专利名称：一种分离氧化反应产物和氧化催化剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种从反应混合物中分离氧化反应产物或其盐和氧化催化剂的方法，该反应混合物是用酰亚胺化合物如N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为氧化催化剂通过氧化底物而得到的。
N-羟基邻苯二甲酰亚胺和其他酰亚胺化合物是已知的氧化催化剂，让底物(如烃、醇、醛、酮、胺和杂环化合物)与分子氧接触来进行这种氧化反应(日本专利申请特许公开38909/1996(JP-A-8-38909))。用这种催化剂可在温和条件下进行氧化反应而没有任何废气处理，这种氧化反应可提供高转化率和高选择性的包括醇、醛、酮和有机酸的氧化反应产物。这样一种氧化产物通常通过蒸馏从氧化混合物中分离。
然而，蒸馏不总是从反应混合物中分离氧化反应产物的有效方法。当氧化反应产物和底物两者沸点都低时(如50-150℃)，由于底物具有低沸点，蒸馏导致了纯度和产率的降低。另一方面，当氧化反应产物是高沸点(如150-500℃)的化合物时，该氧化催化剂在高温加热下进行的蒸馏中可能分解。该酰亚胺化合物具有低分解温度，例如，N-羟基邻苯二甲酰亚胺的分解温度为230℃。因此，蒸馏作为分离高沸点氧化反应产物方法，有热分解该氧化催化剂、不能再次利用该氧化催化剂并提高成本的风险。另外，该氧化催化剂的热分解产物可能使该反应产物的质量降级。如上所述，不加考虑的选择蒸馏来从反应混合物中分离具有任何沸点的氧化反应产物，是不明智的。
因此，本发明的一个目的是提供一种从反应混合物中分离氧化催化剂如N-羟基邻苯二甲酰亚胺或其他酰亚胺化合物以有效利用该氧化催化剂的方法，该反应混合物是通过底物(如烃)氧化而得到的。
本发明另外一个目的是提供一种有效分离待再使用的酰亚胺化合物同时避免其分解的方法，甚至当该氧化反应产物是高沸点化合物时也如此。
本发明的再一个目的是提供一种从底物氧化得到的反应混合物中有效分离该氧化反应产物和氧化催化剂的方法，该方法不受该反应产物沸点的影响本发明的下一个目的是提供一种在温和条件下，通过简单操作，从该氧化反应混合物中分离该氧化反应产物和氧化催化剂的方法。
为了达到上述目的进行了深入细致的工作后，本发明人发现在用酰亚胺化合物如N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为氧化催化剂的氧化反应中，使用至少含有水的含水溶剂和一种非水溶的溶剂，有利于该氧化反应产物有效地分布在含水溶剂层中、该氧化催化剂有效地分布在非水溶溶剂层中，每一种溶剂都作为萃取剂。本发明是根据上述发现进行的。
本发明分离方法是在如式(1)所示的酰亚胺作为氧化催化剂的情况下，从底物氧化制得的反应混合物中分离氧化反应产物和氧化催化剂的方法，该方法包括使用至少含有水的含水溶剂和一种可从该含水溶剂中分离的非水溶的溶剂，由此可有效地把该氧化反应产物分布在该含水溶剂层中、该氧化催化剂分布在该非水溶溶剂层中，
其中R1和R2独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、芳基、环烷基、羟基、烷氧基、羧基、烷氧羰基或酰基；R1和R2可一起形成一个双键，或一个芳香或非芳香环；x表示氧原子或羟基；且n指1-3的整数。
该酰亚胺化合物包括例如，N-羟基邻苯二甲酰亚胺和其他N-羟基酰亚胺化合物。关于底物，可提到烃类、醇类、醛类、酮类、胺类和杂环化合物类。使用上述底物制备相应的氧化反应产物(如醇、醛、酮、羧酸)。水可以作为该至少含有水的含水溶剂(此后称其为“亲水溶剂”或“含水溶剂”)。关于非水溶的溶剂(此后称其为“疏水溶剂”或“疏水有机溶剂”)，可使用烃类、酮类、酯类和腈类。酰亚胺化合物在式(1)的化合物中，作为取代基R1和R2的卤素原子包括碘、溴、氯和氟原子。烷基的例子包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基和其他具有1-10个碳原子的直链或支链烷基。优选的烷基包括具有约1-6个碳原子的烷基，特别是具有约1-4个碳原子的低级烷基。
芳基包括例如，苯基和萘基。环烷基包括环戊基、环己基和环辛基。至于烷氧基，可提到例如，甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基和其他每个具有1-10个碳原子的烷氧基。其中，每一个具有约1-6个碳原子的烷氧基，特别是那些每一个具有约1-4个碳原子的低级烷氧基是理想的。
烷氧羰基的例子包括甲氧羰基、乙氧羰基、丙氧羰基、异丙氧碳基、丁氧羰基、异丁氧羰基、叔丁氧羰基、戊氧羰基、己氧羰基和其他每一个在烷氧基部分具有约1-10个碳原子的烷氧羰基。优选的烷氧羰基包括具有约1-6个碳原子的烷氧羰基，尤其是，具有约1-4个碳原子的低级烷氧羰基。
关于酰基的例子，可提到甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、戊酰基、异戊酰基、新戊酰基和其他每个具有约1-6个碳原子的酰基。
取代基R1和R2彼此之间可相同或不同。另外，式(1)中的R1和R2可一起键合形成一个双键，或键合成一个芳香或非芳香环。优选的芳香或非芳香环具有5-12节，特别具有约6-10节环。该环可以是杂环或稠杂环，但它可特别是烃环。这样一种环包括例如，非芳香脂环(如环己烷环和其他环烷基环，每一个环可有取代基；环己烯环和其他环烯烃环，每一个环可有取代基)、非芳香桥环(如5-降冰片烯环和其他每一个可具有一个取代基的桥烃环)、和其他任选取代的包括苯环和萘环的芳环。该环可实际包括一个芳香环。
优选的酰亚胺化合物包括由下列式(1a)-(1f)所示的化合物。
其中R3、R4、R5和R6分别表示氢原子、烷基、羟基、烷氧基、羧基、烷氧羰基、酰基、硝基、氰基、氨基或卤原子；且R1、R2、x和n具有上述相同的定义。
在取代基R3、R4、R5和R6中，该烷基包括与上面列举出的相同烷基，特别是每一个具有约1-6个碳原子的烷基。烷氧基的例子包括上述的烷氧基，其中每一个具有约1-4个碳原子的低级烷氧基是优选的。至于烷氧羰基的例子，可提到上述的那些基团，特别优选每一个在烷氧基部分具有约1-4个碳原子的低级烷氧羰基。该酰基包括上述的酰基，特别是每一个具有1-6个碳原子的酰基。具体讲，卤原子包括氟、氯和溴原子。取代基R3、R4、R5和R6可具体是氢原子、具有约1-4个碳原子的低级烷基、羧基、硝基或卤原子。
在式(1)中，x指氧原子或羟基，且n通常指约1-3，优选1或2。在氧化反应中，式(1)的化合物可单独使用或组合使用。
至于对应于式(1)酰亚胺化合物的酸酐，可提到例如，琥珀酐、马来酸酐和其他的饱和或不饱和脂族二羧酸酐、四氢化邻苯二甲酸酐、六氢化邻苯二甲酸酐(1，2-环己烷二羧酸酐)、1，2，3，4-环己烷四羧酸1，2-酐和其他饱和或不饱和的非芳香环多羧酸酐(脂环多羧酸酐)、氯桥酸酐、双环庚烯二甲酸酐、和其他桥环多羧酸酐(脂环多羧酸酐)、邻苯二甲酸酐、四溴邻苯二甲酸酐、四氯邻苯二甲酸酐、硝基邻苯二甲酸酐、1，2，4-苯三酸酐、甲基环己烯三羧酸酐、1，2，4，5-苯四酸酐、苯六甲酸酐、1，8；4，5-萘四羧酸二酐、和其他芳香多羧酸酐。
理想的酰亚胺化合物包括从下列化合物衍生的酰亚胺脂族多羧酸酐(如N-羟基琥珀酰亚胺、N-羟基马来酰亚胺)、脂环族多羧酸酐或芳香多羧酸酐(如N-羟基六氢化邻苯二甲酰亚胺、N，N′-二羟基环己烷四羰基酰亚胺、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、N-羟基四溴邻苯二甲酰亚胺、N-羟基四氯邻苯二甲酰亚胺、N-羟基氯桥酰亚胺、N-羟基双环庚烯二甲酰亚胺、N-羟基1，2，4-苯三酰亚胺、N，N′-二羟基1，2，4，5-苯四酰亚胺、N，N′-二羟基萘基四羰基酰亚胺)等。这些酰亚胺化合物显示出良好的氧化活性。至于氧化反应产物和氧化催化剂的分离，优选的酰亚胺化合物是那些与疏水溶剂具有高相溶性和在其中有高溶解性的酰亚胺化合物，例如，从脂环多羧酸酐或芳香多羧酸酐衍生的酰亚胺化合物。特别优选使用从脂环族多羧酸酐，尤其是，从芳香多羧酸酐衍生的N-羟基酰亚胺，如N-羟基邻苯二甲酰亚胺。
该酰亚胺化合物是通过常规的酰亚胺化法(一个形成酰亚胺的方法)制得的，如通过一种包括让相应的酸酐与羟基胺NH2OH反应，使酸酐基开环、和闭环来进行酰亚胺化的方法。助催化剂该氧化催化剂没必要只含有式(1)的酰亚胺化合物，可包括式(1)的酰亚胺化合物和助催化剂。该助催化剂可由过渡金属化合物(如氧化物、有机酸盐、无机酸盐、卤化物、配合物、杂多酸或其盐)或硼化合物构成。
用作助催化剂的助氧化剂包括金属化合物，如过渡金属化合物和硼化合物或其他含有元素周期表第13族元素(如硼B、铝Al)的化合物。该助氧化剂可单独或组合使用。
关于过渡金属元素，可提到例如，元素周期表第3族元素(如钪Sc、钇Y、镧系元素如铈Ce和钐Sm、锕系元素如锕Ac)、第4族元素(如钛Ti、锆Zr)、第5族元素(如钒V、铌Nb)、第6族元素(如铬Cr、钼Mo、钨W)、第7族元素(如锰Mn、锝Tc、铼Re)、第8族元素(如铁Fe、钌Ru)、第9族元素(如钴Co、铑Rh)、第10族元素(如镍Ni、钯Rd、铂Pt)和第11族元素(如铜Cu)。优选的元素包括Ce、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ni和Cu。
对助催化剂的种类没有特别的限制，只要它含有上述元素并具有氧化活性就行。虽然该助催化剂可以是金属单质或氢氧化物，但它可具体是金属氧化物、复氧化物(double oxide)、含氧酸或其盐(每一个含有上述元素)、有机酸盐、无机酸盐、卤化物、配合物(复合物)、杂多酸或其盐，每一种都含有该金属元素。
硼化合物的例子包括氢化硼、硼酸、硼酸盐、氧化硼、氮化合物、卤化物、硼酸酯。优选的硼化合物包括氢化硼、原硼酸、和其他硼酸或其盐。其中，特别优选硼酸。这些助氧化剂可单独或组合使用。底物在氧化催化剂的存在下，让底物与分子氧接触，来有效制得相应的氧化反应产物。
该底物包括各种具有一个待氧化点的化合物。该例子是乙基硫醇、苯甲基硫醇和其他硫醇；二乙基硫化物、甲基丙基硫化物、二苯基硫化物和其他硫化物；甲酰胺、乙酰胺和其他酰胺；以及烃类、醇类、醛类、酮类、胺类和杂环化合物。理想的底物包括烃类、醇类、醛类和酮类。
仅需要有一个待氧化点(可氧化点)的烃类包括可有取代基的饱和或不饱和脂族烃、可有取代基的饱和或不饱和脂环烃、含有非芳香环的稠环烃，如全部或部分氢化的稠合多环烃、含有叔碳原子(次甲基碳)的桥环烃、含有甲基的芳香烃等。
关于饱和或不饱和脂族烃，可提到C4-20饱和烃(包括丁烷、异丁烷、戊烷、己烷、辛烷和癸烷)；C4-20烯烃如2-丁烯和异丁烯；直链或支链的脂族烃如丁二烯(1，3-丁二烯)、异戊二烯(2-甲基-1，3-丁二烯)和其他共轭二烯(优选，异丁烷和其他支化的饱和烃；异丁烯和其他支化的不饱和烃；丁二烯、异戊二烯和其他共轭二烯)。至于饱和或不饱和脂环烃，可举出环烷烃(如环丁烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环十一烷、环十二烷、环十三烷、环十四烷、环十八烷、环二十烷、环二十二烷、环二十四烷、环三十烷)；环烯烃(如环丙烯、环丁烯、环戊烯、环己烯、环庚烯、环辛烯、环壬烯、环癸烯)；环烷基二烯(如环戊二烯、1，3-环己二烯、1，4-环己二烯、1，3-环庚二烯和其他环庚二烯、1，5-环辛二烯和其他环辛二烯)；环烷基三烯(如环辛三烯)；和环烷基四烯(如环辛四烯)。理想的脂环烃具有3-30节环，优选具有3-25节环，更优选具有3-20节环(如5-20节环，特别是5-16节环)。
多环烃(如稠合多环烃和桥环烃)包括在桥头位置和/或连接点(两个环的连接点)处具有至少一个次甲基(即次甲基碳-氢键-CH＜)。含有非芳香环的稠合多环烃类(如完全或部分氢化的稠合多环烃)，其实际上可以与5-8节环(特别为5-或6-节环)稠合，包括例如二氢苊、芴、1，2，3，4-四氢化萘、茚、1，2-二氢化茚、全氢化蒽、全氢化菲、全氢化1，8-苯嵌萘、全氢化苊、萘烷、六氢化1，2-二氢化茚等。桥环烃的例子为双环烃(如蒎烷、蒎烯、莰烷、降冰片烷、降冰片烯、二环[3.2.1]辛烷、二环[4.3.2]十一烷)、三环烃(如金刚烷、外三环[5 2.2.02、6]癸烷、内三环[5.2.1.02、6]癸烷)、四环烃(如四环[4.4.0.12、5.17、10]十二烷)、二烯的二聚物如二环己二烯和二环戊二烯、这些二聚体的氢化产物(如二环己烷、二环戊烷)和其衍生物、以及萜烯(如单环单萜烯、二环单萜烯、单环倍半萜烯、二环倍半萜烯、三环倍半萜烯、二萜烯、三萜烯、四萜烯、多萜烯和其衍生物)。作为桥环烃，可实际使用具有约7-16个碳原子(优选约6-14个碳原子)的二至四环烃作为该环的组成部分(如蒎烷、莰烷、降冰片烷、降冰片烯、金刚烷)。
含有甲基的芳香烃仅需要是这样一种化合物，在该化合物中至少一个甲基被取代到该芳香环上(如约1-10、优选约1-8个甲基)，该芳香环无论是芳香烃环或芳香杂环。含有甲基烃的例子是用约1-6个甲基取代的芳香烃，如甲苯、(邻-、间-、对-)二甲苯、1，2，3-三甲基苯、1，2，3，4-四甲基苯、4-叔-丁基-1-甲基苯、2-甲氧基-1-甲基苯、1-甲基萘、2-甲基萘、1，5-二甲基萘和2，5-二甲基萘；和二-或三-芳基-C1-3烷，如二苯基甲烷、三苯基甲烷、联苄和芪。优选的含甲基芳香化合物包括其中每个分子被约1-4个甲基取代的C6-10芳香烃。
根据烃的种类，上述烃可由各种取代基取代。这些取代基的例子是卤原子、烷基、桥氧基、羟基、烷氧基、羟烷基、羧基、烷氧羰基、酰基、氨基、取代的氨基、氰基和硝基。
理想的烃类是(1)共轭二烯(如丁二烯、异戊二烯)，(2)在靠近不饱和键位置上有碳-氢键的化合物(如，C4-20烯烃如2-丁烯)，(3)脂环烃(如5-至16-节环烷烃，如环己烷和甲基环己烷，5-至16-节环烯烃如环己烯)，(4)含有非芳香环(如环烷烃环或杂环)的稠环化合物(如萘烷、四氢化萘)，(5)含有叔碳原子(次甲基碳)的桥环烃(如金刚烷、降冰片烯)，(6)含甲基的芳香烃(如其中每个分子中有被约1-4个甲基取代的C6-10芳香烃，如甲苯和(邻、间、对)二甲苯)等。
通过该烃的氧化，得到相应的氧化产物，如醇、醛、酮或有机羧酸。举例来说，共轭二烯氧化得到相应的烯二醇。同时，丁二烯氧化得到的产物是丁烯二酸(顺式或反式2-丁烯-1，4-二醇或1-丁烯-3，4-二醇)，其羟基的位置没有特别的限制。
根据氧化程度，饱和的脂环烃被氧化成具有羟基的衍生物和/或具有羰基的衍生物，且该衍生物进一步氧化成二羧酸。举例来说，环己烷氧化制得环己醇和/或环己酮，其进一步氧化成己二酸。因此，使用至少一种选自环烷烃、环烷醇或环烷酮作为底物，可制得相应的二羧酸。
稠环烃或桥环烃氧化，得到相应的氧化产物(酮、醇、醛、羧酸)，尤其是酮或醇。具有多个叔碳原子的桥脂环烃氧化，除了得到单醇外，根据反应条件，还得到其中羟基被键合到该多个叔碳原子上的相应多元醇。例如，金刚烷氧化得到金刚醇和/或金刚烷-多元醇(如金刚二醇、金刚三醇)。
含有甲基芳香烃氧化制得相应的氧化产物(醇、醛、酮、羧酸)，特别是含有羧基的芳香化合物。例如，通过甲苯或(邻-、间-、对-)二甲苯氧化制得苯甲酸、邻苯二甲酸、异邻苯二甲酸或对苯二甲酸。
该醇包括上述烃的醇衍生物，如脂族一元醇、脂族多元醇、脂环一元醇、脂环多元醇和芳香醇。
关于脂族一元醇，可举出C1-20饱和脂族醇，如甲醇、乙醇、1-丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、1-戊醇、2-戊醇、新戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-癸醇、1-十二醇、十四烷醇和十六烷醇；和不饱和脂族醇，如烯丙醇、巴豆醇、烯丙基醇、香茅醇和香叶醇。至于脂族多元醇，可提到乙二醇、丙二醇、三甲基二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、2，5-己二醇、新戊二醇、颇哪醇和甘油。至于脂环族一元醇，可提到具有5-30节环的脂环族一元醇，如环戊醇、环己醇、环庚醇、环辛醇、环癸醇、环十一烷醇、环十二烷醇、环十四烷醇、环二十烷醇、甲基环己醇、环己烯-1-醇、环辛烯-1-醇、环香叶醇、冰片和薄荷醇。优选的脂环一元醇包括具有5-30节环，优选具有5-25节环、更优选具有5-20节环(如5-16节环)的化合物。该脂环多元醇包括，例如，1，2-环己二醇和1，4-环己二醇。关于芳香醇类，可举例出苄基醇、水杨醇、二苯基甲醇、乙氧苯基醇。
在这些可是任何脂族醇、脂环醇或芳香醇中，伯醇或仲醇是理想的醇。
理想的醇是A在靠近不饱和键的位置处有羟基的化合物(如不饱和脂族醇和芳香醇，包括烯丙醇、苄基醇、二苯基甲醇)，B脂环醇(如C5-16环烷醇如环己醇和甲基环己醇)，C.具有叔碳原子(次甲基碳)的脂环酯(如冰片)。
该醇氧化得到相应的醛、酮或羧酸。举例来说，根据氧化程度，该脂环醇制得相应的脂环酮或多羧酸。2-甲基环己醇氧化生成2-甲基环己酮，以及，进而2-甲基己二酸。
醛类包括上述烃的醛衍生物。该醛的例子有脂族醛包括C1-20饱和脂族醛，如甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、己醛、辛醛和壬醛，不饱和脂族醛，如丙烯醛、香叶醛和香茅醛，和脂族多元醛，如己二醛、丙醛、琥珀醛、戊二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛和癸二醛；芳香醛，如苯甲醛、羟苯甲醛、肉桂醛、水杨醛、茴香醛、1-萘基甲醛、香草醛、邻苯二醛、异邻苯二醛和对苯二醛；脂环族醛，如甲酰环己烷；杂环醛，如烟碱醛和糠醛。
该醛氧化得到相应的羧酸。例如，己二醛氧化得到己二酸。
该酮包括上述烃的酮衍生物，如脂族酮、脂环酮、芳香酮和杂环酮。至于脂族酮，可提到C2-20脂族酮，如丙酮、甲乙酮、二乙基酮、二丙基酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮和频哪酮。该脂环酮包括4-30节脂环酮(环酮类)，如环丁酮、环戊酮、环己酮、环辛酮、环壬酮、环癸酮、环十一酮、环十二酮、环十四酮、环十八酮、环二十酮、2-甲基环己酮、2-乙基环己酮、2，6-二甲基环己酮、4-氯环己酮、4-甲氧基环己酮、环己烷二酮、环戊烯酮、环己烯酮、环辛烯酮、环癸烯酮、薄荷酮和2-莰酮。优选的脂环酮包括具有5-20节环、更优选具有5-16节环的化合物。至于芳香酮，可提到甲基苯基酮、苯基乙基酮、二苯酮、脱氧二苯乙醇酮和1-萘酮。该杂环酮包括茚-1-酮、1，2，3-二氢化茚三酮(1，2，3-indanetrione)、芴-9-酮、4-吡喃酮和其他杂环酮。
该酮氧化得到相应的羧酸。举例来说，二乙基酮氧化得到乙酸和丙酸。环辛酮氧化得到辛二酸。
在胺中，优选伯胺或仲胺。该胺的例子有脂族胺，如甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、二甲基胺、二乙基胺、二丁基胺、乙二胺、1，4-丁二胺、羟基胺和乙醇胺；脂环胺，如环戊胺和环己胺；芳香胺，如苄基胺和甲苯胺。该胺氧化制得相应的席夫碱和/或肟。
关于杂环化合物，可举出(a)非芳香杂环化合物或含有非芳香杂环的稠环烃(如吡喃、吡唑啉、哌啶、哌嗪、二氢吲哚、异二氧吲哚、苯并吡喃、呫吨、苯并二氢吡喃、异苯并二氢吡喃)，该非芳香杂环化合物或含有非芳香杂环的稠环烃中，有烷基(如C1-6烷基，如甲基、乙基，等等)被取代到非芳香杂环上，和(b)具有芳香杂环以及在靠近芳香杂环的位置上有一个甲基或亚甲基的杂环化合物(如其中有约1-6碳原子的烷基被取代到芳香杂环的杂环化合物，该芳香杂环含有1-3个选自氧原子、硫原子或氮原子的杂原子，这些杂环化合物如2-甲基呋喃、2，5-二甲基呋喃、2-甲基噻吩、2，5-二甲基噻吩、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2，5-二甲基吡啶、3-乙基吡啶和2-甲基喹啉)。这些杂环化合物氧化得到相应的醇、酮或羧酸。杂环化合物(a)的氧化把该非芳香杂环中靠近杂原子(如氧原子、硫原子、氮原子)的亚甲基转化成羰基，并生成具有相应羰基的化合物。通过氧化杂环化合物(b)，在靠近芳香杂环位置上具有甲基的化合物得到了一个相应的杂环醛或相应的杂环羧酸，在靠近芳香杂环位置上具有亚甲基的化合物得到相应的杂环酮。
在上述的氧化反应产物中，优选的化合物包括与至少含有水的含水溶液具有相容性或溶解性的化合物，其例子为具有1-12个碳原子的脂族或芳香羧酸(特别为，己二酸和其他脂族羧酸；尤其是，脂族多羧酸)；杂环羧酸(如吡啶酸)；具有约1-20、优选约2-15碳原子的醇，特别是具有约2-4个碳原子的脂族一元醇(如叔-丁醇)；和多元醇(如包括从上述共轭氧化得到的烯二醇的多元醇，如丁烯二醇，以及具有从具有多个叔碳原子的桥环烃氧化制得的桥环的多元醇，如金刚烷多元醇)。另外，优选除上述提到的具有约1-12个碳原子羧酸外的羧酸，包括具有约7-16个碳原子的芳香酸(如苯甲酸)，和具有约13-20个碳原子的脂族或脂环羧酸。
对氧化反应产物的沸点没有特别限制，并且例如在约0-500℃间。即使该氧化反应产物具有约150-500℃的高沸点，本发明方法也确保该氧化反应产物和该酰亚胺化合物的有效分离，同时抑制了该酰亚胺化合物的分解。
甚至在相当温和的条件下，使用式(1)所示的酰亚胺化合物的氧化反应也能顺利进行。其反应温度可根据该酰亚胺化合物和底物的种类自由选择，例如约为0-300℃，优选为约30-250℃，更优选为约40-200℃。该反应可实际在约40-150℃(如50-100℃)下进行。该反应可在大气压或高压下进行，高压的情况下其压力可实际为约1-100atm(大气压)(如1.5-80atm)，优选约2-70atm，并更优选为约5-500atm。考虑其反应温度和压力，其反应时间可适当在约30分钟-48小时，优选约1-36小时，更优选约2-24小时范围内选择。
在本发明中，通过使用至少含有水的含水溶剂和非水溶溶剂，把氧化反应产物和氧化催化剂分别分布在含水溶剂层和非水溶溶剂层中，由此分离该氧化反应产物和该氧化催化剂。换句话说，使用至少含有水的含水溶剂和能与该含水溶剂分离的非水溶溶剂，通过振动等方式处理该反应混合物，由此该氧化反应产物分布在含水溶剂层中，且该氧化催化剂分布在非水溶溶剂层中，彼此之间互相分离。根据上述萃取方法(该法不特别需要任何高温加热)，在温和条件下可用一种容易的方法有效地分离该氧化催化剂，并且不用担心其分解，因此该催化剂可再次使用。另外，即使该氧化反应产物具有高沸点，该方法也能确保该氧化反应产物和该氧化催化剂有效分离，且该氧化催化剂仍然可再次使用。
至少含有水的含水溶液关于至少含有水的含水溶剂，可使用以水作为主要组份的含水溶剂。这种水溶液包括水和可水溶有机溶剂(例如，C1-3醇如甲醇、酮如丙酮、醚如二噁烷和四氢呋喃)的混合物。在该混合溶剂中，该有机溶剂相对水的比例，为约0-25％(重量)(通常为0-10％(重量))。优选的含水溶剂为水。必要时，可使用含有碱性物质的水溶液形成羧酸盐。
非水溶溶剂非水溶溶剂仅需要可与含水溶剂分离就行。该非水溶溶剂的例子包括烃类(如脂族烃、脂环烃、芳香烃、卤代烃)、醇类、酮类、酯类、硝基化合物类、腈类，以及这些溶剂的混合物。根据氧化反应产物或氧化催化剂的种类，可在它们中间任意地选择使用。这些疏水溶剂可在完成氧化反应后加入到该反应混合物中，或者可用作反应溶剂。如果用作反应溶剂，该疏水溶剂可在该氧化反应之后进一步用作与含水溶剂分离的分离溶剂。在疏水底物(如烃、酮)被用作底物并也用作氧化反应的反应溶剂的情况下，剩余的底物可用作从该含水溶剂分离的分离溶剂。
该烃的例子包括脂族烃、脂环烃、芳香烃和卤代烃。关于脂族烃，可提到C5-15脂族烃，例如戊烷、己烷、异己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和癸烷。优选的脂族烃包括C5-12烃(特别为C6-10烃)。至于脂环烷，可举出C5-15脂环烃，如环戊烷、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、乙基环己烷、环庚烷和环辛烷。理想的脂环烃包括C5-12脂环烃。该芳香烃的例子包括C6-12芳香烃，如苯、甲苯、乙基苯、枯烯和(邻-、间-、对-)二甲苯。关于卤代烃，可举出氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯二氟甲烷(氟里昂)、二氯乙烷、三氯乙烯、二氯丙烷、二氯戊烷、氯苯、二氯苯和三氯苯。
该醇包括上述烃的醇衍生物，其例子为脂族醇、脂环醇和芳香醇。关于脂族醇，可提到具有4-15个碳原子的脂族一元醇，包括丁醇、戊醇、己醇、甲基己醇、乙基己醇、庚醇、辛醇和壬醇。关于脂环醇，可提到具有5-15个碳原子的脂环醇，包括环己醇、甲基环己醇、乙基环己醇、环庚醇和环辛醇。该芳香醇包括具有6-12个碳原子的芳香醇，如苄醇和苯乙醇。
该酮包括上述烃的酮衍生物，如脂族酮和脂环酮。关于酮，可举出具有4-15个碳原子的脂族酮，如甲基乙基酮，甲基异丁基酮和二异丁基酮；以及具有5-15个碳原子的脂环酮，如环己酮，甲基环己酮、环庚酮和环辛酮。
至于该酯，可使用具有3-20个碳原子的酯化合物。其酯的例子为C2-10羧酸-C1-10烷基酯，包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸己酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸乙-乙基己酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丙酸己酯、丙酸戊酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯和壬酸乙酯；C2-4羧酸-C5-10环烷基酯，如乙酸环己酯和乙酸环辛酯，芳基酯，如乙酸苯酯和丙酸苯酯；C7-12芳香羧酸-C1-10烷基酯，包括苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯，苯甲酸丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二丁酯；以及其他酯化合物。
该硝基化合物包括具有2-10个碳原子的硝基化合物，例如脂族硝基化合物，包括硝基乙烷、硝基丙烷和硝基戊烷；和芳香硝基化合物，包括硝基苯、二硝基苯、硝基甲苯和硝基二甲苯。
该腈包括具有7-12个碳原子的腈，包括苄腈和其他C7-12芳香腈。
优选的非水溶溶剂包括该烃、酮、酯和腈，更优选使用具有5-15个碳原子的烃(如己烷、环己烷、甲苯)、具有4-15个碳原子的酮(如甲基乙基酮、环己酮)、具有3-20个碳原子的酯化合物(如乙酸乙酯、乙酸苯酯、苯甲酸甲酯)和具有7-12个碳原子的腈(如苄腈)。
可根据该氧化反应产物和氧化催化剂的种类，来适当确定该亲水溶剂与疏水溶剂的比例。例如，前者/后者之比在约0.1/1-10/1(重量)之间，优选在约0.2/1-5/1之间，更优选在约0.3/1-3/1。一般，其比例在约0.5/1-2/1(重量)之间。
可根据该氧化反应产物和氧化催化剂的种类来安排用该亲水溶剂和疏水溶剂萃取该反应混合物的频率。可萃取约1-5次，通常为约1-3次。
该萃取步骤分离了该氧化反应产物和氧化催化剂，把具有亲水基的该氧化反应产物转移到含水溶剂层中，并把作为氧化催化剂的酰亚胺化合物转移到疏水溶剂层中。该氧化催化剂可与萃取溶剂一起，再次循环到反应体系中或再次使用，如果该底物是非水溶的并还用作反应溶剂，该底物也可有效使用，因为剩余的底物在氧化反应后可用作可从该含水溶剂分离的疏水溶剂。该非水溶底物包括烃(如脂族、脂环或含甲基芳香烃)和酮(如脂族或脂环酮)，顺便说说，可水溶底物和该氧化反应产物一起被萃取到含水溶剂层中。
通过常规的分离方法，如过滤、浓缩、蒸馏、萃取、结晶、重结晶、柱色谱或这些方法的组合，来回收用该含水溶剂和疏水有机溶剂通过液分离操作已萃取的氧化催化剂、底物和氧化反应产物。
如有必要，可用上述方法分离助催化剂。
在氧化反应产物是有机羧酸(如脂族羧酸如己二酸、辛二酸和癸二酸；芳香羧酸如苯甲酸、邻苯二甲酸、异邻苯二甲酸和对苯二甲酸；其他羧酸)的情况下，如有必要，可通过用碱把该有机羧酸转化成相应的盐，来把该有机羧酸盐高效地导入到该含水溶剂层中。向已萃取的羧酸盐中加入酸，可产生游离有机羧酸。关于碱，可使用无机碱或有机碱。无机碱包括例如，氨；碱金属的氢氧化物，如氢氧化钠和氢氧化钾；碱金属的碳酸氢盐，如碳酸氢钠和碳酸氢钾；碱金属的碳酸盐，如碳酸钠和碳酸钾；碱土金属的氢氧化物，如氢氧化钙；碱土金属的碳酸盐，如碳酸钙等。有机碱包括胺(例如脂族胺，如二甲基胺、二乙基胺、三甲基胺、三乙基胺、亚甲基二胺和亚乙基二胺；杂环胺，如吡啶和吗啉)和其他含有碱性氮原子的化合物。
可通过加入碱性物质或控制pH，来萃取该羧酸。该萃取系统的pH可在约5-10、优选在约6-8间变化。
该碱性物质的量可根据氧化反应产物的种类来确定。例如，相对于1当量羧酸，该量不小于约0.5当量(如0.7-5当量)，优选约0.8-3当量(如约0.9-1.5当量)，更优选约0.8-1.5当量(如约0.9-1.2当量)。
应注意当该氧化催化剂是弱酸时，加入太多的碱性物质结果可造成羧酸和氧化催化剂分离效率差。
至于可用来从该羧酸盐中生成游离有机羧酸的酸，可使用无机酸(如氢氯酸、硫酸、硝酸、磷酸)或有机酸(例如有机羧酸如乙酸和丙酸；有机磺酸如甲磺酸、乙磺酸、对甲苯磺酸和苯磺酸)。
可在加热下进行本发明的萃取。该萃取温度，例如，为约0-100℃，优选约5-50℃，更优选约10-35℃，实际约15-30℃。为了提高萃取效率，如果必要的话，可在剪切力的作用下、大气压下或高压下进行萃取。
萃取步骤使用至少含有水的含水溶剂和非水溶溶剂的本发明方法，不仅能使氧化反应产物和氧化催化剂有效分离，而且能有效地再次使用该氧化催化剂和/或该底物。就成本和安全性而论，本发明方法对在工业规模上分离和纯化该氧化反应产物是十分有利的。
根据本发明方法，因为使用至少含有水的含水溶剂和可与该含水溶剂分离的非溶溶剂，把该氧化反应产物和氧化催化剂与该反应混合物分离(该反应混合物是通过在式(1)所示的氧化催化剂存在下氧化底物制得的)，所以避免了分解的氧化催化剂可有效分离并再次使用。即使该氧化反应产物是一个高沸点化合物，该氧化催化剂仍可在没有分解的情况下有效分离以便再次使用。另外，该方法不受该氧化反应产物沸点的影响，并确保氧化反应产物与该氧化催化剂的有效分离。可以容易操作的方式，在不需要高温加热的温和条件下分离该氧化反应产物和氧化催化剂。
下面实施例是用来更详细地介绍本发明，决不能理解为限定本发明的范围。
实施例l在26℃下，把环己烷(20ml)和水(150ml)加到用于氧化反应混合物的模型混合物中，该混合物含有环己烷(2.548g，30mmol)、环己酮(1.472g，15mmol)、己二酸(0.731g，5mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(0.816g，5mmol)和苄腈(150ml)，并完全混合。静止该生成的混合物，使其分成两层。向已分离的有机层中加入另外的水并完全混合，该混合物分成两层。该水层和该有机层通过气相色谱和液相色谱来分析。环己酮在该有机层中的回收率为93％。N-羟基邻苯二甲酰亚胺在该有机层中的萃取率为77％。己二酸在该水层中的萃取率为98％。
实施例2把水(140ml)加到用于氧化反应混合物的模型混合物中，该混合物含有环己烷(2.548g，30mmol)、环己酮(1.472g，15mmol)、己二酸(0.731g，5mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(0.86lg，5mmol)和苯甲酸甲酯(140ml)。该混合物在26℃下充分混合并分成两层。把水再加到已分开的有机层中，该混合物充分混合、静止并分成两层。该水层和有机层用气相色谱和液相色谱分析。该有机层中环己酮的回收率为94％。N-羟基邻苯二甲酰亚胺在该有机层中的萃取率为80％。己二酸在该水层中的萃取率为97％。
实施例3制备环己烷(4.028g、50mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(0.816g，5mmo1)、乙酰丙酮钴(II)CO(AA)2(0.015g，0.025mmol)和苄腈(200ml)的混合物，在100℃，氧气气氛下反应6小时。于是制得含有环己烷(2.946g、35mmol)、环己酮(0.981g、10mmol)、己二酸(0.731g、2mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺和苄腈的反应混合物。
在26℃下，向该混合物中加入环己烷(20ml)和水(150ml)，并充分混合。该混合物静置，使得分离成二层。已分离的有机层再加入水、充分混合，并分层。该水层和有机层用气相色谱和液相色谱进行分析。在该有机层中环己酮的回收率为94％。在该有机层中N-羟基邻苯二甲酰亚胺的萃取率根据该反应混合物中N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量为79％。己二酸的萃取率在该水层中为99％。
实施例4制备金刚烷醇(25g、164.2mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(5.36g、32.8mmol)、乙酰丙酮钒(III)V(AA)3(0.114g、0.328mmol)、苄腈(150ml)和乙酸(150ml)的混合物，在85℃氧气气氛下反应20小时，由此制得含有金刚烷醇(1.41g、9.2mmol)，金刚烷二醇(13.9g、82.6mmol)、金刚烷三醇(10.5g、57.5mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、苄腈和乙酸的反应混合物。
从该反应混合物中蒸馏出乙酸后，向其中加入另外的苄腈，使得体积为300ml。向该混合物中加入水(300ml)并完全混合。然后使该混合物静置，来使该混合物分层。已分离的有机层被加入另外的水、完全混合，并分成水层和有机层。用于该水层和该有机层的气相色谱和液相色谱表明该有机层中，金刚烷醇的回收率为98％，N-羟基邻苯二甲酰亚胺的萃取率为80％(根据该反应混合物中N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量)，且金刚烷二醇和金刚烷三醇分别以92％和99％的萃取率被萃取到该水层中。
实施例5在N-羟基邻苯二甲酰亚胺催化剂(1mmol)存在下，异丁烷(10mmol)在苄腈溶剂(40ml)中、90℃氧气气氛下氧化4小时，制得含有叔-丁醇和丙酮的反应混合物(异丁烷的转化率为90％、叔丁醇的产率80％、丙醇的产率为5％)。通过每次使用40ml水来把该反应混合物萃取两次，得到水层和有机层。于是用气相和液相色谱分析已分离的各层。在水层中，叔丁醇的萃取率为94％，丙酮的萃取率为100％。该有机层中，N-羟基邻苯二甲酰亚胺的萃取率为81％(根据该反应混合物中N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量)。通过浓缩该有机层以除去该有机溶剂和未反应异丁烷，来回收N-羟基邻苯二甲酰亚胺。
实施例6在N-羟基邻苯二甲酰亚胺催化剂(1mmol)存在下，1，3-丁二烯(10mmol)在苄腈溶剂(40ml)中、70℃氧气气氛下氧化6小时，制得含有1，4-丁烯二醇的反应混合物(1，3-丁二烯的转化率为90％、1，4-丁烯二醇的产率为72％)。通过每次使用40ml水来把该反应混合物萃取两次，得到水层和有机层。于是用气相和液相色谱分析已分离的各层。在水层中，1，4-丁烯二醇的萃取速率为93％。该有机层中，N-羟基邻苯二甲酰亚胺的萃取率为75％(根据该反应混合物中N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量)。通过浓缩该有机层以除去该有机溶剂和未反应1，3-丁二烯，来回收N-羟基邻苯二甲酰亚胺。
实施例7制备甲苯(9.21g、100mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(1.6g，10mmol)、乙酰丙酮钴(II)Co(AA)2(0.15g，0.5mmol)和乙酸(250ml)的混合物，在100℃，氧气气氛下反应6小时。95％的甲苯转化成苯甲酸，产率为95％。蒸馏除去乙酸后，向该反应混合物中加入苄腈(400ml)和含有氢氧化钠(3.8g、95mmol)的水(400ml)。该混合物通过振动来充分混合，然后静置，使得分离成两层-水层和有机层。向已分离的有机层中再加入水(400ml)、振动来充分混合并静置使其分层。该有机层和水层用氢氯酸使其成为酸性，并通过气相和液相气谱分析。苯甲酸以90％的萃取率萃取到水层中(以苯甲酸钠萃取)。在该有机层中，N-羟基邻苯二甲酰亚胺的萃取率为85％(根据该反应混合物中所含有N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量)。
实施例8制备2-甲基吡啶(9.3g、100mmol)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(1.6g，10mmol)、乙酰丙酮钴(II)Co(AA)2(0.15g，0.5mmol)和乙酸(250ml)的混合物，在100℃，氧气气氛下反应6小时。2-甲基吡啶以82％的转化率转化成2-吡啶羧酸(吡啶甲酸)，产率为77％。蒸馏除去乙酸后，向该反应混合物中加入苄腈(400ml)和水(400ml)。该混合物通过振动来充分混合，然后静置，使得分离成两层-水层和有机层。向已分离的有机层中通过加入水(400ml)、振动来充分混合并静置使其分层。通过气相和液相气谱分析该有机层和水层表明2-吡啶羧酸以85％的萃取率萃取到水层中，N-羟基邻苯二甲酰亚胺以80％萃取率萃取到有机层中(根据该反应混合物中所含有N-羟基邻苯二甲酰亚胺的量)。
权利要求
1.一种分离方法，用于在有如式(1)所示的酰亚胺作为氧化催化剂的情况下，从底物氧化制得的反应混合物中分离氧化反应产物和氧化催化剂，该方法包括使用一种至少含有水的含水溶剂和一种可从该含水溶剂中分离的非水溶溶剂，由此可有效地把该氧化反应产物分配到该含水溶剂层中，该氧化催化剂分配到该非水溶溶剂层中，
其中R1和R2独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、芳基、环烷基、羟基、烷氧基、羧基、烷氧羰基或酰基；R1和R2可一起形成一个双键，或一个芳香或非芳香环；x表示氧原子或羟基；且n指1-3的整数。
2.权利要求1所述的分离方法，其中式(1)酰亚胺化合物中的R1和R2键合在一起，形成芳香或非芳香5-12节环。
3.权利要求1所述的分离方法，其中式(1)的酰亚胺化合物是下面式(1a)-(1f)所示的任何一种化合物，
其中R3、R4、R5和R6分别表示氢原子、烷基、羟基、烷氧基、羧基、烷氧羰基、酰基、硝基、氰基、氨基或卤原子；且R1、R2、x和n具有上述相同的定义。
4.权利要求1所述的分离方法，其中所说的底物是烃、醇、醛、酮、胺或杂环化合物。
5.权利要求4所述的分离方法，其中所说的烃是下面的任何一种(1)可具有取代基的饱和或不饱和脂族烃，(2)可具有取代基的饱和或不饱和脂环烃；(3)含有非芳香环的稠环化合物，(4)含有叔碳原子的桥环烃，或(5)含有甲基的芳香烃。
6.权利要求5所述的分离方法，其中所说的不饱和脂族烃是共轭二烯或在靠近不饱和键的位置上有碳氢键的化合物。
7.权利要求5所述的分离方法，其中所说的脂环烃是可具有取代基的3-30节环烷烃。
8.权利要求4所述的分离方法，其中所说的醇是伯或仲醇。
9.权利要求4所述的分离方法，其中所说的底物选自下列化合物的至少一种环烷烃、环烷醇和环烷酮。
10.权利要求4所述的分离方法，其中所说的底物是非水溶性化合物。
11.权利要求1所述的分离方法，用于从含有作为反应产物的羧酸的反应混合物中分离羧酸和氧化催化剂，该方法包括使用水和不与水相容的有机溶剂，由此把用碱性物质形成的羧酸盐分配在水层中，并把该氧化催化剂分配在该有机溶剂层中。
12.权利要求1所述的分离方法，其中所说的非水溶溶剂是选自下列化合物的至少一种烃、醇、酮、酯、硝基化合物和腈。
13.权利要求12所述的分离方法，其中所说的非水溶溶剂至少是选自下列化合物的一种(1)脂族、脂环族或芳香族烃，(2)卤代烃，(3)脂族、脂环族或芳香族醇，(4)脂族或脂环族酮，(5)脂族或芳香族酯化合物，(6)脂族或芳香族硝基化合物，和(7)芳香腈。
14.权利要求1所述的分离方法，其中至少含有水的含水溶剂与非水溶溶剂之比为0.1/1至10/1(重量)。
15.权利要求1所述的分离方法，其中所说的氧化反应产物的沸点为0-500℃。
16.权利要求1所述的分离方法，其中所说的氧化反应产物的沸点为150-500℃。
17.权利要求1所述的分离方法，其中所说的底物至少是选自下列的一种化合物每一个具有5-至20-节非芳香环的脂环烃、相应于该烃的醇和相应于该烃的酮。
18.权利要求1所述的分离方法，其中通过使用水和不与水相容的有机溶剂，从反应混合物中把N-羟基邻苯二甲酰亚胺分配在有机层中，该氧化反应产物或其盐分配在水层中，所说的反应混合物是在作为催化剂N-羟基邻苯二甲酰亚胺存在下，通过选自下列的至少一种化合物氧化制备的5-16节脂环烃、相应于所述烃的醇和相应于所述烃的酮。
19.权利要求1所述的分离方法，其中通过使用水和不与水相容的有机溶剂，从反应混合物中把N-羟基邻苯二甲酰亚胺分配在有机层中，己二酸或其盐分配在水层中，所说的含有己二酸的反应混合物是在作为催化剂N-羟基邻苯二甲酰亚胺存在下，通过选自下列的至少一种化合物氧化制备的环己烷、环己醇和环己酮。
全文摘要
使用至少含有水(如水)的含水溶剂(如苯甲酸甲酯、苄腈)和可与水分离的非水溶溶剂、从反应混合物中有效地分离氧化反应混合物(如己二酸、苯甲酸、丁烯二醇)和氧化催化剂,所说的反应混合物是在式(1)所示的作为氧化催化剂的酰亚胺化合物如N－羟基邻苯二甲酰亚胺的存在下氧化一种底物(如烃)制备的,式(1)中R
文档编号C07C51/215GK1174828SQ9711741
公开日1998年3月4日 申请日期1997年8月20日 优先权日1996年8月20日
发明者平井成尚 申请人:大赛璐化学工业株式会社