DE60002166T2

DE60002166T2 - Verfahren zur Acylierung von Naphthylethern

Info

Publication number: DE60002166T2
Application number: DE2000602166
Authority: DE
Inventors: Mannepalli Lakshmi Kantam; Mutyala Sateesh; Boyapati Manoranjan Choudary; Kalluri Venkata Sri Ranganath; Kondapuram Vijaya Raghavan
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: DE60002166D1; EP1149819B1; EP1149819A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Acylnaphthylethern aus Naphthylethern. Acylnaphthylether sind wichtige Zwischenprodukte bei der Herstellung von Arzneimitteln, Pharmazeutika und Polyestern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahrer. zur Herstellung vor. Acylnaphthylethern aus Naphthylethern mit C₂_₅-Säureanhydriden als Acylierungsmittel unter Verwendung von β-Zeolith in Form von synthetisiertem, mikrokristallinem und mikrokistallinem modifiziertem β-Zeolith.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein umweltfreundliches Verfahren zur Acylierung von Naphthylethern unter Verwendung von Säureanhydriden als Acylierungsmittel und von β-Zeolith als Katalysator, der ohne stöchiometrische Mengen an korrosivem, toxischem Aluminiumchlorid und Fluorwasserstoff als Friedel-Crafts-Reagenzien auskommt. Die acylierten Produkte sind wichtige Zwischenprodukte bei der Herstellung von Arzneimitteln und Pharmazeutika und von Monomeren für Polyester. 6-Acetyl-2-methoxynaphthalin oder 6-Propionyl-2-methoxynaphalin sind z.B. Zwischenprodukte bei der Herstellung von Naproxen, einem nichtsteroiden antiinflammatorischen, analgetischen und antipyretischen Arzneimittel.
Hintergrund der Erfindung
Bezug genommen wird hier auf die US-PS 3 803 245 und 3 994 968, bei denen die Acylierung von 2-Methoxynaphthalin mit Aluminiumchlorid in Nitrobenzol durchgeführt wird. Die Nachteile der Verwendung traditioneller Lewis-Säure-Metallchloride für die Friedel Crafts-Acylierung bestehen darin, dass sie nichtregenerierbar sind und mehr als stöchiometrische Mengen erfordern, und zwar aufgrund der starken Komplexbildung mit dem gebildeten Carbonylprodukt. Die Aufarbeitung zum Zwecke der Zersetzung des erhaltenen intermediären Komplexes durch Hydrolyse führt zur Erzeugung einer großen Menge an Abfallprodukt und zu einem langwierigen, aufwändigen und teuren Auftrennungsprozess. Bezug genommen wird hier auch auf die US-PS 4 593 125 und 4 670 '603 , bei denen Naphthylether mit Carbonsäuren, Carbonsäurehalogeniden oder -anhydriden in wasserfreier Fluorwasserstoffsäure acyliert werden. Die Nachteile bestehen darin, dass die Fluorwasserstoffsäure extrem toxisch und korrosiv ist und damit die Aufrechterhaltung strenger Sicherheitsbedingungen sowie für das Arbeiten mit der Fluorwasserstoffsäure teure Apparaturen erfordert. Ferner führt die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure als Lösungsmittel zur Bildung großer Mengen an Salzen als Abfallprodukte infolge der Neutralisation.
Bezug genommen wird hier auch auf die Druckschrift Prins et al., Studies in Surface Science and Catalysis, 94, 397, 1995, bei der Naphthylether in Sulfolanlösungsmittel mit Essigsäureanhydrid unter Verwendung von unter verschiedenen Wahlmöglichkeiten hergestelltem H⁺-β-Zeolith acyliert wird. Der Nachteil besteht darin, dass die Selektivität für 6-Acetyl-2-methoxynaphthalin, einem erwünschten Regiomer, gering ist.
Bezug genommen werden kann hier auch auf die Druckschrift Choudary et al., Applied Catalysis A; 171, 159, 1998, bei der aromatische Ether mit Säureanhydriden in Anwesenheit von mit Metallionen ausgetauscheten Tonen bei mäßiger bis guter Ausbeute acyliert werden. Der Nachteil besteht darin, dass die Selektivität für 6-Acetyl-2-methoxynaphthalin sehr gering ist.
Bezug genommen werden kann auch auf die Druckschrift Holderich et al., Journal of Catalysis, 185, 408, 1999, bei der H⁺-β-Zeolith mit durch Säurebehandlung erhaltenen unterschiedlichen Säurezentren für die Acylierung von Naphthylether mit Essigsäureanhydrid mit Sulfolanlösungsmittel verwendet wurde. Die Nachteile liegen darin, dass die Ausbeuten und Selektivitäten nur mäßig sind.
Bezug genommen werden kann auch auf die US-PS 5 227 529 , bei der die Acylierung der Naphthylether durch Carbonsäuren, Carbonsäureanhydride oder -chloride in der Flüssig- und Dampfphase unter Verwendung von H⁺-β-Zeolith durchgeführt wird. Der Nachteil besteht in den geringen Ausbeuten (9-35%) .
Aufgaben der Erfindung
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Acylnaphthylethern durch Umsetzung von Naphthylethern mit Säureanhydriden als Acylierungsmittel in Anwesenheit eines β-Zeolith-Katalysators unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Breitstellung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Acylierung von Naphthylethern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Verzicht auf die Verwendung korrosiver und stöchiometrischer Mengen an Aluminiumchlorid und HF.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von synthetisiertem, mikrokristallinem und mikrokristallinem modifiziertem β-Zeolith als Katalysatoren für die Acylierung von Naphthylethern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Acylnaphthylethern, bei dem die Selektivität und die Ausbeuten gut sind und die Aufarbeitung einfach ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Acylnaphthylethern ohne Entsorgungsprobleme, bei dem der Katalysator für mehrere Zyklen mit konstanter Aktivität verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Acylnaphthylethern, das wirtschaftlich ist.
Schließlich ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verwendung von C₂_₅-Säureanhydriden, ausgewählt unter Essigsäureanhydrid bis Valeriansäureanhydrid als Acylierungsmittel.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung von Acylnaphthylethern bereit, die zur Verwendung als wichtige Zwischenprodukte für Arzneimittel, Pharmazeutika und Polyester geeignet sind, bei dem man einen Naphthylether mit einem C₂_₅-Säureanhydrid als Acylierungsmittel in Nitrobenzol als Lösungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von 80–180°C über einen Zeitraum von 2–24 Stunden umsetzt und die acylierten Naphthylether nach einem herkömmlichen Verfahren gewinnt, gekennzeichnet durch die Verwendung eines synthetisierten oder synthetisierten mikrokrisstallinen modifizierten β-Zeolith-Katalysators mit einem Si/Al-Verhältnis von 4 bis 100 und einer Teilchengröße von 1 μm bis 50 μm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt das Si/Al-Verhältnis des synthetisierten, mikrokristallinen und mikrokristallinen modifizierten β-Zeoliths vorzugsweise 4 bis 20.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Teilchengröße des mikrokristallinen β-Zeoliths 1 μm bis 10 μm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Menge an Katalysator 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Substrat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die unter Essigsäureanhydrid bis Valeriansäureanhydrid ausgewählten C_2-5-Säureanhydride als Acylierungsmittel verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis von Naphthylether und Acylierungsmittel von 1 : 1 bis 1 : 5.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Menge an verwendetem Katalysator 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Substrat.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Neuheit der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von β-Zeolith als synthetisierter, mikrokristalliner und mikrokristalliner modifizierter β-Zeolith für die Acylierung von Naphthylethern. Die Reduzierung der Teilchengröße des β-Zeoliths verbessert die Dichte der sauren Zentren und die spezifische Oberfläche der Zeolithe, was wichtige Faktoren für die Steigerung der Aktivität der Acylierungs reaktion darstellt. Auf diese Weise steigen die Raum-Zeit-Ausbeuten um fast das Dreifache an. Dies lässt sich experimentell nachweisen, wenn man die Ergebnisse vergleicht, die mit mikronisiertem und synthetisiertem β-Zeolith erhält. Man erzielt auf diese Weise höhere Ausbeuten und Selektivitäten für 6-Acyl-2-Naphthylether, wenn der β-Zeolith in synthetisierter Form für die Acylierung von Naphthylethern im Nitrobenzol als Lösungsmittel verwendet wird. Da 6-Acyl-2-naphthylether die erwünschten Ausgangsstoffe für die Synthese von Naproxen und Polyester darstellen, kommt die Erfindung zur rechten Zeit und erweist sich als geeignet. Der Stand der Technik, der H⁺-β-Zeolithe verwendete, gewährleistete entweder nur geringe Selektivität für 6-Acyl-2-Naphthylether, einem erwünschten Zwischenprodukt, bei höheren Konversionen oder umgekehrt. Die früheren Patentschriften blieben hinter den Erwartungen hinsichtlich der großtechnischen Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zurück. Der β-Zeolith in synthetisierter Form ist daher die bessere Option, insbesondere was die Synthese von 6-Acyl-2-naphthylether betrifft, da er die Nachbehandlung nicht behindert. Mikrokristalliner β-Zeolith und mikrokristalliner H⁺-β-Zeolith bieten zwar höhere Konversionsgrade in kürzerer Zeit, ihre Selektivitäten für 6-Acyl-2-Naphthylether sind jedoch nur mäßig. Mikrokristalliner Ce³⁺-β-Zeolith ergab gute Ausbeuten und hohe Selektivität für das erwünschte Isomer bei höheren Raum-Zeit-Ausbeuten. Die Erfindung bietet somit den besten technisch-wirtschaftlichen Weg für die Synthese von 6-Acyl-2-naphthylethern, den intermediären Produkten für Naproxen und Polyester.
Wissenschaftliche Erklärung:
Erfindungsgemäß wurde β-Zeolith als synthetisierter, mikrokristalliner und mikrokristalliner modifizierter β-Zeolith als feste Säurekatalysatoren für die Acylierung von Naphthylether mit C₂_₅-Säureanhydriden als Acylierungsmittel verwendet.
Beim mikrokristallinen β-Zeolith steigt die Dichte der sauren Zentren aufgrund der erhöhten Zahl an gebrochenen Kanten infolge der gesprengten Al-Silikat-Ringe an. Die spezifische Oberfläche dieser Teilchen nimmt aufgrund der Reduzierung der Teilchengröße der Zeolithe ebenfalls zu. Die höhere Dichte der sauren Zentren erhöht gegebenenfalls die Zahl der Acylkationen, die bei der Reaktion bei der elektrophilen Substitution der Friedet-Crafts-Acylierung des Naphthylethers erzeugt werden, und erhöht damit die Wirksamkeit der Reaktion. Die Aktivität dieser mikrokristallinen Formen wird nämlich gegenüber normalen Zeolithen um ein Mehrfaches erhöht.
Es werden höhere Ausbeuten und Selektivitäten für 6-Acyl-2-naphthylether erzielt, wenn bei der Acylierung der Naphthylether in Nitrobenzol als Lösungsmittel β-Zeolith in synthetisierter Form verwendet wird. Da 6-Acyl-2-naprtrylether die erwünschten Ausgangsstoffe für die Synthese von Naproxen und Polyester darstellen, ist die Erfindung aktuell und geeignet. Der Stand der Technik, der H⁺-mikrokristallinen β-Zeolith verwendete, gewährleistete nämlich nur geringe Selektivität für 6-Acyl-2-naphthylether, ein erwünschtes Zwischenprodukt, bei höheren Konversionsgraden oder umgekehrt. Die früheren Patentschriften blieben hinter den Erwartungen hinsichtlich der großtechnischen Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zurück. Während der Synthese des H⁺-Zeoliths kam es gewöhnlich zur Entaluminierung. Die erhöhten Brönsted-Zentren, die während der Bildung des H⁺ erhalten wurden, beruhen vermutlich auf der Kompensation des Entaluminierungsprozesses. Der β-Zeolith in synthetisierter Form ist daher eine bessere Möglichkeit, insbesondere bei der Synthese der 6-Acyl-2-napththylether, da er die Nachbehandlung nicht behindert. Der mikrokristalline β-Zeolith und H⁺-mikrokristalline β-Zeolith gewährleisten zwar höhere Konversionsgrade in kürzeren Zeiten, die Selektivitäten für 6-Acyl-2-napththylether sind jedoch nur mäßig. Diese geringeren Selektivitäten beruhen auf der erhöhten äußeren spezifi schen Oberfläche, die die Bildung des voluminösen 1-Acetyl-2-naphthylether konstant begünstigt. Ce³⁺-mikrokristalliner β-Zeolith ergab gute Ausbeuten und Selektivitäten für das erwünschte Isomer bei höheren Raum-Zeit-Ausbeuten. Die Einführung des Ce³⁺ erhöht die Lewis-Acidität des β-Zeoliths und führt zu höherer Selektivität für 6-Acyl-2-naphthylether, und zwar aufgrund der Begünstigung der reversiblen Reaktion des gebildeten 1-Acyl-2-naphthylethers zu Napththylether durch Deacylierung.
Der β-Zeolith sowie der mikrokristalline und mikrokristalline modifizierte β-Zeolith werden, wie in Beispiel 1 dargestellt, hergestellt und zur Acylierung von Naphthylethern mit Säureanhydriden, wie in den Beispielen beschrieben, verwendet.
Die nachfolgenden Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung und schränken daher den Umfang der Erfindung nicht ein.
Beispiel 1
Herstellung des Katalysators

a) β-Zeolith Es wurden geeignete Molarverhältnisse von Tetraethylorthosilicat und Aluminiumnitrat verwendet, um zum erwünschten Si/Al-Verhältnis von 5 bis 100 zu gelangen. Danach wird dem Tetraethylorthosilicat Wasser zugegeben und gerührt. Dieser Lösung werden dann mit Hilfe eines druckregulierenden Trichters unter Rühren Aluminiumnitrat-nonahydrat in Tetraethylammoniumhydroxid-Lösung zugetropft. Nach der Zugabe wird die Lösung bei 50°C gehalten und dann in einem Autoklaven eine Woche lang bei 135°C für die Durchführung der Kristallisation gekocht. Anschließend wird der Feststoff abfiltriert und an der Luft getrocknet. Der erhaltene Feststoff wurde bei 500°C geglüht und dann in diesem Zustand verwendet.
b) Mikrokristalliner β-Zeolith: Mikrokristalliner β-Zeolith wurde durch mechanische Zerkleinereung des nach dem obigen Verfahren hergestellten β-Zeoliths erhalten (1 μm – 10 μm, 95%).
c) Mikrokristalliner modifizierter β-Zeolith 10 g mikrokristalliner modifizierter β-Zeolith, der wie oben synthetisiert wurde, mit einem Si/Al-Verhältnis von 15 wurde einem Ionenaustauschverfahren durch Rühren mit 1 bis 5 Gew.-Ce(III)chlorid-Lösung bei 80°C 6 Stunden unterworfen. Der erhaltene Zeolith wurde dann mit deionisiertem Wasser gewaschen und bei 120°C getrocknet. Danach wurde der metallausgetauschte Zeolith bei 500°C 6 Stunden lang geglüht.
e) H⁺-mikrokristalliner β-Zeolith Mikrokristalliner β-Zeolith wird einer 1 M NH₄Cl-Lösung (10 ml/g Zeolith) zugesetzt, wonach die erhaltene Lösung bei 60°C während 6 Stunden gerührt wurde. Die erhaltene Lösung wurde dann mit deionisiertem Wasser gewaschen und bei 120°C getrocknet. Danach wurde der ammoniumausgetausche Zeolith bei 500°C geglüht, wodurch man H⁺-mikrokristallinen β-Zeolith erhielt.

Beispiel 2
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Essigsäureanhydrid (20 mM), β-Zeolith-Katalysator in synthetisierter Form (0,5 g, geglüht bei 500°C) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einen Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 136°C gerührt. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute: 1,6 g.
Beispiel 3
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Essigsäureanhydrid (20 mM), β-Zeolith-Katalysator in synthetisierter Form (0,5 g, gerührt bei 750°C) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmit tel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 136°C geglüht. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch afiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute: 1,7 g.
Beisopiel 4
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Essigsäureanhydrid (20 mM), β-Zeolith-Katalysator in synthetisierter Form (0,5 g) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 136°C gerührt. Nach Abschluss der Umetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt, Ausbeute: 1,6 g.
Beispiel 5
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Essigsäureanhydrid (20 mM), Ce³⁺-mikrokristallinem β-Zeolith-Katalysator (0,5 g) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 136°C gerührt. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute: 1,76 g.
Beispiel 6
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Essigsäureanhydrid (20 mM), H⁺-mikrokristallinem β-Zeolith-Katalysator (0,5 g) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 136°C gerührt. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute: 1,8 g
Beispiel 7
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Propionsäureanhydrid (20 mM), β-Zeolith-Katalysator in synthetisierter Form (0,5 g) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 156°C gerührt. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute:
1,6 g.
Beispiel 8
Ein Gemisch aus 2-Methoxynaphthalin (10 mM), Propionsäureanhydrid(20 mM), mikrokristallinem β-Zeolith-Katalysator (0,5) und 5 ml Nitrobenzol-Lösungsmittel wurde in einem Rundbodenkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei 156°C gerührt. Nach Abschluss der Umsetzung, gefolgt von Gaschromatographie, wurde das Reaktionsgemisch abfiltriert und destilliert, wodurch man das Endprodukt erhielt. Ausbeute: 1,8 g.
Tabelle 1
Die Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung sind:

1. Ein neues und umweltfreundliches Verfahren zur Acylierung von Naphthylethern.
2. Das vorliegende Verfahren kommt ohne die Verwendung korrosiver und stöchiometrischer Mengen an Aluminiumchlorid und HF aus.
3. β-Zeolith als synthetisierter, mikrokristalliner und mikrokristalliner modifizierter β-Zeolith werden als Katalysatoren für die Acylierung von Naphthylethern verwendet.
4. Die Selektivität und die Ausbeute sind hoch.
5. Die Aufarbeitung ist einfach.
6. Die vorliegende Erfindung verursacht kein Entsorgungsproblem, da der Katalysator für mehrere Zyklen verwendet werden kann. Der Katalysator wurde einer Vielzahl von Zyklen unterworfen, wobei sich konstante Aktivität zeigte.
7. Das vorliegende Verfahren ist umweltfreundlich, da es kein Entsorgungsproblem verursacht.
8. Das Verfahren ist wirtschaftlich.

Claims

Verbessertes Verfahren zur Herstellung von Acylnaphthylethern, die zur Verwendung als wichtige Zwischenprodukte für Arzneistoffe, Pharmazeutika und Polyester geeignet sind, bei dem man einen Naphthylether mit einem C2-C5-Säureanhydrid als Acylierungsmittel in Nitrobenzol als Lösungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 180°C über einen Zeitraum von 2 bis 24h umsetzt und die Acylnaphthylether nach einem herkömmlichen Verfahren gewinnt, gekennzeichnet durch die Verwendung eines synthetisierten oder synthetisierten mikrokristallinen modifizierten Zeolith-Beta-Katalysators mit einem Si/Al-Verhältnis von 4 bis 100 und einer Teilchengröße von 1 μm bis 50 μm.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man als Naphthylether 2-Methoxynaphthalin einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Si/Al-Verhältnis des synthetisierten mikrokristallinen Zeolith-Beta- oder mikrokristallinen modifizierten Zeolith-Beta-Katalysators 4 bis 20 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem man die als Acylierungsmittel verwendeten C2-C5-Säureanhydride aus der Reihe Essigsäureanhydrid bis Valeriansäureanhydrid auswählt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis von Naphthylether und Acylierungsmittel 1 : 1 bis 1 : 5 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Katalysator in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Substrat, einsetzt.