本发明涉及一种通过使芳族羧酸在脱氢催化剂存在下与氨气反应，制备取代芳香腈的方法。 简单的芳香腈如烟酰腈（nicotinonitrile）和对苯二腈等在有机化学工业中是重要的中间体。适当取代的芳香腈如4-（反式-4-丙基环己基）苄腈（液晶）等也可是深加工的最终产物。
例如在“Methoden der Organischen Chemie”（有机化学方法，Houben-Weyl，Volume Ⅶ（第七卷））中可找到对制备芳香腈的适宜方法的述评。
在大规模工业化制备芳香腈的场合，主要的制备方法是氨氧化法，该法是在催化剂存在下使甲基芳族化合物与氨和氧进行反应。该方法是许多专利申请的申请主题，如DE-OS1803184，DE-OS1930880和FR-OS1595151等。这样就能例如将对-和间-二甲苯按氨氧化法转变为对应的二腈以及按该法从3-甲基吡啶制备烟酰腈（K.Weisermel and H.-J.Arpe，Lndustrielle Organische Chemie〔工业有机化学〕，3rd Edition，page 422，VCH，1988）。
此外，还公开了从双三氯苄腈和氨在催化剂存在下制备邻苯二甲腈的方法（EP250，872A）以及从间苯二酰氯与氨在催化剂存在下反应制备间苯二腈的方法（EP241，755A）。
就脂肪族腈，例如脂肪酸腈的制备而言，使适宜的酸与氨在催化剂存在下于250℃-550℃间的温度下进行反应，已成为最主要的制备方法，例如参见US3，661，970;US3，850，974;US3，674，708;DD205158和RO70048。
日本专利申请J5 0013-325和J5 0013-326介绍了在钴盐和镉盐存在下使对应的酸与氨反应制备腈以及脂肪族腈的方法。
其中提到的DE-OS2020866和日本专利申请J403290-944介绍了在催化剂作用下，使用氨由相应的苯甲酸盐制备羟基腈及氨基腈的方法。
与此不同地是，本发明方法的原料是游离的取代芳香族羧酸，由于反应条件的作用，其取代基易于发生异构化、歧化或烷基转移作用。
到目前为止，还未发现在上述条件下由对应的酸制备带有脂族侧链且其侧链中还选择性含有氧等杂原子或手性中心以及芳环上还含取代基（如卤原子）的取代芳香腈的方法。这点并不奇怪，因为，已经知道，在沸石催化剂存在下，温度为200-260℃的范围内和在Al2O3/SiO2存在下，温度为400-500℃范围内，烷基芳族化合物如二甲苯均可能出现异构化和歧化及烷基转移作用（Weissermel.，P.353）。而且还可能出现碳化反应。
尽管脂族脂肪酸既不能象游离酸，也不能象盐那样脱去羧基（例见J.March，“Advanced Organic Chemistry，P.562，1985），但已经知道，芳族羧酸在高温下，例如与铜和铜盐一起在喹啉中加热、与强酸一起加热及加热它们的盐时，都会脱去羧基（例如J.March，P507）。
而且在锌盐和镉盐存在下加热，可使芳族羧酸出现异构化（例见Weissermel，P.420）。
一般首先构成分子的基本骨架来制备这类取代腈，它由立体结构均一的脂族基团和芳基或杂芳基构成。然后使芳环溴化，再用CN（例如使用氰化铜）取代溴，制成腈。如果芳族基团已含有羧基，则由后续的三步反应（酰基氯、酰胺、腈）将氰基引入。用此法制备的对（反，反-4-烷基二环己基）-3-氟苯基腈的产率仅为14%（例如H.Poetsch，Kontakte，1988，2，P.21）。
其它制备取代芳香腈的重要方法还有用对应的醛肟类脱水法和按Sandmeyer法引入腈基的方法。
从工业化角度来看，上述所有方法都受着不同缺陷的影响。使用剧毒性氰化铜引入腈基会产生由溴化铜和过量氰化铜构成的难以处置的废料。
多步法如由酰基氯和酰胺将酸转变为腈的方法是很昂贵的。还同样会因所用试剂不同而产生有不同问题的废料，如当使用亚硫酰氯或磷酸时，会产生So2和HcL，而当使用POCl3或PCl5时产生HCl。在醛肟类的脱水过程中也是这样。
Sandmeyer反应有一些严重的缺点。该法需要过量很多的氰化物。因为是含水的反应混合物，致使有大的非极性基团的胺的反应必须在悬浮液中进行，这往往对转化率和反应速率都有不良影响。该方法还产生大量的含氰化物的铜盐废料。
本发明的目的是要找到一种制备取代的芳香腈的方法，该方法仅有轻度的现有方法中出现的缺陷或根本没有这些缺陷。
现已意外地发现，在催化剂存在下，于200-350℃使取代苯甲酸，吡啶羧酸和嘧啶羧酸以高产率转变为对应的取代芳香腈，而不会明显产生使产率下降的副反应。
在该反应中，羧酸与氨就地反应生成相应的酰胺，再经脱水生成腈。这些酰胺也可按本发明的方法直接脱水。
因此，本发明提供了一种制备取代芳香腈的方法，其特征在于取代芳香羧酸或其酰胺在脱水催化剂存在下与氨气反应。
“取代芳香腈”一词的含意包括取代苄腈，取代吡啶-和嘧啶腈及取代和非取代氰基萘。
适用的取代基是直链和支化烷基及氧杂烷基（包括手性基团），环烷基如环己基和烷基及氧烷基环己基，苯基，烷基苯基和氧杂烷基苯基以及对应的吡啶基和嘧啶基。除烷基外，苯环还可含其它取代基如卤素，尤其是氟和氯。
一些按本发明方法制备的取代芳香腈是已知的，另一些是新型的。按本发明方法制备的新型化合物同样构成本发明的主题。
本发明的方法尤其可用来制备式Ⅰ的芳香腈：
R-（A1-Z1）m-（A2-Z2）n-Ar-CN（Ⅰ）
式中R是H、卤素、-CN，也可以是非取代的或用CN或CF3单取代的或至少被卤素单取代的含1至15个碳原子的烷基或链烯基，在这些基团中的一个或多个CH2基还可相互无关，各被-S-、-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-、以不使S和/或O相互直接键连的方法所取代;
A1和A2相互无关，各为
（a）反式-1，4-亚环己基，此外，其中的一个或多个不相邻的CH2基可被-O-和/或-S-所取代，
（b）1，4-亚苯基，而且其中一个或两个CH基可被N所取代，
（c）选自含1，4-亚环己基、1，4-二亚环（2、2、2）辛基、1，4-亚啶基、2，6-亚萘基、2，6-亚萘烷基，十氢2，6-亚萘基，和1，2，3，4-四氢-2，6-亚萘基，
Ar是1，4-亚苯基、2，6-亚萘基、2，5-亚吡啶基或2，5-亚嘧啶基，基团（a）、（b）和Ar也可被CN或卤素所取代;
Z1和Z2相互无关，分别是-CO-O-、-O-CO、-CH2O-、-OCH2-、-CH2S-、-SCH2-、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-C三C-或单键;
m及n相互无关，分别是0、1或2。
为简便起见，下面用Phe表示1，4-亚苯基，而且其中一个或两个CH基可被N取代，1，4-亚苯基也可被一或两个卤素原子和/或CN基所取代，Cy表示1，4-亚环己基，而且其中的一或两个不相邻的CH2基可被S和/或O原子所取代。
这些取代的1，4-亚苯基最好是2-氟、3-氟或2，3-二氟亚苯基。
除另外说明，本文的R、A1、A2、Ar、Z1、Z2、m和n均按此定义。
因此，按本发明方法制备的式Ⅰ的化合物包括式Ⅰa至Ⅰk的化合物：
R-A1-Phe-CN Ⅰa
R-A1-Z1-Phe-CN Ⅰb
R-A1-A2-Phe-CN Ⅰc
R-A1-A2-Z2-Phe-CN Ⅰd
R-A1-Z1-A2-Phe-CN Ⅰe
R-A1-Z1-A2-Z2-Phe-CN Ⅰf
R-A1-A1-A2-Phe-CN Ⅰg
R-A1-Z1-A1-A2-Phe-CN Ⅰh
R-A1-A1-Z1-A2-Phe-CN Ⅰi
R-A1-A1-A2-Z2-Phe-CN Ⅰj
R-A1-Z1-A1-A2-Z2-Phe-CN Ⅰk
所有这些化合物中，式Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd和Ⅰe化合物为最佳。
式Ⅰa的化合物中，子式Ⅰaa至Ⅰaf化合物尤其适用：
烷基-Cy-Phe-CN Ⅰaa
烷基-Phe-Phe-CN Ⅰab
烷氧基-Phe-Phe-CN Ⅰac
烷氧基-Cy-Phe-CN Ⅰad
烷基-Cy-CH2CH2-Phe-CN Ⅰae
烷氧基-Cy-CH2CH2-Phe-CN Ⅰaf
在推荐的本文通式所示的化合物中，R是烷基（含1-10个碳原子为佳）或烷氧基或链烷酰氧基（各含1-10个碳原子为佳）。
特别推荐的烷基是己基、戊基、丁基、异丁基、丙基、异丙基、甲基和乙基，尤其是甲基;特别推荐的烷氧基是己氧基、戊氧基、异丁氧基、丙氧基、异丙氧基、甲氧基和乙氧基，特别是甲氧基;特别推荐的链烷酰氧基是己酰氧基、戊酰氧基、丁酰氧基、丙酰氧基、乙酰氧基和甲酰氧基，特别是乙酰氧基。
在推荐的本文通式所示的化合物中，烷基可以是直链或支化链，而且烷基中的一个CH2基（烷氧基或氧杂烷基）还可被一氧原子所取代。它们最好具有2，3，4、5、6、7、8、9或10个碳原子，因此最好是乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、丙氧基、乙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基或癸氧基，还可以是十一烷基、十二烷基、十一烷氧基、十二烷氧基、2-氧杂丙基（即甲氧基甲基）、2-氧杂丁基（即乙氧基甲基）或3-氧杂丁基（即2-甲氧基乙基）、2-，3-或4-氧杂戊基2-、3-、4-或5-氧杂己基、或2-、3-、4-、5-或6-氧杂庚基。
A1和A2最好是Cy或Phe。在本文通式所示的化合物中，Phe最好是以下几种基团，它们是1，4-亚苯基（Ph），用F或CN单取代或二取代的1，4-亚苯基（Phex）、2，5-亚嘧啶基（Pyr）、2，5-亚吡啶基（Pyn）、3，6-亚吡嗪基或2，5-亚吡嗪基，特别推荐的是Ph、PheX、Pyr或Pyn。按本发明方法制备的化合物所含的其中一个或两个CH基被N取代的1，4-亚苯基以不超过一个为宜。Cy最好是1，4-亚环己基。但特别优选的式Ⅰ化合物是其中A1和A2基之一是1-或4-位被CN取代的1，4-亚环己基，而且其中的腈基位于轴向位置，即基团A1或A2的构型如下。
特别推荐的式Ⅰ和上文的子式所示化合物是含有-Phe-Phe-基的那些化合物。-Phe-Phe-最好是-Ph-Ph-、-Pyr-Phe-或-Ph-Pyn-。下面这些基团
以及另外的未取代或被氟单取代或多取代的4，4′-联苯基尤为可取。
尤为推荐的式Ⅰ和下文的子式所示化合物是含有2，3-二氟-1，4-亚苯基的那些化合物。
基团Z1和Z2相互无关，最好各为一个单键，其次是-O-CO-、-CO-O-、-C三C-或-CH2CH2-基团。特别推荐的式Ⅰ化合物是其中一个Z1基团为-CH2CH2-而另一个为-O-CO-或-CO-O-的那些化合物。
本文通式所示的含支化侧翼R1基团的化合物可以是相当重要的。这类支化基团含有的支链一般不超过两个。R1最好是直链基团或支链不超过一个的支化基团。
推荐的支化基团是异丙基、2-丁基（即1-甲基丙基）、异丁基（即2-甲基丙基）、叔丁基、2-甲基丁基、异戊基（即3-甲基丁基）、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、2-乙基己基、5-甲基己基、2-丙基戊基、6-甲基庚基、7-甲基辛基、异丙氧基、2-甲基丙氧基、2-甲基丁氧基、3-甲基丁氧基、2-甲基戊氧基、3-甲基戊氧基、2-乙基己氧基、1-甲基己氧基、1-甲基庚氧基、2-氧杂-3-甲基丁基和3-氧杂-4-甲基戊基。
基团R也可以是含有不对称碳原子的旋光性有机基团。不对称碳原子最好是与两个带不同取代基的碳原子相键连，其中一个是氢原子，另一个自以下几种基团中选取，它们是氟，各含1-5个碳原子的烷基或烷氧基和CN基。旋光性有机基团R最好具有如下的通式：
式中X1是-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CO-、-O-、-S-、-CH＝CH-、-CH＝CH-COO-或单键;Q1是含1-5个碳原子的亚烷基，而且其中不与X1键连的CH2基可被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-CH＝CH-所取代，Q1也可以是单键;y1是CN、F、甲基或甲氧基;R5是不同于y1的带1-15个碳原子的烷基，而且，其中的一个或两个不相邻的CH2基可被-S-、-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-和/或-CH＝CH-所取代。
X1最好是-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-COO-（反式）或-单键。而以-CO-O-/-O-CO-或-单键为最佳。
Q1最好是-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-或-单键，而以一单键为最佳。
y1最好是CH3、-CN或F，而以CN或F为最佳。
R5最好是含有1-10个碳原子的直链或支化烷基或烷氧基，以含有1-7个碳原子更好。
在式Ⅰ和Ⅰa至Ⅰc的化合物中，优选的是其中至少一个基团具有上述某一推荐含义的那些化合物。
适用的脱水催化剂的例子有氧化铝、硅酸铝、氧化锌、乙酸钴、磷酸硼和磷酸铵。如果反应在圆底烧瓶中进行，催化剂的浓度按待反应的羧酸重量计为0.1-5.0%，又以0.2-5.0%更佳。
当使用的是反应管时，催化剂的需要量应相应增加，按待反应的羧酸的重量计，一般为0.5-20%，又以1.0-11%更佳。最好以压丸的形式或置于适宜的载体上使用催化剂。
所需的取代芳香族羧酸原料是已知的，或可象文献中所述的那样按自身已知的方法来制备（例见Houben-Weyl，的权威著作《有机化学的方法》“Methoden der Organischen Chemie”，Georg-Thieme-Verlag，Stuttgart），确切地说是在已知的并能适用于上述反应的反应条件下来制备。还可利用自身已知的本文的附加条件，在此就不做更详尽的叙述了。
因此，例如可通过对应的芳基甲基酮的卤仿降解来制备芳香族羧酸，这通过Friedel-Crafts酰基化反应很容易达到（Houben-Weyl，Volume8，P.415，1952）。
也可通过在氯化铝存在下使芳香族化合物与光气反应，再使最初形成的羧酸氯化物水解，得到相应的羧酸。与草酰氯进行相应的反应经脱去一氧化碳后，同样能生成羧酸（例见Houben-Weyl，Volume8（卷8），P.378，1952）。
还可通过在水和由镍、钴、铁、铑或钯为主制成的催化剂存在下，并可能需要外加紫外线照射，使卤代芳族化合物（由相应的芳族化合物的卤化反应很容易得到）与一氧化碳反应，制备芳族羧酸，（例见Houben-Weyl，Volume E5/Part1，P.310，1985）。
最后一种方法可通过使用例如丁基锂或镁使卤代芳族化合物金属化，然后用一氧化碳进行羧化反应，从而将卤代芳族化合物转变为相应的羧酸（Houben-Weyl，Volume E5/Part1，P.323，1985）。
进行本发明方法的反应极简便。即在200-400℃下使氨气渐渐通过溶有催化剂（如氧化锌）或悬浮有催化剂（如氧化铝）的芳族羧酸熔体，反应温度以200-300℃较好，又以220-280℃更佳。用过量氨排除反应期间形成的水。反应后可按适宜方法（如球管蒸馏法或薄膜蒸馏法）从反应混合物中直接分离出腈。
反应过程中，羧酸在原地脱水转变为相应的酰胺，在本发明方法中，也可直接使用相应的烃氧基酰胺，代替羧酸。
反应容器中宜装置上升加热管，其中填满压成丸状的脱水催化剂，催化剂最好是压成丸状的氧化铝，尤以Martinswerk，FRG制造的Compalox为佳。
其它适用的催化剂包括将造粒的无催化性能的无机载体（如粘土）浸以脱水催化剂溶液（如5%乙酸钴溶液）然后干燥得到的催化剂。
为了将任何在氨气流中升华或带走的酰胺转变为腈，必须使用装在上升加热管中的脱水催化剂。
可在各种压力下进行此反应，在1-10巴较好，在1-3巴尤佳。
在上述条件下，异构化反应既不在芳香环上发生，也不在环脂族的侧链上（如顺/反异构反应）或手性脂族侧链（如外消旋作用）上发生。既末发现脱烷基化反应，也末发现烷基转移反应。检测到的唯一副产物是少于2%的脱羧化产物（1）。反应的转化率为95%-99%。
R是某一基团，如烷基。
下列实施例是用来说明本发明而不具有限制意义。本文中的百分比为重量百分比;温度均为摄氏温度。
此外，各缩写符号的含意如下：
C：结晶固态;S：近晶相（指数表示相的类型）;N：向列态;Ch：胆甾相;I：各向同性相。两符号之间的数字表示转变温度（摄氏）。
最好在下述任一装置中实施本发明的方法，这些设备的尺寸大小不是关键所在。
装置1：
可加热的圆底烧瓶，并装备有搅拌器、内部温度计、进气管和长度为30-50厘米的上升加热管。上升加热管填满了造粒的脱水催化剂。
用桥式管将加热管与冷凝器、集取器（收集反应中生成的水）和计泡器相连接。
装置2：
长为30厘米、内径为2.5厘米的加热反应管，并装备有热电偶、热源容器、蒸馏烧瓶（瓶中装有进气管，出口组件，降膜式冷凝器）。可加热反应管装有颗粒状脱水催化剂。
实施例中提到的化合物都是已知的。通过同正式样品的气相色谱或高压液相色谱、红外光谱及旋光值（如果适当的话）作比较，来鉴别化合物的身份。
实施例1：
在装置1中将192.1克4-（反式-4-戊基环己基）-苯甲酸（2）与3.0克乙酸钴（Ⅱ）加热至200℃，同时向烧瓶中通入氨气。在此温度下搅拌该混合物0.5小时，然后再在270℃下加热，直至不再有水蒸出为止（约6小时）。用薄膜蒸发器于170℃和0.02毫巴下蒸馏此粗产物，然后重结晶。得到169.8克4-（反式-4-戊基环己基）苄腈C31N55I。
实施例2：
按实施例1所述使192.1克（2）与1.0克（0.01摩尔）氧化锌反应，并处理该产物。反应4小时后得到的4-（反式-4-戊基环己基）腈C31N55I的产量为175.4克。
实施例3：
按实施例1所述使192.1克（2）与5.0克氧化铝反应，并处理产物。反应6小时后得到的4-（反式-4-戊基环己基）腈C31N55I产量为169.3克。
实施例4：
按实施例1所述使192.1克（2）与3.8克磷酸硼反应，并处理该产物。反应6小时后得到的4-（反式-4-戊基环己基）-腈C31N55I产量为153.9克。
实施例5：
按实施例1所述使192.1克（2）与2.0克磷酸二氢铵反应，并处理该产物。得到174.9克4-（反式-4-戊基环己基）腈C31N55I。
实施例6：
按实施例1所述使229.5克4′-十二烷氧基-4-联苯基羧酸与2.3克氧化锌反应。用薄膜蒸发器于250℃/0.1毫巴条件下蒸馏并重结晶得到209.2克4-氰基-4′-十二烷氧基联苯，C70N90I。
实施例7：
按实施例5所述使194.7克4′-壬基-4-联苯基羧酸进行反应，并处理该产物。得到176.2克4-氰基-4′-壬基联苯，C42S49N50I。
实施例8：
按实施例1所述使138.7克联苯基-2-羧酸与5.0克氧化锌反应。用薄膜蒸发器在140℃，0.3毫巴下蒸馏粗产物。重结晶得到119.6克2-氰基联苯，C34-35I。
实施例9：
按实施例1所述使49.9克S-4′-（2-甲基丁基）-联苯基-4-羧酸与0.5克氧化锌反应。于170℃，0.1毫巴下球管蒸馏得到45.1克S-4-氰基-4′-（2-甲基丁基）联苯。
实施例10：
按实施例1所述使66.8克2′-氟-4′-（反式-4-丙基环己基）联苯基-4-羧酸与0.5克磷酸二氢铵反应。过滤和重结晶得到59.7克4-氰基-2′-氟-4′-（反式-4-丙基环己基）联苯，C69N191I。
实施例11：
按实施例10所述使51.3克4-（5-丁基嘧啶-2-基）苯基-1-羧酸进行反应，处理该产物，得到44.7克4-（5-丁基嘧啶-2-基）苄腈，C63（N40）I。
实施例12：
按实施例1所述使34.4克α-萘羧酸进行反应，处理该产物，得到13.8克α-萘腈，C36-38I。
实施例13：
按实施例1所述使30.4克间-甲氧基苯甲酸进行反应，处理该产物，得到10.4克间甲氧基腈，沸点111-112℃/13毫米。
用类似方法制备下列取代腈：
间-硝基腈，熔点：115-117℃;
间-三氟甲基腈，沸点：189-190℃;
4-甲基-3-溴腈，沸点：140℃/0.4毫巴;
4-叔丁基腈，熔点：12-14℃;
2，5-二甲基腈，熔点13-15℃;
2，2′-二氰基联苯，熔点：172-173℃;
4-氰基苯甲酸甲酯，熔点：138-139℃;
4-（4-己基氧杂苯甲酰氧基）-腈;
4′-羟基-4-氰基联苯。