专利名称：甲苯衍生物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在催化剂存在下用氢气氢化式II的苯甲醛和/或苄基醇而制备甲苯衍生物I的方法 其中R1、R2和R3相互独立地为氢、卤素、C1-C6烷基、羟基或C1-C6烷氧基 IIaX＝CHOX＝CH[OC1-C6烷基]2IIbX＝CH2-OHX＝CH2OC1-C6烷基。
将苯甲醛或苄基醇II催化氢化得到相应的甲苯衍生物I原则上由文献已知。
合成(Synthesis)，第8卷(1993)，第799页公开了在10％活性炭载钯存在下将溶于乙酸中的3，4，5-三甲氧基苯甲醛氢化得到3，4，5-三甲氧基甲苯。
根据莱比锡化学年鉴(Liebigs Annalen der Chemie)1976，第7/8辑，第1445页，以类似方式在10％活性炭载钯存在下也是在冰乙酸中氢化丁香醛(4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲醛)，得到4-羟基-3，5-二甲氧基甲苯。
美国化学会志(The Journal of American Chemical Society)第79卷(1957)，第179-184页描述了在冰乙酸中在活性炭载钯(10％)存在下氢化3，4，5-三甲氧基苄基醇。
所有上述方法的缺点在于在反应中形成的水与乙酸一起形成腐蚀性溶剂混合物并将昂贵的贵金属用作氢化催化剂。
EP 606072报道了在含有铂族金属的二氧化钛成型体存在下氢化苯甲醛。原料以浓度仅为1％的水溶液或乙醇溶液使用，因此在高度稀释下使用。氢化的产率低，而且选择性极低。产生的副产物是环被氢化且脱甲基的苯。
为了将对甲氧基苄基醇氢化成对甲氧基甲苯，根据有机化学杂志(J.Org.Chem.)，1949，14，第1089页，使用亚铬酸铜催化剂以及作为溶剂的甲醇。仅一般性地提到了对甲氧基苯甲醛向对甲氧基甲苯的直接转化，但没有由实施例证实。该方法的缺点是使用含铬的催化剂。
苄基醇的氢化进一步描述于欧洲化学杂志(Chem.Eur.J.)(2000)，6(2)，第313-320页中。使用昂贵的贵金属催化剂，如碳载铑或Al2O3载体上的铑，这些催化剂此外还产生高比例的环氢化产物。
本发明的目的是开发一种制备取代的甲苯化合物的方法，该方法可以高产率和选择性进行并避免所述缺点。在该方法中尤其应避免昂贵的贵金属催化剂、含铬催化剂以及腐蚀性溶剂。应尽可能完全地防止副反应如得到环己烷衍生物的环氢化、醛官能团的脱羰基或取代基如烷氧基或卤素在苯基环上的消去。
我们发现该目的由一种通过在催化剂存在下用氢气氢化式II的苯甲醛和/或苄基醇而制备甲苯衍生物I的方法实现 其中R1、R2和R3相互独立地为氢、卤素、C1-C6烷基、羟基或C1-C6烷氧基 IIaX＝CHOX＝CH[OC1-C6烷基]2IIbX＝CH2-OHX＝CH2OC1-C6烷基。
所述催化剂包括具有下列组成的催化剂(a)至少一种选自钴、镍和铜的金属和/或至少一种该金属的氧化物、氢氧化物或盐；(b)0-50重量％的一种或多种选自铂、铑、铁、银、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋、钛和稀土金属的金属和/或一种或多种该金属的氧化物、氢氧化物或盐，和(c)0-5重量％的碱金属氧化物或碱土金属氧化物、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物或碱金属盐或碱土金属盐，其中组分(a)-(c)的总和为100重量％，条件是不额外使用载体。
催化剂的可能实施方案包括(a)基于组分(a)-(c)的总和为40-99重量％的一种或多种选自钴、镍和铜的金属和/或一种或多种该金属的氧化物、氢氧化物或盐；(b)基于组分(a)-(c)的总和为0.1-40重量％的一种或多种选自铂、铑、铁、银、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋和稀土金属的金属和/或一种或多种该金属的氧化物、氢氧化物或盐，和(c)基于组分(a)-(c)的总和为0.05-5重量％的一种或多种碱金属氧化物或碱土金属氧化物、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物或碱金属盐或碱土金属盐。
下面描述某些优选的实施方案，在每种情况下优选含义适用于单一组分以及不同组分的结合。下面给出的量基于组分(a)-(c)的总和。在这些值中不考虑任何可能存在的载体。
优选的催化剂是其中组分(a)占5-100重量％的那些。特别优选的是含有40-99重量％组分(a)的催化剂。
此外，优选其中组分(b)的存在量为0-50重量％，尤其是1-40重量％的催化剂。
优选的催化剂含有作为组分(b)的至少一种选自铂、铑、铁、银、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋和稀土金属的金属的氧化物、氢氧化物或盐。
特别优选的催化剂含有作为组分(b)的至少一种选自铝、硅、锆、钼、锰和磷的金属的氧化物、氢氧化物或盐。
用于本发明催化剂中的组分(c)优选为选自锂、钾、铯、镁和钙以及尤其优选钠的碱金属和碱土金属的氧化物或盐。
可以使用的原料尤其是式IIa和IIb的化合物，它们单独使用或混合使用，其中R1-R3具有上述含义并且R4为氢或C1-C6烷基。在某些情况下，已经证明有利的是以其缩醛形式使用醛IIa。缩醛可以通过使用文献中常用的方法由醛IIa与C1-C6醇反应而制备。
催化剂可以溶解形式的均相催化剂或多相催化剂使用。多相催化剂可以是载体化催化剂、固体催化剂或阮内催化剂，它们以固定床、悬浮或湍动形式使用。合适的载体材料例如是氧化物如氧化铝、二氧化硅、铝硅酸盐、氧化镧、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌和沸石以及活性炭及其混合物。
多相催化剂通常按如下方式制备在载体材料存在或不存在(取决于想要的催化剂类型)下将组分(a)的前体任选与组分(b)(促进剂)的前体一起和/或任选与痕量组分(c)的前体一起沉淀，以及任选将所得催化剂前体加工成棒或片，干燥并随后煅烧。载体化催化剂通常也可以通过用组分(a)以及任选的(b)和/或(c)的溶液浸渍载体而得到[各组分可同时或依次加入]，或通过本身已知的方式将组分(a)以及任选的(b)和/或(c)喷雾于载体上而得到。若需要，粘合剂可以用于催化剂的生产中。
组分(a)的合适前体通常是上述金属的易水溶性盐，如硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选硝酸盐。
组分(b)的合适前体通常是上述金属的易水溶性盐或复合盐，如硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选硝酸盐。
组分(c)的合适前体通常为上述碱金属和碱土金属的易水溶性盐，如氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氯化物、乙酸盐、甲酸盐和硫酸盐，优选氢氧化物和碳酸盐。
沉淀通常在水溶液中进行，任选通过添加沉淀试剂、改变pH或改变温度。
所得催化剂前体组合物通常在80-150℃，优选80-120℃的温度下预干燥。
煅烧通常在150-500℃，优选200-450℃的温度下在空气或氮气气流中进行。
合适的话钝化催化剂表面，这通常在20-80℃，优选25-35℃的温度下使用氧气/氮气混合物如空气进行。
所得煅烧的和可能钝化的催化剂组合物通常暴露于还原性气氛下(“活化”)，例如通过在100-500℃，优选150-400℃的温度下暴露于包含游离氢气的气流中2-60小时。气流优选由20-100体积％氢气和0-50体积％惰性气体如氮气组成。
由于优选直接在合成反应器中活化催化剂，因而存在加工经济性的优点。
本发明催化剂的特征在于高活性且在基本彻底的转化率下可以获得高通过量。
氢化可以分批进行，但尤其连续进行。在连续操作情况下，氢化可以以塔底相或喷淋程序在气相或液相中进行。
式IIa和IIb的原料可以通过开头引用的文献中所述的方法得到。
化合物IIa和IIb可以无溶剂氢化，例如在气相中或作为熔体。在某些情况下已经证明有利的是添加溶剂。
合适的溶剂是对原料II和目标产物I具有足够溶解能力且在氢化条件下稳定的那些。这类溶剂的实例是醚类，如四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二烷基醚或聚乙二醇单烷基醚，水，醇类，如甲醇、乙醇、叔丁醇、环己醇，烷基苯，如甲苯和二甲苯类，酚类，如邻苯二酚、间苯二酚、氢醌、1，2，3-苯三酚或这些酚类的烷基醚。也可使用其混合物。
优选的溶剂是四氢呋喃、二噁烷、四氢吡喃、聚乙二醇二烷基醚、聚乙二醇单烷基醚、烷基苯、水和醇或这些化合物的混合物。尤其合适的那些是醚类或醚/水混合物。还优选醇和醇/水混合物，尤其是甲醇和甲醇/水混合物。
将原料II在所述溶剂中的浓度例如为1-60重量％的溶液氢化。
在优选的实施方案中，氢化在气相中不使用溶剂进行。
氢化在任选20-280℃的温度和任选1-300巴的压力，优选100-260℃的温度和20-250巴的压力下进行。
用于氢化的氢气通常相对于起始化合物II以较大的化学计算量过量使用。
氢气可以作为再循环气体再循环到反应中。所用氢气通常具有工业级纯度。然而，混入惰性气体如氮气不会干扰反应进程。
可以通过本发明氢化制备的化合物I是可以用于制备药物、精细化学品和植物保护化合物的有用中间体。
下面参考实施例更详细描述本发明。百分数为重量百分数。
本发明催化剂的实例催化剂A60重量％CuO；40重量％Al2O3；催化剂B65.4重量％CoO；20.2重量％CuO；8.3重量％Mn3O4；3.5重量％MoO3；2.4重量％P2O5；0.2重量％Na2O；催化剂C74.0重量％NiO；2.2重量％MoO3；23.8重量％CuO；载于作为ZrO2的载体上；催化剂D77.7重量％NiO，13.6重量％SiO2，5.8重量％Al2O3，4.7重量％ZrO2。
催化剂A的活化在可电加热的反应器中将50g催化剂A[其中通入100l(S.T.P.)/h的氮气流]由室温加热到250℃。在接下来的12小时内将5l(S.T.P.)/h的氢气加入氮气流中。然后在随后的5小时将氮气用纯氢气代替。
催化剂B、C和D在大气压力下的活化在将催化剂加入容量为1升的可电加热的反应器中之后，在300l/h的氮气流下将温度由室温开始每小时增加约20℃，直至达到290℃。然后在6小时内用氢气代替氮气。为此，每小时将氢气含量增加50l/h并同时使氮气含量降低50l/h。当达到300l/h的氢气进料时，将反应器温度升至300-310℃并在300l/h氢气下保持48小时。在氩气下冷却之后除去催化剂并在四甘醇二甲醚下储存。
制备式I的甲苯衍生物实施例1在铜催化剂存在下在气相中氢化3，4，5-三甲氧基苯甲醛在由蒸发器、反应器和冷凝器组成的气相设备中进行试验。起始化合物在蒸发器中在Raschig环上在氢气的逆流料流中汽化。使被起始化合物饱和的氢气流在预活化的催化剂上反应。然后将气流通入冷凝器中，由该冷凝器可以排出转化成液态的产物。在反应过程中氢化设备中的氢气压力为1巴。
每小时将4.5g 3，4，5-三甲氧基苯甲醛在Raschig环上在氢气的逆流料流中汽化并在260℃的温度下通过50g预活化的催化剂A。氢气/原料比(mol/mol)大约为4∶1。在94％的转化率下，获得85％的选择性。
实施例2在镍催化剂存在下3，4，5-三甲氧基苯甲醛在液相中氢化将1g位于催化剂篮式插件中的催化剂D放于300ml加压反应器中并加入10g在100g甲醇中的3，4，5-三甲氧基苯甲醛。使用纯净氢气在200巴的恒定压力和180℃的温度下进行氢化。继续氢化直到不再吸收氢气。然后解压反应器。醛转化率为100％。所需甲苯衍生物的产率基于醛的总用量为91％。
实施例3在钴催化剂存在下在液相中氢化3，4，5-三甲氧基苯甲醛以类似于实施例2的方式在1g催化剂B存在下将10g溶于100g四氢呋喃中的3，4，5-三甲氧基苯甲醛氢化。醛转化率为100％。所需甲苯衍生物的产率基于醛的总用量为96％。
实施例43，4，5-三甲氧基苯甲醛熔体在液相中氢化以类似于实施例2的方式在1g催化剂C存在下将10g 3，4，5-三甲氧基苯甲醛在无溶剂下氢化。醛转化率为100％。所需甲苯衍生物的产率基于醛的总用量为94％。
权利要求
1.一种通过在催化剂存在下用氢气氢化式II的苯甲醛和/或苄基醇而制备式I的甲苯衍生物的方法 其中R1、R2和R3相互独立地为氢、卤素、C1-C6烷基、羟基或C1-C6烷氧基 IIaX＝CHOX＝CH[OC1-C6烷基]2IIbX＝CH2-OHX＝CH2OC1-C6烷基所述催化剂包括具有下列组成的催化剂(a)至少一种选自钴、镍和铜的金属和/或至少一种该金属的氧化物、氢氧化物或盐；(b)0-50重量％的一种或多种选自铂、铑、铁、银、钼、钨、锰、铼、锌、镉、铅、铝、锆、锡、磷、硅、砷、锑、铋、钛和稀土金属的金属和/或一种或多种该金属的氧化物、氢氧化物或盐，和(c)0-5重量％的碱金属氧化物或碱土金属氧化物、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物或碱金属盐或碱土金属盐，其中组分(a)-(c)的总和为100重量％，条件是不额外使用载体。
2.如权利要求1所要求的方法，其中组分(a)占组分(a)-(c)的总和的40-99重量％。
3.如权利要求1或2所要求的方法，其中组分(b)占组分(a)-(c)的总和的1-40重量％。
4.如权利要求1-3中任一项所要求的方法，其中组分(c)占组分(a)-(c)的总和的0.05-5重量％。
5.如权利要求1-4中任一项所要求的方法，其中氢化在溶剂中进行。
6.如权利要求5所要求的方法，其中溶剂为醚、烷基苯、水或醇或其混合物。
7.如权利要求1-4中任一项所要求的方法，其中氢化在气相中进行。
8.如权利要求1-4中任一项所要求的方法，其中氢化在化合物II的熔体中进行。
9.如权利要求1-4中任一项所要求的方法，其中氢化在20-250巴的压力和100-260℃的温度下进行。
10.如权利要求1-9中任一项所要求的方法，用于制备3，4，5-三甲氧基甲苯。
全文摘要
本发明涉及一种制备式(I)的甲苯衍生物的方法，其中R
文档编号B01J23/755GK1622926SQ03802713
公开日2005年6月1日 申请日期2003年1月20日 优先权日2002年1月24日
发明者N·博特克, R-H·费希尔, T·内贝尔, M·勒施 申请人:巴斯福股份公司