碳环芳香醚的羟烷基化方法

专利名称：碳环芳香醚的羟烷基化方法
技术领域：
本发明涉及碳环芳香醚的羟烷基化方法。
本发明优选地涉及通过愈创木醇的羟甲基化反应来制备被称为“p-香草醇”的3-甲氧基-4-羟基苄基醇。
本发明还涉及制备的羟烷基化醚的氧化反应，特别是3-甲氧基-4-羟基苄基醇被氧化成通常所说的“香草醛”的3-甲氧基-4-羟基苯甲醛。
欧洲专利EP-A-0485613描述了酚，尤其是愈创木酚的对-羟甲基化反应，通过后者与甲醛，在醇类有机溶剂中，并且存在季铵化合物，如氢氧化四甲基铵的情况下进行反应。
除了必须在无水醇介质中反应之外，此方法的主要缺点是采用了价格高而必须在反应终止时回收的季铵化合物。
本发明提供了一种新方法，其采用了能够克服上述缺陷的多相催化剂。
现在我们发现了并同时也构成本发明一个目的的方法，其用于碳环芳香醚的羟烷基化反应，包括芳香醚与羰基化合物在存在催化剂情况下进行反应，其特征在于羟烷基化反应是在存在有效量沸石情况下进行。
本发明涉及碳环芳香醚。
在本发明下面的描述中，术语“碳环芳香醚”是指芳香碳环，其中直接键合在芳香环上的氢原子被醚基取代，术语“芳香”是指在文献中，特别是在Jerry MARCH，Advenced Orangic Chemistry，4thedition，JohnWiley and Sons 1992，pp.40ff中所指的通常概念上的芳香度。
更确切的说，本发明的一个目的是提供一种用于通式为(I)的碳环芳香醚的羟烷基化方法，通式(I)为 其中·A表示构成含有至少一个OR’基的一个单环或多环芳香碳环体系的全部或部分的环残基，这个环残基可以有一个或多个取代基；·R表示一个或多个相同或不同的取代基；·R’表示含有1到24个碳原子的烃基，可以是饱和或不饱和的、直链或支链的无环脂基；单环或多环的，和饱和的、不饱和的或芳香的环脂基；或者带环状取代基的饱和或不饱和，直链或支链脂基；·R’和R可以形成一个其可含有其它杂原子的环；·n是小于或等于4的数。
在本文中，为简单起见，术语“烷氧基”是指-O-R’型基团，其中R’的含义如上所述。因此R’表示饱和的、不饱和的或芳香的、无环的或脂环的脂肪基和带环状取代基的饱和的或不饱和脂肪基。
用于本发明方法的碳环芳香醚的通式为(I)，其中R’表示饱和的或不饱和的、直链的或支链的无环脂基。
更优选地，R’表示直链的或支链的烷基，含有1到12个，优选1到6个碳原子；烃链可以被杂原子(如氧)，官能团(如-CO-)打断和/或带有取代基(如卤)。
饱和的或不饱和的、直链的或支链的无环脂基可以带有环状取代基。术语环优选表示饱和的、不饱和的或芳香碳环，优选脂环的或芳香的，并且特别是环上有6个碳原子的脂肪环，或苯环。
无环脂基可以通过价键、杂原子或官能团与环键合；实例上面已给出。
环可以选择性的被取代，环的取代基实例有如含义如通式(Ia)中所述的R。
R’也可以表示碳环基，是饱和的或在环上含有一个或两个不饱和键，通常在环上含有3到8个碳原子，优选6个碳原子；环可以被取代基如R取代。
R’也可以表示一个芳香碳环基，优选环上通常含有至少4个碳原子，优选6个碳原子的单环基；环可以被取代基如R取代。
本发明的方法具体地适用于芳香醚，其通式为(I)，其中R’表示含有1到4个碳原子的直链或支链烷基或苯基。
本发明优选基团R’的实倒是甲基和乙基。
在通式(I)中，对于芳香醚来说，残基A表示含有至少4个碳原子，优选6个碳原子的单环芳香碳环化合物的残基，或者是由至少2个芳香碳环构成，并且在它们之间形成邻位或邻位和迫位缩合体系，或者由至少2个其中至少一个是芳香的碳环构成并在它们之间形成邻位或邻位和迫位缩合体系的多环碳环化合物的残基。具体实例是萘残基。
残基A可以在芳香环上带有一个或多个取代基。
取代基R的实例在下面的通式(Ia)中给出，但并不局限于此。只要不干扰所需的产物生成，环上可以带有任何取代基。
本发明的方法特别适用于通式为(Ia)的芳香醚 其中·n表示小于或等于4，优选0，1或2的数；·基团R’表示含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或苯基；·基团R表示下列原子或基团之一·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基；·含有2到6个碳原子，优选2到4个碳原子的直链或支链烯基，如乙烯基、烯丙基；·环己基或苄基；·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷氧基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基或丁氧基；·含有2到6个碳原子的酰基；·通式如下的基团·-R1-OH·-R1-COOR2·-R1-CHO·-R1-NO2·-R1-CN·-R1-N-(R2)2·-R1-CO-N-(R2)2·-R1-X·-R1-CF3其中R1表示价键或者一个含1到6个碳原子的饱和或不饱和的、直链或支链二价烃基，如亚甲基、亚乙基、1，2-亚丙基、异1，2-亚丙基或异亚丙基；相同的或不同的基团R2表示一个氢原子或一个含有1到6个碳原子的直链或支链的烷基；X表示卤原子，优选氯、溴或氟原子；·基团R’和R和苯环上两个相邻原子可以在它们之间形成一个含有5到7个碳原子的环，环可进一步含有杂原子。
当n大于或等于1时，基团R’和R和苯环上两个相邻原子可以通过含有2到4个碳原子的亚烷基、亚链烯基、链烯基亚基键合，形成一个含有5到7个碳原子的饱和的、不饱和的或芳香的杂环。一个或多个碳原子可以被其它杂原子取代，优选氧。因此基团OR’和R可以表示二氧亚甲基或二氧亚乙基基团。
在通式(Ia)中，R’优选表示含有1到4个碳原子的直链或支链烷基，优选甲基或乙基。
通式为(I)的芳香醚可以带有一个或多个R取代基。
R更优选表示下列原子或基团之一·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基；·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷氧基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基或叔丁氧基；·卤原子，优选氟、氯或溴原子，或者三氟甲基。
在通式(Ia)中，R优选表示含有1到4个碳原子的直链或支链烷氧基，优选甲氧基或乙氧基，或者羟基。
通式为(I)或(Ia)的芳香醚优选采用，其中·n等于0或1；·R’表示一个含有1到4个碳原子的直链或支链烷基或苯基；·R表示一个含有1到4个碳原子的直链或支链烷氧基，优选甲氧基或乙氧基，或者羟基；·基团OR’和R形成一个二氧亚甲基或二氧亚乙基。
本发明的方法特别适用于通式为(Ia)的芳香醚，其中n等于1，基团R’表示一个含有1到4个碳原子的烷基，R表示一个含有1到4个碳原子的烷氧基或羟基。
通式为(I)的化合物的具体说明是·单醚，如苯甲醚、乙氧基苯(苯乙醚)、丙氧基苯、异丙氧基苯、丁氧基苯、异丁氧基苯、1-甲氧基萘、2-甲氧基萘、2-乙氧基萘；取代的单醚，如2-氯苯甲醚、3-氯苯甲醚、2-溴苯甲醚、3-溴苯甲醚、2-甲基苯甲醚、3-甲基苯甲醚、2-乙基苯甲醚、3-乙基苯甲醚、2-异丙基苯甲醚、3-异丙基苯甲醚、2-丙基苯甲醚、3-丙基苯甲醚、2-烯丙基苯甲醚、2-丁基苯甲醚、3-丁基苯甲醚、2-苄基苯甲醚、2-环己基苯甲醚、1-溴-2-乙氧基苯、1-溴-3-乙氧基苯、1-氯-2-乙氧基苯、1-氯-3-乙氧基苯、1-乙氧基-2-乙基苯、1-乙氧基-3-乙基苯、1-甲氧基-2-烯丙氧基苯、2，3-二甲基苯甲醚和2，5-二甲基苯甲醚；·二醚，如藜芦醚、1，3-二甲氧基苯、1，4-二甲氧基苯、1，2-二乙氧基苯、1，3-二乙氧基苯、1，2-二丙氧基苯、1，3-二丙氧基苯、1，2-亚甲基二氧苯和1，2-亚乙基二氧苯；·三醚，如1，2，3-三甲氧基苯、1，3，5-三甲氧基苯和1，3，5-三乙氧基苯。
本发明方法特别适用的化合物为苯甲醚、苯乙醚、愈创木酚、2-乙氧基苯酚、藜芦醚、1，2-亚甲基二氧苯和2-甲氧基萘。
更具体的说，羰基化合物具有下列通式(II) 其中·R3和R4，可以是相同的或不同的，表示·一个氢原子；·一个含有1到6个碳原子的直链或支链烷基；·一个含有2到6个碳原子的直链或支链烯基；·一个苯基；·一个吸电子基团。
在本发明下面的说明中，术语“吸电子基团”是指由H.C.BROWN在Jerry MARCH的名为“Advanced Organic Chemistry”一书中Chapter9，pp.243和244中所定义的基团。
适用于本发明的吸电子基团的实例是·一个-CHO基团；·一个-COOR5基团，其中R5表示氢原子或含有1到6个碳原子的直链或支链烷基；·一个-CX2H基团，其中X表示卤原子，优选氯原子；·一个-CX3基团，其中X表示卤原子，优选氯原子。
通式为(II)的羰基化合物的实例是·甲醛或甲醛的产生物，如三恶烷或采用任何聚合度，优选8到100个(CH2O)单元的链状聚甲醛形式的多聚甲醛；·二羟乙酸；·氯醛；·二氯丙酮；·乙醛；·丙醛；·二氯乙醛；·三氯乙醛；·丙酮酸甲酯；·丙酮酸乙酯。
在上述化合物中，优选甲醛。
反应物通常采用浓度小于50％重量，优选在20％到50％重量范围内的水溶液。它可以含有一部分醇，通常是浓度小于5％重量的甲醇。
根据本发明的方法，羟烷基化反应是在存在由沸石组成的催化剂情况下进行。
术语“沸石”是指源于天然的或合成的结晶的网硅酸盐类，其中晶体是由SiO4和TO4四面体单元构成的三维结构T表示三价元素，如铝、镓、硼或铁，优选铝。
最常用的是硅铝酸盐型沸石。
沸石的晶体结构包括一个空腔体系，它们通过具有被称为孔的直径确定的通道相互连接。
沸石具有一维、二维或三维的通道网络。
天然的或合成的沸石均可用于本发明的方法。
可以采用的天然沸石的实例是菱沸石、斜发沸石、毛沸石、钙十字石和菱钾沸石。
合成沸石也可用于本发明的方法。
一维网络的合成沸石的实例是ZSM-4沸石、L沸石、ZSM-12沸石、ZSM-22沸石、ZSM-23沸石和ZSM-48沸石。
可采用的二维沸石的具体实例是丝光沸石和镁碱沸石。
三维沸石的具体实例是β沸石、Y沸石、X沸石、ZSM-5沸石、ZSM-11沸石和菱钾沸石。
优选采用合成沸石，更具体说是下列形式的沸石·Si/Al的摩尔比为3.4的针沸石；·Si/Al的摩尔比为1.5到3.5的L沸石；·Si/Al的摩尔比为5到150，优选10到100，并更优选10到25的丝光沸石；·Si/Al的摩尔比为3到10的镁碱沸石；·Si/Al的摩尔比为4到8.5的菱钾沸石；·Si/Al的摩尔比为10到100，优选12到50的β沸石；·Y沸石，特别是在脱铝处理(例如氢处理，用氢氯酸洗涤或用SiCl4处理)之后制得的沸石，尤其是Si/Al的摩尔比大于3，优选在6到60范围内的US-Y沸石；·Si/Al的摩尔比为0.7到1.5的X或八面沸石型沸石；·Si/Al的摩尔比为10到500的ZSM-5沸石或铝硅质岩；·Si/Al的摩尔比为5到30的ZSM-11沸石。
在这些沸石中，优选β沸石和丝光沸石用于本发明的方法。
用于本发明方法的沸石是已知的产品，在文献中作了记载(参见，由Structure Commission of International Zeolite Association(1992)出版的W.M Meier和D.H.Olson的“The Atlas of Zeolite StructureTypes”)。
可以采用市售的沸石，或者它们可以采用文献中描述的方法合成。
可以参考上述引用的Atlas，尤其是用于制备·根据R.M.Barrer等人、Z.Kristallogr.出版物的128，pp.352(1969)制备的L沸石；·根据美国专利US-A-3832449和LaPierre等的文章Zeolites5，pp346(1985)制备的ZSM-12沸石；·根据G.T Kokotailo等的出版物Zeolites5，pp349(1985)制备的ZSM-22沸石；·根据美国专利US-A-4076842和A.C.Rohrman等的文章Zeolites5，pp352(1985)制备的ZSM-23沸石；·根据J.L.Schlenker等的著作Zeolites5，pp355(1985)制备的ZSM-48沸石；·根据美国专利US-A-3308069和P.Caullet等的文章Zeolites12，pp240(1992)制备的β沸石；·根据Itabashi等的著作Zeolites6，pp.30(1986)制备的丝光沸石；·分别根据US-A-2882244和US-A-3130007制备的X和Y沸石；·根据美国专利US-A-3702886和V.P.Shiralkar等的文章Zeolites9，pp.363(1989)制备的ZSM-5沸石；·根据I.D.Harrison等的著作Zeolites7，pp.21(1987)制备的ZSM-11沸石。
为了采用具有所需的Si/Al比例的沸石，必要时可以进行脱铝处理。
可以采用专业人员已知的方法，其不可列举穷尽的实例有在蒸汽存在情况下煅烧、在气流存在情况下煅烧，之后与无机酸(HNO3、HCl……)接触、采用如四氯化硅(SiCl4)、六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)、或乙二胺四乙酸(EDTA)和其一钠或二钠盐等反应剂的直接脱铝处理。脱铝处理还可以通过直接与无机酸的溶液，如盐酸、硝酸、硫酸或有机酸，尤其是乙酸或乙二酸接触进行。
上述脱铝处理工艺的任何组合都是可行的。
沸石构成了催化剂相。其可单独使用或与无机基质一同使用。在此说明书中，术语“催化剂”是指完全由沸石或者由与通过采用专业人员已知方法制备的基质形成的混合物构成的催化剂。
此基质选自金属氧化物，如氧化铝、氧化硅和/或氧化锆，或选自粘土，特别是高岭土、滑石或蒙脱土。
在催化剂中，活性相占催化剂重量的5％到100％。
在本发明的方法中，催化剂可以采用不同的形式通过挤出、模塑、压制或任何已知的方法制备的粉末、成型的产品如颗粒(例如挤出物或球状体)或丸粒。由于颗粒或球状体在有效性和使用方便方面最具优势而可在工业上采用。
沸石优选其酸的形式。如果需要，可将其处理，使之是酸性的。
在这方面采用常规处理。
因此，碱性阳离子的交换可以通过采用液氨处理沸石，来用铵离子交换碱性阳离子，随后通过将交换的沸石煅烧使铵阳离子热分解并用H+离子替代。
液氨的用量至少等于将全部碱性阳离子交换成NH4+离子所需的量。
这样，每克沸石采用10-5到5×10-3摩尔/升的氨。
用NH4+离子对可交换阳离子的交换是在室温和反应介质回流温度之间的温度范围内进行。此操作需要几个小时，并可重复。
沸石也可以采用常规酸处理来酸化。加入酸，特别是氢氯酸、硫酸、硝酸、高氯酸、磷酸或三氟甲磺酸均是有效的。
在优选实施方案中，使体积在10ml/g到100ml/g范围内的酸，按照每克沸石0.1N到2N的标准通过来酸化沸石。一步通过或者优选以几个连续步骤通过都是有效的。
通式为(I)的碳环芳香醚与通式为(II)的羰基化合物的反应在采用甲醛情况下，优选在水介质中进行。但是，也可以在所选的反应条件下，在惰性有机溶剂中进行。
适用溶剂的特定实例是被或没有被卤化的脂肪烃或芳香烃、脂族的、环脂族的或芳族醚的氧化物或者极性质子惰性溶剂。
脂族或环脂族烃的特定实例是石蜡，特别是己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十四烷或环己烷，以及芳香烃，特别是苯、甲苯、二甲苯、枯烯和由烷基苯，特别是Solvesso型馏份组成的石油馏份。
脂族或芳族卤代烃的特定实例是全氯代烃，特别是四氯乙烯和六氯乙烷；部分氯代的烃，如二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2，2-四氯乙烷、五氯乙烷、三氯乙烯、1-氯丁烷、1，2-二氯丁烷、一氯苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯或不同氯代苯的混合物；溴仿、溴乙烷或1，2-二溴乙烷；一溴苯或一溴苯与一种或多种二溴苯的混合物；和1-溴萘。
脂族、环脂族或芳香氧醚可以用作有机溶剂，更特别是二乙醚、二丙醚、二异丙醚、二丁醚、甲基叔丁基醚、二戊醚、二异戊醚、乙二醇二甲基醚(1，2-二甲氧基乙烷)、二乙二醇二甲基醚(1，5-二甲氧基-3-氧戊烷)；苯醚或苄醚；二恶烷，和四氢呋喃(THF)。
可以采用极性质子惰性溶剂，如含氮化合物，例如硝基甲烷、硝基乙烷、1-硝基丙烷、2-硝基丙烷或它们的混合物，硝基苯；脂族或芳族腈，如乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、苄腈、苯基乙腈；二甲基亚砜；和四亚甲基砜(四氢噻吩砜)。
优选的溶剂是二氯甲烷、四氯甲烷、二恶烷、二乙醚、异丙醚和苯醚。
也可以采用有机溶剂的混合物。
采用催化剂的浓度可以在宽范围内改变。可以在0.1到5摩尔，优选0.2到2摩尔每升介质的范围内。
当分批进行反应时，催化剂相对于所用芳香醚重量的量为5％到80％重量，优选10％到50％重量。但是，当连续进行反应时，例如将芳香醚和羰基化合物的混合物在固定催化剂床上进行反应，催化剂/芳香醚的比例是没有意义的，并且在一个给定的时刻，相对于起始芳香醚应该存在重量过量的催化剂。
通式为(II)的羰基化合物的量，以每摩尔通式(I)的芳香醚的羰基化合物的摩尔量表示，可以在宽范围改变。通式(II)的羰基化合物/通式(I)的芳香醚的摩尔比在1到50之间。上限不严格，但是出于经济考虑，超过这个范围是无意义的。
比例的优选范围取决于沸石的性质。那么，当采用天然的或合成的沸石，如L，X，Y沸石、Si/Al的摩尔比为5到12的丝光沸石、镁碱沸石和菱钾沸石时，羰基化合物/芳香醚的摩尔比优选1到25。对于合成沸石，如ZSM-4沸石、ZSM-5沸石、ZSM-11沸石、ZSM-12沸石、ZSM-22沸石、ZSM-23沸石、ZSM-48沸石、L沸石、β沸石和Si/Al的摩尔比为12到150的丝光沸石来说，在8到25之间是有利的。
羟烷基化反应的温度不超过100℃。对于选择性良好的反应来说，降低温度是重要的。但是，为了具有足够的活性，反应温度在20℃和100℃之间，更优选在40℃和90℃之间是有利的。
一般来说，反应是在常压下进行，但也可以采用1巴到50巴，优选1巴到25巴的较高压力。当反应温度高于反应物和/或产物的沸点时，采用自生的压力。
反应优选在惰性气体如氮气，或稀有气体如氩气的控制气氛中进行。
反应的时间可以变化很大。一般在15分钟和10小时之间，优选在30分钟和5小时之间。
实际上，此方法可以分步或连续进行。
在第一种变体中，加入催化剂、通式(II)的羰基化合物和任意溶剂，再加入芳香醚。在优选实施方案中，芳香醚是连续或者部分缓慢加入的，接着将混合物加热到所需的温度。
在其它变体中，在包括置于固定床上的固体催化剂的管式反应器中连续进行反应。
优选将碳环芳香醚和酰化剂分别加入反应器。
也可以加入到一种上述溶剂中。
可以改变物料流在催化剂床上的停留时间，例如在15分钟和10小时之间，优选在30分钟和5小时之间。
在反应终了时，回收含有羟烷基化芳香醚的液相；回收可采用各种常规工艺进行。
第一种分离羟烷基化的芳香醚的方法包括在有机溶剂中进行萃取接着氧化所得到的有机相。这种方法在羰基化合物是甲醛或甲醛前体时，优于下面的方法。
适用溶剂的特定实例是卤代脂肪烃或芳香烃，如氯甲烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、氯苯、二氯苯或三氯苯；酯如丁基、异丙基、戊基或环己基乙酸酯；以及酮，如丙酮、甲乙酮或甲基异丁基酮。
有机相和水相之间的体积比优选在0.5和1.0之间。
分离有机相和水相。
水相可再返回到反应中。
有机相可以直接被氧化。
在另一种情况下，将有机相与碱性水相接触，而反萃取到水相中，得到盐形式的产物；接着氧化这种盐。
当得到的羟烷基化芳香醚还带有羟基时，例如在愈创木酚的情况下，适合采用这种方法。。
在此所用的碱性试剂通常是氢氧化钠或钾。采用无机碱的量是相对于要被氧化的羟烷基化芳香醚0.5到3摩尔的氢氧化钠或钾。
在碱性试剂水溶液中，羟烷基化芳香醚的优选浓度可避免沉淀而保持均相溶液。其通常为1％到60％重量，优选2％到30％重量。
将得到的水相接着进行氧化步骤。
在其它变形中，将羟烷基化芳香醚在预先消除了过量反应物之后，从适当的溶剂中通过蒸馏或重结晶分离，接着溶解所得产物成为有机溶液进行氧化步骤。
构成本发明另一主题的本发明的优选氧化方法包括在液相采用分子氧或含分子氧的气体，在存在基于金属M的催化剂情况下，氧化羟烷基化芳香醚，所说的金属M选自元素周期表中第8族的元素，该催化剂视需要而定含有作为活化剂的金属如镉、铈、铋、铅、银、碲或锡。
这些催化剂的进一步详细说明记载在US-A-3673257和法国专利FR-A-2305420和FR-A-2350323。
催化剂基于来自第8族的金属，实例是镍、钌、铑、钯、锇、铱、铂或它们的混合物。
优选采用可用形式的铂和/或钯催化剂，例如铂黑、钯黑、铂氧化物、钯氧化物或者置于不同载体，如炭黑、碳酸钙、氧化铝或活化硅石或等效物之上的贵金属。置于炭黑上的催化剂物料是特别适用的。
采用催化剂的量以相对于羟烷基化芳香醚重量的金属M的重量表示，为0.01％到4％，优选0.04％到2％。
活化剂可以选自所有上述专利中提到的。优选采用游离金属或阳离子形式的铋、铅和镉。在采用阳离子的情况下，与之相关的阴离子并不重要，并且可以采用这些金属的所有衍生物。优选采用金属铋或其衍生物。
可以采用无机的或有机的铋衍生物，其中铋原子的氧化数大于0，例如2，3，4或5。与铋相关的残基并不重要只要其满足这些条件即可。活化剂可以溶于或不溶于反应介质。
可用于本发明方法的活化剂的描述性实例是铋的氧化物；铋的氢氧化物；无机氢酸的盐类，如铋的氯化物、溴化物、碘化物、硫化物、硒化物或碲化物；无机含氧酸的盐类，如铋的亚硫酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、亚磷酸盐、磷酸盐、焦磷酸盐、碳酸盐、高氯酸盐、锑酸盐、砷酸盐、亚硒酸盐、硒酸盐；由过度金属衍生的含氧酸的盐类如铋的钒酸盐、铌酸盐、钽酸盐、铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐或高锰酸盐。
其它适用的化合物是脂族或芳族有机酸的盐类，例如铋的乙酸盐、丙酸盐、苯甲酸盐、水杨酸盐、草酸盐、酒石酸盐、乳酸盐、柠檬酸盐；酚盐类，如铋的没食子酸盐和焦没食子酸盐。这些盐和酚盐也可以是氧铋盐。
其它无机或有机化合物是铋与元素如磷或砷的二元化合物；含有铋和其盐的杂多酸；以及脂族或芳族的三氢化铋。
特定的实例是·氧化物BiO；Bi2O3；Bi2O4；Bi2O5；·氢氧化物Bi(OH)3；·无机氢酸盐氯化铋BiCl3；溴化铋BiBr3；碘化铋BiI3；硫化铋Bi2S3；硒化铋Bi2Se3；碲化铋Bi2Te3；·无机含氧酸盐碱式亚硫酸铋Bi2(SO3)3·Bi2O3·5H2O；中性硫酸铋Bi2(SO4)3；硫酸氧铋(BiO)HSO4；亚硝酸氧铋(BiO)NO2·0.5H2O；中性硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O；铋和镁的复合硝酸盐2Bi(NO3)3·3Mg(NO3)2·24H2O；硝酸氧铋(BiO)NO3；亚磷酸铋Bi2(PO3H)3，3H2O；中性磷酸铋BiPO4；焦磷酸铋
Bi4(P2O7)3；碳酸氧铋(BiO)2CO3·0.5H2O；中性高氯酸铋Bi(ClO4)3·5H2O；高氯酸氧铋(BiO)ClO4；锑酸铋BiSbO4；中性砷酸铋Bi(AsO4)3；砷酸氧铋(BiO)AsO4·5H2O；亚硒酸铋Bi2(SeO3)3；·由过渡金属衍生的含氧酸盐钒酸铋BiVO4；铌酸铋BiNbO4；钽酸铋BiTaO4；中性铬酸铋Bi2(CrO4)；重铬酸氧铋(BiO)2Cr2O7；酸式铬酸氧铋H(BiO)CrO4；氧铋和钾的铬酸复盐K(BiO)CrO4；钼酸铋Bi2(MoO4)3；钨酸铋Bi2(WO4)3；铋和钠的钼酸复盐NaBi(MoO4)2；碱性高锰酸铋Bi2O2(OH)MnO4；·脂族或芳族有机酸盐乙酸铋Bi(C2H3O2)3；丙酸氧铋(BiO)C3H5O2；碱式苯甲酸铋C6H5CO2Bi(OH)2；水杨酸氧铋C6H4CO2(BiO)(OH)；草酸铋(C2O4)3Bi2；酒石酸铋Bi2(C4H4O6)3·6H2O；乳酸铋(C6H9O5)OBi·7H2O；柠檬酸铋C6H5O7Bi；·酚盐碱式没食子酸铋C7H7O7Bi和碱式焦没食子酸铋C6H3(OH)2(OBi)(OH)。
其它适用的无机或有机化合物是磷化铋BiP；砷化铋Bi3As4；铋酸钠NaBiO3；铋-硫氰酸H2[Bi(CNS)5]，H3[Bi(CNS)6]和它们的钠盐和钾盐；三甲基必Bi(CH3)3，三苯基必Bi(C6H5)3。
优选的用于本发明方法的铋衍生物是铋的氧化物；铋的氢氧化物；铋或氧铋的无机氢酸盐；铋或氧铋的无机含氧酸盐；铋或氧铋的脂族和芳族有机酸盐；以及铋和氧铋的酚盐。
用于进行本发明方法特别适用的活化剂是由铋的氧化物Bi2O3和Bi2O4；铋的氢氧化物Bi(OH)3；中性硫酸铋Bi2(SO4)3；氯化铋BiCl3；溴化铋BiBr3；碘化铋BiI3；中性硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O；硝酸氧铋BiO(NO3)；碳酸氧铋(BiO)2CO3·0.5H2O；乙酸铋Bi(C2H3O2)3；以及水杨酸铋C6H4CO2(BiO)(OH)组成。
采用活化剂的量，以包含在活化剂中的金属相对于所用金属M重量的量表示，可以在宽范围内变化。作为例子，此量可以低至0.1％，并且可以达到所用金属M的重量，或者甚至超过它而无不良结果。
更具体的说，选择此量要使其能够提供具有相对于羟烷基化芳香醚10ppm到900ppm重量的活化剂金属的氧化介质。从这方面来说，当然也可以采用较高的量，约900ppm到1500ppm，但却不会产生明显的额外好处。
羟烷基化芳香醚在液相中的重量浓度一般是1％到60％，液相2％到30％。
实际上，进行此方法的一种方式是将含以上述比例存在的羟烷基化芳香醚、任意碱性试剂、基于金属M的催化剂和任意活化剂的溶液与分子氧或含分子氧的气体接触。
压力为常压，如果需要，可以采用1到20巴的压力。
将混合物在所需温度下搅拌，直至消耗了相应于将醇官能团转变成醛或酮官能团所需量的氧。
反应温度取决于要制备产品的热稳定性。
根据本发明，温度优选在50℃到100℃范围之内，更优选在60℃和80℃之间。
在优选持续了30分钟到4小时的反应终了时，回收带有被氧化的基团的芳香醚。
如果需要，在冷却后，将催化剂从反应物中分离，例如通过过滤。
制得的醛或芳香酮采用常规分离技术回收，优选通过蒸馏或结晶。
如上所述，本发明方法特别适用于香草醛和乙基香草醛的制备。
下述实施倒是对本发明的说明，而不是对其的限定。
术语转化率和选择性的含义如下 实施例1将0.5gSi/Al摩尔比为18的H-丝光沸石和12ml甲醛水溶液(37％重量，160毫摩尔)加入三口50毫升反应器中，反应器装有机械搅拌器、上流冷却器和样品提取系统。
将反应混合物采用恒温浴加热到65℃，并以500rpm搅拌。
当体系达到热平衡时，加入1毫升(9毫摩尔)的愈创木酚。
周期性取样，并用高性能液相色谱分析。
反应进行1小时和2小时后，得到下列的性能
实施例2到5重复上述实施例，采用同样的催化剂，改变温度或者催化剂的量。
在不同的时间之后，分析反应介质并将结果列于下表表I
实施例6到11重复实施例1所述的操作步骤，采用0.25g具有不同结构和Si/Al摩尔比的沸石，温度为85℃。结果列于下表表II
实施例12到15重复实施例1所述的操作步骤，在85℃采用0.25gSi/Al摩尔比为100的沸石，改变甲醛的量和浓度。
在不同的时间之后，分析反应介质。结果列于下表
表(III)
实施例16用苯甲醚代替愈创木酚重复实施例1。
采用0.75g Si/Al摩尔比为18的H-丝光沸石、1毫升苯甲醚和12毫升甲醛水溶液(37％重量，160毫摩尔)。
将反应混合物搅拌加热到65℃。
反应4小时后，可得下列性质·转化率/苯甲醚＝89％·选择性/对羟甲基苯甲醚＝45％·选择性/邻羟甲基苯甲醚＝5％实施例17此实施例说明从在实施例1中制得的对香草醇来制备香草醛。
将31g在实施例1中制得的对香草醇、250g水和在含有0.2摩尔苛性苏打的4N水溶液加入装有挡板的玻璃反应器中。
加入3g基于2％置于碳上的铂和10毫克硫酸铋的催化剂。
用氧气清洗反应器，并将其与氧气源相连，使有微小压力。
将反应混合物加热到45℃，并以1000rpm搅拌。
将介质在此温度下搅拌，直至氧气的体积与将醇转化成醛所需的理论值相当为止。
停止反应，将反应器用氮气清洗。
将介质用氢氯酸水溶液酸化，至PH6。
将制得的香草醛用甲苯萃取4次。
采用高性能液相色谱测定表明转化率为100％，香草醛的产率(生成香草醛的摩尔数/所用对香草醇的摩尔数)为92％。
权利要求
1.碳环芳香醚的羟烷基化方法，包括使所说的芳香醚与羰基化合物在存在催化剂的情况下反应，其特征在于羟烷基化反应是在存在有效量沸石的情况下进行。
2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于碳环芳香醚的通式为(I) 其中·A表示构成含有至少一个OR’基的一个单环或多环芳香碳环体系的全部或部分的环残基；这个环残基可以有一个或多个取代基；·R表示一个或多个相同的或不同的取代基；·R’表示含有1到24个碳原子的烃基，可以是饱和的或不饱和的、直链的或支链的无环脂基；单环或多环的，和饱和的、不饱和的或芳香环脂基；或者带有环状取代基的饱和或不饱和的，直链或支链的脂基团；·R’和R可以构成一个含有其它杂原子的环；·n是小于或等于4的数。
3.根据权利要求1或2所说的方法，其特征在于在通式为(I)的碳环芳香醚中，R’表示·饱和或不饱和的、直链或支链的无环脂基，优选含有1到12个，优选1到6个碳原子的直链或支链烷基烃链可以被杂原子，官能团打断和/或带有取代基；·饱和或不饱和的、直链或支链的无坏脂基，可带有可被取代的环状取代基所说的无环基团可以通过价键、杂原子或官能团与环键合；·碳环基可以是饱和的，或者在环上含有1个或2个不饱和键，通常环上含有3到8个碳原子，优选6个碳原子；所说的环可以被取代；·芳香碳环基，优选环上通常含有至少4个碳原子，优选6个碳原子的单环基；所说的环可以被取代。
4.根据权利要求1所说的方法，其特征在于碳环芳香醚的通式为(1)，其中R’表示直链或支链的烷基，含有1到4个碳原子，优选甲基、乙基或苯基。
5.根据权利要求1到4中任意一个所说的方法，其特征在于芳香醚的通式为(I)，其中残基A表示含有至少4个碳原子，优选6个碳原子的单环芳香碳环化合物的残基，或者多环碳环化合物的残基，优选萘残基残基A可以在芳香环上带有一个或多个取代基。
6.根据权利要求1到5中任意一个所说的方法，其特征在于碳环芳香醚的通式为(Ia) 其中·n表示小于或等于4，优选0，1或2的数；·基团R’表示一个含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或苯基；·基团R表示下列原子或基团之一·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基；·含有2到6个碳原子，优选2到4个碳原子的直链或支链烯基，如乙烯基、烯丙基；·环己基或苄基；·含有1到6个碳原子，优选1到4个碳原子的直链或支链烷氧基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基或丁氧基；·含有2到6个碳原子的酰基；·通式如下的基团·-R1-OH·-R1-COOR2·-R1-CHO·-R1-NO2·-R1-CN·-R1-N-(R2)2·-R1-CO-N-(R2)2·-R1-X·-R1-CF3其中R1表示一个价键或者一个饱和的或不饱和的、直链或支链二价烃基，含有1到6个碳原子，如亚甲基、亚乙基、1，2-亚丙基、异-1，2-亚丙基或异亚丙基；可以相同或不同的基团R2表示一个氢原子或含有1到6个碳原子的直链或支链的烷基；X表示卤原子，优选氯、溴或氟原子；·基团R’和R和苯环上两个相邻原子可以在它们之间形成含有5到7个碳原子的环，它可进一步含有杂原子。
7.根据权利要求6所说的方法，其特征在于碳环芳香醚的通式为(Ia)，其中n大于或等于1，基团R’和R和苯环上两个相邻原子可以通过含有2到4个碳原子的亚烷基、亚链烯基、链烯亚基键合，形成一个含有5到7个碳原子的饱和的、不饱和的或芳香的杂环，其中的一个或多个碳原子可以被杂原子优选氧取代因此基团OR’和R优选形成一个二氧亚甲基或二氧亚乙基。
8.根据权利要求6或7所说的方法，其特征在于碳环芳香醚的通式为(Ia)，其中n等于1，基团R’表示含有1到4个碳原子的烷基，R表示含1到4个碳原子的烷氧基或羟基。
9.根据权利要求1或2所说的方法，其特征在于碳环芳香醚是苯甲醚、苯乙醚、愈创木酚、2-乙氧基苯酚、藜芦醚、1，2-亚甲基二氧苯和2-甲氧基萘。
10.根据权利要求1到9中任意一个所说的方法，其特征在于羰基化合物的通式为(II) 其中·R3和R4可以是相同的或不同的，表示·一个氢原子；·一个含有1到6个碳原子的直链或支链烷基；·一个含有2到6个碳原子的直链或支链烯基；·一个苯基；·一个吸电子基团。
11.根据权利要求10所说的方法，其特征在于在通式为(II)的羰基化合物中，吸电子基团选自·一个-CHO基团；·一个-COOR5基团，其中R5表示氢原子或含有1到6个碳原子的直链或支链烷基；·一个-CX2H基团，其中X表示卤原子，优选氯原子；·一个-CX3基团，其中X表示卤原子，优选氯原子。
12.根据权利要求10或11所说的方法，其特征在于羰基化合物选自·甲醛或甲醛的产生体，如三恶烷或任何聚合度，优选8到100个(CH2O)单元的链状聚甲醛形式采用的多聚甲醛；·二羟乙酸；·氯醛；·二氯丙酮；·乙醛；·丙醛；·二氯乙醛；·三氯乙醛；·丙酮酸甲酯；·丙酮酸乙酯。
13.根据权利要求1到12中任意-个所说的方法，其特征在于羰基化合物是甲醛或甲醛产生体。
14.根据权利要求1到13中任意一个所说的方法，其特征在于其中沸石是天然的或合成的。
15.根据权利要求14所说的方法，其特征在于其中沸石是天然的，选自菱沸石、斜发沸石、毛沸石、丝光沸石、钙十字石和菱钾沸石。
16.根据权利要求15所说的方法，其特征在于沸石是合成的，选自·具有一维网络的合成沸石，如ZSM-4沸石、L沸石、ZSM-12沸石、ZSM-22沸石、ZSM-23沸石和ZSM-48沸石；·具有二维网络的沸石如丝光沸石和镁碱沸石；·具有三维网络的沸石如β沸石、Y沸石、X沸石、ZSM-5沸石、ZSM-11沸石和菱钾沸石。
17.根据权利要求16所说的方法，其特征在于沸石是H-β沸石或H-丝光沸石。
18.根据权利要求1到17中任意一个所说的方法，其特征在于反应是在水介质中或存在有机溶剂的情况下进行，有机溶剂选自可被卤代的，优选氯代的脂肪烃和/或芳香烃、脂族的、环脂族的或芳族的氧醚、极性质子惰性溶剂，优选含氮化合物、脂族或芳族腈、四亚甲基砜或二甲基亚砜。
19.根据权利要求1到18中任意一个所说的方法，其特征在于羰基化合物和芳香醚的摩尔比在1和50之间；当采用天然或合成沸石，如L，X，Y沸石、Si/Al的摩尔比为5到12的丝光沸石、镁碱沸石和菱钾沸石时，优选1到25；当采用合成沸石，如ZSM-4沸石、ZSM-5沸石、ZSM-11沸石、ZSM-12沸石、ZSM-22沸石、ZSM-23沸石、ZSM-48沸石、L沸石、β沸石和Si/Al的摩尔比为12到150的丝光沸石时，优选8到25。
20.根据权利要求1到19中任意一个所说的方法，其特征在于催化剂的量相对于所用芳香醚为5％到80％，优选10％到50％。
21.根据权利要求1到20中任意一个所说的方法，其特征在于进行羟烷基化反应的温度不超过100℃，优选在20℃和100℃之间，更优选在40℃和90℃之间。
22.根据权利要求1到21中任意一个所说的方法，其特征在于加入催化剂、通式为(II)的羰基化合物和任意有机溶剂，再连续或分步加入碳环芳香醚，随后将混合物加热到所需温度，或者将反应在包括置于固定床上的固体催化剂的管式反应器中连续进行。
23.根据权利要求22所说的方法，其特征在于在反应终了时，从有机溶剂中回收并萃取含有羟烷基化芳香醚的液相，接着将得到的有机相或者直接氧化，或者用碱性水溶液逆流萃取，得到一个水相，其中含有接着要被氧化的盐形式的产物。
24.根据权利要求23所说的方法，其特征在于萃取溶剂选自卤代脂肪烃或芳香烃，如氯甲烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、氯苯、二氯苯或三氯苯；酯如丁基、异丙基、戊基或环己基乙酸酯；以及酮，如丙酮、甲乙酮或甲基异丁基酮。
25.根据权利要求22到24所说的方法，其特征在于逆流萃取水溶液是氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液采用无机碱的量为氢氧化钠或钾相对于要被氧化的羟烷基化芳香醚在0.5到3摩尔范围内。
26.一种氧化羟烷基化芳香醚的方法，其特征在于它包括在液相采用分子氧或含分子氧的气体，在存在基于金属M的催化剂情况下，氧化羟烷基化芳香醚，其中金属M选自元素周期表中第8族的元素，该催化剂可视需要而定含有作为活化剂的金属镉、铈、铋、铅、银、碲或锡。
27.根据权利要求26所说的方法，其特征在于催化剂基于镍、钌、铑、钯、锇、铱、铂或它们的混合物，优选基于铂和/或钯。
28.根据权利要求26或27所说的方法，其特征在于铂催化剂是铂黑、氧化铂，或者其本身置于各种载体，如炭黑、碳酸钙、氧化铝或活化硅石或等效物，优选炭黑之上的贵金属。
29.根据权利要求26到28中任意一个所说的方法，其特征在于采用催化剂的量，以金属M相对于羟烷基化芳香醚重量的重量表示，在0.01％和4％之间，优选在0.04％和2％之间。
30.根据权利要求26到29中任意一个所说的方法，其特征在于活化剂是铋的有机或无机衍生物，选自铋的氧化物；铋的氢氧化物；铋或氧铋的无机氢酸盐，优选氯化物、溴化物、碘化物、硫化物、硒化物或碲化物；铋或氧铋的无机含氧酸盐，优选亚硫酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、亚磷酸盐、磷酸盐、焦磷酸盐、碳酸盐、高氯酸盐、锑酸盐、砷酸盐、亚硒酸盐或硒酸盐；铋或氧铋的脂族或芳族有机酸盐，优选乙酸盐、丙酸盐、苯甲酸盐、水杨酸盐、草酸盐、酒石酸盐、乳酸盐、柠檬酸盐；以及铋或氧铋的酚盐，优选没食子酸盐和焦没食子酸盐。
31.根据权利要求30所说的方法，其特征在于铋的衍生物选自铋的氧化物Bi2O3和Bi2O4；铋的氢氧化物Bi(OH)3；氯化铋BiCl3；溴化铋BiBr3；碘化铋BiI3；中性硫酸铋Bi2(SO4)3；中性硝酸铋Bi(NO3)3，5H2O；硝酸氧铋BiO(NO3)；碳酸氧铋(BiO)2CO3·0.5H2O；乙酸铋Bi(C2H3O2)3；以及水杨酸铋C6H4CO2(BiO)(OH)。
32.根据权利要求26到31中任意一个所说的方法，其特征在于选择活化剂的量要使介质含有相对于所用金属M的重量为至少0.1％的金属活化剂，并且金属M相对于羟烷基化芳香醚的重量为10到900ppm。
33.根据权利要求26到32中任意一个所说的方法，其特征在于氧化反应进行的温度为50℃到100℃，优选在60℃和80℃之间。
34.一种通过氧化3-甲氧基-4-羟基苄基醇制备香草醛的方法，其特征在于3-甲氧基-4-羟基苄基醇是通过在存在有效量沸石的情况下，采用权利要求1到25的任意一个所说的方法进行愈创木酚的羟甲基化反应制备的。
35.一种通过氧化3-乙氧基-4-羟基苄基醇制备乙基香草醛的方法，其特征在于3-乙氧基-4-羟基苄基醇是通过在存在有效量沸石的情况下，采用权利要求1到25的任意一个所说的方法进行2一乙氧基苯酚的羟甲基化反应制备。
36一种用于碳环芳香醚的羟烷基化的催化剂，它含有沸石。
全文摘要
本发明涉及碳环芳香醚的羟烷基化方法。本发明优选地涉及通过愈创木酚的羟甲基化反应，制备3-甲氧基-4-羟基苄基醇的方法。本发明还涉及制得的羟烷基化醚的氧化反应，特别是将3-甲氧基-4-羟苄基醇氧化成通常所说的“香草醛”的3-甲氧基-4-羟基苯甲醛。用于本发明的碳环芳香醚的羟烷基化反应的方法包括将芳香醚与羰基化合物在存在催化剂的情况下进行反应，其特征在于羟烷基化反应是在存在有效量沸石的情况下进行。
文档编号C07C47/575GK1152300SQ9619038
公开日1997年6月18日 申请日期1996年5月24日 优先权日1995年5月24日
发明者C·莫罗, S·拉泽加德-卓塞利尔, A·菲尼尔斯, F·法朱拉, L·吉尔伯特 申请人:罗纳·布朗克化学公司