Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения 4-аминодифениламинов

Классы МПК:C07C209/36 связанных с атомами углерода шестичленных ароматических колец
C07C209/38 восстановлением нитрозогрупп
C07C211/55 дифениламины
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):ФЛЕКССИС АМЕРИКА Л.П. (US)
Приоритеты:
подача заявки:
2002-07-09
публикация патента:

Настоящее изобретение относится к способу получения 4-аминодифениламина или его алкилированных или замещенных производных, который включает в себя стадии: (a) контактирования анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола; (b) получения промежуточного продукта 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола, в присутствии смеси, содержащей сильное основание, пероксид и межфазный катализатор, или только для части того времени, в течение которого происходит взаимодействие анилина и нитробензола в присутствии смеси, содержащей сильное основание, воздух и межфазный катализатор, причем межфазный катализатор выбирают из группы соединений, определенных формулой:

способ получения 4-аминодифениламинов, патент № 2280640

где R1, R2, R3 являются одинаковыми или различными и выбираются из любой алкильной группы с прямой или разветвленной цепью, содержащей от C 1 до C20, (R4)e представляет собой водород, для e=0, R4 представляет собой R 1R2R3N+, для e=1 или 2, Y представляет собой алкил, арил, алкиларил или бензил и их замещенные производные, Z представляет собой заместитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксила, галогена и других гетероатомов, X представляет собой анионный остаток в форме фторида, хлорида, гидроксида, сульфата, гидросульфата, ацетата, формиата, нитрата, фосфата, гидрофосфата, дигидрофосфата, оксалата, карбоната, бората, тартрата, цитрата, малоната и смеси указанных соединений, где a = валентность анионного остатка (1, 2 или 3), b и c представляют собой целые числа со значением 1, 2 или 3, и d представляет собой целое число со значением от 0 до 4, и где сильное основание и межфазный катализатор могут быть одинаковыми или различными; (c) восстановления промежуточного продукта 4-аминодифениламина со стадии (b), с получением 4-аминодифениламина или его замещенных производных; и (d) необязательно, восстановительного алкилирования 4-аминодифениламина или его замещенных производных со стадии (c) до алкилированного производного 4-аминодифениламина или его замещенных производных. 17 з.п. ф-лы, 22 табл.

Настоящее изобретение относится к способу получения промежуточных соединений 4 - аминодифениламинов.

4-Аминодифениламины широко используются в качестве промежуточных соединений при производстве алкилированных производных, использующихся в качестве антиозонантов и антиоксидантов, в качестве стабилизаторов для мономеров и полимеров, и в многочисленных специальных применениях. Например, восстановительное алкилирование 4-аминодифениламина (4-ADPA) с помощью метилизобутил кетона дает N-(1,3-диметилбутил)-N'-фенил-п-фенилендиамин, который представляет собой полезный антиозонант для защиты различных продуктов на основе каучука.

Производные 4-аминодифениламина могут быть приготовлены различными способами. Одним из способов синтеза является взаимодействие необязательно замещенного анилина с необязательно замещенным нитробензолом, в присутствии основания, как описано, например, в патенте США 5608111 (Stern et al.) и в патенте США 5739403 (Reinartz et al.).

Патент США 5608111 описывает способ получения необязательно замещенного 4-ADPA, где, на первой стадии, необязательно замещенный анилин и необязательно замещенный нитробензол взаимодействуют (связываются) в присутствии основания. В рабочих примерах, анилин и нитробензол взаимодействуют в присутствии тетраметиламмоний гидроксида, в качестве основания, и вода и анилин азеотропно удаляются во время реакции связывания.

Публикации заявки на Международный патент WO 00/35853 описывает способ получения промежуточных соединений 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина с нитробензолом в жидкой среде, причем реакционная система состоит из раствора солей истинных цвиттерионов с гидроксидами. В качестве примера представлено сочетание гидроксида калия и гидрата бетаина. Взаимодействие проходит в присутствии свободного кислорода.

Публикация Европейского патента EP 566 783 описывает способ получения 4-нитродифениламина путем взаимодействия нитробензола с анилином, в среде полярного апротонного растворителя, в сильно щелочной реакционной системе. Используется межфазный катализатор, такой как тетрабутиламмоний гидросульфат. Это ссылка требует, чтобы взаимодействие осуществлялось в атмосфере, не содержащей кислорода, для предотвращения нежелательных побочных реакций, вызываемых окислением.

Патент США № 5117063 и публикация заявки на Международный патент WO 01/14312 описывает способы для получения 4-нитродифениламина и 4-нитрозодифениламина, с использованием неорганического основания с краун-эфиром, в качестве межфазного катализатора.

Патент США № 5453541 указывает, что внешний осушитель, такой как безводный сульфат натрия, может быть использован для поглощения избытка воды в анаэробном или аэробном способе для получения одного или нескольких промежуточных соединений 4-ADPA, в которых происходит взаимодействие замещенных производных анилина и нитробензола.

Задачей настоящего изобретения является создание превосходного способа получения одного или нескольких промежуточных соединений 4-ADPA путем взаимодействия анилина и нитробензола, в присутствии сильного основания и межфазного катализатора, или в присутствии органического основания и неорганической соли или органической соли металла.

Краткое описание изобретения

В кратком изложении, в одном из воплощений, настоящее изобретение относится к способу получения 4-аминодифениламина или его замещенных производных, включающему в себя стадии:

(a) контактирования анилина или производного анилина с нитробензолом или производным нитробензола;

(b) получения промежуточного продукта 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола в ограниченной зоне, в соответствующее время, при соответствующих давлении и температуре, в присутствии смеси, содержащей сильное основание, окислитель и межфазный катализатор, выбранный из группы соединений, определенных формулой:

[(R4)e-Y-(R1R2R 3N+)]cX-a b I

|

(Z)d

где R1, R 2, R3 являются одинаковыми или различными и выбираются из любой алкильной группы с прямой или разветвленной цепью, содержащей от C1 до C20, (R 4)e представляет собой водород, для e=0, R 4 представляет собой R1R2R3 N+, для e=1 или 2, Y представляет собой алкил, арил, алкиларил или бензил и их замещенные производные, Z представляет собой заместитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксила, галогена и других гетероатомов, X представляет собой анионный остаток в форме фторида, хлорида, гидроксида, сульфата, гидросульфата, ацетата, формиата, нитрата, фосфата, гидрофосфата, дигидрофосфата, оксалата, карбоната, бората, тартрата, цитрата, малоната и смесей указанных соединений, где a = валентность анионного остатка (1, 2 или 3), b и c представляют собой целые числа со значением 1, 2 или 3, и d представляет собой целое число со значением от 0 до 4; и

(c) восстановления промежуточного продукта 4-аминодифениламина со стадии (b), с получением 4-аминодифениламина или его замещенных производных.

Во втором воплощении, настоящее изобретение представляет собой способ получения 4-аминодифениламина или его замещенных производных, включающий в себя стадии:

(a) контактирования анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола;

(b) получения промежуточного продукта 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола в ограниченной зоне, в соответствующее время, при соответствующих давлении и температуре, в присутствии смеси, содержащей окислитель и сильное основание, которое функционирует также в качестве межфазного катализатора, выбранное из группы соединений, определенных формулой:

[(R4) e-Y-(R1R2R3N+ )]c(OH)b II

|

(Z)d

где R1, R2, R3 являются одинаковыми или различными и выбираются из любой алкильной группы с прямой или разветвленной цепью, содержащей от C1 до C20, (R4)e представляет собой водород, для e=0, R4 представляет собой R 1R2R3N+, для e=1, или 2, Y представляет собой алкил, арил, алкиларил или бензил и их замещенные производные, Z представляет собой заместитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксила, галогена и других гетероатомов, b и c представляют собой целые числа со значением 1, 2 или 3, и d представляет собой целое число со значением 0-4; и

(c) восстановления промежуточного продукта 4-аминодифениламина со стадии (b), с получением 4-аминодифениламина или его замещенных производных.

В третьем воплощении, настоящее изобретение представляет собой способ получения 4-аминодифениламина или его замещенных производных, включающий в себя стадии:

(a) контактирования анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола во взаимодействующий контакт; и

(b) получения промежуточного продукта 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола в ограниченной зоне, в соответствующее время, при соответствующих давлении и температуре, в присутствии смеси, содержащей неорганическую соль или органическую соль металла, или их смеси, имеющей катион, который был бы соответствующим катионом сильного неорганического основания, окислителя и одного или нескольких из органических оснований, выбранных из группы соединений, определенных формулой:

[(R4) e-Y-(R1R2R3N+ )]cX-a b III

|

(Z) d

где R1, R2, R3 являются одинаковыми или различными и выбираются из любой алкильной группы с прямой или разветвленной цепью, содержащей от 1 до примерно 20 атомов углерода, e представляет собой целое число со значением 0, 1, 2 или 3, (R4)e представляет собой водород, для e=0, R4 представляет собой R1 R2R3N+, для e=1, 2 или 3, X представляет собой анион, способный отрывать протон от азота анилина или производного анилина, Y представляет собой алкил, арил, алкиларил или бензил и их замещенные производные, Z представляет собой заместитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксила, галогена и других гетероатомов, где a = валентность анионного остатка и представляет собой целое число из 1, 2, 3 или 4, b и c представляют собой целые числа со значением 1, 2, 3 или 4, и d представляет собой целое число со значением 0, 1, 2, 3 или 4, указанная смесь не содержит продукта реакции бетаина и сильного неорганического основания; и

(c) восстановления промежуточного продукта 4-аминодифениламина со стадии (b), с получением 4-аминодифениламина или его замещенных производных.

Другие воплощения настоящего изобретения раскрывают детали, относящиеся к реакционным смесям и отношениям ингредиентов, конкретным межфазным катализаторам и конкретным сильным основаниям, все они описываются ниже.

Настоящее изобретение относится к способу, как описывается выше, получения промежуточных соединений 4-ADPA, который имеет превосходный выход и селективность по отношению к этим промежуточным соединениям. Такие промежуточные соединения включают в себя 4-нитрозо- и/или 4-нитродифениламины (p-NDPA и 4-NDPA, соответственно) и их соли. Затем промежуточные соединения могут гидрироваться, с получением 4-аминодифениламина.

Пример замещенного и многофункционального межфазного катализатора, который соответствует указанной выше формуле I, представляет собой (2S,3S)-бис(триметиламмоний)-1,4-бутандиол дихлорид. Другие эффективные межфазные катализаторы общей формулы I, в дополнение к тем, которые представлены в следующих далее примерах, могут быть получены из примеров в литературе, таких как C. M. Starks and C. Liotta, Phase Transfer Catalysis, Principles and Techniques, Academic Press, 1978 и W. E. Keller, Fluka-Compendium, Vol. 1,2,3, Georg Thieme Verlag, New York, 1986, 1987, 1992.

Пример замещенного и многофункционального органического основания общих формул II и III представляет собой (2S,3S)-бис(триметиламмоний)-1,4-бутандиол дигидроксид. Другие эффективные органические основания, отвечающие формулам II и III, в дополнение к тем, которые представлены в следующих далее примерах, могут быть получены из указанных выше межфазных катализаторов, где анион заменяется гидроксидом или другой пригодной для использования формой аниона.

Межфазные катализаторы, которые, как известно или предполагается, являются особенно эффективными в способе по настоящему изобретению, включают в себя тетраметиламмоний хлорид, тетраметиламмоний фторид, тетраметиламмоний гидроксид, бис-тетраметиламмоний карбонат, тетраметиламмоний формиат и тетраметиламмоний ацетат; тетрабутиламмоний гидросульфат и тетрабутиламмоний сульфат; метилтрибутиламмоний хлорид и бензилтриметиламмоний гидроксид (Triton B), трикаприлметиламмоний хлорид (Aliquat 336), тетрабутиламмоний хлорид, тетраметиламмоний нитрат, цетилтриметиламмоний хлорид и холин гидроксид.

Межфазные катализаторы по настоящему изобретению имеют несколько преимуществ по сравнению с краун-эфирами, такими как 18-краун-6, которые описаны в качестве эффективных, вместе с гидроксидами щелочных металлов, в таких ссылках, как патент США № 5117063 и публикация заявки на Международный патент WO 01/14312, обсужденных выше. Наиболее очевидными недостатками краун-эфиров являются очень высокая начальная стоимость и высокая токсичность. Кроме того, большинство краун-эфиров имеют плохую растворимость в воде, поэтому возникают трудности их извлечения для рециклирования вместе с потоком водного раствора основания. Кроме того, температуры кипения краун-эфиров являются достаточно высокими, так что они не могут извлекаться посредством дистилляции, без дополнительной стадии дистилляции. Даже для класса краун-эфиров, которые имеют хорошую растворимость в воде, их растворимость в органических растворителях также является хорошей, поэтому неизбежны высокие потери в потоке органических продуктов. Наконец, краун-эфиры представляют собой известные хелатирующие агенты, поэтому существует высокая вероятность неприемлемых потерь дорогостоящего металла катализатора гидрирования вследствие образования комплексов с краун-эфиром.

В способе по настоящему изобретению, молярное соотношение межфазного катализатора к реагенту на основе нитробензола предпочтительно составляет примерно от 0,05:1 до примерно 1,2:1.

Способ по настоящему изобретению может также начинаться с помощью органического основания и неорганической соли или органической соли металла, как в указанном выше третьем воплощении. В этом воплощении, органическое основание определяется формулой III.

Органические основания, которые, как известно или предполагается, являются особенно эффективными для второго и третьего воплощений, включают в себя гидроксиды четвертичного аммония, выбранные из группы, состоящей из, но не ограничивающейся этим, тетраметиламмоний гидроксида, тетрабутиламмоний гидроксида, метилтрибутиламмоний гидроксида, бензилтриметиламмоний гидроксида (Triton B), трикаприлметиламмоний гидроксида, цетилтриметиламмоний гидроксида и холин гидроксида, и эквивалентных алкоксидов, ацетатов, карбонатов, бикарбонатов, цианидов, фенольных, фосфатов, гидрофосфатов, гипохлоритов, боратов, гидроборатов, дигидроборатов, сульфидов, силикатов, гидросиликатов, дигидросиликатов и тригидросиликатов четвертичного аммония.

Термин "сильное неорганическое основание", как он используется по отношению к обозначению катиона неорганической соли или органической соли металла, предназначен для обозначения основания, которое способно отрывать протон от азота анилина или производного анилина, и может включать в себя любое основание, имеющее значение pKb, меньшее, чем примерно 9,4, которое представляет собой pKb анилина. Различные производные анилина могут иметь различные значения pKb, но значение pKb, примерно равное 9,4, используется в качестве общего ориентира. Предпочтительно, основание должно иметь значение pKb, меньшее, чем примерно 7,4.

Термин "способный отрывать протон от азота анилина или производного анилина", как он применяется к аниону "X" формулы III, предназначен для обозначения аниона, также имеющего такое значение pK b, как обсуждалось выше, по отношению к сильному неорганическому основанию.

Возможные анионы для "X", в формуле III, в дополнение к гидроксиду, включают в себя: алкоксид (pK b<1), ацетат (pKb=9,25), карбонат (pK b=3,75), бикарбонат (pKb=7,6), цианид (pK b=4,7), фенольный (pKb=4,1), фосфат (pK b=1,3), гидрофосфат (pKb=6,8), гипохлорит (pK b=6,5), борат (pKb<1), гидроборат (pK b<1), дигидроборат (pKb=4,7), сульфид (pK b=1,1), силикат (pKb=2), гидросиликат (pK b=2), дигидросиликат (pKb=2,2) и тригидросиликат (pKb=4,1).

В то время как анилин наиболее эффективно связывается с нитробензолом, определенные производные анилина, содержащие амиды, такие как форманилид, фенилмочевина и карбанилид, а также тиокарбанилид, могут замещаться, с получением промежуточных соединений 4-ADPA.

Хотя в качестве реагентов настоящего способа по настоящему изобретению упоминаются как "анилин" и "нитробензол", в случае получения 4-ADPA, анилин и нитробензол представляют собой фактически используемые реагенты, однако понятно, что реагенты могут также включать в себя замещенный анилин и замещенный нитробензол. Типичные примеры замещенных анилинов, которые могут быть использованы в соответствии со способом по настоящему изобретению, включают в себя, но не ограничиваются этим, 2-метоксианилин, 4-метоксианилин, 4-хлоранилин, п-толуидин, 4-нитроанилин, 3-броманилин, 3-бром-4-аминотолуол, п-аминобензойную кислоту, 2,4-диаминотолуол, 2,5-дихлоранилин, 1,4-фенилендиамин, 4,4'-метилендианилин, 1,3,5-триаминобензол и их смеси. Типичные примеры замещенных нитробензолов, которые могут быть использованы в соответствии со способом по настоящему изобретению, включают в себя, но не ограничиваются этим, o- и м-метилнитробензол, o- и м-этилнитробензол, o- и м-метоксинитробензол и их смеси.

Способ по настоящему изобретению включает в себя стадию, где промежуточные соединения 4-ADPA или его замещенные производные со стадии (b) подвергаются реакции гидрирования с использованием катализатора гидрирования. Подробности, относящиеся к выбору катализатора и к другим аспектам реакции гидрирования, можно найти в патенте США № 6140538, включенном сюда в качестве ссылки.

И другие средства восстановления, которые не включают в себя прямое использование водорода и известны специалистам в данной области, также могут быть использованы для восстановления промежуточных соединений 4-ADPA или его замещенных производных до 4-ADPA или его замещенных производных.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения алкилированных производных 4-аминодифениламинов, в частности, для получения алкильных производных самого 4-ADPA, которые являются пригодными для защиты продуктов на основе каучуков, в соответствии с этим способом, происходит взаимодействие необязательно замещенного анилина и необязательно замещенного нитробензола, с последующим восстанавлением продукта реакции, в соответствии со способом по настоящему изобретению, после чего, 4-аминодифениламин, полученный таким способом, подвергаются восстановительному алкилированию до алкилированного производного 4-аминодифениламина, в соответствии со способами, известными специалистам в данной области. Как правило, 4-ADPA и соответствующий кетон или альдегид, взаимодействуют в присутствии водорода и платины-на-угле, в качестве катализатора. Соответствующие кетоны включают в себя метилизобутилкетон, ацетон, метилизоамилкетон и 2-октанон. Смотри, например, патент США № 4463191, и Banerjee et al, J. Chem. Soc. Chem. Comm. 18, 1275-1276 (1988). Пригодные для использования катализаторы могут быть такими же, но не ограничиваются этим, как те, которые описываются выше, для получения 4-ADPA.

В предпочтительном воплощении настоящего изобретения, восстановление осуществляется в присутствии воды, например, воду добавляют в реакционную смесь. Использование воды является особенно предпочтительным там, где соответствующее основание, используемое во время взаимодействия анилина или замещенного производного анилина и нитробензола или замещенного производного нитробензола, является водорастворимым. Когда основание является водорастворимым, добавляемое количество воды предпочтительно представляет собой, по меньшей мере, количество, необходимое для экстракции основания из органической фазы. Подобным же образом, добавление воды также является предпочтительным и для восстановительного алкилирования, если оно осуществляется в присутствии соответствующего основания, которое является водорастворимым.

Молярное отношение анилина к нитробензолу, в способе по настоящему изобретения, не является особенно важным, поскольку способ будет эффективным при избытке любого из них.

Сильные основания, особенно эффективные в первом воплощении способа по настоящему изобретению, включают в себя гидроксид калия, гидроксид натрия, гидроксид цезия, гидроксид рубидия и трет-бутоксид калия. Предпочтительным молярным отношением сильного основания к нитробензолу является более чем примерно 1:1. Особенно предпочтительное молярное отношение сильного основания к нитробензолу составляет примерно от 2:1 до примерно 6:1.

Неорганические соли и органические соли металлов, которые могут быть использованы в сочетании с органическим основанием, в третьем воплощении способа по настоящему изобретению, имеют катион, который был бы соответствующим катионом сильного неорганического основания. Эти неорганические соли и органические соли металлов выбирают из группы, состоящей, но не ограничивающейся этим, из фторида, хлорида, бромида, сульфата, гидросульфата, нитрата, фосфата, дигидрофосфата, формиата, ацетата, оксалата, малоната, цитрата, тартрата, малеата, хлората, перхлората, хромата, рената и карбонатных солей цезия, рубидия, калия и натрия. В способе по настоящему изобретению, неорганическая соль или органическая соль металла могут быть использованы при молярном отношении к нитробензолу, равном примерно от 0,05:1 до примерно 6,5:1.

Неорганические соли и органические соли металлов, которые, как известно или предполагается, являются особенно эффективными в третьем воплощении способа по настоящему изобретению, являются такими, чтобы получить приемлемую растворимость комбинации неорганическая соль или органическая соль металла - органическое основание в реакционной среде, включая фторид, хлорид, бромид, сульфат, гидросульфат, нитрат, фосфат, формиат, ацетат и карбонатные соли цезия, рубидия, калия и натрия, и их смеси. Является предпочтительным, чтобы молярное отношение органического основания, используемого вместе с неорганической солью или органической солью металла, к нитробензолу, было равным или большим, чем примерно 1:1. Является также предпочтительным, чтобы молярное отношение неорганической соли или органической соли металла к органическому основанию было равным или большим, чем примерно 1:1. Особенно предпочтительное молярное отношение органического основания к нитробензолу составляет примерно от 1,1:1 до примерно 6:1.

Может быть желательным использование комбинации неорганической соли с органической солью металла, двух или более неорганических солей и/или двух или более органических солей металла, в том случае, когда одна из солей, которая, в другой ситуации, является эффективной для использования в способе по настоящему изобретению, имеет коррозийное воздействие на оборудование, используемое в способе. Эта комбинация может также обеспечить результаты, лучшие, чем те, которые могут быть получены с помощью одной соли.

Кроме того, использование неорганических солей и органических солей металла вместе с органическим основанием, как предполагается, уменьшает нежелательное разложение основания.

В способе в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения, необходимо отметить, что органическое основание, вместе с неорганической солью или органической солью металла, будут давать образование in situ эквивалентного неорганического основания и межфазного катализатора, где анион в формуле I, для сформированного таким образом межфазного катализатора, представляет собой анион соли. Например, тетраметиламмоний гидроксид плюс бромид калия будут давать некоторое количество KOH, плюс, тетраметиламмоний бромид. Таким образом, настоящее изобретение включало бы в себя непосредственное использование неорганического основания с любым межфазным катализатором, который может быть сформирован in situ, таким как тетраметиламмоний бромид, вместо тетраметиламмоний гидроксида и бромидной соли, в качестве отдельных ингредиентов.

Особенно предпочтительной комбинацией сильного основания и межфазного катализатора является гидроксид калия и тетраалкиламмоний галогенид. Предпочтительный галогенид представляет собой хлорид. Особенно предпочтительной комбинацией органического основания и неорганической соли является тетраалкиламмоний гидроксид и соль, в которой анион представляет собой галогенид, такая как галогенид калия. Предпочтительный анион галогенида представляет собой хлорид. Указанные выше реакции могут быть осуществлены в водном растворе, с непрерывной дистилляцией азеотропной смеси анилин-вода.

В первом воплощении настоящего изобретения реакция осуществляется в присутствии окислителя. Окислитель может представлять собой свободный кислород, или включать в себя окислительный агент, такой как пероксид, в частности, перекись водорода. Нитробензол также может функционировать в качестве окислительного агента.

В способе по настоящему изобретению, присутствие окислителя может преимущественно требоваться только в период времени, в течение которого взаимодействуют анилин и нитробензол. Такие условия частичного окисления являются особенно эффективными для улучшения селективности. Одним из таких примеров является пример, когда неорганическая соль с анионом фторида используется в реакционной смеси в соответствии с третьим воплощением при условиях частичного окисления. Предполагается, что лучшие результаты, конверсия и селективность, можно получить в условиях частичного окисления, когда анион соли представляет собой сульфат, карбонат или нитрат и другие анионы, которые дают относительно низкую селективность. Другой случай представляет собой ситуацию, когда TMAH используются в качестве сильного основания, которое может также действовать и в качестве межфазного катализатора, для второго воплощения. Более того, хотя это и не было продемонстрировано для первого воплощения способа по настоящему изобретению, предполагается, что условия частичного окисления были бы также эффективными для комбинаций неорганического основания и межфазного катализатора, которые дают низкую селективность.

Окислитель, используемый во втором и третьем воплощениях настоящего изобретения, может быть таким же, как и в первом воплощении.

Взаимодействие может осуществляться при температуре примерно от 20°C до примерно 150°C. Другие условия взаимодействия включают в себя давления в пределах примерно от 20 мбар до примерно 20 бар. Время реакции, как правило, является меньшим, чем примерно 3,5 часа. Перемешивание реакционной смеси в течение всего времени реакции является предпочтительным.

Реакции стадии (b) первого, второго и третьего воплощений настоящего способа могут осуществляться в присутствии не более чем примерно 10:1 молей воды на моль нитробензола. Это количество воды не включает в себя воду, которая образует гидраты с реагентами и/или с соединениями, образующимися в процессе. Когда смесь, содержащая сильное основание и межфазный катализатор или органическое основание и неорганическую соль или органическую соль металла, находится в водном растворе, взаимодействие может осуществляться при непрерывной дистилляции азеотропной смеси анилин-вода.

Первое воплощение настоящего изобретения может быть осуществлено с помощью межфазного катализатора, представляющего собой тетраметиламмоний бромид, и сильного основания, включающего в себя одно или несколько неорганических оснований. Водная фаза может быть использована повторно, при образовании новой реакционной смеси. Свежее основание и межфазный катализатор или органическое основание и неорганическая соль или органическая соль металла добавляются для возмещения потерь, связанных с разложением, образованием побочных продуктов и растворимостью в выделенной органической фазе. Избыток анилина, извлекаемый с помощью дистилляции из смеси продуктов реакции, может объединяться с добавляемым свежим анилином, для повторного возвращения в цикл, с образованием новой реакционной смеси. Извлечение избытка нитробензола предпочтительно осуществляется перед гидрированием промежуточного соединения 4-ADPA, с помощью стадии разделения, и извлеченный нитробензол может объединяться с добавляемым свежим нитробензолом, для использования в процессе, или гидрироваться до анилина.

Способ по настоящему изобретению для получения промежуточных соединений 4-аминодифениламинов может осуществляться как периодический процесс или может осуществляться непрерывно, с использованием средств и оборудования, хорошо известных специалистам в данной области.

Контактирование на стадии (a) в первом, втором и третьем воплощениях способа по настоящему изобретению может осуществляться в соответствующей системе растворителей. Соответствующая система растворителей включает в себя полярный апротонный растворитель. Полярный апротонный растворитель может выбираться из группы, состоящей, но не ограничивающейся этим, из диметилсульфоксида, простого бензилового эфира, 1-метил-2-пирролидинона и N,N-диметилформамида.

Настоящее изобретение, в своем втором воплощении, представляет собой способ, где сильное основание функционирует также и в качестве межфазного катализатора, и взаимодействие может происходить в отсутствие гидроксида щелочного металла. В этом случае, сильное основание/межфазный катализатор определяется формулой II, выше.

Изобретение иллюстрируется с помощью следующих далее примеров.

Экспериментальные условия подробно излагаются в индивидуальных примерах. В примерах 1-10, загрузка реакторов осуществляется на открытом воздухе, и это приводит к тому, что некоторое количество свободного кислорода присутствует во время реакции, даже когда реактор является герметичным, за исключением экспериментов, где это указано, осуществляемых для сравнения. В примерах 1-10 не делается никаких попыток для удаления воды из реакционных смесей.

В примерах 11-16 поток воздуха подается в верхнюю часть реактора в то время, когда все загружаемые реагенты или их часть нагреваются до температуры реакции, вводится и удерживается нитробензол, и это приводит к присутствию свободного кислорода в течение реакции, за исключением тех случаев, где это указано. Воду удаляют из реакционной смеси с помощью азеотропной дистилляции, вместе с анилином. Однако взаимодействие также может быть эффективным и без азеотропного удаления воды с анилином.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Значение выхода индивидуальных компонентов определяется с помощью ВЭЖХ с внешним стандартом. Приблизительно 0,6 г материала, который должен анализироваться, аккуратно взвешивают в 50-мл волюметрической колбе и разбавляют буферным раствором, содержащим 39% об./об. воды, 36% об./об. ацетонитрила, 24% об./об. метанола и 1% об./об. буфера с pH 7. Раствор инжектируется через 10 мкл петлю в колонку ВЭЖХ с обращенной фазой Zorbax ODS (250 x 4,6 мм), используя систему прокачки с бинарным градиентом и указанный ниже элюационный градиент, при постоянной скорости потока 1,5 мл/мин:

Время, мин
0100 0
25 2575
35 0100
37,50100
38100 0
40100 0

Элюент A представляет собой 75% об./об. воды, 15% об./об. ацетонитрила и 10% об./об. метанола. Элюент B представляет собой 60% об./об. ацетонитрила и 40% об./об. метанола. Детектирование представляет собой УФ детектор на длине волны 254 нм.

Конверсия для примеров 1-10 вычисляется путем сложения суммы известных компонентов, плюс, любые неизвестные пики (с присвоенным произвольным значением молярной массы 216, анилин + нитробензол), получаемые при анализе. В некоторых случаях, суммарная конверсия является более чем 100%, благодаря образованию соединений только из самого анилина.

Конверсия для примеров 11-16 вычисляется на основе количества непрореагировавшего нитробензола, остающегося в реакционной массе после окончания связывания. Конверсия считается равной 100%, если нитробензол не детектируется.

Селективность определяется по формуле: (выход p-NDPA + выход 4-NDPA)/(общий выход). 4-NDPA представляет собой 4-нитродифениламин, а p-NDPA представляет собой 4-нитрозодифениламин. Общий выход представляет собой сумму значений выхода всех известных и неизвестных пиков (с присвоенным произвольным значением молярной массы 216, анилин + нитробензол).

В таблицах: "An Recr" относится к соединениям, из которых анилин может быть легко исключен, и представляет собой сумму общего количества транс-азобензола и азоксибензола; "Другие" представляют собой побочные продукты связывания анилина и нитробензола, например, феназин, N-окси-феназин, 2-NDPA, 4-феназодифениламин и любые неизвестные продукты.

УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Условия экспериментов подробно излагаются в индивидуальных примерах.

ПРИМЕР 1

Пример 1 иллюстрирует, что промежуточные соединения 4-ADPA могут образовываться из анилина и нитробензола в присутствии неорганического основания (гидроксида калия) и межфазного катализатора (тетраметиламмоний хлорида, TMACI), в системе, не содержащей растворителя, при относительно мягких условиях. Выход желаемых продуктов зависит от добавленного количества межфазного катализатора.

Анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), гидроксид калия (86% измельченный порошок, 7,83 г, 120 ммоль) и тетраметиламмоний хлорид загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой, в количестве, указанном ниже, в таблице 1. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 1
Выход,%
  Конверсияp-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Без добавления TMACI, только KOH 26,3%0,84,8 5,515,2
1,81 г TMACI, 16 ммоль (0,4 по отношению к NB) 59,2%10,926,9 18,43,0
3,62 г TMACI, 32 ммоль (0,8 по отношению к NB) 90,1%22,436,1 28,63,0
5,42 г TMACI, 48 ммоль (1,2 по отношению к NB) 98,2%27,037,8 30,33,0
7,23 г TMACI, 64 ммоль (1,6 по отношению к NB) 94,4%26,536,2 28,92,9
9,04 г TMACI, 80 ммоль (2,0 по отношению к NB) 98,9%26,236,7 31,84,2
An - анилин

NB - нитробензол

Подобные же результаты получают, когда реакция осуществляется при несколько отличных условиях (эквимолярное отношение An/NB, более высокая температура реакции, более длительное время цикла, добавление воды, и тому подобное), как приведено ниже, в таблице 2.

Анилин (99%, 2,33 г, 24,8 ммоль), нитробензол (99%, 3,08 г, 24,8 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 9,77 г, 150 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, смотри таблицу 2) и воду (таблица 2) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Количество воды составляет 20% массовых от общей загрузки реактора, считая 14% масс/масс H2O по отношению к KOH. Реакции дают возможность происходить в течение 2 часов, при 80°C, в открытой колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 2
Выход, %
  Конверсияp-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Без добавления TMACI, только KOH и 2,15 г Н2О2,3% 0,00,40,4 1,5
0,17 г TMACI, 1,5 ммоль (0,6 по отношению к NB)и 2,19 г Н2О 8,1%0,35,9 0,71,2
0,34 г TMACI, 3,0 ммоль (0,12 по отношению к NB) и 2,23 г Н 2О 14,7%0,7 12,70,3 1,0
0,69 г TMACI, 6,1 ммоль (0,25 по отношению к NB) и 2,32 г Н2О 34,4%1,727,7 2,92,1
1,03 г TMACI, 9,1 ммоль (0,37 по отношению к NB) и 2,41 г Н 2О 47,5%1,6 39,54,2 2,2
1,37 г TMACI, 12,1 ммоль (0,49 по отношению к NB) и 2,49 г Н2О 57,8%2,646,7 5,23,3
2,06 г TMACI, 18,2 ммоль (0,74 по отношению к NB) и 2,67 г Н 2О 89,6%7,6 61,317,7 3,0
2,74 г TMACI, 24,3 ммоль (0,98 по отношению к NB) и 2,84 г Н2О 92,2%11,964,9 13,42,0

Выход промежуточных соединений 4-ADPA возрастает от <1%, когда тетраметиламмоний хлорид не используется, почти до 77%, когда добавляют приблизительно эквимолярное количество межфазного катализатора, по отношению к нитробензолу.

В обоих случаях получают больше p-NDPA, по сравнению с 4-NDPA, когда увеличивается загрузка тетраметиламмоний хлорида. Также, больше p-NDPA образуется в присутствии избытка анилина (смотри пример 7).

ПРИМЕР 2

Пример 2 демонстрирует, что любой из нескольких межфазных катализаторов может быть использован, вместе с KOH, для получения p-NDPA и 4-NDPA из анилина и нитробензола. Результаты располагаются в порядке понижения значения выхода.

Загрузка 50-мл круглодонной колбы, снабженной магнитной мешалкой: анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 7,83 г, 120 ммоль) и указаный межфазный катализатор, приведенный в таблице 3, где количество межфазного катализатора является равным загрузке лимитирующего реагента. (Примечание: Некоторые эксперименты осуществляются в масштабе 20 или 30 ммоль, как это отмечено.) Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Результаты в верхней части таблицы 3 иллюстрируют, что добавление межфазного катализатора улучшает выход желаемых продутов во всех случаях. Тетраметиламмоний хлорид, фторид, гидроксид, карбонат, формиат и ацетат; тетрабутиламмоний гидросульфат и сульфат; метилтрибутиламмоний хлорид; и бензилтриметиламмоний гидроксид (Triton B) являются наиболее эффективными, в качестве межфазных катализаторов, в сочетании с неорганическим основанием. Другие, такие как трикаприлметиламмоний хлорид (Aliquat 336), тетрабутиламмоний хлорид, тетраметиламмоний нитрат и холин гидроксид, являются умеренно эффективными. Бромидные и йодидные соли и бетаин цвиттериона являются неэффективными. Периодические тенденции наблюдаются для солей тетраметиламмония, поскольку выход, конверсия и селективность понижаются при прохождении ряда сверху вниз, от фторида к йодиду.

Таблица 3
Выход, %
  КонверсияР-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Тетрабутиламмоний сульфат, 75% водн. раств., 15,49 г^99,2%56,1 21,220,1 1,8
Тетрабутиламмоний гидросульфат, 97%, 10,50 г*96,6% 47,925,021,2 2,4
Тетраметиламмоний карбонат, 60% водн. раств., 6,94 г^ 97,6%46,6 24,623,72,8
Тетраметиламмоний фторид 4H 2O, 98%, 6,74 г 103,6% 42,427,227,4 6,6
Тетраметиламмоний ацетат, 95%, 5,61 г 104,3% 25,943,135,0 0,4
Тетраметиламмоний гидроксид 5H2О,97%, 7,47 г 105,0%38,429,6 30,46,5
Тетраметиламмоний хлорид, 97%, 4,52 г 98,8% 24,337,1 30,86,6
Метилтрибутиламмоний хлорид, 75% водн. раств., 12,58 г 81,7% 23,530,6 22,25,4
Тетраметиламмоний формиат, 50% водн. раств., 9,53 г 74,9% 29,023,8 21,01,1
Бензилтриметиламмоний гидроксид, 40% водн. раств., 16,73 г52,5% 39,66,2 5,51,2
Трикаприлметиламмоний хлорид, 99+%, 16,17 г67,0% 19,121,319,6 7,0
Тетраметиламмоний нитрат, 96%, 5,67 г 61,3% 12,027,419,6 2,4
Холин гидроксид, 50% водн. Раств., 9,69 г 59,0% 26,26,719,6 6,6
Тетрабутиламмоний хлорид H 2О,98%, 8,51 г* 42,6% 8,223,89,3 1,2
Бетаин, 98%,4,78 г 55,0%13,017,2 19,65,2
Цетилтриметиламмоний бромид, 95%, 11,51 г* 36,2%7,019,3 8,71,1
Тетраметиламмоний бромид, 98%, 6,29 г 36,5% 11,312,2 6,76,3
Тетрабутиламмоний бромид, 99%, 13,03 г 34,1% 8,314,25,8 5,7
Полиэтиленгликоль (MW=200), 8,00 г 33,4%11,9 0,617,23,7
Тетраметиламмоний йодид, 99%, 8,12 г 27,8%2,4 8,05,811,6
Тетрабутилфосфоний бромид, 98%, 13,58 г 25,6%1,6 5,19,410,0
Только KOH, без добавления межфазного катализатора 19,6%1,2 4,03,311,0
* в масштабе 30 ммоль (16,93 г анилина, 3,73 г нитробензола, 5,87 г KOH и PTC, как перечислено)

^20 ммоль (TMA)2CO 3 и (TBA)2SO4 (от 0,5 до 1, по отношению к NB, такое же количество эквивалентов)

ПРИМЕР 3

Пример 3 демонстрирует, что нитробензол может связываться со множеством производных анилина, с получением промежуточных соединений 4-ADPA.

Стехиометрическое количество субстрата, как перечислено в таблице 4, нитробензол (99%, 3,08 г, 24,8 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 9,77 г, 150 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 2,74 г, 24,3 ммоль) и воду (2,84 г) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 2 часов, при 80°C, в открытой колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 4
Выход, %
  КонверсияР-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Анилин, 99%, 2,33 г, 24,8 ммоль 95,4%6,068,3 19,91,2
Форманилид, 99%, 3,03 г, 24,8 ммоль84,5% 19,347,3 16,31,5
Фенилмочевина, 97%, 3,40 г, 24,2 ммоль96,2% 19,238,813,5 24,8
Карбанилид, 98%, 2,65 г, 12,2 ммоль 48,1% 1,337,19,3 0,4
Тиокарбанилид, 98%, 2,85 г, 12,2 ммоль58,6%5,4 31,618,6 3,0,
Ацетанилид, 97%, 3,38 г, 24,3 ммоль 8,5%0,3 2,73,6 1,9
Бензамид, 99%, 3,03 г, 24,8 ммоль 49,4%0,0 1,015,133,3
N-Метил-бензамид, 99+%, 3,38 г, 25,0 ммоль 8,2%0,0 0,00,08,2
Бензанилид, 98%, 2,47 г, 12,3 ммоль 0,1%0,00,1 0,00,0

В то время, как анилин наиболее эффективно связывается с нитробензолом, в системе KOH-TMACI, амиды, такие как форманилид, фенилмочевина и карбанилид, а также тиокарбанилид, могут замещаться, с получением промежуточных соединений 4-ADPA.

ПРИМЕР 4

Пример 4 иллюстрирует взаимодействие анилина и нитробензола, с использованием различных оснований, в сочетании с тетраметиламмоний хлоридом, с получением промежуточных соединений 4-ADPA.

Анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), соответствующее количество основания, как приведено в таблице 5, и тетраметиламмоний хлорид (97%, 4,52 г, 40 ммоль) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 5
Выход, %
  КонверсияР-NDPA4-NDPA An RecrДругие
 97,1%      
KOH, 86%, 7,83 г, 120 ммоль (3:1 по отношению к NB)  25,235,5 30,65,8
100,5%     
KOH, 86%, 13,05 г, 200 ммоль (5:1 по отношению к NB)  21,536,032,0 11,0
       
 21,3%      
NaOH, 98%, 4,90 г, 120 ммоль (3:1 по отношению к NB)  4,712,6 3,40,6
       
 50,4%      
NaOH, 98%, 8,16 г, 200 ммоль (5:1 по отношению к NB)  11,524,5 14,20,2
       
 98,8%      
CsOH.H 2O, 95%, 15,91 г, 90 ммоль (3:1 по отношению к NB)*  20,5 43,234,50,6
      
 107,1%      
t-BuOK, 95%, 11,84 г, 100 ммоль (2,5:1 по отношению к NB)  15,2 33,425,033,5
       
  51,5%     
TMAH.5H20, 22,42 г, 120 ммоль (3:1 по отношению к NB)^  38,27,0 5,90,4
       
* в масштабе 30 ммоль (16,93 г анилина, 3,73 г нитробензола, 3,39 г TMACI и основания, как указано).

^ Только тетраметиламмоний гидроксид. Без добавления TMACI.

Исследуется гидроксид, как лития, так и кальция, при этом никакой реакции для любого из этих двух оснований не наблюдается.

Гидроксид калия представляет собой предпочтительное основание, однако гидроксид натрия, гидроксид цезия, калия трет-бутоксид и тетраметиламмоний гидроксид также являются пригодными для использования в качестве оснований, при этом любое из них может использоваться в сочетании с тетраметиламмоний хлоридом, с получением приемлемых скоростей конверсии.

ПРИМЕР 5

Пример 5 демонстрирует влияние увеличения загрузки гидроксида калия на продукты связывания анилина-нитробензола, при этом, остальные условия реакции остаются постоянными, с тетраметиламмоний хлоридом, в качестве межфазного катализатора.

Анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), гидроксид калия в количестве, приведенном в таблице 6, и тетраметиламмоний хлорид (97%, 4,52 г, 40 ммоль) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 6
Выход, %
  КонверсияР-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Без КОН, только TMACI 0,0%0,00,0 0,00,0
1,30 г KOH, 20 ммоль (0,5:1 по отношению к NB) 54,9%18,819,6 15,70,7
2,61 г KOH, 40 ммоль (1:1 по отношению к NB) 69,2%21,326,8 20,80,3
5,22 г KOH, 80 ммоль (2:1 по отношению к NB) 91,8%26,033,5 29,13,2
7,83 г KOH, 120 ммоль (3:1 по отношению к NB) 97,1%25,235,5 30,65,8
10,44 г KOH, 160 ммоль (4:1 по отношению к NB) 99,1%23,636,0 32,07,5
13,05 г KOH, 200 ммоль (5:1 по отношению к NB) 100,5%21,536,0 32,011,1
15,66 г KOH, 240 ммоль (6:1 по отношению к NB) 101,7%18,4 33,632,717,0

Более высокие избытки основания приводят к ухудшению селективности реакции и к увеличению образования побочных продуктов. Такая же тенденция наблюдается, когда реакция происходит при сравнительно более мягких условиях реакции, как описано в таблице 7. Подобным же образом конверсия является функцией количества используемого основания.

Анилин (99%, 32,60 г, 346,5 ммоль), нитробензол (99%, 6,16 г, 49,5 ммоль), гидроксид калия в количестве, приведенном в таблице 7 (86%, измельченный порошок, 16,31 г, 250 ммоль), и тетраметиламмоний хлорид (97%, 5,48 г, 48,5 ммоль) загружают в 100-мл круглодонную колбу, снабженную тефлоновой лопастной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, без внешнего обогрева (некоторое количество экзотермического тепла генерируется из-за растворения KOH в реакционной воде), в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 7
Выход, %
  КонверсияР-NDPA4-NDPA An RecrДругие
9,77 г KOH, 150 ммоль (3:1 по отношению к NB)10,5%1,3 8,60,00,6
13,05 г KOH, 200 ммоль (4:1 по отношению к NB) 64,6%14,9 26,215,4 8,1
16,31 г KOH, 250 ммоль (5:1 по отношению к NB)92,2% 21,833,027,0 10,4
19,57 г KOH, 300 ммоль (6:1 по отношению к NB)100,5% 21,733,6 31,813,5
84 г KOH, 350 ммоль (7:1 по отношению к NB) 104,4%21,333,6 33,516,0

ПРИМЕР 6

Пример 6 показывает влияние, которое оказывает введение окислителя на конверсию анилина и нитробензола в p-NDPA, 4-NDPA и побочные продукты, когда используется система гидроксид калия/основание, в форме тетраметиламмоний хлорида - PTC.

Анилин (99%, 2,33 г, 24,8 ммоль), нитробензол (99%, 3,08 г, 24,8 ммоль), гидроксид калия (86% измельченный порошок, 9,77 г, 150 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 0,69 г, 6,1 ммоль) и воду (2,32 г) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 2 часов, при 80°C, при атмосферных условиях, описанных ниже. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Определением замкнутой системы является герметизированная колба. Открытая система остается не герметизированной и открытой для атмосферы. Для экспериментов с продувкой газа, трехгорлая колба заменяется одногорлой колбой, система снабжается линией, как для входа, так и для выхода газа, и соответствующий газ продувают через реакционную массу с низкой скоростью потока.

Таблица 8
Выход, %
  КонверсияСелективность P-NDPA4-NDPAAnRecr Другие
Закрытая система 45,1%61,3% 1,426,3 15,91,5
Открытая система 34,4%85,6% 1,727,7 2,92,1
Продувка газа, азот 94,8%58,2% 2,452,8 38,31,3
Продувка газа, воздух60,6% 86,8%2,849,8 3,34,7

В тех случаях, когда реакция является открытой для избытка воздуха, селективность заметно улучшается, в противоположность экспериментам, где количество окислителя является ограниченным. В последнем случае, образование азобензола сильно возрастает.

Улучшение селективности реакции подтверждается экспериментами в таблице 9, которые демонстрируют влияние добавления перекиси водорода в реакционную смесь.

Анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), перекись водорода (50% водный раствор, количество указано в таблице 9), воду (общее количество дополнительной воды и пероксида выдерживают постоянным, при значении 2,16 г), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 7,83 г, 120 ммоль) и тетраметиламмоний хлорид (97%, 4,52 г, 40 ммоль) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Пероксид загружают в реакционную смесь до добавления KOH и TMACI, при этом колбу быстро герметизируют, а затем реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 9
Выход, %
  КонверсияСелективность p-NDPA4-NDPAAn Recr Другие
Без H 2O2 и 2,16 г воды 96,6%67,9%27,9 37,730,6 0,5
0,27 г H2 O2,4 ммоль, (0,1 по отношению к NB) и 2,02 г water90,3%73,8% 27,339,4 23,00,7
0,54 г H2O2, 8 ммоль, (0,2 по отношению к NB) и 1,89 г воды86,6% 77,7%27,3 40,018,31,0
1,09 г H2O 2,16 ммоль, (0,4 по отношению к NB) и 1,62 г воды ,86,4%77,3%25,5 41,318,3 1,3
1,63 г H2 O2, 24 ммоль, (0,6 по отношению к NB) и 1,34 г воды86,4%78,4% 26,940,9 17,61,1
2,18 г H2O2, 32 ммоль, (0,8 по отношению к NB) и 1,07 г воды79,8% 80,3%25,6 38,414,31,4
2,72 г H2O 2, 40 ммоль, (1,0 по отношению к NB) и 0,80 г воды 80,8%82,0% 25,940,413,0 1,6

Такая же тенденция, отмечаемая при открытии содержимого реакции для воздуха, наблюдается также и для пероксида, а именно, экспонирование для окислителя улучшает селективность. Это наблюдение подтверждается экспериментами, где избыток нитробензола используется для действия в качестве окислителя. (Смотри пример 7).

ПРИМЕР 7

Пример 7 демонстрирует то, как отношение промежуточных соединений 4-ADPA может контролироваться путем установления количества анилина, загружаемого в реакцию.

Анилин (99%, количество приведено в таблице 10), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 7,83 г, 120 ммоль) и тетраметиламмоний хлорид (97%, 4,52 г, 40 ммоль) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 10
Выход, %
  КонверсияОтношение p-NDPA4-NDPAAn Rear Другие
35,28 г анилина, 375 ммоль, 15:1 по отношению к NB*87,2% 1,3436,7 27,322,21,1
36,69 г анилина, 390 ммоль, 13:1 по отношению к NB^93,2%1,31 37,128,4 26,31,4
36,22 г анилина, 385 ммоль, 11:1 по отношению к NB# 94,7%1,1435,2 30,926,5 2,2
33,87 г анилина, 360 ммоль, 9:1 по отношению к NB95,4% 0,9632,033,2 27,52,6
26,34 г анилина, 280 ммоль, 7:1 по отношению к NB 96,8%0,7527,1 36,030,3 3,5
18,81 г анилина, 200 ммоль, 5:1 по отношению к NB95,9% 0,6023,138,8 31,12,8
11,29 г анилина, 120 ммоль, 3:1 по отношению к NB 92,3%0,3715,7 ;42,430,9 3,4
3,76 г анилина, 40 ммоль, 1:1 по отношению к NB80,1% 0,146,1 43,824,75,5
*в масштабе 25 ммоль (35,28 г анилина, 3,11 г нитробензола, 4,89 г KOH и 2,82 г TMACI)

^в масштабе 30 ммоль (36,69 г анилина, 3,73 г нитробензола, 5,87 г KOH и 3,39 г TMACI)

#в масштабе 35 ммоль (36,22 г анилина, 4,35 г нитробензола, 6,85 г KOH и 3,95 г TMACI)

Когда в реакцию загружают больше анилина, образуется больше p-NDPA, по отношению к 4-NDPA. Такая же тенденция отмечается при изменении условий реакции, как показано в таблице 11.

Анилин (99%, количество приведено в таблице 11), нитробензол (99%, 3,08 г, 24,8 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 9,77 г, 150 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 0,69 г, 6,1 ммоль) и воду (таблица 11, 20% мас./мас.) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 2 часов, при 80°C, в открытой колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 11
Выход, %
  КонверсияОтношение p-NDPA4-NDPAAn Recr Другие
12,48 г An, 133 ммоль (5,4 по отношению к NB) и 4,89 г H2 O18,6%0,52 5,610,9 1,01,1
3,57 г An, 91,1 ммоль (3,7 по отношению к NB) и 3,90 г H 2O26,5% 0,376,517,7 1,40,8
4,66 г An, 49,6 ммоль (2 по отношению к NB) и 2,91 г H 2O28,9% 0,122,620,9 3,22,1
2,33 г An, 24,8 ммоль (1 по отношению к NB) и 2,32 г H 2O34,4% 0,061,727,7 2,92,1
1,75 г An, 18,6 ммоль (0,75 по отношению к NB) и 2,17 г H 2O42,6%0,05 1,834,6 4,22,1
1,16 г An, 12,3 ммоль (0,50 по отношению к NB) и 2,02 г H 2O56,1%0,02 0,851,7 1,12,5
0,58 г An, 6,2 ммоль (0,25 по отношению к NB) и 1,88 г H 2O76,7%0,01 0,972,9 1,11,8

Значения выхода промежуточных соединений 4-ADPA (p-NDPA + 4-NDPA) остаются относительно постоянными, когда анилин используется в избытке (примерно 20%), но значительно улучшаются (73,8%, при An/NB от 0,25 до 1), когда анилин становится лимитирующим реагентом, как отмечается в таблице 11. Кроме того, селективность улучшается (96,1%, при An/NB от 0,25 до 1), когда нитробензол используется в избытке, несмотря на меньшее общее количество воды. Как показано в примере 9, уменьшение количества воды, как правило, понижает селективность системы с неорганическим основанием. Избыток нитробензола действует здесь в качестве окислителя, улучшая селективность, как показано в примере 6, где процесс проводят в присутствии воздуха и пероксида.

ПРИМЕР 8

Пример 8 иллюстрирует, что взаимодействие между анилином и нитробензолом, с использованием гидроксида калия, в качестве основания, в сочетании с тетраметиламмоний хлоридом, может осуществляться в широком диапазоне температур.

Анилин (99%, 2,33 г, 24,8 ммоль), нитробензол (99%, 3,08 г, 24,8 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 9,77 г, 150 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 0,69 г, 6,1 ммоль) и воду (2,32 г, 20% мас./мас.) загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 2 часов, при данной температуре, в открытой колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 12
Выход, %
  Конверсияp-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Температура реакции, 20°C 9,3%0,18,3 0,01,0
Температура реакции, 35°C21,6% 0,519,50,2 1,4
Температура реакции, 50°C 25,2%0,8 22,30,11,9
Температура реакции, 65°C 28,0%0,622,8 0,42,2
Температура реакции, 80°C34,4% 1,727,7 2,92,1
Температура реакции, 95°C39,3% 2,327,87,5 1,7
Температура реакции, 110°C 53,8%3,5 33,412,84,0
Температура реакции, 125°C 72,7%9,134,0 17,312,4

Увеличение температуры реакции приводит к увеличению выхода и конверсии, но селективность реакции снижается. С увеличением температуры, количество p-NDPA, по отношению к 4-NDPA, увеличивается.

Таблица 13
 Выход, %Селективность, %p-NDPA/4-NDPA
Температура реакции, 20°C8,3 89,00,01
Температура реакции, 35°C20,0 92,30,03
Температура реакции, 50°C23,1 91,80,04
Температура реакции, 65°C23,4 90,00,03
Температура реакции, 80°C29,4 85,60,06
Температура реакции, 95°C30,1 76,70,08
Температура реакции, 110°C37,0 68,70,11
Температура реакции, 125°C43,1 59,20,27

ПРИМЕР 9

Пример 9 подчеркивает воздействие воды при взаимодействии анилина и нитробензола, с системой основание/межфазный катализатор KOH-TMACI, с образованием промежуточных соединений 4-ADPA.

Анилин (99%, 22,58 г, 240 ммоль), нитробензол (99%, 4,97 г, 40 ммоль), гидроксид калия (86% измельченный порошок, 7,83 г, 120 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 4,52 г, 40 ммоль) и воду, как перечислено в таблицах 14 и 15, загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 14
Выход, %
  Конверсияp-NDPA4-NDPA AnRecrДругие
Без добавления воды98,6% 26,438,5 30,43,3
2,16 г H2O, 120 ммоль (3:1 по отношению к NB) 94,7%28,5 37,328,60,4
4,32 г H2O, 240 ммоль (6:1 по отношению к NB)67,0% 27,221,118,4 0,3
6,48 г H 2O, 320 ммоль (9:1 по отношению к NB) 28,3%16,36,7 5,10,2
8,64 г H2O, 480 ммоль (12:1 по отношению к NB)5,5%4,1 1,30,0 0,0

Таблица 15
 Селективность, % р-NDPA/4-NDPA
Без добавления воды 65,80,69
3:1 H2O/NB (1 моль воды по отношению к KOH)69,4  
6:1 H2 O/NB (2 моль воды по отношению к KOH)72,1 1,28
9:1 H 2O/NB (3 моль воды по отношению к KOH) 81,3 
12:1 H2O/NB (4 моль воды по отношению к KOH) 100,03,08

Общее улучшение в селективности и более высокие уровни p-NDPA, по отношению к 4-NDPA, становятся видны, когда увеличивается количество воды.

Воздействие слишком большого количества воды также может быть замечено из примера 2 и таблицы 3, где демонстрируется эффективность 60% водного раствора тетраметиламмоний карбоната, в качестве межфазного катализатора. Более ранние неопубликованные данные, полученные при использовании разбавленного 25% раствора, указывают на практическое отсутствие конверсии.

ПРИМЕР 10

Пример 10 демонстрирует, что взаимодействие может осуществляться в любом из нескольких растворителей.

Анилин (99%, 11,29 г, 120 ммоль), нитробензол (99%, 2,49 г, 20 ммоль), гидроксид калия (86%, измельченный порошок, 3,91 г, 60 ммоль), тетраметиламмоний хлорид (97%, 2,26 г, 20 ммоль) и 20 мл соответствующего растворителя, как представлено в таблице 16, загружают в 50-мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой. Реакции дают возможность происходить в течение 1 часа, при 60°C, в герметизированной колбе. Затем отбирают образец содержимого и анализируют его с помощью ВЭЖХ.

Таблица 16
Выход, %
  Конверсияр-NDPA4-NDPA AnRecrДругие
Без добавления растворителя 97,1%25,235,5 30,65,8
Диметилсульфоксид 99,5% 34,237,626,1 1,6
Диметилсульфоксид, без добавления межфазного катализатора36,5% 10,915,8 6,43,4
Простой бензиловый эфир 93,7% 30,632,128,1 3,0
1-Метил-2-пирролидинон 80,1%29,3 27,317,95,6
N,N-Диметилформамид 74,0%27,227,2 19,10,6
p-Ксилол 65,9%8,8 10,144,6 2,4
Толуол63,3% 3,03,7 51,15,5

Заметно уменьшение выхода, примерно в два-три раза, когда межфазный катализатор отсутствует (26,7% в ДМСО без TMACI, увеличивается до 71,8%, в присутствии TMACI).

Селективность остается относительно неизменной в полярных растворителях (˜70%), но значительно уменьшается, когда выбирают неполярные углеводороды, такие как p-ксилол или толуол, поскольку значения выхода азобензола в каждом из этих двух растворителей превосходят 40%.

ПРИМЕР 11

Пример 11 демонстрирует взаимодействие анилина и нитробензола, в комбинации с водным раствором гидроксида калия и тетраметиламмоний хлорида, с помощью непрерывной дистилляции азеотропной смеси анилин-вода.

111,8 г Анилина (99%, 1,19 моля), 31,2 г водного раствора гидроксида калия (45%, 0,250 моль) и 50,0 г водного раствора тетраметиламмоний хлорида (55%, 0,25 моля) загружают в 500-мл колбу, снабженную тефлоновой лопастной мешалкой, термопарой, трубкой для ввода нитробензола и игольчатым клапаном. В смеси устанавливается вакуум 120 мм рт. ст., при этом давление регулируется путем стравливания воздуха через реактор. Начинают нагрев, и поток нитробензола начинается (24,6 г, 99%, 0,20 моля), когда достигается желаемая температура реакции, 80°C. Температура контролируется путем увеличения вакуума, с тем, чтобы завершить ввод NB приблизительно через один час, при конечном давлении 60 мм рт. ст. Давление поддерживают в течение 45 минут, при 60 мм рт. ст., для того, чтобы обеспечить завершение реакции. Смесь гасят с помощью 40 мл воды. Анализ с помощью ВЭЖХ: 32,1% анилина, 0% NB, 20,3% p-NDPA, 7,6% 4-NDPA, 0,50% трет-азобензола и 0,05% феназина. Значения выхода, по отношению к 100% конверсии NB: 72,6% p-NDPA, 25,3%, 4-NDPA, 1,9% трет-азобензола, 0,2%, феназина.

Как показано в таблице 17, осуществление идентичной конверсии в отсутствие воздуха приводит к снижению выхода на 12% (97,9% по сравнению с 85,5%) и к семикратному увеличению уровня азобензола. Результаты, полученные при проведении других реакций в этом ряду, также приведены в таблице 17:

Таблица 17
Выход, %
  КонверсияСелективность p-NDPA4-NDPAТрет-Азо Феназин
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:        
Смотри условия ниже* 100,0% 97,9%72,625,3 1,90,2
АТМОСФЕРА:        
Исходные условия (вакуум, без воздуха)100,0% 85,5%66,5 19,014,20,3
ЗАГРУЗКА АНИЛИНА:        
74,5 г анилина, 0,79 моля, 4:1 по отношению к NB99,5%96,2% 56,439,8 2,70,5
149,0 г анилина, 1,58 моля, 8:1 по отношению к NB 100,0%97,9%73,8 24,11,8 0,3
ТЕМПЕРАТУРА         
70°С 100,0%98,1%65,1 33,01,4 0,5
90°С 100,0%97,1%71,9 25,12,7 0,2
СКОРОСТЬ ВВЕДЕНИЯ НИТРОБЕНЗОЛА:         
29 минут 100,0%85,2% 62,722,514,4 0,4
86 минут 99,9%96,1% 76,819,23,5 0,4
ЗАГРУЗКА ОСНОВАНИЯ:         
18,7 г 45% KOH, 0,15 моля, 0,75:1 по отношению к NB83,0% 97,6%63,117,9 1,80,2
37,4 г 45% KOH, 0,30 моля, 1,5:1 по отношению к NB 100,0%96,9%72,7 24,22,7 0,4
АТМОСФЕРА:         
Вакуум, без воздуха 100,0%85,5%66,5 19,014,2 0,3
*Анилин/NB 6:1, 80°С, время введения NB 49 мин, 1,25 моля КОН по отношению к NB, атмосфера воздуха

ПРИМЕР 12

Этот пример демонстрирует взаимодействие анилина и нитробензола в присутствии окислителя, в комбинации с водным раствором тетраметиламмоний гидроксида и с различными неорганическими солями, путем непрерывной дистилляции азеотропной смеси анилин-вода. Комбинация TMAH/соль представляет собой ионную смесь потенциального щелочного рециклируемого потока от процесса, содержащую неорганическое основание и межфазный катализатор, после восстановления массы реакции связывания до 4-ADPA.

В 500-мл круглодонную колбу, снабженную тефлоновой лопастной мешалкой, термопарой, трубкой для ввода нитробензола и клапаном для стравливания воздуха, загружают: 139,7 г анилина (99%, 1,49 моля), 73,9 г водного раствора тетраметиламмоний гидроксида (35,5%, 0,29 моля) и эквивалентное количество соли (по отношению к основанию, в 15% молярном избытке, по отношению к нитробензолу), как перечислено в таблице 18. Смесь нагревают в течение 30 минут, при 120 мм рт. ст., а затем начинают введение нитробензола (30,8 г, 99%, 0,25 моля). Давление в системе регулируют путем настройки клапана для стравливания воздуха в течение всего реакционного цикла, с тем, чтобы поддерживать желаемую температуру 80°C и завершить загрузку NB приблизительно через 75 минут, при конечном давлении 72 мм рт. ст. Смесь выдерживают в течение 30 минут, при 70 мм рт. ст., чтобы обеспечить завершение реакции, а затем гасят с помощью 25 мл воды. Воздух просачивается в верхнюю часть реактора в течение всего цикла загрузки реагентов, нагрева до температуры реакции, введения нитробензола и выдерживания до завершения реакции. Соли загружают как молярные эквиваленты нитробензола, при отношении соль/NB=1,15. Например, карбонат калия и сульфат натрия имеют два эквивалента неорганического катиона, так что молярное отношение равно 0,575.

Это приводит к тому, что результаты, полученные при использовании KCl, при несколько меньшем молярном отношении к нитробензолу, хорошо согласуются с результатами, полученными при использовании сильного основания и межфазного катализатора (KOH и TMACI), при непрерывной дистилляции азеотропной смеси анилин-вода. Это демонстрирует, что использование неорганической соли и органического основания является эквивалентным использованию сильного основания и межфазного катализатора. Можно заметить, что натрий является не таким эффективным, как калий, для завершения реакции. Нитрат и бромид также являются менее эффективными анионами для завершения реакции, в условиях настоящего примера. Однако должна существовать возможность увеличения конверсии для этих солей, путем модификации условий реакции, например, повышения температуры реакции. Наиболее значительным является положительное воздействие добавления соли на селективность реакции. Сравнения второго и третьего экспериментов в таблице 18 демонстрирует, что при добавлении только KCl, уровень азобензола понижается примерно в два-три раза, и формируются относительно малые количества "Других" соединений, таких как 4-феназодифениламин. Процесс "Только TMAH" также характеризуется высокими уровнями таких соединений, как N-метиланилин, и запахом триметиламина, оба они указывают на разложение основания.

Таблица 18
 КонверсияСелективность Выход, %
 %% р-NDPA4-NDPAAn Recr Другие
Сравнение: KOH + TMACI,* 100,0 97,972,625,3 1,90,2
Только TMAH, без добавления соли 100,0 83,862,4 21,44,411,8
21,44 г хлорида калия 100,097,272,3 24,81,5 1,4
16,82 г хлорида натрия 62,797,215,6 45,30,6 1,1
19,87 г карбоната калия 100,089,1 72,816,33,8 7,1
20,42 г сульфата натрия 100,085,0 63,821,24,5 10,5
24,44 г нитрата натрия 27,894,38,3 17,90,90,6
34,22 г бромида калия 27,098,415,6 11,00,3 0,2
23,58 г ацетата натрия 80,596,956,6 21,41,5 1,0
19,55 г формиата натрия 71,897,346,2 23,61,0 1,0
24,18 г формиата калия 89,596,464,2 22,12,4 0,8
39,13 г KH2 PO439,3 97,410,028,3 0,80,2
* Молярные отношения несколько выше: KOH/NB и TMACI/NB = 1,25

ПРИМЕР 13

Этот пример демонстрирует влияние молярного отношения неорганической соли к нитробензолу. Условия реакции сравнимы с условиями примера 12, за исключением того, что варьируется молярное отношение KCl к нитробензолу. Результаты в таблице 19 показывают, что добавление только малого количества неорганической соли будет увеличивать селективность. По этой причине, в ситуациях, где возникает проблема коррозии, из-за высокого уровня соли, может быть получено, по меньшей мере, ограниченное улучшение селективности.

Таблица 19
 Молярное отношение КонверсияСелективность Выход, %
  Соль/NB%% p-NDPA4-NDPAAn Recr Другие
Только TMAH, без добавления соли0 100,083,862,4 21,44,4 11,8
4,66 г KCl 0,25100,087,1 63,423,7 7,85,1
13,05 г KCl 0,70100,0 93,872,3 21,55,01,2
21,44 г KCl1,15 100,097,2 72,324,81,5 1,4

ПРИМЕР 14

Этот пример демонстрирует влияние добавления несолевого соединения на селективность и на конверсию нитробензола. Условия реакции сравнимы с условиями примера 12. Бетаин, то есть внутренняя соль (ацетил)триметиламмоний гидроксида, представляет собой соль, образованную ацетатной группой вместе с положительно заряженной тетраалкиламмониевой группой. Таким образом, несмотря на название, это соединение на самом деле не содержит гидроксид, связанный с тетраалкиламмониевой группой. Однако, когда добавляют сильное основание, бетаин преобразуется в соединение, которое содержит как группу ацетатной соли, так и группу тетраалкиламмоний гидроксида. Таким образом, с помощью TMAH, бетаин преобразуется в соединение с тетраметиламмоний-ацетатной группой и (ацетил)триметиламмоний гидроксидной группой. С помощью KOH соединение приобретает калий-ацетатную группу вместе с (ацетил)триметиламмоний гидроксидной группой. В случае KOH, соединение представляет собой органическую соль металла и органическое основание в одной молекуле. Бетаин, как известно из литературы, представляет собой межфазное соединение или PTC (Starks и Liotta, там же), поскольку он переносит неорганическое или органическое основание в органическую фазу.

Результаты в таблице 20 показывают, что бетаин имеет только небольшое влияние на селективность или на конверсию с помощью TMAH. Результаты, при отношении бетаин/NB=1,15, являются эквивалентными всего лишь KCl/NB=0,25. Более того, добавление аниона без неорганического катиона (ацетата аммония) является по существу неэффективным. По этой причине, использование неорганической соли или органической соли металла является ключом к наилучшим результатам.

Таблица 20
  Конверсия Селективность Выход, %
  Молярное отношение к NB% %р-

NDPA
4-

NDPA
An

Recr
Другие
Только TMAH, без добавления соли или PTC0100,0 83,862,4 21,44,411,8
4,66 г KCl 0,25 100,087,1 63,423,77,8 5,1
21,44 г KCl 1,15100,097,2 72,324,8 1,51,4
22,16 г ацетата аммония 1,15 0,5100,00,3 0,20,00,0
33,68 г бетаина1,15 100,087,6 70,716,94,8 7,6

ПРИМЕР 15

Это пример иллюстрирует, что в условиях частичного окисления можно добиться значительного увеличения селективности. Условия реакция сравнимы с условиями примера 12, за исключением тех, которые указаны. Результаты представлены в таблице 21. Условия реакции 1 полностью сравнимы с примером 12. Для реакции 2, стравливание воздуха используется только во время введения нитробензола и прекращается, когда это введение завершается на 75%. Для реакции 3, время введения нитробензола сокращается до 45 минут, а время выдерживания увеличивается до 60 минут, в то время как стравливание воздуха используется только в течение времени введения нитробензола. Ожидается, что при использовании условий частичного окисления более высокая селективность будет сохраняться также и для сульфата, карбоната и нитрата.

Таблица 21
 КонверсияСелективность Выход, %
 %% p-NDPA4-NDPAAn Recr Другие
16,70 г KF-1 99,9 84,8 67,317,44,2 11,0
16,70 г KF-2 100,091,180,1 11,06,32,6
16,70 г KF-3100,0 93,883,210,6 4,31,9

ПРИМЕР 16

Этот пример демонстрирует, что использование окислителя, вместе с сильным основанием, которое также функционирует в качестве межфазного катализатора, может увеличить селективность. Реакции осуществляются с азеотропным удалением воды и анилина.

В 500-мл круглодонную колбу, снабженную тефлоновой лопастной мешалкой, термопарой, трубкой для ввода нитробензола и клапаном для стравливания воздуха, загружают: 145,28 г анилина (1,56 моля) и 87,36 г водного раствора тетраметиламмоний гидроксида (36,0%, 0,345 моля), для процессов 1-3. Смесь нагревают в течение 30 минут, при 120 мм рт. ст., а затем начинают введение нитробензола (36,93 г, 0,30 моля). Давление системы поддерживается постоянным, при 70 мм. рт. ст., в течение всего периода реакции. Во время реакции температура возрастает примерно от 66°C до примерно 80°C. Нитробензол загружают в течение примерно 80 минут, после чего загрузка выдерживается в течение 40 минут, при 70 мм рт. ст., для обеспечения завершения реакции, а затем гасится 25 мл воды. 20,40 г (0,03 моля) 5% мас. Водного раствора перекиси водорода загружают одновременно с нитробензолом. Поскольку вода также влияет на селективность процесса, путем защиты TMAH от разложения и сдвига реакционного равновесия, контроль осуществляется с помощью 20,40 г воды, которая также вводится одновременно с нитробензолом. Процессы 4-7 имеют немного различающиеся условия. Главное отличие начинается с 25% мас. TMAH, с удалением воды и некоторого количества анилина из реактора, перед введением нитробензола. Воздух добавляется либо в течение всего времени введения нитробензола, либо в течение половины времени введения.

Результаты в таблице 22 показывают, что перекись водорода дает большее увеличение селективности, чем вода, сама по себе, демонстрируя, что использование окислителя может быть преимущественным. Эти результаты также показывают, что добавление воздуха, в качестве окислителя, в течение всего цикла реактора, имеет отрицательное воздействие на селективность. Однако увеличение селективности получают, когда добавление воздуха ограничивается частью реакционного цикла, и это демонстрирует, что условия частичного окисления могут быть выгодными. Эти реакции осуществляются в несколько более влажных условиях, чем в случае со 100% воздухом, в таблице 18, что объясняет более низкую селективность в таблице 18. Процессы 4 и 5 демонстрируют превосходную воспроизводимость реакций, так что увеличения селективности на 1-2% являются значимыми.

Таблица 22
 КонверсияСелективность Выход, %
TMAH, в качестве основания/PTC % %p-NDPA4-NDPA An RecrДругие
Без окислителя 100,0 93,386,3 7,04,62,1
Только вода 100,0 94,989,3 5,53,41,8
Перекись водорода 100,096,189,7 6,41,9 2,0
Воздух, 100% времени введения NB 100,092,3 86,55,8 5,91,8
Воздух, 50% времени введения NB100,0 92,286,26,0 6,11,7
TMAH, в качестве основания/PTC 99,7 89,479,010,1 7,43,2
Без окислителя 100,0 94,588,46,2 4,21,3

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения 4-аминодифениламина или его алкилированных или замещенных производных, включающий в себя стадии:

(a) контактирования анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола;

(b) получения промежуточного продукта 4-аминодифениламина путем взаимодействия анилина или производного анилина и нитробензола или производного нитробензола в присутствии смеси, содержащей сильное основание, пероксид и межфазный катализатор,

или только для части того времени, в течение которого происходит взаимодействие анилина и нитробензола в присутствии смеси, содержащей сильное основание, воздух и межфазный катализатор, причем межфазный катализатор выбирают из группы соединений, определенных формулой

способ получения 4-аминодифениламинов, патент № 2280640

где R1, R2, R3 являются одинаковыми или различными и выбираются из любой алкильной группы с прямой или разветвленной цепью, содержащей от C 1 до C20;

(R4)e представляет собой водород для e=0, R4 представляет собой R1R2R3N+ для e=1 или 2;

Y представляет собой алкил, арил, алкиларил или бензил и их замещенные производные;

Z представляет собой заместитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксила, галогена и других гетероатомов;

X представляет собой анионный остаток в форме фторида, хлорида, гидроксида, сульфата, гидросульфата, ацетата, формиата, нитрата, фосфата, гидрофосфата, дигидрофосфата, оксалата, карбоната, бората, тартрата, цитрата, малоната и смеси указанных соединений, где a - валентность анионного остатка (1, 2 или 3), b и c представляют собой целые числа 1, 2 или 3 и d представляет собой целое число от 0 до 4, и где сильное основание и межфазный катализатор могут быть одинаковыми или различными;

(c) восстановления промежуточного продукта 4-аминодифениламина со стадии (b) с получением 4-аминодифениламина или его замещенных производных и

(d) необязательно, восстановительного алкилирования 4-аминодифениламина или его замещенных производных со стадии (c) до алкилированного производного 4-аминодифениламина или его замещенных производных.

2. Способ по п.1, где указанное сильное основание и/или межфазный катализатор представляет собой алкоксид, ацетат, карбонат, бикарбонат, цианид, фенолят, фосфат, гидрофосфат, гипохлорит, борат, гидроборат, дигидроборат, сульфид, силикат, гидросиликат, дигидросиликат, тригидросиликат, или, предпочтительно, гидроксид или где указанный межфазный катализатор представляет собой хлорид, фторид, формиат, нитрат, сульфат или гидросульфат тетраметиламмония, тетрабутиламмония; метилтрибутиламмония; бензилтриметиламмония, трикаприлметиламмония, цетилтриметиламмония и холина.

3. Способ по п.2, где указанное сильное основание и/или межфазный катализатор выбирается из тетраметиламмоний гидроксида, бистетраметиламмоний карбоната и тетраметиламмоний ацетата; и бензилтриметиламмоний гидроксида, и холин гидроксида или где указанный межфазный катализатор выбирается из тетраметиламмоний хлорида, метилтрибутиламмоний хлорида, трикаприлметиламмоний хлорида, тетрабутиламмоний хлорида, цетилтриметиламмоний хлорида, тетраметиламмоний фторида, тетраметиламмоний формиата, тетраметиламмоний нитрата, тетрабутиламмоний гидросульфата и тетрабутиламмоний сульфата.

4. Способ по п.1, где сильное основание выбирается из гидроксида калия, гидроксида натрия, гидроксида цезия, гидроксида рубидия и трет-бутоксида калия.

5. Способ по пп.1-3, где сильное основание и межфазный катализатор являются одинаковыми и выбираются из тетраметиламмоний гидроксида, тетрабутиламмоний гидроксида, метилтрибутиламмоний гидроксида, бензилтриметиламмоний гидроксида, трикаприлметиламмоний гидроксида, холин гидроксида и цетилтриметиламмоний гидроксида.

6. Способ по любому из пп.1-4, где молярное отношение межфазного катализатора к нитробензолу составляет примерно от 0,05:1 до примерно 1,2:1.

7. Способ по любому из пп.1-4, где указанное производное анилина представляет собой производное анилина, выбранное из группы, состоящей из форманилида, фенилмочевины, карбанилида и тиокарбанилида, или представляет собой замещенный анилин, выбранный из группы, состоящей из 2-метоксианилина, 4-метоксианилина, 4-хлор-анилина, п-толуидина, 4-нитроанилина, 3-броманилина, 3-бром-4-аминотолуола, п-аминобензойной кислоты, 2,4-диаминотолуола, 2,5-дихлоранилина, 1,4-фенилен диамина, 4,4'-метилен дианилина, 1,3,5-триаминобензола и их смесей.

8. Способ по любому из пп.1-4, где замещенные нитробензолы, которые могут быть использованы в соответствии со способом по настоящему изобретению, включают в себя o- и м-метилнитробензол, o- и м-этилнитробензол, o- и м-метоксинитробензол и их смеси.

9. Способ по любому из пп.1-8, где молярное отношение сильного основания к нитробензолу составляет более, чем примерно 1:1, предпочтительно составляет примерно от 2:1 до примерно 6:1.

10. Способ по любому из пп.1-9, где пероксид представляет перекись водорода.

11. Способ по любому из пп.1-4, где указанное контактирование осуществляется при температуре примерно от 20 до примерно 150°C, при давлении примерно от 20 мбар до примерно 20 бар и в течение примерно менее 3,5 ч.

12. Способ по любому из пп.1-4, где стадия (b) реакции осуществляется в присутствии не более чем примерно 10:1 моль воды на моль нитробензола, исключая воду гидратирования.

13. Способ по любому из пп.1-4, где указанная смесь, содержащая сильное основание и межфазный катализатор, находится в водном растворе и взаимодействие осуществляется с непрерывной дистилляцией азеотропной смеси анилин-вода.

14. Способ по любому из пп.1-4, где анилин или производное анилина и нитробензол или производное нитробензола приводятся в контактирование в полярном апротонном растворителе, включающем в себя диметилсульфоксид, простой бензиловый эфир, 1-метил-2-пирролидинон и N,N-диметилформамид.

15. Способ по любому из пп.1-4, где получаемый 4-аминодифениламин подвергают восстановительному алкилированию до алкилированного производного 4-аминодифениламина.

16. Способ по любому из пп.1-3, где стадия (b) реакции осуществляется в присутствии неорганической соли или органической соли металла и где сильное основание, имеющее формулу I, содержит анион X, который способен отрывать протон от азота анилина или производного анилина.

17. Способ по п.16, где неорганическая соль или органическая соль металла выбирается из фторида, хлорида, бромида, сульфата, гидросульфата, нитрата, фосфата, формиата, ацетата или карбонатной соли цезия, рубидия, калия и натрия и их смесей.

18. Способ по п.16 или 17, где молярное отношение неорганической соли или органической соли металла к нитробензолу составляет от 0,05:1 до 6,5:1, и/или молярное отношение неорганической соли или органической соли металла к органическому основанию составляет, по меньшей мере, 1:1, и/или молярное отношение органического основания к нитробензолу является большим, чем 1:1, предпочтительно составляет от 1,1:1 до 6:1.

Приоритет по пунктам и признакам формулы изобретения:

23.07.2001 - признаки по всем пунктам;

10.05.2002 по пп.1-9, 11-18: использование воздуха во время проведения процесса.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2280640

patent-2280640.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07C209/36 связанных с атомами углерода шестичленных ароматических колец

Класс C07C209/38 восстановлением нитрозогрупп

Класс C07C211/55 дифениламины

Патенты РФ в классе C07C211/55:
способ получения n-алкил-n'-фенил-пара-фенилендиаминов -  патент 2502725 (27.12.2013)
способ получения n-2-этилгексил-n'-фенил-п-фенилендиамина -  патент 2463289 (10.10.2012)
способ получения 2-нитродифениламина -  патент 2447058 (10.04.2012)
антиоксиданты и способы производства антиоксидантов -  патент 2445349 (20.03.2012)
алкилирование n'-фенил-n-алкилфенилендиаминов в ионной жидкости -  патент 2422435 (27.06.2011)
прямое алкилирование n-алкил-n'-фенил-п-фенилендиамина -  патент 2421444 (20.06.2011)
алкилирование производного дифениламина в ионной жидкости -  патент 2418784 (20.05.2011)
способ получения n-2-этилгексил-n'-фенил-п-фенилендиамина -  патент 2417981 (10.05.2011)
антиокислительные композиции октилированных дифениламинов и способ их получения -  патент 2382798 (27.02.2010)
способ получения n-2-этилгексил-n'-фенил-п-фенилендиамина и выделения товарной 2-этилгексановой кислоты из отходов производства n-2-этилгексил-n'фенил-п-фенилендиамина -  патент 2373190 (20.11.2009)

Наверх