(57) Anotace:
Způsob výroby o-aminofenylcyklopropylketonu, při němž se sloučenina obecného vzorce Γ, kde X představuje chlor nebo brom, nechá reagovat alespoň s jedním molámím ekvivalentem vodné báze za přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu a popřípadě za přítomnosti organického rozpouštědla. Způsob výroby oaminofenylcyklopropylketonu, při němž se 1) 4halogenbutyronitril nechá reagovat s halogenidem boritým za přítomnosti rozpouštědla za vzniku 1:1 donomího komplexu, 2) tento komplex se nechá reagovat s anilinem za přítomnosti Lewisovy kyseliny za vzniku reakční směsi, 3) tato reakční směs se stripuje inertním plynem, při teplotě 30 až 150 °C po dobu 1 až 24 hodin a 4) reakční směs zpracovaná stripováním se rozloží vodou za vzniku sloučeniny obecného vzorce Γ, kde X představuje chlor nebo brom, načež se sloučenina obecného vzorce Γ nechá reagovat alespoň s jedním molámím ekvivalentem vodné báze za přítomnosti katalyzátorů fázového přenosu a popřípadě za přítomnosti organického rozpouštědla.
(I·)
Způsob výroby o-aminofenylcyklopropylketonu
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby o-aminofenylcyklopropvlketonu.
Dosavadní stav techniky
Cykloalkyl- a halogenalkyl-o-aminofenylketonů se používá jako výchozích látek při výrobě herbicidně účinných derivátů sulfamoylmočoviny. Regiospecifický způsob výroby o-aminofenylketonových derivátů je popsán v US patentu 4 160 784. V tomto patentu je uveden v širokém rozsahu použitelný způsob výroby celé řady aromatických a nearomatických, substituovaných a nesubstituovaných o-aminofenylketonů. V mnoha případech však je tento způsob komplikován tvorbou nežádoucích vedlejších produktů, které mohou snižovat výtěžky a činit izolaci produktu těžkopádnou.
Sloučenina, o-aminofenylcyklopropylketon, je obzvláště užitečná při výrobě derivátů l-(o-cyklopropylkarbonyl)fenylsulfamoylmočoviny. Tyto deriváty jsou vysoce účinnými herbicidy, které jsou tolerantní vůči obilninám a přitom nepoškozují životní prostředí. Při známých způsobech výroby o-aminofenylcyklopropylketonu, jako při způsobech popsaných v US patentech č. 4 160 784 a 5 009 699, se jako výchozí látky používá cyklopropylnitrilu. Cyklopropylnitril však není obchodně dostupný a ani se snadno nepřipravuje, na rozdíl od
4-chlorbutyronitrilu, který lze získat na trhu. Dosud však neexistuje žádný účinný způsob výroby o-aminofenylcyklopropylketonu z jeho 4-halogen-acyklického prekurzoru, l-(o-aminofenyl)4-halogen-l-butanonu.
Úkolem tohoto vynálezu je tedy vyvinout zlepšený způsob výroby cykloalkyl- a halogenalkyl-oaminofenylketonů, při němž by se podstatně snížila tvorba vedlejších produktů a zvýšil výtěžek produktu.
Dalším úkolem tohoto vynálezu je vyvinout efektivní způsob výroby o-aminofenylcyklopropylketonu dehydrohalogenací l-(o-aminofenyl)-4-halogen-l-butanonu.
Ještě dalším úkolem tohoto vynálezu je poskytnout ekonomický a vhodný zdroj výchozích látek pro výrobu herbicidně účinných derivátů sulfamoylmočoviny.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob výroby o-aminofenylketonů obecného vzorce I
kde
R představuje cykloalkylskupinu se 3 až 6 atomy uhlíku nebo halogenalkylskupinu s 1 až 6 atomy uhlíku,
-1 CZ 290533 B6 jehož podstata spočívá v tom, že se
1) nitrii obecného vzorce II
R-CN (II), kde R má výše uvedený význam, nechá reagovat s halogen idem boritým za přítomnosti rozpouštědla za vzniku 1:1 donomího komplexu,
2) tento komplex se nechá reagovat s anilinem za přítomnosti Lewisovy kyseliny za vzniku reakční směsi,
3) tato reakční směs se stripuje inertním plynem, jako je dusík, při teplotě 30 až 150 °C po dobu 1 až 24 hodin a
4) reakční směs zpracovaná stripováním se rozloží vodou za vzniku sloučeniny obecného vzorce I.
Jednotlivé sekvence výše uvedeného výrobního postupu jsou znázorněny v diagramu I, kde R představuje cykloalkylskupinu se 3 až 6 atomy uhlíku nebo halogenalkylskupinu s 1 až 6 atomy uhlíku a X představuje chlor nebo brom.
Diagram I
R—CN + (II) ♦£R“CM*BX3
BX3 )AICI3 2}Ν2,Δ 3)H20
Intermediární 1:1 donomí komplex se s výhodou neizoluje, nýbrž se vytváří in šitu, což umožňuje provádět postup v jediné reakční nádobě za použití obvyklého rozpouštědlového systému. S překvapením se zjistilo, že když se nejprve připraví 1:1 donomí komplex nitrilu s halogenidem boritým a potom se k němu přidá nejprve anilin a potom Lewisova kyselina, potlačí se vznik nežádoucích vedlejších produktů, které se jinak mohou zavěsit na výchozí anilin a znepřístupnit jej pro reakci, kterou vzniká výsledný produkt. Stripování dusíkem usnadňuje odstraňování chlorovodíku, který vzniká jako vedlejší produkt, což se projevuje dalším zvýšením výtěžku produktu a jeho čistoty tím, že se sníží nebo odstraní kysele katalyzované vedlejší
-2CZ 290533 B6 reakce. Zjistilo se, že při práci v průmyslovém měřítku je tato vnější síla uplatňovaná za účelem efektivního odstranění plynného chlorovodíku vznikajícího jako vedlejší produkt kritická pro eliminaci vedlejších reakcí a degradace reakčního činidla.
Z rozpouštědel, která se hodí pro provádění způsobu podle vynálezu, je možno uvést organická rozpouštědla, jako jsou halogenované uhlovodíky, například dichlormethan, dichlorethan, dichlorpropan apod.; aromatické uhlovodíky, jako je toluen, xylen, benzen apod.; a halogenované aromatické uhlovodíky, jako je chlorbenzen, dichlorbenzen apod. Přednostními rozpouštědly jsou dichlorethan, dichlorpropan a toluen a vůbec největší přednost se dává dichlorethanu.
Přednostní Lewisovou kyselinou pro použití při způsobu podle vynálezu je chlorid hlinitý.
Stripování dusíkem urychluje uvolňování plynného chlorovodíku a napomáhá dovést reakci do konce. Takové urychlení za použití inertního plynu, jako je dusík, se zdá být kritické pro zvýšení výtěžku a jakosti produktu. Reakční doba, po kterou se stripování dusíkem provádí, může ležet v rozmezí asi od 1 asi do 24 hodin, přednostně asi od 8 asi do 16 hodin a nejvýhodněji činí asi 12 hodin.
Reakční rychlost stoupá se zvyšující se teplotou. Při zvyšující se teplotě se však také zvyšuje rozsah degradace reakční složky a jiných nežádoucích vedlejších reakcí. Zvýšené teploty, které se hodí pro časový úsek, v němž se provádí stripování dusíkem, leží v rozmezí asi od 30 asi do 150 °C, přednostně asi od 80 do 110 °C.
Přestože se může použít stechiometrického poměru reakčních složek, přednostně se používá nitrilu obecného vzorce II v množství od asi 1 do 2 a přednostně od asi 1,3 do asi 1,5 mol, vztaženo najeden molámí ekvivalent anilinu.
Předmětem vynálezu je také způsob výroby o-aminofenylcyklopropylketonu, jehož podstata spočívá v tom, že se sloučenina obecného vzorce I'
kde X představuje chlor nebo brom, nechá reagovat s alespoň jedním molárním ekvivalentem vodné báze za přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu a popřípadě za přítomnosti organického rozpouštědla.
Sloučenina, o-aminofenylcyklopropylketon, se může efektivně vyrábět s minimální tvorbou vedlejšího produktu dehydrohalogenací l-(o-aminofenyl)-4-halogen-l-butanonu za použití alespoň jednoho molámího ekvivalentu, přednostně 1,1 až 3,0 molámího ekvivalentu vodné báze za přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu a popřípadě za přítomnosti organického rozpouštědla.
Přestože je známo, že při dehydrohalogenací gamma-halogenalkylketonu za použití různých vodných bází vzniká odpovídající cykloalkylketon (viz například způsob popsaný v Organic Synthesis, Coll. sv. 4, strana 597 až 600 (1963)), když se tyto postupy aplikují na 4-halogenbutanonové sloučeniny obecného vzorce I, kde X představuje chlor nebo brom, reakce probíhá pomalu a jako hlavní produkt se získá převážně 4-hydroxyanalog obecného vzorce III.
-3CZ 290533 B6
S překvapením se zjistilo, že když je v reakční směsi přítomen katalyzátor fázového přenosu, reakční rychlost se účinně zvýší a jako hlavní produkt se získá požadovaný cyklopropylketon obecného vzorce I, Výše uvedené reakce jsou popsány v diagramu II.
Diagram II
Jako katalyzátory fázového přenosu, které se hodí pro použití při způsobu podle vynálezu, je možno uvést katalyzátory dobře známé v tomto oboru, jako jsou například kvatemí amoniové soli, například trialkylamoniové soli nebo tetraalkylamoniové soli, přednostně tri- nebo tetrabutylamoniumhalogenidy. Účinné množství takového katalyzátoru může ležet v rozmezí od asi 0,001 do asi 0,50 molámího ekvivalentu.
Vodné báze, které se hodí pro výrobu o-aminofenylcyklopropylketonů způsobem podle tohoto vynálezu, zahrnují hydroxid, uhličitan a hydrogenuhličitan sodný a draselný a jejich směsi, přičemž koncentrace těchto látek ve vhodném roztoku leží v rozmezí do asi 15 do 50% hmotnostních. Vodných bází se používá v množství, které odpovídá přinejmenším jednomu molámímu ekvivalentu, přednostně asi 1,1 až 3,0 molámího ekvivalentu a nejvýhodněji asi 1,5 až
2.5 molámího ekvivalentu.
Jako organického rozpouštědla se může použít jakéhokoliv inertního rozpouštědla nebo směsi rozpouštědel, které jsou nemísitelné s vodou. Jako příklady takových rozpouštědel je možno uvést halogenované uhlovodíky, alifatické a aromatické ethery, aromatické uhlovodíky, halogenované aromatické uhlovodíky apod., přednostně halogenované uhlovodíky, jako je methylendichlorid, ethylendichlorid, propylendichlorid apod.
Při provádění způsobu podle vynálezu se 4-halogenbutanonová sloučenina obecného vzorce Γ, která je popřípadě rozpuštěna v organickém rozpouštědle nebo směsi organických rozpouštědel, smíchá s alespoň jedním molámím ekvivalentem, přednostně asi 1,1 až 3,0 a ještě výhodněji asi
1.5 až 2,5 molámího ekvivalentu vodné báze a kvatemím amoniovým katalyzátorem fázového přenosu, přednostně methyltributylamoniumchloridem, v množství od asi 0,001 do 0,50 molámího ekvivalentu, přednostně od asi 0,025 do asi 0,50 molámího ekvivalentu.
-4CZ 290533 B6
Vynález je blíže objasněn v následujících příkladech provedení. Tyto příklady mají výhradně ilustrativní charakter a v žádném ohledu neomezují rozsah vynálezu.
Pod označením „HPLC“ se rozumí vysoce výkonná kapalinová chromatografie a pod označením „GC“ se rozumí plynová chromatografie.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Výroba o-aminofenylcyklopropylketonu [>—CN + BCI3
Ke směsi chloridu boritého (145,2 g, 1,238 mol) v dichlorethanu se přidá cyklopropylnitril (101,8 g, 1,45 mol) v průběhu 45 minut při teplotě -3 až 5 °C. Směs se 1 hodinu míchá při 5 až 10 °C, přidá se k ní anilin (112,2 g, 1,205 mol) v průběhu jedné hodiny při 7 až 12 °C, směs se dále míchá 1 hodinu, přidá se k ní najednou chlorid hlinitý (170,7 g, 1,281 mol) a potom se směs jednu hodinu míchá při teplotě okolí. Dále se reakční směs stripuje dusíkem a zahřívá na teplotu zpětného toku za současného stripování dusíkem po dobu 17 až 18 hodin. Zahřátá a stripovaná reakční směs se ochladí na 15 °C a v průběhu 30 minut přidá přibližně ke dvojnásobnému objemu vody (vztaženo na počáteční objem reakční směsi) při 9 až 38 °C. Potom se směs ještě jednu hodinu míchá při 35 až 38 °C. Oddělí se fáze a vodná fáze se extrahuje methylenchloridem. Organické fáze se spojí a zkoncentrují za sníženého tlaku. Získá se titulní sloučenina ve formě oranžového oleje, který v průběhu stání vykrystaluje. Výtěžek činí 149,8 g (73,7%), čistota produktu je 95,6 % (podle identifikace HPLC analýzou).
-5CZ 290533 B6
Příklad 2
Výroba l-(o-aminofenyl)-4-chlor-l-butanonu
Ke směsi chloridu boritého (59,2 g, 0,50 mol) v 1,2-dichlorethanu se přidá 4-chlorbutyronitril (62,5 g, 0,604 mol) v průběhu jedné hodiny při teplotě -8 až 0 °C. Směs se jednu hodinu míchá při 0 až 5 °C, přidá se k ní anilin (45,1 g, 0,485 mol) v průběhu jedné hodiny při 2 až 9 °C, směs se jednu hodinu míchá, přidá se k ní chlorid hlinitý (68,8 g, 0,515 mol) v jedné dávce při teplotě okolí. Reakční směs stripuje dusíkem při teplotě zpětného toku po dobu asi 17 hodin. Zahřátá a stripovaná reakční směs se ochladí na 35 °C a přidá k přibližně dvojnásobnému objemu vody (vztaženo na počáteční reakční objem). Směs se 0,5 hodiny míchá při 33 až 35 °C. Fáze se oddělí a vodná fáze se promyje 1,2-dichlorethanem. Organické fáze se spojí a zkoncentrují za sníženého tlaku, přičemž se získá roztok sloučeniny uvedené v nadpisu, který obsahuje 85,9 g požadovaného o-aminofenylketonu. Výtěžek činí 89,7 % podle identifikace HPLC analýzou.
Příklad 3
Srovnávací způsob výroby l-(o-aminofenyl)cyklopropylketonu
Postup použitý v tomto příkladu se v podstatě shoduje s postupem popsaným v US patentu č.4 160 784.
K roztoku anilinu (2,7 g, 0,029 mol) v 1,2-dichlorethanu se přidá chlorid boritý (3,40 g, 0,029 mol) v průběhu 20 minut při teplotě -8 až 5 °C. Směs se míchá při -2 až 5 °C po dobu 35 minut, v průběhu 15 minut se k ní při 0 až 5 °C přidá cyklopropylnitril (2,9 g, 0,0,43 mol), dále se přidá chlorid hlinitý (v jedné dávce, 4,2 g, 0,0315 mol) a směs se 1,5 hodiny míchá při teplotě okolí. Reakční směs se 18 hodin zahřívá na teplotu zpětného toku, přidá se k nadbytku
-6CZ 290533 B6 vody a výsledná směs se 16 hodin míchá. Oddělí se fáze a vodná fáze se extrahuje methylenchloridem. Organické fáze se spojí a zkoncentrují za sníženého tlaku. Získá se titulní sloučenina v množství 2,55 g a o čistotě 90 %. Výtěžek je 49,1 %. Identifikace se provede HPLC analýzou.
Příklad 4
Srovnávací způsob výroby l-(o-aminofenyl)-4-chlor-l-butanonu
Postup, který je dále popsán, pochází z US patentu č. 4 988 695.
K roztoku chloridu boritého (55 g) v 1,2-dichlorethanu (200 ml) se při 0 °C přikape roztok anilinu (39,1 g, 0,42 mol) v 1,2-dichlorethanu (50 ml), přičemž teplota se udržuje pod 5 °C. Po dokončení tohoto přídavku se ke směsi postupně přidá 4-chlorbutyronitril (41,4 g, 0,42 mol) a chlorid hlinitý (53,34 g, 0,42 mol) a reakční směs se nechá ohřát na teplotu místnosti. Potom se reakční směs 20 hodin vaří pod zpětným chladičem, nechá se zchladnout, přidá se k ní 2N kyselina chlorovodíková (100 ml) a dále se reakční směs 0,5 hodiny vaří pod zpětným chladičem. Získaná pevná látka se odfiltruje, vyjme do vody a vodný roztok se extrahuje chloroformem (5 x 200 ml). Chloroformové extrakty se spojí, promyjí zředěnou bází, potom vodou, vysuší síranem hořečnatým, přefiltrují a odpaří za sníženého tlaku na olejovitý zbytek. Tento olej se rozpustí v etheru, k roztoku se přidá ethanolická kyselina chlorovodíková a výsledná pevná látka se odfiltruje a vysuší. Získá se 28,5 g produktu (výtěžek je 29 %). Překrystalováním ze směsi ethanolu a diethyletheru se získá tento hydrochlorid produktu v podobě látky o teplotě tání 152 až 154 °C.
Příklad 5
Výroba o-aminofenylcyklopropylketonu dehydrohalogenací l-(o-aminofenyl}-4-chlor-l-butanonu za přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu
CHoN(nBu)q Cl NaOH----------------► h2o/ch2ci2,c2h4ci2
Roztok l-(o-aminofenyl)-4-chlor-l-butanonu (32,6 g, 0,165 mol) v ethylendichloridu se smíchá se 147,3 g 20% vodného roztoku hydroxidu sodného (0,736 mol hydroxidu sodného) a2,31g 75% vodného roztoku methyltributylamoniumchloridu (0,0074 mol). Směs se asi 4 hodiny míchá při 50 až 53 °C (v průběhu této doby se odebírají v určitých intervalech vzorky, které se analyzují HPLC). Reakční směs se ochladí na teplotu místnosti a oddělí se fáze.
Organická fáze se promyje vodou a zkoncentruje za sníženého tlaku. Získá se titulní sloučenina v množství 29,84 g, o čistotě 70,6 % (výtěžek 79,2 %) podle analýzy HPLC a GC.
Průběh reakce je zřejmý z údajů, které jsou uvedeny v tabulce I.
Tabulka I
Vzorek |
Doba |
% A |
%B |
1 |
0,0 |
100,0 |
0,0 |
2 |
0,5 |
28,4 |
66,9 |
3 |
1,0 |
12,2 |
80,6 |
4 |
3,0 |
0,5 |
94,6 |
5 |
4,0 |
0,0 |
96,3 |
10 |
|
|
|
Příkladu 6 |
|
|
|
Hodnocení vlivu katalyzátoru chlor-l-butanonu |
fázového přenosu |
na dehydrohalogenaci |
1 -(o-aminofenyl)-4- |
B
C
A
Obecný postup
Směs l-(o-aminofenyl)-4-chlor-l-butanonu (35,6 g, 0,18 mol) v rozpouštědlové směsi, která se skládá z ethylendichloridu a methylendichloridu a 146 g 20% vodného roztoku hydroxidu 20 sodného (0,73 mol) se 9 hodin míchá při 50 až 85 °C. Po 9 hodinách se přidá methyltributylamoniumchlorid (1,74 g, 0,0074 mol) a vmíchání se pokračuje dalších 0,5 hodiny. V 0,5 až 1-hodinových intervalech se odebírají alikvotní vzorky reakční směsi, které se analyzují na přítomnost výchozí látky (A), l-(o-aminofenyl)-4-chlor-l-butanonu (B) a o-aminofenylcyklopropylketonu (C). Výsledky se zaznamenávají a jsou uvedeny v tabulce II. Zkoušení se provádí 25 analýzou HPLC.
-8CZ 290533 B6
Tabulka II
Vzorek |
Doba (h) |
Teplota (°C) |
A (%) |
Bý%) |
Cý%) |
1 |
0 |
50 |
92,0 |
1,0 |
0,0 |
2 |
0,5 |
50 |
85,6 |
0,9 |
0,5 |
3 |
1,0 |
50 |
89,0 |
1,5 |
1,8 |
4 |
2,0 |
50 |
89,4 |
2,2 |
0,8 |
5 |
3,0 |
50 |
91,2 |
3,8 |
1,1 |
6 |
4,0 |
50 |
83,0 |
3,8 |
1,0 |
7 |
5,0 |
67 |
86,4 |
6,9 |
1,5 |
8 |
6,0 |
67 |
83,0 |
7,8 |
1,7 |
9 |
7,0 |
67 |
78,0 |
14,1 |
3,2 |
10 |
8,0 |
76 |
73,0 |
19,2 |
3,5 |
11 |
9,0 |
85 |
51,8 |
33,5 |
7,1 |
12 |
9,5 |
85 |
0,0 |
34,3 |
56,0 |
Jak je zřejmé z tabulky II, za nepřítomnosti katalyzátoru fázového přenosu (vzorky 1 až 11) se výchozí 4-chlorbutanon (A) přednostně a pomalu převádí na nežádoucí 4-hydroxybutanonový vedlejší produkt (B). Po 0,5 hodiny od přidání katalyzátoru fázového přenosu (vzorek 12) se však výchozí látka úplně převede na požadovaný cyklopropylketonový produkt (C), který v tomto případě vzniká přednostně. Reakční rychlost reakce vedoucí k požadovanému produktu (C) je asi 250* vyšší za přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu ve srovnání s reakcí, při níž katalyzátor fázového přenosu není přítomen.