Одностадийный способ получения 3,4,5-триметокситолуола

007002 Настоящее изобретение относится к способу получения производных толуола посредством гидрирования бензойной кислоты и ее производных, таких как сложные эфиры или ангидриды, водородом в присутствии катализаторов гидрирования, таких как кобальтовый, никелевый, рутениевый или палладиевый катализаторы. Известно, что 3,4,5-триметокситолуол можно получать таким образом, что п-крезол бромируют с получением 3,5-дибром-4-гидрокситолуола, это соединение подвергают взаимодействию с метилатом натрия с получением 3,5-диметокси-4-гидрокситолуола и после этого метилируют диметилсульфатом с получением 3,4,5-триметокситолуола (см. публикацию J 5 6068-635, 12.11.1979, Mitsui PetrochemicalInd.). Недостатком такого способа является то, что применяемый бром имеется в форме щелочного бромида как побочный продукт. Если же хотят получать, например, 3,4,5-триметокситолуол из галловой кислоты (3,4,5 тригидроксибензойной кислоты) или производных галловой кислоты, то восстановление карбоксильной группы (или соответствующих сложных эфиров) в метиловую группу можно было до сих пор осуществлять только в две стадии. Из публикации Liebig "Annalen der Chemie", т. 763 (1972), стр. 109-120 известно гидрирование сложного алкилового эфира 3,4,5-триалкоксибензойной кислоты посредством литийалюминийгидрида сначала с получением 3,4,5-триалкоксибензилового спирта, который гидрируют водородом в ледяной уксусной кислоте в качестве растворителя и в присутствии палладиевого катализатора на активном угле с получением 3,4,5-триалкокситолуола. Недостатком при этом является двухстадийность процесса и наличие оксигидратов алюминия в качестве побочного продукта. В публикации "Chemische Berichte", т. 99 (1966), стр. 227-230, описывается такое решение, при котором полученный, исходя из 3,4,5-триметоксибензойной кислоты или ее производных, 3,4,5 триметоксибензонитрил подвергают взаимодействию с терпенами в качестве донора водорода в присутствии палладия на активном угле в качестве носителя с получением 3,4,5-триметокситолуола. Недостатком при этом является, прежде всего, образование дегидрированных терпенов и аммониевых солей в качестве пробочных продуктов. Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка одностадийного, протекающего с высоким выходом и с высокой селективностью и без образования неорганических побочных продуктов способа гидрирования необязательно замещенных алкильными, алкокси- или гидроксигруппами бензойных кислот, их сложных эфиров и ангидридов с получением соответствующих производных толуола. Эта задача решается способом получения производных толуола формулы I в котором 3,4,5-триметоксибензойную кислоту или ее производные подвергают взаимодействию с водородом в присутствии катализатора. Неожиданным образом способом по изобретению удалось осуществить реакцию взаимодействия за одну стадию и при этом с высоким выходом и высокой селективностью целевых продуктов формулы I. Применяемые согласно изобретению катализаторы гидрирования содержат предпочтительно(а) по меньшей мере один металл и/или соединение на базе металла (как, например, оксиды, нитриды или карбонаты металла) из группы, включающей кобальт, никель, рутений и/или палладий,(б) от 0 до 30 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких металлов или соединений на базе металла из группы, включающей платину, родий, иридий, осмий, медь, железо, серебро, золото, хром, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий,олово, фосфор, кремний, мышьяк, сурьму, висмут и редкоземельные металлы, а также(в) от 0 до 5 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких соединений на базе щелочного или щелочно-земельного металла, причем сумма компонентов (а) до (в) составляет 100 мас.%. Производные толуола имеют следующую формулу:-1 007002 в которой R1, R2, R3 независимо друг от друга означают водород, алкильные остатки с, например, от одного до шести атомов углерода, гидроксильные группы и/или алкоксигруппы формулы-O-R4, причем R4 представляет собой алкильные остатки с, например, от одного до шести атомов углерода. Возможная форма выполнения катализатора содержит(а) по меньшей мере один металл и/или соединение на базе металла (как, например, окиси, нитриды или карбонаты металла) из группы, включающей кобальт, никель, рутений и/или палладий, и(б) от 0,1 до 30 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких металлов или соединений на базе металла из группы, включающий платину, родий, иридий, осмий, медь, железо,серебро, золото, хром, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий, олово, фосфор, кремний, мышьяк, сурьму, висмут и редкоземельные металлы, а также(в) от 0,05 до 5 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких соединений на базе щелочного или щелочно-земельного металла. Особенно предпочтительны такие катализаторы, в которых компонент (а) содержит по меньшей мере один металл и/или соединение на базе металла из группы, включающей кобальт и никель, в количестве от 5 до 100 мас.%. Далее предпочтительны катализаторы, в которых компонент (а) содержит по меньшей мере один металл и/или соединение на базе металла из группы, включающей рутений и палладий, в количестве от 5 до 100 мас.%, в пересчете на сумму компонентов (а) до (в). Особенно предпочтительные катализаторы содержат в качестве компонента (б) по меньшей мере один металл или соединение на базе металла из группы, включающей серебро, молибден, марганец, рений, свинец и фосфор, в количестве от 0 до 25 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а) до (в). Особенно предпочтительные катализаторы содержат в качестве компонента (в) по меньшей мере одно соединение на базе щелочного или щелочно-земельного металла из группы, включающей литий,натрий, калий, цезий, магний и кальций, в количестве от 0 до 5 мас.% в пересчете на сумму компонентов(а) до (в). В особой степени предпочтительны катализаторы, содержащие только компонент (а) и не содержащие компоненты (б) и (в). Особенно предпочтительные катализаторы содержат в качестве компонента (а) кобальт или соединение кобальта. Далее предпочтительны катализаторы, которые в качестве компонента (а) содержат палладий или соединение палладия. В качестве исходных веществ могут применяться, в частности, соединения формулы II в которой R1, R2 и R3 имеют вышеприведенные значения и R5 означает водород, алкильные остатки с атомами углерода, например, в количестве от одного до двенадцати, арильные остатки, циклоалкильные остатки, гетероциклические остатки и/или остатки -CO-R6, где R6 означает алкильные остатки с атомами углерода, например, в количестве от одного до шести. Если исходить из ангидридов карбоновой кислоты формулы II, в которой R5 означает -CO-R6, то особенно предпочтительны катализаторы, которые в качестве компонента (а) содержат палладий. В качестве катализаторов могут применяться гомогенные катализаторы в свободной форме или гетерогенные катализаторы. При гетерогенных катализаторах речь может идти о катализаторах на носителе, катализаторах без носителя или катализаторах Ренея, которые применяются в твердой, суспендированной или псевдоожиженной форме. В качестве материалов носителя пригодны, например, оксиды, такие как оксид алюминия, диоксид кремния, алюмосиликаты, оксид лантана, диоксид титана, диоксид циркония, оксид магния, оксид циркония и цеолиты, а также активный уголь или их смеси. Получение гетерогенных катализаторов осуществляют, как правило, таким образом, что выбирают предшественники компонентов (а), в случае необходимости, вместе с предшественниками компонентов (б) (промотерами) и/или, в случае необходимости, с предшественниками компонентов (в) в присутствии или в отсутствии материала носителя (в зависимости от того, какой тип катализатора желателен), полученный таким образом предшественник катализатора перерабатывают в жгуты или таблетки, сушат и затем кальцинируют. Катализаторы на носителе в общем получают таким образом, что носитель пропитывают раствором компонентов (а) и, в случае необходимости, (б) и/или (в), причем отдельные компоненты можно подавать одновременно, или последовательно, или таким образом, что компоненты (а) и, в случае необходимости, (б) и/или (в) напрыскивают на носитель известным самим по себе способом. При необходимости, при получении катализатора могут применяться связующие.-2 007002 В качестве предшественника компонентов (а) пригодны, как правило, хорошо растворимые в воде соли вышеприведенных металлов, такие как нитраты, хлориды, ацетаты, формиаты и сульфаты, предпочтительно нитраты. В качестве предшественников компонентов (б) пригодны, как правило, хорошо растворимые в воде соли или комплексные соли вышеприведенных металлов, такие как нитраты, хлориды, ацетаты, формиаты и сульфаты, предпочтительно нитраты. В качестве предшественников компонентов (в) пригодны, как правило, хорошо растворимые в воде соли вышеприведенных щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, такие как гидроксиды, карбонаты, нитраты, хлориды, ацетаты, формиаты и сульфаты, предпочтительно гидроксиды и карбонаты. Осаждение осуществляют в общем из водных растворов, по выбору посредством добавки осаждающего агента, изменения значения рН или изменения температуры. Обычно полученную таким образом массу катализатора предварительно сушат при температуре в интервале от 80 до 150 С, предпочтительно от 80 до 120 С. Кальцинирование проводят обычно при температуре в интервале от 150 до 500 С, предпочтительно от 200 до 450 С, в газовом потоке из воздуха или азота. В случае необходимости, поверхность катализатора пассивируют, что обычно осуществляют при температуре в интервале от 20 до 80 С, предпочтительно от 25 до 35 С посредством смесей кислорода с азотом, таких как воздух. Полученную кальцинированную и, в случае необходимости, пассивированную катализаторную массу в общем подвергают воздействию восстанавливающей атмосферы ("активирование"), например,таким образом, что ее подвергают воздействию газового потока, содержащего свободный водород, при температуре в интервале от 80 до 250 С, предпочтительно от 80 до 180 С при катализаторах на базе рутения или палладия и/или соединений на базе рутения или палладия, в качестве компонента (а), или в интервале от 150 до 500 С, предпочтительно от 180 до 400 С при катализаторах на базе одного или нескольких металлов, выбранных из группы, включающей никель и кобальт, в качестве компонента (а) в течение времени от 2 до 60 ч. Газовый поток содержит предпочтительно от 20 до 100 об.% водорода и от 0 до 850 об.% инертного газа, такого как азот. Из предпочитаемого активирования катализатора непосредственно в реакторе синтеза возникают преимущества, связанные с экономичностью способа. Гидрирование может проводиться прерывно, однако, также и непрерывно. При непрерывном ведении процесса гидрирование осуществляют в нижней части колонны или в режиме орошения, в газовой или предпочтительно жидкой фазе. Исходные вещества II могут гидрироваться, например, как расплавы или же растворенные в растворителе. В качестве растворителя пригодны такие, которые имеют достаточную растворяющую способность для исходных веществ II и целевых продуктов и которые стабильны в условиях гидрирования. Примерами таких растворителей могут служить простые эфиры, такие как тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиалкиловый эфир или простой полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, спирты, такие как метанол, этанол, трет-бутанол, циклогексанол, вода, карбоновые кислоты, фенолы, такие как бензкатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол или простые алкиловые эфиры этих фенолов. Предпочтительными растворителями являются тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиалкиловый эфир, полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, спирты, уксусная кислота или пропионовая кислота. Особенно предпочтительными растворителями является вода, простые эфиры, в частности, циклические эфиры и простой полиэтиленгликольмоно- или диалкиловый эфир. Гидрирование в присутствии палладиевых катализаторов может предпочтительно осуществляться в карбоновых кислотах, таких как, например, C1-C4-карбоновые кислоты, такие как уксусная или пропионовая кислота. Гидрированию подвергают, например, 1 bis 60 мас.%-ый раствор исходных веществ II в вышеприведенных растворителях. Гидрирование проводят при температуре выборочно от 20 до 260 С и давлении выборочно от 1 до 300 бар. В присутствии палладиевых или рутениевых катализаторов гидрирование проводят предпочтительно при температуре от 20 до 150 С и давлении от 1 до 150 бар. В присутствии никелевых или кобальтовых катализаторов в отличие от этого гидрирование проводят предпочтительно при температуре от 100 до 260 С и давлении от 50 до 300 бар. Предпочтительно гидрирование при высоком давлении. Применяемый для гидрирования водород, в общем, берется в более высоком стехиометрическом избытке по отношению к исходным веществам II. Он может возвращаться в процесс как циркулирующий газ. Водород применяется, в общем, технически чистым. Примеси инертных газов, например, азота, однако, не мешают протеканию реакции.-3 007002 Получаемые гидрированием по изобретению соединения формулы I представляют собой ценные промежуточные продукты, которые применяются для получения фармацевтических продуктов, тонких химикатов и средств защиты растений. Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью примеров выполнения. Катализаторы Катализатор А содержит 100% Pd, в виде 10% Pd на активном угле (фирмы Sigma-Aldrich ChemieGmbH). Катализатор В содержит 65,4% СоО; 20,2% CuO; 8,3%Мn3O4; 3,5% МоО 3; 2,4% Р 2O5; 0,2% Nа 2 О. Катализатор С содержит 74,0% NiO; 2,2% МоО 3; 23,8% CuO; на ZrO2 в качестве носителя. Активирование катализаторов В и С при нормальном давлении После заполнения обогреваемого электрически реактора объемом в 1 л катализатором в потоке азота повышают температуру, исходя из комнатной температуры, каждый час на 20 С, до достижения 290 С. Теперь в течение 6 ч азот заменяют водородом. Для этого каждый час долю водорода повышают на 50 л/ч и одновременно долю азота снижают на 50 л/ч. Если достигается подача водорода в 300 л/ч,температуру реакции повышают до 300-310 С и в течение 48 ч держат ее при подаче 300 л/ч водорода. Катализатор после охлаждения извлекают под аргоном и его можно хранить под атмосферой простого тетраэтиленгликольдиметилового эфира. Получение производных толуола формулы I Пример 1. 5,22 г производного 3,4,5-триметоксибензойной кислоты формулы II (R1, R2, R3 = ОСН 3; R5 = -CO6 6R ; R = ОС 2 Н 5) растворяют в 30 мл ледяной уксусной кислоты и вместе с 0,62 г катализатора А подают в автоклав объемом 50 мл. При комнатной температуре запрессовывают 120 бар водорода. В равномерные промежутки водород подпрессовывают до тех пор, пока не установится константное давление. Затем давление сбрасывают и в выгружаемом продукте обнаруживают 81% 3,4,5-триметокситолуола и 4% 3,4,5-триметоксибензойной кислоты. Пример 2. 20 г 3,4,5-триметоксибензойной кислоты растворяют в 130 мл простого тетраэтиленгликольдиметилового эфира и вместе с 5 г активированного катализатора В подают в автоклав. После многократного промывания водородом при комнатной температуре запрессовывают 50 бар водорода, содержание автоклава нагревают до 180 С и давление водорода повышают до 200 бар. В равномерные промежутки времени водород подпрессовывают до тех пор, пока не достигается константное давление. В выгружаемом продукте при конверсии в 97% обнаруживают 74,6% 3,4,5-триметокситолуола. Пример 3. 10 г 3,4,5-триметоксибензойной кислоты растворяют в 130 мл тетрагидрофурана и вместе с 2,5 г активированного катализатора В подают в автоклав. После многократного промывания водородом при комнатной температуре запрессовывают 50 бар водорода, содержание автоклава нагревают до 180 С и давление водорода повышают до 200 бар. В равномерные промежутки времени водород подпрессовывают до тех пор, пока не установится константное давления. В выгружаемом продукте при конверсии 73,2% обнаруживают 48,6% 3,4,5-триметокситолуола. Пример 4. 2 г 3,4,5-триметоксибензойной кислоты растворяют в 130 мл воды и вместе с 1 г активированного катализатора С загружают в автоклав. После многократного промывания водородом при комнатной температуре впрессовывают 50 бар водорода, содержание автоклава нагревают до 180 С и давление водорода повышают до 200 бар. В равномерные промежутки времени водород подпрессовывают до тех пор,пока не установится константное давление. В выгружаемом продукте при конверсии 68% обнаруживают 53,3% 3,4,5-триметокситолуола. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Одностадийный способ получения 3,4,5-триметокситолуола формулы I в котором 3,4,5-триметоксибензойную кислоту или ее производные подвергают взаимодействию с водородом в присутствии катализатора, содержащего(а) по меньшей мере один металл и/или соединение на основе металла, выбранного из группы,включающей кобальт, никель, рутений и/или палладий, и(б) от 0 до 30 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) каждого одного или нескольких элементов или соединений этих элементов, выбранных из группы, включающей платину, родий, иридий,-4 007002 осмий, медь, железо, серебро, золото, хром, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец,алюминий, цирконий, олово, фосфор, кремний, мышьяк, сурьму, висмут и редкоземельные металлы, а также(в) от 0 до 5 мас.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) каждого одного или нескольких соединений на основе щелочного или щелочно-земельного металла,причем сумма компонентов от (а) до (в) составляет 100 мас.%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор в качестве компонента (а) содержит по меньшей мере один металл и/или соединение на основе металла, выбранного из группы, включающей кобальт и никель, в количестве от 5 до 100 мас.%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор в качестве компонента (а) содержит по меньшей мере один металл и/или соединение на основе металла, выбранного из группы, включающей рутений и палладий, в количестве от 5 до 100 мас.%, каждый в пересчете на сумму компонентов от (а) до (в). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор в качестве компонента (б) содержит один или несколько элементов или соединений этих элементов, выбранных из группы, включающей серебро, молибден, марганец, медь, рений, свинец и фосфор. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор в качестве компонента (в) содержит соединение на основе щелочного металла или щелочно-земельного металла, выбранного из группы, включающей литий, натрий, калий, цезий, магний и кальций. 6 Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют катализаторы, которые в качестве компонента(а) содержат кобальт или соединение кобальта. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании ангидрида 3,4,5-триметоксибензойной кислоты в качестве исходного соединения применяют катализаторы, которые в качестве компонента (а) содержат палладий или соединение палладия. 8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что гидрирование проводят в жидкой фазе. 9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что гидрирование осуществляют в растворителе, выбранном из группы, включающей тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиалкиловый эфир или простой полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, спирты, такие как метанол,этанол, трет-бутанол, циклогексанол, воду, карбоновые кислоты, фенолы, такие как бензокатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол, или простые алкиловые эфиры этих фенолов. 10. Способ по пп.1-9, отличающийся тем, что гидрирование осуществляют в растворителе, выбранном из группы, включающей тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиалкиловый эфир или простой полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, воду, уксусную кислоту или пропионовую кислоту. 11. Способ по пп.1-10, отличающийся тем, что гидрирование осуществляют при давлении от 1 до 300 бар и температуре от 20 до 260 С. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрирование осуществляют в присутствии катализаторов, которые в качестве компонента (а) содержат никель или кобальт, при давлении от 50 до 300 бар и температуре от 100 до 260 С. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрирование осуществляют в присутствии катализаторов, которые в качестве компонента (а) содержат палладий или рутений, при давлении от 1 до 150 бар и при температуре от 20 до 150 С.