無添加有機溶劑條件下囟優吡澱鹽的催化烷基化的製作方法

2023-06-09 09:56:21 1

專利名稱:無添加有機溶劑條件下囟優吡澱鹽的催化烷基化的製作方法
本發明涉及一種氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物(Ⅰ)的製備方法，
其中每個X獨立地代表氫或囟素，Y是氫、囟素或-NR3R4，式中R3和R4各自獨立地是氫或低級烷基，R1是氫或甲基，而且R2是低級烷基;
所說的方法包括在催化量相轉移催化劑存在下和無添加有機溶劑條件下，使含式Ⅱ之囟代吡啶鹽(Ⅱ)的水漿與大約等摩爾量的式(Ⅲ)囟代酯接觸，然後回收所說的氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物;所說的式Ⅱ囟代吡啶鹽結構為
式中M⊕代表鹼金屬、鹼土金屬或銨;
所說的式(Ⅲ)囟代酯為
式中R1和R2定義如上，而且Z是氯、溴、碘、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或對溴苯磺酸酯基。
優選每個X是氯、Y是氫、R1是氫、R2是乙基或異丙基以及Z是氯或溴。所說的相轉移催化劑優選季銨鹽，最好是溴化四正丁銨。
本發明方法的優點是可以使用含有囟代吡啶的鹼金屬鹽、鹼土金屬鹽或銨鹽及水的混合物而不必加入有機溶劑。本發明的另一個優點是由於減少了其必需的製備步驟數目而簡化了氧-烷基化的囟代吡啶鹽的製備方法。
本文中使用的術語「低級烷基」是指含有1-8個碳原子的直鏈或支鏈飽和烴部分(即具有碳-碳單鍵的烴類)，例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁基、戊基和己基。
術語「相轉移催化劑」指的是通過一相向另一相轉移而催化某反應的物質。適於進行本發明方法的相轉移催化劑包括季銨鹽和鏻鹽類、醚類和例如三丁胺之類叔胺類。
適於用作催化劑的所說季銨鹽和鏻鹽類，主要包括在本發明中可以使用的已知種類的季銨鹽和鏻鹽化合物。適用的季銨鹽和鏻鹽，在25℃下於所說的液體反應介質中的最低溶解度可以至少為1(重量)%，而且總聚集碳含量通常至少為4個碳原子，優選值為12-31個碳原子。所說的銨鹽和鏻鹽可以表示為式式中R1′-R4′是烴基(例如烷基、芳基、烷芳基、芳烷基和環烷基)而且Q+是氮或磷的季原子。此外，R1′和R2′可以共同形成一個五無或六元雜環化合物，在其環上至少有一個季氮原子或季磷原子，而且在該環內也可以含有一個非鄰近的氮、氧或硫原子。R1′-R2′通常是1-12個碳原子的烴基。A-是一個惰性的中和陰離子而且為了方便起見可以變化。所謂惰性的是指在本方法中惰性。氯和溴的陰離子是優選的陰離子，而且其它適用的陰離子例如包括氟離子、碘離子、硫酸氫根、乙酸根、甲苯磺酸根和苯甲酸根。下列化合物是舉出說明的化合物;四烷基銨鹽，如四正丁銨、四己銨、三正丁基甲基銨、十六烷基三甲基銨、三辛基甲基銨和三癸基甲基銨的氯化物、溴化物、酸式硫酸鹽和甲苯磺酸鹽;芳烷基銨鹽，例如氯化四苄銨，苄基三甲銨、苄基三乙銨、苄基三丁銨和苯乙基三甲銨和氯化物和溴化物;芳基銨鹽，例如三苯基甲基銨的氟化物、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-甲基苯胺的硫酸氫鹽、三甲基萘銨氯化物、對甲基苯基三甲銨的氯化物和甲苯磺酸鹽;環上至少含有一個季氮原子的五元和六元雜環化合物，例如N-甲基吡啶鎓氯化物或甲基硫酸鹽，N-己基吡啶鎓碘化物，(4-吡啶基)-三甲銨氯化物，1-甲基-1-氮雜雙環[2.2.1]庚烷溴化物，N，N-二丁基嗎啉鎓氯化物，N-乙基噻唑鎓氯化物和N-丁基吡咯鎓氯化物，以及相應的鏻鹽。
目前優選的是銨鹽而不是鏻鹽，因為銨鹽成本低、易買到。適用的催化劑是苄基三乙銨鹽、四正丁基銨鹽和三正丁基甲基銨鹽，最好是四正丁銨鹽。
本方法中使用少量但卻是催化量的相轉移催化劑。例如，按反應物計使用0.1-20摩爾%的相轉移催化劑適宜，通常優選0.1-10摩爾%，更優選1-5摩爾%。
在囟化吡啶的鹼金屬鹽反應物與囟代酯反應之前和反應期間內使用鹼和(或)緩衝劑製備此反應物並使之保持在陰離子形式下或鹽形式下。所說的鹼或緩衝劑也將保持囟代酯以及由它們生成的所說氧-烷基化囟化吡啶鹽(Ⅰ)對於水解的穩定性。所說的鹼和(或)緩衝劑可以表示為MT式中M獨立地代表鹼金屬(Na、K、Li)和鹼土金屬(Ca、Mg)或銨(NH4)或任何適用的抗衡陽離子，而且T獨立地代表羥基(OH)、碳酸氫根(HCO3)、碳酸根(CO3)、磷酸根(PO4)、磷酸氫根(HPO4)、磷酸二氫根(H2PO4)和硼酸根(BO3)或適於提供適宜pH值的任何其它陰離子。鹼和(或)緩衝劑在本方法中的使用量，相對於每摩爾囟代吡啶酚可以從1到1.5摩爾鹼和(或)緩衝劑(鹼或緩衝劑的摩爾數∶吡啶酚的摩爾數)變化，優選值約1.1∶1。
式(Ⅱ)的囟代吡啶鹽與式(Ⅲ)的囟代酯，可以在大約等摩爾比條件下，即從0.90∶1～1.5∶1(囟代酯∶囟代吡啶鹽)，優選約1.15∶1條件下加以接觸。
在室溫至120℃溫度下，優先在60-80℃溫度下使所說的囟代吡啶鹽與所說的囟代酯接觸。通常在大氣壓下，在攪拌或其它方式攪動條件下進行所說的接觸。
所說的「漿」是指水與不可缺少的式(Ⅱ)的囟代吡啶鹽的均勻混合物或不均勻混合物。
與囟代吡啶鹽一起使用的水量，應當使所說水漿中的囟代吡啶鹽濃度，按重量計可以為5-95%，優選為60-80%。所說的水漿可以含有一些對囟代吡啶鹽和囟代酯間的反應無有害影響的粗產物或雜質。所說的這些物質可以包括原位製備所說的吡啶鹽原料時的副產物，其中含有氯化鈉或溴化鈉。一般來說，當囟代酯的水解穩定性減小時，使用的水量較小。例如對於易於水解的甲基酯來說，其用水量比乙基酯為少。
式(Ⅱ)的囟代吡啶鹽是本領域中普通技術人員公知的，而且可以通過所需的囟代吡啶酚與大約10(重量)%的NaOH接觸的方法製備，生成含有所需鹼金屬的囟代吡啶鹽的含水混合物。利用傳統方法，例如脫水或過濾法可以把與囟化吡啶鹽混合的水量減少到所需的水平。
式(Ⅲ)的α-氯乙酸或溴乙酸(或丙酸)之烷基酯也是公知物質。使用α-氯乙酸的烷基酯類為佳，最好是α-氯乙酸的乙基酯或異丙基酯。
通過把囟代吡啶鹽和催化劑與稍過量(過量小於30摩爾%)的囟代乙酸酯加以混合及加熱的方法，可以進行烷基化反應。所說合成份的混合順序對於實施本發明來說並不關鍵。當水含量相對於所說的吡啶鹽小於35%時，慢慢地將所說的吡啶鹽加到其餘成份中是有利的，這樣可以避免同時混合全部物質開始產生的那種高粘度現象。由於在此反應混合物中不加有機溶劑，所以是最好使所需的反應溫度保持在粗產物的熔點之上。
反應完全之後，利用傳統回收方法，例如相分離法、蒸餾法或重結晶法回收所需的式(Ⅰ)之氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物。水相中或包含在水相內的催化劑殘餘物及無機鹽，通常用例如簡單洗滌法、離子交換法或過濾法除去。
下列實施例以可以具體操作的方式詳細說明本發明。
實施例1
2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的製備在備有氣動攪拌器、溫度計套管和回流冷凝管的250ml園底燒瓶中加入96.5克(0.79摩爾)2-氯乙酸乙酯(ETCA)、5.7克(0.018摩爾)溴化四正丁銨(TBAB)、4克(0.038摩爾)碳酸鈉(Na2CO3)和3克(0.036摩爾)碳酸氫鈉(NaHCO3)。加熱此混合物至70℃溫度下。於1.5小時期間內向混合物中加入162克(0.68摩爾)92.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽(Na TCP)(含7.5%水)。加入3，5，6-三氯-2-吡啶鈉之後3小時，分析3，5，6-三氯-2-吡啶鈉的轉化率達100%。用加熱到70℃的250毫升水稀釋此混合物。對混合物進行相分離後得到196.7克粗有機產物，產率為92.1%，經分析此粗產物含90.1%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯。在所說的粗產物中，由3，5，6-三氯-2-吡啶鈉派生的混合物總量佔98%。
實施例2在一臺類似於實施例1中所述裝備的反應器中，混合90.1克(0.37摩爾)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽、21.6(0.37摩爾)氯化鈉Na Cl)、71.9克水，製成56(重量)%的囟代吡啶鹽水漿。向此漿液中加入3.12克(0.0097摩爾)溴化四正丁銨、1.25克Na HCO3)和2.5克Na CO3。此漿液加熱到65℃後加入53克(0.433摩爾)2-氯乙酸乙酯。2.5小時後，使溫度提高到70℃。經過11小時總反應時間後，分析此反應混合物測得3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽的轉化率為99.8%，用125毫升熱水稀釋反應混合物，相分離之後得到105.4克粗有機產物。經分析此粗產物含93.1%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯。粗產物產率為93.2%。以3，5，6-三氯-2-吡啶鈉為基本的產物量佔99%。
實施例3在裝備與實施例1所述類似的一臺反應器中，混合60克(0.21摩爾)77%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽、64克(1.09摩爾)Na Cl、171克水，得到21(重量)%的囟代吡啶鹽水漿。向此漿液中加入2.65克(0.008摩爾)TBAB和2.65克Na2HCO3。當漿液溫度達到75℃後，加入31.7克(0.26摩爾)2-氯乙酸乙酯。4小時後，使反應混合物溫度提高到80℃。經過7小時總反應時間後，混合物經分析得3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽的轉化率為98%。接著用100毫升水稀釋此混合物，相分離後得到57.4克粗有機產物。經分析粗產物中含89.9%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯，粗產物產率為86.9%。醋產物中以3，5，6-三氯-2-吡啶鈉為基礎的產物之總量佔95%。
實施例4在裝備與實施例1所述類似的一臺反應器中，混合36.6克(0.15摩爾)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽、8.9(0.15摩爾)Na Cl和120克水，得到22(重量)%囟代吡啶鹽漿液。在此漿液中加入2.9克Na HCO3、2.35克(0.0045摩爾)61.5%的溴化四正丁銨和26.2克(0.19摩爾)2-氯乙酸異丙酯。混合物在70℃下加熱24小時，使轉化率達到98%。加入約0.5克Na2CO3後再繼續加熱2小時，使轉化率達到100%。相分離後得到45.6克粗有機產物，經分析其中含89%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸異丙酯，粗產物產率為90.6%。
實施例5在裝備與實施例1所述類似的一臺反應器中，混合25克(0.1摩爾)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽、10.8克(0.2摩爾)溴化鈉(Na Br)和90克水，得到20(重量)%的囟代吡啶鹽水漿。在此漿液中加入1克(0.0031摩爾)溴化四正丁銨、1克Na2CO3和21.7克(0.13摩爾)2-溴乙酸乙酯。72℃下經2小時後，轉化率為100%。相分離後得到30.6克有機產物，經分析其中含89%的2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯，粗產物產率為93.4%。以3，5，6-三氯-2-吡啶鈉為基礎的化合物總量佔99%。
實施例6在裝備與實施例1所述類似的一臺反應器中，混合25.2克(0.105摩爾)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽、6.2克(0.105摩爾)Na Cl和90克水，得到一種20(重量)%囟代吡啶鹽水漿。在此漿液中加入1.5克NaCO3、2克(0.0054摩爾)碘化四正丁銨和16.1克(0.131摩爾)2-氯乙酸乙酯。70℃下反應7小時後，3，5，6-三氯-2-吡啶鈉轉化為2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯轉化率為96%。
實施例7在裝備與實施例1所述類似的一臺反應器中，混合25.2克(0.105摩爾)90.5%的3，5，6-三氯-2-吡啶鈉、6.2克(0.105摩爾)Na Cl和90克水，得到一種20(重量)%的囟代吡啶鹽漿液。在此漿液中加入1.5克Na2CO3、16克(0.131摩爾)2-氯乙酸乙酯和10.1克(0.0125摩爾)聚合催化劑。這種聚合催化劑是通過氯甲基化的大網絡交聯聚苯乙烯與三正丁胺反應得到的，因而形成苄基三正丁基銨氯化物的催化位點。經計算這種活性位點濃度為1.25毫摩爾/克。80℃下3小時後，3，5，6-三氯-2-吡啶鈉轉化為2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的轉化率為98%。
權利要求
1.一種氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物(Ⅰ)的製備方法，
其中每個X獨立地代表氫或囟素，Y是氫、囟素或-NR3R4，式中R3和R4各自獨立地是氫或低級烷基，R1是氫或甲基，而且R2是低級烷基；所說的方法包括在催化量相轉移催化劑存在下和無添加有機溶劑條件下，使含囟代吡啶鹽(Ⅱ)的水漿與大約等摩爾量囟代酯(Ⅲ)接觸，然後回收所說的氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物；所說的囟代吡啶鹽(Ⅱ)結構為
式中M
代表鹼金屬、鹼土金屬或銨；所說的囟代酯(Ⅲ)的結構為
式中R1和R2定義如上，Z是氯、溴、碘、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或對溴苯磺酸酯基。
2.權利要求
1的方法，其中所用的囟代吡啶鹽分子中，每個X是氯，而且Y是氫。
3.權利要求
1的方法，其中所用的囟代酯分子中，R1是氫，R2是乙基或異丙基，並且Z是氯或溴。
4.權利要求
1的方法，其中用緩衝劑使所說的囟代吡啶鹽和囟代酯穩定化。
5.權利要求
4的方法，其中所說的緩衝劑是碳酸鹽。
6.權利要求
1的方法，其中所說的相轉移催化劑是季銨鹽。
7.權利要求
6的方法，其中所說的季銨鹽是溴化四正丁銨。
8.權利要求
1的方法，其中所說的溫度處於環境溫度至120℃範圍內。
9.權利要求
8的方法，其中所說的溫度處於60-80℃範圍內。
10.權利要求
1的方法，其中在所說水漿內的所說囟代吡啶鹽量處於5-95(重量)%範圍內。
專利摘要
一種製備氧-烷基化的囟代吡啶鹽化合物，例如2-(3，5，6-三氯-2-吡啶氧基)乙酸乙酯的方法，即在相轉移催化劑存在下和無添加有機溶劑條件下使2-氯乙酸乙酯與3，5，6-三氯-2-吡啶鈉鹽反應。
文檔編號C07D213/61GK87108082SQ87108082
公開日1988年7月6日 申請日期1987年11月30日
發明者蒂莫思·J·阿達威 申請人:陶氏化學公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan