苯二甲醇化合物的製備方法

2023-05-30 17:34:11

專利名稱：苯二甲醇化合物的製備方法
技術領域：
本發明涉及製備在農業或醫藥化學品生產中用作起始原料或中間體的氟化苯二甲醇類化合物的新方法。具體而言，四氟苯二甲醇在具有優良殺蟲活性的環丙烷羧酸酯的生產中是有用的中間體。
背景技術：
已知四氟苯二甲醇的環丙烷羧酸酯具有高度的殺蟲活性(參見，JP-A-1-238555(在此使用的術語「JP-A」是指「未審已公布的日本專利申請」))。
對於製備四氟苯二甲醇的方法，例如，英國未審專利公開號2,127,013公開了一種利用NaBH4還原2，3，5，6-四氟對苯二甲醯氯的方法，美國專利4,189,589和4,178,293公開了一種用乙硼烷還原2，3，4，5-四氟苯二甲酸的方法，並且JP-A-1-238555公開了一種方法，其中2，3，5，6-四氟甲苯和甲基碘在正丁基鋰的存在下反應得到2，3，5，6-四氟二甲苯並且此後，甲基被溴化、乙醯化且隨後水解生成2，3，5，6-四氟苯二甲醇。
然而，這些方法在工業上並不是有利的，因為使用了昂貴的還原劑或者方法耗費很長時間。
還原下述式(1)所示的氟化苯二腈化合物生成下述式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的反應是已知的。例如，JP-A-4-14096公開了一種在氫化催化劑的存在下氫化2，3，5，6-四氟對苯二腈生成相應四氟亞二甲苯基二胺的方法。
使亞二甲苯基二胺與亞硝酸鹽在酸性水溶液中反應製備苯二甲醇的方法也是已知的。例如，JP-B-61-1056(在此使用的術語″JP-B″是指″已審結日本專利申請″)公開一種亞二甲苯基二胺和亞硝酸鹽在水和無機酸的存在下反應生成苯二甲醇的方法。
此外，JP-B-60-35331公開了一種亞二甲苯基二胺與亞硝酸鹽在羧酸和水的存在下反應得到苯二甲醇以及苯二甲醇的一-和二-羧酸酯且其隨後水解生成苯二甲醇的方法。
此外，JP-A-2000-86583公開了一種含氟苄腈衍生物經過還原反應得到含氟苄胺衍生物並隨後該含氟苄胺的氨基被羥基置換生成含氟苄醇衍生物的方法。
然而迄今為止，不曾報導過從氟化苯二腈通過氟化亞二甲苯基二胺化合物，製備在農業和醫藥化學品的生產中作為起始原料、中間體或單體的氟化苯二甲醇化合物的情況。
在利用亞硝酸鹽於酸的存在下將氨基置換為羥基的情況中，一般採用一種使含氨基化合物和酸的混合物保持在預定溫度下並向其中加入亞硝酸鹽或其水溶液的方法。JP-B-61-1056、JP-B-60-35331和JP-A2000-86583也明確提出加入亞硝酸鹽同時使胺和酸保持在預定溫度下的方法是優選的反應方式。
然而，根據本發明人的研究，已經發現當採用這種被普遍認為是優選反應方式的方法來製備式(2)的氟化亞二甲苯基二胺化合物時，也就是說，加入亞硝酸鹽同時使氟化亞二甲苯基二胺化合物和酸保持在預定溫度下，產物沉澱，並且由於反應過程中生成氮氣，所以出現發泡。因此，這種方法不是一種完全令人滿意的工業用反應方式。需要更加先進的製備方法，但這樣的改進方法目前還不知道或者未清楚地描述過。在這樣的情形下，上述問題仍然未得到解決。
本發明解決的問題本發明的目的在於提供一種製備在農業或醫藥化學品生產中用作起始原料或中間體的氟化苯二甲醇化合物的方法，其可以以工業有利的方式實施。本發明還提供一種該製備方法的改進方案。
解決問題的方式本發明包括下列內容。
一種製備氟化苯二甲醇化合物的方法，包括還原式(1)所示氟化苯二腈化合物的腈基 (其中X代表氯原子或氟原子，m代表0-3的整數，條件是當m等於或大於2時，X可以相同或不同)，得到式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物 (其中X和m具有與上述定義相同的含義)，然後轉化氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基成為羥甲基，生產式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物
(其中X和m具有與上述定義相同的含義)。
[1]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基向羥甲基的轉化是通過製備含有式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物和亞硝酸鹽的混合物，並且隨後向其中加入酸並與酸反應來進行的。
[2]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中酸是下式(4)所示的羧酸R-COOH(4)(其中R代表具有1-8個碳原子的烷基或具有6-8個碳原子的芳基)。
[3]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的羧酸是乙酸。
[3]或[4]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中在加入酸之後，進行水解。
[5]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中用鹼金屬的碳酸鹽或碳酸氫鹽進行水解反應。
上述[1]-[6]任一項中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中在為得到式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物所進行的還原式(1)所示的氟化苯二腈化合物的腈基中，還原反應是通過氫在金屬催化劑的存在下進行的。
[7]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的金屬催化劑是海綿鎳。
[8]中所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的海綿鎳在用於反應中之前在溶劑中氫氣壓下加熱並攪拌。
[7]-[9]中任一項所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所用金屬催化劑的量是氟化苯二腈化合物的0.01-1倍。
[1]-[10]中任一項所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中式(1)所示的氟化苯二腈化合物是四氟對苯二腈或四氟間苯二腈，式(3)所示的相應氟化苯二甲醇化合物是2，3，5，6-四氟苯二甲醇或2，4，5，6-四氟苯二甲醇。
實施本發明的方式下面詳細描述本發明。
在本發明中用作起始物的式(1)所示的氟化苯二腈化合物是商業上可提供的並很容易買到。式(1)中兩個腈基的結合位置沒有限制。
式(1)所示的氟化苯二腈化合物的具體實例包括四氟間苯二腈、四氟對苯二腈、四氟鄰苯二腈和2，4，6-三氟-5-氯間苯二腈。
為了將本發明的式(1)所示的氟化苯二腈化合物還原為式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物(此後有時也稱作″還原反應″)，可以採用常規已知反應。具體而言，優選一種用氫在氫化催化劑的存在下還原化合物的方法。所述氫化催化劑的實例包括金屬催化劑，例如鎳、鈀、鉑、釕、鈷和銅。催化劑可以是金屬本身或者可以是載體催化劑。可以使用的載體是活性炭、二氧化矽、氧化鋁等。催化劑的具體優選實例包括海綿鎳、海綿鈷和鈀/活性炭。
在用海綿鎳或海綿鈷作為催化劑的情形中，所述的催化劑優選在還原反應之前經過預處理，由此提高活性和選擇性。催化劑的預處理是通過在氫氣壓下在該催化劑重量1-20倍的溶劑中加熱並攪拌催化劑。氫氣壓沒有具體限制，可以是大氣壓至加壓，但該反應優選在氫分壓為大氣壓-1MPa下進行。反應溫度優選是30-150℃，更優選60-150℃。催化劑預處理中使用的溶劑的實例包括醇，例如甲醇、乙醇和2-丙醇；醚，例如1，4-二噁烷、1，3-二氧戊環和四氫呋喃；芳烴，例如苯、二甲苯、甲苯和1，3，5-三甲基苯；和脂族烴，例如己烷或環己烷；並且這些可以單一溶劑或者是其兩種或多種混合溶劑的形式使用。其中，優選甲醇、1，4-二噁烷和1，3-二氧戊環。
氫化催化劑的用量基於式(1)所示的氟化苯二腈化合物的重量計優選是其0.01-1倍，更優選0.1-0.5倍。
本發明還原反應所用溶劑的實例包括醇例如甲醇、乙醇和2-丙醇，醚例如1，4-二噁烷、1，3-二氧戊環和四氫呋喃，芳烴例如苯、二甲苯、甲苯和1，3，5-三甲基苯，脂族烴例如己烷和環己烷，並且這些可以單一溶劑或者是其兩種或多種混合溶劑的形式使用。其中，優選甲醇、1，4-二噁烷、1，3-二氧戊環和甲苯。溶劑的量基於式(2)所示氟化苯腈化合物重量計優選是其1-100倍，更優選2-20倍。
反應方式沒有特別限定，但可以採用催化劑懸浮液流動控制系統、固定床流動控制系統、噴淋床系統或間歇式系統。
雖然反應溫度沒有特別限制，該反應優選在常溫至約150℃下進行。雖然該反應的壓力可以是大氣壓至加壓，該反應優選在大氣壓-2Mpa，更優選在大氣壓-1MPa的壓力下進行。
按照本發明的還原反應製備的式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物可以在還原反應之後通過例如過濾、離心或沉澱從反應溶液分離出催化劑，並且隨後蒸餾或萃取殘餘物來進行分離和純化，或者該化合物可以無需分離用在下面過程中。
式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的具體實例包括2，4，5，6-四氟亞二甲苯基二胺、2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺、2，3，4，5-四氟亞二甲苯基二胺和2，4，6三氟-5-氯亞二甲苯基二胺。
本發明的式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基向羥甲基轉化得到式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物的反應是通過氟化亞二甲苯基二胺化合物與亞硝酸鹽在酸的存在下進行的(此後有時稱作″重氮化反應″)。由於從亞硝酸鹽和酸生成亞硝酸，氨基被轉化為重氮化合物。該反應稱作重氮化反應。由此得到的重氮化合物因水而分解產生氮，並由此生成羥基。
本發明用的重氮化反應可以利用一般反應方式進行，使含氨基化合物和酸的混合物保持在預定溫度下並向其中加入亞硝酸鹽或亞硝酸鹽水溶液。然而在這種情況中，沉澱出產物並由於反應過程中產生的氮，該反應溶液可能會出現液面的突爆或類似情形，因此在工業中實施需要非常小心。重氮化反應適宜通過一種加料順序與上述常規方法相反的方法來完成，也就是說，製備式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物和亞硝酸鹽的混合物，然後向其中加入酸。在利用這種方法的情況中，製成的氟化苯二甲醇化合物在反應溶液中不會沉澱並且該反應溶液可以防止出現發泡。
利用上述一般性重氮化反應的反應方式所遇到的起泡現象似乎歸因於產物氟化苯二甲醇化合物所特有的性質，更加具體地說是，二甲醇的高熔點和在反應溶液中的低溶解度，這是因為產物已被氟化。例如，氟化苄醇的熔點在2，3，6-三氟苄醇下是43-44℃且在五氟苄醇下是32℃。另一方面，2，3，5，6-四氟苯二甲醇的熔點等於或大於120℃。所以，氟化苯二甲醇的熔點與氟化苄醇相比大大提高。此外，1，4-苯二甲醇室溫下在水中的溶解度為約57g/L，而2，3，5，6-四氟苯二甲醇室溫下在水中的溶解度為約25g/L。因此，與苯二甲醇的溶解度相比，氟化苯二甲醇的溶解度明顯低。此外，在用羧酸作為本發明的重氮化反應的酸時，生成的一-和二-羧酸酯在水中溶解度非常低的事實也被認為是問題的原因。
本發明的重氮化反應所用的亞硝酸鹽優選是亞硝酸鈉或亞硝酸鉀。亞硝酸鹽的用量基於式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的摩爾計優選是2-5倍，更優選2-3倍。
反應所用的酸是無機酸或式(4)所示的羧酸。無機酸的實例包括硫酸、硝酸和磷酸，羧酸的實例包括甲酸、乙酸和丙酸。
無機酸或羧酸的用量基於式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的摩爾計是2-5倍，更優選2-2.5倍。
為了在本發明的重氮化反應之後使生成的重氮化合物分解為羥基，需要水，而在重氮化反應時產生的水可以起到這種作用。在採用製備式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物和亞硝酸鹽的混合物且隨後向其中加入酸的重氮化反應方式中，優選在向式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物和亞硝酸鹽的混合物中加入酸之前加入水，因為可以達到充分攪拌。在這種情況中，水的加入量基於式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的重量計優選是1-20倍，更優選2.5-10倍。
該反應溫度沒有特別限制，但優選0-100℃，更優選0-50℃。優選將式(2)的氟化亞二甲苯基二胺化合物、亞硝酸鹽和水設定在上述範圍內的反應溫度下，並在保持該溫度下加入酸。所述的酸可以其自身加入，或者以水溶液的形式加入。在用無機酸作為酸的情況中，得到式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物，在用式(4)所示的羧酸作為酸時，式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物的一-和二-羧酸酯與目標式(3)所示的氟化苯二甲醇共存。從這些一-和二-羧酸酯，通過水解一-和二-羧酸酯可以得到式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物。在滴加酸完畢之後，當在相同溫度或加熱下攪拌該溶液時，進行水解反應。水解反應也可以通過加入鹼來進行。加入的鹼沒有特別限制但優選弱鹼，例如碳酸氫鈉或碳酸氫鉀。
本發明的反應完畢之後，所得式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物可以通過萃取、溶劑蒸餾或重結晶來分離和純化。
式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物的具體實例包括，例如2，4，5，6-四氟苯二甲醇、2，3，5，6-四氟苯二甲醇、2，3，4，5-四氟苯二甲醇和2，4，6-三氟-5-氯苯二甲醇等化合物。
本發明的效果按照本發明的製備方法，可以以工業上有利的方式製備在農業或醫藥化學品的生產中用作中間體等的氟化苯二甲醇化合物。
實施例參照實施例對本發明加以描述，但本發明不以任何方式受到這些實施例的限制。
實施例1[2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺的合成]
向500ml容積不鏽鋼製高壓釜加入5.0g海綿鎳催化劑R210(NIKKO RIKA生產)和50g甲醇，隨後室溫下使其中的氫壓設定在0.2MPa。開始加熱和攪拌高壓釜，當溫度達到110℃時，高壓釜在該溫度下保持1小時且隨後冷卻。向高壓釜中加入20.0g(100mmol)2，3，5，6-四氟對苯二腈和125g甲醇，此後室溫下將其中氫氣壓設定在0.85MPa。在壓力保持在0.85MPa的同時，開始加熱和攪拌該加壓釜。1小時後溫度達到80℃，氫吸收中止。隨後，冷卻該反應溶液，通過過濾除去催化劑，通過蒸餾除去溶劑並在減壓下蒸餾殘餘物，從而得到18.3g 2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺，為白色結晶。由GC面積百分比測定的純度是99.2％，收率87.2％。
實施例2[2，3，5，6-四氟苯二甲醇的合成]向帶有溫度計、攪拌單元、氮氣入口和回流冷凝器的200ml容積的燒瓶內加入10.4g(50.0mmol)實施例1中合成的2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺、50g水和10.35g(150.0mmol)亞硝酸鈉，在室溫下將該混合物攪拌30分鐘。隨後，反應器在水浴中冷卻下，在60分鐘內滴加7.51g(125.0mmol)乙酸，同時保持反應體系的內部等於或低於40℃。乙酸加入完畢之後，加入0.8g碳酸氫鈉，並將該混合溶液進一步在40℃下攪拌60分鐘。所得反應溶液用10.0g甲乙酮萃取，有機相用5.0g 5重量％硫酸水溶液洗滌，此後通過蒸餾除去甲乙酮，從而得到9.1g 2，3，5，6-四氟苯二甲醇，為白色結晶。
從GC面積百分比測定的純度是98.9％，收率是85.7％。
實施例3[2，3，5，6-四氟苯二甲醇的合成]向帶有溫度計、攪拌單元、氮氣入口和回流冷凝器的200ml容積的燒瓶內，加入10.4g(50.0mmol)實施例1中合成的2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺、50g水和10.35g(150.0mmol)亞硝酸鈉，將該混合物在室溫下攪拌30分鐘。此後，反應器在水浴冷卻下，在60分鐘內滴加6.13g(62.5mmol)硫酸，同時保持反應體系的內部等於或低於40℃。所得的反應溶液用10.0g的甲乙酮萃取，有機相用5.0g 5重量％硫酸水溶液洗滌，此後通過蒸餾除去甲乙酮，從而得到7.9g的2，3，5，6四氟苯二甲醇，為白色結晶。從GC面積百分比測定的純度是98.3％，收率為73.9％。
實施例4[2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺的合成]向500ml體積不鏽鋼製高壓釜中加入5.0g海綿鎳催化劑R210(NIKKO RIKA製造)、20.0g四氟對苯二腈和175g甲醇，此後室溫下將其中的氫壓設定在0.85MPa。在保持壓力為0.85MPa的同時，開始加熱和攪拌高壓釜。50分鐘之後溫度達到80℃，氫吸收中止。此後，冷卻該反應溶液，通過過濾除去催化劑，通過蒸餾除去溶劑且在減壓下蒸餾殘餘物，從而得到10.3g白色結晶。所得白色結晶通過GC分析，發現是2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺和2，3，5，6-四-4-氰基苄胺的混合物。2，3，5，6四氟亞二甲苯基二胺與2，3，5，6-四氟-4-氰基苄胺的GC面積比是23/77。
實施例5[2，3，5，6-四氟苯二甲醇的合成]向帶有溫度計、攪拌單元、氮氣入口和回流冷凝器的200ml容積的燒瓶內，加入10.4g(5.0mmol)實施例1中合成的2，3，5，6-四氟亞二甲苯基二胺、50g水和9.0g(150.0 mmol)乙酸，該混合物在室溫下攪拌30分鐘。此後，反應器在水浴中冷卻下，滴加21.56g(125.0mmol)40重量％亞硝酸鈉水溶液，同時保持反應體系的內部等於或低於40℃。當將約30％的亞硝酸鈉水溶液加入到該反應體系時，該體系沉澱出不溶性組分並出現劇烈發泡。因此，停止亞硝酸鈉水溶液的滴加直至泡沫平靜。發泡消失後，重新開始滴加亞硝酸鈉水溶液，但泡沫再次產生。重複在發泡消失後重新開始滴加亞硝酸鈉的操作並且經5小時和20分鐘後，滴加完畢。所得反應溶液用10.0g甲乙酮萃取，有機相用5.0g 5重量％硫酸水溶液洗滌，此後通過蒸餾除去甲乙酮，從而得到8.9g的2，3，5，6-四氟苯二甲醇，為白色結晶。由GC面積百分比測定的純度是97.9％，收率為82.9％。
權利要求
1.一種製備氟化苯二甲醇化合物的方法，包括還原式(1)所示的氟化苯二腈化合物的腈基 (其中X代表氯原子或氟原子，m代表0-3的整數，條件是當m等於或大於2時，X可以相同或不同)，得到式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物 (其中X和m具有與上述定義相同的含義)，然後將該氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基轉化為羥甲基生成式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物 (其中X和m具有與上述定義相同的含義)。
2.權利要求1所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基向羥甲基的轉化是通過製備含有式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物和亞硝酸鹽的混合物，並且隨後向其中加入酸並與酸反應來進行的。
3.權利要求2所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的酸是下式(4)所示的羧酸R-COOH (4)(其中R代表具有1-8個碳原子的烷基或具有6-8個碳原子的芳基)。
4.權利要求3所述的製備氟化苯二甲醇化合物，其中所述的羧酸是乙酸。
5.權利要求3或4所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中在加入酸之後，進行水解。
6.權利要求5所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中用鹼金屬的碳酸鹽或碳酸氫鹽進行所述的水解反應。
7.權利要求1-6任一項所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中在為得到式(2)所示的氟化亞二甲苯基二胺化合物所進行的還原式(1)所示的氟化苯二腈化合物的腈基中，還原反應是通過氫在金屬催化劑的存在下進行的。
8.權利要求7所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的金屬催化劑是海綿鎳。
9.權利要求8所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的海綿鎳在用於所述反應之前在溶劑中於氫壓下加熱並攪拌。
10.權利要求7-9任一項所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中金屬催化劑的用量是所述氟化苯二腈化合物重量的0.01-1倍。
11.權利要求1-10任一項所述的製備氟化苯二甲醇化合物的方法，其中所述的式(1)所示的氟化苯二腈化合物是四氟對苯二腈或四氟間苯二腈，相應的式(3)所示的氟化苯二甲醇化合物是2，3，5，6-四氟苯二甲醇或2，4，5，6-四氟苯二甲醇。
全文摘要
本發明提供以工業上有利的方式製備在農業和醫藥化學品生產中作為起始原料或中間體的氟化苯二甲醇化合物的新方法。本發明的製備氟化苯二甲醇化合物的方法包括還原氟化苯二腈化合物的腈基得到氟化亞二甲苯基二胺化合物，隨後使氟化亞二甲苯基二胺化合物的氨甲基轉化為羥甲基。
文檔編號C07C33/26GK1440380SQ01812286
公開日2003年9月3日 申請日期2001年7月3日 優先權日2000年7月4日
發明者村上正敏, 須山右石, 森川宏平 申請人:昭和電工株式會社