HU216061B

HU216061B - Eljárás szubsztituált aromás vegyületek regiospecifikus szulfonilezésére

Info

Publication number: HU216061B
Application number: HUP9402262A
Authority: HU
Inventors: Stephen Trevor Adrian Kitchener Daley; Brian David Gott; Kenneth Richard Randles
Original assignee: Zeneca Ltd.
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1999-04-28
Also published as: JPH07504426A; ATE137217T1; KR100250781B1; EP0629188A1; EP0629188B1; HUT67846A; AU673685B2; TW232683B; GB9303069D0; KR950700244A; WO1993018000A1; DE69302374D1; AU4807593A; US5468903A; HU9402262D0; IL104900A0; ZA931227B; DE69302374T2; GB9204529D0

Abstract

A találmány tárgya eljárás (I) általánős képletű vegyületekelőállítására (II) és (III) általánős képletű vegyületekreagáltatásával – a képletekben R1 1–4 szénatőmős alkilcsőpőrtőt vagy halőgénezett 1–4 szénatőmősalkilcsőpőrtőt jelent, R2 1–4 szénatőmős alkilcsőpőrtőt vagy 1–4 szénatőmős alkőxicsőpőrtőtjelent, R3 és R4 egymástól függetlenül hidrőgénatőmőt vagy halőgénatőmőtjelent, és X halőgénatőmőt jelent. A találmány szerint a vegyületeket a reakciótkatalizálni képes természetes vagy szintetikűs zeőlit jelenlétébenreagáltatják egymással. ŕ

Description

A szulfonilezett aromás vegyületek számos vegyipari termék, köztük mezőgazdasági vegyszerek és polimerek előállításának értékes közbenső termékei (lásd például a 4 780 127 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírást). Kiemelkedően értékesek azok a legalább diszubsztituált fenolszármazékok, amelyekben egy alkil- vagy halogénezett alkil-szulfonil-csoport a benzolgyűrű meglévő második szubsztituenséhez viszonyítva para-helyzetben helyezkedik el, és a benzolgyűrűhöz adott esetben egy vagy két további szubsztituens is kapcsolódhat. Ezek a vegyületek különböző növényvédő szerek szintézisének értékes kiindulási anyagai.

A 455 332 számú európai szabadalmi leírás általános eljárást ismertet aromás vegyületek aril-acil- (tehát aril-karbonil- és aril-szulfonil-) származékainak előállítására oly módon, hogy az aromás vegyületet zeolit katalizátor jelenlétében aromás szulfonsawal, karbonsavval vagy annak észterével vagy anhidridjével reagáltatják. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy ezzel az eljárással alkil-szulfonil- és halogénezett alkilszulfonil-származékok nem állíthatók elő.

Aromás vegyületek és alkil-szulfonil-halogenidek alumínium-triklorid katalizátor jelenlétében végrehajtott reakciójával már kialakíthatók a kívánt alkilszulfonil-származékok, hátrányt jelent azonban, hogy a para-szubsztituált vegyület rendszerint 50% körüli szelektivitással képződik. A találmány olyan új eljárásra vonatkozik, amellyel ezen reakcióban növelhető a para-szubsztituált termékek képződésének szelektivitása.

A találmány tárgya tehát eljárás I általános képletű vegyületek - a képletben R¹ 1-4 szénatomos alkilvagy halogénezett 1-4 szénatomos alkilcsoportot, R²1-4 szénatomos alkil- vagy 1-4 szénatomos alkoxicsoportot, míg R³ és R⁴ egymástól függetlenül hidrogénatomot vagy halogénatomot jelent - előállítására II általános képletű vegyületek és III általános képletű vegyületek - a képletekben R¹, R², R³ és R⁴ jelentése a fenti, X pedig halogénatomot jelent - reagáltatásával. A találmány értelmében a vegyületeket a reakciót katalizálni képes természetes vagy szintetikus zeolit jelenlétében reagáltatjuk.

A zeolit katalizátorral kapcsolatban használt „a reakciót katalizálni képes” megjelölés arra utal, hogy a II általános képletű vegyületekben lévő R² szubsztituens nem lehet olyan nagy méretű, hogy eleve kizárja a reakció lezajlásának lehetőségét az adott zeolit katalizátoron.

AIII általános képletű vegyületekben X például fluoratomot vagy klóratomot, különösen előnyösen klóratomot, R¹ pedig például metil-, etil- vagy trifluor-metil-csoportot, különösen előnyösen metilcsoportot jelenthet.

A II általános képletű kiindulási anyagokban R²például metil-, izopropil- vagy metoxi-csoportot jelenthet. R³ és R⁴ előnyösen hidrogénatomot, fluoratomot vagy klóratomot, célszerűen hidrogénatomot vagy fluoratomot jelenthet. R³ és R⁴ jelentése azonos vagy eltérő lehet. A II általános képletű vegyületek közül példaként a következőket soroljuk fel: toluol, kumol, o-fluor-toluol, m-fluor-toluol, anizol és mkrezol.

Ha ilyen II általános képletű vegyületekből indulunk ki, a reakciót további oldószer hozzáadása nélkül is végrehajthatjuk. A reakcióelegy azonban reakcióközegként szerves oldószereket is tartalmazhat. A szerves oldószerek például a következők lehetnek: nitro-benzol, benzonitril, klórozott szénhidrogének (így etiléndiklorid vagy triklór-etilén), diizopropil-keton, 4-metilpentán-2-on és tetrahidrofürán.

Szerves oldószerként előnyösen nitro-benzolt alkalmazunk, amit víztartalmú formában is felhasználhatunk. A felhasznált nitro-benzol például 4-40 mol% vizet tartalmazhat.

A reakció hőmérséklete például 20 °C és 250 °C közötti érték, így 110-250 °C lehet. A reakciót rendszerint a reagens, illetve az adott esetben reakcióközegként felhasznált inért szerves oldószer visszafolyatását lehetővé tevő hőmérsékleten hajtjuk végre. A reakciót a kívánt termék megfelelő hozammal való képződését lehetővé tevő ideig, például 1-72 órán át végezzük. A reakcióidő rendszerint a reagensek jellegétől és a reakcióban felhasznált zeolit katalizátor minőségétől függően változik.

A reakcióban felhasználható zeolitokat szakember számára jól ismert rutinmódszerekkel választhatjuk ki. A reakcióban kiemelkedően jó eredménnyel használhatunk fel ZSM5 zeolitot, X vagy Y típusú zeolitokat, továbbá β-zeolitot. Egyes reakciókhoz kiemelkedően előnyösnek bizonyultak a „VALFOR” kereskedelmi néven forgalomba hozott CP811 típusú B-zeolitok (gyártja a PQ Corporation, Valley Forge, Amerikai Egyesült Államok).

A zeolitot por, granulátum vagy formált részecskék (például hengerek) vagy porózus gyöngyök formájában használhatjuk fel. A találmány szerinti reakciókhoz zeolittal töltött katalizátorágyat használhatunk; más megoldás szerint a zeolitot a reaktorban szuszpendálhatjuk. Az utóbbi esetben elegendő zeolitot kell a reaktorba adagolnunk ahhoz, hogy a katalitikus reakció elfogadható idő alatt végbemenjen. A szükséges zeolitmennyiség több tényezőtől, köztük a reagensek jellegétől és a felhasznált zeolit jellemzőitől függően változik, a legtöbb esetben azonban 1 g szulfonsav-halogenidre vonatkoztatva 0,2-2,2 g katalizátor elegendő.

A zeolitot szervetlen mátrixanyaggal egyesítve is felhasználhatjuk; a szervetlen mátrixanyag előnyösen inért anyag lehet. A mátrixanyag esetenként kizárólag a zeolitrészecskéket összefogó kötőanyag lehet, míg más esetekben közömbös hígítóanyagként szerepelhet. A szervetlen mátrixanyagok és hígítóanyagok például hagyományos hordozóanyagok lehetnek, amelyek közül példaként a következőket említjük meg: szilíciumdioxid, agyagok (így bentonitok), szintetikus porózus anyagok (így szilícium-cirkónium-oxidok) és alumínium-oxidok.

Felhasználás után a katalizátort elkülöníthetjük és visszavezethetjük a folyamatba. A zeolitot újrafelhasz2

HU 216 061 Β nálás előtt kalcinálhatjuk; ezzel az intézkedéssel elősegíthetjük a zeolit aktivitásának fennmaradását.

A találmányt a következő példákban részletesebben ismertetjük.

1. példa

250 ml űrtartalmú, többnyakú gömblombikba 0,94 mól toluolt mértünk be. A gömblombikhoz Dean-Stark-feltétet, hűtőt és kalcium-kloriddal töltött védőcsövet csatlakoztattunk. A lombikba az I. táblázatban megadott mennyiségű és minőségű zeolitot mértünk be, és a reakcióelegyet a lombik tetejére illesztett keverővei folyamatosan kevertük, és a zeolit víztartalmának teljes mértékű eltávolításáig (3 órán át) viszszafolyatás közben forraltuk. A reakcióelegyet lehűlni hagytuk, majd lassan, 5 óra alatt 0,15 mól metánszulfonil-kloridot adtunk hozzá, és a reakcióelegyet az első szulfonsav-klorid részlet beadagolásától számítva az I. táblázatban megadott időn át visszafolyatás közben forraltuk (100 °C). Ezután a nyers reakcióelegyet lehűtöttük, és 20 g nátrium-hidroxid 300 ml vízzel készített oldatát adtuk hozzá. A szerves fázist etil-acetáttal extraháltuk, magnézium-szulfát fölött szárítottuk, majd az oldószert forgó bepárlókészüléken lepároltuk.

A termékben gáz/folyadék-kromatográfiás elemzéssel meghatároztuk az orto-, méta- és para-(metil-szulfonil)-toluol mennyiségének mólarányát. Az eredményeket az I. táblázatban közöljük.

I. táblázat

A zeolit mennyisége és típusa	A termékek mólaránya orto: méta: para	A forralás időtartama (óra)
10gCP811B-25	0,16:0,06:1	24
10gCP811B-25	0,12:0,06:1	48
10gCP811B-25	0,08:0,04:1	72
5gCP811B-25	0,02:0,10:1	24
5gCP811B-25	0,09:0,03:1	48
5gCP811B-75	0,09:0,04:1	24
5gCP811B-75	0,07:0,04:1	48
5gCP811B-75	0,08:0,04:1	72

Az 1. példa szerint előállított terméket például klórozhatjuk (lásd a 4 675 447 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírást), majd oxidálhatjuk (lásd a W090/06302 számú nemzetközi közzétételi iratot). Ekkor 2-klór-4-(metil-szulfonil)-benzoesavat kapunk, ami herbicid hatóanyagok előállításához használható fel közbenső termékként (lásd például a W090/06301 számú nemzetközi közzétételi iratot).

2. példa

250 ml űrtartalmú, többnyakú gömblombikba 0,94 mól kumolt mértünk be. A lombikhoz Dean-Starkfeltétet, hűtőt és kalcium-kloriddal töltött védőcsövet csatlakoztattunk. A lombikba 5 g CP811B-75 típusú zeolitot mértünk be, és a lombik tartalmát a lombik tetejére illesztett keverőberendezéssel folyamatosan kevertük, és a zeolit víztartalmának teljes mértékű eltávolításáig (3 órán át) visszafolyatás közben forraltuk. Az elegyet lehűtöttük, majd lassan, 5 óra alatt 0,15 mól metánszulfonil-kloridot adtunk hozzá. A reakcióelegyet az első savrészlet beadagolásától számítva 24 órán át visszafolyatás közben forraltuk. A nyers reakcióelegyet lehűtöttük, és 20 g nátrium-hidroxid 300 ml vízzel készített oldatát adtuk hozzá. A szerves fázist etil-acetáttal extraháltuk, magnézium-szulfát fölött szárítottuk, majd az oldószert forgó bepárlókészülékben lepároltuk.

Gáz/folyadék-kromatográfiás elemzés szerint a termék 0,013:0,07:1 mólarányban tartalmazott orto-, méta- és para-(metil-szulfonil)-kumolt.

3. példa

A kiindulási anyagként felhasznált anizolt előzetesen 3 · 10 ¹⁰ m (3Á) pórusméretű molekulaszitán szárítottuk. A zeolit CP811B-75-tartalmú katalizátort felhasználás előtt kemencében 3-4 órán át 180 °C-on aktiváltuk. Vízhűtéses hűtővel, hőmérővel és szárítócsővel felszerelt, 250 ml űrtartalmú, előzetesen nitrogénnel szárított lombikba 0,10 mól anizolt mértünk be. Ezután a lombikba 0,1 mól mezil-kloridot mértünk be, majd beadtuk az aktivált katalizátort. Ezután a lombik tartalmát 18 órán át keverés és visszafolyatás közben forraltuk.

A lombik tartalmát lehűlni hagytuk, majd a katalizátort szűréssel eltávolítottuk a folyékony fázistól. A katalizátort 100 ml vízmentes acetonnal mostuk.

A folyékony fázisban GCMS elemzéssel határoztuk meg a termék mennyiségét és izomer-összetételét.

A termékben a p-mezil-anizol: m-mezil-anizol: omezil-anizol mólarány 5,7:2,3:1 volt.

4. példa

AII. táblázatban ,Λ’’-val jelölt aromás vegyületeket és nitro-benzolt felhasználás előtt 3-10 ¹⁰ m (3Á) pórusméretű molekulaszitán szárítottuk. A zeolit CP811B-75 katalizátor mintáit kemencében 3-4 órán át 180 °C-on aktiváltuk. Vízhűtéses hűtővel, hőmérővel és szárítócsővel felszerelt, nitrogénnel szárított, 250 ml űrtartalmú lombikba 0,10 mól „A” vegyületet mértünk be. Ezután a lombikba 0,10 mól, a II. táblázatban „B”vel jelölt szulfonil-kloridot mértünk be 123 g nitrobenzollal együtt. Ezután mértünk be a lombikba 5 g aktivált CP822B-75 katalizátort. A lombik tartalmát 18 órán át keverés és visszafolyatás közben forraltuk.

A reakcióelegyet lehűlni hagytuk, majd a folyékony fázist szűréssel elválasztottuk a katalizátortól. Ezután a katalizátort 100 ml vízmentes acetonnal mostuk.

A folyékony fázisban GCMS elemzéssel határoztuk meg a termék mennyiségét és izomer-összetételét. Az eredményeket a II. táblázatban közöljük. A II. táblázatban szereplő vízszintes vonalak (-) azt jelzik, hogy méta- vagy orto-izomert nem tudtunk kimutatni.

HU 216 061 Β

II. táblázat

A reakció sorszáma	Reagensek	A p-izomcr hozama,%	p: m: o izomer mólarány
„A”	„B”
1.	anizol	mezil-klorid	0,7	1,75:1:1
2.	2-fluor-toluol	etánszulfonil-klorid	2,0	-
3.	3-fluor-toluol	etánszulfonil-klorid	2,8	-
4.	2-fluor-toluol	mezil-klorid	1,7	-

5. példa

A reagensként használt toluolt felhasználás előtt 3· 10-^{7 * * 10} m (3Á) pórusméretű molekulaszitán szárítottuk. A katalizátort kemencében 3-4 órán át 180 °Con aktiváltuk. Vízhűtéses hűtővel, hőmérővel és szárítócsővel felszerelt, nitrogénnel szárított, 250 ml űrtartalmú lombikba 0,10 mól toluolt mértünk be. Ezután a lombikba 0,1 mól metánszulfonil-kloridot, majd 5,0 g aktivált katalizátort (CP811B-75) mértünk be. A lombik tartalmát 18 órán át keverés és visszafolyatás közben forraltuk.

A lombik tartalmát lehűlni hagytuk, majd a folyadékfázist szűréssel elválasztottuk a katalizátortól. A katalizátort 100 ml vízmentes acetonnal mostuk.

A folyadékfázis GCMS elemzés szerint a mezil-toluol para-, orto- és meta-izomerjét 73:20:6 mólarányban tartalmazta. A p-izomert a bemért mezil-kloridra vonatkoztatva 6,3 %-os hozammal kaptuk.

6. példa

A toluolt és a nitro-benzolt felhasználás előtt 3 · 10 ¹⁰ m (3Á) pórusméretű molekulaszitán szárítottuk. A katalizátort kemencében 3-4 órán át 180 °C-on aktiváltuk. Vízhűtéses hűtővel, hőmérővel és szárítócsővel felszerelt, nitrogénnel szárított, 250 ml űrtartalmú lombikba 0,10 mól toluolt mértünk be. Ezután a lombikba 0,10 mól metánszulfonil-kloridot mértünk be 160,4 g nitro-benzollal együtt. Végül a lombikba 13,7 g aktivált katalizátort (CP811B-75) mértünk be. A rendszer víztartalmát 0,23 g-ra állítottuk be. A lombik tartalmát 18 órán át keverés és visszafolyatás közben forraltuk.

A folyadékfázis GCMS elemzés szerint a mezil-toluol para-, orto- és meta-izomeijét 81:12:7 mólarányban tartalmazta. A para-izomert a bemért mezil-kloridra vonatkoztatva 30,8%-os hozammal kaptuk.

7. példa

A toluolt és a nitro-benzolt felhasználás előtt

3-10 ¹⁰ m (3Á) pórusméretű molekulaszitán szárítottuk. A katalizátort kemencében 3-4 órán át 180 °C-on aktiváltuk. Vízhűtéses hűtővel, hőmérővel és szárítócsővel felszerelt, nitrogénnel szárított, 250 ml űrtartalmú lombikba 0,10 mól toluolt mértünk be. Ezután a lombikba 0,10 mól metánszulfonil-kloridot mértünk be 123 g nitro-benzollal együtt. Végül a lombikba 5 g aktivált katalizátort (CP811B-75) mértünk be. A lombik tartalmát 18 órán át keverés és visszafolyatás közben forraltuk.

A reakcióelegyet lehűlni hagytuk, majd a folyadékfázist szűréssel elválasztottuk a katalizátortól. A katalizátort 100 ml vízmentes acetonnal mostuk.

A folyadékfázis GCMS elemzés szerint a mezil-toluol para-, orto- és meta-izomerjét 81:13:6 mólarányban tartalmazta. A para-izomert a bemért mezil-kloridra vonatkoztatva 13,9%-os hozammal kaptuk.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás (I) általános képletü vegyületek előállítására (II) és (III) általános képletü vegyületek reagáltatásával - a képletekben

R¹ 1-4 szénatomos alkilcsoportot vagy halogénezett 1-4 szénatomos alkilcsoportot jelent,

R² 1 -4 szénatomos alkilcsoportot vagy 1 -4 szénatomos alkoxicsoportot jelent,

R³ és R⁴ egymástól függetlenül hidrogénatomot vagy halogénatomot jelent, és

X halogénatomot jelent -, azzal jellemezve, hogy a vegyületeket a reakciót katalizálni képes természetes vagy szintetikus zeolit jelenlétében reagáltatjuk egymással.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy R¹ helyén metil-, etil- vagy trifluor-metil-csoportot tartalmazó (III) általános képletü vegyületeket használunk.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy R² helyén 1-4 szénatomos alkilcsoportot tartalmazó (II) általános képletü vegyületet használunk.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy (II) általános képletü vegyületként toluolt vagy kumolt használunk.
5. Az 1 -4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciót szerves oldószer, éspedig adott esetben vizet is tartalmazó nitro-benzol, benzonitril, diizopropil-keton, 4-metil-pentán-2-on,

HU 216 061 Β tetrahidrofurán vagy halogénezett szénhidrogén jelenlétében végezzük.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oldószerként nitro-benzolt használunk.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 1 g (III) általános képletű vegyületre vonatkoztatva 0,2-2,2 g katalizátort használunk.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakció lezajlása után a zeolit

5 katalizátort elkülönítjük és kalcináljuk.