Jednostupňový spôsob prípravy trimetoxytoluénu

Číslo patentu: 287042

Dátum: 21.09.2009

Autori: Fischer Rolf-hartmuth, Götz Norbert, Rösch Markus

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Opisuje sa spôsob prípravy trimetoxytoluénu vzorca (I), pri ktorom sa zodpovedajúce benzoové kyseliny, estery benzoových kyselín alebo anhydridy benzoových kyselín nechajú reagovať s vodíkom v prítomnosti katalyzátora.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka spôsobu prípravy trimetoxytoluénu hydrogenáciou kyseliny benzoovej a jej derivátov, napríklad esterov alebo anhydridov, pomocou vodíka v prítomnosti hydrogenačných katalyzátorov, ako sú katalyzátory kobaltu, niklu, ruténia alebo paládia.Je známe, že 3,4,5-trimetoxytoluén sa môže pripraviť bromáciou p-krezolu za vzniku 3,5-dibróm-4-hydroxytoluénu, pričom sa táto zlúčenina nechá reagovať s metoxidom sodným za vzniku 3,5-dimetoxy-4-hydroxytolućnu a tento sa napokon metyluje s použitím dimetylsulfátu za vzniku 3,4,5-trimetoxytoluénu (japonský patentový dokument J 5 6068-635, 12. nov. 1979, Mitsui Petrochemical lnd.). Nevýhodou tohto postupu j e to, že použitý bróm sa nakoniec získa ako vedľajší produkt vo forme bromidu alkalického kovu.Ak sa má napríklad pripraviť 3,4,S-trimetoxytoluen z kyseliny galovej (3 ,4,5-trihydroxybenzoová kyselina) alebo derivátov kyseliny galovej, redukciu karboxylovej skupiny (alebo príslušnej esterovej skupiny) na metylovú skupinu je až doteraz možné uskutočniť len v dvoch reakčných krokochV Liebigs Annalen der Chemie, Volume Z§§ (1972), strany 109 - 120, sa opisuje najskôr hydrogenácia alkylestcrov 3,4,5-trialkoxybenzoovej kyseliny s použitím tetrahydridohlinitanu lítneho za vzniku 3,4,5-trialkoxybenzylalkoholu, ktorý sa potom hydrogenuje vodíkom V ľadovej kyseline octovej ako rozpúšťadle V prítomnosti katalyzátorov paládia na aktívnom uhlí, pričom sa získa 3,4,5-trialkoxytoluén. Nevýhodou je potreba dvoch stupňov a tiež vznik hydratovaného oxidu hlinitého ako vedľajšieho produktu.V Chemische Beriehte, Volume 99 (1966), strany 227 - 230, je uvedené, že 3,4,5-trimetoxybenzonitril pripravený z 3,4,5-trimetoxybenzoovej kyseliny alebo jej derivátov sa môže nechať reagovat s terpénmi ako dononni vodíka v prítomnosti paládia na aktívnom uhlí ako nosiča, pričom sa získa 3,4,5-trimetoxytoluén. Nevýhodou je predovšetkým tvorba dehydrogenovauých terpćnov a amónnych solí ako vedľajších produktov.Cieľom predloženého vynálezu je vyvinúť jednostupňový spôsob hydrogenácie nesubstituovaných alebo alkyl-, alkoxy- alebo hydroxy-substituovaných benzoových kyselín a ich esterov a anhydridov za vzniku zodpovedajúcich derivátov toluénu, ktorý sa uskutočňuje vo vysokom výťažku a selektivite a bez vzniku anorganických vedľajších produktov.Zistili sme, že tento Cieľ sa dá dosiahnuť spôsobom prípravy trímetoxytoluénu všeobecného vzorca (I)pričom tento spôsob zahŕňa reakciu zodpovedajúcich benzoových kyselín, esterov benzoových kyselín alebo anhydridov benzoových kyselín s vodíkom pri vhodnej teplote a vhodnom tlaku v prítomnosti homogénnych alebo heterogénnych katalyzátorov.Teraz sa prekvapujúco zistilo, že reakcia podľa predloženého vynálezu sa môže uskutočňovať v jednom stupni a s vysokými výťažkami a selektivitami proti cieľovým produktom vzorca (I).Hydrogenačné katalyzátory používané podľa predloženého vynálezu výhodne obsahujú(a) najmenej jeden kov a/alebo zlúčeninu kovu (napríklad oxidy, nitridy alebo uhličitany kovov) zvolené zo skupiny zahŕňajúcej kobalt, nikel, ruténium a/alebo paládimn, a(b) od O do 30 hmotnostných, vztiahnuté na celkové množstvo zložiek (a) až (c), jedného alebo viacerých kovov alebo zlúčenin kovov zvolených zo skupiny zahŕňajúcej platinu, ródium, irídium, osmium, med, železo, striebro, zlato, chróm, molybdén, volfrám, mangán, rénium, zinok, kadmium, olovo, hliník, zirkón, cín,fosfor, kremík, arzén, antimón, bizmut a kovy vzácnych zemín, a tiež(c) od 0 do 5 hmotnostných, vztiahnuté na celkove množstvo zložiek (a) až (c), jednej alebo viacerých zlúčenín alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín,pričom celkové množstvo zložiek (a) až (c) predstavuje 100 hmotnostných.Jedno z možných uskutočnení katalyzátora obsahuje(a) najmenej jeden kov a/alebo zlúčeninu kovu (napríklad oxidy, nitridy alebo uhličitany kovov) zvolené zo skupiny zahŕňajúcej kobalt, nikel, ruténium a/alebo paládium, a(b) od 0,1 do 30 hmotnostných, vztiahnuté na celkové množstvo zložiek (a) až (c), jedného alebo viacerých kovov alebo zlúčenín kovov zvolených zo skupiny zahŕňajúcej platinu, ródiurn, irídiurn, osmium, med,železo, striebro, zlato, chróm, molybdén, volfrám, mangán, rénium, zinok, kadmium, olovo, hliník, zirkón,cín, fosfor, krerrnk, arzén, antimón, bizmut a kovy vzácnych zemín, a tiež(c) od 0,05 do 5 hmotnostných, vztialmuté na celkové množstvo zložiek (a) až (c), jednej alebo viacerých zlúčenín alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín.Predovšetkým výhodnými katalyzátormi sú také katalyzátory, v ktorých zložka (a) obsahuje najmenej jeden kov a/alebo zlúčeninu kovu zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej kobalt a nikel, vždy V rrmožstve od 5 do 100 hmotnostných. Výhodné sú taktiež katalyzátory, v ktorých zložka (a) obsahuje najmenej jeden kov a/alebo zlúčeninu kovu zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej rutćnium a paládium, vždy v množstve od 5 do 100 hmotnostných, vždy vztiahnuté na celkové množstvo zložiek (a) až (c).Predovšetkým výhodné katalyzátory zahŕňajú ako zložku (b) najmenej jeden kov alebo zlúčeninu kovu,zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej striebro, med, molybdén, mangán, rénium, olovo a fosfor, vždy v nmožstve od 0 do 25 hmotnosti-tých, vztiahnuté na celkové množstvo zložiek (a) to (c).Predovšetkým výhodné katalyzátory obsahujú ako zložku (c) najmenej jednu zlúčeninu alkalického kovu alebo kovu alkalických zemín zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej litium, sodík, draslík, cézium, horčík a vápnik, vždy v množstve od 0 do 5 hmotnostných, vztiahnute na celkové množstvo zložiek (a) až (c).Špeciñcky výhodné katalyzátory obsahujú len zložku (a) a neobsahujú žiadne zložky (b) a (c).Predovšetkým výhodné katalyzátory obsahujú ako zložku (a) kobalt alebo zlúčeninu kobaltu.Výhodné sú tiež katalyzátory, ktoré ako zložku (a) obsahujú paládium alebo zlúčeniny paládia.Ako výehodiskové materiály sa môžu použit najmä zlúčeniny vzorca (II)03 (II), kde R znamená vodík, alkylový zvyšok obsahujúci napríklad jeden až dvanásť atómov uhlíka, arylový zvyšok, cykloalkylový zvyšok, heterocyklický zvyšok alebo zvyšok -CO-RŽ kde R znamená alkylový zvyšok obsahujúci napríklad jeden až šesť atómov uhlíka.Ak sa ako výehodiskové materiály použijú anhydridy karboxylových kyselín vzorca (II), kde R -CO-Rl,predovšetkým výhodné sú katalyzátory, ktoré ako zložku (a) obsahujú paládium.Katalyzátory sa môžu použiť ako homogénne katalyzátory v rozpustenej forme alebo ako heterogénne katalyzátory. Heterogénnyrni katalyzátormi môžu byť katalyzátory na nosiči, cele-aktívne katalyzátory alebo Raneyove katalyzátory, ktoré sa používajú ako pevné lôžko, v suspenzovanej forme alebo ako fluídizované lôžko. Možnými nosnými materiálmi sú napríklad oxidy, ako je oxid hlinitý, oxid kremičitý, hlinitokremičitany, oxid lantanitý, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý, oxid horečnatý, oxid zinočnatý a zeolity a tiež aktívne uhlie alebo ich zmesi.Heterogénne katalyzátory sa vo všeobecnosti pripravia vyzrážaním prekurzorov zložky (a), prípadne spolu s prekurzormi zložky (b) (promótormi) a/alebo prípadne s prekurzormi stopovej zložky (c) v prítomnosti alebo bez prítorrmosti nosných materiálov (v závislosti od typu požadovaného katalyzátora), pripadne konvertovaním prekurzora katalyzátora ziskaného týmto spôsobom na vytláčané výrobky alebo pelety, jeho vysušením a jeho následným kalcinovaním. Katalyzátory na nosiči sa vo všeobecnosti môžu tiež získať impregnovaním nosiča s roztokom zložiek (a) a prípadne (b) a/alebo (c), pričom jednotlivé zložky sa môžu pridávať súčasne alebo postupne, alebo rozstrekovaním zložiek (a) a prípadne (b) a/alebo (c) na nosič s použitím postupov, ktoré sú dobre známe. Ak je to potrebné, môžu sa pri príprave katalyzátorov použit spoj ivá.Prekurzormi používanými pre zložky (a) sú vo všeobecnosti soli uvedených kovov, ktoré sú ľahko rozpustné vo vode, ako sú napríklad dusičnany, chloridy, octany, mravčany a sírany, výhodne dusičnany, 10Prekurzormi používanými pre zložky (b) sú vo všeobecnosti soli alebo komplexy uvedených kovov, ktoré sú ľahko rozpustné vo vode, ako sú napríklad dusičnany, chloridy, octany, mravčany a sírany, výhodne dusicnany.Prekurzormi používanými pre zložky (c) sú vo všeobecnosti soli uvedených alkalickýeh kovov a kovov alkalických zemín, ktore sú ľahko rozpustné vo vode, ako sú napríklad hydroxidy, uhličitany, dusíčnany,chloridy, octany, nlravčany a sírany, výhodne hydroxidy a uhličitany.Vyzrážanie sa vo všeobecnosti uskutočňuje z vodných roztokov, bud pridaním zrážacích činidiel, alebo zmenou hodnoty pH, alebo zmenou teploty.Kompozícia prekurzorov katalyzátora pripravená týmto spôsobom sa zvyčajne suší pri teplote od 80 do 150 °C, výhodne pri teplote od 80 do 120 °C.Kalcinácia sa zvyčajne uskutočňuje pri teplote od 150 do 500 °C, výhodne pri teplote od 200 do 450 °C,v prúde vzduchu alebo dusíka.Ak je to potrebné, povrch katalyzátora sa pasivuje, zvyčajne s použitím zmesí kyslíka/dusíka, ako je vzduch, pri teplote od 20 do 80 °C, výhodne pri teplote od 25 do 35 °C.Získaná kalcinovaná a prípadne pasivovaná kompozícia katalyzátora sa zvyčajne vystaví redukčnej atmosfére (aktivácia), napríklad jej vystavením prúdu plynu obsahujúcemu voľný Vodík, počas 2 až 60 hodín a pri teplote od 80 do 250 °C, výhodne pri teplote od 80 do 180 °C, v prípade katalyzátora na báze ruténia alebo paládia a/alebo zlúčenín ruténia alebo paládia ako zložky (a), alebo pri teplote od 150 do 500 °C, výhodne od 180 do 400 °C, V prípade katalyzátora na báze jedného alebo viacerých kovov a/alebo zlúčenín kovov zvolených zo skupiny zahŕňajúcej ako zložku (a) nikel a kobalt. Prúd plynu výhodne pozostáva z od 20 do 100 objemových vodíka a od O do 80 objemových inertného plynu, ako je dusík.Skutočnosť, že katalyzátor sa výhodne aktivuje priamo vnútri syntézneho reaktora, poskytuje výhody z hľadiska hospodámosti pri uskutočňovaní spôsobu.Hydrogenácia sa môže uskutočňovať vsádzkovo, ale výhodne sa uskutočňuje kontinuálne. V prípade kontinuálneho postupu sa tento môže uskutočňovať spôsobom v proti prúdu alebo po prúde, v plyrmej fáze alebo výhodne V kvapalnej fáze.Východiskové materiály vzorca (Il) sa môžu hydrogenovať ako masa, napríklad ako tavenina, alebo tiež ako roztok v rozpúšťadle.Vhodnými rozpúšťadlarní sú také rozpúšťadlá, ktoré majú postačujúcu schopnosť rozpúšťania pre východiskové materiály vzorca (II) a pre Cieľové produkty vzorca (I) a sú stabilné pri podmienkach hydrogenácíe. Príkladmi takýchto rozpúšťadiel sú étery, ako je tetrahydrofirrán, dioxán, tetrahydropyrán, polyetylénglykoldialkylétery alebo polyetylénglykolmonoalkylétery, alkoholy, ako je metanol, etanol, terc-butanol,cyklohexanol, voda, karboxylové kyseliny, fenoly, ako je katechol, rezorcinol, hydrochinón, pyrogalol a alkylétery týchto fenolov.Výhodnýmí rozpúšťadlami sú tetrahydrofurán, dioxán, tetrahydropyrán, polyetylénglykoldíalkylétery,polyetylénglykolmonoalkylétery, voda, kyselina octová a kyselina propiónová.Predovšetkým výhodnými rozpúšťadlamí sú voda, étery, predovšetkým eyklícké étery a polyetylénglykolmonoalkylétery alebo polyetylénglykoldialkylétery.Hydrogenácía V prítomnosti paládiového katalyzátora sa môže tiež výhodne uskutočňovať V karboxylových kyselinách, napríklad v CLQ-karboxylových kyselínách, ako je kyselina octová alebo kyselina propiónova.Hydrogenácia sa napríklad uskutočňuje v l až 60 -nom (hmotu.) roztoku východiskových materiálov vzorca (II) v uvedených rozpúšťadlách.Hydrogenácia sa výhodne uskutočňuje pri teplote vrozsahu od 20 do 260 °C apri tlaku od 1.105 do 300.105 Pa. V prítomnosti katalyzátora paládia alebo ruténia sa hydrogenácia výhodne uskutočňuje pri teplote od 20 do 150 °C a tlakoch od 1.105 do 150.105 Pa. V prítorrmosti katalyzátorov niklu a kobaltu je naproti tomu výhodné, ak sa hydrogenácia uskutočňuje pri teplote od 100 do 260 C a tlakoch od 50.105 do 300.105 Pa.Výhodné je, ak sa hydrogenácia uskutočňuje pri zvýšených tlakoch.Vodík používaný na hydrogenáciu sa zvyčajne používa v relatívne vysokom stechiometrickom nadbytku,vztiahnuté na východískové zlúčeniny vzorca (II).Môže sa nechať recirkulovat do reakčnej zmesi ako církulačný plyn. Vodík sa zvyčajne používa vo forme čistého technického vodíka. Ale prítonmost signíñkantných množstiev ínertných plynov, napríklad dusíka,nenarušuje reakciu.Zlúčeniny vzorca (I), ktoré sa môžu pripraviť spôsobom hydrogenácie podľa predloženého vynálezu, sú hodnotnými medziproduktmi, ktoré sa môžu použiť na výrobu farmaceutických produktov, čistých chemikálií a prípravkov na ochranu rastlín.Predložený vynález je obj asnený pomocou príkladov uskutočnenia vynálezu.Katalyzátor A 100 hmotn. Pd, ako 10 hmotn. Pd na aktívnom uhlí (Sigma-Aldrich Chemie GmbH) Katalyzátor B 65,4 hmotn. C 00 20,2 hmotn. CuO 8,3 hmotn. Mn 3 O 4 3,5 hmotn. M 003 2,4 hmotn. P 205 0,2 hmotn. Na 2 OKatalyzátor C 74,0 NiO 2,2 M 003 23,8 CuO na ZrOg ako nosičiPo naplnení elektricky vyhrievaného reaktora s kapacitou l liter katalyzátorom sa teplota zvýšila z laboratómej teploty na teplom 290 °C, rýchlosťou približne 20 °C za hodinu, pričom sa cez reaktor zavádzalo 300 l/h dusíka. Dusík sa potom nahradil vodíkom na obdobie 6 hodín. Na tento účel sa podiel vodíka každú hodinu zvyšoval o 50 l/h a súčasne sa podiel dusíka každú hodinu znížoval o 50 l/h. Keď dávka vodíka predstavovala 300 l/h vodíka, teplota reaktora sa zvýšila na 300 až 310 °C a udržiavala sa pri tejto hodnote počas 48 hodín, pričom sa cez reaktor zavádzalo 300 l/h vodíka. Po ochladení pod argónom sa katalyzátor vyberie a môže sa skladovať pod tetraetylénglykoldimetyléterom.Príprava trimetoxytoluénu vzorca (I)5,22 g derivátu kyseliny 3,4,5-trimetoxybenzoovej vzorca (II) R -CO-R R 1 OC 2 H 5 sa rozpustilo v 30 ml ľadovej kyseliny octovej a predložilo sa spolu s 0,62 g katalyzátora A do 50 ml autoklávu. Autokláv sa udržiaval pod tlakom 120.105 Pa vodíka pri laboratómej teplote. Zavádzal sa ďalší vodík v pravidelných intervaloch, až pokým tlak nezostal konštantný. Autokláv sa následne odvzdušnil a zistilo sa, že produkt obsahuje 81 hmotn. 3,4,5-trimetoxytoluénu a 4 hmotn. kyseliny 3,4,5-1 rimetoxybenzoovej.20 g kyseliny 3,4,5-trimetoxybenzoovej sa rozpustilo v 130 ml tetraetylén-glykoldimetyléteru a predložilo sa spolu s 5 g aktívneho katalyzátora B do autoklávu. Po niekoľkonásobnom prepláchnutí autoklávu vodíkom sa autokláv udržiava pod tlakom pri laboratómej teplotetlaku 50.105 Pa vodíka, obsahy autoklávu sa zahriali na teplom 180 °C a tlak vodíka sa zvýšil na 200.10 Pa. V pravidelných intervaloch sa zavádzal ďalší vodík, až pokým tlak nezostal konštantný. Dosiahla sa konverzia 97 hmotn. a v produkte sa našlo 74,6 hmotn. 3,4,5 ~trimetoxytoluénu.10 g kyseliny 3,4,5-trimetoxybenzoovej sa rozpustilo v 130 ml tetrahydrofuráuu apredložilo sa spolu s 2,5 g aktívneho katalyzátora B do autoklávu. Po niekoľkonásobnom pre láchnutí autoklávu vodíkom sa autokláv udržiaval pod tlakom pri laboratórnej teplote a tlaku vodíka 50.10 Pa, obsahy autoklávu sa zahriali na teplotu 180 C a tlak vodíka sa zvýšil na 200.105 Pa. V pravidelných intervaloch sa zavádzal ďalší vodík, až pokým tlak nezostal konštantný. Dosiahla sa konverzia 73,2 hmotu, a v produkte sa našlo 48,6 hmotn. 3,4,5-trimetoxytoluenu.2 g kyseliny 3,4,5-trimetoxybenzoovej sa rozpustilo v 130 ml vody a predložilo sa spolu s 1 g aktívneho katalyzátora C do autoklávu. Po niekoľkonásobnom prepláchnuti autoklávu vodikom sa autokláv udržiaval pod tlakom pri laboratórnej teplote a tlaku vodíka 50.105 Pa , obsahy autoklávu sa zahriali na teplom 180 °C a tlak vodíka sa zvýšil na 200.105 Pa. V pravidelných intervaloch sa zavádzal ďalší vodík, až pokým tlak nezostal konštantný. Dosiahla sa konverzia 68 hmotn. a v produkte sa našlo 53,3 hmotn. 3,4,5-trimetoxytoluénu.1. Jednostupňový spôsob prípravy 3,4,5-trimetoxytoluénu vzorca (I)

MPK / Značky

MPK: C07B 31/00, C07C 41/00

Značky: trimetoxytoluénu, spôsob, přípravy, jednostupňový

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-287042-jednostupnovy-sposob-pripravy-trimetoxytoluenu.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Jednostupňový spôsob prípravy trimetoxytoluénu</a>

Podobne patenty