专利名称：1,2,3,6－四氢－2,2,6,6－四甲基吡啶－n－氧化物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶(THTMP)的催化氧化制备1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶-N-氧化物(下面标为脱氢-TEMPO＝DH-TEMPO)的方法。
由文献已知从相应的仲胺经氧化合成N-氧化物。它们的主要区别是所用的氧化剂不同。因此，R.Winter和R.Malherbe用有机过氧化氢如正叔丁基过氧化氢进行氧化(见EP-A-0157783)，通过使用昂贵的氧化剂可以得到至少化学计算量的叔丁醇作为偶联产物。因此缺点为常建议用过碳酸作为氧化剂。例如，Chou等人用3-氯-过苯甲酸作为氧化剂(见J.Org.Chem.392356,2360)。
相反，用过氧化氢作氧化剂是基本适宜的，因为其价格适宜且作为偶联产物只产生水。D.P.Young及Rozantsev等人建议用过氧化氢作氧化剂和钨酸盐作为催化剂(见GB 1199351和Tetrahedron 20，131,137)。这些方法的缺点是反应时间极长达若干天并有催化剂的脱除问题，因为由于环保的原因不许它进入废水中。而在用碳酸钠作催化剂时必须进行长的反应时间(见Soviet PhysicsDoklaay 261,1，，103,110)。通过添加磷钨酸作催化剂，尽管反应时间明显缩短，但是，却要使用昂贵的催化剂和为适应环境而存在脱除的问题(见R.BriereH，lemaire和A.Rassat，Bull.Soc.Chim，France 11，3273)。
纵观所有提及的氧化方法，它们消耗的化学试剂高，技术昂贵，有废料脱除问题和/或需要不经济的长反应时间。
EP-057466的方法消除了这些缺点，其中，用过氧化氢作氧化剂和碱土金属盐作催化剂氧化2，2，6，6-四甲基哌啶。
现已意外地发现，当在碱土金属盐或其氢氧化物作催化剂的存在下，在水介质中用过氧化氢氧化1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶时，可以通过1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶的催化氧化有利地生产烃不饱和1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶-N-氧化物。
由下述反应式描述该反应
在本发明的方法中，在对相应的N-氧化物，DH-TEMPO，在具有超过90％的很高选择性的碱土金属催化剂的存在下，通过过氧化氢氧化THTMP。令人吃惊的是，THTMP和DH-TEMPO中的烃双键都未受到攻击。人们预料这些双键会与过氧化氢反应，因为在DE-OS 2838364中，在制造2，2，6，6-四甲基吡啶-3，4-二醇时对此有所描述。在本发明的方法中，过氧化氢本身过剩不会有值得一提的双键反应。
DH-TEMPO是一种很好的单体如丙烯酸及其酯聚合抑制剂，因为它能捕捉聚合引发基团，甚至在气相中的也可捕捉到，对于应用来说，表明了所需性能的有益结合。这些性能为1、它是低凝固点的液体，易加工。相反，TEMPO的Fp为35℃，根据环境条件分别是液体或固体。
2、在烃如甲苯中它是易溶的。
3、根据EP 0574667，4-位取代的衍生物具有较高的蒸汽压，这就是为什么它也适于作为气相中的抑制剂。
此外，DH-TEMPO很适于作为氧化还原催化剂。
适宜作催化剂的有钙、锶、钡和尤其镁的盐和氢氧化物，例如氯化物，硫酸盐，硝酸盐，磷酸盐，甲酸盐，乙酸盐等，前提条件是，在反应温度下，盐或氢氧化物在反应混合物中至少是部分溶解的，并且在反应混合物中尽可能以离子形式存在。可以以固体，以固体混合物，或以固体的悬浮液或溶液或多种固体的形式使用盐或氢氧化物。当然，还可以使用碱土金属化合物，它与反应混合物中的成份反应，例如，水解并且之后以离子形式离解，如碱土金属醇盐和格利尼亚化合物。金属本身也是可用的，因为在反应条件下它们可与水反应。
令人意外和有利的是，为实现本发明方法的高产率，低浓度，碱土金属盐就已足够了。当碱土金属离子以0.002摩尔浓度存在时，就能产生良好的结果。将硫酸镁七水合物，氯化镁六水合物和硝酸镁六水合物视为很适宜的碱土金属盐。THTMP与碱土金属盐或氢氧化物的摩尔比率一般为105∶1至10∶1，优选105∶1至102∶1，尤其约104∶1。由于用量这样低，催化剂的消耗量也低，并且，碱土金属盐和及氢氧化物是廉价的和在环境方面为无问题物质。尤其钙和镁化合物在自然界中广泛分布，因此，在该方法的副产物中有少量这类盐也不会对环境产生很大的负担。
反应在水介质中进行，即在水中或在与水可混合的惰性有机溶剂共用下进行。在搅拌下THTPM与水形成乳液，它以此形式与过氧化氢反应。溶剂提高了THTMP的溶解性，通常它提高了反应速度和缩短了反应时间，由于经济原因，作为溶剂用低级醇或二元醇，如甲醇，乙醇，正或异丙醇，乙二醇或丙二醇。由于安全原因，优选低蒸汽压的溶剂，因为它们与富氧废气不会形成可爆炸的混合物。优选的溶剂是高沸点二元醇或二醇醚，如乙二醇，丙二醇，乙二醇单或二烷基醚，丙二醇单或二烷基醚，聚乙二醇，聚乙二醇单或二烷基醚，聚丙二醇及聚丙二醇单或二烷基醚。
所用过氧化氢可以是商业惯用形式的10～60％(重量)溶液。
根据文献公开的方法，通过水解离，由相应的饱和醇、4-羟基-2，2，6，6-四甲基吡啶制成THIMP(见E.Fischer，Ber，16，1604；Ber，17，1790)。
进行该方法的实际操作例如如下取THTMP，催化剂，水和需要时一种溶剂，其中，相应水的重量为THTMP重量的0.1～2倍，优选0.3～0.8倍。需要时共用的溶剂的重量相当于所用水重量的0.1～2倍。混合物的温度相应为0～100℃，优选40～90℃。在0.1～2小时内添加过氧化氢，在所选温度下将反应混合物再相应搅拌1～30，优选5～15小时。或者一次或多次中断过氧化氢的添加，以先使暂时还存在的过氧化氢消耗掉。THTMP与过氧化氢相应的摩尔比为1∶1至1∶10，优选1∶1至1∶5，尤其1∶1.5至1∶2.5。通过气相色谱分析监视反应进程。
按一般方法处理反应混合物并且在多数情况下是很容易的，因为THTMP几乎完全转变。例如，按照无有机溶剂的反应，反应混合物很容易进行处理，其中真空蒸掉水，留下的剩余物为DH-TEMPO，经气相色谱确定其纯度为超过95％。由于催化剂的浓度通常低于1％pm，对于多数应用来说省掉了分离。当然还可由萃取处理反应混合物并通过不同的洗涤纯化萃取物。当共用高沸点溶剂时尤其建议使用这种方法。对于许多目的来说，不再纯化的萃取物可直接使用，例如在甲苯中的溶液。
下面实施例仅用于说明本发明，而不限制其应用范围。实施例1使用玻璃设备，它由带由搅拌器，温度计和滴液漏斗的三颈烧瓶组成，并添加70.0g(0.5Mo1)1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶(二THTMP)50.0g水0.4g 硫酸镁七水合物72.9g过氧化氢(30％重量)取THTMP，水和硫酸镁六水合物，在搅拌下将混合物加热到70℃。在2小时内滴加过氧化氢。然后搅拌3小时，此后再加27.0g过氧化氢，并让混合物在搅拌下反应。在70℃重反应7小时后，N-氧化物含量为约80％。通过2次添加再次加入25.0g过氧化氢和各次再反应2小时后，N-氧化物的含量达97.2％。
为使过剩的过氧化氢分解，反应混合物先在80℃后在90℃各搅拌半个小时，然后将混合物冷却，并进行相分离。得到71.0g有机相。
为了分离未反应的THTMP，用10％硫酸洗涤有机相并用固体碳酸氢钠调至中性。纯度(GC分析)为99％。基于所加的THTMP，产率为91.3％理论值(d.Th.)。红色液体DH-TEMPO的凝固点为-10℃。以各种比例可与甲苯混合，产物具有所述适宜性能的结合。实施例2～4用例1所述的设备，用所述量的THTMP，水和过氧化氢，各添加0.02mol下述镁化物作催化剂氢氧化镁氯化镁硝酸镁用例1所述的方法进行操作，得到极相似的结果。
实施例5
使用例1所述的设备，用所述量的THIMP和硫酸镁七水合物，并代替纯水加入30.0g聚乙二醇(分子量约2000)和20g水的混合物。反应进行的很快并在7小时后结束。过氧化氢的消耗量为95g，明显少于例1。通过用甲苯萃取进行处理，产率为92.5％。
权利要求
1.通过1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶的催化氧化制备1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶-N-氧化物的方法，其特征在于，在碱土金属盐或其氢氧化物作催化剂的存在下，在水介质中用过氧化氢氧化1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，用碱土金属盐为氯化物、硫酸盐、硝酸盐或磷酸盐作为催化剂。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，用氢氧化镁或镁盐作为催化剂。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，用硫酸镁七水合物，氯化镁六水合物和/或硝酸镁六水合物作为催化剂。
5.根据权利要求1至4之一项的方法，其特征在于，1，2，3，6-四氢-2，2，6，6-四甲基吡啶与碱土金属氢氧化物或碱土金属盐的摩尔比为105∶1至10∶1，尤其105∶1至102∶1。
6.根据权利要求1至5之一项的方法，其特征在于，在含水乳液中进行反应。
7.根据权利要求1至5之一项的方法，其特征在于，在添加有机溶剂，尤其是高沸点二元醇或二醇醚下进行反应。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在添加乙二醇、丙二醇、乙二醇单或二烷基醚、丙二醇单或二烷基醚，聚乙二醇、聚乙二醇单或二烷基醚，聚丙二醇或聚丙二醇单或二烷基醚下进行反应。
9.根据权利要求1至8之一项的方法，其特征在于，进行反应的温度为0至100℃，尤其40至90°。
全文摘要
本发明涉及一种通过1,2,3,6－四氢－2,2,6,6－四甲基吡啶的催化氧化制备1,2,3,6－四氢－2,2,6,6－四甲基吡啶－N－氧化物的方法,其中,在碱土金属盐或其氢氧化物作催化剂的存在下,在水介质中,用过氧化氢氧化1,2,3,6－四氢－2,2,6,6－四甲基吡啶。该产物是用于单体的聚合抑制剂。
文档编号C07B61/00GK1195663SQ9810774
公开日1998年10月14日 申请日期1998年3月14日 优先权日1997年3月18日
发明者M·考霍尔德 申请人:希尔斯股份公司