專利名稱：鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卣代物羰基化反應(yīng)催化劑及其應(yīng)用，特別涉及一種羰基化催化芐基氯合成苯乙酸過程中的催化劑，這類催化劑可有效地用于催化節(jié)基氯合成苯乙酸的羰基化反應(yīng)。
技術(shù)背景羰基化反應(yīng)是指在有機(jī)化合物分子內(nèi)引入羰基或其它基團(tuán)而成為含氧 化合物的一類反應(yīng)，它在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過幾十年的研究表 明，許多過渡金屬化合物都能用作為羰基化反應(yīng)的催化劑，其中真正具有 催化活性的物種是這些金屬的羰基化合物，后者可被認(rèn)為是羰基化反應(yīng)作用物和co供應(yīng)源，或者說是co轉(zhuǎn)換的中間體。作為羰基化反應(yīng)的主體金屬，目前研究得最多的還是元素周期表中第雨族的過渡金屬，如Ni、 Co、 Fe、 Pd和Rh等。不同的金屬催化劑對于不同化合物的羰基化催化效率也 不一樣，設(shè)計(jì)、合成、篩選性能優(yōu)異的催化劑是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。苯乙酸是催化羰基化合成中最具代表性的化合物，也是一類重要的有機(jī) 原料化工原料，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料等行業(yè)中有著廣泛用途，特別是制藥 業(yè)用量最大，是制造青霉素的主要原材料，需求量呈增長趨勢。苯乙酸合 成方法基本有3種，即氰化鈉法、苯乙烯法、羰基催化法。其中絕大多數(shù) 廠家是釆用傳統(tǒng)的氰化鈉法，此法工藝簡單、技術(shù)成熟，但還存在污染嚴(yán) 重、收率低、成本較高等缺點(diǎn)；苯乙烯法存在著操作壓力高，污染環(huán)境等 問題；羰基催化法產(chǎn)品純度高、反應(yīng)條件溫和、收率高、成本低，是一種 有生命力的生產(chǎn)方法。羰基化合成苯乙酸的關(guān)鍵在于羰基催化劑的選擇。此催化劑是由中心 原子及配體和助劑等組成，配體對催化劑性能的影響，主要是增加活性， 使反應(yīng)條件溫和，加快反應(yīng)速度，提高催化劑體系的穩(wěn)定性。國內(nèi)外報(bào)道的羰基催化劑有羰基鈷及其鹽和鈷、鈀、銠的配合物，如L. Cassar (J. Organometllic Chem.， 1976, 134: 15)以Pd(PPh3)4為催化劑，苯乙酸產(chǎn)率 為84%; 1978年,L. Cassar (US 4128572， 1978)又以四羰基鈷鈉為催化 劑，羰基化催化合成苯乙酸產(chǎn)率達(dá)87%; Sang Chul Shim等(J. Organometllic Chem.， 1990， 382: 419)用Co2(CO) 8為催化劑，CO壓力0.1MPa,室溫 下合成苯乙酸產(chǎn)率93%。雖然后來不少研究工作者對這些催化劑的催化條 件進(jìn)行了研究，并得到一些成果，但總的來說這些催化劑有的制備困難(高 溫高壓)，有的價(jià)格昂貴(如Pd、 Rh系催化劑)，有的不易回收(如合金 催化劑)。近來，李光興等(CN00114646.7)發(fā)明了一種新型催化劑吡 啶-2-羧酸鈷和取代的吡啶-2-羧酸鈷,其催化合成苯乙酸收率高達(dá)85% 95% ，且該催化劑易回收且活性高，是一類很有前景的羰基化催化劑。綜上，要尋找一種較好的催化劑應(yīng)用于羰基化催化合成苯乙酸需滿足 以下幾個(gè)條件1)制備簡單;2)催化反應(yīng)條件溫和；3)低成本；4)易 回收；5)活性高。本發(fā)明的目的之一是提供一種反應(yīng)條件溫和、易回收、高活性、低成 本的鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑。本發(fā)明的另一目的是提供上述催化劑在卣代物羰基化反應(yīng)中的應(yīng)用。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程如下結(jié)構(gòu)式(I)表示的鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑，其中R, 、 R2獨(dú)立選自氫、C廣C3的烷基、d C3的烷氧基、G~C: 的酯基、鹵素基、硝基、氨基或Q C4的烷基氨基；發(fā)明內(nèi)容所述C廣C3的烷基如CH3、 CH2CH3、 CH2CH2CH3;所述d C3的烷 氧基如OCH3、 OCH2CH3、 0(CH2)2CH3;所述G ~ C3的酯基如OCOCH3、 OCOCH2CH3;所述鹵素基如F、 Cl、 Br;所述d ~ (34的烷基氨基如NHCH3、 NHCH2CH3、 N(CH3)2、 N(CH2CH3)2。當(dāng)R3和/或R4存在時(shí)，R3 、 R4為溶劑分子DMF、 H20、甲醇、乙醇 或甲酰胺；R3和/或R4也可以不存在。本發(fā)明不含有溶劑分子的催化劑可通過含有溶劑分子的催化劑在其脫 水溫度范圍內(nèi)熱分解脫去溶劑分子得到。上述鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑在鹵代物羰基化反應(yīng)中，羰基化反應(yīng)使 用鈷鹽作助催化劑，所述鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷或醋酸鈷，反應(yīng) 后酸化可得到羰基化產(chǎn)物；羰基化反應(yīng)在CH30H、 THF、 二氧六環(huán)或DMF 溶劑中，15~70°C ， CO壓力為0.08 2.5MPa下反應(yīng)。本發(fā)明催化劑特別適合羰基化催化合成苯乙酸反應(yīng)，以苯乙酸制備為 例，具體的說在反應(yīng)釜中依次加入本發(fā)明催化劑、助催化劑、有機(jī)溶劑、 節(jié)氯、堿液，通入CO,在15 70°C、 CO的壓力為0.08~2.5MPa下反應(yīng)得 苯乙酸鹽，抽濾回收取代的苯并噻唑-2-羧酸后酸化處理，乙醚萃取，有機(jī) 相為制得的苯乙酸，水相可回收金屬鈷。其工藝方法的化學(xué)反應(yīng)式如下<formula>formula see original document page 6</formula>X = C1、 Br;堿液為NaOH或KOH水溶液；溶劑為CH30H、 THF、 二氧六環(huán)或DMF;R為H、 d C3的烷基、F、 Cl、 Br、 N02， N(CH3)2、 OCH3;M為Na+、 K+;CO壓力為0.08 ~ 2.5Mpa;堿液/溶劑CoL2.2DMF/CoCl2'6H20本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、 本發(fā)明的催化劑合成工藝簡單，取代苯并噻唑-2-羧酸鈉與鈷鹽直接 反應(yīng)即可得催化劑；2、 本發(fā)明的催化劑結(jié)構(gòu)特殊，苯并嗜唑-2-羧酸與鈷配位后的特殊空間 構(gòu)型使得其催化選擇性相比同類催化劑性能更優(yōu)，苯環(huán)可修飾的空間大， 不同取代基對催化劑綜合性能的調(diào)控能力大，適宜工業(yè)化對不同反應(yīng)體系的選擇；3、 本發(fā)明的催化工藝操作簡單，反應(yīng)物料一鍋反應(yīng)，無需滴加；4、 本發(fā)明的催化工藝反應(yīng)條件溫和，如在THF中15 7(TC下反應(yīng)；5、 本發(fā)明的催化工藝采用鈷鹽做助催化劑，大大提高了催化劑的反應(yīng) 活性；6、 本發(fā)明的催化劑易回收，搡作簡單，羰基化反應(yīng)結(jié)東后，酸化處理 產(chǎn)物的過程中即可回收金屬和配體有機(jī)物，并可以直接轉(zhuǎn)化為催化劑循環(huán) 使用，催化活性損失少，避免了繁瑣的催化劑回收過程，有利于工業(yè)生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1: 6-甲氧基苯并瘞唑-2-羧酸鈉的合成在單口燒瓶加入3.80g 2-氰基-6-甲氧基苯并鬼唑，25mL 30°/。 NaOH溶 液，9(TC反應(yīng)2h,反應(yīng)液呈深紅色渾濁溶液，冷卻至室溫，抽濾得粗品6-甲氧基苯并噻唑-2-羧酸鈉。甲醇和水重結(jié)晶，得白色片狀晶體，抽干，用 少許水洗滌，烘干得白色晶體3.75g,產(chǎn)率81.1%。 m.p. 256~260°C。 IR(KBr, i)cnr'): 3448, 3011,2953,1606, 1596, 1501, 1376， 1225， 841， 557， 440。實(shí)施例2: 6-硝基苯并噻唑-2-羧酸鈉的合成在單口燒瓶加入4.10g 2-氰基-6-硝基苯并噻唑，25mL 30%NaOH溶液，IOO'C反應(yīng)3h，反應(yīng)液呈紅色渾濁溶液，冷卻至室溫，抽濾得粗品6-硝基苯并噻唑-2-羧酸鈉。甲醇重結(jié)晶，得白色晶體，抽干，用少許水洗滌， 烘干得白色晶體3.93g,產(chǎn)率79.9%。 m.p. >300°C。 IR (KBr， d加-'):3018, 2943， 1602， 1543， 1396， 1325， 1042， 921， 852， 610， 427。實(shí)施例3: 6-氯苯并噻唑-2-羧酸鈉的合成在單口燒瓶加入3.89g 6-氯-2-氰基苯并噻唑，25mL濃鹽酸，IO(TC反 應(yīng)3h,反應(yīng)液呈黃色渾濁溶液，2t)n/。NaOH溶液調(diào)pH-2 3,冷卻至室溫， 抽濾得粗品6-氯苯并噻唑-2-羧酸鈉。甲醇重結(jié)晶，得白色晶體，抽干，用 少許水洗滌，烘干得白色晶體3.60g，產(chǎn)率76.4%。 m.p. =230~232°C。 IR(KBr， 薩')3223， 2956， 2851， 1646， 1561， 1496， 1376， 1320， 1269， 1124， 1057， 830， 580， 462。實(shí)施例4: 6-甲氧基苯并噻唑-2-羧酸鈷的合成(溶劑分子為DMF)在燒杯中加入0.23lg (0.001 mol) 6-甲氧基苯并噻唑-2-羧酸鈉，0.238g (0.001 mol) CoCl2'6H20， 20 mL A^V-二甲基甲酰胺(DMF)，乙醚氣氛 擴(kuò)散，放置72h，晶體析出，過濾，烘干得固體0.287§,產(chǎn)率92.4%。 m.p. >300。C。實(shí)施例5: 6-硝基苯并噻唑-2-羧酸鈷的合成(溶劑分子為DMF)在燒杯中加入0.246g (0.001 mol) 6-硝基苯并噻唑-2-羧酸鈉，0.238g (0.001 mol) CoCl2'6H20, 20 mL A^V-二甲基甲酰胺(DMF )，乙醚氣氛 擴(kuò)散，放置72h，固體析出，過濾，烘干得固體0.254§，產(chǎn)率77.9%。 m.p. >300°C。實(shí)施例6: 6-氯苯并噻唑-2-羧酸鈷的合成(溶劑分子為H20)在燒杯中加入0.246g (0.001 mol) 6-硝基苯并噻唑-2-羧酸鈉，0.238g (0.001 mol) CoCl26H20, 20 mL水于55。C撹拌反應(yīng)3小時(shí)，過濾、烘干 得固體0.202經(jīng)，產(chǎn)率78.5%。實(shí)施例7: 6-氯苯并噻唑-2-羧酸鈷的合成(不含溶劑分子)將實(shí)施例6制備得到的催化劑在110 150'C加熱可脫去溶劑水分子。實(shí)施例8: 6-甲氧基苯并噻唑-2-羧酸鈷催化節(jié)基氯合成苯乙酸8. 1 在250mL反應(yīng)釜中加入0.3lg (0.0005 mol)實(shí)施例4制備得到 的6-甲氧基苯并瘞唑-2-羧酸鈷，0.48g ( 0.002 mol) CoCl2'6H20, 15mLTHF， lmL (約0.0087 mol)節(jié)基氯，10mL30%KOH水溶液，用CO排空氣三次， 關(guān)閉出氣閥，CO壓力為0.08MPa，室溫下反應(yīng)26h。停止反應(yīng)后，反應(yīng)液 抽濾，濾餅回收，濾液用氯仿洗滌，水相用濃鹽酸調(diào)pH-2 3，乙醚萃取 (15mLx3)，合并有機(jī)相，無水MgS04干燥，減壓蒸去乙醚，得白色片狀 晶體，產(chǎn)率35.1%,純度99%。 m.p.75~76°C。產(chǎn)品苯乙酸的紅外光譜圖與 苯乙酸標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致。8. 2 在250mL反應(yīng)釜中加入0.3lg (0.0005 mol) 6-甲氧基苯并瘞唑 -2-羧酸鈷，15mLTHF， lmL (約0.0087 mol)節(jié)基氯，10mL30。/。KOH水溶 液，其他搡作和反應(yīng)條件同實(shí)例8.1，得少量苯乙酸，產(chǎn)率為6%。8, 3 在250mL反應(yīng)筌中加入0.48g( 0.002 mol )CoCl26H20,15mLTHF, lmL (約0.0087 mol)節(jié)基氯，10mL30%KOH水溶液，其他操作和反應(yīng)條 件同實(shí)例8.1，得少量固體，經(jīng)GC-MS測試，含量為2%。8. 4將CO壓力升至2.5MPa，反應(yīng)溫度為70°C，其他操作和反應(yīng)條 件同實(shí)例8.1，得到固體為苯乙酸，產(chǎn)率為85%。可見，6-甲氧基苯并噻唑-2-羧酸鈷在助劑CoCl2 6H20存在下，催化性 能較兩者分別單獨(dú)作為催化劑更為理想。實(shí)施例9: 6-硝基苯并虔唑-2-羧酸鈷催化節(jié)基氯合成苯乙酸在250mL反應(yīng)釜中加入0.33g (0.0005 mol)實(shí)施例5制備得到的6-硝 基苯并嗔唑-2-羧酸鈷，0.58g ( 0.002 mol) Co(N03)26H20, 15mLDMF, lmL (約0.0087 mol)芐基氯，10mL30。/。KOH水溶液，其他操作和反應(yīng)條件同 實(shí)例8丄得白色固體為苯乙酸，產(chǎn)率28.7%。實(shí)施例10: 6-氯苯并噻唑-2-羧酸鈷催化節(jié)基氯合成苯乙酸在250mL反應(yīng)釜中加入0.24g實(shí)施例7制備得到的6-氯苯并口塞唑-2-羧 酸鈷，0.48g CoCl26H20, 15mLCH3OH， lmL節(jié)基氯，10mL30。/。NaOH水溶液，其他操作和反應(yīng)條件同實(shí)例8.1，得白色固體為苯乙酸，產(chǎn)率35.3%。
權(quán)利要求
1、結(jié)構(gòu)式(I)表示的鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑，id="icf0001" file="S2008100179105C00011.gif" wi="76" he="37" top= "39" left = "75" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>其中R1、R2獨(dú)立選自氫、C1～C3的烷基、C1～C3的烷氧基、C2～C3的酯基、鹵素基、硝基、氨基或C1～C4的烷基氨基；當(dāng)R3和/或R4存在時(shí)，R3、R4為溶劑分子DMF、H2O、甲醇、乙醇或甲酰胺；R3和/或R4也可以不存在。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑，其特征在于R、R2選自H、 CH3、 CH2CH3、 CH2CH2CH3、 OCH3、 OCH2CH3、 0(CH2)2CH3 、 OCOCH3 、 OCOCH2CH3 、 F 、 CI 、 Br 、 N02 、 NH2 、 NHCH3 、 NHCH2CH3 、 N(CH3)』N(CH2CH3)2。
3、 權(quán)利要求1所述催化劑在卣代物羰基化反應(yīng)中的應(yīng)用。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述用途，其特征在于羰基化反應(yīng)使用鈷鹽作助催 化劑，反應(yīng)后酸化可得到羰基化產(chǎn)物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述用途，其特征在于鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷、硝 酸鈷或醋酸鈷。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3~5任意之一所述用途，其特征在于羰基化反應(yīng)在 CH3OH、 THF、 二氧六環(huán)或DMF溶劑中，反應(yīng)溫度15~70°C， CO壓力為 0.08 2.5MPa下反應(yīng)。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述用途，其特征在于所述鹵代物具有如下結(jié)構(gòu)，<formula>formula see original document page 3</formula>R = H、 Q C3的烷基、F、 Cl、 Br、 N02、 N(CH3)2、 OCH全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)式(I)表示的鹵代物羰基化反應(yīng)催化劑，其中R₁、R₂獨(dú)立選自氫、C₁～C₃的烷基、C₁～C₃的烷氧基、C₂～C₃的酯基、鹵素基、硝基、氨基或C₁～C₄的烷基氨基；當(dāng)R₃和/或R₄存在時(shí)，R₃、R₄為溶劑分子DMF、H₂O、甲醇、乙醇或甲酰胺；R₃和/或R₄也可以不存在。該催化劑與助催化劑在15～70℃，CO壓力為0.08～2.5MPa下，對芐基鹵、α-烷基芐基鹵等進(jìn)行催化羰基化反應(yīng)得對應(yīng)的苯乙酸。該催化劑具有易合成、活性高、選擇性好且易回收等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01J31/22GK101249458SQ200810017910
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者真 史, 尹文婷, 斌 張, 李劍利 申請人:延安常泰藥業(yè)有限責(zé)任公司