CZ2011491A3

CZ2011491A3 - Zpusob prípravy chlorkarbonátu

Info

Publication number: CZ2011491A3
Application number: CZ20110491A
Authority: CZ
Inventors: Sedlák@Miloš; Pejchal@Vladimír; Imramovský@Aleš
Original assignee: Univerzita Pardubice
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2012-07-25
Also published as: CZ303311B6

Abstract

Rešení spocívá v prímé jednostupnové heterogenne bazicky katalyzované syntéze chlorkarbonátu odvozených od kyselých fenolu heterogenne bazicky katalyzovanou reakcí fenolu s fosgenem. Katalyzátorem je bezvodý pevný uhlicitan alkalického kovu.

Description

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je nový způsob syntézy chlorkarbonátů odvozených od kyselých fenolů .

Dosavadní stav techniky

Jednou z vyráběných specialit fosgenové chemie jsou chlorkarbonáty odvozené od kyselých fenolů, jejichž hodnota pK_a(H₂O) je nižší než deset jednotek. Tyto chlorkarbonáty s fragmenty dobře odstupujících skupin se používají zejména při aktivaci amino a hydroxy skupin nebo pro syntézu dalších karbonátů, karbamátů a močovin. Zmíněné chlorkarbonáty se často uplatňují v agrochemii, farmaceutické chemii, nanochemii nebo v biotechnologiích (Cotarca L., Eckert H.: Phosgenations - A Handbook, Wiley-VCH Verlag GmbH & KGaA, Weinheim 2004). Na rozdíl od syntéz chlorkarbonátů odvozených od alkoholů s dostatečně nukleofilním kyslíkovým atomem je nutno při syntézách chlorkarbonátů odvozených od kyselých fenolů převést tyto málo reaktivní hydroxysloučeniny na odpovídající fenoláty. Separátně nebo přímo v reakční směsi připravené fenoláty následně reagují s přebytkem fosgenu. Podle současně používaných metod se nejprve připraví roztok odpovídajícího fenolátu sodného nebo draselného ve vodě, který se částečně odvodní a dosuší v sušárně nebo se zcela odvodní azeotropicky např. toluenem. Pevný bezvodý fenolát nebo jeho suspenze v rozpouštědle se pak postupně vnáší do roztoku fosgenu v příslušném rozpouštědle. Po ukončené reakci následuje oddestilování části rozpouštědla s přebytkem fosgenu, ochlazení, fdtrace chloridu sodného nebo draselného, oddestilování rozpouštědla a závěrečná destilace nebo krystalizace produktu. Tyto technologie mají několik nevýhod, jsou energeticky náročné, pracné a hygienicky nevyhovující. V případě chlorkarbonátů odvozených od nitro fenolů přinášejí tyto technologie rizika nebezpečí výbuchu při sušení. Jiné popsané metody přípravy chlorkarbonátů spočívají v reakcích alkoholů a fenolů s fosgenem v homogenním prostředí za přítomnosti rozpuštěných organických bází jako jsou např. V.V-dimcthy lani lín. pyridin, triethylamín nebo diisopropylethylamin (Cotarca L., Eckert H.: Phosgenations - A Handbook, Wiley-VCH Verlag GmbH & KGaA, Weinheim 2004; Konakahara T, Ozaki T., Sáto K, Gold B.: Synthesis 1993, 103-106). Nevýhodou těchto provedení je relativně vysoká cena použitých aminů a v některých případech tvorba nežádoucích barevných látek znečisťujících produkt. Rovněž odstraňování hydrochloridú zmíněných aminů je častý technologický problém a někdy vyžaduje následnou změnu rozpouštědlového systému po reakci (Gosh A.K., Diong T.T., McKee S.P.: Tetrahedron Lett. 1991, 32, 4251-4245; T, Ozaki T., Sáto K, Gold B.: Synthesis 1993, 103-106).

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob přípravy chlorkarbonátů obecného vzorce I:

kde R¹, R², R³, R⁴, R⁵ jsou nezávisle na sobě vybrány ze skupiny zahrnující NO2, H, F, přičemž alespoň jeden z R¹, R², R³, R⁴, R⁵ není H, jehož podstata spočívá v tom, že kyselý fenol obecného vzorce II:

^R4 (II) kde R¹, R², R³, R⁴, R? jsou nezávisle na sobě vybrány ze skupiny zahrnující NO2, H, F, přičemž alespoň jeden z R^l, R², R³, R⁴, R* není H, se podrobí reakci s fosgenem za heterogenní bazické katalýzy bezvodým pevným uhličitanem alkalického kovu, s výhodou bezvodým zrnitým uhličitanem draselným nebo sodným.

Ve výhodném provedení vynálezu R¹ = NO2, R^{2 5} = H.

V jiném výhodném provedení vynálezu R³ = NO₂, R¹’^2,4’⁵ = H.

V dalším výhodném provedení vynálezu R¹'³ = NO₂, R^{2 4 5} = H.

V ještě dalším výhodném provedení vynálezu R¹'^2,3'⁴'⁵ = F.

S výhodou se reakce provádí za heterogenní bazické katalýzy bezvodým zrnitým uhličitanem draselným nebo sodným.

Výhodou reakce je to, že ji lze provádět jedno stupňové. Reakční schéma je následující:

R²	R¹	R²	R¹
	--OH	COCI₂	_R3_/	2---0--CO--Cl
katalyzátor	¹ K v
R⁴	R⁵		R⁴	R⁵

Příprava chlorkarbonátů zmíněných fenolů je realizována tak, že k homogenní směsi fenolu s přebytkem fosgenu v organickém rozpouštědle, s výhodou v chlorovaném nebo aromatickém rozpouštědle, výhodněji v rozpouštědle vybraném ze skupiny zahrnující dichlormethan, chloroform, chlorbenzen, o-dichlorbenzen a toluen, je postupně a za míchání přidán bezvodý zrnitý uhličitan draselný nebo sodný. Na povrchu částic uhličitanu vzniká fenolátový aniont, který reaguje s rozpuštěným fosgenem za vzniku příslušného chlorkarbonátů, jenž přechází do roztoku. Povrch katalyzátoru je kontinuálně obnovován vznikajícím plynný oxidem uhličitým a vymýváním produktu organickým rozpouštědlem z povrchu uhličitanu což umožňuje další vznik fenolátu a pokračování reakce. Reakce uhličitanu sodného nebo draselného se samotným fosgenem v rozpouštědle probíhá velmi bouřlivě. V přítomnosti fenolu však v průběhu reakce dochází k velmi mírnému pěnění vznikajícího oxidu uhličitého. Celý proces probíhá až do kompletní spotřeby výchozího fenolu. Konec reakce je v případě tvorby barevných fenolátu (např. 2-nitrofenol, 4-nitrofenol, 2,4-dinitrofenol) zcela zřetelně indikován odbarvením povrchu anorganické heterogenní fáze. Závěrem se oddestiluje část rozpouštědla s přebytkem fosgenu, a po chlazení se ze suspenze odfiltruje anorganický podíl (chlorid alkalického kovu). Filtrát obsahující příslušný chlorkarbonát se odpaří a produkt se vakuově destiluje, nebo se pouze zahustí ke krystalizaci. Experimentálně bylo dosaženo úplné konverze výchozích fenolů s praktickými výtěžky chlorkarbonátů 72 až 96 %.

* 4 »

- 4 Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Příprava 4-nitrofenylchlorkarbonátu

Ve 250 g dichlormethanu bylo rozpuštěno 9,9 g (0,10 mol) fosgenu. K tomuto roztoku byl přidán roztok 4-nitrofenolu (6,95 g ; 0,05 mol) ve 150 g dichlormetanu. Při teplotě 25 °C byl do tohoto roztoku postupně vsypán bezvodý zrnitý uhličitan draselný (7 g; 0,05 mol). Povrch uhličitanu se zbarvil žlutě, přičemž směs byla intenzívně míchána bez chlazení. Po 45 minutách došlo k odbarvení povrchu pevné fáze. Směs byla ještě cca 30 min míchána a pak bylo oddestilováno cca 100 ml dichlormethanu s přebytečným fosgenem. Po ochlazení byl pevný podíl (4 g) odfiltrován a z filtrátu bylo dále za sníženého tlaku z vodní lázně (max. 50 °C) oddestilováno 150 až 200 ml dichlormethanu. Po následném ochlazení na teplotu 0 až 5 °C došlo ke krystalizaci produktu. Po filtraci a usušení bylo isolováno 9,2 g (92 % výtěžek) nažloutlé krystalické látky o bodu tání 78 až 80 °C (lit. 81 až 82 °C Iwakura Y., Nabeya A.: J. Org. Chem. 25, 1118 (1960)).

‘HNMR (400.13 MHz, CDCI3): δ 8,32 (2H, d, J= 9,1 Hz, H3.H5); 7,45 (2H d, J= 9,1 Hz, H2, H6).

^I3C NMR (100.62 MHz, CDCI3): δ 155,3; 148,8; 146.0; 125,5; 121,4.

Příklad 2

Příprava 2-nitrofenylchlorkarbonátu

Ve 250 g o-dichlorbenzenu bylo rozpuštěno 9,9 g (0,10 mol) fosgenu. K tomuto roztoku byl přidán roztok 2-nitrofenolu (6,95 g; 0,05 mol) ve 150 g o-dichlorbenzenu. Při teplotě 25 °C byl do tohoto roztoku postupně vsypán bezvodý zrnitý uhličitan sodný (5,3 g; 0,05 mol). Povrch sody se zbarvil žlutě, přičemž směs byla intenzívně míchána bez chlazení. Po 45 minutách došlo k odbarvení povrchu pevné fáze. Směs byla ještě cca 30 min míchána a pak bylo vakuově oddestilováno cca 100 ml <9-dichlorbenzenu s přebytečným fosgenem. Po ochlazení byl pevný podíl (4 g) odfiltrován a z filtrátu byl za sníženého tlaku z vodní lázně (max. 50 °C) oddestilován veškerý ο-dichlorbenzen. Produkt byl izolován destilací za sníženého tlaku. Byla jímána frakce 131 až 133 °C/7 mm (lit. 131,5 až 132,5 °C/7 mm Iwakura Y., Ishizuka Y., Saito T.: Nippon Kagaku Zasshi, 76, 1108 (1955)) . Bylo připraveno 8,6 g (86 % výtěžek) nažloutlé kapaliny.

'H NMR (400.13 MHz, CDClj): δ 8,15 (1H, dd, J = 8,2 Hz, J = 1,6 Hz, H3); 7,74 (1H, dt, J = 8,2 Hz, J= 1,6 Hz, H4); 7,52 (1H, dt, J= 8,2 Hz, J= 1,3 Hz, H5); 7,38 (1H, dd, J= 8,2 Hz, J= 1,3 Hz, H6).

^IJC NMR (100.62 MHz, CDC1₃): δ 155,1; 149,3; 143.9; 135,6; 128,5; 126,4; 124,4.

Příklad 3

Příprava 2,4-dinitrofenylchlorkarbonátu

Ve 250 g chlorbenzenu bylo rozpuštěno 9,9 g (0,10 mol) fosgenu. K tomuto roztoku byl přidán roztok 2,4-dinitrofenolu (9,2 g , 0,05 mol) ve 150 g chlorbenzenu. Při teplotě 25 °C byl do tohoto roztoku postupně vsypán bezvodý zrnitý uhličitan draselný (7 g, 0,05 mol). Povrch uhličitanu se zbarvil žlutě, přičemž směs byla intenzívně míchána bez chlazení. Asi po 45 minutách došlo k odbarvení povrchu pevné fáze. Směs byla ještě cca 30 min míchána a pak bylo z reakční směsi vakuově oddestilováno cca 100 ml chlorbenzenu s přebytečným fosgenem. Po ochlazení byl pevný podíl (4 g) odfiltrován a z filtrátu bylo dále za sníženého tlaku z vodní lázně (max. 50 °C) oddestilováno 150 až 200 ml chlorbenzenu. Po následném ochlazení na teplotu 0 až 5 °C došlo ke krystalizaci produktu. Po filtraci a usušení bylo isolováno 8,8 g (72 % výtěžek) nažloutlé krystalické látky o bodu tání 57 až 59 °C (lit. 57,4 °C Konrat, J.P.; Le Roux, L.: DE 2109683 (1971)).

'H NMR (400.13 MHz, CDCb): δ 9,05 (1H, d, J= 2,8 Hz, H3); 8,48 (1H, dd, J= 9,2 Hz, J = 2,8 Hz, H5); 7,72 (1H, d, J= 9,2 Hz, H6).

^I3C NMR (100.62 MHz, CDC1₃): δ 155,5; 149,8; 143.3; 138,5; 129,8; 123,6.

Příklad 4

Příprava pentafl uor feny leh lorkarbonátu

Ve 250 g toluenu bylo rozpuštěno 9,9 g (0,10 mol) fosgenu. K tomuto roztoku byl přidán roztok pentafluorofenolu (9,2 g , 0,05 mol) ve 150 g dichlormetanu. Při teplotě 25 °C byl do tohoto roztoku postupně vsypán bezvodý zrnitý uhličitan draselný (7 g, 0,05 mol). Reakční směs byla intenzívně míchána bez chlazení 1,5 hodin. Pak bylo z reakční směsi vakuově oddestilováno cca 100 ml toluenu s přebytečným fosgenem. Po ochlazení byl pevný podíl (4 g) odfiltrován a z filtrátu byl za sníženého tlaku z vodní lázně (max. 50 °C) oddestilován veškerý toluen. Produkt byl izolován destilací za sníženého tlaku. Byla jímána frakce 68 až • · · t « ·· « · » t · * · * « 9t L • · · »9*4«

4·· »9 ff « · · · · í ^QC/20 mm (lit. 53 °C/13 mm Lynch E.R., Cummings W.: GB 1099646 (1968)). Bylo připraveno 10,5 g (85 % výtěžek) bezbarvé kapaliny.

^I3C NMR (100.62 MHz, CDC1₃): δ 148,5 (s); 142,0 (m); 139,2 (m); 136,6 (m); 130,9 (m).

¹⁹F NMR (376.46 MHz, CDC1₃): δ -152,4 (2F, d, J= 16,9 Hz); -155,3 (1F, t, J= 21,5 Hz); 161,2 (2F,t,J= 19,6 Hz).

Průmyslová využitelnost

Jednostupňová syntéza chlorkarbonátů, odvozených od kyselých fenolů (pK_a < 10), bez nutnosti použití jejich solí separátně připravených nebo bez nutnosti použití organických bází podstatně zjednodušuje dosavadně popsané a průmyslově používané postupy přípravy. Syntézy lze realizovat v jednom reaktoru (one-pot). Zmíněné chlorkarbonáty mají použití v agrochemii, farmaceutické chemii, nanochemii nebo v biotechnologiích jako významná činidla a meziprodukty.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

L Způsob přípravy chlorkarbonátů obecného vzorce I:

R² R¹ kde R^l, R², R³, R⁴, R⁵ jsou nezávisle na sobě vybrány ze skupiny zahrnující NO_2í H, F, přičemž alespoň jeden z R¹, R², R³, R⁴, R⁵ není H, vyznačený tím, že se kyselý fenol obecného vzorce II:

kde R^l, R², R³, R⁴, R⁵ jsou nezávisle na sobě vybrány ze skupiny zahrnující NO2, H, F, přičemž alespoň jeden z R^l, R², R³, R⁴, R' není H, podrobí reakci s fosgenem za heterogenní bazické katalýzy bezvodým pevným uhličitanem alkalického kovu.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že substituenty jsou vybrány z kombinací:

R'-NO₂, R^{2 5}=H;

R³ = NO₂, R^{I 2 4 5} = H;

R^L3 = NO₂, R^{2 4 5} =H;

R^I2-³-⁴’⁵ = F.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že heterogenní bazická katalýza se provádí bezvodým zrnitým uhličitanem draselným nebo sodným.
4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že reakce se provádí v organickém rozpouštědle, s výhodou v chlorovaném nebo aromatickém rozpouštědle.