专利名称：用于制备酰胺化合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过肟化合物的贝克曼(Beckmarm)重排制备酰胺化合物的方法。
背景技术：
常见的用于制备酰胺化合物的工业方法包括相关肟化合物的贝克曼重排，使用工业计量的浓硫酸和发烟硫酸。然而，需要使用化学计量的或更高量的这种强酸，这会在中和过程引起大量作为副产物的硫酸铵的形成。所述方法因此需要制备浓硫酸和发烟硫酸的设备以及用于处理硫酸铵的设备，是一种具有大的环境负担以及高的设备成本的方法(专利文件No. 1，专利文件No. 2)。最近，不需要大量的浓硫酸或发烟硫酸的贝克曼重排被大量的研究。已经描述了利用诸如过氧化铼的铵盐和三氟甲磺酸的混合物(非专利文件No. 1)，三氟甲磺酸铟(非专利文件No.幻，或三氟甲磺酸镱(非专利文件No. 3)的强酸作为催化剂的多种方法。还描述了使用酸和脱水剂的组合的多种方法，包括使用N，N-二取代酰胺化合物作为溶剂、五氧化二磷或浓磷化合物与不含氟的磺酸酐或磺酸基羧基酸酐(sulfocarboxylic anhydride)进行重排反应的方法(专利文件No. 3和4)，以及使用经含酸水溶液预处理的沸石催化剂的方法(专利文件No. 5)。作为没有酸的方法，已经描述了在铼化合物和含氮杂环化合物的组合存在时进行重排反应的方法(专利文件No. 6和7)以及包括使用氧化锌的方法(专利文件 No. 8)。专利文件No. 9描述了在羧酸溶剂中使用氰尿酰氯(又称作为三氯三嗪)作为脱水剂的方法，肟和羧酸反应生成酯，然后所述酯进行重排。专利文件No. 10描述了使用例如， 氰尿酰氯(又称作为三氯三嗪(trichlorotriazine))作为引发剂使肟的盐酸盐重排的方法。尽管使用诸如上述的催化剂的一些方法能获得高的重排量，但是这些方法使用特殊的催化剂或溶剂，所述催化剂或溶剂回收或再生的方法还没有明确地记载，因此所述方法作为工业过程不完善。专利文件11描述了肟化合物在极性溶剂中进行贝克曼重排反应的方法，使用含芳香环的化合物作为重排反应催化剂，其包括(1)至少一个含有离去基的碳原子作为芳香环成分以及(2)至少三个具有吸电子基的杂环原子和/或碳原子作为芳香环成分，其中(3) 具有吸电子基的其中两个杂环原子和/或碳原子在含有离去基的碳原子临位或对位的位置。非专利文件No. 4中也描述相似的方法。此外，非专利文件No. 5描述了具有杂环结构的磷酸盐作为贝克曼重排反应的催化剂，该杂环结构类似于专利文件No. 11中所述催化剂的结构。专利文件No. 12描述了贝克曼重排反应可使用专利文件No. 11和非专利文件No. 4中公开的催化剂在非极性溶剂中进行。专利文件No. 13和No. 14描述了使用专利文件No. 11中公开的催化剂的类似化合物进行肟化合物的贝克曼重排反应的方法。专利文件No. 15和No. 16描述了使用亚硫酰氯作为催化剂的肟化合物的贝克曼重排反应。
在以上现有技术文件中所描述的用于贝克曼重排反应的催化剂中，相对便宜且适于作为工业化学品的催化剂包括氰尿酰氯，三氯化磷，五氯化磷，亚硫酰氯和硫酰氯。在这些催化剂中，当失活时，氰尿酰氯，三氯化磷，五氯化磷可转变为能不溶于诸如三聚氰酸和磷酸有机溶剂的化合物，因此当在工业过程中大量使用这些催化剂时，它们会导致管路阻塞或差的热转移，因此它们是不理想的。进一步的，由于三氯化磷，五氯化磷的剧毒性对环境不好。相反的，由于亚硫酰氯分解产生氯化氢和二氧化硫而没有固体沉淀，因此其是适于工业应用的催化剂。专利文件No. 15和No. 16公开了一种方法，其中将亚硫酰氯和肟化合物混合并加热，在该方法中发现，产量会随诸如温度升高速率的多个因素而变化，并且产量低。进一步的，贝克曼重排反应产生非常多的热量以至于通过专利文件No. 15和No. 16 所述的方法难以控制，因此，其不适于大规模生产。同时还发现一个问题通过将亚硫酰氯加入到加热至预定温度的肟化合物溶液中的方法不能制备出高产量的期望的酰胺化合物。现有技术文件
专利文件
专利文件No.1 日本审查专利公开号No. 1977-033118。
专利文件No.2 日本特开专利公开号No. 1993-4964。
专利文件No.3 日本特开专利公开号No. 2001-302602。
专利文件No.4 日本特开专利公开号No. 2001-302603。
专利文件No.5 日本特开专利公开号No. 2001-072658。
专利文件No.6 日本特开专利公开号No. 1997-301951。
专利文件No.7 日本特开专利公开号No. 1997-301952。
专利文件No.8 日本特开专利公开号No. 2001-019670。
专利文件No.9 日本特开专利公开号No. 1971-23740。
专利文件No.10日本特开专利公开号No. 1972-18114。
专利文件No.11日本特开专利公开号No. 2006-219470
专利文件No.12国际公开号WO 07/125002。
专利文件No.13日本特开专利公开号2008-156277。
专利文件No.14日本特开专利公开号2008-162935。
专利文件No.15日本特开专利公开号1976-041376。
专利文件No.16日本审查专利公开号1977-012198。
专利文件No.17日本特开专利公开号1987-215558。
非专利文件非专利文件No. 1 :K. Narasaka,等人，Chemistry Letter, pp. 489-492 (1993) ·非专利文件No. 2 J. S. Sandhu,等人，Indian Journal of Chemistry, pp. 154-156(2002).非专禾Ij文件 No. 3 J. S. Yadav,等人，Journal of Chemical Research (S)， pp. 236-238(2002).4 :K. Ishihara,^A, Journal of American Chemical Society, pp.11240-11241(2005).
非专利文件No. 5 :M. Zhu,等人，Tetrahedron Letters, pp. 4861-4863 (2006).非专利文件No. 6 =Marin G. Hitzler,等人，Liebigs Ann, pp 247-257 (1996) ·
发明内容
发明要解决的技术问题本发明的一个目的是提供一种通过肟化合物的贝克曼重排反应制备酰胺化合物的方法，该方法使用便宜且在分解时不会形成沉淀的催化剂，并且不产生硫酸铵作为副产物。本发明的另一个目的是提供一种用于制备酰胺化合物的适合工业的方法，通过该方法使用少量的催化剂可制备出高产量的期望的酰胺化合物。解决技术问题的手段本发明涉及以下内容。[1] 一种通过肟化合物的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法，使用具有至少两个吸电子离去基的化合物作为重排催化剂，所述方法包括预制备步骤，在该步骤中将所述重排催化剂和至少一部分的肟化合物混合并反应；以及重排反应步骤，在该步骤中将所述肟化合物在高于预制备步骤的温度进行重排。[2]如[1]所述的方法，其中，所述预制备步骤使用一部分的肟化合物进行，在所述重排步骤，剩余的肟化合物溶液和预制备步骤的反应物混合并在高于预制备步骤的温度下进行重排反应。[3]如[1]所述的方法，其中，在预制备步骤，所述重排催化剂和所有的肟化合物混合，并且在重排反应步骤，加热所述混合物。[4]如[1]_[3]任一项所述的方法，其中，所述重排催化剂为至少一种选自由亚硫酰氯，氰尿酰氯，三氯化磷和五氯化磷组成的群组的化合物。[5]如[1]_[3]任一项所述的方法，其中，所述重排催化剂为亚硫酰氯。[6]如[2]所述的方法，其中，在所述预制备步骤使用一部分的肟化合物和亚硫酰氯进行，所述肟化合物和亚硫酰氯的摩尔比(肟化合物/亚硫酰氯)为0. 5或更多。[7]如[1]_[6]任一项所述的方法，其中，在路易斯酸的存在下进行所述重排反应。[8]如[7]所述的方法，其中，所述路易斯酸是一种或多种选自由锌，钴，锑，锡和铋组成的群组的金属的卤化物。[9]如[1]_[8]任一项所述的方法，其中所述预制备步骤在50°C或更低进行，所述重排反应步骤在60°C -160°C的温度进行。[10]如[1]_[9]任一项所述的方法，其中所述肟化合物为环十二酮肟。发明的效果本发明能在通过肟化合物的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法中，通过使用小计量的便宜且工业可利用的重排催化剂完成反应。本发明还能够在不产生诸如硫酸铵的副产物或不沉淀催化剂的分解物的情况下制备出高产量的酰胺化合物，因此是适于工业使用的方法。在根据本发明的贝克曼重排反应中，没有不溶物形成，所以所述反应液为清澈的。换句话，没有沉淀物沉积在反应器或管路中，因此不会出现堵塞或差的热转移。进一步的， 尽管不溶物通常具有高的沸点，但是所述体系没有这样的不溶物，所以蒸馏罐底的残留物可被容易的处理，同时降低了馏分损失。进一步的，因为不溶物应为催化剂的失活产物，没有不溶物的出现也是所述催化剂高的活性的间接证据。
具体实施例方式以下详细描述本发明。(肟化合物)在本发明中，根据目标酰胺，可适当选择肟化合物，没有任何特别的限制。例如，其可以是化学式(1)所表示的化合物。
R1
〉C=N—OH(1)
R其中，R1和R2分别表示一有机基团，或者R1和R2可以一起表示一二价有机基团， 据此可形成一个具有碳原子的环，R1和R2与所述碳原子连接。用于R1和R2的有机基团的例子包括烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基 (cycloalkenyl)、芳基、芳烷基、和芳香族或非芳香族杂环基。这里的烷基可以是，例如，具有1-20个碳原子的烷基，优选1-12个，更优选2-8 个。具体的例子包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、S-丁基、t-丁基、戊基、异戊基、己基、异己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基和十五烷基。烯基可以是，例如，具有2-20个碳原子的烯基，优选2-12个，更优选2_8个。具体的例子包括乙烯基、丙烯基、1-丙烯基、1- 丁烯基、1-戊烯基和1-辛烯基。炔基可以是，例如，具有2-20个碳原子的炔基，优选2-12个，更优选2_8个。具体的例子包括乙炔基和1-丙炔基。环烷基可以是，例如，具有3-20个碳原子的环烷基，优选3-15个。具体的例子包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基和环十二烷基。环烯基可以是，例如，具有3-20个碳原子的环烯基，优选3-15个。具体的例子包括环戊烯基、环己烯基和环辛烯基(cyclooctenyl)。芳基的例子包括苯基和萘基。芳烷基的例子包括苄基、2-苯基乙基和3-苯丙基。芳香族或非芳香族杂环基包括2-吡啶基、2-苯并吡啶基、2-呋喃基、2-噻吩基和 4-哌啶基。当R1和R2 —起表示一二价有机基团，它们形成一个具有碳原子的环，R1和R2与所述碳原子连接。这种二价有机基团的例子包括直链或支链的亚烷基，优选直链亚烷基，形成的环的例子包括3-30元环，优选4-20元环，更优选5-14元环。这些有机基团，无论其是否形成环，只要其不会抑制反应，可以有多种取代基，而没有特殊的限制。取代基的例子包括卤素、氧基、巯基、取代氧基(烷氧基、芳氧基、酰氧基等)，取代硫基，取代氧羰基、取代或非取代胺甲酰基、氰基、硝基、取代氨烷基、烯基、炔基、 环烷基、环烯基、芳基(苯基、萘基等)、芳烷基和杂环基。
化学式(1)表示的肟化合物的具体例子包括丙酮肟、2-丁酮肟、2-戊酮肟、3-戊酮肟、1-环己基-1丙酮肟、苯甲醛肟、苯乙酮肟、苯甲酮肟和4-羟苯乙酮肟、和这些成环的包括环丙酮肟、环丁酮肟、环戊酮肟、环己酮肟、环庚酮肟、环辛酮肟、环壬酮肟、环癸酮肟、环十二酮肟、环十三酮肟、环十四酮肟、环十五酮肟、环十六酮肟、环十八酮肟和环十九酮肟。可以选择肟化合物，并且一种肟化合物单独使用或者两种或多种肟化合物组合使用。肟化合物通过将酮根据化学式(1)所表示的肟化合物与羟胺进行反应制得。例如，环十二酮肟可通过将环十二酮与由硫酸羟胺复分解产生的羟胺进行反应制得，如日本特开专利No. 2004-59553中所述。进一步的，所述肟化合物也可以通过具有甲基或亚甲基基团的化合物与亚硝酸酯或亚硝酸盐在一种化合物的存在下进行反应制得，所述化合物为通过将保护基团(例如， 诸如乙酰基的酰基基团)引入源自诸如N-羟基琥珀酰亚胺、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、N， N' -二羟基均苯四二酰亚胺，N-羟基戊二酰亚胺、N-羟基-1，8-萘二羧基酰亚胺以及N， N' - 二羟基-1，8，4，5-萘四羧基二酰亚胺的脂肪族多元羧酸酐(环酐)或芳香族多元羧酸酐(环酐)的N-羟基酰亚胺化合物或者引入N-羟基酰亚胺化合物的羟基基团制得(例如，日本特开专利No. 2009-298706)。另外，所述肟化合物可以通过诸如环烷的光致亚硝化制得，或者在诸如钛硅酸盐的催化剂的存在下环烷酮与氨气和过氧化氢的反应制得。(重排催化剂)本发明的具有至少两个吸电子的离去基的化合物(以下，指“重排催化剂”)的例子为具有至少两个如化学式(2)所述的结构的化合物。A-X (2)其中A表示C(碳原子)，P，N，S，B or Si ；X表示吸电子的离去基；并且除了 X，A 还与一个或多个原子或基团连接。其中有多个X与A连接的化合物也包括在本发明的范围内。当多个A-X出现时，它们可以相同或不同。X中的吸电子的离去基可以是普通的诸如卤素(氟、氯、溴和碘)、-0R(R表示有机基团)、羧基、氨基以及磺酰氧基的消去功能基团。在这些功能基团中，优选卤素。优选的， R表示的有机基团的例子，包括但不局限于烷基和卤代烷基。用于R的烷基的例子包括具有1-10个碳原子的直链或支链烷基，诸如甲基、乙基、 丙基、异丙基、丁基、异丁基、S- 丁基、t- 丁基、戊基和己基。用于R的卤代烷基的例子包括上述的具有一个或多个诸如氟、氯、溴和碘的卤素取代基的烷基。另一个取代基的例子为卤代芳基。对于重排催化剂没有特殊的限制，只要其是分子中具有至少两个如化学式(2)所表示的结构的化合物(包括其中有多个X与A连接的化合物)，并且其可以是环状化合物或非环状化合物。本发明中重排催化剂的具体例子包括磷腈化合物(磷腈衍生物)，磷化氢化合物 (磷化氢衍生物)，酰亚胺化合物(酰亚胺衍生物)，磺酰或亚磺酰化合物(磺酰或亚磺酰衍生物)，硅烷化合物(硅烷衍生物)，聚卤化磷酸盐(polyhalophosphates)，含有硅作为环组分的环状化合物，磷卤化物，卤化硫酰(halosulfuryls)或上述物质的任意混合物。
磷腈化合物的例子包括诸如六氯磷腈(hexachlorophosphazene)，六氟磷腈 (hexaf luorophosphazene)禾口六 ^ ￠^ 月青(hexabromophosphazene)白勺 1 it ￠^ 月青 ttj 生 (halophosphazene derivatives)。磷化氢化合物的例子包括二氯乙基磷化氢(dichloroethylphosphine)，二氯丁基憐化S (dichlorobutylphosphine)禾口二氯己基憐化氧(dichlorohexylphosphine)。酰亚胺化合物的例子包括氰尿酸衍生物包括氰尿酰卤衍生物，诸如氰尿酰氯(也被称为三氯三嗪或氰尿酰氯酸，三氯氰尿酸)的氰尿酰卤化物衍生物(cyanuric halide derivatives)和二氯氰尿酸钠；以及海因衍生物，其包括诸如1，3_ 二氯_5，5_ 二甲基海因和1,3-二溴-5，5-二甲基海因的卤化海因衍生物(halohydantoin derivatives)。磺酰或亚磺酰化合物的例子包括硫酰氯化三氯甲烷，三氟甲烷磺酰氯和亚硫酰
^L ο硅烷化合物的例子包括诸如二氯二甲基硅烷，三苯基氯硅烷，二苯基二氯硅烷和三氯苯硅烷的卤代硅烷衍生物。聚卤化磷酸盐的例子包括甲基二氯磷酰和二氯磷酸苯酯。含有硅作为环组分的环状化合物的例子包括卤化氮化硅(silicon halonitrides)0磷卤化物的例子包括三氯化磷和五氯化磷。卤化硫酰的例子包括氯化硫酰。在这些化合物中，优选，在结构(2)之间具有至少共轭的π电子的化合物或者其中有多个χ与A连接的化合物，并且三氯氰尿酸，亚硫酰氯，三氯化磷和五氯化磷更适于使用。当重排催化剂(具有化学式(2)所表示的结构的化合物)为其中的离去基团X具有-OR的化合物，所述化合物可在用在反应之前进行制备。另外的，具有卤素作为离去基团 X的相关化合物和乙醇或金属醇盐在一个反应体系中联合用于制备酰胺化合物，并且在所述反应体系中，使用-OR取代卤素可促进具有-OR作为离去基团X的化合物在反应体系中的产生。(酰胺化合物的预制备和重排催化剂)肟化合物和重排催化剂在低于肟化合物的贝克曼重排的温度下混合(以下简称 “预制备”)。所述预制备步骤用于形成作为贝克曼重排反应的催化剂的化合物(称为“活性前体物”)。这里，当部分的肟化合物用于所述预制备，所述预制备步骤中的所述肟化合物和重排反应步骤的所述肟化合物一般是一样的，但不是必须的。下面将详细描述在预制备步骤中形成上述活性前体物的反应机制。首先，将化学式(1)所示的肟化合物中的氢和重排催化剂中的离去基团缩合并被除去以产生化学式C3)所示的肟衍生物。在化学式(3)中，Y代表一吸电子取代基。例如，当氰尿酰氯用作催化剂时，Y是3， 5- 二氯-2，4，6-三嗪氧基(3，5-dichloro-2，4，6-triazinoxy)基团或 3-氯-5-亚烷基 _2， 4，6-三嗪氧基(3-chloro-5-alkylidene-2,4,6-triazinoxy)基团(化学式(4)和(5))。 当肟化合物是环十二酮肟时，由化学式(4)或( 所示的肟衍生物，可以由日本专利公开号 2009-185005公开的方法合成并且可以通过高效液相色谱法(HPLC)进行定量。
当亚硫酰氯用作重排催化剂时，化学式C3)所示的肟衍生物可通过以下机制形成。首先氯化氢从亚硫酰氯和肟化合物消去，以形成一种具有化学式(6)所示的结构的化合物，然后化学式(6)所示的化合物的分子内的亲核取代反应产生化学式(7)所示的化合物。在这个反应中，硫以二氧化硫的形式除去。也就是说，当亚硫酰氯用作重排催化剂时， Y将是氯气。所表明的事实是，通过在减压下对预制备溶液进行脱气，并在移去由消除产生的气体和残留的亚硫酰氯后，通过自动样品燃烧装置(例如，来自三菱化学株式会社的 AQF-100型号)燃烧所述溶液，由此产生的气体被碱性水溶液吸收，对于含有该气体的碱性水溶液使用离子色谱分析(例如，使用来自三菱化学株式会社的DI0NEX-ICS1000系统)检测到的氯的量是加入的亚硫酰氯量的一半左右，而检测到的硫的量很少(在实施例B20中描述)O预制备溶液的高效液相色谱分析表明，随着肟化合物作为起始原料的减少，有多个新的峰值出现，这与肟化合物相关的酰胺或内酰胺类化合物不同；在诸如乙腈的极性溶剂添加到预制备溶液之后，然后在室温下储存所述溶液一整天和一整夜，这些新峰值消失， 并出现酰胺或内酰胺类化合物的峰值，所述峰值的峰值量对应肟化合物减少的量。这表明， 酰胺或内酰胺类化合物是通过含有一个氯原子的活性中间体生成的。
权利要求
1.一种通过肟化合物的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法，使用具有至少两个吸电子离去基的化合物作为重排催化剂，所述方法包括预制备步骤，在该步骤中将所述重排催化剂和至少一部分的肟化合物混合并反应；以及重排反应步骤，在该步骤中将所述肟化合物在高于预制备步骤的温度进行重排。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预制备步骤使用一部分的肟化合物进行，并且在所述重排步骤，剩余的肟化合物溶液和预制备步骤的反应物混合并在高于预制备步骤的温度下进行重排反应。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在预制备步骤，所述重排催化剂和所有的肟化合物混合；并且在重排反应步骤，加热所述混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述重排催化剂为至少一种选自由亚硫酰氯，氰尿酰氯，三氯化磷和五氯化磷组成的群组的化合物。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述重排催化剂为亚硫酰氯。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述预制备步骤使用一部分的肟化合物和亚硫酰氯进行，所述肟化合物和亚硫酰氯的摩尔比(肟化合物/亚硫酰氯)为0. 5或更多。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，在路易斯酸的存在下进行所述重排反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述路易斯酸是一种或多种选自由锌，钴，锑，锡和铋组成的群组的金属的卤化物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中所述预制备步骤在50°C或更低进行，所述重排反应步骤在60°C -160°C的温度进行。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中所述肟化合物为环十二酮肟。
全文摘要
本发明涉及一种通过肟化合物的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法，使用具有至少两个吸电子离去基的化合物作为重排催化剂，所述方法包括预制备步骤，在该步骤中将所述重排催化剂和至少一部分的肟化合物混合并反应；以及重排反应步骤，在该步骤中将所述肟化合物在高于预制备步骤的温度进行重排。
文档编号C07D201/04GK102414174SQ20108001919
公开日2012年4月11日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者杉本常实, 钉本纯一 申请人:宇部兴产株式会社