专利名称:无添加有机溶剂条件下囟优吡淀盐的催化烷基化的制作方法
本发明涉及一种氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物(Ⅰ)的制备方法，
其中每个X独立地代表氢或囟素，Y是氢、囟素或-NR3R4，式中R3和R4各自独立地是氢或低级烷基，R1是氢或甲基，而且R2是低级烷基;
所说的方法包括在催化量相转移催化剂存在下和无添加有机溶剂条件下，使含式Ⅱ之囟代吡啶盐(Ⅱ)的水浆与大约等摩尔量的式(Ⅲ)囟代酯接触，然后回收所说的氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物;所说的式Ⅱ囟代吡啶盐结构为
式中M⊕代表碱金属、碱土金属或铵;
所说的式(Ⅲ)囟代酯为
式中R1和R2定义如上，而且Z是氯、溴、碘、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或对溴苯磺酸酯基。
优选每个X是氯、Y是氢、R1是氢、R2是乙基或异丙基以及Z是氯或溴。所说的相转移催化剂优选季铵盐，最好是溴化四正丁铵。
本发明方法的优点是可以使用含有囟代吡啶的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐及水的混合物而不必加入有机溶剂。本发明的另一个优点是由于减少了其必需的制备步骤数目而简化了氧-烷基化的囟代吡啶盐的制备方法。
本文中使用的术语“低级烷基”是指含有1-8个碳原子的直链或支链饱和烃部分(即具有碳-碳单键的烃类)，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基和己基。
术语“相转移催化剂”指的是通过一相向另一相转移而催化某反应的物质。适于进行本发明方法的相转移催化剂包括季铵盐和鏻盐类、醚类和例如三丁胺之类叔胺类。
适于用作催化剂的所说季铵盐和鏻盐类，主要包括在本发明中可以使用的已知种类的季铵盐和鏻盐化合物。适用的季铵盐和鏻盐，在25℃下于所说的液体反应介质中的最低溶解度可以至少为1(重量)%，而且总聚集碳含量通常至少为4个碳原子，优选值为12-31个碳原子。所说的铵盐和鏻盐可以表示为式式中R1′-R4′是烃基(例如烷基、芳基、烷芳基、芳烷基和环烷基)而且Q+是氮或磷的季原子。此外，R1′和R2′可以共同形成一个五无或六元杂环化合物，在其环上至少有一个季氮原子或季磷原子，而且在该环内也可以含有一个非邻近的氮、氧或硫原子。R1′-R2′通常是1-12个碳原子的烃基。A-是一个惰性的中和阴离子而且为了方便起见可以变化。所谓惰性的是指在本方法中惰性。氯和溴的阴离子是优选的阴离子，而且其它适用的阴离子例如包括氟离子、碘离子、硫酸氢根、乙酸根、甲苯磺酸根和苯甲酸根。下列化合物是举出说明的化合物;四烷基铵盐，如四正丁铵、四己铵、三正丁基甲基铵、十六烷基三甲基铵、三辛基甲基铵和三癸基甲基铵的氯化物、溴化物、酸式硫酸盐和甲苯磺酸盐;芳烷基铵盐，例如氯化四苄铵，苄基三甲铵、苄基三乙铵、苄基三丁铵和苯乙基三甲铵和氯化物和溴化物;芳基铵盐，例如三苯基甲基铵的氟化物、氯化物或溴化物，N，N，N-三甲基苯胺的溴化物、N，N-二乙基-N-甲基苯胺的硫酸氢盐、三甲基萘铵氯化物、对甲基苯基三甲铵的氯化物和甲苯磺酸盐;环上至少含有一个季氮原子的五元和六元杂环化合物，例如N-甲基吡啶鎓氯化物或甲基硫酸盐，N-己基吡啶鎓碘化物，(4-吡啶基)-三甲铵氯化物，1-甲基-1-氮杂双环[2.2.1]庚烷溴化物，N，N-二丁基吗啉鎓氯化物，N-乙基噻唑鎓氯化物和N-丁基吡咯鎓氯化物，以及相应的鏻盐。
目前优选的是铵盐而不是鏻盐，因为铵盐成本低、易买到。适用的催化剂是苄基三乙铵盐、四正丁基铵盐和三正丁基甲基铵盐，最好是四正丁铵盐。
本方法中使用少量但却是催化量的相转移催化剂。例如，按反应物计使用0.1-20摩尔%的相转移催化剂适宜，通常优选0.1-10摩尔%，更优选1-5摩尔%。
在囟化吡啶的碱金属盐反应物与囟代酯反应之前和反应期间内使用碱和(或)缓冲剂制备此反应物并使之保持在阴离子形式下或盐形式下。所说的碱或缓冲剂也将保持囟代酯以及由它们生成的所说氧-烷基化囟化吡啶盐(Ⅰ)对于水解的稳定性。所说的碱和(或)缓冲剂可以表示为MT式中M独立地代表碱金属(Na、K、Li)和碱土金属(Ca、Mg)或铵(NH4)或任何适用的抗衡阳离子，而且T独立地代表羟基(OH)、碳酸氢根(HCO3)、碳酸根(CO3)、磷酸根(PO4)、磷酸氢根(HPO4)、磷酸二氢根(H2PO4)和硼酸根(BO3)或适于提供适宜pH值的任何其它阴离子。碱和(或)缓冲剂在本方法中的使用量，相对于每摩尔囟代吡啶酚可以从1到1.5摩尔碱和(或)缓冲剂(碱或缓冲剂的摩尔数∶吡啶酚的摩尔数)变化，优选值约1.1∶1。
式(Ⅱ)的囟代吡啶盐与式(Ⅲ)的囟代酯，可以在大约等摩尔比条件下，即从0.90∶1～1.5∶1(囟代酯∶囟代吡啶盐)，优选约1.15∶1条件下加以接触。
在室温至120℃温度下，优先在60-80℃温度下使所说的囟代吡啶盐与所说的囟代酯接触。通常在大气压下，在搅拌或其它方式搅动条件下进行所说的接触。
所说的“浆”是指水与不可缺少的式(Ⅱ)的囟代吡啶盐的均匀混合物或不均匀混合物。
与囟代吡啶盐一起使用的水量，应当使所说水浆中的囟代吡啶盐浓度，按重量计可以为5-95%，优选为60-80%。所说的水浆可以含有一些对囟代吡啶盐和囟代酯间的反应无有害影响的粗产物或杂质。所说的这些物质可以包括原位制备所说的吡啶盐原料时的副产物，其中含有氯化钠或溴化钠。一般来说，当囟代酯的水解稳定性减小时，使用的水量较小。例如对于易于水解的甲基酯来说，其用水量比乙基酯为少。
式(Ⅱ)的囟代吡啶盐是本领域中普通技术人员公知的，而且可以通过所需的囟代吡啶酚与大约10(重量)%的NaOH接触的方法制备，生成含有所需碱金属的囟代吡啶盐的含水混合物。利用传统方法，例如脱水或过滤法可以把与囟化吡啶盐混合的水量减少到所需的水平。
式(Ⅲ)的α-氯乙酸或溴乙酸(或丙酸)之烷基酯也是公知物质。使用α-氯乙酸的烷基酯类为佳，最好是α-氯乙酸的乙基酯或异丙基酯。
通过把囟代吡啶盐和催化剂与稍过量(过量小于30摩尔%)的囟代乙酸酯加以混合及加热的方法，可以进行烷基化反应。所说合成份的混合顺序对于实施本发明来说并不关键。当水含量相对于所说的吡啶盐小于35%时，慢慢地将所说的吡啶盐加到其余成份中是有利的，这样可以避免同时混合全部物质开始产生的那种高粘度现象。由于在此反应混合物中不加有机溶剂，所以是最好使所需的反应温度保持在粗产物的熔点之上。
反应完全之后，利用传统回收方法，例如相分离法、蒸馏法或重结晶法回收所需的式(Ⅰ)之氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物。水相中或包含在水相内的催化剂残余物及无机盐，通常用例如简单洗涤法、离子交换法或过滤法除去。
下列实施例以可以具体操作的方式详细说明本发明。
实施例1
2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的制备在备有气动搅拌器、温度计套管和回流冷凝管的250ml园底烧瓶中加入96.5克(0.79摩尔)2-氯乙酸乙酯(ETCA)、5.7克(0.018摩尔)溴化四正丁铵(TBAB)、4克(0.038摩尔)碳酸钠(Na2CO3)和3克(0.036摩尔)碳酸氢钠(NaHCO3)。加热此混合物至70℃温度下。于1.5小时期间内向混合物中加入162克(0.68摩尔)92.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐(Na TCP)(含7.5%水)。加入3，5，6-三氯-2-吡啶钠之后3小时，分析3，5，6-三氯-2-吡啶钠的转化率达100%。用加热到70℃的250毫升水稀释此混合物。对混合物进行相分离后得到196.7克粗有机产物，产率为92.1%，经分析此粗产物含90.1%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯。在所说的粗产物中，由3，5，6-三氯-2-吡啶钠派生的混合物总量占98%。
实施例2在一台类似于实施例1中所述装备的反应器中，混合90.1克(0.37摩尔)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐、21.6(0.37摩尔)氯化钠Na Cl)、71.9克水，制成56(重量)%的囟代吡啶盐水浆。向此浆液中加入3.12克(0.0097摩尔)溴化四正丁铵、1.25克Na HCO3)和2.5克Na CO3。此浆液加热到65℃后加入53克(0.433摩尔)2-氯乙酸乙酯。2.5小时后，使温度提高到70℃。经过11小时总反应时间后，分析此反应混合物测得3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐的转化率为99.8%，用125毫升热水稀释反应混合物，相分离之后得到105.4克粗有机产物。经分析此粗产物含93.1%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯。粗产物产率为93.2%。以3，5，6-三氯-2-吡啶钠为基本的产物量占99%。
实施例3在装备与实施例1所述类似的一台反应器中，混合60克(0.21摩尔)77%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐、64克(1.09摩尔)Na Cl、171克水，得到21(重量)%的囟代吡啶盐水浆。向此浆液中加入2.65克(0.008摩尔)TBAB和2.65克Na2HCO3。当浆液温度达到75℃后，加入31.7克(0.26摩尔)2-氯乙酸乙酯。4小时后，使反应混合物温度提高到80℃。经过7小时总反应时间后，混合物经分析得3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐的转化率为98%。接着用100毫升水稀释此混合物，相分离后得到57.4克粗有机产物。经分析粗产物中含89.9%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯，粗产物产率为86.9%。醋产物中以3，5，6-三氯-2-吡啶钠为基础的产物之总量占95%。
实施例4在装备与实施例1所述类似的一台反应器中，混合36.6克(0.15摩尔)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐、8.9(0.15摩尔)Na Cl和120克水，得到22(重量)%囟代吡啶盐浆液。在此浆液中加入2.9克Na HCO3、2.35克(0.0045摩尔)61.5%的溴化四正丁铵和26.2克(0.19摩尔)2-氯乙酸异丙酯。混合物在70℃下加热24小时，使转化率达到98%。加入约0.5克Na2CO3后再继续加热2小时，使转化率达到100%。相分离后得到45.6克粗有机产物，经分析其中含89%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸异丙酯，粗产物产率为90.6%。
实施例5在装备与实施例1所述类似的一台反应器中，混合25克(0.1摩尔)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐、10.8克(0.2摩尔)溴化钠(Na Br)和90克水，得到20(重量)%的囟代吡啶盐水浆。在此浆液中加入1克(0.0031摩尔)溴化四正丁铵、1克Na2CO3和21.7克(0.13摩尔)2-溴乙酸乙酯。72℃下经2小时后，转化率为100%。相分离后得到30.6克有机产物，经分析其中含89%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯，粗产物产率为93.4%。以3，5，6-三氯-2-吡啶钠为基础的化合物总量占99%。
实施例6在装备与实施例1所述类似的一台反应器中，混合25.2克(0.105摩尔)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐、6.2克(0.105摩尔)Na Cl和90克水，得到一种20(重量)%囟代吡啶盐水浆。在此浆液中加入1.5克NaCO3、2克(0.0054摩尔)碘化四正丁铵和16.1克(0.131摩尔)2-氯乙酸乙酯。70℃下反应7小时后，3，5，6-三氯-2-吡啶钠转化为2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯转化率为96%。
实施例7在装备与实施例1所述类似的一台反应器中，混合25.2克(0.105摩尔)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶钠、6.2克(0.105摩尔)Na Cl和90克水，得到一种20(重量)%的囟代吡啶盐浆液。在此浆液中加入1.5克Na2CO3、16克(0.131摩尔)2-氯乙酸乙酯和10.1克(0.0125摩尔)聚合催化剂。这种聚合催化剂是通过氯甲基化的大网络交联聚苯乙烯与三正丁胺反应得到的，因而形成苄基三正丁基铵氯化物的催化位点。经计算这种活性位点浓度为1.25毫摩尔/克。80℃下3小时后，3，5，6-三氯-2-吡啶钠转化为2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的转化率为98%。
权利要求
1.一种氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物(Ⅰ)的制备方法，
其中每个X独立地代表氢或囟素，Y是氢、囟素或-NR3R4，式中R3和R4各自独立地是氢或低级烷基，R1是氢或甲基，而且R2是低级烷基；所说的方法包括在催化量相转移催化剂存在下和无添加有机溶剂条件下，使含囟代吡啶盐(Ⅱ)的水浆与大约等摩尔量囟代酯(Ⅲ)接触，然后回收所说的氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物；所说的囟代吡啶盐(Ⅱ)结构为
式中M
代表碱金属、碱土金属或铵；所说的囟代酯(Ⅲ)的结构为
式中R1和R2定义如上，Z是氯、溴、碘、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或对溴苯磺酸酯基。
2.权利要求
1的方法，其中所用的囟代吡啶盐分子中，每个X是氯，而且Y是氢。
3.权利要求
1的方法，其中所用的囟代酯分子中，R1是氢，R2是乙基或异丙基，并且Z是氯或溴。
4.权利要求
1的方法，其中用缓冲剂使所说的囟代吡啶盐和囟代酯稳定化。
5.权利要求
4的方法，其中所说的缓冲剂是碳酸盐。
6.权利要求
1的方法，其中所说的相转移催化剂是季铵盐。
7.权利要求
6的方法，其中所说的季铵盐是溴化四正丁铵。
8.权利要求
1的方法，其中所说的温度处于环境温度至120℃范围内。
9.权利要求
8的方法，其中所说的温度处于60-80℃范围内。
10.权利要求
1的方法，其中在所说水浆内的所说囟代吡啶盐量处于5-95(重量)%范围内。
专利摘要
一种制备氧-烷基化的囟代吡啶盐化合物，例如2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的方法，即在相转移催化剂存在下和无添加有机溶剂条件下使2-氯乙酸乙酯与3，5，6-三氯-2-吡啶钠盐反应。
文档编号C07D213/61GK87108082SQ87108082
公开日1988年7月6日 申请日期1987年11月30日
发明者蒂莫思·J·阿达威 申请人:陶氏化学公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan