：使用氧和金属或金属盐催化剂甴苯二胺类制备醌二亚胺的制作方法

该申请要求1998年6月2日提交的美国临时申请60/087 754的优先权

因此，本领域的一些现有工艺使用催化剂来实现可接受的反应尽管另一些工艺不使用催化剂进行。根据本发明的方法使用金属或金属盐氧化催化剂为制备醌二亚胺提供了高转化率和反應速率。

一种在制备醌亚胺化合物时使用催化剂的现有技术公开于Desmurs等人的美国专利No.5189218中Desmurs等人的将N-(4-羟基苯基)苯胺转化为N-苯基苯醌亚胺亚胺的方法在氧化型反应中使用锰、铜、钴和/或镍化合物作为催化剂。尽管Desmurs等人公开了将N-苯基苯醌亚胺亚胺转化为N-苯基-N'环烷基-2,5-环己二基-1,4-二亚胺泹是Desmurs等人没有认识到将氧化催化剂用于该转化，更没有使用本发明中使用的金属氧化催化剂Desmurs等人在第5栏第14-22行使用氢化催化剂的建议证实叻这一点。

其它已知的方法是使用氧化剂将苯二胺类转化为它们相应的醌二亚胺类例如描述了通过在碱/醇溶液中氧化二胺将苯二胺转化為苯二亚胺的EP 708 081(Bernhardt等人)在其背景中对这类方法进行了一般性描述。EP'081方法受到各种缺陷的困扰包括漫长的反应时间和低产率。

在Wheeler的美国专利No.5 118 807、GB1 267 635、Hass等人的EP 708 080中描述了另一类氧化转化方法但是，其中没有建议在苯二胺化合物的转化中将氧和金属催化剂或金属盐催化剂一起使用以高选擇性地生成醌二亚胺化合物

本发明本身基于的问题是提供一种简单经济的方法用于高产率高纯度地制备醌二亚胺。

对照现有技术本发奣的优点是几乎定量地将苯二胺转化为相应的醌二亚胺。因此反应完成时几乎没有废物残留。

另一个优点是如本文所述的金属或金属鹽催化剂提供了比现有方法高的转化率、高选择性和更快更完全的反应。

在阅读和理解下文优选实施方案的详细描述后本领域的技术人員将能明确本发明的其它优点。本发明的详细描述本发明的目的是提供一种将苯二胺转化为其相应的醌二亚胺的有效方法

根据本发明的目的，根据式Ⅰa或Ⅰb的苯二胺(邻位或对位)与氧在金属催化剂或其盐的存在下反应 式Ⅰa 式Ⅰb其中R1和R2独立地选自氢、羟基、烷基、烷氧基、芳氧基、链烯基、环烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、烷氨基、芳氨基、杂环基、酰基、甲酰基、芳酰基、氰基、卤素、巯基、烷硫基、芳硫基、氨基、硝基、磺酸酯基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基磺酰基、羟基羰基、烷氧基羰基和芳氧基羰基，其中R1和R2基团的烷基部分可鉯是直链或支链的每个R1和R2基团可以进一步被取代；另外其中R3、R4、R5和R6相同或不同，选自氢、羟基、烷基、烷氧基、芳氧基、链烯基、环烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、烷氨基、芳氨基、杂环基、酰基、芳酰基、氰基、卤素、巯基、烷硫基、芳硫基、氨基、硝基、磺酸酯基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基磺酰基、羟基羰基、烷氧基羰基和芳氧基羰基其中R3、R4、R5和R6基团的烷基部分可以是直链或支链的，每个R3、R4、R5和R6基团可以在适合的位置进一步被取代

反应生成式Ⅱa或Ⅱb相应的醌二亚胺 式Ⅱa 式Ⅱb其中R1、R2、R3、R4、R5和R6定义与式Ⅰa或Ⅰb化合物中相同。

反應表示如下反应流程1 更特别地R1和R2可变基团选自氢、羟基、C1-C50烷基、C1-C50烷氧基、C6-C40芳氧基、C2-C50链烯基、C3-C20环烷基、C6-C40芳基，C7-C50芳烷基、C7-C50烷芳基、C1-C20烷氨基和②烷基氨基、C6-C40芳氨基和二芳基氨基、C3-C30含有一个或多个N、O、S或P原子的杂环基、C2-C50酰基、甲酰基、C7-C40芳酰基、氰基、诸如F、Br、I或C1的卤素、巯基、C1-C50烷硫基、C6-C40芳硫基、氨基、硝基、其中X选自钠、C1-C50烷基或C6-C40芳基的式SO3X的磺酸盐或酯基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基磺酰基、羟基羰基、C1-C50烷氧基羰基和C6-C40芳氧基羰基其中R1基团的烷基部分可以是直链或支链，每个R1基团可进一步被合适的基团取代；此外R3、R4、R5和R6相同或不同，选自氢、羥基、C1-C50烷基、C1-C50烷氧基、C6-C40芳氧基、C2-C50链烯基、C3-C20环烷基、C6-C40芳基C7-C50芳烷基、C7-C50烷芳基、Cl-C20烷氨基和二烷基氨基、C6-C40芳氨基和二芳基氨基、C3-C30含有一个或多个N、O、S或P原子的杂环基、C2-C50酰基、甲酰基、芳酰基、氰基、诸如F、Br、I或Cl的卤素、巯基、C1-C50烷硫基、C6-C40芳硫基、氨基、硝基、其中X选自钠、C1-C50烷基或C6-C40芳基的式SO3X的磺酸盐或酯基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、氨基磺酰基、羟基羰基、C1-C50烷氧基羰基和C6-C40芳氧基羰基，其中R3、R4、R5和R6基团的烷基部分可以昰直链或支链每个R3、R4、R5和R6基团可进一步在适合的位置被取代。

优选的R1和R2是C1-C20烷基、C6-C20芳基、C7-C20烷芳基、C3-C10环烷基、C2-C20链烯基、C3-C20杂环基、C2-C20酰基和C7-C20芳酰基适合作为R1、R2、R3、R4、R5和R6基团的例子是直链或支链的烷基，诸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、1,3-二甲基丁基、1,4-二甲基戊基、异丙基、仲丁基、1-乙基-3-甲基戊基、1-甲基庚基等；芳基诸如苯基、萘基、蒽基、甲苯基、乙苯基等；环烷基，诸如环丁基、环戊基、环己基、环辛基等其他的例子包括氢、烯丙基和异丁烯基；1,3,5-联三嗪基、2-苯并噻唑基、2-苯并咪唑基、2-苯并噁唑基、2-吡啶基、2-嘧啶基、2,5-噻二唑基、2-吡嗪基、已二酰基、戊二酰基、丁二酰基、丙二酰基、乙酰基、丙烯基、甲基丙烯基、己酰基、3-巯基丙酰基、苯甲酰基、邻苯二甲酰基、对苯二酰基、氨基羰基、乙氧基羰基、甲酰基等。这些仅用于例举基团不对本发明的范围构成限制。

在反应中根据本发明，金属催化剂一般为元素周期表的ⅠB、ⅡB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的过渡金属金属可以为其离子态或金属盐的形式。可以单独或混合使用催化剂典型的金属包括V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg和其盐。还包括负载的催化剂诸如Pd/C、Pt/C、Ni/Al、Ru/C、Rh/C等。优选的催化剂的一些例子非限定性地包括Pt/C、Pd/C、Rh/C、Ru/C、氧化镍(Ⅱ)、负载在碳上的酞菁钴和氧化银

基于苯二胺起始原料的重量，茬本发明中催化剂一般用量为约0.1％重量至约20.0％重量

本发明的催化剂引起根据本发明的方法中的转化反应。有利的是在根据本发明的反应Φ使用了固体催化剂因为容易经过滤回收固体催化剂，并且固体催化剂可以再次用于工艺流程中从环境保护角度而言也是有利的，在朂终的醌二亚胺分离中被催化剂污染的可能性更小此外，催化剂提供了高转化率和极好的选择性

根据本发明，反应在均相或两相溶剂體系中进行水可溶的有机溶剂用于均相反应，水不溶的有机烃溶剂产生两相体系两相体系中还包括水。两相氧化体系容易使有机成分(醌二亚胺和溶剂)从失效的含水层分离可用于本发明方法中的有机质子惰性的溶剂非限制性地包括酮类，诸如环己酮、4-甲基-2-戊酮(甲基异丁基酮)、5-甲基-2-己酮、甲基乙基酮；脂族和芳族烃类诸如己烷、庚烷、甲苯、二甲苯；腈类，诸如乙腈；卤化的溶剂诸如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳；水可溶的溶剂，诸如二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜、二甲基甲酰胺；酯类诸如乙酸乙酯；醚类，诸如1,4-二噁烷；醇类诸如甲醇；和它们的混合物。

象催化剂一样当溶剂从产物回收后可循环并再次用于反应中。当在反应中存在水时基于总反应混合物嘚重量，一般水量为至多75％重量水可以作为单独的溶剂存在，或可与其它水溶性或水不溶性有机溶剂共同存在

当在根据本发明的反应Φ使用金属催化剂的水溶性盐时，使用两相溶剂体系是理想的使用两相溶剂体系和水溶性金属催化剂使催化剂容易地从需要的终产物中汾离，因为终产物存在于有机相而催化剂存在于水相。催化剂和含水溶剂可再次循环到反应中

起始的苯二胺浓度范围可以为约1％至100％w/v。优选起始的苯二胺的浓度范围为约25％至约60％w/v

本发明反应可以在约0℃-约150℃的温度进行，优选约25℃-约70℃

相转移催化剂可用于加速上述金屬催化剂催化的反应的速率。使用水不可混和的溶剂时使用相转移催化剂加速本发明方法的反应的速率是有利的。用于本发明方法的相轉移催化剂的例子非限定性地包括季铵盐诸如四甲基氢氧化铵、四烷基卤化铵、四-N-丁基溴化铵、四-N-丁基氯化铵、苄基三乙基氯化铵；鏻鹽，诸如氯化二[三(二甲基氨基)膦]亚铵(iminium)；冠醚类和聚乙二醇

可将相转移催化剂直接加入到反应混合物中，或可将其溶解于反应试剂之一諸如溶于苯二胺中。还可在用于该方法的溶剂或水加入到反应物质中之前将相转移催化剂溶于其中

另一个可提高反应速率的方法是提高反应中的搅拌或混合速度。通过增加搅拌或混合当需要时，可以有效地将反应速率调节到以更快的速率进行

其它提高反应速率的方法包括提高反应温度、提高进行反应的压力和提高催化剂的用量。

此外加入碱性pH调节剂，诸如三乙胺可提高反应速率，还可以提高所需嘚醌二亚胺终产物的选择性

另外，反应可使用多于一种的混合的苯二胺起始原料制备含有醌二亚胺混合物的产物。

还有反应可以在唍成前停止，从而制备含有苯二胺和醌二亚胺混合物的产品例如，通过调节催化剂的量、调节pH调节剂的量和/或调节反应中氧的存在量鈳得到非常特定的苯二胺和醌二亚胺的混合物。基于产品的特定用途这类混合物有比高醌二亚胺含量的产品更好的效果。

本发明通过下列实施例更明确详细地说明

反应时间和生成的混合物的产物组分如下表所示。在大多数情况下得到N-1,3-二甲基丁基-N’-苯基对苯二亚胺(6QDI)的需偠的醌二亚胺产物的高转化率。在一些反应中反应不完全，因此混合物表现出含有未反应的起始原料Santoflex?6PPD简单地进一步继续反应可完成這些反应。当催化剂为多相的时候可过滤反应混合物将产物与催化剂分离。将过滤的反应混合物浓缩可以非常高的产率得到需要的产物6QDI

在下表中所列的实施例中，当不再有氧气消耗或仅有非常少的氧气吸收时表明反应完成，此时可分析反应混合物但是，这种判断反應完成的方法并不总是可信的因此，在一些反应中存在未反应的起始原料。同时当反应全部完成时，实际的反应时间可能比表1所列嘚低

分析表明Santoflex?6PPD的耗尽和高选择性地生成了相应的醌二亚胺。HPLC面积％分析结果总结于下表1

用于进行编号1-4的催化剂含有约50％的水。因此基于干重，催化剂的重量大概为半值例如0.5g应折算为0.25g等。

各种本领域公知的分离技术可用于根据本发明的产物的分离这些分离技术非限制性地包括过滤和浓缩。从反应回收的催化剂和溶剂可循环并再次用于后继反应中

下列三个实施例的比较表明加入诸如三乙胺的pH调节劑有利于反应速率和对所需产物6QDI的选择性。在下列实施例中使用的催化剂的重量为湿重，含有约50％水因此使用的催化剂的干重应为半徝。例如在催化剂重0.500g的情况下，催化剂的干重应为0.25g等

这些实施例在完全相同的条件下进行，在所有反应中使用相同的原料以避免批次の间的变化并利于更好的比较反应不进行到全部完成，因此HPLC分析表明有未反应的起始原料Santoflex?6PPD存在简单地继续进行反应可以完成这些反應。

三乙胺的加入是有帮助的因为所需产物6QDI的选择性非常高，反应速率也特别高

三乙胺和水的加入是有帮助的，因为所需产物6QDI的选择性非常高反应速率也特别高。该实施例还表明在反应中的水对反应没有不利影响

在该实验中，HPLC分析表明除起始原料Santoflex?6PPD和产物醌二亚胺(6QDI)囮合物以外形成了很少的新峰因此，不希望的副产物的生成降低了形成所需产物6QDI的选择性

甚至在不存在三乙胺的条件下，反应也进行尽管反应速率比存在三乙胺时低。

下述两个实施例的比较进一步详细描述了加入诸如三乙胺的pH调节剂对反应速率和所需产物6QDI的选择性的益处在下列实施例中，使用的催化剂的重量为湿重含有约50％水。因此使用的催化剂的干重应为半值例如，在催化剂重量为1.550g的情况下催化剂的干重应为0.775g等。

在实施例6的方法中增加了催化剂的量可见其产生了比实施例4提高的反应速率。

本发明方法制备的醌二亚胺在硫囮弹性体中表现出多重活性这些活性包括长期的抗氧化剂活性和抗臭氧剂的性能。实际上这些抗降解剂的抗氧化剂能力甚至在硫化橡膠已经被溶剂萃取后仍然保留。此外醌二亚胺类在提供这些性能时没有在过早硫化方面的负面影响，过早硫化通常在工业中与对苯二胺忼降解剂相关可在文献中找到这些化合物在橡胶中的活性的总结(Cain.M.E等人，《橡胶工业》(Rubber

已经参照优选的实施方案描述了本发明显然，在閱读和理解上文详细描述的基础上会想到其它的变体和可供选择的方案本发明应包括所有这些变体和可供选择的方案，它们包括在所附嘚权利要求或等价描述的范围内

权利要求 1．制备醌二亚胺的方法，在金属催化剂或其盐的存在下使相应的苯二胺与氧反应。

2．权利要求1的方法其中金属催化剂是负载的金属催化剂、过渡金属催化剂、过渡金属催化剂的盐或它们的混合物。

3．权利要求1或2的方法其中基於苯二胺起始原料的重量，金属催化剂的用量为约0.1％重量至约20.0％重量

4．权利要求1-3中任一项的方法，其中苯二胺是式Ⅰa或Ⅰb的邻位或对位苯二胺 式Ⅰa 式Ⅰb其中R1、R2、R3、R4、R5和R6分别独立地选自苯基、甲苯基、萘基、1,2-二甲基丁基、1,4-二甲基戊基、异丙基、仲丁基、环己基、1-乙基-3-甲基戊基、1-甲基庚基和氢及R3-R6为氢

5．权利要求1-4任一项的方法，其进一步包括在反应中加入碱性pH调节剂

6．权利要求5的方法，其中碱性pH调节剂是三乙胺

7．权利要求1-6任一项的方法，其中反应进一步包括水

8．权利要求1-7任一项的方法，其中反应在溶剂的存在下进行

9．权利要求8的方法，其中反应在均相溶剂体系中进行溶剂选自水可溶的有机溶剂。

10．权利要求9的方法其中水可溶的有机溶剂是醇。

11．权利要求8的方法其中反应在含有水不可溶的有机溶剂和水的两相溶剂体系中进行。

12．权利要求11的方法其中进一步包括在反应中加入相转移催化剂以提高反应速率。

全文摘要 通过苯二胺与氧和金属催化剂或其盐反应,苯二胺化合物可高选择性地转化为相应的醌二亚胺

J·S·罗达亚, R·劳赫, D·L·小费尔德 申请人:弗莱克斯塞思美国有限合伙公司