專(zhuān)利名稱(chēng)：催化氧化羰化胺制脲衍生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化氧化羰化胺制取脲衍生物的方法。
脲衍生物是一類(lèi)重要的有機(jī)反應(yīng)中間體和藥物中間體，它在農(nóng)藥、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其它的有機(jī)合成反應(yīng)中都具有著非常廣泛的用途。當(dāng)前二取代脲的生產(chǎn)方法主要是使用胺類(lèi)化合物與異氰酸酯或者光氣反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)論使用哪一種方法都會(huì)涉及到劇毒的光氣，并且反應(yīng)中有大量的腐蝕性氣體氯化氫放出，因此研究人員努力尋求一條從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境角度考慮更合適的路線。而使用氧化羰化或者還原羰化的方法直接反應(yīng)制取對(duì)稱(chēng)的或者不對(duì)稱(chēng)脲的方法正符合這一要求，因此各化工企業(yè)和科研結(jié)構(gòu)都集中于研究使用羰化法合成脲衍生物。在這一過(guò)程中人們普遍使用的是鈀、釕、銠等貴金屬的大分子含氮配合物均相催化體系或以硫、硒為主要活性組分的催化劑。前者催化劑制備過(guò)程相對(duì)復(fù)雜、與反應(yīng)體系分離困難且易流失，后者活性較低且有很大的毒性，即使痕量硒殘余也會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成嚴(yán)重的污染。最近，Hayashi等(USP5902889)使用伯胺與環(huán)狀碳酸酯反應(yīng)在醇鈉的催化作用下制取脲衍生物，但環(huán)狀碳酸酯價(jià)格相對(duì)昂貴。鄧友全等(中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1272959A)使用硫酸鹽修飾二氧化鋯擔(dān)載鈀催化劑實(shí)現(xiàn)了胺類(lèi)化合物催化氧化羰化制取二取代脲并取得了相當(dāng)高的催化活性。但是近年來(lái)鈀的價(jià)格持續(xù)高漲，導(dǎo)致鈀催化劑的成本大幅度升高，而與此同時(shí)，金的價(jià)格則穩(wěn)中有降。因此，開(kāi)發(fā)金催化劑替代傳統(tǒng)的鈀催化劑既具有重大的科學(xué)意義又有良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的在于提供一種更為環(huán)境友好、高效的催化氧化羰化胺制脲衍生物的方法。
本發(fā)明通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中使用樹(shù)脂高聚物擔(dān)載金催化劑。其中，金以金屬或金氧化物納米顆粒形式固載在樹(shù)脂高聚物表面上，擔(dān)載金的含量占樹(shù)脂高聚物重量的0.1％—5％。樹(shù)脂高聚物可以是弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、弱堿性陰離子交換樹(shù)脂、強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂。鈉、鉀為助催化劑，鈉、鉀的含量占樹(shù)脂高聚物重量的1％—25％。在樹(shù)脂類(lèi)高聚物擔(dān)載金催化劑占反應(yīng)物的1％—20％的條件下，初始反應(yīng)壓力為4.0-6.0MPa，反應(yīng)溫度為100-200℃。反應(yīng)時(shí)間為1-10小時(shí)，使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑，高效地催化氧化羰化各種胺類(lèi)化合物制相應(yīng)二取代的脲。氧氣與一氧化碳的體積比為1∶10-1∶4。
該催化劑的主要特點(diǎn)是具有高效、組成相對(duì)簡(jiǎn)單的同時(shí)，容易與反應(yīng)體系分離、回收及重復(fù)使用等特點(diǎn)。本發(fā)明中涉及催化劑的典型合成過(guò)程為常溫下，稱(chēng)取20-100克弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，加入2-100克氫氧化鈉，200-1000毫升水，磁子攪拌6小時(shí)。將此沉淀過(guò)濾，用蒸餾水洗滌3遍，100℃干燥3小時(shí)。然后加入適量的質(zhì)量百分含量為0.36-1.8％的氯金酸水溶液，緩慢攪拌10小時(shí)后60℃真空干燥3小時(shí)，得固體樹(shù)脂擔(dān)載金催化劑。
本發(fā)明所涉及的催化氧化羰化反應(yīng)的典型過(guò)程為在1立升的高壓反應(yīng)器中加入上述粒狀催化劑1-10克，加入有機(jī)胺10-100克(毫升)，分別引入0.1-2.5MPa的純氧氣和3.5-5.0Mpa的一氧化碳至總壓2.0-6.0Mpa，將反應(yīng)器加熱到100℃-200℃后，攪拌反應(yīng)1-10小時(shí)。反應(yīng)冷卻到室溫后，產(chǎn)物以晶體形式直接析出，過(guò)濾，所得濾液直接應(yīng)用于下一次反應(yīng)(純度大于98％)。產(chǎn)物用適量的丙酮洗滌，60℃干燥，稱(chēng)重，得單程收率50％-80％，GC/MS分析純度＞99％。
本發(fā)明與現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的一氧化碳羰化胺類(lèi)化合物合成二取代脲的方法相比的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是1.催化效率高，其相應(yīng)的轉(zhuǎn)化頻率可達(dá)500-2500(摩爾反應(yīng)物/摩爾金/小時(shí))。
2.催化劑組成相對(duì)簡(jiǎn)單，且金的擔(dān)載量相對(duì)較低。
3.與Pd、Rh等催化劑體系相比，金催化劑體系的價(jià)格相對(duì)較低。
4.反應(yīng)體系比較簡(jiǎn)單，不需要另外加入其它助催化劑。
5.由于采用了固載催化劑，反應(yīng)完畢后易與反應(yīng)體系分離。同時(shí)，使反應(yīng)以連續(xù)流動(dòng)模式操作成為可能。
6.反應(yīng)不需要再加入其它溶劑。
7.反應(yīng)后冷凝可直接得到產(chǎn)物，產(chǎn)品以結(jié)晶形式析出，容易分離提純。
8.催化劑可以重復(fù)使用。
實(shí)施舉例1-4稱(chēng)取商品代號(hào)為D201×4的樹(shù)脂60克，加入氫氧化鈉30克，室溫下攪拌6小時(shí)，空氣中室溫干燥后加入60ml質(zhì)量百分含量為1.8％的氯金酸水溶液，緩慢攪拌10小時(shí)后，空氣中80℃干燥3小時(shí)，得反應(yīng)所需催化劑a。
以60ml質(zhì)量百分含量為0.9％的氯金酸水溶液代替1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑b。
以60ml質(zhì)量百分含量為0.45％的氯金酸水溶液代替1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑c。
以D311SC代替D201×4型樹(shù)脂，同樣步驟，加入60ml1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑d。具體各催化劑基本性質(zhì)見(jiàn)表一。
表一、樹(shù)脂擔(dān)載金催化劑基本性質(zhì)
1BET測(cè)試結(jié)果；2原子發(fā)射光譜測(cè)試結(jié)果。實(shí)施舉例5在裝有機(jī)械攪拌的1立升高壓反應(yīng)釜中加入催化劑a2克，加入苯胺30毫升，分別引入1.0MPa的純氧和4.0MPa的一氧化碳至總壓5.0MPa，將反應(yīng)器加熱到170℃，攪拌反應(yīng)3小時(shí)。反應(yīng)器冷卻至室溫，直接過(guò)濾，用丙酮洗滌，60℃干燥3小時(shí)，稱(chēng)重得一次收率，用GC/MS分析純度。
表二、催化劑a催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實(shí)施舉例6-8步驟同實(shí)施舉例1，但以b代替a催化劑，并將該催化劑重復(fù)使用3次反應(yīng)結(jié)果如表三所示。
表三、催化劑b催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實(shí)施舉例9步驟同實(shí)施舉例1，但以催化劑c代替催化劑a，但是反應(yīng)8小時(shí)，結(jié)果如表四所示。
表四、催化劑c催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實(shí)施舉例10步驟同實(shí)施舉例1，但是以對(duì)甲氧基苯胺代替苯胺□并且反應(yīng)進(jìn)行4小時(shí)，結(jié)果見(jiàn)表五。
表五、催化劑a催化對(duì)甲氧基苯胺氧化羰化制二對(duì)甲氧基苯脲結(jié)果
實(shí)施舉例11步驟同實(shí)施舉例1，但以環(huán)己胺代替苯胺，反應(yīng)3小時(shí)，結(jié)果見(jiàn)表六。
表六、催化劑a催化環(huán)己胺氧化羰化制二環(huán)己基脲結(jié)果
實(shí)施舉例12步驟同實(shí)施舉例1，但以催化劑d代替催化劑a，反應(yīng)5小時(shí)，結(jié)果見(jiàn)表七。
表七、催化劑d催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種催化氧化羰化制二取代脲的方法，其特征在于使用樹(shù)脂類(lèi)高聚物擔(dān)載的金催化劑，在初始反應(yīng)壓力為4.0-6.0MPa，反應(yīng)溫度為100-200℃，反應(yīng)時(shí)間為1-10小時(shí)，使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑，催化氧化羰化有機(jī)胺制相應(yīng)的二取代脲。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于金的擔(dān)載量為樹(shù)脂類(lèi)高聚物重量的0.1％—5％；助催化劑鈉或鉀的含量為樹(shù)脂類(lèi)高聚物重量的1％—25％。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于樹(shù)脂類(lèi)高聚物擔(dān)載的金催化劑的用量為苯或其衍生物重量的1-20％。
4.如權(quán)利要求書(shū)4所述方法，其特征在于氧氣與一氧化碳的比例為1∶10-1∶4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效清潔的有機(jī)胺類(lèi)化合物催化氧化羰化制二取代脲的方法。本發(fā)明中使用樹(shù)脂類(lèi)高聚物擔(dān)載的金催化劑。在初始反應(yīng)壓力為4.0－6.0MPa,反應(yīng)溫度為100－200℃。反應(yīng)時(shí)間為1－10小時(shí),使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑,高效地催化氧化羰化有機(jī)胺制相應(yīng)二取代的脲。該催化劑的主要特點(diǎn)是具有高效、組成相對(duì)簡(jiǎn)單和金含量相對(duì)較低的同時(shí),容易與反應(yīng)體系分離、回收及重復(fù)使用。并且反應(yīng)過(guò)程中不需要加入任何其它溶劑。其中,二取代脲的的單程收率可達(dá)到48－85%,產(chǎn)品純度≥99%。屬清潔催化反應(yīng)工藝,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C07C273/18GK1327977SQ0112220
公開(kāi)日2001年12月26日 申請(qǐng)日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者鄧友全, 石峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所