[发明专利]高纯度2-甲基-1,4-萘醌及其衍生物的高产率制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种制备高纯度2-甲基-1,4-萘醌（甲萘醌，2异构体）及其衍生物的方法，其中选择性地萃取在2-甲基萘氧化过程中作为副产物形成的作为重亚硫酸盐加合物形式的6-甲基-1,4-萘醌异构体（6异构体）。然后，在回收步骤（涉及β-裂解反应以形成纯的甲萘醌）中处理所述重亚硫酸盐溶液，由于对所述重亚硫酸盐溶液的处理，其可以最大限度地减少甲萘醌的损失。

背景技术

现有技术中有几种制备甲萘醌的方法。

一种常用的技术是用溶于硫酸水溶液的重铬酸钠氧化2-甲基萘。在这种情况下，尽管2异构体的选择性很低，所加入过量的六价铬可以很大程度地破坏6-异构体，因此最终产物中甲萘醌含量很高。例如，美国专利3,751,437披露，虽然2-甲基-1,4-萘醌的反应选择性不是很高（50-53％），最终产物主要由甲萘醌（94-97％）、一些未反应的2-甲基萘（2-MNA）及少量未定义的杂质组成。该方法的主要缺点是形成2-甲基-1,4-萘醌异构体的反应的选择性非常低，需要用过量的剧毒六价铬作为氧化剂，以及产生大量的反应副产物碱性硫酸铬。

为了解决涉及到上述方法的这些问题，在现有技术中已经提出了使用其他氧化剂。然而，在使用其他氧化剂的所有推荐的替代方案中，在最终产物混合物中6异构体存在的比例更高。例如，当过氧化氢（在催化剂甲基三氧化铼（methyltrioxorhenium）存在的情况下）用于氧化2-MNA，最终的甲基醌由86％的2异构体和14％的6异构体组成，即2异构体和6异构体的比例为7:1。（W.Adam,W.A.HerrmannJ.Lin,C.R.Saha-Moeller,R.W.Fischer and J.D.G.Correia,Homogeneous catalytic oxidation of arenes and a new synthetis of vitamin K3,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,33,p.2475-2477（1994））。在另一个例子中，当2-MNA用过硫酸铵氧化时（在催化量的硫酸铈铵和硝酸银存在的情况下），2异构体和6异构体的比例约为3:1（J.Skarzewski，Cerium,catalyzed persulfate oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons to quinones,Tetrahedron,40,4997-5000（1984））。使用在乙腈硫酸混合物中的硫酸铈作为氧化剂也导致最终产物中的6异构体含量相对较高，即2异构体和6异构体的比例为6.5:1（IN 157224A）。

虽然上面提及的属于现有技术的方法避免了剧毒六价铬的使用，以及相当数量的碱性硫酸铬的产生，但是最终反应混合物中含有大量的6异构体，其很难与所希望的2异构体分离，由于这两种异构体的性质相类似。在现有技术中，有不同的方案来分离这两种异构体。最相关的策略是：

通过使用不同的原料和Diels-Alder反应避免生成不受欢迎的6异构体

通过不受欢迎的6异构体选择性转化成甲基-蒽醌来分离6异构体

用重亚硫酸盐水溶液处理所述最终产物的混合物来分离6异构体。

然而，所有这些策略遭有重大缺陷：

美国专利5,770,774建议，使用2-甲基-1,4-苯醌为原料以避免生成6-异构体。此产品与1,3-丁二烯在Diels-Alder反应中生成2-甲基-4a,5,8,8a-四氢-1,4-萘醌，然后2-甲基-4a,5,8,8a-四氢-1,4-萘醌被氧化成2-甲基-1,4-萘醌。

该方法存在一些问题。第一，原料2-甲基-1,4-苯醌很昂贵，很难大量使用。此外，1,3-丁二烯是一种毒性很强的试剂。最后，为进行反应需以路易斯酸催化剂的存在为前提。

美国专利5,329,026号公开了6-甲基-1,4-萘醌与1,3-丁二烯反应生成使1,4,4a,9a-四氢-6-甲基蒽醌。然后，后者的分子可以通过加入氢氧化钠和气泡作为氧化剂氧化成甲基蒽醌。2-甲基-1,4-萘醌异构体因为空间位阻和电子密度的差异，几乎不与1,3-丁二烯进行相同的Diels-Alder反应。

前述方法除了该缺陷外（使用剧毒1,3-丁二烯），还有其他的缺陷：必须在高温（约120℃）高压下进行反应，因此需要使用昂贵的仪器，例如具有高能耗的高压釜。此外，反应时间很长（长达4小时）。