ES2253647T3 - Procedimiento de monometilacion de heterociclos nitrogenados. - Google Patents
Procedimiento de monometilacion de heterociclos nitrogenados.Info
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Abstract
Procedimiento de monometilación de heterociclos nitrogenados que contienen al menos un átomo de nitrógeno unido a un átomo de hidrógeno, por reacción de dicho heterociclo con carbonato de dimetilo, caracterizado porque la reacción se realiza a una temperatura comprendida entre 100ºC y 200ºC, a una presión entre 0, 93u105 Pa y 1, 07u105 Pa y porque el metanol, producido durante la reacción, es trasvasado en continuo.
Description
Procedimiento de monometilación de heterociclos
nitrogenados.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de monometilación de heterociclos nitrogenados. Los
heterociclos de este tipo, como la familia de los azoles, tienen
aplicaciones en diversos campos como la agroquímica, la farmacia,
las biotecnologías, las pinturas y los colorantes.
El experto en la materia ya conoce procedimientos
de N-metilación de heterociclos nitrogenados.
Algunos procedimientos consisten en alquilar los heterociclos
nitrogenados con unos halogenuros de alquilo o unos sulfatos de
alquilo, pero estos procedimientos adolecen de numerosos
inconvenientes. Algunos reactivos tales como el sulfato de dimetilo
son muy tóxicos. Además, el producto obtenido necesita un
procedimiento complejo de purificación. Se han propuesto entonces
unos procedimientos que utilizan unos reactivos menos tóxicos para
el entorno. Así, se han previsto varios procedimientos de
metilación por carbonato de dimetilo.
Los autores de un artículo aparecido en Liebigs
Ann. Chem. (Liebigs Ann. Chem. 1987, 1, 77) describen un
procedimiento de N-metilación del imidazol, del
benzimidazol y de sus derivados por reacción del heterociclo
nitrogenado con carbonato de dimetilo en presencia de una base
(carbonato de potasio) y de un catalizador de transferencia de fase
(el éter corona [18-6]). Los inconvenientes de una
síntesis de este tipo son el coste elevado y la toxicidad del éter
corona. Además, al final de la reacción, es necesaria una operación
de separación del catalizador del medio de reacción.
Se ha propuesto entonces un procedimiento
descrito en la patente WO 96/08537 que no hace intervenir en la
reacción el éter corona. Este procedimiento consiste en producir
unos pigmentos orgánicos metilando unos heterociclos con carbonato
de dimetilo, en presencia de carbonatos o de hidróxidos alcalinos.
La reacción se realiza a una temperatura comprendida entre 80ºC y
150ºC, bajo presión atmosférica. Ahora bien, incluso en presencia
de un catalizador, el rendimiento sigue siendo bajo.
Otro procedimiento, descrito en la patente JP
9169737, propone un procedimiento de síntesis de imidazoles
N-metilados por reacción, a una temperatura
comprendida entre 120ºC y 200ºC, preferentemente a 160ºC, del
imidazol con carbonato de dimetilo. El procedimiento descrito sólo
se limita a la síntesis de derivados de metilimidazoles a partir de
compuestos que tienen unos puntos de ebullición cercanos a 250ºC.
Unos ensayos realizados con unos heterociclos que tienen unos
puntos de ebullición más bajos muestran que este procedimiento no
se puede generalizar a todos los heterociclos nitrogenados, y en
particular a los heterociclos nitrogenados que tengan un punto de
ebullición inferior a los 190ºC.
Por lo tanto, el experto en la materia sigue
buscando todavía un procedimiento de N-metilación de
heterociclos nitrogenados, que resulte sencillo de realizar y se
pueda generalizar a varias familias de heterociclos nitrogenados.
En el caso en que el heterociclo nitrogenado posea varios átomos de
nitrógeno, unidos cada uno a un átomo de hidrógeno, el experto en
la materia busca un procedimiento selectivo, es decir un
procedimiento que permita sintetizar únicamente el producto
monometilado.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de este tipo.
La invención se refiere a un procedimiento de
monometilación de heterociclos nitrogenados que contienen al menos
un átomo de nitrógeno unido a un átomo de hidrógeno por reacción de
dicho heterociclo con carbonato de dimetilo, caracterizado porque
la reacción se realiza a una temperatura comprendida entre 100ºC y
200ºC, a una presión comprendida entre 0,93\cdot10^{5} Pa y
1,07\cdot10^{5} Pa y porque el metanol, producido durante la
reacción, es trasvasado en continuo.
Este procedimiento realizado a una temperatura
comprendida entre 100ºC y 200ºC, y a una presión próxima a la
presión atmosférica, presenta la ventaja de ser sencillo de
realizar. Además, el hecho de trasvasar el metanol en continuo, es
decir destilarlo a medida que se va formando, permite controlar la
temperatura del medio de reacción. Ello presenta varias ventajas.
Así, el procedimiento es aplicable a varias familias de
heterociclos nitrogenados y no únicamente a los heterociclos que
tengan un punto de ebullición elevado, del orden de los 250ºC.
También permite añadir carbonato de dimetilo en grandes cantidades
en el medio de reacción sin que por ello descienda la temperatura.
Como la cinética de la reacción está en función de la cantidad de
carbonato de dimetilo presente en el medio de reacción, dicha la
reacción se realiza con una muy buena cinética.
Este procedimiento se aplica no sólo a unos
heterociclos que tengan una temperatura de ebullición del orden de
190ºC o superior a 190ºC, del orden de 250ºC, sino también a unos
heterociclos que tienen unas temperaturas de ebullición más bajas,
del orden de 120ºC.
De forma general, el procedimiento se aplica a
unos heterociclos que tienen una temperatura de ebullición superior
o igual a 120ºC.
Preferentemente, los heterociclos nitrogenados
son seleccionados de entre los azoles, y sus derivados bencénicos,
la indolina, la pirazolidina, la morfolina, la piperazina y la
azepina.
Se denominan azoles los compuestos heterocíclicos
de cinco enlaces de los cuales al menos un átomo de nitrógeno está
unido a un átomo de hidrógeno. Se podrán citar como azoles que
contienen un átomo de nitrógeno, el indol y el carbazol y como
azoles que contienen dos átomos de nitrógeno el imidazol, el
benzimidazol, el pirazol y el indazol. Los azoles que contienen
tres átomos de nitrógeno son en particular los triazoles y los
benzotriazoles y el azol que contiene cinco átomos de nitrógeno es
el pentazol.
La cantidad de carbonato de dimetilo utilizada
está comprendida entre 1 y 5 moles por mol de heterociclo
nitrogenado, y preferentemente entre 1,2 y 3 moles por mol de
heterociclo nitrogenado.
Generalmente, el carbonato de dimetilo es añadido
progresivamente en el medio de reacción, con un caudal comprendido
entre 0,001 mol/mol de sustrato\cdoth y 1 mol/mol de
sustrato\cdoth, siendo el sustrato el heterociclo nitrogenado.
La reacción se realiza a una temperatura
comprendida entre 100ºC y 200ºC y preferentemente entre 120ºC y
180ºC.
La reacción se realiza a una presión comprendida
entre 0,93\cdot10^{5} Pa y 1,07\cdot10^{5} Pa, es decir a
una presión comprendida entre 700 mm Hg y 800 mm Hg. Generalmente,
la presión atmosférica local está comprendida dentro de este
intervalo y la reacción se realiza a esta presión.
El heterociclo nitrogenado está monometilado en
el átomo de nitrógeno unido a un átomo de hidrógeno. Cuando el
heterociclo nitrogenado contiene más de un átomo de nitrógeno, es
decir al menos dos átomos de nitrógeno, estando cada átomo de
nitrógeno unido a un átomo de hidrógeno, la reacción es selectiva.
Esto significa que el producto es sometido a una única metilación y
por lo tanto que se sintetiza únicamente el producto monometilado.
Para ello, el producto monometilado es trasvasado en continuo, es
decir extraído del medio de reacción a medida que se va formando.
Cuando el heterociclo nitrogenado contiene al menos dos átomos de
nitrógeno, estando cada uno unido a un átomo de hidrógeno, se puede
realizar el procedimiento en presencia de un solvente. El solvente
es seleccionado de entre el grupo constituido por el
metoxinaftaleno, el anisol y el triclorobenzeno.
Se describirá a continuación un modo de
realización preferido de la invención. Para ello, se utiliza un
reactor equipado con un sistema de agitación, un termómetro, y
coronado por una columna de destilación y un refrigerante.
Se introduce en primer lugar el heterociclo
nitrogenado, o bien solo, o bien con una parte de la cantidad de
carbonato de dimetilo que será utilizada en el transcurso de la
reacción.
El medio de reacción es calentado a continuación
a una temperatura comprendida entre 100ºC y 200ºC, preferentemente
entre 120ºC y 180ºC.
Siendo este procedimiento continuo o
semicontinuo, se introduce a continuación el carbonato de dimetilo
en el medio de reacción con un caudal comprendido entre 0,001 y 1
mol/mol de sustrato\cdoth, siendo el sustrato el heterociclo
nitrogenado.
También se puede introducir el heterociclo
nitrogenado en continuo, mezclado con carbonato de dimetilo, en una
proporción molar de carbonato de dimetilo: heterociclo nitrogenado
entre 1 y 10, preferentemente 1 y 3.
El metanol producido en el transcurso de la
reacción es destilado a medida que se va produciendo.
Al final de la reacción, se deja enfriar el medio
de reacción a temperatura ambiente y se recupera el producto
metilado.
Cuando el heterociclo nitrogenado contiene al
menos dos átomos de nitrógeno, unidos cada uno a un átomo de
hidrógeno, el producto monometilado formado es también trasvasado a
medida que se va formando.
Los siguientes ejemplos ilustran, a título no
limitativo, unas variantes de realización de la invención.
La reacción es realizada en un reactor de 250 ml.
El reactor está equipado con un agitador, un termómetro y un
sistema de alimentación tal que se pueda alimentar en continuo
durante toda la reacción. El reactor está coronado por una columna
de destilación, un cabezal de reflujo y un refrigerante.
Se introducen en el reactor 34,04 g de imidazol,
es decir 0,5 moles. Se calienta a continuación el medio a 170ºC y
se mantiene esta temperatura durante toda la reacción.
El carbonato de dimetilo es introducido en el
reactor con un caudal de 145 mmoles/h, durante 7 horas.
El metanol producido es destilado a medida que se
va formando. Después de haber introducido la totalidad del
carbonato de dimetilo, se prosigue la reacción durante 2 horas, a
170ºC. A continuación, se deja enfriar el medio de reacción, hasta
la temperatura ambiente. Se recuperan 33,36 g de
1-metilimidazol, es decir 0,49 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del 98%.
El montaje utilizado es el mismo que el descrito
en el ejemplo 1. Se introducen 100 g de
2-metoxinaftaleno en el reactor se calienta a
continuación el medio a 170ºC y se mantiene esta temperatura durante
toda la reacción. Se introduce a continuación una mezcla de
morfolina/carbonato de dimetilo en una proporción molar de ½ y con
un caudal en morfolina de 72 mmoles/h. La duración de la
introducción de la mezcla morfolina/carbonato de dimetilo es de 7
horas. A continuación, únicamente el carbonato de dimetilo es
introducido en el reactor con un caudal de 100 mmoles/h durante 2
horas.
El metanol y la N-metilmorfolina
son trasvasados en continuo. Se obtienen 22,25 g de
N-metilmorfolina, es decir 0,22 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del 43%.
El montaje utilizado es el mismo que el descrito
en el ejemplo 1. Se introducen en el reactor 43,07 g de piperacina,
es decir 0,5 moles. A continuación se calienta el medio a 110ºC y se
mantiene esta temperatura durante toda la reacción.
El carbonato de dimetilo es introducido en el
reactor con una caudal de 100 mmoles/h, durante 10 horas.
El metanol producido es destilado a medida que se
va produciendo. Se destila también el carbonato de dimetilo en
exceso, con el fin de estabilizar la temperatura del medio de
reacción a 110ºC.
A continuación se deja enfriar el medio de
reacción hasta la temperatura ambiente. Se recuperan 14,52 g de
1-metilpiperazina, es decir 0,145 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del 29%.
El montaje utilizado es el mismo que el descrito
en el ejemplo 1.
Se introducen en el reactor 20,64 g de pirazol,
es decir 0,3 moles y 4,5 g de carbonato de dimetilo, es decir 0,05
moles.
A continuación se calienta el medio a 140ºC y se
mantiene esta temperatura durante toda la reacción.
El carbonato de dimetilo es introducido en el
reactor con una caudal de 60 mmoles/h, durante 8 horas.
El metanol producido es destilado a medida que se
va produciendo.
A continuación se deja enfriar el medio de
reacción, hasta la temperatura ambiente. Se recuperan 17,24 g de
N-metilpirazol, es decir 0,21 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del 70%.
El montaje utilizado es el mismo que el descrito
en el ejemplo 1. Se introducen 24,03 g de
3,5-dimetilpirazol, es decir 0,25 moles y 4,5 g de
carbonato de dimetilo, es decir 0,05 moles.
El medio de reacción es calentado a 140ºC y se
mantiene esta temperatura durante toda la reac-
ción.
ción.
El carbonato de dimetilo es introducido a
continuación en el reactor con una caudal de 50 mmoles/h, durante 8
horas.
El metanol producido es destilado a medida que se
va produciendo. Se destila también el carbonato de dimetilo en
exceso, con el fin de estabilizar la temperatura del medio de
reacción a 140ºC.
Después de haber introducido la totalidad de
carbonato de dimetilo, se deja enfriar el medio de reacción hasta la
temperatura ambiente. Se recuperan 15,41 g de
1,3,5-trimetilpirazol, es decir 0,14 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del
57%.
57%.
El siguiente ejemplo no forma parte de la
invención. Ha sido realizado con el objeto de mostrar que es
necesario el trasvase en continuo del metanol producido durante la
reacción con el fin de poder generalizar este procedimiento a
varias familias de heterociclos nitrogenados y en particular a los
heterociclos nitrogenados que tienen un punto de ebullición
inferior a 190ºC.
El montaje utilizado es el mismo que el descrito
en el ejemplo 1.
Se introducen en el reactor 20,64 g de pirazol,
es decir 0,3 moles y 4,5 g de carbonato de dimetilo, es decir 0,05
moles.
A continuación el medio es calentado a 140ºC y se
introduce el carbonato de dimetilo en el reactor con un caudal de
60 mmoles/h (es decir 5,4 g/h), durante 8 horas. No se ha realizado
el trasvase del metanol formado.
Se constata que la temperatura del medio de
reacción permanece estable a 140ºC durante 1 hora y que ha ido
disminuyendo hasta los 115ºC al final de la reacción. Se deja
enfriar a continuación el medio de reacción, hasta la temperatura
ambiente. Se recuperan únicamente 3,53 g de
N-metilpirazol, es decir 0,042 moles, lo que
corresponde a un rendimiento del 14%.
El N-metilpirazol es por lo tanto
obtenido con un rendimiento netamente inferior (14%) al obtenido con
el procedimiento objeto de la invención, con trasvase del metanol
(rendimiento del 70%, ejemplo 4).
Claims (9)
1. Procedimiento de monometilación de
heterociclos nitrogenados que contienen al menos un átomo de
nitrógeno unido a un átomo de hidrógeno, por reacción de dicho
heterociclo con carbonato de dimetilo, caracterizado porque
la reacción se realiza a una temperatura comprendida entre 100ºC y
200ºC, a una presión entre 0,93\cdot10^{5} Pa y
1,07\cdot10^{5} Pa y porque el metanol, producido durante la
reacción, es trasvasado en continuo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los heterociclos nitrogenados tienen una
temperatura de ebullición superior o igual a 120ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque los heterociclos nitrogenados son
seleccionados de entre los azoles, los derivados bencénicos de los
azoles, la indolita, la pirazolidina, la morfolina, la piperazina y
la azepina.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la reacción se realiza a una temperatura
comprendida entre 120ºC y 180ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la cantidad de carbonato de dimetilo
está comprendida entre 1 y 5 moles por mol de heterociclo
nitrogenado.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el carbonato de dimetilo es añadido
progresivamente en el medio de reacción.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el carbonato de dimetilo es introducido
en el medio de reacción con un caudal comprendido entre 0,001
mol/mol de heterociclo nitrogenado\cdoth y 1 mol/mol de
heterociclo nitrogenado\cdoth.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el heterociclo nitrogenado contiene al
menos dos átomos de nitrógeno unidos cada uno a un átomo de
hidrógeno.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque el heterociclo nitrogenado monometilado
es trasvasado en continuo.
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