生产二取代的咪唑盐的方法.pdf

因此本发明的目的是提供一种制备咪唑鎓盐的方法，该方法实施非常简单因而廉价并且得到高收率和质量的反应产物。

因此，我们发现了开头所定义的方法。

咪唑鎓盐

根据本发明，制备式I的1，3-二取代的咪唑鎓盐：

其中

R1和R3各自相互独立地为具有1-20个碳原子的有机基团，

R2、R4和R5各自相互独立地为H原子或具有1-20个碳原子的有机基团，

X为pK_a为至少2(在25℃、1巴下于水或二甲亚砜中测定)的氢酸的阴离子，

和

n为1、2或3。

优选R1和R3各自相互独立地为具有1-10个碳原子的有机基团。该有机基团还可以包含其它杂原子，尤其是氧原子，例如羟基、醚基、酯基或羰基。

具体而言，R1和R3各自为除了碳和氢外可以包含羟基、醚基、酯基或羰基的烃基。

特别优选R1和R3各自相互独立地为具有1-20个碳原子，尤其是1-10个碳原子的烃基，并且不包含其它杂原子，例如氧或氮。该烃基可以为脂族(其还包括不饱和的脂族基团)或芳族的或包含芳族和脂族基团两者。优选R1和R2为脂族烃基。

可能的烃基例如为苯基，苄基，被一个或多个C₁-C₄烷基取代的苯基或苄基，烷基和链烯基，尤其是烯丙基。

非常特别优选R1和R3各自为C₁-C₁₀烷基。作为烷基，特别优选C₁-C₆烷基，且在特殊实施方案中烷基为C₁-C₄烷基。

非常特别优选R1和R3各自相互独立地为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基，其中甲基、乙基、正丙基和正丁基特别重要。

在优选实施方案中，R1和R3各自为相同的有机基团；因此式I的咪唑鎓盐特别优选为对称二取代的咪唑鎓盐。

在同样优选的实施方案中，咪唑鎓盐为具有不同基团R1和R3的式I咪唑鎓盐的混合物。该混合物可以通过使用不同的胺类，例如具有不同烷基的伯胺而得到。此时得到的混合物包含其中R1和R3相同的咪唑鎓盐和其中R1和R3具有不同含义的咪唑鎓盐。

在特殊实施方案中：

R1和R3各自为甲基，

R1和R3各自为乙基，

R1和R3各自为正丙基，

R1和R3各自为正丁基，

R1为甲基且R3为乙基，

R1为甲基且R3为正丙基，

R1为甲基且R3为正丁基，

R1为甲基且R3为烯丙基，

R1为乙基且R3为烯丙基，

R1为甲基且R3为苄基，

R1为乙基且R3为苄基。

R2、R4和R5各自相互独立地为H原子或具有1-20个碳原子的有机基团，其中R4和R5一起还能够形成脂族或芳族环。该有机基团除了碳和氢外还可以包含杂原子如氮或氧；可以优选包含氧，尤其是以羟基、酯基、醚基或羰基的形式。

R2、R4和R5尤其各自相互独立地为H原子或除了碳和氢外还可以至多包含羟基、醚基、酯基或羰基的烃基。

优选R2、R4和R5各自相互独立地为H原子或具有1-20个碳原子，尤其是1-10个碳原子的烃基，并且不包含其它杂原子，例如氧或氮。烃基可以为脂族(其还包括不饱和的脂族基团)或芳族或包含芳族和脂族基团。其中R4和R5还能够形成可以任选被其它芳族或脂族烃基取代的脂族或芳族烃环(包括取代基的任选取代烃环的碳原子数可以优选为最大40，尤其是最大20，特别优选最大15或最大10)。

作为烃基，可以提及例如苯基，苄基，被一个或多个C₁-C₄烷基取代的苯基或苄基，烷基，链烯基，以及当R4和R5形成环时，由R4和R5形成的芳族5或6员环，环己烯或环戊烯环，其中这些环体系尤其能够被一个或多个C₁-C₁₀烷基，尤其是C₁-C₄烷基取代。

优选脂族烃基作为烃基。

特别优选R2、R4和R5各自相互独立地为H原子、C₁-C₈烷基或C₁-C₈链烯基，例如烯丙基。

非常特别优选R2、R4和R5各自相互独立地为H原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基，其中甲基、乙基、正丙基和正丁基特别重要。

在特殊实施方案中，R2独立于其它基团R4和R5以及其它基团R1和R3为氢原子。其中R2为H原子的式I咪唑鎓盐对本发明而言的特殊优点是：它们在环氧化合物中具有良好的溶解性并且作为潜催化剂非常有效。在特殊实施方案中，当阴离子为乙酸根时R2为H原子。

在特殊实施方案中，

R2、R4和R5各自为H原子，

R2为H原子或C₁-C₄烷基且R4、R5各自为H原子或C₁-C₄烷基。

作为式I化合物阳离子的各种情况，可以提及：

1-丁基-3-甲基咪唑鎓(R1＝丁基，R3＝甲基)

1-丁基-3-乙基咪唑鎓(R1＝丁基，R3＝乙基)

1，3-二甲基咪唑鎓(R1＝甲基，R3＝甲基)

1-乙基-3-甲基咪唑鎓(R1＝乙基，R3＝甲基)

1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓(R1＝乙基，R2＝甲基，R3＝甲基)

在式I中，n为1、2或3；阴离子相应地具有一个、两个或三个负电荷并且在盐中相应地存在一个、两个或三个咪唑鎓阳离子。

n优选为1或2，特别优选1；因此阴离子特别优选为一价。

在式I中，X是pK_a为至少2，尤其是至少3且在特殊实施方案中至少4(在25℃、1巴下于水或二甲亚砜中测定)的氢酸的阴离子。

阴离子X的氢酸的pK_a优选为2-15，优选3-15，尤其是3-8，特别优选4-6。

pK_a为酸度常数Ka以10为底的对数。pK_a为此在25℃、1巴下于作为溶剂的水或二甲亚砜中测定；根据本发明，对于阴离子来说在水中或在二甲亚砜中具有合适的pK_a因此是足够的。特别是当阴离子不易溶于水时使用二甲亚砜。两种溶剂的文献数据可以在标准教科书中找到。

合适的阴离子X^-尤其是具有一个或多个羧酸根基团(简称羧酸根)的具有上述pK_a的化合物。

作为该羧酸根，尤其可以提及具有1-20个碳原子且包含一个或两个羧酸根基团，优选一个羧酸根基团的有机化合物。

羧酸根可以为脂族或芳族化合物。对本发明而言，芳族化合物为包含芳族基团的化合物。特别优选除了羧酸根基团的氧原子外不包含其它杂原子或包含至多一个或两个羟基、羰基或醚基的脂族或芳族化合物。非常特别优选除了羧酸根基团的氧原子外不包含其它杂原子的脂族或芳族化合物。

作为具有两个羧酸根基团的化合物，可以提及例如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、C₂-C₆二羧酸，例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸的阴离子。

作为具有一个羧酸根基团的化合物，可以提及芳族、脂族饱和或不饱和C₁-C₂₀羧酸，尤其是链烷羧酸、链烯羧酸、链炔羧酸、链二烯羧酸、链三烯羧酸、羟基羧酸或酮基羧酸或芳族羧酸如苯甲酸或苯乙酸的阴离子。合适的链烷羧酸、链烯羧酸和链二烯羧酸也已知作为脂肪酸。

作为阴离子X，尤其可以提及苯甲酸根阴离子和可以任选被一个或两个羟基，优选一个羟基取代的C₁-C₂₀链烷羧酸的阴离子。特别优选苯甲酸根阴离子和C₂-C₂₀链烷羧酸的阴离子；尤其是乙酸根阴离子和丙酸根阴离子，非常特别优选乙酸根阴离子。

优选式I的咪唑鎓盐可溶于水或可与水混溶。具体而言，水中的溶解度或与水的混溶度为每1升水至少50克咪唑鎓盐，特别优选至少100克咪唑鎓盐，非常特别优选至少200克咪唑鎓盐，尤其是至少300克咪唑鎓盐(在1巴，21℃下)。

作为咪唑鎓盐，尤其可以提及如下式I的1，3-二取代的咪唑鎓盐，其中R1和R3相同且X为具有羧酸根基团的化合物，

特别优选可以提及如下式I的1，3-二取代的咪唑鎓盐，其中R1和R3相同且各自为C₂-C₄烷基，尤其是乙基，R2、R4和R5各自为H原子且X为乙酸根阴离子或丙酸根阴离子。

制备起始化合物

根据本发明，使α-二羰基化合物、醛、胺和阴离子X^-的氢酸相互反应。

根据式I中的所需基团R1-R5选择上述起始化合物。

α-二羰基化合物优选为式II的化合物：

R4-CO-CO-R5，

其中R4和R5如上所定义。

特别优选乙二醛。

醛尤其是式R2-CHO的醛，其中R2如上所定义。特别优选甲醛；甲醛还可以释放甲醛的化合物如多聚甲醛或三噁烷的形式使用。

胺类尤其是R-NH₂形式的伯胺。基团R对应于所得咪唑鎓盐的基团R1和R3。若使用一种所定义的伯胺，则得到其中基团R1和R3相同的咪唑鎓盐。若使用胺类的混合物(例如R′-NH₂和R″-NH₂的混合物)，则得到咪唑鎓盐的混合物(其中R1和R3＝R′，R1和R3＝R″的盐以及其中R1＝R′和R3＝R″的盐的混合物)。

氢酸为阴离子X的所需氢酸，优选链烷羧酸，特别优选乙酸。

进行该方法的途径

根据本发明，起始化合物的反应在水、与水混溶的溶剂或其混合物中进行。

作为与水混溶的溶剂，尤其可以提及质子溶剂，优选具有最大4个碳原子的脂族醇或醚，例如甲醇、乙醇、甲乙醚、四氢呋喃。合适的质子溶剂以任何比例与水混溶(在1巴、21℃下)。

反应优选在水或水与上述质子溶剂的混合物中进行。反应特别优选在水中进行。

优选进行在反应之后水或溶剂的除去而不使用与水不混溶的疏水性有机溶剂(烃，例如甲苯)作为夹带剂。

在反应之中或之后，反应混合物特别优选不包含任何与水不混溶的疏水性有机溶剂，例如烃；反应混合物尤其不包含除水或所述质子溶剂以外的任何溶剂(在反应之中或之后)。

起始组分的反应在大气压和例如5-100℃，尤其是5-50℃，特别优选10-40℃的温度下进行。

起始组分可以任何顺序混合。

反应可以分批、半连续或连续地进行。在半连续的操作模式中，例如可以将至少一种起始化合物置于反应容器中并供入剩余的起始组分。

在连续的操作模式中，起始组分连续混合且产物混合物连续排出。起始组分可以单独或作为所有或部分起始组分的混合物引入。在特殊实施方案中，胺和酸预先混合并作为一股料流供入，而其它组分可以单独或同样作为混合物(第二股料流)供入。

在另一特殊实施方案中，包含羰基的所有起始组分(即α-二羰基化合物、醛和若为羧酸根时阴离子X的氢酸)预先混合并作为一股料流联合供入；然后剩余的胺单独引入。

连续的制备可以在任何反应容器中进行，例如搅拌容器。优选在搅拌容器的级联中，例如2-4个搅拌容器，或在管式反应器中进行。

所得反应混合物的颜色因副产物而通常为深色。反应混合物的颜色变淡可以在目前情况下惊人地借助氧化而实现。

为此，所得反应混合物可以用氧化剂处理。氧化剂例如可以为气态或液态。特别有用的氧化剂为以合适方式，例如借助压力和/或在液面以下引入而与反应混合物接触的气态氧。

其它合适的氧化剂尤其为液体氧化剂，尤其是溶于可与反应混合物混溶的合适溶剂中的氧化剂。特别有用的溶剂为水、与水混溶的溶剂及其混合物。

作为与水混溶的溶剂，特别可以提及质子溶剂，优选具有最多4个碳原子的脂族醇或醚，例如甲醇、乙醇、甲乙醚、四氢呋喃。合适的质子溶剂可以任何比例与水混溶(在1巴、21℃下)。

氧化剂优选以在水或水与上述质子溶剂的混合物中的溶液存在；特别优选作为水溶液存在。

合适的氧化剂为本领域技术人员已知。氧化剂是具有高电子亲和性(亲电性)的化合物。因此适合作为氧化剂的强亲电化合物，例如为氧气和含氧过化合物，尤其是过氧化氢、金属过氧化物或有机过氧化物，例如过硫酸钠或氢过氧化叔丁基，无机和有机过酸，例如高碘酸或过羧酸，还有其它化合物如处于高氧化态的硫或金属化合物(例如铁(III)化合物、二氧化锰、高锰酸钾、铬酸、铬酐、二氧化铅或四乙酸铅)。

优选气态氧及尤其是过氧化氢，优选以上述溶液，尤其是浓度为10-40重量％的溶液的形式。

根据要求选择氧化剂的量；每1mol咪唑鎓盐(基于理论上从反应混合物得到的量)，例如可以使用0.1-20mol，优选0.5-10mol氧化剂。

氧化例如可以在20-100℃，尤其是50-90℃的温度下，在大气压下进行，直到混合物颜色变得更淡。

水和/或其它溶剂(见上)，优选水，优选直接从反应混合物中蒸除，即不使用夹带剂(例如与水不混溶的有机溶剂)。

水和/或其它溶剂可以在上述氧化之前或之后分离。若进行氧化，水优选事后分离。

过量的酸(HX)优选中和，例如借助碱金属氢氧化物，尤其是氢氧化钠。形成的盐(NaX)优选可以通过加入合适的溶剂如乙腈或甲醇而沉淀并从混合物中除去。然后所用溶剂可以再次分离，例如通过蒸馏。

在本发明方法中，咪唑鎓盐仅借助一步反应以高纯度和收率得到。反应和后处理的措施实施简单。不需要的盐如难以除去的铵盐在本发明方法中不会得到。过量的酸可以容易地除去。尤其是该方法还可以连续进行。