專利名稱：三甲基氫醌二酯和三甲基氫醌的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)改進(jìn)的2，3，5-三甲基氫醌和2，3，5-三甲基氫醌二酯的制備方法，其是在催化劑量的過酸存在下通過4-氧異佛爾酮(酮基異佛爾酮，3，5，5-三甲基-環(huán)己-2-烯-1，4-二酮)與?；瘎┓磻?yīng)生成三甲基氫醌二酯，該產(chǎn)物隨后任選地進(jìn)行皂化，形成三甲基氫醌。
而三甲基氫醌又是制造維生素E的重要起始物。
已知用沸石重排氣相酮基異佛爾酮可產(chǎn)生三甲基氫醌(DE 26 46172 C2)。但是，該反應(yīng)的產(chǎn)率非常低(30％轉(zhuǎn)化時(shí)為50％)，因而不是一種經(jīng)濟(jì)的方法。在另一種方法中(Y. A.Joe，Y.M.Goo，Y.Y.Lee，Bull.Korean Chem.Soc.1991，12，253)，在5％乙酸酐溶液中通過添加5當(dāng)量濃硫酸來進(jìn)行重排反應(yīng)。在該方法中，三甲基氫醌酯的產(chǎn)率僅為31％，因此該方法也不是經(jīng)濟(jì)的。
根據(jù)第三種方法(DE-OS 2 149 159)，酮基異佛爾酮在質(zhì)子酸存在下在乙酸酐中反應(yīng)，形成三甲基氫醌二乙酸酯，該產(chǎn)物隨后進(jìn)行皂化，產(chǎn)生2，3，-5三甲基氫醌。該方法的缺點(diǎn)包括使用·大量的乙酸酐(5-10mol/mol酮基異佛爾酮)·大量的催化劑酸(最多至150mol％)·而且僅有中等產(chǎn)率，最多為66％。
已發(fā)現(xiàn)一種制備三甲基氫醌(TMHQ)的方法，其是在催化劑量的質(zhì)子酸存在下使酮基異佛爾酮與?；瘎┓磻?yīng)，隨后皂化起始形成的三甲基氫醌酯，該方法的特征是，使用Hammett常數(shù)Ho小于-11.9的質(zhì)子酸。
該類型的酸通常已知為“過酸性酸”或者“過酸”。其描述可參考Olah等人，Science，No.4414，第206卷，第13及隨后頁以及Gillespie等人，J.Am.Chem.Soc.，第93卷，第5083及隨后頁。
明確提到了高氯酸、氟磺酸、及以下通式(I)的全氟烷磺酸CnF2n+1SO3H(I)其中n代表1-8，而且這些酸適合用于本發(fā)明的方法中。
Brnsted酸和Lewis酸的組合或者混合物也是合適的。對于本發(fā)明，這包括各種金屬鹵化物，例如鋁、鋅、鐵、銻、砷、鈮、鉭或鉍的鹵化物，與各種Brnsted酸的混合物。
H2SO4-H3BO3或者HB(HSQ4)4-H2SO4的混合物、鹵磺酸和硫酸的混合物也是優(yōu)選的。已證明釋放H+AlCl4-或H+BF4-作為活性催化物質(zhì)的系統(tǒng)、魔酸(magic acid)(HSO3F-SbF5)或者氟銻酸(HF-SbF5)也是非常合適的。
根據(jù)本發(fā)明，所述酸可是溶解形式的。
相對于最終離子，酸的使用量為0.1-50wt％，特別是0.5-25wt％。相對于每摩爾酮基異佛爾酮，常規(guī)已知的?；瘎┑牧績?yōu)選為＞2-4mol，特別是2.1-3mol。
根據(jù)本發(fā)明所用的酰化劑優(yōu)選包括羧酸酐、羧酸酰氯或者烯醇酯，特別是雙烯酮。具體而言，可以是以下通式的羧酸酐
其中，R和R′代表任選取代并具有1-8個(gè)碳原子的脂族、脂族環(huán)或者芳香基團(tuán)，該基團(tuán)可任選地包含1-3個(gè)鹵素原子。
乙酸酐和乙酰氯特別優(yōu)選用作酰化劑。其它優(yōu)選的酸酐和酰鹵是丙酸、丁酸、異丁酸、環(huán)己烷羧酸、苯甲酸、氯乙酸、三氟乙酸的酸酐和酰氯。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，任選地在通過蒸餾除去未反應(yīng)的乙酸酐后，添加水和/或稀釋酸、特別是硫酸，然后將混合物加熱至沸騰，由此皂化所得的TMHQ二乙酸酯，而無需進(jìn)行分離。然后過濾所得的TMHQ。
但是，在添加水后也可從反應(yīng)混合物中分離出所得的TMHQ二乙酸酯，然后在相轉(zhuǎn)移劑存在下在稀釋酸、特別是硫酸中水解，分離所得的THMQ，特別是通過過濾來分離。
與水具有某些程度之混溶性的有機(jī)溶劑也可在皂化已分離之三甲基氫醌二酯中用作相轉(zhuǎn)移劑。使用乙酸、n-丁醇和乙酸n-丁基酯或者所述溶劑的混合物是特別有利的。
根據(jù)本發(fā)明的方法可如下制備2，3，5-三甲基氫醌在單容器反應(yīng)中，相對于酮基異佛爾酮，在＞0.4-0.6mol乙酸酐和0.1-50wt％、
已發(fā)現(xiàn)一種制備三甲基氫醌(TMHQ)的方法，其是在催化劑量的質(zhì)子酸存在下使酮基異佛爾酮與?；瘎┓磻?yīng)，隨后皂化起始形成的三甲基氫醌酯，該方法的特征是，使用Hammett常數(shù)Ho小于-11.9的質(zhì)子酸。
該類型的酸通常已知為“過酸性酸”或者“過酸”。其描述可參考Olah等人，Science，No.4414，第206卷，第13及隨后頁；以及Gillespie等人，J.Am.Chem.Soc.，第93卷，第5083及隨后頁。
明確提到了高氯酸、氟磺酸、及以下通式(I)的全氟烷磺酸CnF2n+1SO3H(I)其中n代表1-8，而且這些酸適合用于本發(fā)明的方法中。
Brnsted酸和Lewis酸的組合或者混合物也是合適的。對于本發(fā)明，這包括各種金屬鹵化物，例如鋁、鋅、鐵、銻、砷、鈮、鉭或鉍的鹵化物，與各種Brnsted酸的混合物。
H2SO4-H3BO3或者HB(HSO4)4-H2SO4的混合物、鹵磺酸和硫酸的混合物也是優(yōu)選的。已證明釋放H+AlCl4-或H+BF4-作為活性催化物質(zhì)的系統(tǒng)、魔酸(magic acid)(HSC3F-SbF5)或者氟銻酸(HF-SbF5)也是非常合適的。
根據(jù)本發(fā)明，所述酸可是溶解形式的。
相對于最終離子，酸的使用量為0.1-50wt％，特別是0.5-25wt％。相對于每摩爾酮基異佛爾酮，常規(guī)已知的?；瘎┑牧績?yōu)選為＞2-4實(shí)施例1在61g(0.6mol)乙酸酐中加入0.34g(2.3mmol)三氟甲磺酸，然后在30分鐘的時(shí)間中在沒有濕氣的情況下滴加30.5g(0.2mol)酮基異佛爾酮(98％)。通過冷卻將溫度保持在低于50℃。進(jìn)一步使溫度保持在45-50℃2小時(shí)，以使轉(zhuǎn)化完全。然后降低溫度至20℃，由此形成結(jié)晶。加入125ml水，以使三甲基氫醌二乙酸酯完全結(jié)晶。通過抽吸過濾分離固體，然后在100ml 30％硫酸和15ml n-丁醇的混合物中加熱沸騰4小時(shí)。通過蒸餾除去80ml乙酸、n-丁醇和水的混合物，加入100ml水，然后將懸浮液冷卻至20℃。通過抽吸過濾分離沉淀出的三甲基氫醌，用水洗滌，然后在55℃真空干燥。
產(chǎn)率27.3g(理論值的89.7％)純度98.5％(HPLC)實(shí)施例2133mg(2.5mmol)硼酸和860mg(8.6mmol)98％硫酸在30.6g(0.3mol)乙酸酐中攪拌30分鐘，然后滴加15.5g(0.1mol)酮基異佛爾酮(98％)。通過冷卻將溫度保持在低于35℃。然后使溫度保持在30℃5小時(shí)，由此98.6％的酮基化合物發(fā)生反應(yīng)。分析(HPLC)表明含有45.2％的三甲基氫醌，相應(yīng)于91.5％的選擇性。實(shí)施例3首先在排除濕氣的情況下將121mg(1.95mmol)硼酸和1.0g(10mmol)硫酸(98％)引入至35.7g(0.35mol)乙酸酐中，然后滴加15.5g(0.1mol)酮基異佛爾酮(98％)，并在30℃下攪拌。在30℃下繼續(xù)攪拌4.5小時(shí)。然后加入70g 30％硫酸水溶液，并通過回流進(jìn)行水解。通過蒸餾除去40ml(乙酸和水)后，用50ml水稀釋混合物，然后冷卻至20℃。通過抽吸過濾分離結(jié)晶的三甲基氫醌，用水洗滌，然后真空干燥。
產(chǎn)率13.9g(理論值的91.4％)三甲基氫醌純度95.8％(HPLC)實(shí)施例4首先在排除濕氣的情況下引入31.4g(0.4mol)乙酰氯和0.3g三氟甲磺酸，然后滴加12.4g(0.08mol)酮基異佛爾酮(98％)，其中逸出HCl，而且溫度從25℃上升至32℃。于50℃下1小時(shí)后，完成酮基異佛爾酮的轉(zhuǎn)化。減壓蒸餾除去過量的乙酰氯，殘留物與50ml冰水一起攪拌。抽吸過濾后，用水洗滌，然后真空干燥，得到17.6g的三甲基氫醌二乙酸酯(理論值的93.1％)，其純度為93.9％(HPLC)。實(shí)施例5在排除濕氣的情況下將0.26ml(4.6mmol)氟磺酸加至38.8g(0.38mol)乙酸酐中，然后滴加23.3g(0.15mol)酮基異佛爾酮(98％)。將混合物加熱至50-60℃，直至99％以上的酮基異佛爾酮反應(yīng)。使澄清溶液與130g冰水混合，用40％氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH為6。在5℃通過抽吸過濾分離結(jié)晶的三甲基氫醌二乙酸酯，然后用水洗滌。于50℃真空干燥后，得到34.7g，產(chǎn)率為相應(yīng)于理論值的98.0％。純度為94.7％(HPLC)。實(shí)施例620ml濃硫酸與4.8g硼酸一起攪拌20分鐘，然后在冷卻下滴加20ml發(fā)煙硫酸(65％SO3)。
將7.6g上述硼硫酸加入至25.5g(0.25mol)乙酸酐中，然后在40℃下滴加15.5g(0.1mol)酮基異佛爾酮(98％)。于該溫度下保持2.5小時(shí)，完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)。形成三甲基氫醌二乙酸酯的選擇性是93.1％(GC)。水解后，如實(shí)施例3中所述，得到14.1g三甲基氫醌(理論值的92.8％)，純度為96.0％(HPLC)。
權(quán)利要求
1.一種制備通式(2)之三甲基氫醌二酯和通式(3)之三甲基氫醌的方法，
其中R代表任選取代的脂族、脂族環(huán)或者芳香烴基團(tuán)，
該方法是在催化劑量的質(zhì)子酸存在下使通式(1)的4-氧異佛爾酮與酰化劑反應(yīng)，隨后皂化起始形成的三甲基氫醌酯，
所述方法的特征在于，使用Hammett常數(shù)Ho小于-11.9的質(zhì)子酸(過酸)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用高氯酸、氟磺酸、及以下通式的全氟烷磺酸CnF2n+1SO3H其中n代表1-8。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用Brnsted酸和Lewis酸的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用H2SO4-H3BO3或者HB(HSO4)4-H2SO4的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用釋放H+AlCl4-或H+BF4-的系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用魔酸(HSO3F-SbF5)或者氟銻酸(HF-SbF5)。
7.如一項(xiàng)或多項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，相對于最終離子，所述酸的使用量為0.1-50wt％。
8.如一項(xiàng)或多項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，相對于每摩爾酮基異佛爾酮，?；瘎┑牧繛椋?-4mol。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，乙酸酐、雙烯酮、乙酰氯用作?；瘎?。
10.如一項(xiàng)或多項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，任選地在通過蒸餾除去未反應(yīng)的乙酸酐后，添加水和/或稀釋酸，由此皂化所得的TMHQ二乙酸酯，而無需進(jìn)行分離，然后分離所得的TMHQ。
11.如一項(xiàng)或多項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從反應(yīng)混合物中分離所得的TMHQ二乙酸酯，然后在相轉(zhuǎn)移劑存在下使用稀釋酸進(jìn)行皂化，分離所得的THMQ。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使用乙酸、n-丁醇和乙酸n-丁基酯或者它們的混合物作為相轉(zhuǎn)移劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)改進(jìn)的2,3,5－三甲基氫醌的制備方法,其是通過4－氧異佛爾酮(酮基異佛爾酮,3,5,5－三甲基－2－環(huán)己烯－1,4－二酮)的重排生成三甲基氫醌二酯,隨后進(jìn)行皂化。而三甲基氫醌又是制造維生素E的重要起始物。
文檔編號C07C67/00GK1241559SQ9910067
公開日2000年1月19日 申請日期1999年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月12日
發(fā)明者斯特芬·克里爾, 豪爾斯特·魏格爾, 石農(nóng)元, 漢斯·約阿希姆·哈塞爾巴赫, 克勞斯·胡特馬赫爾, 弗朗克·許布納 申請人:德古薩－于爾斯股份公司