專利名稱：催化氧化羰化胺制脲衍生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化氧化羰化胺制取脲衍生物的方法。
脲衍生物是一類重要的有機反應(yīng)中間體和藥物中間體，它在農(nóng)藥、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其它的有機合成反應(yīng)中都具有著非常廣泛的用途。當(dāng)前二取代脲的生產(chǎn)方法主要是使用胺類化合物與異氰酸酯或者光氣反應(yīng)來實現(xiàn)。無論使用哪一種方法都會涉及到劇毒的光氣，并且反應(yīng)中有大量的腐蝕性氣體氯化氫放出，因此研究人員努力尋求一條從經(jīng)濟和環(huán)境角度考慮更合適的路線。而使用氧化羰化或者還原羰化的方法直接反應(yīng)制取對稱的或者不對稱脲的方法正符合這一要求，因此各化工企業(yè)和科研結(jié)構(gòu)都集中于研究使用羰化法合成脲衍生物。在這一過程中人們普遍使用的是鈀、釕、銠等貴金屬的大分子含氮配合物均相催化體系或以硫、硒為主要活性組分的催化劑。前者催化劑制備過程相對復(fù)雜、與反應(yīng)體系分離困難且易流失，后者活性較低且有很大的毒性，即使痕量硒殘余也會對產(chǎn)品造成嚴重的污染。最近，Hayashi等(USP5902889)使用伯胺與環(huán)狀碳酸酯反應(yīng)在醇鈉的催化作用下制取脲衍生物，但環(huán)狀碳酸酯價格相對昂貴。鄧友全等(中國專利公開號CN1272959A)使用硫酸鹽修飾二氧化鋯擔(dān)載鈀催化劑實現(xiàn)了胺類化合物催化氧化羰化制取二取代脲并取得了相當(dāng)高的催化活性。但是近年來鈀的價格持續(xù)高漲，導(dǎo)致鈀催化劑的成本大幅度升高，而與此同時，金的價格則穩(wěn)中有降。因此，開發(fā)金催化劑替代傳統(tǒng)的鈀催化劑既具有重大的科學(xué)意義又有良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的在于提供一種更為環(huán)境友好、高效的催化氧化羰化胺制脲衍生物的方法。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)本發(fā)明中使用樹脂高聚物擔(dān)載金催化劑。其中，金以金屬或金氧化物納米顆粒形式固載在樹脂高聚物表面上，擔(dān)載金的含量占樹脂高聚物重量的0.1％—5％。樹脂高聚物可以是弱酸性陽離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂、強酸性陽離子交換樹脂、強堿性陰離子交換樹脂。鈉、鉀為助催化劑，鈉、鉀的含量占樹脂高聚物重量的1％—25％。在樹脂類高聚物擔(dān)載金催化劑占反應(yīng)物的1％—20％的條件下，初始反應(yīng)壓力為4.0-6.0MPa，反應(yīng)溫度為100-200℃。反應(yīng)時間為1-10小時，使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑，高效地催化氧化羰化各種胺類化合物制相應(yīng)二取代的脲。氧氣與一氧化碳的體積比為1∶10-1∶4。
該催化劑的主要特點是具有高效、組成相對簡單的同時，容易與反應(yīng)體系分離、回收及重復(fù)使用等特點。本發(fā)明中涉及催化劑的典型合成過程為常溫下，稱取20-100克弱酸性陽離子交換樹脂，加入2-100克氫氧化鈉，200-1000毫升水，磁子攪拌6小時。將此沉淀過濾，用蒸餾水洗滌3遍，100℃干燥3小時。然后加入適量的質(zhì)量百分含量為0.36-1.8％的氯金酸水溶液，緩慢攪拌10小時后60℃真空干燥3小時，得固體樹脂擔(dān)載金催化劑。
本發(fā)明所涉及的催化氧化羰化反應(yīng)的典型過程為在1立升的高壓反應(yīng)器中加入上述粒狀催化劑1-10克，加入有機胺10-100克(毫升)，分別引入0.1-2.5MPa的純氧氣和3.5-5.0Mpa的一氧化碳至總壓2.0-6.0Mpa，將反應(yīng)器加熱到100℃-200℃后，攪拌反應(yīng)1-10小時。反應(yīng)冷卻到室溫后，產(chǎn)物以晶體形式直接析出，過濾，所得濾液直接應(yīng)用于下一次反應(yīng)(純度大于98％)。產(chǎn)物用適量的丙酮洗滌，60℃干燥，稱重，得單程收率50％-80％，GC/MS分析純度＞99％。
本發(fā)明與現(xiàn)有文獻報道的一氧化碳羰化胺類化合物合成二取代脲的方法相比的實質(zhì)性特點是1.催化效率高，其相應(yīng)的轉(zhuǎn)化頻率可達500-2500(摩爾反應(yīng)物/摩爾金/小時)。
2.催化劑組成相對簡單，且金的擔(dān)載量相對較低。
3.與Pd、Rh等催化劑體系相比，金催化劑體系的價格相對較低。
4.反應(yīng)體系比較簡單，不需要另外加入其它助催化劑。
5.由于采用了固載催化劑，反應(yīng)完畢后易與反應(yīng)體系分離。同時，使反應(yīng)以連續(xù)流動模式操作成為可能。
6.反應(yīng)不需要再加入其它溶劑。
7.反應(yīng)后冷凝可直接得到產(chǎn)物，產(chǎn)品以結(jié)晶形式析出，容易分離提純。
8.催化劑可以重復(fù)使用。
實施舉例1-4稱取商品代號為D201×4的樹脂60克，加入氫氧化鈉30克，室溫下攪拌6小時，空氣中室溫干燥后加入60ml質(zhì)量百分含量為1.8％的氯金酸水溶液，緩慢攪拌10小時后，空氣中80℃干燥3小時，得反應(yīng)所需催化劑a。
以60ml質(zhì)量百分含量為0.9％的氯金酸水溶液代替1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑b。
以60ml質(zhì)量百分含量為0.45％的氯金酸水溶液代替1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑c。
以D311SC代替D201×4型樹脂，同樣步驟，加入60ml1.8％的氯金酸水溶液，得催化劑d。具體各催化劑基本性質(zhì)見表一。
表一、樹脂擔(dān)載金催化劑基本性質(zhì)
1BET測試結(jié)果；2原子發(fā)射光譜測試結(jié)果。實施舉例5在裝有機械攪拌的1立升高壓反應(yīng)釜中加入催化劑a2克，加入苯胺30毫升，分別引入1.0MPa的純氧和4.0MPa的一氧化碳至總壓5.0MPa，將反應(yīng)器加熱到170℃，攪拌反應(yīng)3小時。反應(yīng)器冷卻至室溫，直接過濾，用丙酮洗滌，60℃干燥3小時，稱重得一次收率，用GC/MS分析純度。
表二、催化劑a催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實施舉例6-8步驟同實施舉例1，但以b代替a催化劑，并將該催化劑重復(fù)使用3次反應(yīng)結(jié)果如表三所示。
表三、催化劑b催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實施舉例9步驟同實施舉例1，但以催化劑c代替催化劑a，但是反應(yīng)8小時，結(jié)果如表四所示。
表四、催化劑c催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
實施舉例10步驟同實施舉例1，但是以對甲氧基苯胺代替苯胺□并且反應(yīng)進行4小時，結(jié)果見表五。
表五、催化劑a催化對甲氧基苯胺氧化羰化制二對甲氧基苯脲結(jié)果
實施舉例11步驟同實施舉例1，但以環(huán)己胺代替苯胺，反應(yīng)3小時，結(jié)果見表六。
表六、催化劑a催化環(huán)己胺氧化羰化制二環(huán)己基脲結(jié)果
實施舉例12步驟同實施舉例1，但以催化劑d代替催化劑a，反應(yīng)5小時，結(jié)果見表七。
表七、催化劑d催化苯胺氧化羰化制二苯基脲結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種催化氧化羰化制二取代脲的方法，其特征在于使用樹脂類高聚物擔(dān)載的金催化劑，在初始反應(yīng)壓力為4.0-6.0MPa，反應(yīng)溫度為100-200℃，反應(yīng)時間為1-10小時，使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑，催化氧化羰化有機胺制相應(yīng)的二取代脲。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于金的擔(dān)載量為樹脂類高聚物重量的0.1％—5％；助催化劑鈉或鉀的含量為樹脂類高聚物重量的1％—25％。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于樹脂類高聚物擔(dān)載的金催化劑的用量為苯或其衍生物重量的1-20％。
4.如權(quán)利要求書4所述方法，其特征在于氧氣與一氧化碳的比例為1∶10-1∶4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效清潔的有機胺類化合物催化氧化羰化制二取代脲的方法。本發(fā)明中使用樹脂類高聚物擔(dān)載的金催化劑。在初始反應(yīng)壓力為4.0－6.0MPa,反應(yīng)溫度為100－200℃。反應(yīng)時間為1－10小時,使用一氧化碳和氧氣混合氣為氧化羰化劑,高效地催化氧化羰化有機胺制相應(yīng)二取代的脲。該催化劑的主要特點是具有高效、組成相對簡單和金含量相對較低的同時,容易與反應(yīng)體系分離、回收及重復(fù)使用。并且反應(yīng)過程中不需要加入任何其它溶劑。其中,二取代脲的的單程收率可達到48－85%,產(chǎn)品純度≥99%。屬清潔催化反應(yīng)工藝,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C07C273/18GK1327977SQ0112220
公開日2001年12月26日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者鄧友全, 石峰 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所