DE69929453T2

DE69929453T2 - Zur sulfonierung von perhalogenierten sulfanilid verwendbare verfahren und reagenz zur sulfonierung

Info

Publication number: DE69929453T2
Application number: DE69929453T
Authority: DE
Inventors: Jean-Roger Communay DESMURS; Andrω MILLET; Virginie Pevere
Original assignee: Rhodia Chimie SAS
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: AU1051800A; DE69929453D1; JP2011001370A; US6271419B1; CA2348704A1; ES2251844T3; EP1127036A1; WO2000026161A1; US6399820B2; CN100376516C; EP1127036B1; ATE315543T1; CA2348704C; CN1325371A; US20010020113A1; JP5778397B2; JP2002528522A

Description

Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Sulfonylierung von verschiedenen Nucleophilen, insbesondere Stickstoff-Nucleophilen zum Gegenstand. Sie betrifft ganz besonders die Sulfonylierung von Aminen und ganz besonders von Anilinen lato sensu, das heißt, von Aminen, die an einen aromatischen Kern gebunden sind.
Die Reaktion bezieht sich auch auf einen Reaktanden zur Perhalogenoalkansulfonylierung. So betrifft die vorliegende Erfindung ganz speziell ein Reaktion zur Sulfonylierung eines Amins, das Träger von einem elektroattraktiven Rest ist, vor allem, wenn seine Aminfunktionen schwach geworden sind, beispielsweise durch die Anwesenheit eines Arylrestes (das Amin tritt dann in die Unterkategorie der Aniline ein).
Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls auf die Perhalogenosulfonylierung eines ganz besonderen Amins ab, welches das Ammoniak bildet, um entweder zum Amid oder zum Imid zu gelangen.
Die Synthese von diesen Derivaten vom Typ Sulfonamid ist oft schwierig, vor allem, wenn man vom Sulfonylhalogenid ausgeht. Die Patentanmeldung FR 2 217 322 greift auf Sulfonylfluoride bei Abwesenheit von Katalysatoren zurück, aber diese Techniken sind schwer auf Chloride und Bromide umzusetzen. Meistens sind die direkten Reaktionen Mißerfolge und dies insbesondere mit den Sulfonylchloriden, vor allem, wenn der organische Teil des Sulfonyls sehr elektroattraktiv ist wie insbesondere in dem Fall, wo das Atom, das den Schwefel der Sulfonylfunktion trägt, perhalogeniert ist und ganz besonders, wenn es perfluoriert ist. Die Erklärung dieser Mißerfolge scheint mit dem oxidierenden Charakter der Sul fonylhalogenide, insbesondere von Sulfonyl-trifluormethan in Zusammenhang zu stehen, das wie das Sulfurylchlorid ein wirksames Oxidationsmittel ist.
So ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, Sulfonamide des vorstehenden Typs unter Verwendung von Sulfonylhalogeniden zu erhalten, und insbesondere, wenn diese Halogenide schwere Halogenide (das heißt, die Halogenide entsprechen einem Halogen mit der Atomnummer von mindestens gleich der von Chlor) sind.
Man bevorzugt, aus ökonomischen Gründen, aber auch aus technischen, die Sulfonylchloride zu verwenden. Es empfiehlt sich nämlich darauf hinzuweisen, daß einerseits das Iodid sehr schwer zugänglich ist und mitunter sogar, daß seine Existenz zweifelhaft erscheint, und andererseits, daß das Bromid relativ instabil ist. Die Technik wurde ebenfalls für die Synthese von Perfluorsulfonimiden in einer oder zwei Stufen umgesetzt.
Diese Ziele und weitere, die im folgenden hervortreten, werden durch ein Verfahren zur Sulfonylierung erreicht, das eine Stufe zum In-Kontakt-Bringen von einem Nucleophil, dessen nucleophiles Atom vorteilhafterweise ein Stickstoff ist, mit einem Reaktanden einschließt, der für die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition umfaßt:

• ein schweres Halogenid, das heißt, daß seine Atomnummer mindestens gleich der von Chlor ist, von Sulfonyl, vorteilhafterweise Sulfonylchlorid, und
• eine organische Base, umfassend einen trisubstituierten Stickstoff, der eine Verkettung der Formel >N-[C=C]_n-C=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, aufweist,

Es ist wünschenswert, daß der genannte trisubstituierte Stickstoff der genannten organischen Base eine Donatorzahl von über der des Pyridins aufweist.
Für die Definition des Donatorindex ("Donatorzahl") kann man sich auf das Werk von Christian Reichardt, Solvents and solvents effects in organic chemistry, S. 19 (1988), beziehen, einem Werk, wo man als Definition das Negativ der Enthalpie (–ΔH ausgedrückt in Kcal/mol) der Wechselwirkung zwischen dem Lösungsmittel und Antimonpentachlorid in einer verdünnten Lösung von Dichlormethan findet.
Obgleich weniger befriedigend als das Chlorid, kann das Sulfonylbromid ebenfalls verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist ganz besonders interessant für die Nucleophilen, deren assoziierte Säure einen pKa von höchstens gleich etwa 7, vorteilhafterweise 6, vorzugsweise 5 und noch bevorzugter 4 aufweist. Sie ist ebenfalls interessant für oxidierbare Nucleophile und mehr allgemein, wenn man wünscht, einen oxidierbaren Reaktanden zu verwenden.
Diese Nucleophilen sind nämlich im allgemeinen besonders schwer zu sulfonylieren. So ist die Erfindung besonders interessant für Nucleophile, deren nucleophiles Atom, oft ein Stickstoff, mit einem Aryl oder einer elektroattraktiven Gruppe verbunden ist, oder mehr allgemeiner, mit einer elektroattraktiven Gesamtheit von Substituenten, das heißt, daß sie derart sind, daß die Summe ihrer Hammett-Konstanten σ_p mindestens gleich 0,2, vorteilhafterweise 0,3, vorzugsweise 0,5 beträgt.
Diese elektroattraktive Gruppe kann insbesondere unter den Arylen, vorteilhafterweise an Elektronen verarmt, und den Resten von Säuren, vorteilhafterweise Sauerstoffsäuren, Resten wie Phosphorylen, Phosphonylen, Acylen und vor allem Sulfonylen ausgewählt werden.
Die genannte organische Base, die einen gesättigten trisubstituierten Stickstoff umfaßt und die eine Resonanz mit einer Bindung π aufweist, kann entweder als Base oder als Katalysator der Reaktion verwendet werden.
Die Reaktion der Sulfonylierung entwickelt nämlich eine Halogenwasserstoffsäure, die das Nucleophil oft in Salz überführt und dieses somit mehr oder weniger inert macht. Außerdem ist das Produkt der Sulfonylierung oftmals eine stärkere Säure als die Säure, die mit der Base konjugiert ist. In diesem Fall empfiehlt es sich auch, die Neutralisierung dieser Säure vorzusehen.
Es ist auch wünschenswert, Basen (in Menge und Beschaffenheit) zuzusetzen, welche ermöglichen, das Nucleophil der verschiedenen, in dem Reaktionsmedium vorliegenden Säuren freizusetzen, so daß es seine Rolle als Nucleophil voll erfüllen kann.
Die genannte organische Base, die einen gesättigten trisubstituierten Stickstoff umfaßt und die eine Resonanz mit einer Bindung π aufweist, ist vorteilhafterweise derart, daß das genannte metalloide Atom ein trivalentes Atom aus der Reihe VB ist, das vorzugsweise ein trisubstituiertes Atom ist, das eine tertiäre Base bildet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bindung π, die zwei Atome verbindet, die Bindung π einer Iminfunktion.
Es ist vorzuziehen, daß diese Iminfunktion in der Weise angeordnet ist, daß die Stickstoffatome und das genannte Metalloid so weit entfernt wie möglich sind, mit anderen Worten und beispielsweise, daß der Stickstoff der Iminfunktion derjenige der zwei Atome ist, die durch die Bindung π verbunden sind, die von dem trivalenten Atom der Reihe V am weitesten entfernt ist. Das was soeben bei der Iminfunktion gesagt wurde, gilt allgemein für alle Atome der Reihe VB, die durch die Bindung π verbunden sind, in dem Fall, wo die Bindung π ein Kohlenstoffatom und ein Atom der Reihe V umfaßt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, daß die organische Base, die ein trivalentes Atom der Reihe VB umfaßt, dessen Dublett mit einer Bindung π konjugiert ist, eine Verkettung oder ein Gerüst der Formel >N-[C=C]_n-C=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, aufweist. Vorzugsweise entspricht diese vorstehend genannte Verkettung der Formel >N-[C(R₁)=C(R₂)]_n-C(R₃)=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, und worin R₁, R₂ und R₃, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Derivaten, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen, und Wasserstoff ausgewählt werden. Vorteilhafterweise bildet gemäß diesem Verfahren das genannte trivalente Atom der Reihe VB ein tertiäres Amin oder besteht aus diesem.
Genauer gesagt ist es wünschenswert, daß die genannte organische Base, die ein trivalentes Atom der Reihe VB umfaßt, dessen Dublett mit einer Bindung π konjugiert ist, aus einem Molekül der folgenden Formel (R₅)(R₄)N-[C(R₁)=C(R₂)]_n-C=N-R₆ besteht, mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, und worin R₁, R₂ und R₆, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Gruppen, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen, und Wasserstoff ausgewählt werden, und worin R₄ und R₅, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Gruppen, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen ausgewählt werden, wobei einer oder zwei der Substituenten R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆, der (die) mit anderem(n) Substituent(en) verbunden sein kann (können) verbleiben, um einen oder mehrere Ringe zu bilden.
Die festgestellte katalytische Wirkung ist besonders ausgeprägt, wenn die genannte Bindung π, die zwei Atome verbindet, intracyclisch ist, vor allem wenn sie intracyclisch in einem aromatischen Ring ist. Dies ist insbesondere der Fall bei Pyridinringen und bei Ringen, die davon abgeleitet sind, wie Chinolin oder Isochinolin. So bilden die pyridinischen Kerne, die durch die Anwesenheit von einem oder mehreren Metalloidatomen angereichert sind, insbesondere wenn die Summe der R (siehe oben) höchstens gleich –1,5, vorteilhafterweise –2 beträgt, besonders befriedigende Katalysatoren.
Noch spezieller kann die organische Base, die ein gesättigtes Metalloidatom umfaßt, das eine Resonanz mit einer Bindung π aufweist, vorteilhafterweise ausgewählt werden unter den Dialkylaminopyridinen, insbesondere in Position para oder ortho (das heißt, in Position 2 oder 4 des Pyridins). Das DBU (Diazabicycloundecen) ergibt ebenfalls ein interessantes Resultat.
Obwohl die vorliegende Erfindung zur Bildung der üblichen Sulfonimide verwendet werden kann, ist diese Reaktion besonders interessant im Fall der Bildung einer Funktion Amid oder Imid ausgehend von einem nucleophilen Substrat, insbesondere bestehend aus einem Anilin und dies ganz besonders, wenn dieses Anilin mit einem an Elektronen verarmten aromatischen Kern verbunden ist. Diese Verarmung kann durch das Einbringen eines Heteroatoms in den Ring (Fall von Ringen mit 6 Kettengliedern) korreliert werden oder auch durch die Anwesenheit von Substituenten an dem Kern, der die die zu sulfonylierende Anilinfunktion des(r) im ganzen gesehen elektroattraktiven Substituenten trägt.
Im Fall einer elektronischen Verarmung eines Ringes mit 6 Kettengliedern durch Einbringen eines Heteroatoms empfiehlt es sich anzumerken, daß das oder genauer gesagt die Substrate autokatalytisch sein können, das heißt, daß die Anwesenheit von einem Katalysator, oft von einem Amin gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht erforderlich sein kann ist.
Was die Verarmung durch die Substituenten angeht, so kann man als Hinweis angeben, daß die Erfindung besonders gut an die Behandlung von Arylaminen angepaßt ist, bei denen die Substituenten des Kerns, außer der zu sulfonylierenden nucleophilen Funktion des Kerns, der das nucleophile Atom trägt, derart sind, daß die Summe ihrer Hammett-Konstanten σ_p mindestens gleich 0,14, vorteilhafterweise 0,20, vorzugsweise 0,30 ist.
Wenn diese Summe der Hammett-Konstanten Werte von über 1 erreicht, wird die Reaktion besonders träge und daher ist auch vorzuziehen, daß die Summe der Hammett-Konstanten des Ringes, der die Aminfunktion trägt, höchstens gleich 1 ist, vorzugsweise höchstens gleich 0,9 und noch bevorzugter höchstens gleich 0,7. Wenn die organische Base, die einen trisubstituierten Stickstoff umfaßt, als Katalysator verwendet wird [das heißt, daß sie in einer unter-stöchiometrischen Menge verwendet wird, im allgemeinen in einer Menge zwischen einschließlich 1 ‰ und 1/5 der QS (stöchiometrischen Menge), die zur Neutralisierung der durch die Reaktion entwickelten Säuren notwendig ist, vorteilhafterweise zwischen 1/100 und 1/10 der QS], dann empfiehlt es sich, eine weitere Base in der Weise vorzusehen, daß die Reaktion gegenüber dem nucleophilen Substrat so vollständig als möglich ist.
In diesem Fall umfaßt der verwendete Reaktand außerdem für eine aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition eine vorzugsweise nicht alkylierbare organische Base. Man kann insbesondere als nicht alkylierbare organische Base die sterisch sperrigen Dialkylphosphine, die Trialkylphosphine, die quaternären Phosphoniumhydroxide, die sterisch sperrigen Dialkylamine, die Trialkylamine und die quaternären Ammoniumhydroxide auswählen. Der Begriff "Sperrigkeit" bei den sterisch sperrigen Dialkylphosphinen oder Dialkylaminen zeigt an, daß sie nicht alkylierbar sind, was dem Fachmann gut bekannt ist.
Bei einer großen Zahl der Fälle und insbesondere, wenn man Lösungsmittel verwendet, ist es vorzuziehen, daß die nicht alkylierbare Base fettlöslich ist und mindestens eine signifikante (Symbol "s" in "Handbook of Chemistry and Physics"), vorteilhafterweise erhöhte (Symbol "v" in "Handbook of Chemistry and Physics") Löslichkeit in Benzol aufweist.
Wie bereits vorstehend gesehen, ist es meistens wünschenswert, das In-Kontakt-Bringen in einem organischen Lösungsmittel zu realisieren. Dieses Lösungsmittel ist vorteilhafterweise wenig polar und vorzugsweise mit Wasser wenig mischbar. In besonderer Weise ist es wünschenswert, daß höchstens 10 Masse-%, vorteilhafterweise höchstens 5 Masse-%, vorzugsweise höchstens 2 Masse-% mit Wasser mischbar sind.
Die Mengen der zuzusetzenden Base, die Menge der im Verlauf der Reaktion eine Rolle spielenden nicht alkylierbaren Base betragen vorteilhafterweise mindestens gleich der Menge, die für die Neutralisierung der freiwerdenden Halogenwasserstoffsäure notwendig ist.
Mit anderen Worten, die Menge an Base soll so ausreichend sein, daß die Anwesenheit des Nucleophils während der gesamten Reaktion immer gesichert ist, mindestens teilweise im freien Zustand (das heißt, im wahren nucleophilen Zustand). Wenn die Basen oxidierbar sind wie die Amine, so ist vorzuziehen, die Koexistenz der freien Base mit dem Sulfonylhalogenid zu begrenzen.
Dies kann realisiert werden, indem man entweder den stöchiometrischen Überschuß, bezogen auf die Säuren, die neutralisiert werden sollen, auf einmal, vorzugsweise einhalbmal der QS begrenzt, oder durch eine schrittweise Zugabe der Base oder der beiden Mittel gleichzeitig. Man kann ebenfalls das Sulfonylhalogenid nach und nach zusetzen.
Die durch die vorliegende Erfindung ins Auge gefaßten Techniken sind besonders gut an die Sulfonylierung durch perfluorierte Alkylsulfonylchloride angepaßt, insbesondere an dem Kohlenstoff perfluoriert, der von dem Schwefel getragen wird.
Das am besten verwendbare Chlorid ist das Triflylchlorid (CF₃SO₂Cl). In mehr allgemeiner Art und Weise entspricht der organische Teil des Sulfonylchlorids der Formel (Rf).
Unter Rf versteht man einen Rest der Formel GEA-(CX₂)_p

– worin die X, gleich oder verschieden, ein Chlor, ein Fluor oder einen Rest der Formel C_nF_2n+1 mit n einem Ganzen von höchstens gleich 5, vorzugsweise 2 darstellen, unter der Bedingung, daß mindestens eines der X Fluor ist, wobei das Fluor vorteilhafterweise durch den Kohlenstoff getragen wird, der mit dem Schwefel verbunden ist;
– worin p ein Ganzes von höchstens gleich 2 ist;
– worin GEA eine elektroattraktive Gruppe (das heißt, daß sigma p größer als 0 ist, vorteilhafterweise 0,1, vorzugsweise 0,2), deren eventuelle Funktionen unter den Bedingungen der Reaktion inert sind, darstellt, vorzugsweise Fluor oder einen perfluorierten Rest der Formel C_nF_2n+1 mit n einem Ganzen von höchstens gleich 8, vorteilhafterweise 5.

Die Gesamtzahl der Kohlenstoffe von Rf beträgt vorteilhafterweise zwischen einschließlich 1 und 15, vorzugsweise zwischen 1 und 10.
Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls auf einen Reaktanden ab, der für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist. Dieser Reaktand umfaßt für die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition:

• ein schweres Halogenid, das heißt, daß seine Atomnummer mindestens gleich der von Chlor ist, von Sulfonyl, vorteilhafterweise Sulfonylchlorid, und
• eine organische Base, umfassend einen trisubstituierten Stickstoff, der eine Verkettung der Formel >N-[C=C]_n-C=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, aufweist,

Der genannte gesättigte trisubstituierte Stickstoff ist trivalent, dessen Dublett, direkt oder indirekt, mit einer Bindung π konjugiert ist, die zwei Atome verbindet, von denen mindestens eines ein Atom aus der Reihe VB ist.
Der Reaktand gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem, ebenfalls für eine aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition, eine organische Base umfassen, die sich von der organischen Base unterscheidet, die einen trisubstituierten Stickstoff umfaßt. Im allgemeinen liegt in diesem Fall das Verhältnis in Äquivalenten zwischen der organischen Base, die einen trisubstituierten Stickstoff umfaßt (Zähler) und der genannten unterschiedlichen Base (Nenner) im geschlossenen Intervall von einschließlich 1 ‰ bis 1/5, vorteilhafterweise zwischen 0,5 % und 1/10.
Der Reaktand gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem, ebenfalls für eine aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition, ein Lösungsmittel umfassen. Dieses Lösungsmittel, einschließlich der Lösungsmittelmischung, ist vorteilhafterweise wenig polar und wird unter denjenigen ausgewählt, die eine geringe Löslichkeit in Wasser aufweisen. In einigen Fällen sind die chlorierten aliphatischen Ketten nicht zufriedenstellend.
Als Prüfstein für die Polarität kann man präzisieren, daß das genannte, wenig polare Lösungsmittel unter denjenigen oder den Mischungen von ihnen ausgewählt wird, deren Polarität (E^f _t ausgedrückt in kcal/mol) höchstens gleich 40 (vorteilhafterweise mit zwei signifikanten Ziffern) beträgt.
Diese wenig polaren Lösungsmittel werden vorteilhafterweise unter den organischen Sauerstoff-Verbindungen, insbesondere den Ethern, den Estern, sogar den Ketonen, den Kohlenwasserstoffen, einschließlich den Erdölfraktionen und den am Kern halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgewählt. Diese letzteren sind besonders interessant, vor allem die substituierten Benzole und die am Kern halogenierten Kohlenwasserstoffe.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, empfehlen sich besonders die Aniline, insbesondere diejenigen, bei denen das genannte Stickstoffatom mit einem Aromaten mit 6 Kettengliedern, vorzugsweise homocyclischen, vorzugsweise benzolischen nicht kondensierten, verbunden ist, der vorteilhafterweise an Elektronen verarmt ist wie bereits oben präzisiert wurde. Im Großen und Ganzen sind unter Berücksichtigung der eventuellen Substituenten die Amine, die mit einem Aryl verbunden sind, dessen Anreicherung an Elektronen höchstens gleich der eines Parachlorphenyls (Anreicherung bewer tet mit Hilfe der Hammett-Konstanten sigma p) ist, besonders gut angepaßt.
Unter den am meisten gebräuchlichen elektroattraktiven Gruppen kann man die Halogene (Chlor und Fluor), die Ester (vom Typ CO-OR), die Ketone, die Amide, die nicht fähig sind, mit der Sulfonylierung in Wechselwirkung zu treten, die Alkyle, perhalogeniert an dem Kohlenstoff, der direkt mit dem Kern verbunden ist, insbesondere die an dem Atom nahe des Kern perfluorierten Alkyle, die Nitrile, die Gruppen, die eine Funktion Sulfon oder Phosphon aufweisen, die direkt mit dem Kern verbunden ist, nennen.
Die Technik zielt vor allem auf die Sulfonylierung lato sensu (das heißt, von Aminen, die von einem Aryl getragen werden) ab, aber man kann diese Lehre auch auf die Sulfonamidierung von Ammoniak und die Sulfimidierung von Sulfamiden übertragen.
In diesem Fall liegen diese letzteren vorteilhafterweise in Form eines Salzes von organischer, nicht alkylierbarer Base vor (die Base ist nicht alkylierbar).
Unter diesen Bedingungen ist der Stickstoff Träger eines Wasserstoffs oder bevorzugter, einer negativen Ladung (Anion), während in dem Fall der Aniline, die oben betrachtet wurden, die Anilinfunktion mindestens einen Wasserstoff, vorzugsweise zwei aus Gründen der sterischen Hinderung (Sperrigkeit) umfaßt.
Die Verwendung der genannten organischen Base, die ein gesättigtes metalloides Atom umfaßt, das eine Resonanz mit einer Bindung π aufweist, ermöglicht, mit einer guten Ausbeute die doppelte Sulfonylierung von Nucleophilen durchzuführen, die zweimal substituierbar sind (wie Ammoniak und die primären Amine). Die bevorzugten Verfahrensbedingungen sind solche, wie sie in der Internationalen Patentanmeldung, veröffentlicht von der WIPO unter der No. WO 98/52886, beschrieben sind, und zwar unter mindestens teilweiser Verwendung als Base von der genannten organischen Base, die ein gesättigtes metalloides Atom umfaßt, das eine Resonanz mit einer Bindung π aufweist.
Aus Gründen der Arbeitshygiene sind die chlorierten aliphatischen Derivate im allgemeinen zu vermeiden, obwohl sie eine Familie von Lösungsmitteln bilden, die gute Resultate ergeben, obwohl diese ihrerseits nicht aus der Familie der leistungsfähigsten stammen, denn ihre Löslichkeit und insbesondere die von Methylenchlorid liegt in der Größenordnung von 2 Vol.-%, das sind 2,6 Gew.-%.
Was die Lösungsmittel angeht, so empfiehlt es sich, soweit man kann, die Lösungsmittel zu vermeiden, die einen reduzierenden Charakter aufweisen.
Die Reaktion kann bei einer Temperatur von –20°C bis etwa 200°C, allgemeiner von 0°C bis etwa 100°C durchgeführt werden. Es ist bequemer, bei Temperaturen und Drücken unter Umgebungsbedingungen zu arbeiten, aber man kann auch unter verschiedenen, höheren Drücken arbeiten. Man kann ebenfalls in einem abgeschlossenen Behälter (wie einem Autoklaven oder einem versiegelten Rohr) oder unter autogenem Druck arbeiten.
Die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
BEISPIELE
Herstellung von 5-Acetamido-2,4-dimethyl-trifluormethansulfonanilid
Reaktion in Anwesenheit von Katalysator
In einen Reaktor trägt man nacheinander 350 g Dichlormethan, 50,1 g 5-Amino-2,4-dimethyl-acetanilid und 6,9 g 4-Dimethylaminopyridin ein. Anschließend wird die erhaltene Suspension gerührt und auf 10°C abgekühlt. Dann setzt man 57,4 g Triethylamin innerhalb von 15 Minuten bei 10°C hinzu.
Danach wird eine Lösung von 56,8 g Trifluormethansulfonylchlorid in 59 g Dichlormethan innerhalb von 2 Stunden hinzugegossen, indem man die Temperatur des Reaktionsmediums auf 10°C hält.
Anschließend wird das Milieu 2 Stunden lang unter Rühren bei 10°C gehalten, dann läßt man die Temperatur auf 20°C zurückkehren und setzt das Rühren für weitere 2 Stunden fort.
Danach wird das Milieu in dem Reaktor durch Zugabe von 265 g einer wäßrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure (4,2 %) angesäuert. Der gebildete Niederschlag wird filtriert und dreimal mit Wasser, das mit Ionenaustauscher behandelt wurde, und dann mit Dichlormethan gespült. Danach wird er unter reduziertem Druck bei 95°C getrocknet.
Man erhält auf diese Weise 67 g eines beigefarbenen Feststoffes, das entspricht einer isolierten Ausbeute von 77 %.
Charakteristik der Verbindung: Schmelzpunkt = 180°C.
Reaktion bei Abwesenheit von Katalysator
Die vorstehenden Bedingungen werden wieder aufgenommen, jedoch bei Abwesenheit von 4-Dimethylaminopyridin.
Die Analyse des Reaktionsmediums zeigt einen Abbau des Trifluormethansulfonylchlorides von 90 %.
Ausbeute an erwartetem Produkt deutlich unter 10 %.
Herstellung von 5-Chlor-(N-trifluormethylsulfonyl)-2-aminobenzoesäure-methylester
Reaktion in Anwesenheit von Katalysator
In einen Reaktor trägt man nacheinander 17 g 5-Chloranthranilat von Methyl, 120 g Dichlormethan, 2,26 g 4-Dimethylaminopyridin und danach 18,5 g Trifluormethansulfonylchlorid ein. Anschließend wird die Lösung bei 15°C gerührt und dann gießt man innerhalb von 3 Stunden eine Lösung von 18,7 g Triethylamin in 19 g Dichlormethan hinzu. Nach der Zugabe wird das Medium 3 Stunden lang bei 15°C und danach 10 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt.
Danach wird das Medium nacheinander mit 150 g Wasser, das mit Ionenaustauscher behandelt wurde, mit 100 g einer konzentrierten Lösung von Chlorwasserstoffsäure und dann von neuem mit 160 g Wasser, das mit Ionenaustauscher behandelt wurde, gewaschen. Danach wird das Lösungsmittel unter reduziertem Druck entfernt. Man erhält auf diese Weise 27,7 g eines gelblichen Feststoffes, das entspricht einer isolierten rohen Ausbeute von 95 %.
Charakteristik der Verbindung: Schmelzpunkt = 81°C.
Reaktion bei Abwesenheit von Katalysator
1) Reaktion mit Triethylamin
Die vorstehenden Bedingungen werden wieder aufgenommen, jedoch bei Abwesenheit von 4-Dimethylaminopyridin.
Die Analyse des Reaktionsmediums zeigt einen totalen Abbau des Trifluormethansulfonylchlorides.
Das erwartete Produkt wurde nicht gebildet.
2) Reaktion mit Diisopropylethylamin
In der gleichen Weise hat der Versuch bei Abwesenheit von Katalysator und in Anwesenheit von Diisopropylethylamin nicht zu dem erwarteten Produkt geführt.
3) Reaktion mit 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]-octan oder DABCO
Das erwartete Produkt wurde von neuem nicht gebildet.
Herstellung von Bis-Trifluormethansulfonimid von Trialkylammonium Katalysierte Reaktion
Beispiel 1
In einen Reaktor trägt man 9,3 g Triethylamin (0,092 M), 0,56 g 4-Dimethylaminopyridin und 45 g Dichlormethan ein. Danach setzt man 1,38 g (0,092 M) Ammoniak hinzu. Die erhaltene Lösung wird bei 0°C gerührt.
Danach wird das Trifluormethansulfonylchlorid (15,5 g, das sind 0,092 M), verdünnt in 10 ml Dichlormethan, innerhalb von 2 Stunden bei 0°C zugesetzt, und anschließend wird die Reaktion 3 Stunden lang bei Umgebungstemperatur fortgeführt.
Die Analyse des Reaktionsmediums zeigt einen Gehalt von Verunreinigungen an Trifluormethansulfinat von 2 %.
Danach wird das Reaktionsmedium zweimal mit 15 ml einer wäßrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure (12 %) behandelt und dann dreimal mit 15 ml Wasser aufgenommen. Die verbleibende organische Phase wird unter reduziertem Druck konzentriert, und man erhält auf diese Weise 13,65 g Bis-Trifluormethansulfonimid von Trialky lammonium, das in Form einer Flüssigkeit vorliegt, was einer isolierten Ausbeute von 80 % entspricht.
Die Reinheit der erhaltenen Verbindung beträgt 98 %.
Beispiel 2
Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wird wieder aufgenommen, jedoch unter Austausch des Dichlormethans durch Dioxan. Das Reaktionsmedium wird nach Verdünnen mit Wasser analysiert: die Ausbeute an Bis-Trifluormethansulfonimid am Ende der Reaktion beträgt 51 mit einem Gehalt an Trifluormethansulfinat von 6 %.
Nicht katalysierte Reaktion
Beispiel 3 Vergleich
Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ohne Verwendung von 4-Dimethylaminopyridin.
Die Ausbeute an Bis-Trifluormethansulfonimid am Ende der Reaktion beträgt 47 % mit einem Gehalt an Trifluormethansulfinat von 21 %.
Beispiel 4 Vergleich
Die Verfahrensweise von Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von Diisopropylethylamin als Base unter Austausch des Triethylamins.
Die Ausbeute an Bis-Trifluormethansulfonimid am Ende der Reaktion beträgt 51 % mit einem Gehalt an Trifluormethansulfinat von 21 a.
Beispiel 5 Vergleich
In einen Reaktor trägt man 11,8 g Trifluormethansulfonylchlorid (0,07 M) ein und setzt danach bei 0°C innerhalb von 10 Minuten 33,9 g Triethylamin (0,0336 M) hinzu.
Das Milieu wird noch 10 Minuten lang bei 0°C gerührt, und dann gibt man 0,5 g (0,029 M) Ammoniak hinzu. Die Reaktion ist exotherm. Anschließend wird das Milieu 4 Stunden lang bei 65°C gehalten.
Man beobachtet Verbindungen, die von dem oxidierenden Abbau der Amine stammen. Das mehrheitlich vorliegende Produkt ist Trifluormethansulfinat mit einem Gehalt von 57 %.
Die Anwesenheit von Bis-Trifluormethansulfonimid konnte nicht festgestellt werden, was eine Ausbeute der Reaktion von unter 2 %, sogar null bedeutet.

Claims

Verfahren zur Sulfonylierung, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Stufe zum In-Kontakt-Bringen von einem Nucleophil, dessen nucleophiles Atom vorteilhafterweise ein Stickstoff ist, mit einem Reaktanden einschließt, der für die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition umfaßt: • ein schweres Halogenid, das heißt, daß seine Atomnummer mindestens gleich der von Chlor ist, von Sulfonyl, vorteilhafterweise Sulfonylchlorid, und • eine organische Base, umfassend einen trisubstituierten Stickstoff, der eine Verkettung der Formel >N-[C=C]_n-C=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, aufweist, und dadurch, daß der organische Teil des genannten Sulfonyls an dem Kohlenstoff, der vom Schwefel getragen wird, perhalogeniert, vorteilhafterweise perfluoriert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die assoziierte Säure des genannten Nucleophils einen pKa von höchstens gleich 7, vorteilhafterweise 6, vorzugsweise 5 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stickstoff des genannten Nucleophils mit einer elektroattraktiven Gruppe verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte elektroattraktive Gruppe unter den Arylen, vorteilhafterweise an Elektronen verarmt, und den Sulfonylen ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte organische Base, die ein trivalentes Atom aus der Reihe VB (Stickstoffreihe) umfaßt, dessen Dublett, direkt oder indirekt, mit einer Bindung n konjugiert ist, eine Verkettung der Formel >N-[C(R₁)=C(R₂)]_n-C(R₃)=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, umfaßt, und worin R₁, R₂ und R₃, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Derivaten, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen, und Wasserstoff ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte trisubstituierte Stickstoff ein tertiäres Amin (Form eines tertiären Amins) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte organische Base eine Verkettung der Formel (R₅)(R₄)N-[C(R₁)=C(R₂)]_n-C=N-R₆ mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, umfaßt, und worin R₁, R₂ und R₆, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Gruppen, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen, und Wasserstoff, und worin R₄ und R₅, gleich oder verschieden, unter den Kohlenwasserstoff-Gruppen, vorteilhafterweise Alkyl mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen, ausgewählt werden, wobei einer oder zwei der Substituenten R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆, der (die) mit anderem(n) Substituent(en) verbunden sein kann (können) verbleiben, um einen oder mehrere Ringe zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bindung π, die zwei Atome verbindet, intracyclisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bindung π, die zwei Atome verbindet, intracyclisch von einem aromatischen Ring ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Ring ein Pyridin-Ring ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Base unter den para- oder ortho-Dialkylaminopyridinen ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nucleophil als nucleophiles Atom einen Stickstoff aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nucleophil unter Ammoniak und/oder einem Sulfonamid ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nucleophil Ammoniak ist, und dadurch, daß es zweimal perfluorsulfoniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Nucleophil ein Arylamin ist, bei dem die Substituenten außer der nucleophilen Funktion des Kerns, der das nucleophile Atom trägt, derart sind, daß die Summe ihrer Hammett-Konstanten σ_p mindestens gleich 0,14, vorteilhafterweise 0,20 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Reaktand außerdem für eine aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition eine nicht alkylierbare organische Base umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht alkylierbare organische Base unter den sterisch sperrigen Dialkylphosphinen, den Trialkylphosphinen, den Phosphoniumhydroxiden, den sterisch sperrigen Dialkylaminen, den Trialkylaminen und den Ammoniumhydroxiden ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte In-Kontakt-Bringen in einem organischen Lösungsmittel realisiert wird, das vorteilhafterweise wenig polar und vorzugsweise wenig mit Wasser mischbar ist (höchstens 10 Masse-%, vorteilhafterweise höchstens 5 Masse-%, vorzugsweise höchstens 2 Masse-%).
Verfahren nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der genannten, im Verlauf der Reaktion eingesetzten, nicht alkylierbaren und fettlöslichen Base mindestens gleich der Menge ist, die für die Neutralisierung der freiwerdenden Halogenwasserstoffsäure notwendig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Teil des genannten Sulfonylchlorids an dem Kohlenstoff, der von dem Schwefel getragen wird, perfluoriert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Teil des genannten Sulfonylchlorids unter den Resten der Formel (Rf) GEA-(CX₂)_p ausgewählt wird, – worin die X, gleich oder verschieden, ein Chlor, ein Fluor oder einen Rest der Formel C_nF_2n+1 mit n einem Ganzen von höchstens gleich 5, vorzugsweise 2 darstellen, unter der Bedingung, daß mindestens eines der X Fluor ist; – worin p ein Ganzes von höchstens gleich 2 ist; – worin GEA eine elektroattraktive Gruppe, deren eventuelle Funktionen unter den Bedingungen der Reaktion inert sind, dar stellt, vorzugsweise Fluor oder einen perfluorierten Rest der Formel C_nF_2n+1 mit n einem Ganzen von höchstens gleich 8, vorteilhafterweise 5, wobei die Gesamtzahl der Kohlenstoffe von Rf vorteilhafterweise zwischen einschließlich 1 und 15, vorzugsweise zwischen 1 und 10 beträgt.
Reaktand, geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß er für die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition umfaßt: • ein schweres Halogenid, das heißt, daß seine Atomnummer mindestens gleich der von Chlor ist, von Sulfonyl, vorteilhafterweise Sulfonylchlorid, und • eine organische Base, umfassend einen trisubstituierten Stickstoff, der eine Verkettung der Formel >N-[C=C]_n-C=N- mit n gleich null oder einem Ganzen, gewählt aus dem geschlossenen Intervall (das heißt, einschließlich der Grenzwerte) von 1 bis 4, vorteilhafterweise von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 bis 2, aufweist, und dadurch, daß der organische Teil des genannten Sulfonyls an dem Kohlenstoff, der vom Schwefel getragen wird, perhalogeniert, vorteilhafterweise perfluoriert ist.
Reaktand nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem für die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Addition ein Lösungsmittel umfaßt, wobei das genannte Lösungsmittel einschließlich der Lösungsmittelmischung wenig polar ist und ausgewählt wird unter denjenigen, die eine geringe Löslichkeit in Wasser aufweisen, und vorteilhafterweise unter denjenigen, die keine chlorierte aliphatische Kette besitzen.
Reaktand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Lösungsmittel wenig polar ist und ausgewählt wird unter denjenigen, deren Polarität (E^f _t ausgedrückt in kcal pro mol) höchstens gleich 40 (vorteilhafterweise zwei signifikante Zif fern) beträgt.
Reaktand nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Lösungsmittel wenig polar ist und ausgewählt wird unter den organischen Sauerstoff-Verbindungen (insbesondere den Ettern, den Estern, sogar den Ketonen), den Kohlenwasserstoffen (einschließlich Erdölfraktionen) und den am Kern halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen.
Reaktand nach Anspruch 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Lösungsmittel wenig polar ist und ausgewählt wird unter den substituierten Benzolen und den am Kern halogenierten Kohlenwasserstoffen.