CN101627000B

CN101627000B - 酰氯的制备方法

Info

Publication number: CN101627000B
Application number: CN2008800068191A
Authority: CN
Inventors: 小林刚史; 城户清弥; 长友昭宪
Original assignee: Mitsui Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc; Mitsui Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: US8198482B2; EP2128122A1; EP2128122B1; EP2128122A4; BRPI0808173A2; US20100099911A1; JP5172820B2; CN101627000A; JPWO2008105464A1; WO2008105464A1

Abstract

本发明涉及一种酰氯的制备方法，所述方法通过简便地操作效率良好地分解在缺乏热稳定性的酰氯、或由于高沸点而实际上难以蒸馏的酰氯中的维尔斯迈尔试剂型化合物，对接下来的工序没有不良影响；更详细而言，涉及一种酰氯的制备方法，所述方法的特征在于，在催化剂存在下，使氯化剂和羧酸反应，该反应结束后，从反应体系中除去过剩的氯化剂，之后进一步向反应体系中加入相对于上述催化剂为1.0～3.0当量的原料羧酸，分解反应体系内残留的维尔斯迈尔试剂型化合物。

Description

酰氯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用作精密化学品、药物、农药、聚酯等的有用中间体的酰氯的制备方法，特别涉及一种对制备由于热稳定性差而难以蒸馏精制的、或由于高沸点而实际应用中难以蒸馏的酰氯有用的制备方法。

背景技术

通常，酰氯通过碳酰氯、乙二酰氯、三氯化磷、五氯化磷、亚硫酰氯等氯化剂和羧酸反应来制备。此时，为了提高反应速度加入酰胺型化合物作为催化剂时，氯化剂和酰胺型化合物反应形成维尔斯迈尔(Vilsmeier)试剂型化合物(即“chloroiminium salt”)，成为酰基氯合成反应的活性种。但是，如果所述维尔斯迈尔试剂型化合物残留，则由于其高活性在接下来的工序中常会引起副反应或着色。

尽管也取决于原料羧酸的种类或生成的酰氯的种类，但通常由于维尔斯迈尔试剂型化合物在反应结束后以褐色～黑色的焦油状相分离沉降于反应容器的底部，所以通过倾析等分离该维尔斯迈尔试剂型化合物，之后通过蒸馏精制离析酰氯。因此，通常酰氯与维尔斯迈尔试剂型化合物可以容易地分离，所以不构成问题。另外，即使维尔斯迈尔试剂型化合物的分离不充分，还已知通过热处理使维尔斯迈尔试剂型化合物聚合、利用沸点差或溶解度差进行精制的方法。

但是，生成的酰氯可能缺乏热稳定性、或由于高沸点实际上难以蒸馏。另外，以工业规模制备时，由于对真空装置的能力、材质负荷过大，所以有时不得不放弃蒸馏。这种情况下，由于不能进行蒸馏精制，所以不得已使用含有不能完全分离的溶解的维尔斯迈尔试剂型化合物的反应混合液、例如其粗体。此时，由于维尔斯迈尔试剂型化合物的影响而无法避免副反应或着色的问题。

另外，一些原料羧酸根据其种类而具有高熔点，经常只能在溶剂存在下进行反应，大都观察不到上述维尔斯迈尔试剂型化合物的相分离。因此，不得不加入己烷等适当的不良溶剂强行使维尔斯迈尔试剂型化合物进行相分离，或不进行蒸馏使用含有全部维尔斯迈尔试剂型化合物的混合物。

使用己烷等溶剂时，需要使用酰氯的2倍重量左右的量，不仅使容积效率变差，并且溶剂的分离及回收等使得成本提高。另一方面，当解决了设备问题、准备好能够进行蒸馏的环境时，也可能直接含有维尔斯迈尔试剂型化合物地进行蒸馏，但存在骨架平衡被破坏导致收率低等不良情况。

作为解决上述问题的方法，已知下述方法，相对于羧酸使用稍少于理论量的量的氯化剂，残留微量的原料羧酸，由此在反应结束后不使上述维尔斯迈尔试剂型化合物残留。但是，在工业水平上难以精确地调整进料量，因此实施会导致设备成本增加。特别是，由于在工业上广泛用作氯化剂的碳酰氯以气体被供给，因此更加难以调节进料量。

进而，原料为二羧酸时反应体系复杂。即，氯化剂的不足之量与原料二羧酸的残留量不相等，根据单酰基氯或二羧酸的种类形成酸酐，因此通过调节氯化剂进料量使上述维尔斯迈尔试剂型化合物不残留的方法实际上不可行。

另外，还已知在反应结束后或反应中使其与氯接触来改善色调的方法(特开2002-363130号)，和在反应结束后或反应中使其与氯化氢接触来改善色调的方法(特表2003-509393号)，但是虽然观察到色调改善，但维尔斯迈尔试剂型化合物未被除去，因此不能解除能够引起副反应的风险。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供一种酰氯的制备方法，所述方法通过简便地操作，效率良好地分解在缺乏热稳定性的酰氯或由于高沸点而实际上难以蒸馏的酰氯中的维尔斯迈尔试剂型化合物，并对接下来的工序没有不良影响。

本发明人等经过认真研究，结果发现在氯化剂和羧酸的反应结束后且除去过剩的氯化剂后，通过进一步加入原料羧酸，使维尔斯迈尔试剂型化合物被反应消耗，恢复为催化剂，从而完成了本发明。

即，本发明为酰氯的制备方法，其特征在于，

在催化剂存在下，使氯化剂和羧酸反应；

该反应结束后，从反应体系中除去过剩的氯化剂；

之后，向反应体系中进一步加入相对于上述催化剂为1.0～3.0当量的原料羧酸，分解反应体系内残留的作为反应活性种的维尔斯迈尔(Vilsmeier)试剂型化合物。

根据本发明，可以通过简单的操作效率良好地分解在缺乏热稳定性的酰氯、或由于高沸点而实际上难以蒸馏的酰氯中残留的作为活性种的维尔斯迈尔试剂型化合物，因此即使不经过蒸馏精制工序，也能得到对接下来的工序不造成不良影响的、高品质的酰氯。

具体实施方式

以下，详细说明本发明。作为本发明中使用的羧酸，可以举出碳原子数16～30的饱和或不饱和的脂肪族羧酸，以及碳原子数3～18的脂肪族二羧酸(即，二元脂肪族羧酸)及脂环式二羧酸。需要说明的是，在本发明中，上述羧酸中优选碳原子数3～12的脂肪族二羧酸。

作为碳原子数16～30的饱和或不饱和的脂肪族羧酸，可以举出棕榈酸、硬脂酸、花生酸、二十二碳烷酸、二十四烷酸、油酸、亚油酸、α-亚麻酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸等。由所述脂肪族羧酸衍生得到的棕榈酰氯、硬脂酰氯、花生酸酰氯、二十二碳烷酸酰氯、二十四烷酸酰氯、油酰氯、亚油酰氯、α-亚麻酰氯、γ-亚麻酰氯、花生四烯酸酰氯等酰氯的沸点高，实际上难以蒸馏。

另外，作为碳原子数3～18的二羧酸，可以举出丙二酸、琥珀酸、富马酸、马来酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1，10-癸烷二甲酸、1，12-十二烷二甲酸、1，16-十六烷二甲酸等脂肪族二羧酸；环己烷二甲酸、环己烯二甲酸等脂环式二羧酸。所述二羧酸的熔点高，且只有在溶剂存在下才可以反应，因此难以产生维尔斯迈尔试剂型化合物以焦油状沉淀沉降的现象，难以与生成的二酰二氯分离。另外，由所述二羧酸衍生得到的丙二酰二氯、琥珀酰二氯、富马酰二氯、马来酰二氯、戊二酰二氯、己二酰二氯、辛二酰二氯、壬二酰二氯、癸二酰二氯、1，10-癸烷二甲酰二氯、1，12-十二烷二甲酰二氯、1，16-十六烷二甲酰二氯等脂肪族二酰二氯；环己烷二甲酰二氯、环己烯二甲酰二氯等脂环式二酰二氯等二酰二氯大多缺乏热稳定性，存在蒸馏中骨架平衡破坏等不良情况。

作为本发明中使用的氯化剂，可以举出碳酰氯、乙二酰氯、三氯化磷、五氯化磷、亚硫酰氯等。其中优选使用氯化剂自身及副产物可以容易地从反应体系中除去的碳酰氯、乙二酰氯及亚硫酰氯。另外，在工业规模中优选使用碳酰氯。

本发明中使用的氯化剂的量，通常相对于最初加入的羧酸的羧基为1.02～2.0当量、优选为1.05～1.5当量。使用量少于所述范围时，反应不能充分进行。另一方面，使用超过所述范围的量时，需要大型设备和大量试剂来处理未反应的氯化剂。

本发明中氯化剂与羧酸的反应温度没有特别限定，根据原料羧酸的种类及氯化剂的种类而不同，但通常为-20℃～150℃、优选为20℃～100℃、更优选为40℃～80℃。

在本发明的氯化剂与羧酸的反应中，可以使用有机溶剂。当羧酸类的碳链短时通常熔点低，且在上述反应温度下通常为液体，因此可以在无溶剂下进行反应。但是，碳链长的羧酸或二羧酸需要在熔点以下进行反应，因此可以使用有机溶剂使其溶解或混悬。

作为在本发明中用来溶解或混悬原料羧酸的有机溶剂，只要是实质上不与氯化剂或维尔斯迈尔试剂型化合物反应的有机溶剂即可，没有特别限定，可以举出苯、甲苯、二甲苯、1，3，5-三甲基苯等芳香族烃；二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、一氯苯、邻二氯苯等卤代烃；四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚；乙腈等腈。

作为本发明中用于氯化剂与羧酸的反应的催化剂，只要能与氯化剂反应形成维尔斯迈尔试剂型化合物即可，没有特别限定，可以举出N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等酰胺型化合物；1，3-二甲基咪唑啉酮(DMI)、四甲基脲、四乙基脲、四丁基脲等脲型化合物。其中，优选DMF、四甲基脲及DMI，从实用性、价格及对应的维尔斯迈尔试剂型化合物的反应性的观点考虑，特别优选DMF。

本发明中使用的催化剂的量没有特别限定，根据氯化剂的种类及羧酸的种类而不同，通常相对于羧酸的羧基在0.1mol％～10mol％、优选0.5mol％～5mol％、更优选1mol％～3mol％的范围内使用。使用量少于所述范围时，反应速度慢，因此通常需要长时间进行反应。另外，使用多于所述范围的量时，由于反应温度的异常上升等可能无法控制反应。另外，即使使用所述范围以上的量，有时也观察不到反应速度的提高。

在本发明的制备方法中，氯化剂及羧酸的加入方法没有特别限定，可以举出在溶剂存在下或未存在下加入氯化剂及羧酸，之后一次性或逐次加入催化剂，开始反应的方法；及在溶剂存在下或未存在下，加入羧酸及催化剂，之后一次性或逐次加入氯化剂，开始反应的方法等。需要说明的是，使用碳酰氯(气体)作为氯化剂时，在溶剂存在下或未存在下加入羧酸及催化剂，升温至预定的反应温度，之后一边导入碳酰氯气体一边反应。碳酰氯气体的导入时间取决于反应温度和催化剂的量，但优选经2小时～20小时导入。导入速度大于所述范围时，只是使未参与反应而取近路离开反应体系的碳酰氯增加，效率变差。另一方面，导入速度小于所述范围时，反应需要长时间，生产效率变差。

本发明的制备方法中，反应结束后的反应液中存在过剩的氯化剂、反应副产物及由氯化剂和催化剂生成的维尔斯迈尔试剂型化合物。例如使用碳酰氯作为氯化剂时，所谓反应副产物是指盐酸及二氧化碳。这些反应副产物及过剩的氯化剂在常压或减压下从反应体系中被蒸馏除去。特别是使用碳酰氯作为氯化剂时，氯化剂自身和反应副产物在常温下均为气体(气体)，可以通过向反应物料中导入氮气而容易地被蒸馏除去。此时，所使用的溶剂也可以同时被蒸馏除去，或者也可以在溶剂残留的状态下通过加入羧酸使维尔斯迈尔试剂型化合物分解。

本发明的制备方法中，所谓维尔斯迈尔试剂型化合物的分解是指，过剩的氯化剂和反应副产物从反应体系中被蒸馏除去之后，使体系内残留的维尔斯迈尔试剂型化合物与羧酸作用，使羧酸转化为酰氯、维尔斯迈尔试剂型化合物转化为盐酸和催化剂。加入的羧酸的量相对于所使用的催化剂为1.0～3.0当量、优选为1.5～2.5当量。小于所述范围时，不足化学计量，导致维尔斯迈尔试剂型化合物残留。另一方面，使用超过所述范围的量时，加入的羧酸作用于目标酰氯而生成酸酐，或由于二酰二氯/二羧酸单酰氯间的平衡等，目标酰氯的纯度可能实质上降低。

本发明的制备方法中，残留的维尔斯迈尔试剂型化合物与加入的羧酸的反应温度没有特别限定，通常采用之前工序中氯化剂与羧酸的反应温度。需要说明的是，因为是稀释浓度下的反应所以反应难以进行时，可以适当升高温度。

本发明的制备方法中，残留的维尔斯迈尔试剂型化合物与加入的羧酸的反应时间没有特别限定，通常设定在0.5～10小时之间。

所得的酰氯可以直接或蒸馏除去溶剂后用于各种反应。蒸馏除去溶剂时的温度根据所得酰氯的热稳定性而适当设定。通常在常压或减压下为20℃～100℃、优选为30℃～80℃。

<实施例>

以下给出实施例及比较例更详细地说明本发明，但本发明不限于下述实施例。

(实施例1)

使292.3g(2.0mol)己二酸混悬于292.3g甲苯中，加入4.39g(0.06mol∶3mol％/己二酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至50℃～55℃。一边维持该温度一边通过流量计以45g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约10小时(总碳酰氯：4.4mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的碳酰氯及氯化氢气体。维尔斯迈尔试剂型化合物漂浮在反应液中，一部分以糊状存在于烧瓶底部。之后，加入5.26g(0.036mol∶1.2当量/DMF)己二酸搅拌1小时。搅拌过程中，维尔斯迈尔试剂型化合物的漂浮物和己二酸的结晶完全溶解。之后，以48L/小时导入氮，蒸馏除去氯化氢气体，得到645.4g反应液。进行GC分析，结果己二酰二氯为56.7wt％(2.0mol)(反应收率98.2％/总己二酸)。之后，在70℃的油浴中10torr下，蒸馏除去甲苯。最后，内部温度达到69℃。所得的粗己二酰二氯为371.5g，GC分析的结果为己二酰二氯：97.1wt％、甲苯：1.3wt％、DMF：0.48wt％、己二酸单酰氯：0.43wt％。己二酰二氯的纯度换算收率为96.8％。

(实施例2)

使236.18g(2.0mol)琥珀酸混悬于236.2g甲苯中，加入1.46g(0.02mol∶1mol％/琥珀酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至55℃。一边维持该温度一边通过流量计以25g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约16小时(总碳酰氯：4.1mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的碳酰氯及氯化氢气体。维尔斯迈尔试剂型化合物漂浮在反应液中，一部分以糊状存在于烧瓶底部。之后，加入2.60g(0.022mol∶2.2当量/DMF)琥珀酸搅拌1小时。在搅拌过程中，维尔斯迈尔试剂型化合物的漂浮物和琥珀酸的结晶完全溶解。之后，以48L/小时导入氮，蒸馏除去氯化氢气体，得到553.5g反应液。进行GC分析，结果琥珀酰二氯为55.62wt％(1.99mol)(反应收率：98.2％/总琥珀酸)。之后，在70℃的油浴中20torr下蒸馏除去甲苯。最后，内部温度达到70℃。所得的粗琥珀酰二氯为311.4g，GC分析的结果为琥珀酰二氯：96.4wt％、甲苯：2.1wt％、DMF：0.51wt％、琥珀酸单酰氯：0.6wt％。琥珀酰二氯的纯度换算收率为95.8％。

(实施例3)

使284.5g(1.0mol)硬脂酸混悬于250.0g甲苯中，加入2.2g(0.03mo l∶3mol％/硬脂酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至50℃。一边维持该温度一边通过流量计以20g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约5小时(总碳酰氯：1.1mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的碳酰氯及氯化氢气体。维尔斯迈尔试剂型化合物漂浮在反应液中，一部分以糊状存在于烧瓶底部。之后加入10.24g(0.036mol∶1.2当量/DMF)硬脂酸搅拌1小时。在搅拌过程中，维尔斯迈尔试剂型化合物的漂浮物和硬脂酸的结晶完全溶解。之后，以48L/小时导入氮，蒸馏除去氯化氢气体，得到562.4g反应液。进行GC分析，结果硬脂酰氯为54.9wt％(1.02mol)(反应收率98.5％/总硬脂酸)。之后，在70℃的油浴中10torr下蒸馏除去甲苯。最后，内部温度达到69℃。所得的粗硬脂酰氯为311.2g，GC分析的结果为硬脂酰氯：98.2wt％、甲苯：1.1wt％、DMF：0.51wt％。硬脂酰氯的纯度换算收率为97.4％。

(比较例1)

使292.3g(2.0mol)己二酸混悬于292.3g甲苯中，加入4.39g(0.06mol∶3mol％/己二酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至50℃～55℃。一边维持该温度一边通过流量计以45g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约8.3小时(总碳酰氯：3.8mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的微量碳酰氯及氯化氢气体。反应液透明均匀未见不溶成分。对得到的603.3g反应液进行GC分析，结果己二酸酰氯为48wt％，反应收率率为79％/己二酸。之后，在70℃的油浴中10torr下蒸馏除去甲苯。最后，内部温度达到68℃。所得的粗己二酰二氯为353.7g，GC分析的结果为己二酰二氯：81.0wt％、甲苯：2.0wt％、DMF：0.48wt％、己二酸单酰氯：14.8wt％。己二酰二氯的纯度换算收率为78.3％/己二酸。

(比较例2)

使236.18g(2.0mol)琥珀酸混悬于236.2g甲苯中，加入4.39g(0.06mol∶3mol％/琥珀酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至55℃。一边维持该温度一边通过流量计以33g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约12小时(总碳酰氯：4.1mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的碳酰氯及氯化氢气体。维尔斯迈尔试剂型化合物漂浮在反应液中，一部分以糊状存在于烧瓶底部。对553.5g反应液进行GC分析，结果琥珀酰二氯为55.6wt％(1.99mol)(反应收率：99.5％/琥珀酸)。之后，在减压下从70℃开始分馏，最后在内部温度达到100℃时结束分馏。甲苯馏分233.1g、初馏分28.4g、中间馏分12.2g、主馏分248.1g及釜底残留物34.7g。中间馏分中琥珀酰二氯的含量为98.8wt％，主馏分中琥珀酰二氯的含量为99.9％。合并中间馏分及主馏分计算出的琥珀酰二氯收率为83.9％/琥珀酸。

(比较例3)

使146.14g(1.0mol)己二酸混悬于146.14g甲苯中，加入1.46g(0.02mol∶2mol％/己二酸)二甲基甲酰胺(DMF)，之后升温至50℃～55℃。一边维持该温度一边通过流量计以27g/小时的速度导入碳酰氯气体进行反应。共导入约18小时(总碳酰氯：4.8mol)。之后，在相同温度下以48L/小时导入2小时氮，蒸馏除去溶解的碳酰氯及氯化氢气体。维尔斯迈尔试剂型化合物漂浮在反应液中，一部分以糊状存在于烧瓶底部。之后加入7.3g(0.05mol∶5当量/DMF)己二酸并搅拌1小时。在搅拌过程中，维尔斯迈尔试剂型化合物的漂浮物和己二酸的结晶完全溶解。之后，以48L/小时导入氮，蒸馏除去氯化氢气体，得到321.2g反应液。进行GC分析，结果己二酰二氯为55.7wt％(0.98mol)(反应收率93.0％/总己二酸)。之后，在70℃的油浴中10torr下蒸馏除去甲苯。最后，内部温度达到69℃。所得的粗己二酰二氯为192.7g，GC分析的结果为己二酰二氯：90.7wt％、甲苯：2.8wt％、DMF：0.43wt％、己二酸单酰氯：5.1wt％。己二酰二氯的纯度换算收率为90.9％。

由实施例1～3可知，根据本发明的方法，通过改变原料羧酸的种类，可以制备各种酰氯。

由实施例1及比较例1可知，为了不使维尔斯迈尔试剂型化合物残留而使碳酰氯量稍低于理论量时，由二氯化物及一氯化物的平衡导致生成了比根据进料比所预测的量多的一氯化物。

由实施例2及比较例2可知，在含有维尔斯迈尔试剂型化合物的状态下进行蒸馏操作时，作为主馏分而得到的酰二氯具有高品质，但骨架平衡被破坏，收率降低。

另外，由实施例1及比较例3可知，为了分解维尔斯迈尔试剂型化合物而加入需要量以上的羧酸时，一氯化物的生成量增加、品质下降，因此除去过剩的氯化剂后加入的羧酸的量相对于催化剂必须为3.0当量以下。

Claims

1.一种酰氯的制备方法，其特征在于，包括

在催化剂存在下，使氯化剂和羧酸反应；

所述反应结束后，从反应体系中除去过剩的氯化剂；和

之后向反应体系中进一步加入相对于所述催化剂为1.0～3.0当量的原料羧酸，分解反应体系中残留的维尔斯迈尔试剂型化合物，

所述催化剂为酰胺型化合物或脲型化合物，

所述羧酸为碳原子数16～30的脂肪族羧酸、或碳原子数3～18的脂肪族二羧酸。

2.如权利要求1所述的酰氯的制备方法，其中，所述氯化剂为碳酰氯。

3.如权利要求1或2所述的酰氯的制备方法，其中，所述催化剂为选自N，N-二甲基甲酰胺、四甲基脲及1，3-二甲基咪唑啉酮中的至少一种。

4.如权利要求1所述的酰氯的制备方法，其中，所述羧酸为碳原子数3～12的脂肪族二羧酸。