4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法

文档序号:23685 发布日期:2021-09-21 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法 (Method for producing 4-hydroxy-2-methylbenzoic acid ) 是由 今井凉太 芦田一仁 于 2020-03-03 设计创作,主要内容包括:本发明的课题在于提供一种适合工业化的新型4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法。作为解决方法,提供一种4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法,其特征在于,进行使通式(1)所表示的化合物与二氧化碳反应而得到通式(2)所表示的化合物的工序(I),接着进行使通式(2)所表示的化合物脱烷基化的工序(II)。(The present invention addresses the problem of providing a novel method for producing 4-hydroxy-2-methylbenzoic acid, which is suitable for industrial production. As a means for solving the problem, a method for producing 4-hydroxy-2-methylbenzoic acid is provided, which is characterized by comprising a step (I) of reacting a compound represented by the general formula (1) with carbon dioxide to obtain a compound represented by the general formula (2), and a step (II) of dealkylating the compound represented by the general formula (2).)

4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法

技术领域

本发明涉及一种新型4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法,其具有将羧基导入至酚类的工序。

背景技术

作为羧基向酚类的导入反应,已知科尔贝-施密特反应。科尔贝-施密特反应是使用碱金属苯氧化物与二氧化碳的反应,作为反应条件多数情况需要高温、高压,具体而言,需要反应温度为200℃左右,反应压力为数百到数千kPa左右。因此,科尔贝-施密特反应需要专用的设备。此外,科尔贝-施密特反应的反应选择率低,多数情况下难以实现在目标苯环位置上的羧基化。尤其是被烷基取代的酚类,由于取代基的立体性、电子性的因素,难以表现目标位置的选择性。

另一方面,尽管4-羟基-2-甲基苯甲酸作为医药品原料或树脂原料有用,但在尝试将羧基导入至酚性羟基的对位时,由于相邻接的甲基的存在,有羧基化的选择率降低的问题。在该羧基的导入过程中,为提高反应选择性报告有各种方案。

例如,专利文献1中记载有,以间甲酚的钾盐作为起始原料,通过在235℃、8.5MPa下使碳酸钾、一氧化碳进行反应,能够以收率18mol%(相对于间甲酚)得到4-羟基-2-甲基苯甲酸与4-甲基水杨酸的混合物,但不能称之为选择性优异的反应。

此外,专利文献2中记载有,以间甲酚作为起始原料,使用环糊精与表氯醇的共聚物、铜粉末作为催化剂,通过在氢氧化钠水溶液中使其与四氯化碳反应,由此可高选择性地使酚性羟基的对位羧基化。但是,所使用的四氯化碳是破坏臭氧层的物质,使用大量的氢氧化钠水溶液,进一步使用与原料同等量程度的催化剂等反应条件,作为工业上的制造方法缺乏实用性。

进一步,专利文献3中记载有,以3,4-二甲苯酚作为起始原料,使用微生物的恶臭假单胞菌,通过使酚性羟基对位的甲基氧化,由此可选择性地合成4-羟基-2-甲基苯甲酸。但是,需要进行微生物的管理以及需要反应、处理专用的特殊设备等,因此作为工业上的制造方法并不实用。

专利文献

专利文献1:美国专利第3655744号说明书

专利文献2:国际公开第1985/03701号

专利文献3:日本特开平07-213295号公报

发明内容

本发明以上述情况为背景而完成,其课题在于提供一种适合工业化的新型4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法。

本发明者们对上述现有技术的问题点进行了深入研究,结果发现,通过进行工序(I),所述工序(I)指使用具有可脱离的烷基的通式(1)所表示的化合物与二氧化碳进行科尔贝-施密特反应,接着进行脱烷基化的工序(II),可得到酚性羟基的对位被高选择性地羧基化的4-羟基-2-甲基苯甲酸,从而完成适合工业化的以温和的反应条件进行的本发明。

此外,发现通过使用非质子性极性溶剂作为工序(I)的反应溶剂,可进一步提高反应效率。

本发明如下所示。

1.一种4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法,其特征在于,进行使下述通式(1)所表示的化合物与二氧化碳反应而得到下述通式(2)所表示的化合物的工序(I),接着进行使通式(2)所表示的化合物脱烷基化的工序(II),

[化学式1]

式中,R1表示碳原子数3~8的支链状烷基或碳数5~6的环状烷基,R2表示氢原子或碱金属,n表示1~3的整数;

[化学式2]

式中,R1、R2、n为通式(1)中的定义,R3表示氢原子或碱金属。

2.根据1.所述的制造方法,其特征在于,使用非质子性极性溶剂作为工序(I)的反应溶剂。

本发明的4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法与以往公知的科尔贝-施密特反应相比,由于是在非常温和的反应条件下进行反应,因此在不需要进行高温高压反应的专用设备或反应装置的方面,非常有用。

此外,由于本发明的制造方法可选择性且高效地得到4-羟基-2-甲基苯甲酸,因此作为工业上的制造方法是非常有利的方法。

尤其,通过使用非质子性极性溶剂作为工序(I)的反应溶剂,可进一步提高反应效率,因此在工业上也有用。

具体实施方式

以下,详细说明本发明。

本发明的制造方法为下述制造方法:如下述反应式所示,进行使通式(1)所表示的化合物与二氧化碳反应而得到下述通式(2)所表示的化合物的工序(I),接着进行使通式(2)所表示的化合物脱烷基化的工序(II)。

[化学式3]

(反应式中,R1、R2、R3及n与上述通式(1)(2)中的定义相同。)

<关于工序(I)>

工序(I)的反应是使通式(1)所表示的化合物与二氧化碳反应而得到通式(2)所表示的化合物的工序。

(通式(1)所表示的化合物)

本发明的制造方法将通式(1)所表示的化合物用于起始原料。

通式(1)中的R1表示碳原子数3~8的支链状烷基或碳数5~6的环状烷基,具体而言,例如可列举:异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、1-甲基丁基、1,1-二甲基丙基、1-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1-甲基-1-乙基丙基、1-甲基己基、1,1-二甲基戊基、1-甲基-1-乙基丁基、1-甲基庚基、1,1-二甲基己基、1-甲基-1-乙基戊基、1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基、环戊基、环己基等。其中优选叔烷基,具体而言为叔丁基、1,1-二甲基丙基、1,1-二甲基丁基、1-甲基-1-乙基丙基、1,1-二甲基戊基、1-甲基-1-乙基丁基、1,1-二甲基己基、1-甲基-1-乙基戊基、1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基,更优选叔丁基或1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基,特别优选叔丁基。考虑到科尔贝-施密特反应的配向性,通式(1)中的R1的取代位置优选为羟基的邻位,就高选择性地得到作为目标物的4-羟基-2-甲基苯甲酸而言,进一步优选甲基的对位。

通式(1)中的R1的数量n表示1~3的整数,在n为2或3的情况下,R1不一定需要为相同的取代基,也可以为不同种类的取代基,但从导入的容易性或脱烷基化的观点出发,优选同种类的取代基。从脱烷基化反应的容易性出发,n优选为1。

此外,通式(1)中的R2表示氢原子或碱金属。作为碱金属,具体而言可列举锂、钠、钾,其中优选钠或钾,特别优选钾。

作为通式(1)所表示的化合物的优选例子,可列举:2-异丙基-5-甲基苯酚、2-(1-甲基丙基)-5-甲基苯酚、2-叔丁基-5-甲基苯酚、2-(1-甲基丁基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基戊基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基己基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基庚基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚、2-环戊基-5-甲基苯酚、2-环己基-5-甲基苯酚、2,6-二异丙基-3-甲基苯酚、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚、2-异丙基-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基丙基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基戊基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基己基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基庚基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-环戊基-5-甲基苯酚的钠盐、2-环己基-5-甲基苯酚的钠盐、2,6-二异丙基-3-甲基苯酚的钠盐、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚的钠盐、2-异丙基-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基丙基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基戊基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基己基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基庚基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-环戊基-5-甲基苯酚的钾盐、2-环己基-5-甲基苯酚的钾盐、2,6-二异丙基-3-甲基苯酚的钾盐、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚的钾盐等。其中,优选具有叔烷基的2-叔丁基-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚的钠盐、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基丙基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基丙基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基戊基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基己基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1-甲基-1-乙基戊基)-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐、2,6-二叔丁基-3-甲基苯酚的钾盐、更优选2-叔丁基-5-甲基苯酚、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钠盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钠盐、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐、2-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-5-甲基苯酚的钾盐,特别优选2-叔丁基-5-甲基苯酚、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钠盐、2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐。

进一步,作为起始物质而使用通式(1)所表示的化合物和其盐的混合物的情况下,相对于R2为氢的化合物1mol,R2为碱金属的盐优选为1.0mol以上,上限优选为2.0mol以下,更优选为1.5mol以下,进一步优选为1.3mol以下。

(二氧化碳)

工序(I)的反应在反应容器内存在二氧化碳气体的状态下进行。就二氧化碳气体而言,可向具有通式(1)所表示的化合物的反应容器内连续地吹送,也可以断续地吹送,优选连续吹送的方法。此外,可将二氧化碳气体吹送至含有通式(1)所表示的化合物的反应液的液体中,也可以吹送至反应液和反应容器的空间部。反应时的压力可配合设备在常压、加压的任一种下进行实施,作为二氧化碳压力优选在大气压~50.0kgf/cm2的范围内进行。

(反应溶剂)

使用非质子性极性溶剂作为工序(I)的反应中所使用的反应溶剂时,能够进一步提高反应效率,因此优选。具体而言,该非质子性极性溶剂例如可列举:1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、环丁砜、碳酸丙烯酯、六甲基磷酸三酰胺、N,N'-二甲基丙烯基脲、四甲基脲等。其中,优选即使在通式(1)所表示的碱金属盐的存在下稳定性也优异的物质,优选1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜。此外也可以将这些任意组合来使用。非质子性极性溶剂的使用量无特别限定,但从经济性的方面考虑,通常相对于通式(1)所表示的化合物为0.1重量倍以上,优选为0.5~100重量倍,更优选为1~20重量倍。

这些非质子性极性溶剂也可与其他溶剂并用来使用。作为可以并用的溶剂,只要对于反应为非活性则无特别限制,例如除了甲苯、二甲苯等芳香族烃类溶剂,己烷、环己烷等直链状或环状脂肪族烃类溶剂之外,也可以将反应中使用的通式(1)所表示的化合物作为溶剂来使用。此外,得到通式(1)所表示的化合物的盐时,为使反应系统内脱水而使用的溶剂(与水共沸的溶剂)也可以存在于反应系统内。进一步,这些可与非质子性极性溶剂并用的溶剂,可以单独使用,也可以并用2种以上。

(反应条件)

工序(I)中的反应温度优选为20~100℃,更优选为50~90℃,特别优选为60~80℃。反应压力通常在常压下进行,但也可以在加压下进行。反应时间虽根据反应温度等条件而不同,但通常为1~50小时的范围,优选为1~40小时的范围,更优选为1~30小时的范围。进一步,工序(I)的反应是使用非质子性极性溶剂作为反应溶剂,在反应温度20℃~100℃、常压条件下实施反应,更优选使用非质子性极性溶剂作为反应溶剂,在反应温度50~90℃、常压条件下实施反应,特别优选使用非质子性极性溶剂作为反应溶剂,在反应温度60~80℃、常压条件下实施反应,此时,由于酚性羟基的对位被高选择性地羧基化,因此在有效得到作为目标的通式(2)所表示的化合物方面,是优选的反应条件。

就工序(I)的反应而言,由于反应系统内如果存在水则会阻碍反应的进行,因此需要反应系统内为充分脱水的状态。作为使反应系统内脱水的方法,可依据公知的方法进行,例如有效且简便的是:加入甲苯或乙酸乙酯等与水共沸的溶剂,在馏出理论量的水后回收该共沸溶剂的方法。此外,作为其他例子,可列举使用另外制备的通式(1)所表示的化合物的无水的盐的方法等。在这种情况下,使用的反应溶剂优选经过脱水。

(反应后处理)

通过在工序(I)的反应结束后添加酸,可以使所得的通式(2)所表示的化合物作为结晶固体而析出。作为可以使用的酸,只要是定义为布式酸的酸则任一种均可,具体而言,可列举盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸或草酸、柠檬酸、乙酸等有机酸。其中,优选盐酸、硫酸。此外,这些酸可以任意组合使用。

使用的酸的量根据由通过工序(I)所得的通式(2)所表示的化合物的量而不同,但相对于起始原料即通式(1)所表示的化合物,优选为1mol倍以上,在某种程度上也可过量添加。

因酸的添加而析出的固体在经过滤等分离后,优选使用水和溶剂进行洗净。此时,作为可使用的溶剂,优选对析出的固体和水的溶解度小,且能分散的溶剂。具体而言,可列举以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油醚、煤油等为代表的脂肪族烃,以苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙基苯、异丙苯、萘等为代表的芳香族烃。此外也可以将这些任意组合使用。

(关于通式(2)所表示的化合物)

本发明的制造方法中的中间物是通式(2)所表示的化合物。

与通式(2)中的R1、R2、n相关的具体例子或优选例子,与上述通式(1)中的R1、R2、n相同。此外,与通式(2)中的R3相关的具体例子或优选例子,与上述通式(1)中的R2相同。其中,在通式(2)中,R2和R3可以相同,也可以不同,但就效率而言优选相同。

作为由通式(2)所表示的化合物的优选例子,可列举:5-异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基庚基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-环戊基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-环己基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、3,5-二异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、3,5-二叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基庚基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-环戊基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-环己基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、3,5-二异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、3,5-二叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基庚基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-环戊基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-环己基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、3,5-二异丙基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、3,5-二叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐等。其中优选5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丙基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基己基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1-甲基-1-乙基戊基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸、3,5-二丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、3,5-二叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基-3,3-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、5-(1,1-二甲基丁基)-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐、3,5-二叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐,特别优选5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钠盐、5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的钾盐。

<关于工序(II)>

工序(II)的反应是使由工序(I)所得的通式(2)所表示的化合物脱烷基化的工序。

(催化剂)

工序(II)的反应可以在催化剂的存在下进行。作为可使用的催化剂,具体而言,例如可列举:硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸等磺酸类,氯化铝(III)、三氟化硼、溴化铁(III)等路易斯酸。尤其通过在氯化铝(III)的存在下进行反应,可以在短时间内有效地进行反应,因此优选。

相对于通式(2)所表示的化合物,使用的催化剂量可以从0.01~5mol倍中进行选择,当使用的催化剂为路易斯酸的情况下,优选为1~3mol倍,更优选为2~3mol倍。当使用的催化剂为磺酸的情况下,优选为0.1~1mol倍左右。

(反应溶剂)

工序(II)的反应可以在浆状、溶液状的任一种中实施。作为可使用的反应溶剂,具体而言,可列举以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油醚、煤油等为代表的脂肪族烃,以苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙基苯、异丙苯、萘等为代表的芳香族烃,以二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯为代表的含卤素溶剂等。

使用的反应溶剂的使用量无特别限定,但从经济性的方面考虑,通常相对于通式(2)所表示的化合物为0.1重量倍以上,优选为0.5~100重量倍,更优选为1~20重量倍。

(反应条件)

工序(II)中的反应温度可根据所使用的催化剂或反应溶剂进行任意选择。例如,使用路易斯酸催化剂的情况下,为20~80℃,优选为25~60℃,更优选为30~50℃。使用磺酸催化剂的情况下,为80~200℃,优选为100~190℃,更优选为120~180℃。

工序(II)中的反应压力可以是常压、减压中的任一种。在能够将生成的烃气体有效地排出至反应系统外这一点上,优选在减压下进行反应。此外,即使在常压下进行反应,通过一边使少量的惰性气体流入至反应系统内一边实施反应,也可以获得将生成的烃气体有效地排出至反应系统外的效果。

实施工序(II)的反应时间,可根据使用的催化剂或反应溶剂在1~24小时的范围内,一边适当确认反应的进行一边实施。如果反应时间短,则有时反应无法充分进行,此外,如果反应时间变长则会进行目标外的反应,从而成为选择率恶化的原因。

(反应后处理)

在工序(II)的反应中使用催化剂的情况下,在反应结束后,需要根据所使用的催化剂进行后处理。对应催化剂种类的后处理可依据公知的方法进行。

例如,使用氯化铝(III)作为催化剂的情况下,需要将后处理中使用的由水与无水氯化铝反应生成的氢氧化铝,用酸溶解于水中,使其与目标物分离。作为可使用的酸,只要是定义为布式酸的酸则任一种均可,具体而言,可列举盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸或草酸、柠檬酸、乙酸等有机酸。尤其优选盐酸、硫酸。此外,这些酸可以任意组合使用。作为使用的酸的量,优选相对于使用的氯化铝(III)为过剩量。在此,如果不添加足够的酸,则目标物就不会析出。添加酸时,除反应溶剂之外,还可以使用溶剂。作为可使用的溶剂,优选目标物的溶解度小的溶剂,具体而言可列举以己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、石油醚、煤油等为代表的脂肪族烃,以苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙基苯、异丙苯、萘等为代表的芳香族烃。此外也可以将这些任意组合使用。

在使用催化剂进行后处理之后,为了分离目标物可采取公知的方法。例如,向经催化剂后处理后的液体中添加不良溶剂或馏除溶剂,如上所述使用氯化铝(III)作为催化剂的情况下,通过与含酸溶液混合等使目标物析出,并对其进行过滤,从而可得到目标物的析出物。

所得的析出物可通过重结晶等方法进一步进行精制。重结晶的精制优选组合良溶剂和不良溶剂进行。作为良溶剂,例如可以使用甲醇、乙醇、丙醇等醇类溶剂,丙酮、甲基异丁基酮等酮类溶剂等,作为不良溶剂,例如可以使用水或庚烷、环己烷、甲苯等烃类溶剂等。

<最终产物:4-羟基-2-甲基苯甲酸>

根据本发明的制造方法,可得到纯度为98.0%以上,优选为98.5%以上,更优选为99.0%以上的,作为目标的4-羟基-2-甲基苯甲酸。

实施例

以下,通过实施例具体说明本发明,但本发明不仅限于这些实施例。

另外,实施例中的原料转化率、反应选择率和纯度通过以下方法进行分析。

[分析方法]

1.液相色谱装置、分析条件、分析样本制备方法

装置:株式会社岛津制作所制ProminenceUFLC

泵:LC-20AD

柱温箱:CTO-20A

检测器:SPD-20A

色谱柱:HALO C18

烘箱温度:50℃

流量:0.7ml/min

流动相:(A)乙腈、(B)0.1wt%磷酸水溶液

梯度条件:(A)体积%(从分析开始的时间)

20%(0min)→40%(5min)→100%(5min)→100%(2min)

样本注入量:3μl

检测波长:280nm及254nm

<反应液分析>

精密称取反应液至50ml容量瓶中。按顺序添加水(10ml)、85%磷酸(1滴),用乙腈对准标线。其中,含有AlCl3时用针筒过滤器过滤。

<结晶分析>

精密称取结晶至50ml容量瓶中,用乙腈对准标线。

2.反应选择率的计算方法

“反应选择率(%)”=(反应液中的目标物量)÷(反应液中的目标物与副产物的合计量)×100

另外,上述式中的“反应液中的目标物量”和“反应液中的目标物与副产物的合计量”,使用绝对标准曲线法由液相色谱测得的数值计算。

<关于绝对标准曲线法>

分别针对原料、目标物、杂质的部分,预先制作出上述分析方法中由各浓度(浓度:1、2、10、30mg/50ml的4种)所计算的标准曲线。对反应液(结晶)进行取样,用50ml容量瓶制备经乙腈稀释的液体。使用标准曲线由分析所得的面积值计算稀释后的浓度,通过计算反应液(结晶)中所含的各组成的重量,导出下述原料转化率及选择率。

<参考例1(2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐的合成)>

向茄形烧瓶中装入2-叔丁基-5-甲基苯酚70.0g(0.43mol)、48.8%氢氧化钾水溶液53.9g(0.47mol),使用旋转式蒸发器于温度180℃、压力1.2kPa下用时2小时以上充分馏除系统内的水分。于干燥的氮气气氛下将所得的固体用乳钵进行粉碎,作为白色粉末得到86.1g的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐。

针对基于本发明的通式(1)中的取代基“R1”的存在的工序(I)的反应选择性,在实施例1和比较例1中进行验证。

<实施例1>

向四口烧瓶中装入由参考例1所得的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐12.1g(0.06mol)、2-叔丁基-5-甲基苯酚88.2g(0.54mol),升温至温度70℃为止,一边将二氧化碳吹送至液面一边搅拌,进行反应5小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为19%。

<比较例1>

将以与参考例1相同的方法所得的间甲酚的钾盐13.3g(0.09mol)、轻油50.0g装入高压釜中,一边吹送二氧化碳一边于170~200℃下进行反应5小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果以收率42.1%得到作为主产物的4-甲基水杨酸。此时的4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为0%。

<关于反应选择性的考察>

由上述实施例1的结果确认到,在使用2-叔丁基-5-甲基苯酚作为起始原料的科尔贝-施密特反应中,在与以往的科尔贝-施密特反应温度相比极低的温度(实施例1为70℃)下,可得到酚性羟基的对位被选择性地导入羧基的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸。

与之相对,由比较例1的结果确认到,如果使用间甲酚(3-甲基苯酚)作为起始原料进行科尔贝-施密特反应,则即使在与以往相同的170~200℃的高温条件下,也无法完全得到酚性羟基的对位被导入羧基的4-羟基-2-甲基苯甲酸,仅能得到酚性羟基的邻位被导入羧基的4-甲基水杨酸。

由实施例1和比较例1的结果可知,在本发明的通式(1)所表示的化合物中,由于存在烷基R1,可在与以往的科尔贝-施密特反应温度相比极低的反应温度下,将羧基选择性地导入酚性羟基的对位。

接着,针对工序(I)的反应效率的提高,进行以下研究。

<实施例2>

向茄形烧瓶中装入2-叔丁基-5-甲基苯酚50.0g(0.30mol)、48.8%氢氧化钾水溶液38.9g(0.34mol),使用旋转式蒸发器于温度180℃、压力1.2kPa下用时2小时以上充分馏除系统内的水分。于干燥的氮气气氛下将所得的固体用乳钵进行粉碎,作为白色粉末得到59.4g的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐。

接着,向四口烧瓶中装入合成的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐12.0g(0.06mol)、经分子筛4A(Nacalai Tesque株式会社制)脱水的二甲基甲酰胺100.1g,升温至温度70℃为止,一边将二氧化碳吹送至液面一边搅拌,进行反应16小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为94%。

<实施例3>

向四口烧瓶中装入2-叔丁基-5-甲基苯酚102.5g(0.62mol)、48.8%氢氧化钾水溶液78.9g(0.69mol)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮204.8g、甲苯153.7g,安装迪恩-斯塔克(Dean-Stark)装置。接着在搅拌下以温度90℃以上进行反应5小时充分馏出系统内的水。然后将迪恩-斯塔克(Dean-Stark)装置换插于馏出管,以温度135℃回收系统内的甲苯(甲苯回收率为87%)。

回收结束后,将系统内冷却至70℃为止,一边将二氧化碳吹送至液面一边搅拌,进行反应26小时。向所得反应结束液中于搅拌下加入水361.3g、35%盐酸水75.9g、环己烷128.1g,此时会有固体析出。过滤析出的固体,通过用环己烷160.0g和水160.0g进行洗净、干燥,从而得到纯度为95.8%的白色结晶64.1g。相对于转化后的2-叔丁基-5-甲基苯酚的收率为73%,对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为86%。

由NMR及LC-MS的结果确认到,所得的白色固体是具有下述化学结构的目标反应中间物。

[化学式4]

融点:149.6℃(由差示扫描量热测定法测得)

分子量:208.26

质子NMR的鉴定结果(400MHz,溶剂:DMSO-d6,内部标准:四甲基硅烷)

化学位移(信号形状,质子数):1.33ppm(s,9H)、2.41ppm(s,3H)、6.65ppm(s,1H)、7.76ppm(s,1H)、9.99(s,1H、-OH)、12.20(s,1H、-COOH)。

<实施例4>

向四口烧瓶中装入2-叔丁基-5-甲基苯酚20.0g(0.12mol)、48.8%氢氧化钾水溶液15.4g(0.13mol)、N-甲基-2-吡咯烷酮60.0g、甲苯45.1g,安装迪恩-斯塔克(Dean-Stark)装置。接着在搅拌下以温度100℃以上进行反应3.5小时充分馏出系统内的水。然后将迪恩-斯塔克(Dean-Stark)装置换插于馏出管,以温度135℃回收系统内的甲苯(甲苯回收率为87%)。

回收结束后,将系统内冷却至70℃为止,一边将二氧化碳吹送至液面一边搅拌,进行反应13小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为91%。

<实施例5>

向四口烧瓶中装入由参考例1所得的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐24.1g(0.12mol)、2-叔丁基-5-甲基苯酚19.6g(0.12mol)、经分子筛4A(Nacalai Tesque株式会社制)脱水的二甲基甲酰胺48.4g,升温至温度70℃为止,一边将二氧化碳吹送至液面一边搅拌,进行反应5小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为91%。

<实施例6>

向四口烧瓶中装入由参考例1所得的2-叔丁基-5-甲基苯酚的钾盐20.3g(0.10mol)、经分子筛4A(Nacalai Tesque株式会社制)脱水的二甲基亚砜40.5g,升温至温度70℃为止,一边将二氧化碳吹入至液面一边搅拌,进行反应23小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果反应中的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为99%。

<比较例2>

装入以与参考例1相同的方法所得的间甲酚的钾盐12.0g(0.08mol)、经分子筛4A(Nacalai Tesque株式会社制)脱水的二甲基甲酰胺100.0g,一边吹送二氧化碳一边于90℃下进行反应7小时。对所得反应结束液的组成,通过由液相色谱分析而得的绝对标准曲线法进行解析,结果4-羟基-2-甲基苯甲酸的选择率为38%。此外,4-甲基水杨酸的选择率为62%,原料转化率为32%。

<关于提高反应效率的研究的考察>

由上述实施例2~6的结果确认到,使用2-叔丁基-5-甲基苯酚作为起始原料,且在非质子性极性溶剂中进行科尔贝-施密特反应时,在与以往的科尔贝-施密特反应温度相比极低的温度下,能够以选择率80%以上的高选择率得到酚性羟基的对位被选择性地导入羧基的5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸。

与之相对,由比较例2的结果确认到,使用间甲酚(3-甲基苯酚)作为起始原料,且在非质子性极性溶剂中进行科尔贝-施密特反应时,虽然也生成酚性羟基的对位被导入羧基的4-羟基-2-甲基苯甲酸,但其选择率低至38%。酚性羟基的邻位被导入羧基的4-甲基水杨酸的选择率为62%,大幅地高于对位的选择性,且原料转化率低至32%,可得知其作为得到目标4-羟基-2-甲基苯甲酸的制造方法,完全不具有实用性。

进行本发明的工序(II)

<实施例7:工序(II)>

4-羟基-2-甲基苯甲酸的合成

使由上述实施例3所得的中间物5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸64.1g(0.31mol)溶解于甲苯638.8g,添加无水氯化铝(III)122.8g(0.92mol),于40℃下反应16小时。向其中于冰浴下加入水462.3g,此时反应液变成橙色的凝胶状。接着通过添加35%盐酸水63.8g,使粗制目标物作为浅茶色固体析出。通过过滤回收所析出的粗制目标物,并通过甲醇与水进行精制从而得到作为白色结晶的纯度为99.5%的4-羟基-2-甲基苯甲酸。相对于5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯甲酸的收率为82%。

如上述实施例1~7中具体所示,根据本发明的制造方法,与以往公知的科尔贝-施密特反应相比,可在非常温和的反应条件下,选择性地高效地得到4-羟基-2-甲基苯甲酸,因此其作为工业上的制造方法是非常有利的方法。

并且,也确认到通过使用非质子性极性溶剂作为本发明的工序(I)的反应溶剂,可进一步提高反应效率,因此作为工业上的制造方法非常有用。

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