專利名稱：制備4-氨基二苯基胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備4-氨基二苯基胺中間體的方法。
背景技術(shù)：
4-氨基二苯基胺在生產(chǎn)用作抗臭氧劑和抗氧化劑的烷基化衍生物中廣泛用作中間體，用作單體和聚合物的穩(wěn)定劑以及用于各種特殊應(yīng)用中。例如，4-氨基二苯基胺(4-ADPA)用甲基異丁基酮的還原性烷基化得到N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基-對苯二胺，后者為用于保護(hù)各種橡膠產(chǎn)品的有用抗臭氧劑。
4-氨基二苯基胺衍生物可以各種方式制備。令人感興趣的合成方法是任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯在堿存在下的反應(yīng)，例如在U.S.5,608,111(授予Stern等人)和U.S.5,739,403(授予Reinartz等人)中公開。
U.S.5,608,111描述了一種制備任選取代的4-ADPA的方法，其中在第一步中使任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯在堿存在下反應(yīng)(偶聯(lián))。在實(shí)施例中，使苯胺與硝基苯在作為堿的四甲基氫氧化銨存在下反應(yīng)，并在偶聯(lián)反應(yīng)過程中共沸除去水和苯胺。
國際公布WO 00/35853公開了一種通過使苯胺與硝基苯在液體介質(zhì)中反應(yīng)而制備4-氨基二苯基胺的中間體的方法，其中反應(yīng)體系由真實(shí)兩性離子與氫氧化物的鹽的溶液組成。例舉了氫氧化鉀和水合甜菜堿的組合。該反應(yīng)可以在游離氧氣存在下進(jìn)行。
EP公布566 783描述了一種通過使硝基苯與苯胺在極性非質(zhì)子溶劑的介質(zhì)中在強(qiáng)堿性反應(yīng)體系中反應(yīng)而制備4-硝基二苯基胺的方法。使用相轉(zhuǎn)移催化劑如四丁基硫酸氫銨。該文獻(xiàn)要求反應(yīng)在無氧氣氛下進(jìn)行，以防止因氧化引起的不希望的副反應(yīng)。
US專利5,117,063和國際公布WO 01/14312公開了使用無機(jī)堿以及冠醚、相轉(zhuǎn)移催化劑制備4-硝基二苯基胺和4-亞硝基二苯基胺的方法。
US專利5,453,541教導(dǎo)了可以在用于生產(chǎn)一種或多種4-ADPA中間體的厭氧或需氧方法中將外部干燥劑如無水硫酸鈉用于吸收過量水，在所述方法中使取代苯胺衍生物與硝基苯進(jìn)行反應(yīng)性接觸。
本發(fā)明的目的是提供一種通過使苯胺與硝基苯在強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑存在下或在有機(jī)堿和無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽存在下反應(yīng)而生產(chǎn)一種或多種4-ADPA中間體的優(yōu)異方法。
發(fā)明概述簡而言之，本發(fā)明在一個實(shí)施方案中提供了一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含強(qiáng)堿、氧化劑和相轉(zhuǎn)移催化劑的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述相轉(zhuǎn)移催化劑選自式I所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何直鏈或支化C1-C20烷基，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1或2時R4為R1R2R3N+，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，X為氟化物、氯化物、氫氧化物、硫酸鹽、硫酸氫鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽、草酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、酒石酸鹽、檸檬酸鹽、丙二酸鹽以及所述化合物的混合物形式的陰離子部分，其中a為陰離子部分的價數(shù)(1、2或3)，b和c為1、2或3的整數(shù)且d為0-4的整數(shù)；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
在第二實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含氧化劑和也用作相轉(zhuǎn)移催化劑的強(qiáng)堿的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述強(qiáng)堿選自式II所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何直鏈或支化C1-C20烷基，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1或2時R4為R1R2R3N+，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，b和c為1、2或3的整數(shù)且d為0-4的整數(shù)；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
在第三實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含帶有為強(qiáng)無機(jī)堿的合適陽離子的陽離子的無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽或其混合物、氧化劑和一種或多種有機(jī)堿的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述有機(jī)堿選自式III所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何含有1至約20個碳原子的直鏈或支化烷基，e為0、1、2或3的整數(shù)，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1、2或3時R4為R1R2R3N+，X為能夠從苯胺或苯胺衍生物的氮上奪取質(zhì)子的陰離子，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，其中a為陰離子部分的價數(shù)且為1、2、3或4的整數(shù)，b和c為1、2、3或4的整數(shù)且d為0、1、2、3或4的整數(shù)，所述混合物不包括甜菜堿與強(qiáng)無機(jī)堿的反應(yīng)產(chǎn)物；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
本發(fā)明的其它實(shí)施方案包括有關(guān)反應(yīng)混合物和各成分的比例、特定相轉(zhuǎn)移催化劑和特定強(qiáng)堿的詳情，所有這些詳情在下文中公開于對本發(fā)明各方面的下列討論中。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種如上所述的制備4-ADPA的中間體的方法，該方法對這些中間體具有優(yōu)異的產(chǎn)率和選擇性。這些中間體包括4-亞硝基-和/或4-硝基二苯基胺(分別為p-NDPA和4-NDPA)及其鹽。然后可以將中間體氫化而生產(chǎn)4-氨基二苯基胺。
與上述式I相符的取代和多官能相轉(zhuǎn)移催化劑的實(shí)例是(2S，3S)-雙(三甲基銨)-1，4-丁二醇二氯化物。除了下列實(shí)施例中所示的那些外，其它符合式I的有效相轉(zhuǎn)移催化劑可以來自文獻(xiàn)如C.M.Starks和C.Liotta，PhaseTransfer Catalysis，Principles and Techniques(相轉(zhuǎn)移催化、原理和技術(shù))，Academic Press，1978和W.E.Keller，F(xiàn)luka-Compendium，第1、2、3卷，Georg Thieme Verlag，紐約，1986，1987，1992中的實(shí)施例。
與上述式II和III相符的取代和多官能有機(jī)堿的實(shí)例是(2S，3S)-雙(三甲基銨)-1，4-丁二醇二氫氧化物。除了下列實(shí)施例中所示的那些外，其它符合式II和III的有效有機(jī)堿可以衍生于上述相轉(zhuǎn)移催化劑，其中陰離子被氫氧根或其它合適的陰離子形式代替。
已知或據(jù)信在本發(fā)明方法中特別有效的相轉(zhuǎn)移催化劑包括四甲基氯化銨、四甲基氟化銨、四甲基氫氧化銨、碳酸二(四甲基銨)、四甲基甲酸銨和四甲基乙酸銨；四丁基硫酸氫銨和四丁基硫酸銨；甲基三丁基氯化銨；以及芐基三甲基氫氧化銨(Triton B)、三辛基甲基氯化銨(Aliquat 336)、四丁基氯化銨、四甲基硝酸銨、十六烷基三甲基氯化銨和氫氧化膽堿。
本發(fā)明的相轉(zhuǎn)移催化劑與冠醚如18-冠-6相比具有幾個優(yōu)點(diǎn)，所述冠醚在諸如上述US專利5,117,063和國際公布WO 01/14312的文獻(xiàn)中被描述為與堿金屬氫氧化物一起是有效的。冠醚的最明顯缺點(diǎn)是非常高的初始成本和高毒性。此外，大多數(shù)冠醚在水中的溶解性差，因而它們不能用含水堿料流回收而再循環(huán)。此外，冠醚的沸點(diǎn)高到不能在沒有額外蒸餾步驟的情況下通過蒸餾回收。甚至對于在水中具有良好溶解性的那類冠醚也如此，它們在有機(jī)溶劑中的溶解性也是良好的，因而在有機(jī)產(chǎn)物料流中產(chǎn)生高損失。最后，冠醚是已知的螯合劑，因而昂貴氫化催化劑金屬因與冠醚絡(luò)合而不可接受地?fù)p失的可能性高。
在本發(fā)明方法中，相轉(zhuǎn)移催化劑與硝基苯反應(yīng)物的摩爾比優(yōu)選為約0.05∶1至約1.2∶1。
本發(fā)明方法還可以用上面第三實(shí)施方案中的有機(jī)堿和無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽開始。有機(jī)堿由所述實(shí)施方案中的式III定義。
已知或據(jù)信對第二和第三實(shí)施方案特別有效的有機(jī)堿包括選自但不限于如下的季銨氫氧化物∶四甲基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、甲基三丁基氫氧化銨、芐基三甲基氫氧化銨(Triton B)、三辛基甲基氫氧化銨、十六烷基三甲基氫氧化銨和氫氧化膽堿以及等價的季銨醇鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰化物、酚鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、次氯酸鹽、硼酸鹽、硼酸氫鹽、硼酸二氫鹽、硫化物、硅酸鹽、硅酸氫鹽、硅酸二氫鹽和硅酸三氫鹽。
就無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽的陽離子的含義而言使用的術(shù)語“無機(jī)強(qiáng)堿”意指能夠從苯胺或苯胺衍生物的氮上奪取質(zhì)子的堿，其可以包括任何pKb低于約9.4的堿，該值為苯胺的pKb。各種苯胺衍生物可以具有不同的pKb值，但約9.4的pKb用作通用指導(dǎo)值。該堿優(yōu)選具有的pKb低于約7.4。
用于式III的陰離子“X”的術(shù)語“能夠從苯胺或苯胺衍生物的氮上奪取質(zhì)子”意指也具有上面對無機(jī)強(qiáng)堿所討論的pKb值的陰離子。
除了氫氧根外，式III中的“X”的可能陰離子包括烷氧根(pKb＜1)、乙酸根(pKb＝9.25)、碳酸根(pKb＝3.75)、碳酸氫根(pKb＝7.6)、氰酸根(pKb＝4.7)、酚根(pKb＝4.1)、磷酸根(pKb＝1.3)、磷酸氫根(pKb＝6.8)、次氯酸根(pKb＝6.5)、硼酸根(pKb＜1)、硼酸氫根(pKb＜1)、硼酸二氫根(pKb＝4.7)、硫離子(pKb＝1.1)、硅酸根(pKb＝2)、硅酸氫根(pKb＝2)、硅酸二氫根(pKb＝2.2)和硅酸三氫根(pKb＝4.1)。
盡管苯胺最有效地與硝基苯偶聯(lián)，但包括酰胺如N-甲酰苯胺、苯基脲、對稱二苯脲和對稱二苯硫脲在內(nèi)的某些苯胺衍生物可以替代用來生產(chǎn)4-ADPA中間體。
盡管本發(fā)明方法的反應(yīng)物稱為“苯胺”和“硝基苯”且當(dāng)待生產(chǎn)的是4-ADPA時這些反應(yīng)物事實(shí)上是苯胺和硝基苯，應(yīng)理解的是這些反應(yīng)物也可包括取代的苯胺和取代的硝基苯?？梢杂糜诒景l(fā)明方法中的取代苯胺的典型實(shí)例包括但不限于2-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、對甲基苯胺、4-硝基苯胺、3-溴苯胺、3-溴-4-氨基甲苯、對氨基苯甲酸、2，4-二氨基甲苯、2，5-二氯苯胺、1，4-苯二胺、4，4’-亞甲基二苯胺、1，3，5-三氨基苯及其混合物?？梢杂糜诒景l(fā)明方法的取代硝基苯的典型實(shí)例包括但不限于鄰甲基硝基苯、間甲基硝基苯、鄰乙基硝基苯、間乙基硝基苯、鄰甲氧基硝基苯、間甲氧基硝基苯及其混合物。
本發(fā)明方法包括其中將來自步驟(b)的4-ADPA中間體或其取代衍生物使用氫化催化劑進(jìn)行氫化反應(yīng)的步驟。有關(guān)催化劑選擇以及氫化反應(yīng)的其它方面的詳情可以在作為參考引入本文中的US專利6,140,538中找到。
其它不涉及直接使用氫氣且對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的還原方法也可用于將4-ADPA中間體或其取代衍生物還原成4-ADPA或其取代衍生物。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種制備4-氨基二苯基胺的烷基化衍生物的方法，尤其是制備4-ADPA本身的烷基衍生物的方法，這些衍生物可以用于保護(hù)橡膠產(chǎn)品，在該方法中使任選取代的苯胺與任選取代的硝基苯偶聯(lián)并隨后根據(jù)本發(fā)明方法還原，然后根據(jù)該技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員已知的方法將如此得到的4-氨基二苯基胺還原性烷基化成4-氨基二苯基胺的烷基化衍生物。典型的是，在氫氣和作為催化劑的碳載鉑存在下使4-ADPA與合適的酮或醛反應(yīng)。合適的酮包括甲基異丁基酮、丙酮、甲基異戊基酮和2-辛酮。例如參見U.S.4,463,191和Banerjee等人，J.Chem.Soc.Chem.Comm.(化學(xué)會志，化學(xué)通訊)，18，1275-1276(1988)。合適的催化劑可以與上面為得到4-ADPA所述的那些相同，但不限于這些。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，還原在水存在下進(jìn)行，例如將水加入反應(yīng)混合物中。當(dāng)在苯胺或取代苯胺衍生物與硝基苯或取代硝基苯衍生物反應(yīng)時使用的合適堿是水溶性堿時，水的使用是特別有利的。當(dāng)該堿為水溶性堿時，水的加入量優(yōu)選至少為從有機(jī)相中萃取該堿所需的量。類似地，若該烷基化在為水溶性的合適堿存在下進(jìn)行，則水的加入對還原性烷基化也是優(yōu)選的。
在本發(fā)明方法中苯胺與硝基苯的摩爾比并不特別重要，因?yàn)樵摲椒ㄔ谄渲腥我环N過量下均有效。
在本發(fā)明方法的第一實(shí)施方案中特別有效的強(qiáng)堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化銫、氫氧化銣和叔丁醇鉀。優(yōu)選強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比大于約1∶1。特別優(yōu)選強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比為約2∶1至約6∶1。
可以與有機(jī)堿在本發(fā)明方法的第三實(shí)施方案中結(jié)合使用的無機(jī)鹽和金屬有機(jī)鹽具有的陽離子為無機(jī)強(qiáng)堿的合適陽離子。這些無機(jī)鹽和金屬有機(jī)鹽選自但不限于銫、銣、鉀和鈉的氟化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽、硫酸氫鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、磷酸二氫鹽、甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽、丙二酸鹽、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、馬來酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽、鉻酸鹽、錸酸鹽和碳酸鹽。在本發(fā)明方法中，無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽可以與硝基苯的摩爾比為約0.05∶1至約6.5∶1使用。
已知或據(jù)信在本發(fā)明方法的第三實(shí)施方案中特別有效的無機(jī)鹽和金屬有機(jī)鹽是在反應(yīng)介質(zhì)中為無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽-有機(jī)堿組合提供可接受的溶解性的那些，包括銫、銣、鉀和鈉的氟化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽、硫酸氫鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、甲酸鹽、乙酸鹽和碳酸鹽及其混合物。優(yōu)選與無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽一起使用的有機(jī)堿與硝基苯的摩爾比大于或等于約1∶1。還優(yōu)選無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽與有機(jī)堿的摩爾比大于或等于約1∶1。有機(jī)堿與硝基苯的特別優(yōu)選的摩爾比為約1.1∶1至約6∶1。
若無機(jī)鹽和金屬有機(jī)鹽中之一對本方法所用的設(shè)備具有腐蝕作用但在其它方面有效用于本發(fā)明方法，則可能有利的是使用無機(jī)鹽與金屬有機(jī)鹽的組合、兩種或更多種無機(jī)鹽和/或兩種或更多種金屬有機(jī)鹽的組合。與使用一種鹽相比，該組合還可提供更好的結(jié)果。
還相信無機(jī)鹽和金屬有機(jī)鹽與有機(jī)堿的使用降低了不希望的堿分解。
在本發(fā)明第三實(shí)施方案的方法中，應(yīng)注意的是有機(jī)堿與無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽一起將就地形成一些等價的無機(jī)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑，其中對如此形成的相轉(zhuǎn)移催化劑而言，式I中的陰離子是來自該鹽的陰離子。例如，四甲基氫氧化銨加溴化鉀將產(chǎn)生一些KOH加四甲基溴化銨。因此，本發(fā)明將包括無機(jī)堿與可以就地形成的任何相轉(zhuǎn)移催化劑如四甲基溴化銨的直接使用，以代替作為單獨(dú)成分的四甲基氫氧化銨和溴化物鹽。
特別優(yōu)選的強(qiáng)堿與相轉(zhuǎn)移催化劑的組合為氫氧化鉀和四烷基鹵化銨。優(yōu)選的鹵化物是氯化物。特別優(yōu)選的有機(jī)堿與無機(jī)鹽的組合是四烷基氫氧化銨和其中陰離子為鹵離子的鹽如鹵化鉀。優(yōu)選的鹵化物陰離子是氯離子。上述反應(yīng)通過在水溶液中連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物而進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法的反應(yīng)性接觸在氧化劑存在下進(jìn)行。該氧化劑可以為游離氧氣，或包含氧化試劑如過氧化物，尤其是過氧化氫。硝基苯也可用作氧化試劑。
在本發(fā)明方法中，氧化劑可能有利的是需要僅在苯胺和硝基苯進(jìn)行反應(yīng)的部分時間中存在。該部分氧化性條件對改進(jìn)選擇性特別有效。這些情形中的一種是當(dāng)帶有氟化物陰離子的無機(jī)鹽在部分氧化性條件下用于第三實(shí)施方案的反應(yīng)混合物中時。據(jù)信當(dāng)該鹽的陰離子為硫酸根、碳酸根或硝酸根以及給出較低選擇性的其它陰離子時也可在部分氧化性條件下得到更好的結(jié)果、轉(zhuǎn)化率和選擇性。另一種情形是當(dāng)將TMAH用作也可對第二實(shí)施方案起相轉(zhuǎn)移催化劑作用的強(qiáng)堿時。此外，盡管尚未對本發(fā)明方法的第一實(shí)施方案進(jìn)行證明，但據(jù)信部分氧化性條件也對給出低選擇性的無機(jī)堿與相轉(zhuǎn)移催化劑的組合有效。
在本發(fā)明第二和第三實(shí)施方案中使用的氧化劑可以與第一實(shí)施方案中一樣。
反應(yīng)性接觸可以在約20℃至約150℃的溫度下進(jìn)行。反應(yīng)性接觸的其它條件包括約20毫巴至約20巴的表壓壓力。反應(yīng)時間通常少于約3.5小時。有利的是在整個反應(yīng)過程中攪拌反應(yīng)混合物。
本發(fā)明方法第一、第二和第三實(shí)施方案的步驟(b)的反應(yīng)可以在水與硝基苯的摩爾比不大于約10∶1下進(jìn)行。水的量不包括與反應(yīng)物和/或與在該方法中形成的化合物水合的水。當(dāng)包含強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑或包含有機(jī)堿和無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽的混合物呈水溶液時，該反應(yīng)可以通過連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物而進(jìn)行。
本發(fā)明的第一實(shí)施方案可以使用作為相轉(zhuǎn)移催化劑的四甲基溴化銨和包含一種或多種無機(jī)堿的強(qiáng)堿進(jìn)行。
水相可以再利用以形成新的反應(yīng)混合物。加入新鮮的堿和相轉(zhuǎn)移催化劑或有機(jī)堿和無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽以補(bǔ)充因分解、副產(chǎn)物形成和在分離的有機(jī)相中的溶解性的損失?？梢詫⑼ㄟ^蒸餾由反應(yīng)產(chǎn)物混合物回收的過量苯胺與補(bǔ)充的新鮮苯胺合并而再循環(huán)，從而形成新的反應(yīng)混合物。過量硝基苯的回收優(yōu)選在氫化4-ADPA中間體之前通過單獨(dú)的步驟進(jìn)行，并可將回收的硝基苯與補(bǔ)充的新鮮硝基苯合并而用于該方法中，或氫化成苯胺。
本發(fā)明用于制備4-氨基二苯基胺中間體的方法可以使用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員眾所周知的方法和設(shè)備以分批法進(jìn)行或連續(xù)進(jìn)行。
在本發(fā)明方法的第一、第二和第三實(shí)施方案中的步驟(a)中的反應(yīng)性接觸可以在合適的溶劑體系中發(fā)生。合適的溶劑體系包括極性非質(zhì)子溶劑。該極性非質(zhì)子溶劑可以選自但不限于二甲亞砜、二芐醚、1-甲基-2-吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，本發(fā)明為一種其中強(qiáng)堿也用作相轉(zhuǎn)移催化劑且反應(yīng)可以在沒有堿金屬氫氧化物存在下進(jìn)行的方法。在該情況下，強(qiáng)堿/相轉(zhuǎn)移催化劑由上式II定義。
本發(fā)明由下列實(shí)施例來說明。
試驗(yàn)條件在各實(shí)施例中詳細(xì)描述。在實(shí)施例1-10中，反應(yīng)器的加料在敞開的空氣中進(jìn)行，這導(dǎo)致在反應(yīng)過程中存在一些游離氧氣，甚至當(dāng)該反應(yīng)器被塞住時也是如此，但用于對比目的的試驗(yàn)除外。在實(shí)施例1-10中沒有嘗試從反應(yīng)混合物中除去水。
在實(shí)施例11-16中，在反應(yīng)物加料、加熱到反應(yīng)溫度、硝基苯進(jìn)料和保持的整個或部分過程中，將空氣流供入反應(yīng)器液面上空間，這導(dǎo)致在反應(yīng)過程中存在游離氧氣，除非另有說明。通過與苯胺共沸蒸餾從反應(yīng)混合物中除去水。然而，在不共沸除去水和苯胺時該反應(yīng)也可能是有效的。
分析各組分的產(chǎn)率通過外部標(biāo)準(zhǔn)HPLC測定。將約0.6g待分析物料精確稱量到50ml容量瓶中并用含有39體積％水、36體積％乙腈、24體積％甲醇和1體積％pH7緩沖劑的緩沖溶液稀釋。將該溶液通過10μl回路以1.5ml/min的恒定流速注射到使用二元梯度泵送系統(tǒng)和下列洗脫梯度的反相Zorbax ODS HPLC柱(250×4.6mm)上。
時間，分鐘 ％A ％B0 100 025 25 7535 010037.5010038 100 040 100 0洗脫劑A為75體積％水、15體積％乙腈和10體積％甲醇。洗脫劑B為60體積％乙腈和40體積％甲醇。使用250nm的UV檢測。
實(shí)施例1-10的轉(zhuǎn)化率通過已知組分與任何所分析的未知峰(設(shè)定一個任意的摩爾重量值216，苯胺+硝基苯)的加合進(jìn)行計(jì)算。在某些情況下，總轉(zhuǎn)化率因僅由苯胺形成衍生物而大于100％。
實(shí)施例11-16的轉(zhuǎn)化率基于殘留在最終偶聯(lián)反應(yīng)物中的未反應(yīng)硝基苯的量計(jì)算。若未檢測出硝基苯，則假定轉(zhuǎn)化率為100％。
選擇性由下式定義(p-NDPA產(chǎn)率+4-NDPA產(chǎn)率)/(總產(chǎn)率)。4-NDPA為4-硝基二苯基胺，p-NDPA為4-亞硝基二苯基胺。總產(chǎn)率為所有已知和未知峰(設(shè)定一個任意的摩爾重量值216，苯胺+硝基苯)的產(chǎn)率之和。
在表中，“An Recr”指從中可以容易地回收出苯胺的化合物且為反式偶氮苯和氧化偶氮苯的總和；“其它”是苯胺與硝基苯的偶聯(lián)副產(chǎn)物，如吩嗪、N-氧基吩嗪、2-NDPA、4-苯偶氮基-二苯基胺(4-phenazo-diphenylamine)和任何未知物質(zhì)。
試驗(yàn)試驗(yàn)條件在各實(shí)施例中詳細(xì)說明。
實(shí)施例1實(shí)施例1說明4-ADPA中間體可以由苯胺和硝基苯在無機(jī)堿(氫氧化鉀)和相轉(zhuǎn)移催化劑(四甲基氯化銨，TMACl)存在下在無溶劑體系中在較溫和條件下形成。所需產(chǎn)物的產(chǎn)率取決于相轉(zhuǎn)移催化劑的加入量。
將苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，7.83g，120mmol)和四甲基氯化銨以下表1所示量加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表1產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA4-NDPAAn Recr其它不加TMACl，僅加KOH 26.3％0.8 4.8 5.515.21.81g TMACl， 59.2％10.9 26.9 18.4 3.016mmol(0.4對NB)3.62g TMACl， 90.1％22.4 36.1 28.6 3.032mmol(0.8對NB)5.42g TMACl， 98.2％27.0 37.8 30.3 3.048mmol(1.2對NB)7.23g TMACl， 94.4％26.5 36.2 28.9 2.964mmol(1.6對NB)9.04g TMACl， 98.9％26.2 36.7 31.8 4.280mmol(2.0對NB)當(dāng)在如下表2所示稍微改變的條件(等摩爾的An/NB，較高的反應(yīng)溫度，較長的循環(huán)時間，加入水等)下進(jìn)行反應(yīng)時，得到類似的結(jié)果。
將苯胺(99％，2.33g，24.8mmol)、硝基苯(99％，3.08g，24.8mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，9.77g，150mmol)、四甲基氯化銨(97％，見表2)和水(表2)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。水的量為總反應(yīng)器加料的20％，假定14重量％H2O來自KOH。使反應(yīng)在敞開的燒瓶中于80℃下進(jìn)行2小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表2產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 p-NDPA 4-NDPAAn Recr其它不加TMACl，僅加KOH 2.3％0.0 0.4 0.41.5和2.15gH2O0.17g TMACl，1.5mmol8.1％0.3 5.9 0.71.2(0.06對NB)和2.19g H2O0.34g TMACl，3.0mmol14.7％ 0.7 12.7 0.31.0(0.12對NB)和2.23g H2O0.69g TMACl，6.1mmol34.4％ 1.7 27.7 2.92.1(0.25對NB)和2.32g H2O1.03g TMACl，9.1mmol47.5％ 1.6 39.5 4.22.2(0.37對NB)和2.41g H2O1.37g TMACl，12.1mmol 57.8％ 2.6 46.7 5.23.3(0.49對NB)和2.49g H2O2.06g TMACl，18.2mmol 89.6％ 7.6 61.3 17.7 3.0(0.74對NB)和2.67g H2O2.74g TMACl，24.3mmol 92.2％ 11.9 64.9 13.4 2.0(0.98對NB)和2.84g H2O4-ADPA中間體的產(chǎn)率由不使用四甲基氯化銨時的＜1％增加到加入相對于硝基苯幾乎等摩爾量的相轉(zhuǎn)移催化劑時的幾乎77％。
在這兩種情況下，隨著四甲基氯化銨加入量的增加，相對于4-NDPA生產(chǎn)出更多的p-NDPA。另外，在過量苯胺存在下形成更多的p-NDPA(見實(shí)施例2實(shí)施例2說明幾種相轉(zhuǎn)移催化劑中的任一種都可與KOH一起使用來由苯胺和硝基苯生產(chǎn)p-NDPA和4-NDPA。結(jié)果以產(chǎn)率降低的順序排列。
向裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中加入苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，7.83g，120mmol)和下表3所示相轉(zhuǎn)移催化劑，其中相轉(zhuǎn)移催化劑的量等于限制試劑加料量。(注某些試驗(yàn)在20或30mmol規(guī)模下運(yùn)行。)使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表3中的結(jié)果表明相轉(zhuǎn)移催化劑的加入在所有情況下改進(jìn)了所需產(chǎn)物的產(chǎn)率。作為與無機(jī)堿結(jié)合的相轉(zhuǎn)移催化劑，四甲基氯化銨、四甲基氟化銨、四甲基氫氧化銨、四甲基碳酸銨、四甲基甲酸銨和四甲基乙酸銨；四丁基硫酸氫銨和四丁基硫酸銨；甲基三丁基氯化銨；以及芐基三甲基氫氧化銨(Triton B)是最有效的。其它如三辛基甲基氯化銨(Aliquat 336)、四丁基氯化銨、四甲基硝酸銨和氫氧化膽堿是中等有效的。溴化物和碘化物鹽以及兩性離子甜菜堿并不合適。對四甲基銨鹽觀察到周期性趨勢，因?yàn)楫a(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率和選擇性在從氟化物到碘化物的序列下降時均降低。
表3產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA 4-NDPA AnRecr 其它四丁基硫酸銨，75％水溶液， 99.2％56.1 21.2 20.1 1.815.49g^四丁基硫酸氫銨，97％，10.50g*96.6％47.9 25.0 21.2 2.4四甲基碳酸銨，60％水溶液， 97.6％46.6 24.6 23.7 2.86.94g^四甲基氟化銨·4H2O，98％，6.74g103.6％ 42.4 27.2 27.4 6.6四甲基乙酸銨，95％，5.61g 104.3％ 25.9 43.1 35.0 0.4四甲基氫氧化銨·5H2O，97％，7.47g 105.0％ 38.4 29.6 30.4 6.5四甲基氯化銨，97％，4.52g 98.8％24.3 37.1 30.8 6.6甲基三丁基氯化銨，75％水溶液， 81.7％23.5 30.6 22.2 5.412.58g四甲基甲酸銨，50％水溶液，953g 74.9％29.0 23.8 21.0 1.1芐基三甲基氫氧化銨，40％水溶液，52.5％39.6 6.2 5.5 1.216.73g三辛基甲基氯化銨，99+％，16.17g 67.0％19.1 21.3 19.6 7.0四甲基硝酸銨，％％，5.67g 61.3％12.0 27.4 19.6 2.4氫氧化膽堿，50％水溶液，9.69g 59.0％26.2 6.7 19.6 6.6四丁基氯化銨·H2O，98％，8.51g*42.6％8.2 23.8 9.3 1.2甜菜堿，98％，4.78g 55.0％13.0 17.2 19.6 5.2十六烷基三甲基溴化銨，95％，36.2％7.0 19.3 8.7 1.111.51g*四甲基溴化銨，98％，6.29g 36.5％11.3 12.2 6.7 6.3四丁基溴化銨，99％，13.03g 34.1％8.3 14.2 5.8 5.7聚乙二醇Mw≈200)，8.00g 33.4％11.9 0.6 17.2 3.7四甲基碘化銨，99％，8.12g 27.8％2.4 8.0 5.8 11.6四丁基溴化鏻，98％，13.58g 25.6％1.6 5.1 9.4 10.0僅加入KOH，不加入相轉(zhuǎn)移催化劑 19.6％1.2 4.0 3.3 11.0
*30mmol規(guī)模(16.93g苯胺、3.73g硝基苯，5.87g KOH和所列PTC)^20mmol(TMA)2CO3和(TBA)2SO4(0.5-1對NB，相同當(dāng)量數(shù))實(shí)施例3實(shí)施例3表明硝基苯可以與各種苯胺衍生物偶聯(lián)而生產(chǎn)出4-ADPA中間體。
將化學(xué)計(jì)算量的下表4所列反應(yīng)物硝基苯(99％，3.08g，24.8mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，9.77g，150mmol)、四甲基氯化銨(97％，2.74g，24.3mmol)和水(2.84g)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在敞開的燒瓶中于80℃下進(jìn)行2小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表4產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 p-NDPA4-NDPAAn Recr其它苯胺，99％，2.33g，24.8mmol95.4％ 6.0 68.3 19.9 1.2N-甲酰苯胺，99％，3.03g， 84.5％ 19.3 47.3 16.3 1.524.8mmol苯基脲，97％，3.40g， 96.2％ 19.2 38.8 13.5 24.824.2mmol對稱二苯脲，98％，2.65g， 48.1％ 1.3 37.1 9.30.412.2mmol對稱二苯硫脲，98％，2.85g，58.6％ 5.4 31.6 18.6 3.012.2mmolN-乙酰苯胺，97％，3.38g， 8.5％ 0.3 2.7 3.61.924.3mmol苯甲酰胺，99％，3.03g，49.4％ 0.0 1.0 15.1 33.324.8mmolN-甲基苯甲酰胺，99+％，8.2％ 0.0 0.0 0.08.23.38g，25.0mmolN-苯甲酰苯胺，98％，2.47g，0.1％ 0.0 0.1 0.00.012.3mmol盡管苯胺與硝基苯在KOH-TMACl體系中的偶聯(lián)最有效，但可以用諸如N-甲酰苯胺、苯基脲和對稱二苯脲的酰胺以及對稱二苯硫脲替代來生產(chǎn)4-ADPA中間體。
實(shí)施例4實(shí)施例4說明使用各種堿與四甲基氯化銨結(jié)合來使苯胺與硝基苯反應(yīng)而生產(chǎn)4-ADPA中間體。
將苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、合適量的下表5所給堿和四甲基氯化銨(97％，4.52g，40mmol)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表5產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 p-NDPA4-NDPAAn Recr 其它KOH，86％，7.83g，97.1％ 25.2 35.5 30.6 5.8120mmol(3∶1對NB)KOH，86％，13.05g， 100.5％21.5 36.0 32.0 11.0200mmol(5∶1對NB)NaOH，98％，4.90g， 21.3％ 4.7 12.6 3.4 0.6120mmol(3∶1對NB)NaOH，98％，8.16g， 50.4％ 11.5 24.5 14.2 0.2200mmol(5∶1對NB)CsOH·H2O，95％，15.91g，98.8％ 20.5 43.2 34.5 0.690mmol(3∶1對NB)*t-BuOK，95％，11.84g，107.1％15.2 33.4 25.0 33.5100mmol(2.5∶1對NB)TMAH·5H2O，22.42g， 51.5％ 38.2 7.0 5.9 0.4120mmol(3∶1對NB)^*30mmol規(guī)模(16.93g苯胺，3.73g硝基苯，3.39g TMACl和所示堿)^僅使用四甲基氫氧化銨。未加TMACl。
篩選排除氫氧化鋰和氫氧化鈣，因?yàn)閷@兩種堿沒有觀察到反應(yīng)。
氫氧化鉀為優(yōu)選的堿，但氫氧化鈉、氫氧化銫、叔丁醇鉀和四甲基氫氧化銨也是合適的堿，它們中的任一種均可與四甲基氯化銨結(jié)合使用來得到可接受的轉(zhuǎn)化率。
實(shí)施例5實(shí)施例5說明增加氫氧化鉀加料對在其它方面恒定的反應(yīng)條件下苯胺-硝基苯偶聯(lián)的產(chǎn)物的影響，其中使用四甲基氯化銨作為相轉(zhuǎn)移催化劑。
將苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、下表6所給量的氫氧化鉀和四甲基氯化銨(97％，4.52g，40mmol)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表6產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA4-NDPAAn Recr 其它不加KOH，僅使用TMACl 0.0％ 0.0 0.0 0.0 0.01.30g KOH，20mmol(0.5∶1對NB) 54.9％18.8 19.6 15.7 0.72.61g KOH，40mmol(1∶1對NB) 69.2％21.3 26.8 20.8 0.35.22g KOH，80mmol(2∶1對NB) 91.8％26.0 33.5 29.1 3.27.83g KOH，120mmol(3∶1對NB) 97.1％25.2 35.5 30.6 5.810.44g KOH，160mmol(4∶1對NB) 99.1％23.6 36.0 32.0 7.513.05g KOH，200mmol(5∶1對NB) 100.5％ 21.5 36.0 32.0 11.115.66g KOH，240mmol(6∶1對NB) 101.7％ 18.4 33.6 32.7 17.0堿的過量更高導(dǎo)致反應(yīng)選擇性更差且副產(chǎn)物形成更多。當(dāng)在下表7所述的相對更溫和的反應(yīng)條件下運(yùn)行時，觀察到相同的趨勢。類似地，轉(zhuǎn)化率為堿用量的函數(shù)。
將苯胺(99％，32.60g，346.5mmol)、硝基苯(99％，6.16g，49.5mmol)、下表7所給量的氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，16.31g，250mmol)和四甲基氯化銨(97％，5.48g，48.5mmol)加入裝有Teflon槳葉攪拌器的100ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中在不施加外部熱的情況下(KOH在反應(yīng)水中溶解產(chǎn)生一些熱)進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表7產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA 4-NDPAAn Recr其它9.77g KOH，150mmol(3∶1對NB10.5％1.3 8.6 0.00.613.05g KOH，200mmol(4∶1對NB) 64.6％14.9 26.2 15.4 8.116.31g KOH，250mmol(5∶1對NB) 92.2％21.8 33.0 27.0 10.419.57g KOH，300mmol(6∶1對NB) 100.5％ 21.7 33.6 31.8 13.522.84g KOH，350mmol(7∶1對NB) 104.4％ 21.3 33.6 33.5 16.0實(shí)施例6實(shí)施例6顯示了當(dāng)利用氫氧化鉀/四甲基氯化銨堿-PTC體系時引入氧化劑對苯胺和硝基苯轉(zhuǎn)化成p-NDPA、4-NDPA和副產(chǎn)物的影響。
將苯胺(99％，2.33g，24.8mmol)、硝基苯(99％，3.08g，24.8mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，9.77g，150mmol)、四甲基氯化銨(97％，0.69g，6.1mmol)和水(2.32g)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在下述氣氛條件下于80℃下進(jìn)行2小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
封閉體系的定義是塞住的燒瓶。敞開體系未被塞住且對大氣敞開。對于氣體吹掃試驗(yàn)，將單頸燒瓶用三頸燒瓶替代，后者為裝有氣體入口和出口管線的系統(tǒng)，且在低流速下用合適的氣體吹掃反應(yīng)物料。
表8產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 選擇性p-NDPA4-NDPAAn Recr其它封閉體系45.1％ 61.3％1.4 26.3 15.9 1.5敞開體系34.4％ 85.6％1.7 27.7 2.92.1氣體吹掃，氮?dú)? 94.8％ 58.2％2.4 52.8 38.3 1.3氣體吹掃，空氣 60.6％ 86.8％2.8 49.8 3.34.7當(dāng)該反應(yīng)對過量空氣敞開時，選擇性得到顯著改進(jìn)，這與其中氧化劑量受限制的試驗(yàn)相反。偶氮苯的形成在后一情況下大大增加。
反應(yīng)選擇性的改進(jìn)通過表9中的試驗(yàn)加強(qiáng)，這些試驗(yàn)說明在反應(yīng)混合物中添加過氧化氫的影響。
將苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、過氧化氫(50％水溶液，下表9所示量)、水(額外的水和過氧化物的總量恒定為2.16g)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，7.83g，120mmol)和四甲基氯化銨(97％，4.52g，40mmol)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。將過氧化物加入反應(yīng)混合物中，然后加入KOH和TMACl并將燒瓶快速塞住，然后使反應(yīng)于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表9產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率選擇性p-NDPA4-NDPAAn Recr其它無H2O2，2.16g水96.6％67.9％27.9 37.7 30.6 0.50.27g H2O2，4mmol 90.3％73.8％27.3 39.4 23.0 0.7(0.1對NB) & 2.02g水0.54g H2O2，8mmol 86.6％77.7％27.3 40.0 18.3 1.0(0.2對NB) & 1.89g水1.09g H2O2，16mmol 86.4％77.3％25.5 41.3 18.3 1.3(0.4對NB) & 1.62g水
1.63g H2O2，24mmol86.4％78.4％26.940.917.61.1(0.6對NB) & 1.34g水2.18g H2O2，32mmol79.8％80.3％25.638.414.31.4(0.8對NB) & 1.07g水2.72g H2O2，40mmol80.8％82.0％25.940.413.01.6(1.0對NB) & 0.80g水對過氧化物也觀察到與對將反應(yīng)內(nèi)容物對空氣敞開所觀察到的相同趨勢，即暴露于氧化劑中改進(jìn)了選擇性。該觀察結(jié)果由其中將過量硝基苯用作氧化劑的試驗(yàn)加強(qiáng)(見實(shí)施例7)。
實(shí)施例7實(shí)施例7說明4-ADPA中間體的比例如何可通過調(diào)節(jié)加入反應(yīng)中的苯胺量來控制。
將苯胺(99％，表10所給量)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，7.83g，120mmol)和四甲基氯化銨(97％，4.52g，40mmol)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表10產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 比例p-NDPA 4-NDPAAn Recr其它35.28g苯胺，375 87.2％ 1.3436.7 27.3 22.2 1.1mmol，15∶1對NB*36.69g苯胺，390 93.2％ 1.3137.1 28.4 26.3 1.4mmol，13∶1對NB^36.22g苯胺，385 94.7％ 1.1435.2 30.9 26.5 2.2mmol，11∶1對NB#33.87g苯胺，360 95.4％ 0.9632.0 33.2 27.5 2.6mmol，9∶1對NB26.34g苯胺，280 96.8％ 0.7527.1 36.0 30.3 3.5mmol，7∶1對NB18.81g苯胺，200 95.9％ 0.6023.1 38.8 31.1 2.8mmol，5∶1對NB11.29g苯胺，120 92.3％ 0.3715.7 42.4 30.9 3.4mmol，3∶1對NB3.76g苯胺，40mmol， 80.1％ 0.146.1 43.8 24.7 5.51∶1對NB
*25mmol規(guī)模(35.28g苯胺，3.11g硝基苯，4.89g KOH和2.82g TMACl)^30mmol規(guī)模(36.69g苯胺，3.73g硝基苯，5,87g KOH和3.39g TMACl)#35mmol規(guī)模(36.22g苯胺，4.35g硝基苯，6.85g KOH和3.95g TMACl)隨著更多的苯胺加入反應(yīng)中，相對于4-NDPA形成更多的p-NDPA。在下表11所示的不同反應(yīng)條件下觀察到相同的趨勢。
將苯胺(99％，表11所給量)、硝基苯(99％，3.08g，24.8mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，9.77g，150mmol)、四甲基氯化銨(97％，0.69g，6.1mmol)和水(表11，20重量％)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在敞開的燒瓶中于80℃下反應(yīng)2小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表11產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 比例p-NDPA4-NDPAAn Recr 其它12.48g An，133mmol(5.4 18.6％ 0.525.6 10.9 1.0 1.1對NB)和4.89g H2O8.57g An，91.1mmol(3.7 26.5％ 0.376.5 17.7 1.4 0.8對NB)和3.90g H2O4.66g An，49.6mmol(2 28.9％ 0.122.6 20.9 3.2 2.1對NB)和2.91g H2O2.33g An，24.8mmol(1 34.4％ 0.061.7 27.7 2.9 2.1對NB)和2.32g H2O1.75g An，18.6mmol(0.75 42.6％ 0.051.8 34.6 4.2 2.1對NB)和2.17g H2O1.16g An，12.3mmol(0.50 56.1％ 0.020.8 51.7 1.1 2.5對NB)和2.02g H2O0.58g An，6.2mmol(0.25 76.7％ 0.010.9 72.9 1.1 1.8對NB)和1.88g H2O4-ADPA中間體(p-NDPA+4-NDPA)的產(chǎn)率在苯胺過量(約20％)使用時仍相對未變，但在苯胺變成限制性試劑時顯著改進(jìn)(在0.25-1 An/NB下為73.8％)，如表11所示。還有，當(dāng)硝基苯過量使用且總水較少時，選擇性得到改進(jìn)(在0.25-1 An/NB下為96.1％)。如實(shí)施例9所示，較少的水通常降低無機(jī)堿體系中的選擇性。這里的過量硝基苯用作氧化劑，其如使用空氣和過氧化物的實(shí)施例6所示改進(jìn)選擇性。
實(shí)施例8
實(shí)施例8說明苯胺與硝基苯之間的反應(yīng)在使用氫氧化鉀作為堿與四甲基氯化銨結(jié)合時可以在寬范圍的溫度下進(jìn)行。
將苯胺(99％，2.33g，24.8mmol)、硝基苯(99％，3.08g，24.8mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，9.77g，150mmol)、四甲基氯化銨(97％，0.69g，6.1mmol)和水(2.32g，20重量％)加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在敞開的燒瓶中于給定溫度下進(jìn)行2小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表12產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA4-NDPAAn Recr其它反應(yīng)溫度，20℃ 9.3％ 0.1 8.3 0.01.0反應(yīng)溫度，35℃ 21.6％0.5 19.5 0.21.4反應(yīng)溫度，50℃ 25.2％0.8 22.3 0.11.9反應(yīng)溫度，65℃ 26.0％0.6 22.8 0.42.2反應(yīng)溫度，80℃ 34.4％1.7 27.7 2.92.1反應(yīng)溫度，95℃ 39.3％2.3 27.8 7.51.7反應(yīng)溫度，110℃53.8％3.5 33.4 12.8 4.0反應(yīng)溫度，125℃72.7％9.1 34.0 17.3 12.4提高反應(yīng)溫度導(dǎo)致產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率得到改進(jìn)，但損失反應(yīng)選擇性。p-NDPA相對于4-NDPA的量隨溫度升高而增加。
表13產(chǎn)率，％ 選擇性，％p-NDPA/4-NDPA反應(yīng)溫度，20℃8.389.0 0.01反應(yīng)溫度，35℃20.0 92.3 0.03反應(yīng)溫度，50℃23.1 91.8 0.04反應(yīng)溫度，65℃23.4 90.0 0.03反應(yīng)溫度，80℃29.4 85.6 0.06反應(yīng)溫度，95℃30.1 76.7 0.08反應(yīng)溫度，110℃ 37.0 68.7 0.11反應(yīng)溫度，125℃ 43.1 59.2 0.27實(shí)施例9實(shí)施例9說明使用KOH-TMACl堿/相轉(zhuǎn)移體系時苯胺與硝基苯反應(yīng)形成4-ADPA中間體中水的影響。
將苯胺(99％，22.58g，240mmol)、硝基苯(99％，4.97g，40mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，7.83g，120mmol)、四甲基氯化銨(97％，4.52g，40mmol)和表14和15所列的水加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表14產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率 p-NDPA4-NDPAAn Recr其它不加水 98.6％ 26.4 38.5 30.4 3.32.16g H2O，120mmol(3∶1對NB) 94.7％ 28.5 37.3 28.6 0.44.32g H2O，240mmol(6∶1對NB) 67.0％ 27.2 21.1 18.4 0.36.48g H2O，320mmol(9∶1對NB) 28.3％ 16.3 6.7 5.10.28.64g H2O，480mmol(12∶1對5.5％ 4.1 1.3 0.00.0NB)表15選擇性，％ p-NDPA/4-NDPA不加水 65.8 0.693∶1 H2O/NB(1mol水vs KOH) 69.4 0.776∶1 H2O/NB(2mol水vs KOH) 72.1 1.289∶1 H2O/NB(3mol水vs KOH) 81.3 2.4412∶1 H2O/NB(4mol水vs KOH) 100.0 3.08隨著水的量增加，選擇性總體得到改進(jìn)且p-NDPA相對于4-NDPA的水平更高變得明顯。
由實(shí)施例2和表3也可觀察到太多水的影響，其中示出了作為相轉(zhuǎn)移催化劑的60％四甲基碳酸銨水溶液的有效性。由25％稀溶液得到的前面未報告的數(shù)據(jù)顯示基本沒有轉(zhuǎn)化。
實(shí)施例10實(shí)施例10表明反應(yīng)可以在幾種溶劑中進(jìn)行。
將苯胺(99％，11.29g，120mmol)、硝基苯(99％，2.49g，20mmol)、氫氧化鉀(86％細(xì)磨粉，3.91g，60mmol)、四甲基氯化銨(97％，2.26g，20mmol)和20ml表16所示的合適溶劑加入裝有磁力攪拌器的50ml圓底燒瓶中。使反應(yīng)在塞住的燒瓶中于60℃下進(jìn)行1小時。然后對內(nèi)容物取樣并通過HPLC分析。
表16產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率p-NDPA 4-NDPA An Recr 其它不加溶劑 97.1％25.2 35.5 30.6 5.8二甲亞砜 99.5％34.2 37.6 26.1 1.6二甲亞砜，不加相轉(zhuǎn)移催化劑 36.5％10.9 15.8 6.4 3.4二芐醚 93.7％30.6 32.1 28.1 3.01-甲基-2-吡咯烷酮80.1％29.3 27.3 17.9 5.6N，N-二甲基甲酰胺74.0％27.2 27.2 19.1 0.6對二甲苯 65.9％8.8 10.1 44.6 2.4甲苯 63.3％3.0 3.7 51.1 5.5當(dāng)省去相轉(zhuǎn)移催化劑時，產(chǎn)率顯著降低約三分之二(由在DMSO中無TMACl時的26.7％增加到有TMACl時的71.8％)。
選擇性在極性溶劑中仍相對未變(～70％)，但當(dāng)選擇非極性烴如對二甲苯或甲苯時顯著降低，因?yàn)樵谶@兩種溶劑的每一種中偶氮苯產(chǎn)率均超過40％。
實(shí)施例11實(shí)施例11說明苯胺和硝基苯與氫氧化鉀和四甲基氯化銨水溶液結(jié)合通過連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物的反應(yīng)。
將111.8g苯胺(99％，1.19mol)，31.2g氫氧化鉀水溶液(45％，0.250mol)和50.0g四甲基氯化銨水溶液(55％，0.25mol)加入裝有Teflon槳葉攪拌器、熱電偶、硝基苯進(jìn)料管和針形閥的500ml燒瓶中。對該混合物抽真空至120mm Hg，通過將空氣放進(jìn)反應(yīng)器中而調(diào)節(jié)壓力。開始加熱并在達(dá)到80℃的所需反應(yīng)溫度時啟動硝基苯料流(24.6g，99％，0.20mol)。溫度通過增加真空度進(jìn)行控制，以在約1小時內(nèi)在60mm Hg的最終壓力下完成NB進(jìn)料。在60mm Hg下保持45分鐘，以確保反應(yīng)完全。用40ml水急冷混合物。HPLC分析32.1％苯胺，0％NB，20.3％p-NDPA，7.6％4-NDPA，0.50％t-偶氮苯和0.05％吩嗪。基于100％NB轉(zhuǎn)化率的產(chǎn)率72.6％p-NDPA，25.3％4-NDPA，1.9％t-偶氮苯，0.2％吩嗪。
如下表17所示，在無空氣存在下運(yùn)行相同的反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)率低12％(97.9％對85.5％)且偶氮苯含量增加至其7倍。在該系列中的其它反應(yīng)的概況也示于下表17中。
表17產(chǎn)率，％轉(zhuǎn)化率選擇性p-NDPA4-NDPA t-Azo吩嗪基線見下列條件*100.0％ 97.9％72.6 25.3 1.9 0.2氣氛基線條件(真空，無空氣) 100.0％ 85.5％66.5 19.0 14.2 0.3苯胺進(jìn)料74.5g苯胺，0.79mol，4∶1 99.5％96.2％56.4 39.8 2.7 0.5對NB149.0g苯胺，1.58mol，8∶1 100.0％ 97.9％73.8 24.1 1.8 0.3對NB溫度70℃ 100.0％ 98.1％65.1 33.0 1.4 0.590℃ 100.0％ 97.1％71.9 25.1 2.7 0.2硝基苯進(jìn)料速率29分鐘 100.0％ 85.2％62.7 22.5 14.4 0.486分鐘 99.9％96.1％76.8 19.2 3.5 0.4堿進(jìn)料18.7g 45％KOH，0.15mol， 83.0％97.6％63.1 17.9 1.8 0.20.75∶1對NB37.4g 45％KOH，0.30mol， 100.0％ 96.9％72.7 24.2 2.7 0.41.5∶1對NB氣氛真空，無空氣 100.0％85.5％ 66.5 19.0 14.2 0.3*6∶1苯胺/NB，80℃，NB進(jìn)料時間為49分鐘，1.25mol KOH對NB，空氣氣氛實(shí)施例12該實(shí)施例說明苯胺與硝基苯在與四甲基氫氧化銨水溶液和各種無機(jī)鹽結(jié)合的氧化劑存在下通過連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物的反應(yīng)。TMAH/鹽結(jié)合代表來自工藝的潛堿再循環(huán)料流的離子混合物，其包含無機(jī)堿和在將偶聯(lián)反應(yīng)物質(zhì)還原成4-ADPA之后的相轉(zhuǎn)移催化劑。
向裝有Teflon槳葉攪拌器、熱電偶、硝基苯進(jìn)料管和空氣進(jìn)氣閥的500ml圓底燒瓶中加入139.7g苯胺(99％，1.49mol)、73.9g四甲基氫氧化銨水溶液(35.5％，0.29mol)和當(dāng)量量的下表18所列鹽(相對于堿，基于硝基苯過量15摩爾％)。將該混合物在120mm Hg下加熱30分鐘，然后開始加入硝基苯進(jìn)料(30.8g，99％，0.25mol)。通過在整個反應(yīng)循環(huán)期間調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣閥而調(diào)節(jié)體系壓力，以維持80℃的所需溫度并使NB進(jìn)料于72mmHg的最終壓力下在約75分鐘內(nèi)完成。將該混合物在70mm Hg下保持30分鐘，以確保反應(yīng)完全，隨后用25ml水急冷。在加入反應(yīng)物、加熱到反應(yīng)溫度、加入硝基苯和保持到反應(yīng)完全的整個循環(huán)中將空氣引入反應(yīng)器液面上空間。將鹽以與硝基苯的摩爾當(dāng)量為鹽/NB＝1.15加料。例如，碳酸鉀和硫酸鈉具有兩當(dāng)量的無機(jī)陽離子，因此摩爾比為0.575。
在與硝基苯的摩爾比稍低的情況下使用KCl的結(jié)果與通過使用強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑(KOH+TMACl)得到的結(jié)果完全一致，其中連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物。這表明使用無機(jī)鹽和有機(jī)堿等價于使用強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑。需要注意的是，對完成反應(yīng)來說，鈉沒有鉀那樣有效。硝酸鹽和溴化物對在該實(shí)施例的條件下完成反應(yīng)來說也是不太有效的陰離子。然而，對于這些鹽，通過改變反應(yīng)條件如提高反應(yīng)溫度而增加轉(zhuǎn)化率應(yīng)該是可能的。最顯著的是加入鹽對反應(yīng)選擇性的積極影響。下表18中第二和第三試驗(yàn)的對比表明，僅加入KCl會使偶氮苯降低幾乎三分之二且形成較少量的“其它”化合物如4-苯偶氮基-二苯基胺?！皟H使用TMAH”的操作也以高含量的化合物如N-甲基苯胺的化合物和帶臭味的三甲胺為特征，這二者表明發(fā)生了堿降解。
表18轉(zhuǎn)化率選擇性 產(chǎn)率，％％％ p-NDPA4-NDPAAn Recr 其它對比KOH+TMACl*100.0 97.972.6 253 1.9 0.2僅使用TMAH，不加鹽 100.0 83.862.4 21.4 4.4 11.821.44g氯化鉀 100.0 97.272.3 24.8 1.5 1.416.82g氯化鈉 62.7 97.215.6 45.3 0.6 1.119.87g碳酸鉀 100.0 89.172.8 16.3 3.8 7.120.42g硫酸鈉 100.0 85.063.8 21.2 4.5 10.524.44g硝酸鈉 27.8 94.38.3 17.9 0.9 0.634.22g溴化鉀 27.0 98.415.6 11.0 0.3 0.223.58g乙酸鈉 80.5 96.956.6 21.4 1.5 1.019.55g甲酸鈉 71.8 97.346.2 23.6 1.0 1.024.18g甲酸鉀 89.5 96.464.2 22.1 2.4 0.839.13gKH2PO439.3 97.410.0 28.3 0.8 0.2*摩爾比稍高KOH/NB和TMACl/NB＝1.25
實(shí)施例13該實(shí)施例說明無機(jī)鹽與硝基苯的摩爾比的影響。反應(yīng)條件與實(shí)施例12的相當(dāng)，不同的是改變KCl與硝基苯的摩爾比。表19中的結(jié)果表明僅加入少量無機(jī)鹽就使選擇性增加。因此，在其中需要關(guān)注因高鹽濃度導(dǎo)致的腐蝕的情形下，可以得到至少適中的選擇性改進(jìn)。
表19摩爾比 轉(zhuǎn)化率選擇性產(chǎn)率，％鹽/NB ％％ p-NDPA4-NDPAAn Recr其它僅使用TMAH， 0 100.0 83.862.4 21.4 4.411.8不加鹽4.66g KCl 0.25 100.0 87.163.4 23.7 7.85.113.05g KCl 0.70 100.0 93.872.3 21.5 5.01.221.44g KCl 1.15 100.0 97.272.3 24.8 1.51.4實(shí)施例14該實(shí)施例說明加入非鹽化合物對選擇性和硝基苯的轉(zhuǎn)化率的影響。反應(yīng)條件與實(shí)施例12的相當(dāng)。甜菜堿，即(乙酰基)三甲基氫氧化銨內(nèi)鹽，為通過乙酸根與帶正電的四烷基銨基團(tuán)形成的鹽。因此盡管名稱如此，但該化合物實(shí)際上沒有與四烷基銨基團(tuán)結(jié)合的氫氧根。然而，當(dāng)加入強(qiáng)堿時，甜菜堿轉(zhuǎn)化成含有乙酸鹽基團(tuán)和四烷基氫氧化銨基團(tuán)的化合物。因此，使用TMAH將甜菜堿轉(zhuǎn)化成具有四甲基乙酸銨基團(tuán)和(乙?；?三甲基氫氧化銨基團(tuán)的化合物。若使用KOH，則該化合物具有乙酸鉀基團(tuán)和(乙?；?三甲基氫氧化銨基團(tuán)。在KOH情況下，該化合物代表在一個分子中的金屬有機(jī)鹽和有機(jī)堿。甜菜堿在文獻(xiàn)中已知為相轉(zhuǎn)移化合物或PTC(Starks和Liotta，出處同上)，因?yàn)樗鼘o機(jī)或有機(jī)堿帶入有機(jī)相中。
表20中的結(jié)果表明甜菜堿對使用TMAH的選擇性或轉(zhuǎn)化率僅具有適中的影響。其中甜菜堿/NB＝1.15的結(jié)果僅等價于KCl/NB＝0.25的結(jié)果。此外，加入不帶無機(jī)陽離子的陰離子(乙酸銨)基本無效。因此，使用無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽是得到最好結(jié)果的關(guān)鍵。
表20轉(zhuǎn)化率選擇性 產(chǎn)率，％與NB的％％ p-NDPA 4-NDPAAn Recr其它摩爾比僅使用TMAH， 0 100.083.862.4 21.4 4.411.8不加鹽或PTC4.66g KCl0.25 100.087.163.4 23.7 7.85.121.44g KCl 1.15 100.097.272.3 24.8 1.51.422.16g乙酸銨 1.15 0.5 100.0 0.3 0.2 0.00.033.68g甜菜堿 1.15 100.087.670.7 16.9 4.87.6實(shí)施例15該實(shí)施例表明使用部分氧化性條件可以給出顯著增加的選擇性。除非另有指明，否則反應(yīng)條件與實(shí)施例12的相當(dāng)。結(jié)果示于表21中。反應(yīng)1的條件完全與實(shí)施例12的相當(dāng)。對反應(yīng)2而言，空氣引入僅在硝基苯進(jìn)料過程中使用且在完成75％進(jìn)料后停止。對反應(yīng)3而言，將硝基苯進(jìn)料時間縮短到45分鐘并將保持時間增加到60分鐘，同時僅在硝基苯進(jìn)料過程中使用空氣引入。預(yù)期對于硫酸鹽、碳酸鹽和硝酸鹽通過使用部分氧化性條件也得到更高的選擇性。
表21轉(zhuǎn)化率 選擇性 產(chǎn)率，％％ ％ p-NDPA4-NDPAAnRecr 其它16.70g KF-1 99.9 84.867.3 17.4 4.2 11.016.70g KF-2 100.091.180.1 11.0 6.3 2.616.70g KF-3 100.093.883.2 10.6 4.3 1.9實(shí)施例16該實(shí)施例表明使用氧化劑以及也用作相轉(zhuǎn)移催化劑的強(qiáng)堿可以增加選擇性。反應(yīng)在共沸除去水和苯胺下進(jìn)行。
對于操作1-3，向裝有Tetlon槳葉攪拌器、熱電偶、硝基苯進(jìn)料管和空氣進(jìn)氣閥的500ml圓底燒瓶中加入145.28g苯胺(1.56mol)和87.36g四甲基氫氧化銨水溶液(36.0％，0.345mol)。將混合物在120mm Hg下加熱30分鐘，然后啟動硝基苯進(jìn)料(36.93g，0.30mol)。在整個反應(yīng)期間將體系壓力保持恒定為70mm Hg。在該反應(yīng)期間溫度由約66℃升至約80℃。將硝基苯在約80分鐘內(nèi)加入，然后將該批料在70mm Hg下保持40分鐘，以確保反應(yīng)完全，然后用25ml水急冷。將過氧化氫以20.40g(0.03mol)5重量％水溶液與硝基苯同時加入。由于水也可能通過保護(hù)TMAH以防其降解并改變反應(yīng)平衡而影響選擇性，因此使用20.40g也與硝基苯同時供入的水進(jìn)行控制。操作4-7的條件稍微不同。主要差異是以25重量％TMAH開始，并在硝基苯進(jìn)料之前除去反應(yīng)器中的水和一些苯胺。在整個硝基苯進(jìn)料過程中或其進(jìn)料時間的一半時加入空氣。
表22中的結(jié)果顯示，與單獨(dú)使用水相比，過氧化氫給出較大的選擇性改進(jìn)，這表明使用氧化劑可能是有利的。這些結(jié)果還顯示在整個反應(yīng)器循環(huán)上加入空氣作為氧化劑對選擇性具有不利影響。然而，在空氣加入僅限于部分反應(yīng)循環(huán)時獲得了選擇性改進(jìn)，這表明部分氧化性條件可能是有利的。這些反應(yīng)與表18中100％空氣的情形相比在稍濕的條件下運(yùn)行，這解釋了為什么表18中的選擇性更低。操作4和5表明反應(yīng)具有優(yōu)異的再現(xiàn)性，因而選擇性增加1-2％是顯著的。
表22轉(zhuǎn)化率選擇性 產(chǎn)率，％作為堿的TMAH/TC ％％ p-NDPA 4-NDPA An Recr 其它1.無氧化劑 100.0 93.386.3 7.0 4.6 2.12.僅用水100.0 94.989.3 5.5 3.4 1.83.過氧化氫 100.0 96.189.7 6.4 1.9 2.04.無氧化劑 100.0 92.386.5 5.8 5.9 1.85.無氧化劑 100.0 92.286.2 6.0 6.1 1.76.空氣，100％NB進(jìn)料 99.7 89.479.0 10.1 7.4 3.27.空氣，50％NB進(jìn)料 100.0 94.588.4 6.2 4.2 1.權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含強(qiáng)堿、氧化劑和相轉(zhuǎn)移催化劑的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述相轉(zhuǎn)移催化劑選自式I所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何直鏈或支化C1-C20烷基，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1或2時R4為R1R2R3N+，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，X為氟化物、氯化物、氫氧化物、硫酸鹽、硫酸氫鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽、草酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、酒石酸鹽、檸檬酸鹽、丙二酸鹽以及所述化合物的混合物形式的陰離子部分，其中a為陰離子部分的價數(shù)(1、2或3)，b和c為1、2或3的整數(shù)且d為0-4的整數(shù)；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述相轉(zhuǎn)移催化劑選自四甲基氯化銨、四甲基氟化銨、四甲基氫氧化銨、碳酸二(四甲基銨)、四甲基甲酸銨和四甲基乙酸銨；四丁基硫酸氫銨和四丁基硫酸銨；甲基三丁基氯化銨；以及芐基三甲基氫氧化銨、三辛基甲基氯化銨、四丁基氯化銨、四甲基硝酸銨、十六烷基三甲基氯化銨和氫氧化膽堿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相轉(zhuǎn)移催化劑與硝基苯的摩爾比為約0.05∶1至約1.2∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述苯胺衍生物選自N-甲酰苯胺、苯基脲、對稱二苯脲和對稱二苯硫脲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述苯胺為選自2-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、對甲基苯胺、4-硝基苯胺、3-溴苯胺、3-溴-4-氨基甲苯、對氨基苯甲酸、2，4-二氨基甲苯、2，5-二氯苯胺、1，4-苯二胺、4，4’-亞甲基二苯胺、1，3，5-三氨基苯及其混合物的取代苯胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可以用于本發(fā)明方法的取代硝基苯包括鄰甲基硝基苯、間甲基硝基苯、鄰乙基硝基苯、間乙基硝基苯、鄰甲氧基硝基苯、間甲氧基硝基苯及其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述強(qiáng)堿選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化銫、氫氧化銣和叔丁醇鉀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比大于約1∶1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比為約2∶1至約6∶1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化劑為游離氧氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化劑為氧化試劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述氧化試劑為過氧化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述氧化試劑為過氧化氫。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述氧化試劑為硝基苯。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化劑僅在苯胺和硝基苯進(jìn)行反應(yīng)的部分時間中存在。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在約20℃至約150℃的溫度、約20毫巴至約20巴的表壓壓力和少于約3.5小時的反應(yīng)時間下進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)的反應(yīng)在排除水合水以外的水與硝基苯的摩爾比不大于約10∶1下進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述包含強(qiáng)堿和相轉(zhuǎn)移催化劑的混合物呈水溶液且反應(yīng)通過連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物而進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述相轉(zhuǎn)移催化劑為四甲基溴化銨且所述強(qiáng)堿包括一種或多種無機(jī)堿。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在合適的溶劑體系中發(fā)生。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述合適的溶劑體系包括極性非質(zhì)子溶劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述極性非質(zhì)子溶劑選自二甲亞砜、二芐醚、1-甲基-2-吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所生產(chǎn)的4-氨基二苯基胺還原烷基化成4-氨基二苯基胺的烷基化衍生物。
24.一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含氧化劑和也用作相轉(zhuǎn)移催化劑的強(qiáng)堿的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述強(qiáng)堿選自式II所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何直鏈或支化C1-C20烷基，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1或2時R4為R1R2R3N+，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，b和c為1、2或3的整數(shù)且d為0-4的整數(shù)；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述苯胺衍生物選自N-甲酰苯胺、苯基脲、對稱二苯脲和對稱二苯硫脲。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述苯胺為選自2-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、對甲基苯胺、4-硝基苯胺、3-溴苯胺、3-溴-4-氨基甲苯、對氨基苯甲酸、2，4-二氨基甲苯、2，5-二氯苯胺、1，4-苯二胺、4，4’-亞甲基二苯胺、1，3，5-三氨基苯及其混合物的取代苯胺。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中可以用于本發(fā)明方法的取代硝基苯包括鄰甲基硝基苯、間甲基硝基苯、鄰乙基硝基苯、間乙基硝基苯、鄰甲氧基硝基苯、間甲氧基硝基苯及其混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述也用作相轉(zhuǎn)移催化劑的強(qiáng)堿包括四甲基氫氧化銨和/或芐基三甲基氫氧化銨。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比大于約1∶1。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中強(qiáng)堿與硝基苯的摩爾比為約2∶1至約6∶1。
31.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述氧化劑為氧化試劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述氧化試劑為過氧化物。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述氧化試劑為過氧化氫。
34.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述氧化劑僅在苯胺和硝基苯進(jìn)行反應(yīng)的部分時間中存在。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述氧化劑為游離氧氣。
36.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在約20℃至約150℃的溫度、約20毫巴至約20巴的表壓壓力和少于約3.5小時的反應(yīng)時間下進(jìn)行。
37.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中步驟(b)的反應(yīng)在排除水合水以外的水與硝基苯的摩爾比不大于約10∶1下進(jìn)行。
38.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在合適的溶劑體系中發(fā)生。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述合適的溶劑體系包括極性非質(zhì)子溶劑。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中所述極性非質(zhì)子溶劑選自二甲亞砜、二芐醚、1-甲基-2-吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺。
41.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中將所生產(chǎn)的4-氨基二苯基胺還原烷基化成4-氨基二苯基胺的烷基化衍生物。
42.一種生產(chǎn)4-氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟(a)使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；(b)通過使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯或硝基苯衍生物在限定的區(qū)域中在合適的時間、壓力和溫度下在包含帶有為強(qiáng)無機(jī)堿的合適陽離子的陽離子的無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽或其混合物、氧化劑和一種或多種有機(jī)堿的混合物存在下反應(yīng)而得到4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物，所述有機(jī)堿選自式III所定義的化合物 其中R1、R2、R3相同或不同且選自任何含有1至約20個碳原子的直鏈或支化烷基，e為0、1、2或3的整數(shù)，(R4)e在e＝0時為氫，在e＝1、2或3時R4為R1R2R3N+，X為能夠從苯胺或苯胺衍生物的氮上奪取質(zhì)子的陰離子，Y為烷基、芳基、烷芳基或芐基及其取代衍生物，Z為選自羥基、鹵素和其它雜原子的取代基，其中a為陰離子部分的價數(shù)且為1、2、3或4的整數(shù)，b和c為1、2、3或4的整數(shù)且d為0、1、2、3或4的整數(shù)，所述混合物不包括甜菜堿與強(qiáng)無機(jī)堿的反應(yīng)產(chǎn)物；和(c)將步驟(b)的4-氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4-氨基二苯基胺或其取代衍生物。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述有機(jī)堿為選自四甲基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、甲基三丁基氫氧化銨、芐基三甲基氫氧化銨、三辛基甲基氫氧化銨、十六烷基三甲基氫氧化銨和氫氧化膽堿以及等價的季銨醇鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰化物、酚鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、次氯酸鹽、硼酸鹽、硼酸氫鹽、硼酸二氫鹽、硫化物、硅酸鹽、硅酸氫鹽、硅酸二氫鹽和硅酸三氫鹽的季銨氫氧化物。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中與無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽一起使用的有機(jī)堿與硝基苯的摩爾比大于或等于約1∶1。
45.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中有機(jī)堿與硝基苯的摩爾比為約1.1∶1至約6∶1。
46.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽與硝基苯的摩爾比為約0.05∶1至約6.5∶1。
47.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽與有機(jī)堿的摩爾比大于或等于約1∶1。
48.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述苯胺衍生物選自N-甲酰苯胺、苯基脲、對稱二苯脲和對稱二苯硫脲。
49.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述苯胺為選自2-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、對甲基苯胺、4-硝基苯胺、3-溴苯胺、3-溴-4-氨基甲苯、對氨基苯甲酸、2，4-二氨基甲苯、2，5-二氯苯胺、1，4-苯二胺、4，4’-亞甲基二苯胺、1，3，5-三氨基苯及其混合物的取代苯胺。
50.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中可以用于本發(fā)明方法的取代硝基苯包括鄰甲基硝基苯、間甲基硝基苯、鄰乙基硝基苯、間乙基硝基苯、鄰甲氧基硝基苯、間甲氧基硝基苯及其混合物。
51.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述與有機(jī)堿結(jié)合使用的無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽選自銫、銣、鉀和鈉的氟化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽、硫酸氫鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、甲酸鹽、乙酸鹽和碳酸鹽及其混合物。
52.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述氧化劑為游離氧氣。
53.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述氧化劑為氧化試劑。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中所述氧化試劑為過氧化物。
55.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中所述氧化試劑為過氧化氫。
56.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中所述氧化試劑為硝基苯。
57.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述氧化劑僅在苯胺和硝基苯進(jìn)行反應(yīng)的部分時間中存在。
58.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在約20℃至約150℃的溫度、約20毫巴至約20巴的表壓壓力和少于約3.5小時的反應(yīng)時間下進(jìn)行。
59.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中步驟(b)的反應(yīng)在排除水合水以外的水與硝基苯的摩爾比不大于約10∶1下進(jìn)行。
60.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述包含有機(jī)堿和無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽的混合物呈水溶液且反應(yīng)通過連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物而進(jìn)行。
61.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述反應(yīng)性接觸在合適的溶劑體系中發(fā)生。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中所述合適的溶劑體系包括極性非質(zhì)子溶劑。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述極性非質(zhì)子溶劑選自二甲亞砜、二芐醚、1-甲基-2-吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺。
64.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中將所生產(chǎn)的4-氨基二苯基胺還原烷基化成4-氨基二苯基胺的烷基化衍生物。
65.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中式III的X選自氫氧化物、醇鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰化物、酚鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、次氯酸鹽、硼酸鹽、硼酸氫鹽、硼酸二氫鹽、硫化物、硅酸鹽、硅酸氫鹽、硅酸二氫鹽和硅酸三氫鹽的陰離子。
66.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述有機(jī)堿為四甲基氫氧化銨，所述無機(jī)鹽包括鹵化物陰離子且反應(yīng)通過在水溶液中連續(xù)蒸餾苯胺-水共沸物而進(jìn)行。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的方法，其中所述鹵化物陰離子為氯離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)4－氨基二苯基胺或其取代衍生物的方法，包括如下步驟使苯胺或苯胺衍生物與硝基苯衍生物進(jìn)行反應(yīng)性接觸；使苯胺與硝基苯在限定的區(qū)域中在合適的時間和溫度下在包含強(qiáng)堿、合適的相轉(zhuǎn)移催化劑和氧化劑的混合物存在下反應(yīng)，得到4－氨基二苯基胺中間產(chǎn)物。另外，該混合物可以包含帶有為強(qiáng)無機(jī)堿的合適陽離子的陽離子的無機(jī)鹽或金屬有機(jī)鹽、氧化劑和有機(jī)堿，但該混合物不包括甜菜堿與強(qiáng)無機(jī)堿的反應(yīng)產(chǎn)物。將該氨基二苯基胺中間產(chǎn)物還原，生產(chǎn)出4－氨基二苯基胺或其取代衍生物。
文檔編號C07C209/68GK1545497SQ02816447
公開日2004年11月10日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月23日
發(fā)明者R·D·特里普利特二世, R·K·雷恩斯, R D 特里普利特二世, 雷恩斯 申請人:弗萊克塞斯美國公司