CH619943A5 - Process for the synthesis of dibenzofuran - Google Patents
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Abstract
Description
La presente invenzione si riferisce ad un nuovo procedimento per la sintesi del dibenzofurano. The present invention relates to a new process for the synthesis of dibenzofuran.
Il dibenzofurano è un importante intermedio di sintesi nell'industria farmaceutica; infatti alcuni suoi derivati, da esso ottenibili con semplici metodi, noti della chimica organica, vengono rivendicati come farmaci aventi attività antiinflam-matoria, analgesica, ipotensiva, muscolo-rilassante, vasodila-tatrice, sedativa o antivirale. Altri derivati vengono rivendicati quali agenti stabilizzanti per polimeri olefinici, poliacri-lati e PVC nei confronti di radiazioni UV. Dibenzofuran is an important synthetic intermediate in the pharmaceutical industry; in fact some of its derivatives, obtainable from it with simple methods, known in organic chemistry, are claimed as drugs having anti-inflammatory, analgesic, hypotensive, muscle-relaxing, vasodilator, sedative or antiviral activity. Other derivatives are claimed as stabilizing agents for olefinic polymers, polyacrylates and PVC against UV radiation.
I metodi finora noti per la sintesi del dibenzofurano consistono nella pirolisi del fenolo, oppure nella deidrociclizza-zione catalitica del difeniletere in presenza di H2 su un catalizzatore a base di platino supportato su carbone attivo. Nel primo caso le rese ottenute sono molto basse, mentre nel secondo si deve far ricorso a una materia prima e a un catalizzatore notevolmente costosi e sono necessarie frequenti rigenerazioni del catalizzatore stesso, che fanno apparire il processo non economico. The methods known so far for the synthesis of dibenzofuran consist in the pyrolysis of phenol, or in the catalytic dehydrocyclization of diphenyl ether in the presence of H2 on a platinum-based catalyst supported on activated carbon. In the first case, the yields obtained are very low, while in the second case, a considerably expensive raw material and catalyst must be used and frequent regenerations of the catalyst itself are necessary, which make the process appear not economic.
In un brevetto della Farbenfabriken Bayer AG (DE Pat. 1 007 772), si ottiene dibenzofurano con resa inferiore al In a patent of Farbenfabriken Bayer AG (DE Pat. 1 007 772), dibenzofuran is obtained with a yield lower than
10% per passaggio a partire da 2-cicloesenil-cicloesanone a 420-480°C, in presenza di vapor d'acqua, su un letto di carbone attivo. 10% per passage starting from 2-cyclohexenyl-cyclohexanone at 420-480 ° C, in the presence of water vapor, on a bed of activated carbon.
Il procedimento per la sintesi di dibenzofurano secondo l'invenzione è caratterizzato nella rivendicazione 1. The process for the synthesis of dibenzofuran according to the invention is characterized in claim 1.
Con la presente invenzione, è possibile ottenere rese molto elevate in dibenzofurano conducendo la deidrociclizzazione del 2-cicloesenil-cicloesanone a temperatura elevata in presenza di aria e di un catalizzatore. Quest'ultimo può essere costituito da un comune catalizzatore di deidrogenazione ossidativa, cioè ossidi o miscele di ossidi di metalli del III, IV, V, VI e Vili gruppo del sistema periodico, ad esempio ossidi o miscele di ossidi di cerio, uranio, silicio, titanio, stagno, fosforo, arsenico, antimonio, bismuto, vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno, tellurio, tungsteno, ferro, cobalto o nichel. With the present invention, it is possible to obtain very high yields in dibenzofuran by conducting the dehydrocyclization of 2-cyclohexenyl-cyclohexanone at high temperature in the presence of air and a catalyst. The latter can consist of a common oxidative dehydrogenation catalyst, i.e. oxides or mixtures of metal oxides of the III, IV, V, VI and VIII group of the periodic system, for example oxides or mixtures of cerium, uranium, silicon oxides , titanium, tin, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tellurium, tungsten, iron, cobalt or nickel.
Il catalizzatore può essere impiegato da solo o supportato sui comuni materiali impiegati come supporti, quali silice, allumina, diatomite, silice-allumina. Particolarmente preferito è l'impiego di silice come supporto per le sue qualità di catalizzatore di deidrociclizzazione ossidativa, come è mostrato nel brevetto italiano No. 875 126. The catalyst can be used alone or supported on common materials used as supports, such as silica, alumina, diatomite, silica-alumina. Particularly preferred is the use of silica as a support for its qualities as an oxidative dehydrocyclization catalyst, as shown in Italian patent No. 875 126.
Il processo della presente invenzione può essere realizzato a letto fisso, a letto mobile, oppure a letto fluido. The process of the present invention can be carried out with a fixed bed, a movable bed, or a fluidized bed.
Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione il catalizzatore è costituito da una miscela di ossidi di bismuto, molibdeno e vanadio, la cui preparazione è riportata nei brevetti italiani No. 690 486 e 769 588. According to a preferred embodiment of the present invention, the catalyst is constituted by a mixture of bismuth, molybdenum and vanadium oxides, the preparation of which is reported in Italian patents No. 690 486 and 769 588.
Secondo un'altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione il catalizzatore è costituito da una miscela di ossido di antimonio o di un ossido scelto fra i metalli appartenenti ai gruppi III, IV, V e Vili del sistema periodico, ad esempio una miscela di ossidi di antimonio e uranio, antimonio e stagno, antimonio e tellurio, antimonio e ferro, e loro miscele più complesse. According to another preferred embodiment of the present invention, the catalyst consists of a mixture of antimony oxide or an oxide selected from the metals belonging to groups III, IV, V and VIII of the periodic system, for example a mixture of oxides of antimony and uranium, antimony and tin, antimony and tellurium, antimony and iron, and their more complex mixtures.
La temperatura a cui viene condotta la reazione di deidrociclizzazione ossidativa può essere compresa fra 300 e 700°C, e preferibilmente fra 400 e 550°C. La pressione di reazione può variare in un ampio intervallo, fra pochi mmHg e 10 atm.; preferibilmente si opera a pressione atmosferica o di poco superiore. The temperature at which the oxidative dehydrocyclization reaction is carried out can be between 300 and 700 ° C, and preferably between 400 and 550 ° C. The reaction pressure can vary in a wide range, between a few mmHg and 10 atm .; preferably it is operated at atmospheric pressure or slightly higher.
Come ossidante viene usato di preferenza aria, in rapporto che può variare da 4 : 1 a 50 : 1 in moli rispetto al 2-cicloesenilcicloesanone; viene preferito un rapporto compreso fra 8 : 1 e 30 : 1. Air is preferably used as oxidant, in a ratio that can vary from 4: 1 to 50: 1 by moles with respect to 2-cyclohexenylcyclohexanone; a ratio between 8: 1 and 30: 1 is preferred.
Riesce particolarmente vantaggioso l'impiego di un diluente inerte che può essere scelto fra vapor d'acqua, azoto, argon, anidride carbonica, idrocarburi saturi o qualsiasi altra sostanza che non subisca modificazioni nelle condizioni di reazione. The use of an inert diluent which can be chosen from water vapor, nitrogen, argon, carbon dioxide, saturated hydrocarbons or any other substance that does not undergo changes in the reaction conditions is particularly advantageous.
Particolarmente preferito è l'impiego del vapor d'acqua come diluente in un rapporto molare da 5 : 1 a 100 : 1 rispetto al 2-cicloesenilcicloesanone; un intervallo di rapporti preferenziali è fra 10 : 1 e 70 : 1. Nelle operazioni a letto fisso il tempo di contatto apparente fra reagenti e catalizzatore può variare nell'intervallo da 0,1 a 10 sec, e preferibilmente da 0,2 a 2,5 sec. The use of water vapor as a diluent in a molar ratio from 5: 1 to 100: 1 with respect to 2-cyclohexenylcyclohexanone is particularly preferred; a range of preferential ratios is between 10: 1 and 70: 1. In fixed bed operations the apparent contact time between reactants and catalyst can vary in the range from 0.1 to 10 sec, and preferably from 0.2 to 2 , 5 sec.
Come tempo di contatto apparente fra reagenti e catalizzatore si intende il rapporto fra il volume del letto catalitico e la portata di reagenti allo stato gassoso nelle condizioni di reazione. By apparent contact time between reactants and catalyst is meant the ratio between the volume of the catalytic bed and the flow rate of reactants in the gaseous state under the reaction conditions.
Gli esempi che seguono, ad illustrazione della presente invenzione, si intendono non limitativi. Viene pure riportato un esempio di sintesi del 2-cicloesenil-cicloesanone secondo un metodo desumibile dalla letteratura che quindi non costituisce oggetto della presente invenzione. The following examples, as an illustration of the present invention, are intended to be non-limiting. An example of synthesis of 2-cyclohexenyl-cyclohexanone according to a method which can be deduced from the literature which therefore is not the subject of the present invention is also reported.
Negli esempi che seguono i termini di conversione, selettività e resa vengono usati col seguente significato. In the following examples the terms of conversion, selectivity and yield are used with the following meaning.
5 5
io I
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3
619943 619943
moli di 2-cicloesenil-cicloesanone reagite moles of 2-cyclohexenyl-cyclohexanone reacted
Conversione = X 100 Conversion = X 100
moli di 2-cicloesenil-cicloesanone alimentate moli di dibenzofurano ottenute moles of 2-cyclohexenyl-cyclohexanone fed moles of dibenzofuran obtained
Selettività = X 100 Selectivity = X 100
moli di dibenzofurano reagite moles of dibenzofuran reacted
Resa = Conversione X Selettività Yield = Conversion X Selectivity
Esempio 1 Preparazione del 2-cicloesenil-cicloesanone Example 1 Preparation of the 2-cyclohexenyl-cyclohexanone
In un pallone in vetro Pyrex da 5 litri, munito di agitatore e imbuto di carico, sormontato da una colonna a riempimento di anelli Raschig con testina per il riflusso, refrigerante e cilindro di raccolta per lo smiscelamento dell'azeotropo ac-qua-benzene, sono stati caricati 981,5 g (10 moli) di ciclo-esanone, 1500 cc di benzene e 500 cc di una resina a scambio ionico in forma acida di tipo solfonico (Amberlyst 15 H, della Rohm & Haas). In a 5-liter Pyrex glass flask, equipped with a stirrer and loading funnel, topped with a column filled with Raschig rings with head for reflux, coolant and collection cylinder for the mixing of the water-benzene azeotrope, 981.5 g (10 moles) of cyclohexanone, 1500 cc of benzene and 500 cc of an ion exchange resin in acid form of sulfonic type (Amberlyst 15 H, by Rohm & Haas) were loaded.
Si è riscaldato per 3 ore a riflusso di benzene, separando l'acqua per distillazione azeotropica, quindi la miscela di reazione dopo filtrazione della resina è stata distillata per allontanare il solvente e successivamente si è recuperato il cicloesanone (179,6 g, conversione 81,7 %) (p. eb. 90°C a 100 mmHg). Il residuo della distillazione conteneva 1301,2 g (resa 73,1%) di 2-cicloesenilcicloesanone assieme a piccole quantità di sottoprodotti di condensazione più pesanti. It was heated for 3 hours to reflux of benzene, separating the water by azeotropic distillation, then the reaction mixture after filtration of the resin was distilled to remove the solvent and subsequently the cyclohexanone was recovered (179.6 g, conversion 81 , 7%) (p. Eb. 90 ° C at 100 mmHg). The distillation residue contained 1301.2 g (73.1% yield) of 2-cyclohexenylcyclohexanone together with small quantities of heavier condensation by-products.
La purezza di questo residuo (titolo in 2-cicloesenilcicloesanone circa 90%) ne consentiva il diretto impiego come alimentazione al reattore di deidrociclizzazione ossidativa. The purity of this residue (approximately 2% titre in 2-cyclohexenylcyclohexanone) allowed its direct use as feed to the oxidative dehydrocyclization reactor.
Esempio 2 Example 2
Deidrociclizzazione ossidativa su ossidi di Bi-Mo-V Oxidative dehydrocyclization on Bi-Mo-V oxides
In un reattore in acciaio inossidabile di 7,8" di diametro interno, riscaldato con resistenze elettriche, sono stati caricati 337 g di un catalizzatore costituito da una miscela di ossidi di bismuto, molibdeno e vanadio, preparati secondo l'esempio 7 del brevetto italiano No. 769 558. La composizione del catalizzatore era 1 Bi203: 1 MoOs 0,6 V20B; il catalizzatore era supportato al 50% su silice Ludox A.S. 337 g of a catalyst consisting of a mixture of bismuth, molybdenum and vanadium oxides, prepared according to example 7 of the Italian patent, was loaded into a 7.8 "internal diameter stainless steel reactor, heated with electrical resistances. No. 769 558. The composition of the catalyst was 1 Bi203: 1 MoOs 0.6 V20B; the catalyst was 50% supported on Ludox AS silica
Sono stati alimentati 85 cc/ora di 2-cicloesenilcicloesanone (purezza 90% circa), 22 NI/ora di aria e 400 cc/ora di vapore di acqua, per un rapporto molare 1: 20 : 50. La temperatura media nel reattore era 45.0-500°C. Il tempo di con-j tatto era di 0,8 sec. 85 cc / hour of 2-cyclohexenylcyclohexanone (about 90% purity), 22 NI / hour of air and 400 cc / hour of water vapor were fed for a molar ratio 1: 20: 50. The average temperature in the reactor was 45.0-500 ° C. The contact time was 0.8 sec.
La pressione media nel reattore era di 1,1 ata. L'effluente del reattore è stato raccolto mediante lavaggio in controcorrente con toluolo. The average pressure in the reactor was 1.1 ata. The reactor effluent was collected by countercurrent washing with toluene.
Al termine della prova, durante 3,5 ore, la miscela di io reazione è stata distillata a pressione ambiente per allontanare il toluolo, quindi a 10 mmHg si è raccolta una frazione p. eb. 130-135°C che conteneva 54 g di 2-cicloesenilcicloesanone non reagito (conversione 79,8%). At the end of the test, for 3.5 hours, the reaction mixture was distilled at room pressure to remove the toluene, then a fraction p was collected at 10 mmHg. b. 130-135 ° C which contained 54 g of unreacted 2-cyclohexenylcyclohexanone (conversion 79.8%).
Il residuo della distillazione è stato cristallizzato da alcool 15 etilico. Si sono recuperati 159,2 grammi di dibenzofurano, giallo cristallino a p.f. 85°C. The distillation residue was crystallized from ethyl alcohol 15. 159.2 grams of dibenzofuran, crystalline yellow m.p. 85 ° C.
•Il recupero corrisponde ad una resa del 63 %. • The recovery corresponds to a yield of 63%.
La selettività in dibenzofurano è stata in questa prova del 79,1 %. Nel prodotto erano assenti i prodotti di ciclizzazione 20 del 2-cicloesenilcicloesanone non completamente aromatizzati, cioè tetraidro — e ottaidro dibenzofurano. The selectivity in dibenzofuran was 79.1% in this test. The cyclization products 20 of the 2-cyclohexenylcyclohexanone not fully flavored, i.e. tetrahydro - and octahydro dibenzofuran were absent in the product.
Esempio 3 Example 3
Deidrociclizzazione ossidativa su ossidi di Fe-Sb Oxidative dehydrocyclization on Fe-Sb oxides
25 25
Il catalizzatore per questa prova è stato preparato portando a fusione Fe(N03)3. 6HaO, quindi si è aggiunta a piccole porzioni Sb2Os. Al termine dell'aggiunta di Sb2Os si è scaldato fino a scomparsa dei vapori nitrosi. 30 II catalizzatore è stato attivato mediante riscaldamento fino a 850°C; la composizione finale era la seguente: 21,5 % in peso di Fe203 - 78,5 % in peso di Sb203, corrispondente ad un rapporto atomico Sb/Fe = 2:1. The catalyst for this test was prepared by melting Fe (N03) 3. 6HaO, so it was added to small portions Sb2Os. At the end of the addition of Sb2Os, it was heated until the nitrous vapors disappeared. 30 The catalyst was activated by heating up to 850 ° C; the final composition was as follows: 21.5% by weight of Fe203 - 78.5% by weight of Sb203, corresponding to an atomic ratio Sb / Fe = 2: 1.
Non è stato fatto impiego di alcun materiale di supporto. 35 Nel reattore dell'esempio 2 sono stati caricati 700 grammi del catalizzatore così preparato, quindi, ad una temperatura media del reattore di 450-500°C, sono stati alimentati 85 cc/ora di 2-cicloesenilcicloesanone al 90%, 22 Nl/ora di aria e 400 cc/ora di vapore d'acqua, alimentazioni corrispondenti a 40 rapporti molari 2-cicloesenilcicloesanone/aria/H20 = 1 : 20 : 50 e ad un tempo di contatto di 0,8 sec circa. No support material was used. 35 700 grams of the catalyst thus prepared were loaded into the reactor of Example 2, then, at an average reactor temperature of 450-500 ° C, 85 cc / hour of 90% 2-cyclohexenylcyclohexanone were fed, 22 Nl / hour of air and 400 cc / hour of water vapor, feeds corresponding to 40 molar ratios 2-cyclohexenylcyclohexanone / air / H20 = 1: 20: 50 and at a contact time of about 0.8 sec.
L'effluente dal reattore è stato trattato secondo lo stesso procedimento dell'esempio 3. The effluent from the reactor was treated according to the same process of Example 3.
In questa prova si è avuta una conversione del 77,5 % 45 del 2-cicloesenilcicloesanone con selettività dell'80,0% a dibenzofurano. La resa in dibenzofurano è stata quindi del 62,0%. In this test there was a conversion of 77.5% 45 of 2-cyclohexenylcyclohexanone with selectivity of 80.0% to dibenzofuran. The yield in dibenzofuran was therefore 62.0%.
v v
Claims (9)
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