專利名稱：靛藍化合物的制備方法
技術領域：
本發明涉及靛藍化合物的制備方法，該方法是將2-位和3-位無取代基的吲哚化合物與有機過氧化氫反應。
靛藍化合物是重要的染料，目前其工業制備方法包括首先用苯胺和氯乙酸，或用苯胺與氰酸、甲醛反應得N-苯基甘氨酸鹽，然后于高溫下堿熔將該鹽轉變成吲哚酚，再用空氣氧化。因而此方法不僅復雜，有幾步反應，而且需用大量的KOH和NaOH。KOH和NaOH的回收和再利用不僅耗能太多，而且需要特殊設備，這是一個缺點。因此一直有人在探求更簡單的方法。
在有機合成化學中已有報道通過吲哚的氧化二聚作用可生成靛藍。特別是Obata等報道反應體系中過氧化氫和乙酸作用生成過乙酸(即一種過羧酸)，當該過乙酸與吲哚反應時，得到吲哚的三聚物或2，2-吲哚基-ψ-吲哚酚，同時得到少量副產物-靛藍(Bull.Agr.Chem.Soc.Japan，Vol.20，pp.80-83，1956)。B.Witkop等也報道將過苯甲酸(一種過羧酸)和吲哚的氯仿溶液放于冰箱中過夜，產生非常小量的靛藍及各種其它產物(JustusLiebigsAnnalenderchemie，Vol.558，pp.91-98，1947)。此外，A.K.Sheinkman等也報道當過氧化氫(一種無機過氧化物)與吲哚于甲醇中反應時，得到高產率的三聚體2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚;與過乙酸反應的情況相同，生成靛藍的量只能用氣相色譜才能檢測到(Khim.Geterotsikl.Soedin.，Vol.11，pp.1490-1496，1978)。
然而，這些報道的目的是研究吲哚的反應性，而本發明所希望的產物靛藍只不過是一種微量生成的副產物。為它們都不是制備靛藍化合物的理想方法。
本發明的目的之一是提供一種制備靛藍化合物的改良的簡單方法。
本發明的目的之二是提供一種用吲哚化合物作為起始原料，制備靛藍化合物的方法，在該方法中，副產物的生成將減到最少。
根據下面的描述，本發明的其它目的是顯而易見的。
本發明者已做了不懈的努力特別注意有效氧化劑的尋找，以建立制備靛藍的方法，該法以工業上易得的吲哚為起始原料，而且能減少副產物(如2，2-二吲哚基吲哚酚)的生成。經過對氧和各種有機無機氧化劑仔細研究后發現如果采用有機過氧化氫為氧化劑與吲哚反應，能容易地一步制得靛藍，而不生成大量的2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚。這一結果是十分意外的，因為在這以前，從未有人將有機過氧化氫用于這一領域。而且還發現此方法可用于2-位和3-位沒有取代基的其它吲哚化合物以制備相應的靛藍化合物。在這些發現的基礎上完成了本發明。
根據本發明，可提供制備靛藍化合物的方法，它包括將2-和3-位沒有取代基的吲哚化合物與有機過氧化氫反應。
本發明方法中用的起始原料之一，2-和3-位無取代基的吲哚化合物選自下列化合物吲哚;具有1-4個烷基(每個烷基含1-10個碳原子)的烷吲哚(如1-甲基吲哚、4-乙基吲哚、5-甲基吲哚、6-甲基吲哚、6-異丙基吲哚、7-甲基吲哚和4，5-二甲基吲哚);含1-4個鹵素原子的鹵代吲哚(如4-氯吲哚、5-氯吲哚、5，7二氯吲哚、5-溴吲哚、6-溴吲哚、5，7-二溴吲哚和4-氯-5-溴吲哚);含1-4個羥基的羥基吲哚(如4-羥基吲哚、5-羥基吲哚、4，5-二羥基吲哚);有1-3個鹵素原子和1-3個烷基(含1-10個碳原子)的鹵代烷基吲哚(如4-氯-5-乙基吲哚、6-氯-4-甲基吲哚、4-溴-5-乙基吲哚和5-溴-4-甲基吲哚);含1-4個硝基的硝基吲哚(如4-硝基吲哚、5-硝基吲哚和7-硝基吲哚);吲哚羧酸(如吲哚5-羧酸)及它們的酯;和磺化吲哚。除了2-和3-位外，上述吲哚化合物可含有不影響反應的任何基團。
本發明方法中用的另一起始原料，即有機過氧化氫，是含至少一個過氧化氫基團(-OOH)的有機化合物。有用的有機過氧化氫列于表中〔參見D、Swern，“OrganicPeroxides，Vol.Ⅱ”，Wiley-Interscience(1971)，pp107-127;A.G.Davies，“OrganicPeroxides”，Butterworths(1961)，pp.9-33.〕。
在這些有機過氧化氫中，最好是烷基部分含3-30個碳原子的仲和叔烷基過氧化氫，如叔-丁基過氧化氫，1-苯基乙基過氧化氫，1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫(所謂的枯烯過氧化氫)，雙(1-甲基乙基)苯基過氧化氫，1-甲基-1-(4-甲基環己基)乙基過氧化氫，2，5-二甲基己烷-2，5-二過氧化氫和1，1，3，3-四甲基丁基過氧化氫。
這些過氧化氫可單獨使用，或兩種或幾種混合使用或依次使用。也可使用合適的組合物(如異丙基苯和含氧氣體)，該組合物在反應體系中能產生上述的有機過氧化氫。盡管有機過氧化氫的用量并不嚴格，但一般為每摩爾吲哚化合物用0.01-100摩爾，最好是0.1-20摩爾有機過氧化氫。
在本發明方法中，對進行反應的方法沒有特殊限制。可用任何方法進行反應，即至少讓吲哚化合物和有機過氧化氫充分混合，反應可一次完成，也可分次或連續進行。最好可采用下述方法將吲哚化合物和有機過氧化氫一次全部加入反應器中;將一種反應物連續地或間斷地加到另一種反應物中;或將兩種反應物同時連續地或間斷地加入反應器中。
反應的溫度和時間隨所用起始原料-吲哚化合物和有機過氧化氫的種類而異。一般反應溫度為-10℃至200℃。如果反應溫度太低，反應變得過分的慢，如太高，由于有機過氧化氫猛烈地分解，反應會有危險。最好反應溫度為10℃至150℃。反應時間一般不超過100小時，最好是0.1-50小時。根據情況，反應可在減壓或常壓或加壓下進行。
在本發明的方法中，反應可在惰性氣體的氣氛中進行，也可在分子氧(如空氣)存在下進行。
雖然本發明方法可在無溶劑的情況下實施，但通常是在溶劑存在下進行。對于這個目的可用不干擾反應的任何溶劑。有用的溶劑包括如水;脂肪族和脂環族烴類(如己烷，戊烷和環己烷);芳香烴(如苯，甲苯，乙苯，異丙基苯);鹵代烴化合物(如二氯甲烷，氯仿，氯苯和二氯苯);醚類(如乙醚，二苯基醚，四氫呋喃和乙二醇二乙基醚);醇類(甲醇，乙醇，叔丁醇，環己醇，苯甲醇和丙二醇);酮類(如丙酮，甲基乙基酮和苯乙酮);酯類(如乙酸乙酯，丙酸乙酯);碳酸酯(如二甲基碳酸酯);和芳香硝基化合物(如硝基苯)。這些溶劑可單獨用，也可兩種或幾種混合用。當使用這些溶劑時，反應混合物可由至少明顯的兩相構成，均一體系或非均一體系都無關緊要。
在本發明方法中，使用能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑，可改善靛藍化合物的收率或反應率。因此，使用這樣的催化劑是非常好的。“能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑”指的是金屬化物，該金屬化合物在吲哚化合物與有機過氧化氫的反應中，能使吲哚化合物的3-位碳原子被一個氧原子氧化。例如，這樣的催化劑是選自下列一組金屬化合物中的至少一個化合物，這組化合物包括元素周期表中4A，5A和6A金屬的化合物。特別有用金屬化合物包括鈦、鋯、鉿、鈮、鉭、鉻、鉬和鎢的各種化合物。特別是它們包括上述金屬的無機化合物如鹵化物、氧鹵化物、氧化物、混合氧化物、硫化物、硼化物、磷化物、氫氧化物、氫氧化合物、氰基復合物、無機酸鹽(如硫酸鹽、硝酸鹽和磷酸鹽)、金屬氧酸(如鈦酸、鉬酸和鎢酸)及其鹽、雜聚酸(如磷鉬酸和硅鎢酸)及其鹽;其中一部分含有有機基團的上述金屬的化合物如有機酸鹽(如乙酸鹽、草酸鹽、苯甲酸鹽、環烷酸鹽)、烷氧化物(如異丙醇衍生的烷氧化物)、苯氧化物(如由苯酚和間-氯苯酚衍生的苯氧化物)、具有烷氧基或苯氧基的鹵素化合物;上述金屬的復合化合物如羰基復合物、胺復合物、吡啶復合物(如由吡啶和雙吡啶衍生的復合物)、氧絡復合物、硫醇鹽復合物(如由半胱氨酸和二硫代兒茶酚衍生的復合物)、硫化物復合物、二硫代氨基甲酸酯復合物、氰硫基復合物、異氰基復合物、磷化氫復合物(如由三苯基磷化氫和1，2-二苯基膦基乙醇衍生的復合物)、磷酰基復合物、酞花青復合物、卟啉復合物、腈復合物、醚復合物、酮復合物、β-酮羰基復合物(如由乙酰基丙酮衍生的復合物)、烷基和丙二烯復合物、烯烴復合物和環戊二烯基復合物;及屬于上述兩類或幾種中的上述金屬化合物。這些金屬化合物可單獨使用，也可兩種或幾種混合使用。也可使用在反應體系中能產生任何上述金屬化合物的適合的組合成份。雖然這些金屬化合物最好能溶于反應混合物中，但也可部分不溶或完全不溶于反應混合物中。就每摩爾吲哚化合物而言這些金屬化合物常用的量不超過0.5摩爾，最好為0，00001至0.1摩爾。
在本發明方法中，以常用的方法處理反應后的混合物可得到希望的靛藍化合物。反應完全后，大部分靛藍化合物可沉淀出來，因此，按常規的固液分離技術如過濾、離心、傾析可容易地得到靛藍化合物固體。當靛藍化合物沉淀不充分時，可濃縮反應混合物，再回收生成的沉淀物。
下述實施例是進一步解釋本發明，而不是對本發明的范圍加以限制。
實施例1將容積為100ml的四口瓶裝上攪拌器、滴液漏斗和蛇形冷凝器，將5.0g(42.7mmol)吲哚和30g甲苯加入瓶中，于油浴中加熱至80℃，攪拌，將23.5g(128.0mmol)異丙基苯過氧化氫(即1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫)的異丙基苯溶液(濃度83%，W/W，以下簡稱CHP溶液)滴加入反應瓶中，一小時滴完，然后于相同條件下繼續反應10小時。在反應初期，反應混合物是均相的，但隨著反應的進行，深藍色的固體逐漸生成。反應完全后，過濾，用少量甲苯洗固體，減壓下50℃干燥，得0.34g深藍色固體產物，元素分析和IR光譜析證明該產物是靛藍。根據加入的吲哚計算，得到的靛藍的摩爾產率(以下簡稱靛藍產率)是6.1%;每小時靛藍產率(該產率用于測量生成速率)是0.6%。用高效液相色譜分析反應混合物的濾液，可檢測到三聚體2，2-二吲哚基-ψ-吲哚酚，但量太小難于定量。
實施例2除了加用11.3mg(0.043mmol)六羰基鉬作為催化劑和反應時間變為5小時外，與實施例1相同的方法進行反應和后處理，得2，91g靛藍，靛藍產率是52.0%，每小時靛藍產率是10.4%。
實施例3除了用5.0g(33.0mmol)5-氯吲哚代替吲哚，用21.6g(165.4mmol)69%(重量)叔丁基過氧化氫水溶液代替CHP溶液，反應溫度改為60℃，反應時間改為20小時外，其余操作同實施例1。反應后將反應混合物過濾，固體用少量甲醇洗，50℃減壓干燥，得0.23g5，5′-二氯靛藍。按實施例1同法分析此產物，未檢測到三聚體生成。
實施例4將100ml三口瓶安裝攪拌器、溫度計和蛇形冷凝器，一次加入1.0g(8.5mmol)吲哚，22.5mg(0.085mmol)六羰基鉬，30g甲苯和7.83g(42.7mmol異丙基苯過氧化氫)實施例1用的同一CHP溶液，油浴加熱至80℃，反應5小時。反應混合物按實施例1同法處理，得0.57g靛藍。靛藍產率50.9%，每小時靛藍產率為10.2%。
實施例5-15除了吲哚和CHP溶液的用量，催化劑和溶劑的類型和用量，反應溫度和時間改變，如表1所示外，其余用實施例4進行反應和后處理。得到的結果及實施例2和4的結果列于表1。
實施例16-20除用表2所示有機過氧化氫代替CHP溶液，吲哚的量和反應的溫度如表2所示外，其余同實施例2進行反應和后處理，得到的結果列于表2。
實施例21-23除用表3所示的吲哚化合物代替吲哚和CHP溶液的量如表3所示外，按實施例4的方法進行反應。得到的反應混合物過濾，用少量甲醇洗固體，50℃減壓干燥，得相應的靛藍化合物。分離的靛藍化合物，根據加入的吲哚化合物計算的摩爾產率(靛藍化合物產率)和每小時產率均列于表3。
實施例24將實施例4中用的相同的成分一次加入反應瓶中，通入氮氣代替空氣，將混合物油浴加熱至80℃，充氮下攪拌5小時。然后按實施例4的方法處理反應混合物。靛藍產率是46.1%，每小時靛藍產率是9.2%。盡管差別并不大，但實施例4在空氣條件下反應的收率稍高。
實施例25將100ml的四口瓶安裝攪拌器、溫度計、氣體通入管和蛇形冷凝器，加入5.0g(42.7mmol)吲哚，11.3mg(0.043mmol)六羰基鉬和40g異丙基苯。攪拌該混合物，同時通入空氣(流速300ml/分)，將反應混合物加熱至80℃開始反應。一小時后取樣并用碘量滴定法和氣相色譜法分析，證實反應系統中已生成了異丙基苯過氧化氫。反應持續10小時后，按實施例1中同一方法處理反應混合物。結果靛藍產率為8.0%。
實施例26除用20g異丙基苯代替甲苯，17.0g(25.7mmol異丙基苯過氧化氫)23%(重量)異丙基苯過氧化氫的異丙基苯溶液代替實施例4用的CHP溶液，反應溫度變為110℃外，按實施例4的方法進行反應和后處理，得0.43g靛藍。靛藍產率是38.1%，每小時靛藍產率為7.6%。
權利要求
1.制備靛藍化合物的方法，該方法包括使2-和3-位沒有取代基的吲哚化合物與有機過氧化氫反應。
2.按權利要求1的方法，其中2-和3-位沒有取代基的吲哚化合物是選自下列一組化合物中的至少一個化合物，這組化合物包括吲哚、烷基吲哚、鹵代吲哚、羥基吲哚、鹵代烷基吲哚、硝基吲哚、吲哚羧酸及其酯、磺化吲哚。
3.按權利要求1的方法，其中2-和3-位沒有取代基的吲哚化合物是吲哚。
4.按權利要求1的方法，其中有機過氧化氫是選自仲和叔烷基過氧化氫中的至少一個化合物。
5.按權利要求1的方法，其中有機過氧化氫是選自下列一組化合物中的至少一個化合物，這組化合物包括叔丁基過氧化氫、1-苯基乙基過氧化氫、1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫、雙(1-甲基乙基)苯基過氧化氫、1-甲基-1-(4-甲基環己基)乙基過氧化氫、2，5-二甲基己烷-2，5-二過氧化氫和1，1，3，3，-四甲基丁基過氧化氫。
6.按權利要求1的方法，其中過氧化氫是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括叔丁基過氧化氫、1-苯基乙基過氧化氫和1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫。
7.按權利要求1的方法，其中每摩爾吲哚化合物的過氧化氫用量為0.01-100摩爾。
8.按權利要求1的方法，其中反應溫度為-10℃至200℃。
9.按權利要求1的方法，其中反應時間在100小時之內。
10.按權利要求1的方法，其中反應是在溶劑存在下進行。
11.按權利要求10的方法，其中溶劑是選自下述溶劑中的至少一種溶劑，這些溶劑包括水、脂肪烴、脂環烴、芳香烴、醚、醇、酮、酯、碳酸酯和芳香硝基化合物。
12.按權利要求1的方法，其中生成的靛藍按照固液分離技術從反應混合物中以固體的形式分離出來。
13.按權利要求1的方法，其中反應是在金屬化合物催化劑的存在下進行，該金屬化合物催化劑能氧化吲哚化合物的3-位碳原子。
14.按權利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括元素周期表中4A，5A和6A中金屬的化合物。
15.按權利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括鈦、釩、鉬和鎢的化合物。
16.按權利要求13的方法，其中能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑是鉬的化合物。
17.按權利要求13的方法，其中對每摩爾吲哚化合物而言能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑的用量為不大于0.5摩爾。
18.按權利要求13的方法，其中2-和3-位無取代基的吲哚化合物是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括吲哚、烷基吲哚、鹵代吲哚、羥基吲哚、鹵代烷基吲哚、硝基吲哚、吲哚羧酸及其酯、和磺化吲哚。
19.按權利要求13的方法，其中2-和3-位無取代基的吲哚化合物是吲哚。
20.按權利要求13的方法，其中有機過氧化氫是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括仲和叔烷基過氧化氫。
21.按權利要求13的方法，其中有機過氧化氫是選自下列化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括叔丁基過氧化氫、1-苯基乙基過氧化氫、1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫、雙(1-甲基乙基)苯基過氧化氫、1-甲基1-(-甲基環己基)乙基過氧化氫、2，5-二甲基己烷-2，5-二過氧化氫、和1，1，3，3-四甲基丁基過氧化氫。
22.按權利要求13的方法，其中有機過氧化氫是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括叔丁基過氧化氫、1-苯基乙基過氧化氫和1-甲基-1-苯基乙基過氧化氫。
23.按權利要求13的方法，其中每摩爾吲哚化合物的有機過氧化氫用量為0.01-100摩爾。
24.按權利要求13的方法，其中反應溫度為-10℃至200℃。
25.按權利要求13的方法，其中反應時間在100小時以內。
26.按權利要求13的方法，其中反應是在溶劑存在下進行的。
27.按權利要求26的方法，其中溶劑是選自下述化合物中的至少一個化合物，這些化合物包括水、脂肪烴、脂環烴、芳香烴、脂肪族和芳香族鹵素化合物、醚、醇、酮、酯、碳酸酯和芳香族硝基化合物。
28.按權利要求13的方法，其中生成的靛藍化合物按固液分離技術以固體的形式從反應混合物中分離出來。
全文摘要
本發明公開了將2-和3-位無取代基的吲哚化合物與有機過氧化氫反應，制備靛藍的方法。在反應系統中還存在能氧化吲哚化合物3-位碳原子的金屬化合物催化劑，如元素周期表中4A、5A和6A金屬的化合物。
文檔編號C09B7/00GK1035521SQ8910119
公開日1989年9月13日 申請日期1989年2月23日 優先權日1988年2月23日
發明者高木夘三治, 鈴木寬治, 山木喜博, 青木忍, 原烈 申請人:三井東圧化學株式會社