HU203514B - Process for producing aromatic aldehydes - Google Patents

Description

Találmányunk tárgya (I) általános képletú aldehidek (II) általános képletű savkloridokból való előállítására vonatkozik.

A képletekben

R¹ és R⁵ jelentése hidrogénatom,

R² és R⁴ jelentése hidrogénatom vagy 1-4 szénatomos alkoxicsoport,

R³ jelentése hidrogénatom, halogénatom, 1-4 szénatomos alkilcsoport, 1-4 szénatomos alkoxicsoport vagy nitrocsoport.

Találmányunk lényege a ROSENMUND-reakció néven ismert klasszikus szerves kémiai szintézis olyan továbbfejlesztése, amely ipari méretű, gazdaságos aldehidgyártást tesz lehetővé.

Az eredeti ROSENMUND-reakció értelmében [Rosenmund: Bér., 57 585 (1918)] savkloridok toluolos vagy xilolos oldatán - amely szuszpendált szilárd katalizátort tartalmaz - forrásponti hőmérsékleten, intenzív keverés közben, atmoszférikus nyomáson hidrogént buborékoltatnak keresztül. A hidrogenolízis elsődleges terméke a megfelelő aldehid és hidrogén-klorid. A hidrogén-klorid-gázt a nagy fölöslegben alkalmazott hidrogénárammal távolítják el. Az aldehid további redukciójának elkerülése érdekében általában szerves kéntartalmú vegyületeket (leggyakrabban kinolin-ként) alkalmaznak, a reakcióelegyben oldott formában. Katalizátorként szilárd hordozóra (leggyakrabban bárium-szulfát, aktív szén, szilikagél) 3—10 tömeg% arányban lecsapott palládiumot, ritkábban egyéb fémet pl. ozmiumot, platinát vagy nikkelt használnak.

A kiindulási savkloridot bármelyik általánosan használt módszerrel elő lehet állítani a megfelelő karbonsavból, de leginkább a szulfinil-kloriddal végzett átalakítást javasolják. A klasszikus ROSENMUND-reakciók részletes áttekintését E. Mosetting adja [Org. Reactions4 362-377 (1948)].

Bár a ROSENMUND-reakció rendkívül széleskörűen alkalmazható laboratóriumi módszer, számos hátránnyal rendelkezik:

A képződő hidrogén-klorid megfelelő eltávolíthatósága érdekében viszonylag magas hőmérsékletet (100150 ’C) és/vagy hidrogénfelesleget kell alkalmazni.

Az eltávozó hidrogén-hidrogén-klorid gázelegy szétválasztása, hasznosítása nehezen oldható meg, a környezetbe kerülve mérgezést, korróziót vagy robbanásveszélyt okozhat.

A katalizátor-regulátor szennyezheti a terméket.

A ROSENMUND-reakció továbbfejlesztésével számos szerző foglalkozott.

Ezek a fejlesztési törekvések elsősorban a felszabaduló hidrogén-klorid és a nyitott hidrogénezési rendszerből adódó hátrányok kiküszöbölésére irányulnak.

Sakurai és Tanabe Ν,Ν-dimetil-anilint használt a hidrogén-klorid megkötésére. A reakciót atmoszférikus nyomáson, szobahőmérsékleten hajtották végre [Sakurai, Y.; Tanabe, Y.: J. Pharm. Soc. Japan 64 25 (1944)].

Az eljárás legfőbb hátránya - amelyet Petters és Bekkum mutatott ki - az, hogy az Ν,Ν-dimetil-anilin maga is redukálódik részlegesen.

Rachlin és munkatársai 35-40 ’C-on 3,5 bar nyomáson, toluolos közegben, vízmentes nátrium-acetát, mint hidrogén-klorid-megkötő ágens jelenlétében 64-83%os kitermeléssel állították elő 3,4,5-trimetoxi-benzaldehidet a megfelelő karbonsav-kloridból, katalizátorként 10 tömeg%-os palládiumszenet, regulátorként kinolinként alkalmazva [Rachlin, A., I.; Gurien, H.; Wagner, D.,P.: Org. Synth.57 8-11 (1971)].

Ezen eljárás legfőbb hátránya, hogz a többszörös moláris fölöslegben alkalmazott nátrium-acetátból és az átalakítandó savkloridból nemkívánatos vegyes anhidrid melléktermék képződhet, ezért szélesebb körű általánosításra nem nyújt lehetőséget.

Peters és Bekkum etil-diizopropil-amint alkalmazott hidrogén-klorid-akceptorként. A reakciókat acetonos, etil-acetátos vagy tetrahidrofurános közegben, katalizátor-regulátor nélkül hajtották végre. Közleményeikben az etil-diizopropil-aminnak és az alkalmazott oldószereknek külön jelentőséget tulajdonítanak:

Az etil-diizopropil-amin betölti a katalizátor-regulátor szerepét is.

A képződő etil-diizopropil-ammónium-klorid, akárcsak a Sakurai-Tanabe eljárásban keletkező N,N-dimetil-anilin-hidrogén-klorid jól oldódik az alkalmazott oldószerekben, így a reakcióelegy kvázi-homogénnek tekinthető.

Burgstahler és munkatársai tetrahidrofurános közegben 2,6-dimetil-piridin-hidrogén-klorid-akceptor jelenlétében végeztek néhány módosított ROSENMUNDreakciót (Burgstahler, A., W.; Weigel, L„ O.; Shaeter, C., G.: Synthesis 1976 767-8).

Peters és Bekkum, valamint Burgstahler eljárásainak közös hátránya, hogy az alkalmazott tercier bázisok viszonylag drágák, mivel nem kereskedelmi termékek, magas a molekulatömegük, s mivel hidrogén-kloridsóik az általuk alkalmazott viszonylag drága poláros közegekben jól oldódnak, az aldehid termék és a hidrogén-klorid-só közös oldatából a céltermék csak jelentős veszteségek árán izolálható. Az alkalmazott, vízzel elegyedő oldószerek az adott reakciórendszerben nem tekinthetők indifferens közegnek, az aldehidek tisztításánál általánosan használt nátrium-biszulfitos extraktív tisztítási módszer csak nehezen, esetleg oldószercserével valósítható meg.

Munkánk során arra a meglepő felismerésre jutottunk, hogy az előzőekben bemutatott módosított ROSENMUND-reakciók az olcsó, közismert szerves bázis, a trietil-amin jelenlétében, aromás oldószer vagy oldószerelegyben is kiváló szelektivitással és jó kitermeléssel megvalósíthatók. Katalizátor-regulátort nem kell alkalmazni. Ezt a szerepet tökéletesen betölti a katalizátor felületén képződő trietil-ammónium-klorid. A reakció folyamán a képződd trietil-ammónium-klorid kristályosán kiválik, de ez számottevően nem csökkenti a reakciósebességet és egyéb problémát sem okoz. A katalizátor és a trietil-ammónium-klorid keverékét szűréssel könnyen el lehet távolítani.

Az aromás oldószerek ebben a rendszerben tökéletesen indifferensnek tekinthetők, s minthogy vízzel vagy

HU 203 514 Β vizes oldatokkal egyáltalán nem elegyednek, kedvezőek a termék tisztítása és kinyerése szempontjából.

A katalizátor mellől a trietil-ammónium-klorid vízzel vagy metanollal tökéletesen kioldható. Az így visszamaradó vizes vagy metanolos katalizátor-szuszpenziót acetonos, majd toluolos forralással újra felhasználhatóvá lehet tenni.

A trietil-ammónium-kloridból a trietil-amint gyakorlatilag kvantitatív hatásfokkal lehet regenerálni az önmagában ismert módszerek bármelyikével.

Eljárásunkat az alábbi példákon mutatjuk be azok korlátozó jellege nélkül. A konverzió, szelektivitás, kihozatal adatokat, valamint a fizikai paramétereket a példák után táblázatban foglaltuk össze.

1. Példa

115.3 g (0,5 mól) 3,4,5-trimetoxi-benzoil-klorid, 450 ml toluol és 58,2 g (0575 mól) trietil-amin elegyéhez 6,7 g 5 tömeg%-os Pd/C katalizátort adunk. A reakcióelegyeUSO ’C-on 3,0 bar nyomáson, 6 órán át intenzíven kevertetjük hidrogénatmoszférában.

A reakcióidő elteltével szobahőmérsékleten kiszűrjük a kikristályosodott trietil-ammónium-kloridot és a katalizátort. A toluolos oldatot vákuumdesztillációval oldószermentesítjük. A desztillációs maradékot 300 ml 50 tömeg%-os vizes etil-alkoholból kristályosítva

90.2 g (91,9%) 3,4,5-trimetoxi-benzaldehidet kapunk.

2. Példa

70.3 g (05 mól) benzoil-klorid, 300 ml toluol és

58.2 g (0575 mól) trietil-amin elegyét 6,7 g 5 tömeg%os Pd/C katalizátor jelenlétében, 80 ’C-on 1/2 bar nyomáson, 4 órán át az 1. példa szerint hidrogénezünk.

A toluolos oldatból frakcionált desztillációval 485 g (91,4%) benzaldehidet nyerünk.

3. Példa

93,8 g (05 mól) p-nitro-benzoil-klorid, 500 ml toluol és 58,2 g (0575 mól) trietil-amin elegyét 6,7 g 5 tőmeg%-os Pd/C katalizátor jelenlétében, 60 ’C-on 2 órán át, 25 bar nyomáson intenzíven kevertetjük hidrogénatmoszférában.

A szűrletként kapott toluolos oldatból az ismert nátrium-biszulfitos módszerrel 71,0 g (94,0%) p-nitrobenzaldehidet kapunk.

4. Példa

875 g (05 mól) p-klór-benzoil-klorid 400 ml toluollal készült oldatát 58,2 g (0,575 mól) trietil-amin és 6,5 g 5 tömeg%-os Pd/C katalizátor jelenlétében 4 órán át, 3,0 bar nyomáson, 60 ’C-on, a megfelelő aldehiddé hidrogénezünk.

A termékelegyet a 3. példában leírt módon feldolgozva 59,4 g (84,5%) p-klór-benzaldehidet kapunk.

5. Példa

77,3 g (0,5 mól) p-metil-benzoil-klorid, 450 ml toluol és 58,2 g (0,575 mól) trietil-amin elegyét 6,7 g 5 tömeg%-os Pd/C katalizátor jelenlétében, 80 ’C-on 1,5 bar nyomáson, 2 órán át intenzíven kevertetjük hidrogénatmoszférában.

A toluolos oldatból a 3. példa szerint izolálva 52,9 g (88,1%) p-metil-benzaldehidhez jutunk.

6. Példa

Az 1-5. példákban leírt módon izolált trietil-ammónium-klorid és katalizátor keverékből vizes vagy metanolos mosással eltávolítjuk a trietil-ammónium-kloridot, s a visszamaradó Pd/C-t acetonos pépezéssel, vagy azeotrop desztillációval vízmentesítjük.

Az így regenerált katalizátor többször felhasználható a kitermelés csökkenése nélkül.

Táblázat

Példa Termék Ssz. neve	Kon- verzió (%)	Szelek- Kiho-	Op. ’C	FP-
tivitás (%)	zatal (%)
1. 3,4,5-trimetoxi-benzaldehid 100,0	98,7	91,9	72-4
2. benzaldehid	100,0	98,3	91,4	177-9
3. p-nitro-
-benzaldehid	100,0	97,8	94,0	101-4	-
4. p-klór-
-benzaldehid	98,0	91,7	845	44-6	-
5. p-metil-
-benzaldehid	99,0	95,1	88,1	72,5-5	-

SZABADALMI IGÉNYPONT

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   1. Eljárás (I) általános képletű vegyületek - a képletben a

   R¹ és R⁵ jelentése hidrogénatom,

   R² és R⁴ jelentése hidrogénatom, vagy 1-4 szénatomos alkoxicsoport,

   R³ jelentése hidrogénatom, halogénatom, 1-4 szénatomos alkilcsoport, 1-4 szénatomos alkoxicsoport vagy nitrocsoport előállítására (Π) általános képletű aromás vegyületből - a képletben R'-R⁵ jelentése a fenti - katalitikus hidrogénezéssel palládium-katalizátor, szerves oldószer és savmegkötő szer jelenlétében, azzal jellemezve, hogy toluol oldószert és a (II) általános képletű vegyületre - a képletben R^l-R⁵ jelentése a fenti - vonatkoztatva 1:1-1:3 mólekvivalens trietil-amin jelenlétében 40-100 ’C-on, 0,5-5 bar nyomáson végezzük a reakciót, majd a reakció során kicsapódott trietil-ammónium-kloridot és a szilárd katalizátort kiszűrjük.