二甲基苯基丙烯酸酯使用沸石的重排的制作方法

1.本发明涉及二甲基苯基丙烯酸酯的重排。


背景技术：

2.羟芳基酮类，特别是羟基苯乙酮，及其在芳环上带有甲基的衍生物对于许多工业应用具有重要意义。此类化合物可用于制药、农业、动物和人类营养以及香料行业领域中，以及在聚合物材料的制备中作为最终化合物或作为关键中间体。此外，羟芳基酮是有机合成中的重要合成子和中间体。可以衍生自羟芳基酮的此类分子的示例是杀真菌剂苯菌酮、镇痉剂夫洛丙酮、抗心律失常剂普罗帕酮、血管扩张剂依他苯酮和抗细菌剂绵马酚及其衍生物。
3.特别令人感兴趣的是具有两个结合到芳环上的甲基的羟芳基酮。
4.在已知用于制备此类羟芳基酮的许多转化中，通常导致形成邻羟基酮和对羟基酮的经取代的苯基酯的弗里斯重排(fries rearrangement)是最常见和合适的方法。参见，例如r.martin,organic preparations and procedures international,vol.24(4),pp.369-435(1992)；r.martin,“handbook of hydroxyacetophenones”,kluwer academic publishers,dordrecht,the netherlands,(1997)。
5.弗里斯重排可以通过使用路易斯酸(lewis acid)或布朗斯台德酸(acids.)来催化。
6.a.vogt et al.,applied catalysis a:general 123(1995),37-45公开了乙酸苯酯和乙酸对甲苯酯可以在各种沸石催化剂上重排并形成各种副产物。
7.沸石特别地用作一系列转化的催化剂，包括在石化行业中，例如在流化催化裂化和加氢裂化中。更多细节可见于综述et al.,angew.chem.int.ed.engl.27(1988),226-246。


技术实现要素：

8.因此，本发明要解决的问题是提供一种用于形成具有两个结合到芳环上的甲基的特定羟芳基酮的方法。
9.令人惊讶的是，已经发现根据权利要求1的方法允许以非常高的选择性和高转化率以及特别高的产率制备所需化合物。
10.已经观察到，通过本发明的方法仅在非常低的程度上形成了相应酚，所述相应酚是用作弗里斯重排的起始材料的苯基酯的水解产物。
11.特别地，已经发现考虑到结合至芳环的甲基的数量和位置，该方法是令人惊讶地非常特异的。
12.本发明的其他方面是其他独立权利要求的主题。特别优选的实施方式是从属权利要求的主题。
具体实施方式
13.在第一方面中，本发明涉及一种通过式(ii)化合物的重排来制备式(i)化合物的方法
[0014][0015]
其中
[0016]
r1和r2以及r3代表h或ch3；
[0017]
条件是，取代基r1或r2或r3中的恰好两个代表ch3；并且
[0018]
r代表c
1-3
烷基，优选地代表线性c
1-3
烷基；
[0019]
其特征在于所述重排是在具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石存在下执行的。
[0020]
为了清楚起见，本文件中使用的一些术语定义如下：
[0021]
在本文件中，“c
x-y
烷基”基团是包含x至y个碳原子的烷基，即例如，c
1-3
烷基是包含1至3个碳原子的烷基。烷基可以是直链或支链的。例如-ch(ch3)-ch
2-ch3被视为c4烷基。
[0022]
在若干式中存在用于符号或基团的相同标记的情况下，在本文件中，在一个特定式的上下文中作出的对所述基团或符号的定义也适用于包含所述相同标记的其他式。
[0023]
重要的是认识到本发明涉及式(ii)或(i)的化合物，其中恰好两个甲基结合至芳环。已经观察到，在化合物具有3个甲基(即r1＝r2＝r3＝ch3)的情况下，所需的重排反应没有发生，或者至少基本上没有足够地发生。
[0024]
此外，重要的是认识到芳环上的两个甲基的位置很重要。例如，甲基位置在3位和5位
[0025][0026]
—因此不被式(ii)涵盖—的相应二甲基苯丙酸酯，诸如3,5-二甲基苯基乙酸酯，已经是被观察到不足以，或至少基本上不足以展示所需的重排反应。
[0027]
结果，已经令人惊讶地发现，不仅沸石的类型，而且所用的特定底物(即式(ii)化
合物)，对本发明都是至关重要的。
[0028]
特别优选的是r代表甲基。
[0029]
特别优选的是r1、r2和r3的以下组合：
[0030]-r1＝r2＝ch3并且r3＝h
[0031]-r1＝r3＝ch3并且r2＝h
[0032]-r2＝r3＝ch3并且r1＝h。
[0033]
在一个优选实施方式中，r1＝r2＝ch3并且r3＝h。最优选的是r1＝r2＝ch3并且r3＝h，并且r是甲基。
[0034]
式(ii)化合物是本领域技术人员已知的，并且可以容易地制备。通常，式(ii)化合物可以通过用合适的酯化剂(esterification agent，ea)(例如相应的酰基卤或羧酸酐)酯化相应酚(式(ii-a))来合成：
[0035][0036]
优选地，式(ii)化合物是2,3-二甲基苯基乙酸酯、2,4-二甲基苯基乙酸酯或3,4-二甲基苯基乙酸酯，最优选2,3-二甲基苯基乙酸酯。
[0037]
沸石
[0038]
已知沸石是铝硅酸盐矿物，所述铝硅酸盐矿物可以取决于它们的类型和形式而表现出微孔、中孔和大孔。存在大量的天然和人造沸石，所述天然和人造沸石由国际沸石协会(international zeolite association,iza)根据其骨架结构用明确的三字母名称行分类，所述三字母名称在ch.baerlocher et al."atlas of zeolite framework types",5
th edition,elsevier,amsterdam 2001中进行了详细的编纂和描述。
[0039]
上述重排反应在具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石存在下发生。已经令人惊讶地观察到不同骨架的沸石不适合或明显不太适合用于重排反应。
[0040]
zeolyst international和clariant提供了具有fau骨架结构或*bea骨架结构的商业上合适的沸石，特别合适的是来自zeolyst international的商业沸石cp814e、cbv30、cbv712、cbv720、cbv780和来自clariant的hczb30、hcb150。优选的作为具有fau骨架结构的沸石的是来自zeolyst international的cbv720、cbv780。具有*bea骨架结构的优选沸石是来自clariant的hczb30。
[0041]
具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石优选具有在5与100之间，优选在6与60之间，更优选在10与45之间的si:al摩尔比。
[0042]
特别优选的是具有fau骨架结构的沸石。
[0043]
在所述用于制备式(i)化合物的方法中使用之前，沸石优选在空气中在至少400
℃，优选至少500℃的温度下加热达至少4小时，优选至少5小时的延长时段。
[0044]
式(ii)化合物的摩尔量优选在每克沸石0.5mmol至50mmol，优选2mmol至20mmol，更优选5mmol至10mmol的范围中。
[0045]
重排反应可以使用纯的式(ii)化合物或式(ii)化合物在合适溶剂中的溶液执行。
[0046]
因此，在一个优选实施方式中，在没有溶剂的情况下执行重排。
[0047]
在另一个甚至更优选的实施方式中，在溶剂存在下执行重排，所述溶剂选自由以下项组成的组：脂肪族烃、芳族烃、硝化脂肪族烃和硝化芳族烃，优选选自由以下项组成的组：c
5-12
烷烃、c
6-12
环烷烃和带有至少一个c
1-4
烷基和/或至少一个硝基的苯。
[0048]
特别优选的合适和优选的溶剂是选自由以下项组成的组的溶剂：甲苯、正癸烷、正己烷和硝基苯。
[0049]
优选地，溶剂是无水的。
[0050]
重排反应通常在能够承受高压的反应器中执行，例如在压力管式反应器或高压釜中执行。
[0051]
进一步优选的是，重排在80-300℃，特别是100-200℃，最优选120-180℃范围内的温度下执行。
[0052]
进一步优选的是，重排在惰性气体气氛下，特别是在氮气或稀有气体气氛下执行。
[0053]
已经表明上述方法是非常有效和特异的，即，已经表明可以得到非常高的转化率和非常高的选择性。
[0054]
特别地，已经表明形成式(i)化合物的选择性优选高于44％，更优选高于60％，最优选高于70％。
[0055]
特别地，已经表明，与使用其它类型的沸石或其它底物的反应相比，酯水解产物，即式(ii-a)的苯酚的形成大大减少。
[0056]
特别地，还已表明转化率为优选至少60％，更优选高于65％，甚至更优选高于70％，最优选至少90％。
[0057]
沸石可以容易地从上述方法的产物中分离，即式(i)化合物可以被容易地分离。
[0058]
在另一方面中，本发明涉及起始混合物，即涉及一种组合物，所述组合物至少包含：
[0059]-式(ii)化合物
[0060][0061]
和
[0062]-具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石。
[0063]
在上面讨论用于制备式(i)化合物的方法时，已经非常详细地公开了所述组合物的细节，特别是式(ii)化合物以及沸石的细节。这一组合物适合于上述用于形成式(i)化合物的重排反应。
[0064]
在另一方面中，本发明还涉及产物混合物，即在重排反应后的混合物，即一种组合物，所述组合物至少包含：
[0065]-式(i)化合物
[0066][0067]
和
[0068]-具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石。
[0069]
当在上面讨论用于制备式(i)化合物的方法时，已经非常详细地公开了所述组合物的细节，特别是式(i)化合物以及沸石的细节。式(i)化合物可容易地从此组合物中分离出，并可用于其它目的。
[0070]
如上所示，本发明的一个重要方面是具有fau骨架结构或*bea骨架的沸石可用于式(ii)化合物的化学转化反应，所述化学转化反应导致形成式(i)化合物。
[0071]
因此，本发明涉及具有fau骨架结构或*bea骨架结构的沸石在式(ii)化合物的化学转化反应中的用途。
[0072]
实施例
[0073]
本发明通过以下实验进一步说明。
[0074]
沸石
[0075]
以下沸石已经用于实验：
[0076]
mfi：cbv30241，zeolyst international：mfi骨架结构
[0077]
fau：cbv720，zeolyst international：fau骨架结构
[0078]
*bea：hczb30，clariant：*bea骨架结构
[0079]
所有沸石的si:al摩尔比都是约15。
[0080]
在催化测试之前，将所有沸石在823k的静态空气中煅烧(加热速率＝5k min-1
)5h。
[0081]
用于以下重排反应的一般工序
[0082]
以下重排反应都以相同的方式进行：
[0083]
重排在配备有磁力搅拌器和油浴的压力管式反应器(v＝21cm3，ace glass)中进行。将预干燥的催化剂(340mg，573k，0.1毫巴，12h)和底物(2.5mmol)在10cm3无水甲苯中的溶液加入到反应器中。在用ar(pangas，纯度5.0)替换空气三次后，将反应器在自生压力下加热至t＝423k保持6h。用冰水猝灭反应混合物，并将0.01cm3的反应混合物加入1cm3乙腈(99.9％，acroseal)中以供进一步分析。使用配备有agilent zorbax c18柱以及dad检测器和rid检测器两者的agilent 1260infinity hplc分析样品。将底物和产物的浓度参照相应
的纯标准进行校准。分别根据方程(1)和方程(2)计算转化率(xi)和产物选择性(si)。
[0084][0085][0086]
其中和分别是反应之前和之后底物的摩尔数，而是产物i的摩尔数。
[0087]
产率被计算为所需产物的转化率和选择性的乘积。
[0088]
2,3-二甲基苯基乙酸酯的重排反应((ii)：r1＝r2＝ch3并且r3＝h，r＝ch3)
[0089]
2,3-二甲基苯基乙酸酯已被用作如上所述的重排反应的底物。
[0090]
dp1：所需产物：式(i)：r1＝r2＝ch3并且r3＝h，r＝ch3)
[0091]
usp1：非所需的副产物：式(ii-a)：r1＝r2＝ch3并且r3＝h)
[0092][0093]
结果表明，具有fau和*bea骨架结构的沸石显示出优异的转化率和对重排反应的所需产物的高选择性的组合，而与当使用具有mfi类型的沸石时相比，非所需产物仅以显著较低的量形成。
[0094]
3,4-二甲基苯基乙酸酯的重排反应((ii)：r2＝r3＝ch3并且r1＝h，r＝ch3)
[0095]
3,4-二甲基苯基乙酸酯已被用作用于如上所述的重排反应的底物。
[0096]
dp2：所需产物：式(i)：r2＝r3＝ch3并且r1＝h，r＝ch3)
[0097]
usp2：非所需的副产物：式(ii-a)：r2＝r3＝ch3并且r1＝h)
[0098][0099]
结果表明，具有fau和*bea骨架结构的沸石显示出优异的转化率和对重排反应的
所需产物的高选择性的组合，而与当使用具有mfi类型的沸石时相比，非所需产物仅以显著较低的量形成。
[0100]
2,4-二甲基苯基乙酸酯的重排反应((ii)：r1＝r3＝ch3并且r2＝h，r＝ch3)
[0101]
2,4-二甲基苯基乙酸酯已被用作如上所述的重排反应的底物。
[0102]
dp3：所需产物：式(i)：r1＝r3＝ch3并且r2＝h，r＝ch3)
[0103]
usp3：非所需的副产物：式(ii-a)：r1＝r3＝ch3并且r2＝h)
[0104][0105][0106]
结果表明，具有fau和*bea骨架结构的沸石显示出优异的转化率和对重排反应的所需产物的高选择性的组合，而与当使用具有mfi类型的沸石时相比，非所需产物仅以显著较低的量形成。
[0107]
3,5-二甲基苯基乙酸酯的重排(比较)
[0108]
3,5-二甲基苯基乙酸酯用作如上所述的重排反应的底物。
[0109]
3,5-二甲基苯基乙酸酯
[0110]
dp3：所需产物：
[0111]
[0112][0113]
结果表明，对于这种底物(在苯环上具有两个甲基，但是取代模式与式(ii)或(i)化合物不同)，所有的沸石都具有非常低的转化率，并且形成了大量非所需的产物。
[0114]
2,3,5-三甲基苯基乙酸酯的重排(比较)
[0115]
2,3,5-三甲基苯基乙酸酯用作如上所述的重排反应的底物。
[0116]
2,3,5-三甲基苯基乙酸酯
[0117]
dp4：所需产物：
[0118][0119][0120]
结果表明，对于这种底物(在苯环上具有三个甲基)，所有测试的沸石都得到了低转化率，并形成了大量非所需的产物。没有发现所需产物的形成。
[0121]
4-甲基苯基乙酸酯的重排(比较)
[0122]
4-甲基苯乙酸酯(＝对甲苯基苯乙酮)已被用作如上所述的重排反应的底物。
[0123]
4-甲基苯基乙酸酯
[0124]
dp5：所需产物：
[0125][0126][0127]
结果表明，对于这种底物(在苯环上具有一个甲基)，具有fau和*bea骨架结构的沸石显示出中等至良好的转化率，然而，在相应转化率下所需产物的相应选择性低于使用式(ii)底物时的选择性。