CH637360A5 - Processo per la preparazione di sali alcalini dell'acido fenilacetico. - Google Patents
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Description
La presente invenzione si riferisce a sali alcalini dell'acido fenilacetico e loro processo di preparazione.
In particolare la presente invenzione si riferisce ad un processo catalitico per la sintesi dei sali alcalini dell'acido fenilacetico mediante carbonilazione di alogenuri di benzile in un sistema bifasico in presenza di complessi carbonilici del cobalto.
Dai sali alcalini, inoltre, l'acido fenilacetico è facilmente ottenibile per acidificazione ecc. secondo tecniche largamente convenzionali.
L'acido fenilacetico, infatti, è un noto composto avente ampie possibilità applicative industriali.
L'acido fenilacetico può essere considerato un importante intermedio per la preparazione di profumi (fenilace-tato di feniletile, fenilacetato di benzile, ecc.) e nel campo degli antiparassitari come l'estere etilico dell'acido dimetil--ditiofosforil-fenilacetico noto sotto il nome commerciale di Cidial, ecc.
Sono noti pertanto numerosi metodi di sintesi dell'acido fenilacetico. L'acido fenilacetico è preparato per reazione del cloruro di benzile con cianuri alcalini e successiva saponificazione del nitrile ottenuto ad acido fenilacetico. 5 Trattasi di un metodo a più stadi ulteriormente complicato per l'impiego di reagenti come i cianuri di difficile manipolazione comportante rischi operativi e possibilità di inquinamento ambientale, anche per la contemporanea formazione di solfato ammonico sottoprodotto. L'interesse in-xo dustriale per il suddetto metodo è pertanto piuttosto modesto.
Acido fenilacetico è anche ottenibile, secondo altri metodi descritti in letetratura, mediante carbonilazione di alogenuri benzilici in ambiente alcalino in presenza di sistemi 15 catalitici a base di complessi metallo-carbonilici del Ni, Co.
Infine è anche noto preparare esteri dell'acido fenilacetico per carbonilazione del cloruro di benzile in presenza di un sistema catalitico a base di sali dell'idrocarbonile dì cobalto in solventi idroalcoolici.
20 Questi metodi tuttavia presentano vari svantaggi che risiedono principalmente nell'impiego di pressioni elevate, nella necessità di preparare a parte il catalizzatore, nelle rese e velocità di reazione non soddisfacenti, nell'uso di solventi speciali, ecc.
25 Questi inconvenienti compromettono sostanzialmente l'aspetto applicativo industriale di tali metodi.
La presente invenzione consente di ottenere l'acido fenilacetico a partire dai suoi sali alcalini.
Scopo pertanto della seguente invenzione è quello di prov-30 vedere un processo semplice ed economico per la preparazione industriale dell'acido fenilacetico che sia esente dagli inconvenienti citati per la tecnica nota presa in esame, attraverso la sintesi dei suoi sali alcalini e successiva acidificazione secondo tecniche note.
35 II procedimento che costituisce l'oggetto della presente invenzione consente di ovviare agli svantaggi della tecnica nota mediante la sintesi di sali alcalini dell'acido fenilacetico da ossido di carbonio e alogenuri di benzile catalizzata da complessi carbonilici del cobalto in un sistema bifasico 40 acquoso alcalino-organico. L'acido fenilacetico viene poi ottenuto per acidificazione secondo tecniche note.
Questo ed altri scopi, che più chiaramente potranno apparire al tecnico del ramo dalla seguente descrizione, sono raggiunti, secondo la presente invenzione, da un processo 45 per la preparazione di sali alcalini dell'acido fenilacetico mediante reazione di un alogenuro, scelto tra il cloruro ed il bromuro, con ossido di carbonio in presenza di un catalizzatore costituito da un sale dell'idrocarbonile di cobalto caratterizzato dal fatto che la reazione viene condotta in un so sistema bifasico acquoso/organico costituito a) da una soluzione acquosa di una base alcalina inorganica, e b) dall'alogenuro di benzile in un solvente organico, in presenza di un sistema catalitico costituito da un sale di al-
55 chilammonio quaternario e da un sale dell'idrocarbonile di cobalto, a pressione atmosferica e a temperatura compresa tra 20°C e 70°C circa.
La reazione può essere schematicamente rappresentata dalla seguente equazione:
3
637360
O
CH CjLi-CO»-2NaOH
^fco (CO) 7
NR X/NaOH/M O/solv.organico 4 -i
<ö>
.CH COOK'a
+ NaCl +
h2o.
Ove con NR4X è indicato il sale (alogenuro) di alchilammonio come in seguito meglio definito. Dal fenilacetato alcalino l'acido corrispondente viene ottenuto per acidificazione con acidi minerali (HCl, H2S04) secondo tecniche convenzionali.
La reazione, come sopra detto, è caratterizzata dal fatto che viene condotta in un sistema bifase acquoso/organico consistente, per la fase organica, dell'alogenuro di benzile, scelto tra il cloruro e il bromuro, in soluzione in un solvente organico, scelto tra gli idrocarburi aromatici, gli eteri aromatici e alifatici e gli alogeno-derivati aromatici; mentre la fase acquosa è costituita da una soluzione acquosa di una base inorganica scelta tra NaOH e KOH contenente anche un sale di alchil-ammonio quaternario di formula NR4X ove R rappresenta un radicale alchilico contenente da 1 a 20 atomi di carbonio e X è un alogeno come cloro, bromo, iodio.
Il solvente organico è preferibilmente scelto tra il dife-niletere, il diisopropiletere, il p-xilene, l'o-diclorobenzene, il benzene, ecc.
Il catalizzatore è costituito da sali dell'idrocarbonile di cobalto, preferibilmente dal sale sodico Na[Co(CO)J.
È possibile preparare «in situ» il suddetto sale sodico mediante introduzione nell'ambiente di reazione di cobalto carbonile Co2(CO)8, che, nelle condizioni di reazione, in presenza della base inorganica (NaOH) dà luogo al sale di cobalto corrispondente Na[Co(CO)4].
I suddetti composti di cobalto sono di per sè noti e reperibili sul mercato. Essi comunque vengono ottenuti secondo tecniche note; per esempio Co2(CO)8 è preparato da CoC03 e CO sotto pressione di idrogeno in etere di petrolio. Na[Co(CO)J è a sua volta preparato per riduzione del Co2(CO)8 con amalgama di sodio all'I % in tetraidrofurano.
La reazione è completa in un tempo generalmente compreso tra 1 e 24 ore circa a seconda delle condizioni para-metriche di temperatura, concentrazione, catalizzatore impiegato, ecc.
La base inorganica, scelta tra NaOH e KOH, viene introdotta come soluzione acquosa preferibilmente a concentrazione compresa tra il 5% e il 50% in peso, e in quantità molari in eccesso rispetto al cloruro di benzile stechiometrico, cioè il rapporto molare cloruro di benziIe:NaOH è maggiore di 1:2, senza carattere critico.
II catalizzatore cobalto carbonile o sale (sodico) dell'idrocarbonile di cobalto viene aggiunto in quantità catalitica; risultati vantaggiosi sono ottenuti secondo un rapporto molare alogenuro di benzilexatalizzatore di cobalto compreso tra 10:1 e 200:1.
Il sale di alchil-ammonio quaternario è introdotto secondo un rapporto equimolare rispetto al catalizzatore di cobalto, o anche superiore, preferibilmente compreso tra 1:1 e 4:1.
Sali di alchilammonio quaternari preferiti sono il benzil--trimetil-ammonio cloruro, il benzil-trietil-ammonio-cloruro, il tetrabutil-ammonio bromuro, ecc.
L'alogenuro di benzile viene infine introdotto in reazione gradualmente.
Il processo secondo un'efficace forma di attuazione viene condotto come segue.
In un reattore munito di agitatore e sistema regolatore della temperatura, sotto atmosfera di CO a pressione am-15 biente, si introducono il solvente, la soluzione alcalina (NaOH), contenente anche il sale di alchil-ammonio quater-natio, l'alogenuro di benzile (cloruro) e il catalizzatore di cobalto.
L'alogenuro di benzile viene introdotto gradualmente per 20 la migliore regolazione della reazione. Si porta quindi la miscela alla temperatura desiderata e la si mantiene sotto battente di CO fino a completamento della reazione e cioè alla fine dell'assorbimento di CO.
Seguono quindi le operazioni di separazione della fase 25 acquosa contenente il sale alcalino dell'acido fenilacetico in soluzione, che può essere fatta anche in modo continuo, l'acidificazione con acido solforico o cloridrico concentrati della fase acquosa ed estrazione con un solvente (etere etilico) dell'acido fenilacetico ottenuto, secondo tecniche con-30 venzionali. La fase organica viene direttamente riciclata per una successiva carbonilazione senza necessità di recupero del catalizzatore grazie alla bifasicità della reazione.
A seconda della concentrazione dell'alcali (NaOH) il sale alcalino dell'acido fenilacetico può anche presentarsi in 35 tutto o in parte come precipitato, che viene filtrato, sciolto in H20, acidificato, ecc.
Il processo presenta rispetto alla tecnica nota numerosi vantaggi che possono essere così riassunti:
1) È possibile impiegare soluzioni acquose di NaOH o 40 KOH senza doverne controllare la quantità o il pH in quanto in tale sistema bifasico la reazione di idrolisi dell'alogenuro di benzile ad alcool benzilico è estremamente lenta.
2) Il fenilacetato di sodio o potassio formatosi passa nella fase acquosa e può essere facilmente separato per fil-
45 trazione o centrifugazione dopo averlo lasciato cristallizzare.
3) Scegliendo un opportuno sale di ammonio è possibile mantenere il catalizzatore di cobalto completamente sciolto nella fase organica per cui risulta agevole separare la fase acquosa, contenente il fenilacetato alcalino e riciclare la
50 soluzione organica contenente il catalizzatore realizzando un processo in continuo.
Il processo verrà ora più precisamente descritto nei seguenti esempi dati per altro a titolo illustrativo.
Nell'esempio 7 viene esemplificata la possibilità di rici-55 ciò delle fasi organica e acquosa.
Esempio 1
In un pallone da 250 cc, munito di agitatore meccanico, termometro, refrigerante ad acqua e imbuto gocciolatore, 60 si introducono sotto battente di CO:
NaOH soluzione acquosa al 40% 50 cc
Difeniletere 15 cc
Benziltrimetilammonio cloruro 1 g.
65 Na[Co(CO)4] 0,5 g
Mantenendo la temperatura a 55-56°C, si gocciolano in 1 ora 16,5 g di cloruro di benzile. La miscela di reazione
637360
4
viene agitata per altre 2 ore, fino a che cessa l'assorbimento di CO.
La miscela grezza di reazione viene diluita con acqua e HCl ed estratta con etere etilico.
Un campione viene esterificato con diazometano ed iniettato in gascromatografia.
Dall'analisi si ricava che la resa in acido fenilacetico è dell'84,7 % calcolata sul cloruro di benzile introdotto.
Esempio 2
Nell'apparecchiatura descritta nell'esempio 1 e con le stesse modalità, si introducono:
NaOH soluzione acquosa al 40% 50 cc
Diisopropiletere 15 cc
Benziltrimetilammonio cloruro 1 g
Na[Co(CO)4] 0,5 g
Con le modalità dell'esempio precedente si aggiungono 16,5 g di cloruro di benzile e si procede con le stesse operazioni dell'esempio 1.
L'analisi gascromatografica della miscela grezza di reazione, dopo esterificazione con diazometano, dà una resa in acido fenilacetico del 70,5 % calcolata sul cloruro di benzile introdotto.
Esempio 3
Nell'apparecchiatura descritta nell'esempio 1 e con le stesse modalità si introducono:
NaOH soluzione acquosa al 40% 50 cc p-xilene 15 cc
Benziltrimetilammonio cloruro 1 g
Na[Co(CO)4] 0,5 g
Con le modalità dell'esempio 1 si introducono 16,5 g di clorun/di benzile. Si procede indi come nell'esempio 1 e dall'analisi gascromatografica si ottiene una resa in acido fenilacetico del 74,6% calcolata sul cloruro di benzile alimentato.
Esempio 4
Nell'apparechiatura descritta nell'esempio 1 e con le stesse modalità si introducono:
NaOH soluzione acquosa al 40% 70 cc o-diclorobenzene 30 cc
Benziltrimetilammonio cloruro 1 g
Na[Co(CO)J 0,5 g
Con le modalità dell'esempio 1 si introducono 16,5 g di cloruro di benzile. Si procede indi come nell'esempio 1 e dall'analisi gascromatografica si ricava una resa in acido fenilacetico del 74% calcolata sul cloruro di benzile alimentato.
Esempio 5
In un palloncino da 50 cc, munito di refrigerante ad H20, termometro ed agitatore magnetico, sotto battente di CO, si introducono:
NaOH soluzione acquosa al 10%
15
cc
Na[Co(CO)4]
100
mg
Benziltrimetilammonio cloruro
300
mg
Benzene
1
cc
Mantenendo la temperatura a 25°C si aggiungono in 2,5 ore g 1,38 di benzilbromuro.
Terminata l'aggiunta si lascia in agitazione per altre 0,5 ore.
io Un campione viene prelevato e dopo acidificazione, estrazione con etere etilico ed esterificazione con diazometano, viene iniettato in gascromatografia.
Dall'analisi gascromatografica risulta una resa praticamente quantitativa in acido fenilacetico.
15
Esempio 6
Nell'apparecchiatura descritta nell'esempio 5 e con le stesse modalità si introducono:
20
NaOH soluzione acquosa al 7 % 15 cc
Coj(CO)8 307 mg
Benziltrietilammonio cloruro 370 mg
Benzene 2 cc
25
Mantenendo la temperatura a 25°C si aggiungono in 3,5 ore g 1,38 di benzilbromuro.
Terminata l'aggiunta si lascia in agitazione per altre 4, 5 ore. Un campione viene prelevato e dopo acidificazio-
30 ne, estrazione con etere etilico ed esterificazione con diazometano, viene iniettato in gascromatografia.
Dall'analisi gascromatografica si ricava una resa in acido fenilacetico dell'87 % sul bromuro di benzile alimentato.
35
Esempio 7
Nella stessa apparecchiatura dell'esempio 1 e con le stesse modalità si introducono sotto battente di CO: NaOH soluzione acquosa al 40% satura di acido fenilacetico proverò niente da un ciclo precedente 50 cc
Difeniletere 15 cc
Benziltrimetilammonio cloruro 1 g
45 Na[Co(CO)4] 0,5 g
Mantenendo la temperatura a 55-56°C si gocciolano in 1,5 ore 17,6 g di cloruro di benzile.
La miscela di reazione viene agitata per altre 2,5 ore 50 fino a che cessa l'assorbimento di CO.
La sospensione ottenuta viene filtrata.
II filtrato, costituito dalle fasi acquosa ed organica, previa aggiunta di soda ed eventuale ripristino del sistema catalitico consumato, può essere riciclato. Il residuo solido 55 viene disciolto in acqua, la soluzione acquosa acidificata con HCl concentrato ed estratta con etere etilico.
Dopo evaporazione dell'etere, si ottengono 16 g di acido fenilacetico con una resa dell'84,6% sul cloruro di benzile 60 introdotto.
Claims (9)
1. Processo per la preparazione di sali alcalini dell'acido fenilacetico mediante reazione di un alogenuro di ben-zile scelto tra il cloruro e il bromuro con ossido di carbonio in presenza di un catalizzatore costituito da un sale del-l'idrocarbonile di cobalto caratterizzato dal fatto che la reazione viene condotta in un sistema bifasico acquoso/organico costituito a) da una soluzione acquosa di una base alcalina inorganica e b) dall'alogenuro di benzile in un solvente organico, in presenza di un sistema catalitico costituito da un sale di alchilammonio quaternario e da un sale dell'idrocarbonile di cobalto, a pressione atmosferica e a temperatura compresa tra 20°C e 70°C.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase acquosa è costituita da una soluzione alcalina di una base inorganica scelta tra NaOH e KOH avente una concentrazione compresa tra il 5% e il 50%
in peso.
2
RIVENDICAZIONI
3. Processo secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che il sale di alchilammonio quaternario è un alogenuro di formula NR4X in cui R è un radicale alchilico che contiene fino a 20 atomi di carbonio e X è cloro, bromo, iodio, preferibilmente scelto tra il benzil-trimetilammo-nio cloruro, il benzil-trietilammonio cloruro, il tetrabutilam-monio bromuro.
4. Processo secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che il catalizzatore è sodio tetracarbonil-cobaltato.
5. Processo secondo le rivendicazioni 1, 2, 3 e 4, caratterizzato dal fatto che il solvente è scelto tra gli idrocarburi aromatici, gli eteri aromatici e alifatici, gli alogeno derivati aromatici, preferibilmente tra il difeniletere, il diisopropil-etere, il p-xilene, il benzene e I'o-diclorobenzene.
6. Processo secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4 e 5, caratterizzato dal fatto che il rapporto molare base inorgani-ca:alogenuro di benzile è maggiore del rapporto stechiometrico di reazione.
7. Processo secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caratterizzato dal fatto che il rapporto molare alogenuro di benzilexatalizzatore di cobalto è compreso tra 10:1 e 200:1.
8. Processo secondo le rivendicazioai 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caratterizzato dal fatto che il rapporto molare sale di alchilammonio quaternarioxatalizzatore di cobalto è compreso tra 1:1 e 4:1.
9. Sali alcalini dell'acido fenilacetico ottenuti secondo il processo della rivendicazione 1.
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---|---|---|---|
PL | Patent ceased |