ES2212329T3 - Metodo de elaboracion de compuestos de fosfina. - Google Patents
Metodo de elaboracion de compuestos de fosfina.Info
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Abstract
El procediimentop descrito permite preparar un compuesto (I) de fórmula general (R{sup,3}-C)2P-L1-X-L2-P-(C-R{sup,3})2, en la que cada R respresenta independientemente un grupo orgánico pendiente, en su caso sustituido, conectado al átomo de carbono terciarioC, L1, L2 representan independientemente uno de l otro un grupo d enlace seleccionado entre cadenas de lacileno inferior, en su caso sustituidos que conectan el átomo de fósforo respectivo al grupo X, y X es un grupo de enlace con una parte arilo, en su caso sustituida, a la que los átomos de fósforo están conectados por átomos adyacentes disponibles de carbono. Este procedimiento comprende las siguientes etapas: (i) se hace reaccionar un compuesto (II) de fórmula A-L1X-L2-A, en la que A es un átomo de halógeno, con un metal M en un solvente apropiado para formar un compuesto intermedio (III) de fórmula A-M-L1-X-L2-M-A; (ii) se hace reaccionar este compuesto intermedio (III) con un compuesto (IV) de fórmula (R{sup,3}-C)A1, en la que A1es un átomo de halógeno que puede ser idéntico a o diferente de A, para formar el compuesto (I). El compuesto (I) puede ser útil para formar un sistema catalizador de la carbonilación de olefinas.
Description
Método de elaboración de compuestos de
fosfina.
La presente invención se refiere a un compuesto
de fosfina que es útil como un componente de un sistema catalítico
que puede ser usado en la carbonilación de olefinas y, en
particular, a un método para elaborar estos compuestos de
fosfinas.
El documento WO 96/19434 describe un
procedimiento para la carbonilación de etileno y un sistema
catalítico para ser usado en el mismo. El sistema catalítico
descrito en ese documento comprende un ligando bidentado de fosfina
de fórmula general (R_{3}-C)_{2}
P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2},
en el que cada R es independientemente un grupo orgánico colgante,
opcionalmente sustituido, a cuyo través el grupo está unido a un
átomo de carbono terciario C; L^{1} y L^{2} son
independientemente un grupo conector seleccionado entre una cadena
de alquileno inferior opcionalmente sustituida que conecta el
respectivo átomo de fósforo al grupo X y X es un grupo de puente que
comprende un resto de arilo opcionalmente sustituido al que están
unidos los átomos de fósforo en átomos de carbono adyacentes
disponibles; y un metal del grupo VIII o compuesto del mismo. Un
ejemplo de este ligando bidentado de fosfina es
bis(di-t-butil-fosfino)-o-xileno.
Estos catalizadores pueden ser preparados
mezclando el ligando de fosfina con una fuente adecuada de paladio
como acetato de paladio. El documento WO 96/19434 describe la
preparación de una forma del ligando a través de la sal de fosfonio
producida a partir de la reacción de la fosfina secundaria apropiada
con el correspondiente dihaluro aromático. En la forma preferida
del ligando de fosfina en el documento WO 96/19434, R es un grupo
alquilo inferior, en particular metilo. Un problema con la
elaboración de este ligando mediante la vía descrita es que la
fosfina secundaria que es usada (por ejemplo,
di-t-butil-fosfina)
es tóxica, altamente reactiva, de fuerte olor e inflamable. Se ha
encontrado también que la reacción tiene un bajo rendimiento y
convierte parte de la
di-t-butil-fosfina
en un producto residual no recuperable que debe ser desechado.
Zvezdina y otros (VINITI 3581 -80, Chemical
Abstracts vol 96 (1992) 52409) describen un método para formar
1,2-etilenodiilobis[bis(1-metiletil)fosfina]
mediante la reacción de dibromoetinil-dimagnesio con
di-isopropil-clorofosfina para
producir ligandos para catalizadores de hidroformilación.
Un documento de M.F. Lappert & T.R. Martin
(J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1982 pag. 1952) describe la
preparación de diversos compuestos metalocíclicos a través de una
vía de síntesis de di-Grignard.
Se ha encontrado ahora que los ligandos de
fosfinas del tipo descrito en el documento WO 96/10434 pueden ser
preparados mediante una vía de rendimiento elevado usando materiales
más benignos, que producen menos productos residuales que la vía
descrita en el documento WO 96/19434.
Según la invención, un método para elaborar un
compuesto de fórmula general
(R_{3}-C)_{2}
P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2}
(I), en la que R es independientemente un grupo orgánico colgante,
opcionalmente sustituido, a cuyo través el grupo está unido a un
átomo de carbono terciario C; L^{1} y L^{2} son
independientemente un grupo conector seleccionado entre una cadena
de alquileno inferior opcionalmente sustituida que conecta el
respectivo átomo de fósforo al grupo X y X es un grupo de puente que
comprende un resto de arilo opcionalmente sustituido al que están
unidos los átomos de fósforo en átomos de carbono adyacentes
disponibles, comprende las etapas de:
i) hacer reaccionar conjuntamente un compuesto de
fórmula
A-L^{1}-X-L^{2}-A
(II), en la que A es un átomo de halógeno, con un metal M en un
disolvente adecuado para formar un compuesto intermedio de fórmula
A-M-L^{1}-X-L^{2}-M-A
(III),
ii) hacer reaccionar dicho compuesto intermedio
(III) con un compuesto de fórmula
(R_{3}-C)_{2}P-A^{1}
(IV), en la que A^{1} es un átomo de halógeno que puede ser igual
o diferente de A, para formar dicho compuesto (I).
El compuesto (I) de fórmula general
(R_{3}-C)_{2}P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2}
puede ser útil como un componente de un compuesto catalizador. En
particular, el documento WO 96/19434 describe el uso de estos
compuestos como ligandos bidentados que, cuando se usan
conjuntamente con un metal del grupo VIII como paladio, son
catalizadores eficaces para la carbonilación de olefinas.
Los grupos orgánicos colgantes opcionalmente
sustituidos R pueden ser independientemente seleccionados entre una
amplia gama de componentes. Preferentemente, los grupos colgantes
son alquilo inferior opcionalmente sustituido, por ejemplo,
C_{1-8}, y pueden ser ramificados o lineales. Cada
grupo R puede ser igual o diferente de cada otro grupo R. Es
preferido que
(R_{3}-C)_{2}P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2}
sea simétrico en cuanto que ambas agrupaciones
(C-R_{3})_{2} son iguales.
Es particularmente preferido que los grupos
orgánicos, R, cuando están asociados con su respectivo átomo de
carbono, formen grupos compuestos que tengan al menos tanto
impedimento estérico como el grupo terc-butilo. El
impedimento estérico en este contexto está expuesto en la página 14
y siguientes de la publicación "Homogeneous Transition Metal
Catalysis - A Gentle Art" por C. Masters, publicado por Chapman y
Hall, 1981.
Los grupos conectores L^{1} y L^{2} se
seleccionan independientemente entre un grupo alquilo,
particularmente inferior, opcionalmente sustituido, por ejemplo de
C_{1} a C_{4}, alquileno inferior sustituido, por ejemplo, de
cadena C_{1} a C_{4}. Es especialmente preferido cuando tanto
L^{1} como L^{2} son metileno.
El grupo de puente X es un resto arilo, por
ejemplo, un grupo fenilo, que puede estar opcionalmente sustituido,
con la condición de que los dos átomos de fósforo estén unidos a
átomos de carbono adyacentes, por ejemplo, en las posiciones 1 y 2
en el grupo fenilo. La sustitución opcional del resto arilo puede
ser por medio de otros grupos orgánicos, por ejemplo, alquilo,
particularmente de C_{1-8}, arilo, alcoxi,
carbalcoxi, halo, nitro, trihalometilo y ciano. Además de ello, el
resto arilo puede ser un grupo policíclico condensado, por ejemplo,
naftaleno, bifenileno o indeno.
Ejemplos de compuesto (I) que pueden ser
ventajosamente preparados mediante el método según la invención son
los descritos en el documento WO 96/19434, que se incorpora como
referencia a la presente memoria descriptiva, e incluyen bis(
di-terc-butil-fosfino)-o-xileno
(también conocido como
1,2-bis(di-terc-butilfosfinometil)benceno),
bis(di-t-neopentil-fosfino)-o-xileno
y
bis-1,2-(di-terc-butil-fosfino)naftaleno.
M puede ser cualquier metal adecuado que forme un
grupo organometálico polar tras la reacción con un haluro de
alquilo. Los materiales adecuados incluyen los del grupo II y el
grupo IIB, por ejemplo, magnesio, calcio, zinc, cadmio, mercurio,
aluminio, galio, indio, estaño y plomo. El metal preferido es
magnesio. Cuando se usa magnesio, el compuesto (III) es conocido
como compuesto de di-Grignard. El magnesio puede
estar en cualquier forma conveniente como limaduras, trocitos,
gránulos, cinta, etc., pero es preferido usar polvo de magnesio.
La naturaleza del compuesto (II) depende de la
naturaleza del compuesto (I) del producto que se requiere. Cuando
L^{1} y L^{2} son ambos grupos metileno y X es un grupo fenilo
sin sustituir, el material de partida preferido es
\alpha,\alpha'-dicloro-o-xileno.
A es un átomo de halógeno. El halógeno preferido es cloro, aunque
pueden ser eficaces otros halógenos, por ejemplo, bromo.
Se ha encontrado que el compuesto (II) es
ventajosamente añadido al metal gradualmente, por ejemplo, gota a
gota o mediante el uso de otros medios para conseguir una adición
lenta, por ejemplo, una bomba controlable.
La formación de compuestos de
di-Grignard, por ejemplo,
o-C_{6}H_{4}(CH_{2}MgCl)_{2}
es descrita por M.F. Lappert y otros en J. Chem. Soc. Dalton Trans.
(1982) pág. 1959. Este documento describe la preparación de
compuestos metalocíclicos a través de una reacción de
di-Grignard, pero la preparación práctica de
compuestos de di-Grignard está bien descrita y puede
ser útil en la preparación del compuesto (III) de esta invención.
Por tanto, siguiendo las explicaciones de este documento, que se
incorporan como referencia a la presente memoria descriptiva, el
rendimiento de un compuesto de di-Grignard puede ser
aumentado si se usa THF como disolvente y cuando la concentración
del compuesto (II) y, por tanto, de un compuesto de
di-Grignard (III) resultante en el disolvente es
relativamente baja, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,1 mol/l,
preferentemente de aproximadamente 0,075 mol/l.
La naturaleza del compuesto de fosfina (IV)
depende del compuesto del producto que va a ser preparado. Los
grupos orgánicos colgantes opcionalmente sustituidos, R, pueden ser
independientemente seleccionados entre una amplia gama de
componentes. Preferentemente, los grupos colgantes son alquilo
inferior opcionalmente sustituido, por ejemplo,
C_{1-8}, y pueden ser ramificados o lineales. Cada
grupo R puede ser igual o diferente de cada otro grupo R. Es
preferido que
(R_{3}-C)_{2}P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2}
sea simétrico en cuanto que ambas agrupaciones
(C-R_{3})_{2} sean iguales. A^{1} es
preferentemente un átomo de cloro, bromo o yodo. Como ejemplo,
cuando cada grupo R es un grupo metilo, es decir, cuando
(C-R_{3})_{2} es
t-butilo, entonces el compuesto de fosfina (IV)
puede ser di-t-butilclorofosfina. El
compuesto (IV) puede ser obtenido mediante síntesis, por ejemplo, a
través de una reacción de Grignard en la que
(R_{3}-C)MgCl se hace reaccionar con
PCl_{3} o mediante otros métodos sintéticos conocidos en la
técnica. Algunos materiales adecuados pueden estar también
disponibles en el comercio.
El compuesto de fosfina (IV) puede ser añadido al
compuesto (III) en cantidades en exceso de la cantidad
estequiométrica requerida. Preferentemente, la relación de compuesto
(IV) a compuesto (III) es al menos 2:1, aunque se pueden conseguir
velocidades de reacción más elevadas si la relación es mayor, por
ejemplo, al menos 4:1. Sin embargo, el aumento de la velocidad de
reacción conseguida a estas relaciones superiores debe ser
compensado mediante los factores económicos de usar más compuesto de
fosfina. Habitualmente la relación de compuesto (IV) a compuesto
(III) será menor que 20:1, preferentemente menor que aproximadamente
10:1.
El disolvente usado no debe contener ningún
componente que reaccione con el compuesto intermedio, y estos
disolventes adecuados serán bien conocidos por el químico experto en
la materia. Los disolventes favorables incluyen disolventes etéreos
secos como tetrahidrofurano (THF), dioxano y dimetoxietano. El
disolvente preferido es THF. La formación de un compuesto de
di-Grignard se debe llevar a cabo en condiciones
secas porque el agua reacciona con el compuesto de Grignard para
producir
H-L^{1}-X-L^{2}-H
en una reacción secundaria.
La reacción entre el compuesto (III) y el
compuesto (IV) puede ser calentada para aumentar la velocidad de
reacción si es necesario. Sin embargo, si la reacción es
particularmente rápida, la reacción puede ser más fácilmente
controlada en ausencia de calor adicional o con enfriamiento. La
reducción de la velocidad de reacción de este modo puede ser
ventajosa para reducir las reacciones secundarias en ciertos
sistemas. Como un ejemplo, se ha encontrado que cuando el compuesto
(IV) es una clorofosfina, la reacción puede ser fácilmente
controlada y se puede conseguir una velocidad satisfactoria si se
calienta ligeramente, por ejemplo, si la reacción se lleva a cabo a
una temperatura de aproximadamente 50ºC. Sin embargo, cuando se usa
la bromofosfina correspondiente en lugar de la clorofosfina, la
reacción puede ser muy rápida a temperatura ambiente y, por tanto,
no es necesario ningún calor adicional y el enfriamiento de la
mezcla de reacción puede ser ventajoso.
El compuesto (I) puede ser aislado de la mezcla
de reacción separando por destilación el disolvente en exceso y los
reactivos en exceso si están presentes, preferentemente bajo vacío,
y extrayendo seguidamente el compuesto del producto en un
disolvente, por ejemplo, hexano o metanol (preferentemente
caliente), a partir del cual puede ser precipitado o recristalizado.
Otras técnicas y reactivos para aislar el producto, disponibles por
los expertos en la técnica de la química orgánica, se ha encontrado
que pueden ser adecuadas.
La invención se describirá adicionalmente, a modo
de ejemplo solamente, en lo que sigue.
Se activaron 1,35 g (55 mmol) de magnesio en
polvo calentando a 90ºC bajo vacío durante 30 minutos, y
seguidamente enfriando y agitando con un único cristal de yodo, en
aproximadamente 40 ml de THF que había sido previamente destilado
bajo N_{2} sobre sodio, hasta que la mancha de yodo se suprimió.
La solución de yoduro de magnesio se filtró y el metal se volvió a
poner en suspensión en aproximadamente 40 ml de THF destilado. A
esto se añadieron 2,42 g (13,8 mmol) de
\alpha,\alpha'-dicloro-orto-xileno
sublimado en forma de una solución en THF (140 ml) durante un
período de 3-4 horas y la mezcla de reacción se
agitó durante una noche. La solución resultante de solución de
di-Grignard se filtró y se inactivo con 2 ml de agua
desgasificada para producir orto-xileno. El
orto-xileno producido se analizó seguidamente
mediante una cromatografía de gases y se comparó con soluciones
estándar preparadas en el laboratorio para determinar el
rendimiento. El rendimiento se estimó que era 91% basado en el
material de partida de
\alpha,\alpha'-dicloro-orto-xileno,
confirmando que la reacción produce un elevado rendimiento del
compuesto de di-Grignard.
Se repitió en el Ejemplo 1 con la excepción de
que se usó
\alpha,\alpha'-dibromo-orto-xileno
en lugar del compuesto de dicloro del ejemplo 1. El rendimiento se
determinó que era 15%. Este rendimiento reducido comparado con el
Ejemplo 1 es debido probablemente a la reactividad aumentada del
acoplamiento rápido favorecido por bromuro de
di-Grignard de las moléculas de Grignard.
Se preparó compuesto de
di-Grignard a partir de
\alpha,\alpha'-dicloro-orto-xileno
y polvo de magnesio, como se describió en el ejemplo 1. El
rendimiento de di-Grignard se determinó que era de
94% por análisis de GC de una muestra inactivada con agua de la
mezcla de reacción filtrada. El compuesto de
di-Grignard filtrado resultante se funcionalizó
añadiendo el di-Grignard gota a gota a una solución
en THF vigorosamente agitada de un exceso de dos veces de
di-terc-butil-clorofosfina
(suministrada por la empresa Aldrich) que se llevó seguidamente a
reflujo durante 8 horas después de que se completó la adición. El
rendimiento de
bis-(d-terc-butil-fosfino)-o-xileno
se determinó por resonancia magnética nuclear de P^{31} que fue de
55% basado en el di-Grignard presente. Se encontró
también un cierto número de otros compuestos sin identificar que
contenían fósforo en la mezcla de reacción.
Se activaron 6,73 g (0,277 moles) de polvo de
magnesio usando un único cristal de yodo en 125 ml de THF destilado.
Se añadieron gota a gota 12,11 g (0,069 moles) de
\alpha,\alpha'-dicloro-orto-xileno
en 875 ml de THF destilado a la mezcla de magnesio durante un
período de 4 horas, usando una bomba de Gilson para controlar la
velocidad de adición, y la mezcla se agitó durante una noche. La
solución de di-Grignard resultante se filtró y una
pequeña muestra se inactivo con agua con el fin de determinar el
rendimiento por análisis de cromatografía de gases para el
orto-xileno. El compuesto de
di-Grignard se añadió seguidamente a
di-t-butilclorofosfina en
proporciones variables como se muestra en la tabla 1 y se agitó
durante aproximadamente 24 h a 50ºC. El punto final de la reacción
se determinó por RMN de P^{31}para verificar la formación de
producto. El disolvente se separó bajo vacío y el sólido céreo
resultante se recristalizó en metanol caliente. El rendimiento se
calculó basado en di-Grignard y se muestra en la
tabla 1.
2:1 | 4:1 | 8:1 | |
fosfina:di-Grignard | fosfina:di-Grignard | fosfina:di-Grignard | |
Rendimiento de bis(diterc- | 42,8 | 55,3 | 61,8 |
butil-fosfino)-o-xileno |
Se preparó un compuesto de
di-Grignard a partir de
\alpha,\alpha'-dicloro-orto-xileno
y polvo de magnesio, como se describió en el ejemplo 1 y se añadió a
una solución de una mezcla que comprendía 80% p/p de
di-t-butilbromofosfina y 20% p/p de
di-t-butilclorofosfina. La reacción
se verificó por análisis de RMN de P^{31} de muestras extraídas de
la mezcla para verificar la formación del producto a medida que
transcurría el tiempo. La cantidad de bromofosfina en la mezcla se
redujo muy rápidamente con la formación rápida consecuente de
producto de
bis(di-terc-butil-fosfino)-o-xileno,
y el nivel de clorofosfina se redujo mucho más lentamente. Por lo
tanto, la bromofosfina reaccionó más rápidamente que la clorofosfina
para proporcionar el producto deseado. La bromofosfina no se detectó
en la mezcla después de aproximadamente 8 horas, mientras que algo
de clorofosfina permanecía después de 24 horas. El rendimiento de
producto fue de 23% basado en el reactante de
di-Grignard.
Claims (6)
1. Un método para elaborar un compuesto (I) de
fórmula general
(R_{3}-C)_{2}P-L^{1}-X-L^{2}-P-(C-R_{3})_{2},
en la que R es independientemente un grupo orgánico colgante,
opcionalmente sustituido, a cuyo través el grupo está unido a un
átomo de carbono terciario C; L^{1} y L^{2} son
independientemente un grupo conector seleccionado entre una cadena
de alquileno C_{1}-C_{4} opcionalmente
sustituida que conecta el respectivo átomo de fósforo al grupo X y X
es un grupo de puente que comprende un resto de arilo opcionalmente
sustituido al que están unidos los átomos de fósforo en átomos de
carbono adyacentes disponibles, que comprende las etapas de:
i) hacer reaccionar conjuntamente un compuesto
(II) de fórmula
A-L^{1}-X-L^{2}-A,
en la que A es un átomo de halógeno, con un metal M en un disolvente
adecuado para formar un compuesto intermedio (III) de fórmula
A-M-L^{1}-X-L^{2}-M-A,
ii) hacer reaccionar dicho compuesto intermedio
(III) con un compuesto (IV) de fórmula
(R_{3}-C)_{2}P-A^{1},
en la que A^{1} es un átomo de halógeno que puede ser igual o
diferente de A, para formar dicho compuesto (I).
2. Un método según la reivindicación 1, en el que
M es magnesio.
3. Un método según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que A es cloro.
4. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que A^{1} es un átomo de cloro,
bromo o yodo.
5. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada grupo R comprende un
grupo alquilo C_{1-8} opcionalmente sustituido, y
cada R es igual o diferente de cada otro grupo R.
6. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto (I) comprende
bis(di-terc-butil-fosfino)-o-xileno,
bis(di-t-neopentil-fosfino)-o-xileno
o
bis-1,2-(di-terc-butil-fosfino)naftaleno.
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