基苯的体积之比为5 1 1 20。
全文摘要
制备烷基苯的氢过氧化物的方法，其特征在于以下事实，在催化体系和极性溶剂的存在下将烷基苯与氧气反应，所述催化体系包括N-羟基酰亚胺或N-羟基磺酰胺。
文档编号C07C407/00GK101977896SQ200980109679
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月18日
发明者C·甘巴罗蒂, C·蓬塔, F·米尼希, F·雷库佩罗, O·波尔塔(已死亡), R·斯帕奇尼 申请人:波利玛利欧洲股份公司