FI93110C

FI93110C - Menetelmä 3-asemassa substituoitujen tiofeenien valmistamiseksi

Info

Publication number: FI93110C
Application number: FI915785A
Authority: FI
Inventors: Osmo Hormi; Jan Naesman; Leila Lahtinen; Anna-Liisa Tammi; Hannele Jaervinen
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1995-02-27
Also published as: FI915785A; FI915785A0; US5512685A; WO1993012106A1; FI93110B; EP0642505A1

Description

9'511 ΰ

Menetelmä 3-asemassa substituoitujen tiofeenien valmistamiseksi - Förfarande för framställning av vid 3-ställningen substituerade tiofen 5

Keksintö koskee menetelmää 3-asemassa substituoitujen tiofeenien valmistamiseksi, joissa tiofeeneissä substituentin muodostaa C8-Ci2_alkyyliryhmä.

10 3-asemassa substituoidun tiofeenin valmistaminen on tunne tusti 2-asemassa substituoidun tiofeenin valmistamista vaikeampaa. 3-asemassa substituoitu tiofeeni on kuitenkin haluttu väli- tai lopputuote erilaisissa sovelluksissa, kuten herbisidinä tai fungisidina. Tiettyjä 3-asemassa substituoi-15 tuja tiofeenejä voidaan käyttää myös monomeereina valmistettaessa esimerkiksi sähköä johtavia polymeerejä.

3-asemassa substituoitua tiofeeniä voidaan valmistaa periaatteessa kahta eri reittiä: käyttämällä lähtöaineena tio-20 feeniä tai muunnettavalla 3-substituentilla varustettua tiofeeniä tai käyttämällä lähtöaineena asyklistä yhdistettä. Substituoituja tiofeenejä voidaan tietenkin valmistaa myös muilla keinoin, mutta tuotteet ovat tällöin useimmiten 2-asemassa substituoituja.

: 25

Tunnetuin tapa käyttää tiofeeniä lähtöaineena on tiofeenin bromaus. 3-bromitiofeeniä voidaan valmistaa esim. EP-julkaisun 299 586 mukaan katalyyttisesti 2,5-dibromitiofeenistä ja tiofeenistä. 3-bromitiofeeni on tärkeimpiä välituotteita, 30 joista saadaan laaja valikoima 3-asemassa substituoituja tiofeenejä, esimerkiksi Grignard-reaktioilla, litioimalla tai hapettamalla. 3-bromitiofeenin käyttöä lähtöaineena tuotannollisissa prosesseissa haittaavat kuitenkin sivutuotteina syntyvät ei-toivotut bromidit ja vaikeat reaktio-olosuh-35 teet, kuten sopimaton lämpötila ja inertti atmosfääri.

' 3-asemassa substituoitujen tiofeenien valmistusta käyttämäl lä asyklistä yhdistettä lähtöaineena on laajasti tutkittu.

2

*311 O

Näillä menetelmillä on usein haittana, että ne tuottavat runsaasti 2-asemassa substituoituja tiofeenejä sivutuotteena. Näistä menetelmistä mainittakoon mm. erilaisten merkap-taanien tai tioeetterien käyttö lähtöaineena (Butler, A. R., 5 Henry, J. B., J. Chem. Soc., B, 1970 tai Campaigne, E., Monroe, P. A., J. Am. Chem. Soc., 76 (1954), 2445). 3-asemassa substituoitua tiofeeniä voidaan myös valmistaa muista yhdisteistä, jotka sisältävät joko kaksoissidoksia tai muita funktionaalisia ryhmiä (Veal, K. T., Grinter, T. J., EP 10 38121 tai Duus, F., Tetrahedron, 32 (1976), 2817).

Kuten edellä on mainittu, monissa näissä alan ammattimiehelle tutuissa menetelmissä saadaan runsaasti epätoivottuja 2-asemassa substituoituja tiofeeniyhdisteitä ja -isomeerejä, 15 joiden erottaminen tuottaa vaikeuksia. Lisäksi ei-toivotut sivutuotteet ovat peräisin samasta lähtöaineesta, joten tekniikan tason mukaisissa menetelmissä saanto jää hyvin alhaiseksi .

20 US-patenttijulkaisusta 2 658 903 tunnetaan edelleen menetelmä 3-alkyylisubstituoidun tiofeenin valmistamiseksi vastaavasta alkyylimeripihkahapon aikaiimetallisuolasta. Julkaisun mukaan on kuitenkin valmistettu ainoastaan 3-metyyli- tai 3-etyylitiofeeniä eli alkyylisubstituentit ovat toiset kuin : 25 esillä olevassa keksinnössä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mahdollisimman selektiivinen menetelmä 3-asemassa substituoidun C8-C12-alkyylitiofeenin valmistamiseksi, jossa samalla saan-30 to ja puhtausaste olisivat mahdollisimman korkeat. Mainitut tavoitteet on nyt saavutettu menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että a) maleiinihappoanhydridin annetaan reagoida a-C8-Ci2'alkee-nin kanssa siten, että saadaan Cg-Ci2_alkenyylimeripihka- 3 5 happoanhydridiä, b) Cg-C^-alkenyylimeripihkahappoanhydridi hydrataan kata- • lyyttisesti C8-Ci2‘alkyylimer;>-Pihkahappoanhydridiksi,

II

3

.5 NO

c) C8-C12-alkyy1imeripihkahappoanhydridin annetaan reagoida alkalimetallihydroksidin kanssa siten, että muodostuu Cg-C12-alkyylimeripihkahapon alkalisuolaa, ja d) Cg-C]_2-alkyylimeripihkahapon alkalisuolan annetaan rea- 5 goida rikkifosforiyhdisteen kanssa orgaanisessa liuottimessa 100-180°C:n lämpötilassa siten, että lopputuotteena saadaan 3-(Cg-C12-alkyyli)tiofeeniä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä päästään lähes 75 %:n 10 saantoon tuotteen puhtausasteen ollessa noin 95-98 %. Keksinnön etuna on myös se, että lopputuotteen erottaminen on helppoa.

Keksinnön mukainen menetelmä eroaa oleellisesti US-julkai-15 sussa 2 658 903 esitetystä, jossa 3-metyylitiofeenin valmistus alkaa itakonihapon dinatriumsuolan hydrauksella ja jossa reaktio on suoritettu lämpötilavälillä 225-300°C, sopivimmin lämpötilassa 250°C, eli oleellisesti korkeammassa lämpötilassa kuin keksinnön mukaisessa menetelmässä. Keksintöä ku-20 vaa seuraava reaktiokaavio, jossa R = C1-C15-alkyyli ja MOH = aikaiimetailihydroksidi. Rikkifosforiyhdisteeksi on merkitty tetrafosforidekasulfidi.

' -O- -^'--0^·^ 0 = / \ = 0 2 KB / \ / “\_o« x o f o o 95110 4

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä rikkifosforiyh-diste on edullisesti tetrafosforidekasulfidi P4S10· Korkeaan saantoon on päästy tetrafosforidekasulfidin ja punaisen fosforin seoksella, jossa komponenttien moolisuhde on 1:4-1:6, 5 sopivasti 1:5,3. Vaikuttavan rikkifosforiyhdisteen ja alkyy-limeripihkahapon alkalisuolan moolisuhde on sopivasti 0,5:1-2:1, edullisimmin noin 0,5:1.

Mainittuna orgaanisena liuottimena voidaan keksinnön mukai-10 sessa menetelmässä käyttää alifaattisia tai aromaattisia hiilivetyjä tai niiden seoksia, kuten esim. ksyleeniä, halo-genoituja hiilivetyjä, kuten esim. kloori- tai diklooribent-seeniä, eettereitä, kuten esim. 2-etoksietyylieetteriä, tai näiden seoksia. Esim. o-diklooribentseeni on erityisen sopi-15 va.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä reaktiolämpötila on edullisesti välillä 130-180°C. Reaktioaika voi vaihdella välillä 1-20 tuntia. Reaktio voi tapahtua normaali-ilmakehässä tai 20 lievässä ylipaineessa suojaavassa argon- tai typpiatmosfäärissä.

Kun käytetyn alkyylimeripihkahapon alkalisuolan ja rikkifos-foriyhdisteen reaktio on tapahtunut, suoritetaan ensin kiin-: . 25 teän sakan poisto esim. suodattamalla tai sentrifugoimalla.

Sen jälkeen poistetaan liuotin tislaamalla ja lopuksi tuotteena saatava 3-(Cg-C^^lkyyli.) tiof eeni talteenotetaan va-kuumitislauksella. Orgaanisen faasin pesu tai neutralointi ennen vakuumitislausta ei keksinnön mukaisessa menetelmässä 30 ole tarpeen.

Keksintöä valaistaan seuraavilla suoritusesimerkeillä.

Oktenyy1imeripihkahappoanhydridi 35

Maleiinihappoanhydridi (14 g, 0,14 moolia) ja 1-okteeni (50 ml, 0,32 moolia) syötettiin autoklaaviin. Seos typetet-tiin. Reaktioseosta lämmitettiin lämpötilassa 210°C 4 tunnin 5 I I u ajan. Jäähdytyksen jälkeen seos suodatettiin ja ylimääräinen okteeni haihdutettiin alipaineessa pois. Oktenyylimeripihka-happoanhydridin saanto oli 25 g (85 % teoreettisesta määrästä) .

5

Oktenyylimeripihkahappoanhydridi

Meneteltiin samalla tavalla kuin edellä, mutta okteenin määrä oli 30 ml (0,19 moolia), jolloin saanto oli 80 % teoreet-10 tisesta määrästä.

Oktyylimeripihkahappoanhydridi

Saatu oktenyylimeripihkahappoanhydridi liuotettiin etyyli-15 asetaattiin ja hydrattiin palladium/hiilikatalyyttiä (5 pai-no-% lähtöaineesta) käyttäen. Katalyytti suodatettiin pois ja liuotin haihdutettiin. Syntyneen oktyylimeripihkahappoan-hydridin saanto oli 24 g (95 % teoreettisesta määrästä).

2 0 Dodekyylimeripihkahappoanhydridi

Meneteltiin samalla tavalla kuin edellä, mutta käytettiin dodekyylimeripihkahappoanhydridiä, joka oli valmistettu oleellisesti samalla tavalla kuin oktenyylimeripihkahappoan-. 25 hydridi edellä, ja palladium/hiilikatalyyttiä 1 paino-%.

Saanto oli 95 % teoreettisesta määrästä.

Oktyylimeripihkahapon kaliumsuola 30 254 g (1,2 moolia) oktyylimeripihkahappoanhydridiä sekoitet tiin 500 ml:aan etanolia, ja seosta kuumennettiin, kunnes anhydridi oli liuennut. Liuokseen lisättiin 134,6 g (2,4 moolia) kaliumhydroksidia, joka oli liuotettu 1 200 mlraan etanolia. Liuosta jäähdytettiin hitaasti useiden tuntien 35 ajan, minkä jälkeen syntynyt sakka suodatettiin. Sakka kuivattiin uunissa 40°C:n lämpötilassa. Syntyneen oktyylimeri-pihkahapon kaliumsuolan saanto oli 275 g, joka oli 75 % teoreettisesta määrästä.

6 νό 110

Oktyylimeripihkahapon dinatriumsuola 143,1 g (0,675 moolia) oktyylimeripihkahappoanhydridiä sekoitettiin 250 ml:aan etanolia, ja seosta kuumennettiin, 5 kunnes anhydridi oli liuennut. Liuokseen lisättiin 54 g (1,35 moolia) natriumhydroksidia, joka oli liuotettu 675 ml:aan etanolia. Liuosta jäähdytettiin hitaasti useiden tuntien ajan, minkä jälkeen syntynyt sakka suodatettiin. Sakka kuivattiin uunissa 40°C:n lämpötilassa. Syntyneen oktyyli-10 meripihkahapon dinatriumsuolan saanto oli 168,3 g, joka oli 91 % teoreettisesta määrästä.

Esimerkki 1 3-Oktyylitiofeeni 15 22,9 g (0,075 moolia) oktyylimeripihkahapon dikaliumsuolaa, 16,6 g (0,0375 moolia) difosforidekasulfidia, 9,3 g (0,3 moolia) punaista fosforia ja 100 ml o-diklorobentseeniä ladattiin 300 ml:n painereaktoriin. Reaktorin läpi puhallet-20 tiin typpeä 1 tunnin ajan, minkä jälkeen reaktori suljettiin. Reaktorin lämpötila nostettiin 180°C:een, jota ylläpidettiin 3,5 tunnin ajan. Tämän jälkeen lämpötila alennettiin 40°C:een ja reaktorista poistettiin ylipaine. Tämän jälkeen reaktioseokseen lisättiin 150 ml eetteriä ja epäorgaaninen ; 25 sakkasaostuma suodatettiin pois imun avulla. Suodos pestiin ensin 50 ml :11a vettä, neutraloitiin sitten 10-%:isella NaOH-liuoksella ja pestiin lopuksi vedellä useita kertoja, kunnes eetteriliuos oli neutraalia. Orgaaninen liuos kuivattiin sitten Na2S04tllä, jonka jälkeen eetteri ja o-dikloro-30 bentseeni tislattiin pois vesisuihkupumpulla aikaansaadussa alennetussa paineessa. Lopuksi tuote tislattiin tyhjöpumpun avulla noin 90°C:n lämpötilassa ja 1 mbar:n paineessa. Saanto oli 45 %, ja tuotteen kiehumispisteelle mitattiin nousu 75°C:sta 87°C:een, kun paine kasvoi 1,0 mbar:sta 1,8 35 mbar:iin.

Il 7

V 5 i 1 O

Esimerkki 2 3-Dodekyylitiofeeni

Reaktio tehtiin oleellisesti samoin kuin esimerkissä 1 käyt-5 täen lähtöaineina 27,2 (0,075 moolia) dodekyylimeripihkaha-pon dikaliumsuolaa (joka valmistettiin samoin kuin oktyyli-meripihkahapon kaliumsuola edellä), 33,3 g (0,075 moolia) difosforidekasulfidia ja 9,3 g (0,3 moolia) punaista fosforia sekä 100 ml diklooribentseeniä liuottimena. Reaktiota 10 pidettiin yllä 16 tuntia 130°C lämpötilassa. Dodekyylitio-feenin saanto oli 48 % (kp. 196°C/20 mbar).

Esimerkki 3 3-Oktyylitiofeeni 15 160,3 g (0,525 moolia) oktyylimeripihkahapon dikaliumsuolaa, 116,9 g (0,263 moolia) tetrafosforidekasulfidia, 43,4 g (1,4 moolia) punaista fosforia ja 600 ml o-diklorobentseeniä ladattiin 2 000 ml:n Barr-painereaktoriin, joka oli varus-20 tettu mekaanisella sekoittimella sekä sisääntulo- ja ulos-menoyhteillä typen läpivirtausta varten. Reaktori suljettiin, sekoitin käynnistettiin ja typpeä puhallettiin reaktorin läpi 1 tunnin ajan. Tämän jälkeen typpivirtaus katkaistiin ja reaktorin lämpötila nostettiin noin 150°C:een, jossa .25 se pidettiin 4,5 tunnin ajan. Sen jälkeen reaktori jäähdytettiin lämpötilaan 40°C ja ylipaine poistettiin reaktorista .

Reaktioseosta käsiteltiin tämän jälkeen poistamalla siitä 30 epäorgaaninen saostuma suodattamalla. Saostuma pestiin suo-timella 600 ml :11a MTBE:tä, joka käytettiin neljässä 150 ml:n erässä. Suodos yhdistettiin saadun reaktioseoksen orgaaniseen faasiin.

35 Orgaaninen faasi, josta epäorgaaninen saostuma oli edellä olevan mukaisesti poistettu, jakotislattiin (15 cm VIGREAUX-| kolonni). Suurin osa MTBE:stä tislautui normaalipaineessa ja loppuosa, samoin kuin o-diklorobentseeni vesisuihkupumpulla 8 93110 aikaansaadussa alennetussa paineessa, joka oli 40-70 mbar. Raakatuote jakotislattiin sen jälkeen noin 1,5 mbar:n paineessa samassa jakotislauskolonnissa. Tuloksena saatiin 77,5 g 3-oktyylitiofeeniä, jonka puhtaus oli 94,4 %, mikä vastasi 5 71,1 %:n saantoa laskettuna teoreettisesta saannosta.

Esimerkit 4-11 3-Oktyylitiofeeni 10 Tulokset reaktioista, jotka suoritettiin oleellisesti edellisen esimerkin 1 (esimerkit 4-7) ja edellisen esimerkin 3 (esimerkit 8-11) mukaisesti 300 ml:n ja 2000 ml:n painereak-torissa, on esitetty seuraavassa taulukossa. Lähtöaineena oli esimerkeissä 4-6 ja 8-10 oktyylimeripihkahapon (HASA) 15 dikaliumsuola ja esimerkeissä 7 ja 11 dinatriumsuola. Liuottimena käytettiin o-diklorobentseeniä (o-DCB), 2-etoksietyy-lieetteriä tai tuotteita Li200 (15-20 % aromaattisia yhdisteitä sisältävä hiilivetyliuotin, Neste Oy) ja SOLVESSO 100 (aromaattinen hiilivetyseos, markkinoija Esso).

II

9

9311 O

Taulukko

Esim. Lähtöaine Aika/ Lämpö- Liuo- Saan- Puhti tila/ tin to/% taus/ _1C_% 10 HASA-K 0,075 moolia 3,5 180 0-DCB+ 41,9 87 P4S10 0,0375 moolia Li200 P4 0,15 moolia (1:4) 11 HASA-K 0,075 moolia 3,5 180 SOLVES- 51,3 94 P4S10 0,0375 moolia SO 100 P4 0,15 moolia 12 HASA-K 0,075 moolia 3,5 180 2-etoksi- 21,7 94 P4S10 0,0375 moolia etyyli- P4 0,225 moolia eetteri 13 HASA-Na 0,075 moolia 3,5 180 o-DCB 57,1 98 P4S10 0,075 moolia P4 0,225 moolia 14 HASA-K 0,525 moolia 17 130- o-DCB 73,6 97 P4S10 0,525 moolia 150 P4 2,1 moolia 15 HASA-K 0,525 moolia 5 160- SOLVES- 66,9 96 P4S10 0,263 moolia 170 SO 100 P4 1,4 moolia 16 HASA-K 0,525 moolia 5,5 160- 0-DCB+ 66,5 95 P4S10 0,263 moolia 170 SOLVES- P4 1,4 moolia SO 100 (1:4) 17 HASA-Na 0,525 moolia 4 160- o-DCB 67,1 95 P4S10 0,263 moolia 170 P4 1,4 moolia

Claims

9311 O
1. Menetelmä 3-asemassa substituoitujen tiofeenien valmistamiseksi, joissa tiofeeneissä substituenttina on Cg-C^' alkyyliryhmä, tunnettu siitä, että 5 a) maleiinihappoanhydridin annetaan reagoida a-Cg-Ci2*alfcee· nin kanssa siten, että saadaan Cg-C^-alkenyylimeripihka-happoanhydridiä, b) Cg -C12'alkenyylimeripihkahappoanhydridi hydrataan kata-lyyttisesti Cg - C^2 -alkyylimeripihkahappoanhydridiksi, 10 c) Cg-C^-alkyylimeripihkahappoanhydridin annetaan reagoida aikaiimetallihydroksidin kanssa siten, että muodostuu Cg-C12-alkyylimeripihkahapon aikaiisuolaa, ja d) Cg-Ci2'al^yylimeripihkahapon alkalisuolan annetaan reagoida rikkifosforiyhdisteen kanssa orgaanisessa liuottimessa 15 l00-180°C:n lämpötilassa siten, että lopputuotteena saadaan 3-(Cg-Ci2-alkyyli)tiofeeniä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkifosforiyhdiste on tetrafosfori- 20 dekasulfidi.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (d) käytetään tetrafosfori- . dekasulfidin ja fosforin seosta. 25
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (d) liuottimena käytetään kloorattua hiilivetyä, kuten o-diklooribentseeniä.
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (d) käytetään liuottimena aromaattista hiilivetyseosta, jonka kiehumispiste on välillä 130-210°C.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- mä, tunnettu siitä, että reaktiolämpötila vaiheessa (d) on välillä 130-180°C. Il 93110
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (d) reaktion tapahduttua kiinteä sakka poistetaan, liuotin poistetaan tislaamalla ja lopuksi tuotteena saatava 3- (Cg-C^-alkyyli) - 5 tiofeeni talteenotetaan vakuumitislauksella.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmällä valmistetaan 3 -oktyylitiofeeniä. 10
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (c) alkali-metallihydroksidi on kaliumhydroksidi tai natriumhydroksidi.
15 Patentkrav