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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von acylheteroaromatischen
Verbindungen aus heteroaromatischen Verbindungen, die wichtige Zwischenprodukte
für Medikamente, Arzneimittel
und Aromastoffe für
Lebensmittel sind. Diese Erfindung betrifft spezieller ein Verfahren
zur Herstellung von acylheteroaromatischen Verbindungen hoher Reinheit
aus heteroaromatischen Verbindungen unter Verwendung von C2-CS-Säureanhydriden
als Acylierungsreagenz in Gegenwart von metallausgetauschten Tonen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich speziell
auf ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von acylheteroaromatischen
Verbindungen aus heteroaromatischen Verbindungen unter Verwendung
von Säureanhydriden
als Acylierungsreagenzien und metallausgetauschten Tonen als Katalysatoren,
wobei auf den Gebrauches von stöchiometrischen
Mengen von korrosivem,toxischem Aluminiumchlorid und anderer Lewis-
und Brönstedsäuren wie
Friedel-Crafts-Reagentien
verzichtet wird. Die acylierten Produkte sind wertvolle Zwischenprodukte
für Medikamente,
Arzneimittel, Geschmacks- und Duftstoffe.
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2-Acetylthiophen wird üblicherweise
durch Friedel-Crafts-Acetylierung von Thiophen mit Essigsäure, Acetylchloriden
oder Acetanhydrid in Gegenwart einer Lewis-Säure oder einer Brönstedsäure hergestellt.
Das Produkt wird durch Destillation gereinigt und enthält regelmäßig 1-2
% 3-Acetylthiophen als Verunreinigung. Für die meisten Zwecke ist 98-99
% 2-Acetylthiophen angemessen.
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Stand der
Technik
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Es kann auf die Veröffentlichung
von Finan et al, Journal Chemical Society, 2728, 1963 Bezug genommen
werden, in der 2-Acylfuranderivate unter Verwendung von BF3·Et2O
aus Furanen hergestellt werden. Nachteilig ist, daß BF3·Et2O teuer und schwierig zu handhaben ist.
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Es kann auf ein Patent,
US 4,266,066 , Bezug genommen werden,
in dem acylierte Verbindungen durch Reaktion von Carbonsäurehalogeniden,
insbesondere Carbonsäurechloriden,
mit Aluminium-Alkyl-Verbindungen bei einer Temperatur zwischen 20–100°C hergestellt
werden. Die Reaktionsmischung wird in gewohnter Weise aufgearbeitet,
geeigneterweise durch Zersetzung mit Wasser, gefolgt von Destillation.
Die Nachteile der oben genannten Verfahren sind die Verwendung von
stöchiometrischen
Mengen von Aluminiumverbindungen, einem gefährlichen Material, das eine
große
Menge an festen Abfällen
nach der Reaktion hinterläßt, und
ein langwieriger Trennungsvorgang vom Aluminiumoxid-Gel zum Erhalt
des Produktes.
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Es kann auf ein deutsches Patent,
OS-DE 36 18 964 und auf eine Veröffentlichung
von Hoelderich et al., Studies in Surface Science and Catalysis,
49 A, 69, 1989 Bezug genommen werden, in denen ein Verfahren zur
Dampfphasen-Acylierung von Heteroaromaten mit acylierenden Agenzien
in Gegenwart von Zeolith-Katalysatoren beschrieben wird. Die Hauptnachteile
sind die geringe Ausbeute an den Acylheteroaromaten von 23–41 % und
die erforderliche höhere
Energetik der Dampfphasenreaktion.
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Es kann auf Kirk-Othmer, Encyclopedia
of Chemical Technology, Vol 24, IV. Auflage, S. 38, 1997 Bezug genommen
werden, in der die Acylierung von Thiophen mit Säureanhydriden in Gegenwart
von Phosphorsäure
oder anderen Katalysatoren wie AlCl3, SnCl4, ZnCl2 mit Säurechloriden
ausgeführt
wird. Der Nachteil ist, daß alle
Reaktionen zwischen 0,5 % und 2,0 % des 3-Isomers ergeben. Es hat
beim Versuch, die Kundenvorgaben zu erfüllen, sehr viele Bemühungen gegeben,
Katalysatorsysteme zu finden, die den 3-Isomer-Gehalt minimieren.
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Es kann auf Patent,
US 5,371,240 , Bezug genommen werden,
in dem 2-Acetylthiophen verunreinigendes 3-Acetylthiophen durch
ein selektives elektrophiles Substitutionsverfahren, Bromierung
und anschließende
fraktionierte Destillation beseitigt wird. Der Nachteil besteht
darin, daß ein
zusätzlicher
Verfahrensschritt, eine Bromierung, zum Erhalten des reinen Produktes
erforderlich ist.
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Es kann auf eine Veröffentlichung
von Fripiat et al., Journal of Catalysis, 182, 257, 1999 Bezug genommen
werden, in der die Acylierung von Thiophen mit Butyrylchlorid in flüssiger Phase
in quantitativen Ausbeuten in Gegenwart von Zeolithen ausgeführt wird.
Der Nachteil ist, daß synthetische
Zeolithe teuer sind.
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Die dem Gebrauch von konventionellen
Lewissäure-Metallchloriden
für die
Friedel-Crafts Acylierung innewohnenden
Nachteile sind, daß sie
nicht regenerierbar sind und aufgrund der Komplexbildung mit dem gebildeten
Carbonylprodukt mehr als die stöchiometrische
Menge benötigt
wird. Eine Aufarbeitung zur Zersetzung des resultierenden Übergangskomplexes
durch Hydrolyse bildet eine große
Menge an Abfallprodukten, und die Trennung ist langwierig und teuer.
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Offensichtlich sind zur Herstellung
von acylheteroaromatischen Verbindungen unterschiedliche Herangehensweisen
eingesetzt worden. Daher bestand ein Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung
von acylheteroaromatischen Verbindungen, das einfach funktioniert
und in einem Medium ausgeführt
werden kann, das nicht toxisch und/oder korrosiv ist. Des weiteren
sollte der Katalysator einfach abzutrennen und wiederverwendbar
sein.
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Ziele der
Erfindung
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung
von acylheteroaromatischen Verbindungen aus heteroaromatischen Verbindungen,
ausgewählt aus
Thiophen, Furan und Pyrrol, indem in Gegenwart von metallionen-ausgetauschten
Tonen bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 130°C über 1-24h
C2-CS-Säureanhydride
als Acylierungsreagenzien verwendet und die acylheteroaromatische
Verbindung mit einem herkömmlichen
Verfahren abgetrennt werden, um ein Produkt von hoher Reinheit zu
erhalten, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist die Verwendung von metallionenausgetauschten Tonen
als Katalysatoren, die aus billigeren und natürlichen Tonen stammen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Endung ist, daß die
zum Austausch ausgewählten
Metallionen Fe3+, Zn2+,
Cu2+, Al3+, La3+ sind.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist, daß die
ausgewählten
heteroaromatischen Verbindungen Thiophen, Furan und Pyrrol sind.
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Noch ein weiteres Ziel der Erfindung
ist, daß die
Menge des eingesetzten Katalysators 1-30 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Acylierungsreagenz, beträgt.
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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist die Verwendung von C2-CS-Säureanhydriden als
Acylierungsreagenzien.
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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist, daß das
Verhältnis
von heteroaromatischer Verbindung und Acylierungsreagenz von 5 :
1 bis 1 : 5 beträgt.
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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist, daß die
Reaktion über
1-24h bei einer Temperatur in einem Bereich von 0 bis 130°C bewirkt
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Neuheit der vorliegenden Erfindung
liegt in der Verwendung von Metallionenausgetauschten Tonen, die
durch einen Ionenaustauschvorgang leicht aus natürlich verfügbarem Montmorillonit und säurebehandeltem
Montmorillonit erhalten werden, für die Acylierung von heteroaromatischen
Verbindungen wie z.B. Furan, Thiophen und Pyrrol, um erstmalig 2-acylheteroaromatische
Verbindungen selektiv > 99%
in ausgezeichneten Ausbeuten zu erzielen. Die erhaltenen 2-acylheteroaromatischen
Verbindungen sind frei von der regioisomeren 3-acylheteroaromatischen
Verbindung, die im Acylierungsprozeß, unter Verwendung löslicher
Lewissäuren, üblicherweise
als Verunreinigung auftritt. Diese Erfindung bietet daher das hochreine
und gewünschte Isomer
zur Verwendung als Zwischenprodukt für spezialisierte Medikamente
und Arzneimittel an. Anders als lösliche Lewissäuren erzeugen
die hier eingesetzten festen Katalysatoren keine Abwässer. Da
der Katalysator billig und unter milden Reaktionsbedingungen mehrere
Male wiederverwendbar ist, ist das hier erfundene Verfahren nicht
nur umweltfreundlich, sondern auch wirtschaftlich rentabel.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Entsprechend stellt die vorliegende
Erfindung ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von acylheteroaromatischen
Verbindungen bereit, die wichtige Zwischenprodukte für Medikamente,
Arzneimittel und Aromastoffe sind, wobei das Verfahren das Reagieren
einer heteroaromatischen Verbindung, ausgewählt aus Furan, Thiophen und
Pyrrol, mit einem C2-CS-Säureanhydrid
als Acylierungsreagenz unter Einsatz von metallionen-ausgetauschten Tonen
als Katalysatoren bei Temperaturen im Bereich von 0-130°C über einen
Zeitraum von 1-24 h und das Abtrennen der acylheteroatomatischen
Verbindung mit einem herkömmlichen
Verfahren, um ein Produkt hoher Reinheit zu erhalten, umfaßt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind
die verwendeten Katalysatoren metallionen-ausgetauschte Tone.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind
die verwendeten Katalysatoren die metallionen-ausgetauschte Tone,
die einfach aus natürlichen
Montmorilloniten oder säurebehandelten
Montmorilloniten erhalten werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind
die verwendeten metallausgetauschten Tone Fe3+,
Zn2+, Cu2+, Al3+, La3+-ausgetauschte
Tone.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden
die metallionen-ausgetauschten Tone aus billigeren und natürlich verfügbaren Tonen
hergestellt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind
die zum Austausch verwendeten Metallionen Fe3+,
Zn2+, Cu2+, Al3+, La3+.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden
die verwendeten Acylierungsreagenzien aus C2-CS-Säureanhydriden,
Acetanhydrid bis Valeriansäureanhydrid,
ausgewählt.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion vorzugsweise über 2–12 Stunden
bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 80°C bewirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erzielt die Reaktion eine 2-acylheteroaromatische
Verbindung selektiv > 99%
in ausgezeichneter Ausbeute.
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In noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die erhaltene 2-acylheteroaromatische
Verbindung direkt ohne weitere Reinigung verwendet werden, um spezialisierte
Arzneimittel und Medikamente zu erhalten.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis von heteroaromatischer
Verbindung und Acylierungsreagenz 5 : 1, und die für die Reaktion
ausgewählten
Lösemittel
sind Heteroaromaten und Eigen-Lösemittel.
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Wissenschaftliche Erklärung
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Die Verwendung von metallionen-ausgetauschten
Tonen, die für
die Acylierung von heteroaromatischen Verbindungen wie z.B. Furan,
Thiophen und Pyrrol aus natürlich
verfügbarem
Montmorillonit und säurebehandeltem
Montmorillonit durch Kationen-Austauschverfahren leicht erhalten
werden, ergaben 2-Acylheteroaromaten selektiv > 99% in ausgezeichneten Ausbeuten. Die
in Tonen vorherrschend vorhandene Lewis-Acidität erzeugt aus Säureanhydrid
effektiv ein Acylkation-Elektrophil, eine Voraussetzung für die elektrophile
Friedel-Crafts-Substitution.
Die selektive Bildung einer 2-acylheteroaromatischen Verbindung
ist auf elektronische Effekte zurückzuführen, die durch die starke
Lewis-Acidität
der hier verwendeten Tonkatalysatoren begünstigt werden, die leicht Elektrophile
erzeugt. Anders als lösliche
Lewissäuren
erzeugen die hier eingesetzten festen Katalysatoren keine Abwässer. Da
der Katalysator billig und unter milden Reaktionsbedingungen mehrere
Male wiederverwendbar ist, ist das hier erfundene Verfahren nicht
nur umweltfreundlich, sondern auch wirtschaftlich rentabel.
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Metallionen-ausgetauschte Tone werden
wie in Beispiel 1 hergestellt und bei der Acylierung von heteroaromatischen
Verbindungen mit Säureanhydriden,
wie in den Beispielen beschrieben, eingesetzt.
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Die folgenden Beispiele sind zur
Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben und sollen deshalb
nicht als den Umfang der Erfindung beschränkend aufgefaßt werden.
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Beispiel 1
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Katalysatorherstellung
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a) K10-Montmorillonit – Bei der
Synthese eingesetzter Montmorillonit wurde von Fluka (Grad K10)
mit einer Austauschkapazität
von 0,8 Äquiv.
erhalten.
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b) Fe3+-ausgetauschter
Montmorillonitkatalysator: Zu 1 lt. gerührter wäßriger FeCl3-Lösung (1,0 M) wurden 80 g K10-Montmorillonit
hinzugefügt.
Das Rühren
wurde 16–30
Stunden lang beibehalten, um die Austauschkapazität des Montmorillonits
K10 zu sättigen.
Die Tonsuspension wurde zentrifugiert, und die überstehende Lösung wurde
verworfen. Der Tonkatalysator wurde filtriert und mit destilliertem
Wasser gewaschen, und die Waschzyklen wurden bis zur Entfernung
von Cl–-Ionen
aus dem verworfenen Wasser wiederholt. Der Ton wurde über Nacht
in einem Ofen bei 120°C
getrocknet und in einem Mörser
fein zerstoßen.
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c) Zn2+-ausgetauschter
Katalysator: Er wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel b hergestellt,
wobei 1M Lösung
von ZnC12 und 80 g K10-Montmorillonit gerührt wurden.
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Beispiel 2
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Eine Mischung aus Pyrrol (40 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur
gerührt.
Nach Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
0,9 g.
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Beispiel 3
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Eine Mischung aus Pyrrol (40 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von 80°C
gerührt.
Nach Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
1,0 g.
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Beispiel 4
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Eine Mischung aus Pyrrol (40 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und K10-Montmorillonitkatalysator (0,5 g)
wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von 80°C
gerührt. Nach
Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
0,6 g.
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Beispiel 5
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Eine Mischung aus Pyrrol (40 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Zn2+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von 80°C
gerührt.
Nach Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten.
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Ausbeute: 0,9 g.
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Beispiel 6
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Eine Mischung aus Thiophen (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur
gerührt. Nach
Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
0,7 g.
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Beispiel 7
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Eine Mischung aus Thiophen (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von 80°C gerührt. Nach
Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und konzentriert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
1,2 g.
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Beispiel 8
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Eine Mischung aus Thiophen (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Zn2+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von 80°C gerührt. Nach
Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
1,1 g.
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Beispiel 9
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Eine Mischung aus Furan (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur
gerührt.
Nach Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
1,0 g.
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Beispie1 10
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Eine Mischung aus Furan (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Fe3+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur
gerührt.
Nach Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
0,9 g.
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Beispiel 11
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Eine Mischung aus Furan (50 mmol),
Acetanhydrid (10 mmol) und Zn
2+-ausgetauschtem
Tonkatalysator (0,5 g) wurde in einem Rundkolben (50 ml) unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur
gerührt. Nach
Beendigung der Reaktion (gefolgt von GC) wurde die 20 Reaktionsmischung
filtriert und destilliert, um das Rohprodukt zu erhalten. Ausbeute:
0,8 g. Tabelle
1
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Das vorliegende Verfahren weist mehrere
Vorteile auf, wie nachfolgend beschrieben:
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1. Ein neues und umweltfreundliches
Verfahren zur Herstellung von acylheteroaromatischen Verbindungen.
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2. Das vorliegende Verfahren eliminiert
die Verwendung von korrosiven und stöchiometrischen Mengen Aluminiumchlorid
und anderen Lewis- und Brönstedsäurekatalysatoren.
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3. Metallionen-ausgetauschte Tone
sind erstmalig in ausgezeichneten Ausbeuten als Katalysatoren zur
Acylierung von heteroaromatischen Verbindungen verwendet worden.
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4. Die Selektivität gegenüber 2-acylheteroaromatischen
Verbindungen ist in der Gegenwart von Tonen als Katalysatoren größer als
99%.
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5. Das Produkt ist frei von der 3-acylheteroaromatischen
Verbindung, die im Acylierungs-verfahren
unter Verwendung löslicher
Lewissäuren üblicherweise
gebildet wird.
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6. Die erhaltenen 2-acylheteroaromatischen
Verbindungen können
direkt für
die Herstellung von spezialisierten Medikamenten und Arzneimitteln
verwendet werden.
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7. Die Aufarbeitungsprozedur ist
einfach.
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8. Das vorliegende Verfahren stellt
kein Beseitigungsproblem, weil der Katalysator meh- rere Zyklen lang
verwendet werden kann. Der Katalysator wurde mehreren Wiederverwertungen
unterzogen, was eine beständige
Aktivität
zeigte.
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9. Das vorliegende Verfahren ist
im Hinblick auf die Umwelt sicher, da es kein Beseitigungsproblem gibt.
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10. Das Verfahren ist wirtschaftlich.