Способ получения производных толуола

007065 Настоящее изобретение относится к способу получения производных толуола формулы I где R1, R2 и R3 означают независимо друг от друга водород, галоген, C1-С 6 алкил, гидроксил или C1 С 6 алкокси, гидрированием бензальдегидов и/или бензиловых спиртов формулы II водородом в присутствии катализаторов. Каталитическое гидрирование бензальдегидов или бензиловых спиртов формулы II с получением соответствующих производных толуола формулы I в принципе известно из литературных источников. Из публикации Synthesis, т. 8 (1993), стр. 799 известно гидрирование 3,4,5-триметоксибензальдегида, растворенного в уксусной кислоте, в присутствии 10% палладия на активном угле с получением 3,4,5-триметокситолуола. Согласно публикации Liebig Annalen der Chemie 1976, Heft 7/8, стр. 1445 аналогично гидрируют сиреневый альдегид (4-гидрокси-3.5-диметоксибензальдегид) в присутствии 10% палладия на активном угле также в ледяной уксусной кислоте с получением 4-гидрокси-3,5-диметокситолуола. В публикации Journal of American Chemical Society т. 79 от 1957, стр. 179-184 описано гидрирование 3,4,5-триметоксибензилового спирта в уксусной кислоте в присутствии 10% палладия на активном угле. Недостатком при всех этих известных способах является то, что возникающая при реакции вода образует с уксусной кислотой коррозионную смесь растворителей и что в качестве катализатора гидрирования применяется дорогой благородный металл. В заявке ЕР 606072 описывается гидрирование бензальдегидов на формованном, содержащем металл группы платины оксиде титана. Исходные вещества применяют только в 1%-ном водном или этанольном растворе и таким образом с высоким разбавлением. Гидрирование протекает с малой конверсией и с крайне низкой селективностью. В качестве побочных продуктов образуются гидрированные в кольце, соответственно деметилированные бензолы. Для гидрирования п-метоксибензиловых спиртов в п-метокситолуол применяют согласно публикации J. Org. Chem., 1949, 14, стр. 1089 катализаторы на основе хромита меди и в качестве растворителя метанол. Непосредственное превращение п-метоксибензилового спирта в п-метокситолуол в общем упомянуто, однако, не подтверждено примерами выполнения. Недостатком этого способа является применение содержащих хром катализаторов. Гидрирование бензиловых спиртов описано в публикации Chem. Eur. J. (2000), 6(2), стр. 313-320. Здесь применяются дорогие катализаторы на благородных металлах, такие как родий на угле или родий на носителе из Аl2 О 3, которые к тому же содержат высокую долю гидрированных в кольце продуктов. Задача изобретения заключается в разработке способа получения замещенных соединений толуола с высоким выходом и высокой селективностью, который не имеет вышеприведенных недостатков. При этом можно избегать применения дорогих катализаторов на благородных металлах, хромсодержащих катализаторов и коррозионных растворителией. Побочные реакции, такие как гидрирование в кольце с получением производных циклогексана, декарбонилирование альдегидной функции или отщепление заместителей, таких как алкокси или галоген на фенильном кольце, должны по возможности полностью исключаться. Эта задача решается способом получения производных толуола формулы I где R1, R2 и R3 независимо друг от друга означают водород, галоген, C1-С 6 алкил, гидроксил или C1 С 6 алкокси, гидрированием бензальдегидов и/или бензиловых спиртов формулы II водородом в присутствии катализатора, отличающийся тем, что катализатор имеет следующий состав:(а) по меньшей мере один металл и/или по меньшей мере один оксид, гидроксид или соль металла,выбранного из группы, включающей никель, кобальт и медь;(б) от 0 до 50 вес.% одного или нескольких металлов и/или одного или нескольких оксидов, гидроксидов или солей металла, выбранного из группы, включающей платину, родий, железо, серебро, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий, олово, фосфор, кремний,мышьяк, сурьму, висмут, титан и редкоземельные металлы, а также(в) от 0 до 5 вес.% оксида, гидроксида или соли щелочного или щелочно-земельного металла,причем сумма компонентов от (а) до (в), если дополнительно не применяется носитель, составляет 100 вес.%. Одна возможная форма выполнения катализатора содержит:(а) от 40 до 99 вес.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких металлов и/или одного или нескольких оксидов, гидроксидов или солей металла, выбранного из группы, включающей кобальт, никель и медь;(б) от 0,1 до 40 вес.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких металлов и/или оксидов, гидроксидов или солей металла, выбранного из группы, включающей платину, родий,железо, серебро, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий,олово, фосфат, кремний, мышьяк, сурьму, висмут и редкоземельные металлы, а также(в) от 0,05 до 5 вес.% в пересчете на сумму компонентов (а)-(в) одного или нескольких оксидов,гидроксидов или солей щелочного или щелочно-земельного металла. Ниже описываются предпочтительные примеры выполнения, причем предпочтение отдается отдельному компоненту, а также комбинации различных компонентов. Приведенные ниже количественные данные относятся к сумме компонентов (а)-(в). Имеющийся в случае необходимости носитель в этих данных не учтен. Предпочтительными катализаторами являются такие, в которых компонент (а) составляет от 5 до 100 вес.%. Особенно предпочтительны катализаторы, содержащие компонент (а) в количестве от 40 до 99 вес.%. Далее предпочтительны катализаторы, в которых компонент (б) содержится в количестве от 0 до 50 вес.% и, в частности, от 1 до 40 вес.%. Предпочтительные катализаторы содержат в качестве компонента (б) по меньшей мере один оксид,гидроксид или соль металла, выбранного из группы, включающей платину, родий, железо, серебро, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий, олово, фосфор, кремний, мышьяк, сурьму, висмут и редкоземельные металлы. Особенно предпочтительные катализаторы содержат в качестве компонента (б) по меньшей мере один оксид, гидроксид или соль металла, выбранного из группы, включающей алюминий, кремний, цирконий, молибден, марганец и фосфор. В качестве компонента (в) в катализаторах по изобретению применяют предпочтительно оксиды или соли щелочных или щелочно-земельных металлов, выбранных из группы, включающей литий, калий, цезий, магний и кальций и, особенно предпочтительно натрий. В качестве исходных веществ могут применяться, в частности, по отдельности или в качестве смеси соединения формул IIа и IIb, в которых R1 до R3 имеют вышеприведенные значения и R4 означает водород или алкил. В некоторых случаях преимущество дает применение альдегидов формулы IIа в форме их ацеталей. Ацетали могут быть получены из альдегидов IIа посредством взаимодействия с C1-С 6 спиртом известным из литературных источников способом. Катализаторы могут применяться в качестве гомогенных катализаторов в растворенной форме или же в качестве гетерогенных катализаторов. При гетерогенных катализаторах речь может идти о катализаторах на носителе, цельных катализаторах или катализаторах Ренея, которые применяются в неподвижной (стационарной), суспендированной или псевдоожиженной (флюидизированной) форме. В каче-2 007065 стве материала носителя пригодны, например, такие оксиды, как оксид алюминия, оксид кремния, алюмосиликаты, оксид лантана, диоксид титана, диоксид циркония, оксид магния и цеолиты, а также активный уголь или их смеси. Получение гетерогенных катализаторов осуществляют, как правило, таким образом, что осаждают предварительные продукты компонентов (а), в случае необходимости, вместе с предварительными продуктами компонентов (б) (промотерами) и/или, в случае необходимости, с предварительными продуктами компонентов (в) в присутствии или в отсутствии материалов носителя (в зависимости от желаемого типа катализатора), полученный таким образом форконтакт в случае необходимости перерабатывают в жгуты или гранулят, сушат и затем кальцинируют. Катализаторы на носителе в общем получают таким образом, что носитель пропитывают раствором компонентов (а) и, в случае необходимости, компонентов(б) и/или (в), причем отдельные компоненты могут подаваться одновременно или последовательно, или же компоненты (а) и, в случае необходимости, компоненты (б) и/или (в) напрыскивают на носитель известными методами. Если это необходимо, при получении катализаторов применяют связующие. В качестве предварительных продуктов компонентов (а) пригодны, как правило, хорошо растворимые соли вышеприведенных металлов, такие как нитраты, хлориды, ацетаты и сульфаты, предпочтительно нитраты. В качестве предварительных продуктов компонентов (б) пригодны, как правило, хорошо растворимые соли или комплексные соли вышеприведенных металлов, такие как нитраты, хлориды, ацетаты,формиаты и сульфаты, предпочтительно нитраты. В качестве предварительных продуктов компонентов (в) пригодны, как правило, хорошо растворимые соли вышеприведенных щелочных или щелочно-земельных металлов, такие как гидроксиды, карбонаты, нитраты, ацетаты, формиаты и сульфаты, предпочтительно гидроксиды и карбонаты. Осаждение осуществляют в общем из водных растворов, по выбору добавкой агентов осаждения,изменением значения рН или изменением температуры. Обычно полученную таким образом катализаторную массу предварительно сушат при температуре в интервале от 80 до 150 С, предпочтительно от 80 до 120 С. Кальцинирование проводят обычно при температуре 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, предпочтительно от 25 до 35 С посредством смесей кислорода и азота, таких как воздух. Полученную кальцинированную и, в случае необходимости, пассивированную катализаторную массу подвергают воздействию восстанавливающей атмосферы (активирование), например, при температуре от 100 до 500 С, предпочтительно от 150 до 400 С, в течение от 2 до 60 ч подвергают воздействию газового потока, который содержит свободный водород. Газовый поток состоит предпочтительно из водорода в количестве от 20 до 100 об.% и инертного газа, такого как азот, в количестве от 0 до 50 об.%. Из предпочтительного активирования катализатора непосредственно в реакторе синтеза вытекают экономические преимущества проведения способа. Катализаторы согласно изобретению отличаются высокой активностью и позволяют получение высокой производительности при практически полной конверсии. Гидрирование может проводиться прерывно или же непрерывно. При непрерывном ведении процесса можно работать в кубе или в режиме пленочного орошения, в газовой или жидкой фазе. Исходные вещества формул IIa и IIb могут быть получены известными из вышеприведенных публикаций способами. Соединения IIa и IIb могут гидрироваться в веществе, например, в газовой фазе или в качестве расплава. В некоторых случаях дает преимущество добавка растворителя. В качестве растворителя пригодны такие, которые имеют достаточную способность растворения для исходных веществ II и целевых продуктов I и которые в условиях гидрирования являются стабильными. Примерами подобных растворителей являются простые эфиры, такие как тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиалкиловый эфир или простой полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, вода, спирты, такие как метанол, этанол, трет-бутанол, циклогексанол, алкилбензолы, такие как толуол или ксилол, фенолы, такие как брензкатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол или простые алкиловые эфиры этих фенолов. Могут применяться также и смеси этих растворителей. Предпочтительными растворителями являются тетрагидрофуран, диоксан, тетрагидропиран, простой полиэтиленгликольдиакиловый эфир, полиэтиленгликольмоноалкиловый эфир, алкилбензолы, вода и спирты или смеси этих соединений. Особенно пригодны простые эфиры или смеси простых эфиров с водой, в частности метанол и смеси метанола с водой. Например, гидрируют 1 до 60 вес.%-ный раствор исходного соединения II в приведенных растворителях. При одной предпочтительной форме выполнения гидрирование проводят в газовой фазе без применения растворителя. Гидрирование осуществляют при температуре по выбору от 20 до 280 С и при дав-3 007065 лении по выбору от 1 до 300 бар, предпочтительно при температуре от 100 до 260 С и давлении от 20 до 250 бар. Применяемый для гидрирования водород в общем используют в более высоком стехиометрическом избытке по отношению к исходному соединению II. Его можно подавать в реакцию в качестве циркуляционного газа. Водород в общем применяется технически чистым. Примеси инертных газов, например, азота, не мешают протеканию реакции. Получаемые гидрированием согласно изобретению соединения формулы I представляют собой прекрасные промежуточные продукты, которые могут применяться для получения фармацевтических продуктов, тонких химикатов и средств защиты растений. Ниже изобретение поясняется с помощью примеров выполнения. Указанные в процентах значения означают весовые проценты. Примеры катализаторов согласно изобретению. Катализатор А: 60 вес.% СuО; 40 вес.% Аl2 О 3; Катализатор В: 65,4 вес.% СоО; 20,2 вес.% СuО; 8,3 вес.% Мn3O4; 3,5 вес.% МоО 3; 2,4 вес.% Р 2O5; 0,2 вес.% Na2O; Катализатор С: 74,0 вес.% NiO; 2,2 вес.% МоО 3; 23,8 вес.% СuО; на ZrO2 в качестве носителя; Катализатор D: 77,7 вес.% NiO, 13,6 вес.% SiO2, 5,8 вес.% Аl2O3, 4,7 вес.% ZrO2. Активирование катализатора А. В электрически обогреваемом реакторе нагревают 50 г катализатора А, через который пропускают поток азота в количестве 100 нл/ч, начиная с температуры 250 С. В течение следующих 12 ч к потоку азота примешивают 5 нл/ч водорода. В течение следующих 5 ч азот заменяют чистым водородом. Активирование катализаторов В, С и D при нормальном давлении. После заполнения электрически обогреваемого реактора емкостью 1 л катализатором при потоке азота в 300 л/ч повышают температуру, исходя из комнатной температуры, каждый час на 20 С до достижения температуры в 290 С. В течение 6 ч поток азота заменяют водородом. Для этого каждый час долю водорода повышаю на 50 л/ч и одновременно долю азота снижают на 50 л/ч. Когда достигается подача водорода в 300 л/ч температуру реакции повышают до 300-310 С и в течение 48 ч ее сохраняют при подаче водорода в количестве 300 л/ч. Катализатор после охлаждения демонтируют под аргоном и хранят под простым тетраэтилгликольдиметиловым эфиром. Получение производных толуола формулы I. Пример 1. Гидрирование 3,4,5-триметоксибензальдегида в газовой фазе на медных катализаторах. Реакцию проводят в газофазной аппаратуре, состоящей из испарителя, реактора и конденсатора. Исходное соединение испаряют в противотоке водорода в испарителе на кольцах Рашига. Насыщенный исходным соединением поток водорода приводят к реакции на уже предварительно активированном катализаторе. Затем газовые потоки попадают в конденсатор, из которого могут быть выпущены жидкие продукты. Давление водорода в аппаратуре гидрирования во время реакции составляет 1 бар. На кольцах Рашига в противотоке водорода за каждый час испаряются 4,5 г 3,4,5 триметоксибензальдегида и при температуре в 260 С пар пропускают через 50 г предварительного катализатора А. Соотношение водорода и исходного продукта (моль/моль) составляет прибл. 4:1. При конверсии в 94% достигают селективности в 85%. Пример 2. Гидрирование 3,4,5-триметоксибензальдегида в жидкой фазе на никелевом катализаторе. В реактор, работающий под давлением, объемом 300 мл подают 1 г катализатора D в корзиночной вставке и смешивают с 10 г 3,4,5-триметоксибензальдегида в 100 г метанола. Гидрирование проводят посредством чистого водорода при постоянном давлении ок. 200 бар и при температуре 180 С. Гидрирование проводят до тех пор, пока больше не поглощается вода. После этого реактор дросселируют. Конверсия альдегида составляет 100%. Выход желаемого производного толуола составляет ок. 91% в пересчете на общее количество используемого альдегида. Пример 3. Гидрирование 3,4,5-триметоксибензальдегида в жидкой фазе на кобальтовых катализаторах. Аналогично примеру 2 10 г 3,4,5-триметоксибензальдегида, растворенного в 100 г тетрагидрофурана, гидрируют на 1 г катализатора В. Конверсия альдегида составляет 100%. Выход желаемого производного толуола составляет ок. 96% в пересчете на общее количество примененного альдегида. Пример 4. Гидрирование расплава 3,4,5-триметоксибензальдегида в жидкой фазе. Аналогично примеру 2 гидрируют 10 г 3,4,5-триметоксибензальдегида без растворителя на 1 г катализатора С. Конверсия альдегида составляет 100%. Выход желаемого производного толуола составляет ок. 94% в пересчете на общее количество примененного альдегида. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения производных толуола формулы I где R1, R2 и R3 независимо друг от друга означают гидроксил или C1-С 6 алкокси, гидрированием бензальдегидов и/или бензиловых спиртов формулы II водородом в присутствии катализатора, отличающийся тем, что катализатор имеет следующий состав:(а) по меньшей мере один металл или по меньшей мере один оксид, гидроксид или соль металла,выбранного из группы, включающей никель, кобальт и медь;(б) от 0 до 50 вес.% каждого одного или нескольких элементов и/или одного или нескольких оксидов, гидроксидов или солей этих элементов, выбранных из группы, включающей платину, родий, железо,серебро, молибден, вольфрам, марганец, рений, цинк, кадмий, свинец, алюминий, цирконий, олово, фосфор, кремний, мышьяк, сурьму, висмут, титан и редкоземельные металлы, а также(в) от 0 до 5 вес.% оксида, гидроксида или соли щелочного или щелочно-земельного металла,причем сумма компонентов от (а) до (в), если дополнительно не применяется носитель, составляет 100 вес.%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компонент (а) составляет от 40 до 99 вес.% суммы компонентов от (а) до (в). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что компонент (б) составляет от 1 до 40 вес.% суммы компонентов от (а) до (в). 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что компонент (в) составляет от 0,05 до 5 вес.% суммы компонентов от (а) до (в). 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что гидрирование проводят в растворителе. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве растворителя применяют простой эфир, алкилбензол, воду или спирт или смесь этих растворителей. 7. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что гидрирование проводят в газовой фазе. 8. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что гидрирование проводят в расплаве соединения формулы II. 9. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что гидрирование проводят при давлении от 20 до 250 бар и при температуре от 100 до 260 С. 10. Способ по пп.1-9 для получения 3,4,5-триметокситолуола.