专利名称：：羟基化芳族化合物的c-烷基化方法
技术领域：
：本发明涉及在相对于羟基的对位上具有至少一个氢原子的羟基化芳族化合物的c-烷基化方法。更具体地，本发明的主题是羟基化芳族化合物在相对于羟基的对位上选择性C-烷基化的方法。本发明更特别地涉及4-(叔丁基)儿茶酚的制备。
背景技术：
：对羟基化芳族化合物的烷基化已经进行了大量的研究。这种研究中的一部分涉及使用酸催化剂进行这些羟基化芳族化合物的弗里德尔-克拉夫茨反应以提高其收率和/或选择性。但是，在实践中，在各种烷基化羟基化芳族化合物之间获得有利的收率和/或良好选择性通常被证实是困难的。此外，现有技术中使用的催化剂可能引起环境污染问题。因此仍然需要以简单和再现方式获得有利收率和选择性的合成方法。
发明内容本发明的目的是提供这种方法。本发明的主题是在相对于羟基的对位上具有至少一个氢原子的羟基化芳族化合物的C-烷基化方法，其能够改进该反应在对位的选择性，其特征在于，将所述羟基化芳族化合物与式(I)的酸催化剂和与在该酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物合在一起；所述式(I)催化剂具有下式H<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(I)其中-A是氮(N)或碳(C)原子；-当A是氮原子时n等于2，当A是碳原子时n等于3;-X是氯(Cl)、氟(F)、碘(I)或溴(Br)卣素原子；且-p在l至10之间，b在3至21之间，且a+b=2p+l。本发明涉及在相对于羟基的对位上具有至少一个氢原子(和任选地，在邻位或间位上的其它氢原子)的羟基化芳族化合物的C-烷基化方法，在此方法中，将该芳族化合物与上迷酸催化剂和与在该酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物合在一起。本发明的反应是使用所谓"布朗斯台德"质子酸类型的催化剂的弗里德尔-克拉夫茨型反应。本发明旨在通过使用能够以令人满意的收率获得所需产物的有效催化剂来克服现有方法的缺点。本发明的方法能够在羟基化芳族化合物的对位上以提高的烷基化区域选择性来实现烷基化。通过本发明方法获得的烷基化羟基化芳族化合物本身是有利的并可用于制造其它化学化合物。关于这些化合物中的一些的更充分细节可见于《EncyclopediaofChemicalTechnology(化学技术大全)》，第2巻，第4版，Alkylphenol,第113页等处。这些化合物或衍生物特别用作非离子型表面活性剂、酚醛树脂、抗氧化剂、聚合物用添加剂、农用化学品和药物产品。术语"芳族"在本文中采用如JerryMarch的著作《AdvancedOrganicChemistry(高等有机化学)》，第4版，JohnWileyandSons出版，1992中所定义的其传统概念。术语"羟基化芳族化合物"被理解为是指在芳族核上包含至少一个羟基官能团的化合物。该化合物可任选地被取代。起始羟基化芳族化合物下文将表示为"羟基苯"。其特别可以具有下式(II):<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(II)其中:-n=0至4，特别为0或1，-m=0至4，特别为0或1，-其中n+m≤4，且-R基团彼此独立地代表-具有1至20个碳原子的烃基团，其可以为饱和的直链或支化脂族基团；单环或多环的饱和或芳族的碳环基团；上述基团的序列(enchainement)，-或者两个R基团可以结合以与携带它们的碳原子构成具有3至20个原子的单环或多环的饱和或芳族的碳环或杂环，-R基团彼此独立地代表-卤素原子，优选C1、Br或F，-羟基、羧酸、酯、磺酸、硫醇或二硫化物官能团。在式(II)中，各种符号可以更特别地具有下文中给出的含义。因而，R可以代表饱和的直链或支化脂族基团。更具体地，R优选代表饱和的直链或支化的，优选Ci至Cu，更优选d至C4的无环脂族基团。该经链可任选地被杂原子(例如氧、硫或取代的N)或被官能团间断，只要后者不反应，特别可以提及尤其如-CO-的基团。该烃链可任选地带有一个或多个取代基(例如卣素，优选氯或氟，或酯)，只要它们不带来妨碍。该饱和或不饱和的直链或支化的无环脂族基团可任选地带有环状取代基。术语"环"被理解为是指饱和、不饱和或芳族的碳环或杂环。该无环脂族基团可经由价键、杂原子或官能团如氧基、羰基、羧基、磺酰基和类似物连接到该环上。作为环状取代基的实例，可以考虑脂环族、芳族或杂环取代基，特别是在环中含有6个碳原子的脂环族取代基或者苯取代基，这些环状取代基本身任选带有任何取代基，只要它们不会损害本发明方法中发生的反应。特别可以提及d至C4烷基或烷氧基基团。在带有环状取代基的脂族基团中，更特别地考虑环烷基烷基基团，例如环己基烷基，或者芳烷基基团，优选C7至d2芳烷基基团，特别是节基或苯乙基。在通式(II)中，R基团还可以彼此独立地代表饱和碳环基团，通常为C3至Cs碳环基团，优选在环中含有6个碳原子；所述环可以被取代。作为这种基团的优选实例，可以提及任选被取代的环己基基团，特别是任选被具有1至4个碳原子的直链或支化烷基取代。R基团可以代表任选被取代的芳族烃基团，通常为C4至Cu，其为单环或多环，其中环可以彼此形成邻位缩合或邻位和迫位缩合体系。更特別可以提及苯基或萘基基团。在式(II)中，给出了芳族环上存在的取代基的实例，但是该罗列的实例并不是限制性的。式(II)中存在的任何环也是如此。各个环中存在的取代基的数目取决于环的碳缩合，并取决于环中是否存在不饱和度。本领域技术人员容易确定环所携带的取代基的最大数目。可以存在任何取代基，只要其不会干扰反应。此外，在式(II)的情况下，位于两个相邻碳原子上的两个R基团可以一起并与携带它们的碳原子形成饱和或芳族的单环或多环的碳环或杂环，其具有3至20个原子，任选地被取代。在本发明中，因而可以使用含有数个，特别是l至3个芳族环的化合物，每个环通常含有5或6个原子。一个或更多(通常两个)碳原子可以被氧、硫或氮原子替代。优选地，两个R基团形成苯环。本发明的方法更特别地应用于式(II)的羟基化芳族化合物，其中R代表氢原子，具有1至8个碳原子，优选1至4个碳原子的直链或支化垸基，例如曱基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或辛基，具有1至6个碳原子，优选1至4个碳原子的直链或支化烷氧基，例如曱氧基、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，卤素原子，优选氟、氯或溴原子，.具有1至6个碳原子，优选1至4个碳原子的被一个或多个卣素原子取代的直链或支化烷基，优选为三氟曱基基团，-芳基基团，优选苯基，或环烷基基团，更优选环己基基团，芳烷基基团，优选节基。本发明的方法特别适用于式(II)的羟基化芳族化合物，其中m等于0或1，n等于0或1且R是直链或支化烷基基团，例如曱基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或辛基；环烷基基团，例如环己基；芳基基团，例如苯基；芳烷基基团，例如苄基。在本发明的方法中，可以特别使不同羟基化芳族化合物的混合物反应。作为本发明的起始羟基化芳族化合物，可以提及例如苯酴、儿茶酚、邻甲酚、间甲酚、间苯二酚、二甲苯酚和连苯三酚。作为通过本发明方法获得的烷基化和羟基化的芳族化合物，可以提及4-(叔丁基)酚、4-(叔戊基)酚、4-十二烷基酚、4-壬基酚、4-(叔辛基)酚、2,4-二(叔戊基)酚、2，4-二(叔丁基)酚、4-(叔丁基)儿茶酚、4-辛基酚或2，4-二(叔丁基)对曱酚。在本发明的方法中，导致碳正离子生成的化合物充当烷基化剂。术语"碳正离子生成"应理解为是指在具有或没有重排可能性的情况下的碳正离子生成。这种试剂特别能够使该芳族化合物的氢原子被烷基、(聚)环烷基或芳烷基替代。正是本发明方法中所用的导致碳正离子生成的化合物引入了所述基团。在酸催化剂存在下能够生成碳正离子的化合物优选选自a)具有至少3个碳原子，特别是3至30个碳原子的烯属化合物；b)仲醇和叔醇；c)具有至少一个仲或叔基团的醚和胺；它们特别是具有至少一个连接到杂原子(0或N)上的仲或叔烷基基团的对称或不对称醚或胺；以及d)烷基或芳烷基卣，例如烷基溴或烷基氯。关于组a)，该烯属化合物可以是不饱和的直链或支化的脂族烃，其含有至少一个双键，优选在oc位上。碳原子的数目可以有很大地变化。优选为3至30个碳原子。特别优选的是异丁烯、2，2，4-三甲基戊烯、辛烯、二环戊二烯、壬烯、十二碳烯(do(^ca"c^ie)。该烯属化合物也可以是不饱和的单环碳环烃或含有至少两个碳环的多环烃，其在环中可以含有一个或多个杂原子，并且其具有至少一个桥环或环外不饱和度。在该环中可以存在1至2个不饱和度。应该指出，双键也可以是环外的。当涉及单环径时，环中的碳原子数可以在4至20个碳原子之间大范围变动，但优选为5或6个碳原子。该烃也可以是多环的，优选双环的，这意味着至少两个环具有两个共用的碳原子。在多环烃的情况下，每个环中的碳缩合较低，通常为3至8，优选等于5或6个碳原子。应当指出，任何环都可以带有一个或多个取代基。环上存在的取代基的数目取决于环的碳缩合并取决于环中是否存在不饱和度。本领域技术人员容易确定环能够携带的取代基的最大数目。通常，环上存在的取代基的数目为1、2或3。关于取代基的性质，针对R所给出的取代基的实例是合适的，但这些罗列的实例并不是限制性的。烷基基团通常是优选的取代基。烯属化合物也可以是薛烯化合物。关于组b)和c)，即仲或叔的醇、醚和胺基团，它们特别可以是具有3至30个碳原子的基团，任选地具有环和杂原子，特别如已经对烯属化合物的基团所述的那样。作为叔醇，可以提及叔丁醇，作为醚，可以提及甲基叔丁基醚(MTBE)，作为胺，可以提及N-甲基(叔丁基)胺。优选以每1当量羟基化芳族化合物为0.01至50当量，优选0.1至10当量的比例使用作为碳正离子源的化合物。如本身已知的那样，根据所需最终产物选择作为碳正离子源的化合物。在本发明的方法中，可以特别使不同的作为碳正离子源的化合物的混合物反应。在式(I)的各种酸催化剂中，可以提及双-三氟甲烷磺酰亚胺、双-五氟乙烷磺酰亚胺和三(三氟甲烷磺酰基)甲烷。特别优选的是A为氮原子、n等于2且X对应于氟原子(F)的酸催化剂。在这些化合物中，优选的是其中a等于0的化合物(即，全氟化残基)，特别是p为1至7的式-CpF2+1的Rf基团；更优选当p为1至2时。非常特别优选的是式(CF3-S02)fNH的双-三氟曱烷磺酰亚胺(TFSIH)。通常每1当量羟基化芳族化合物使用小于或等于2当量，优选小于或等于0.1当量，更优选小于或等于0.01当量的式(I)酸催化剂的量。在反应结束时，本发明的酸催化剂可以容易地分离，例如通过蒸馏，或者通过用极性溶剂(如水)萃取酚介质。本发明的酸催化剂还表现出在反应条件下可溶的优点。该反应可以以液相或两相(液/气)方式进行。该反应可以在大气压力下或在较高或较低的压力下进行。还可以在开放或封闭的腔室内，例如在高压釜或密封管中操作。特别可以在惰性气体如氮气下操作，或者如果烷基化剂为气体形式，则可以在烷基化剂气氛下进行。此外，该反应可以在-30匸至250°C，特别是在环境温度(15。C-25°C)直至大约120'C的温度范围内进行。本发明的反应可以在存在或不存在有机溶剂的情况下进行。所选溶剂在反应条件下必须是惰性的。在本说明书的余下部分中，该溶剂既可指单一化合物也可以指混合物。作为溶剂类型，特别优选的是非质子溶剂、芳族化合物和离子液体(熔点低于IOO匸的盐类)。烷基化酚特别可溶于很多极性有机溶剂中，例如醇，特别是低分子量醇，酮、酯和羧酸。所考虑的溶剂特别是甲苯、二甲苯和二氯苯。作为离子液体类型的溶剂，可以提及阳离子是烷基-或二烷基咪唑镇或烷基吡啶镇且阴离子为PF「、CF3S(V、BF「或(CF3S0丄N-的盐。本发明的方法可以分批或连续进行。例如，可以将所有的反应化合物混合，随后加入酸催化剂以引发烷基化反应。根据本发明的有利形式，在搅拌下装入起始羟基化芳族化合物和催化剂，优选使该混合物达到所需反应温度，随后在搅拌下在该混合物中加入(在酸催化剂存在下)导致生成碳正离子的化合物。所述导致生成碳正离子的化合物可以通过倾倒(在液体的情况下)或通过气体注入(在气体的情况下)或通过连续添加而直接加入到混合物中。反应时间可以根据反应条件，特别是温度和成分而改变。特别可以通过加入碱以中和酸催化剂，或通过加入水以萃取酸催化剂，由此停止反应。本发明所涉及的烷基化羟基化芳族化合物随后可以例如通过蒸馏、萃取、结晶或沉淀法来回收。在说明书中使用专用语言来帮助理解本发明的原理。不过，应该理解的是，使用这种专用语言并不限制本发明的范围。熟悉所涉及
技术领域：
的人可以根据其自身的常识进行变动和改进。术语"和/或"包括含义"和，，、"或"以及与此术语关联的要素的所有其它可能的组合。具体实施例方式根据下面仅作为示例给出的实施例，本发明的其它细节或优点变得更显而易见。实施例1:4-(叔丁基)儿茶酚(TBC)的合成将50克儿茶酚和催化量的酸相继加入170毫升反应器中。反应混合物用氮气吹洗，加热至120。C的温度，随后搅拌。随后施加1巴的异丁烯压力，当大约已经消耗ll克异丁烯时停止反应。消耗这ll克所必需的反应时间列在表(1A)中。所进行的反应如下<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage13</formula>所得结果列在表(1A)中:表(1A)<table><row><column>催化剂</column><column>用量(毫克)</column><column>反应时间(分钟)</column><column>所得TBC重量(克)</column></row><row><column>-</column><column>—</column><column>300</column><column>—</column></row><row><column>对甲苯磺酸(PTSA)</column><column>55</column><column>14</column><column>30.22</column></row><row><column>H2S04</column><column>52</column><column>12</column><column>24.46</column></row><row><column>发烟硫酸H2SO4+20%SO3</column><column>48</column><column>12</column><column>32.57</column></row><row><column>三氟甲磺酸(TA)</column><column>50</column><column>9</column><column>30.22</column></row><row><column>双三氟曱烷磺酰亚胺(TFSIH)酸</column><column>42</column><column>7</column><column>31.97</column></row><table>计算催化剂的TOF(周转频率-每摩尔催化剂每分钟转化的异丁烯摩尔数)并列在表(IB)中表IB<table><row><column>催化剂</column><column>TOF</column></row><row><column>PTSA</column><column>50</column></row><row><column>H2S04</column><column>30</column></row><row><column>发烟硫酸20%</column><column>65</column></row><row><column>TA</column><column>65</column></row><row><column>TFSIH</column><column>180</column></row><table>由此显而易见的是，与其它试验的催化剂相比，本发明的催化剂，双-三氟甲炕磺酰亚胺(TFSIH)酸表现出特别高的酚烷基化能力。实施例2:酚烷基化反应的选择性将10克苯酚和6克2，2，4-三曱基戊烯加入顶部装有回流冷凝器并配有温度传感器的圓底烧瓶中。将反应混合物加热至3sx:，随后剧烈搅拌。在反应混合物中加入8毫克不同的催化剂。一小时后，停止反应，并分析反应产物。所进行的反应如下:<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage14</formula>结果列在表(2)中表(2)<table><row><column>催化剂</column><column>DC2,2,4-三甲基戊梯(%)</column><column>对/邻(4)/(3)选择性</column></row><row><column>PTSA</column><column>45.5</column><column>1.27</column></row><row><column>TA</column><column>100</column><column>6.52</column></row><row><column>三氟乙酸(TFA)</column><column>18.2</column><column>—</column></row><row><column>发烟硫酸H2SO4+20°/。SO3</column><column>41.9</column><column>1.45</column></row><row><column>TFSIH</column><column>100</column><column>15.41</column></row><row><column>甲磺酸(MSA)</column><column>38</column><column>1.12</column></row><row><column>H2S04</column><column>47.2</column><column>1.37</column></row><table>DC(烷基化剂的转化程度)=(ri起始一n最终)/n起始由此显而易见的是，与其它所用催化剂相比，催化剂TFSIH能够提高酚对位上的烷基化的选择性。实施例3:酚烷基化反应的选择性在60'C下用5种不同的酸(1500重量ppm)催化的苯酚被2，4，4-三甲基戊烯(添加时间60分钟)烷基化的对比结果列在下表中表3<table><row><column>催化剂</column><column>DC2,2,4-三曱基戊沐(%)</column><column>对位/邻位选择性</column></row><row><column>TFSIH</column><column>100</column><column>35.07</column></row><row><column>TA</column><column>100</column><column>19.55</column></row><row><column>PTSA</column><column>79.7</column><column>2.17</column></row><row><column>H2S04</column><column>95.2</column><column>3.35<table>实施例4:儿茶酚的烷基化反应的选择性将20克儿茶酚、45克甲苯和6.8克tBuOH加入顶端装有回流冷凝器的150毫升圆底烧瓶中。搅拌反应混合物，置于氮气呼吸(respiration)下，随后加热至70°C。随后在反应混合物中加入大约30毫克催化剂。反应随后在恒温下继续进行。5小时后，停止反应。所进行的反应如下<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage15</formula>所得结果列在表(4)中:表(4)<table><row><column>催化剂</column><column>用量(毫克)</column><column>所得TBC重量(克)</column><column>DCt-BAQE(%)</column></row><row><column>H2S04</column><column>35</column><column>4.34</column><column>82.0</column></row><row><column>TA</column><column>38</column><column>4.67</column><column>100.0</column></row><row><column>TFSIH</column><column>31</column><column>5.16</column><column>100.0</column></row><row><column>PTSA</column><column>33</column><column>3.11</column><column>65.2</column></row><row><column>TFA</column><column>30</column><column>0,00</column><column>1.0</column></row><row><column>OLEUM</column><column>38</column><column>3,45</column><column>78.0<table>对TFSIH在180分钟后终止反应，而对其它催化剂为300分钟。权利要求1.在相对于羟基的对位上具有至少一个氢原子的羟基化芳族化合物的C-烷基化方法，其能够改进该反应在对位的选择性，其特征在于，将所述羟基化芳族化合物与式(I)的酸催化剂和与在该酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物合在一起；所述式(I)催化剂具有下式H-A-[SO2-CpHaXb]n(I)其中-A是氮(N)或碳(C)原子；-当A是氮原子时n等于2，当A是碳原子时n等于3；-X是氯(Cl)、氟(F)、碘(I)或溴(Br)卤素原子；且-p在1至10之间，b在3至21之间，且a+b＝2p+1。2.如权利要求l所述的方法，其特征在于该羟基化芳族化合物具有下式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式(Ⅱ)其中-n=0至4，特别为0或1，-m=0至4,特别为0或1，-其中n+m<4，且-R基团彼此独立地代表-具有1至20个碳原子的烃基团，其可以为饱和的直链或支化脂族基团；单环或多环的饱和或芳族的碳环基团；上述基团的序列，-或者两个R基团可以结合以与携带它们的碳原子构成具有3至20个原子的单环或多环的饱和或芳族的碳环或杂环，-R基团彼此独立地代表-卤素原子，优选C1、Br或F，—羟基、羧酸、酯、磺酸、硫醇或二硫化物官能团。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于R是直链或支化烷基基团，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或辛基；环烷基基团，例如环己基；芳基基团，例如苯基；芳烷基基团，例如苄基。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于位于两个相邻碳原子上的两个R基团可以一起并与携带它们的碳原子形成饱和或芳族的任选被取代的碳环或杂环。5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于羟基化芳族化合物选自苯酚、儿茶酚、邻甲酚、间甲酚、间苯二酚、二甲苯酚和连苯三酚。6.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于在酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物选自a)具有至少3个碳原子的烯属化合物；b)仲醇和叔醇；c)具有至少一个仲或叔基团的醚和胺；以及d)烷基和芳烷基卤。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于该烯属化合物选自不饱和的直链或支化的脂族烃，其含有至少一个双键，优选在a位上；不饱和的单环碳环烃或含有至少两个碳环的多环烃，其在环中可以含有一个或多个杂原子并且具有至少一个桥环或环外不饱和度。8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于该烯属化合物选自异丁烯、2，2，4-三曱基戊烯、辛烯、二环戊二烯、壬烯和十二碳烯。9.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于在酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物在所述方法中以每1当量羟基化芳族化合物为0.01至50当量的比例使用。10.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于式(I)的酸催化剂选自双-三氟曱烷磺酰亚胺、双-五氟乙烷磺酰亚胺和三(三氟甲烷磺酰基)甲烷。11.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于式(I)的酸催化剂是其中A是氮原子、n等于2且X对应于氟原子(F)的那些。12.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于每l当量羟基化芳族化合物使用小于或等于2当量的式(I)的酸催化剂的量。13.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于反应介质包含溶剂。14.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于该溶剂选自非质子溶剂、芳族化合物和离子液体。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于该溶剂选自甲苯、二曱苯和二氯苯。16.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于将该反应的各种化合物混合，随后加入酸催化剂以引发烷基化反应。全文摘要本发明涉及羟基化芳族化合物的羟基的对位上的选择性C-烷基化方法。在相对于羟基的对位上具有至少一个氢原子的羟基化芳族化合物的本发明C-烷基化方法的特征在于，将所述化合物与式(I)酸催化剂和在该酸催化剂存在下导致生成碳正离子的化合物合在一起。该酸催化剂对应于下式H-A-[SO<sub>2</sub>-C<sub>p</sub>H<sub>a</sub>X<sub>b</sub>]<sub>n</sub>(I)，其中A代表氮(N)或碳(C)原子，当A是氮原子时n等于2，当A是碳原子时n等于3，X是卤素原子，p等于1-10，b等于3-21，且a+b＝2p+1。文档编号C07C39/08GK101203474SQ200680022161公开日2008年6月18日申请日期2006年8月3日优先权日2005年8月4日发明者J-P·西莫纳托申请人:罗狄亚化学公司