ITBG990013A1 - Porcesso per la preparazione di acidi benzofenonsolfonici. - Google Patents
Porcesso per la preparazione di acidi benzofenonsolfonici.Info
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo
"Processo per la preparazione di acidi benzofenonsolfonici "
La presente invenzione ha per oggetto un procedimento migliorato per la preparazione di' acidi benzofenonsolfonici di formula I:
dove R1 rappresenta (C1-15)alchile, facoltativamente sostituito da uno o più gruppi alogeno, ciano, idrossi o (C1-15)alcossi;
R2 ed R3 rappresentano, indipendentemente, idrogeno, (C1-12 ) alchile, (C1_12 )alcossile, idrossi, idrossimetile o idrossi(C2-6)alchile;
R4 sta per idrogeno, oppure rappresenta il gruppo SO3X; e X può essere idrogeno, un metallo monovalente oppure un gruppo -N(R5)3, dove ognuno dei tre radicali R5 è scelto, indipendentemente, fra idrogeno, (C1-6) alchile, idrossimetile o idrossi(C2-6)alchile.
I gruppi alchilici e alcossilici possono essere lineari o ramificati. Esempi rappresentativi, ma non limitativi, di gruppi alchilici sono metile, etile, npropile, isopropile, n-butile, isobutile, sec- e tertbutile, n-pentile, n-esile, n-ottile, 1,1,3,3-tetrametilbutile , 2-etilesile, n-nonile, n-decile, isodecile, isoundecile, n-tetradecile, n-pentadecile, e analoghi. Come specificato sopra, questi gruppi alchilici possono essere facoltativamente sostituiti da uno o più gruppi alogeno, ciano; idrossi o (C1-15)alcossi.
Esempi rappresentativi, ma non limitativi, di gruppi alcossilici sono metossi, etossi, propossi, butossi, tert-butossi, n-pentilossi, isopentilossi, nesilossi, 2-etilesilossi, n-nonilossi, n-decilossi, ndodecilossi, e analoghi.
Esempi rappresentativi, ma non limitativi, di gruppi idrossi(C2-6)alchilici sono 2-idrossi-etile, 2 idrossi-propile, 4-idrossi-n-butile, 2,2-dimetil-3-idrossi-propile, 6-idrossi-n-esile, e analoghi.
Tipici esempi di metalli monovalenti sono sodio e potassio, mentre il gruppo -N (R5)3 identifica, essenzialmente, radicali derivanti da trimetilammina, trietilammina, trimetilolammina, trietanolammina e N,N,N-tris-isopropilammina .
I composti di formula I sono prodotti noti. Essi sono impiegati in composizioni cosmetiche e/o dermatologiche per la protezione della pelle e dei capelli dalle radiazioni solari, sia quelle di tipo UV-A, sia quelle di tipo UV-B.
Particolarmente preferiti sono il composto di formula I in cui R1 è metile, R2, R3 ed R4 rappresentano contemporaneamente idrogeno ed X rappresenta idrogeno oppure un atomo di sodio, e l'acido 2,2' -diidrossi-4, 4 ' -dimetossi-5,5'-benzofenondisolf onico, come tale o in forma del corrispondente sale disodico (composto di formula I in cui R1 = metile, R2 = 2'-idrossi, R3 = 4'-metossi, R4 = SO3X, e X = idrogeno o sodio).
I metodi conosciuti in letteratura, inclusa quella brevettuale, per preparare i composti di formula I prevedono la solfonazione di substrati di formula II
per mezzo dell'acido clorosolfonico di formula CISO3H. Secondo l'arte nota, le reazioni di solfonazione vengono effettuate nei più diversi solventi organici.
Ad esempio, è conosciuto l'impiego di idrocarburi alifatici dearomatizzati da 5 a 8 atomi di carbonio in lavorazioni su scala industriale. Questi, però, danno parecchi problemi di colorazione a causa della presenza di impurezze insature altamente reattive con l'acido clorosolfonico, o di sottoprodotti dovuti al solvente stesso, problemi che si riflettono sulla purezza del prodotto finito.
Si sono impiegati, successivamente, solventi aromatici e alifatici alogenati come, ad esempio, 1'1,2-dicloroetano (FR 1 545 111 e US 3 468 938); questi, però, sono caratterizzati da una elevata tossicità, tale da rendere il loro impiego problematico, se non addirittura sconsigliabile, anche se i prodotti desiderati vengono ottenuti apparentemente con buone rese.
Per ovviare a questi inconvenienti, EP 0351 615 B1 descrive reazioni di solfonazione di substrati benzofenonici in solventi quali esteri di. acidi carbossilici e bicarbossilici, alifatici o aromatici, lineari o ramificati. Tuttavia, anche l'impiego di questi solventi non è del tutto soddisfacente, in quanto essi si decompongono facilmente nelle condizioni di elevata acidità richiesta dalla reazione. Questo comporta delle rese di reazione decisamente basse e nulla viene detto riguardo alle perdite di solvente dovute alla decomposizione dello stesso; quest'ultimo è certamente un problema non trascurabile, in termini di costi, quando la reazione è condotta su scala industriale.
Si è ora sorprendentemente trovato che se la reazione di solfonazione con acido clorosolfonico, o con un suo derivato funzionale è condotta in particolari solventi, vale a dire dialchilcarbonati di formula R6-O-CO-O-R7, in cui R6 e R7 rappresentano indipendentemente un radicale alchilico da 1 a 3 atomi di carbonio, si ottengono i desiderati prodotti di formula I con rese pressoché quantitative, sia che esse siano calcolate rispetto al substrato di formula II, sia rispetto all'acido clorosolfonico, con un elevato grado di purezza e, cosa importante del punto di vista industriale, i solventi impiegati possono essere recuperati dall'ambiente di reazione e riutilizzati numerosissime volte per la stessa reazione senza ricorrere alla loro ripetuta purificazione. Solventi preferiti sono il dimetilcarbonato , il metil-etil-carbonato, il dietilcarbonato e il di-isopropilcarbonato. I solventi più preferiti sono il dimetilcarbonato, il metil-etilcarbonato e il dietilcarbonato. I solventi possono essere usati da soli o in miscela di due o più di loro.
La reazione decorre secondo il seguente schema:
dove R1, R2, R3, R4 e X sono definiti come sopra, ed è condotta ad una temperatura compresa fra circa -10 e circa 120°C. Preferibilmente, la temperatura è compresa fra circa 0 e circa 50°C. La concentrazione del substrato di formula II può variare entro intervalli abbastanza ampi rispetto alla quantità di solvente impiegato. Tipicamente, essa può essere compresa fra circa 1'1 e circa il 60% del peso del solvente e, vantaggiosamente, fra circa il 10 e circa 30%.
La quantità di acido clorosolfonico che si impiega è, generalmente, compresa fra circa 0,9 e 2 equivalenti molari, o più, per equivalente molare di substrato di formula II. Essa varia sostanzialmente in funzione del substrato da solfonare e del tipo di prodotto finale che si desidera. Così, ad esempio, quando R2 ed R3 rappresentano gruppi elettrondonatori come idrossi e (C1-12)alcossi, la reazione di solfonazione conduce all'introduzione di un gruppo SO3H su entrambi gli anelli benzenici. In questi casi, è preferibile impiegare almeno 2 equivalenti molari di acido clorosolfonico per equivalente molare di susbstrato di formula II. Questa procedura si è dimostrata particolarmente vantaggiosa quando si vuole preparare l'acido 2 ,2'-diidrossi-4,4'-dimetossi-5,5'-benzofenondisolf onico.
In caso di sostituenti R2 ed R3 diversi da idrossi e (C1-12)alcossi, si ha, in generale, l'introduzione di un solo gruppo solfonico sull'anello 2-idrossi-4-alcossibenzenico . È allora preferibile usare quantità di acido clorosolfonico comprese fra circa 0,9 e circa 1,2 equivalenti molari per equivalente molare di substrato di formula II. Questa procedura è particolarmente vantaggiosa nel caso della preparazione dell'acido 2-idrossi-4-metossibenzofenon-5-sol fonico.
Durante la reazione si ha svolgimento di acido cloridrico. Esso viene opportunamente allontanato per riscaldamento della miscela di reazione alla temperatura di ebollizione del solvente, talvolta in presenza di una corrente di azoto, che viene fatta gorgogliare nella miscela stessa.
L' acido clorosolfonico è aggiunto al substrato di formula II, disciolto nel prescelto solvente, o miscela di solventi, in circa 10-70 minuti. Esso può essere aggiunto puro, oppure disciolto nel medesimo solvente, o miscela di solventi. La reazione di solfonazione è pressoché istantanea; infatti, al progredire dell'aggiunta di acido clorosolfonico si osserva la precipitazione del prodotto desiderato, che può essere recuperato per semplice filtrazione, dopo aver raffreddato la massa di reazione. I prodotti ottenuti sono praticamente anidri, o con un contenuto di acqua inferiore allo 0,1%
Infine, se lo si desidera, i prodotti così ottenuti possono essere fatti reagire con idrossidi o alcossidi di metalli monovalenti come, ad esempio, idrossido di sodio o di potassio, oppure con un'ammina di formula H-N(5)3 , allo scopo di ottenere i corrispondenti sali. Tali trasformazioni sono eseguite mediante tecniche del tutto convenzionali.
I seguenti esempi illustrano ulteriormente 1'invenzione .
Esempio 1 - Preparazione dell'acido 2-idrossi-4-metossi-benzofenon-5-solfonico
In una soluzione di 96,1 g (0,402 moli) di 2-idrossi-4-metossi-benzofenone in 600 mi di dimetilcarbonato, a 10°C, si gocciolarono 47,6 g (0,408 moli) di acido clorosolfonico. Il gocciolamento fu effettuato in circa 60 minuti, e la temperatura, nel corso dell'aggiunta, salì fino a circa 35°C.
Successivamente, la miscela di reazione fu scaldata a ricadere in modo da eliminare, mediante una trappola ad NaOH, l'HCl che si sviluppa. Si ottenne una sospensione, che venne raffreddata in circa un'ora a 5°C e filtrata. Il precipitato ottenuto fu lavato con poco dimetilcarbonato fresco e seccato fino a peso costante. Si ottennero 118 g di prodotto del titolo come solido cristallino avente punto di fusione > 180°C. Resa: 95,3%, calcolata sul substrato aromatico di partenza.
Il solvente di reazione fu recuperato e riutilizzato tal quale per almeno 30 successive reazioni, eseguite sostanzialmente nelle medesime condizioni di questo esempio, senza necessità di purificazioni, distillazioni o di trattamenti intermedi. Si otteneva l'acido 2-idrossi-4-metossibenzofenon-5-solfonico con rese praticamente quantitative .
Esempio 2 Si è ripetuta sostanzialmente la procedura dell'esempio precedente, usando gli stessi rapporti molari 2-idrossi-4-metossi-benzof enone/acido clorosolfonico e, come solvente, il dietilcarbonato al posto del dimetilcarbonato, ma strippando l'HCl che si forma a 90°C in corrente d'azoto invece che portare a ricadere la miscela di reazione. Anche in questo caso, l'acido 2-idrossi-4-metossi-benzofenon-5-solfonico è stato ottenuto con rese praticamente quantitative e il solvente recuperato è utilizzato tal quale per 20 successive reazioni.
Esempio 3 - La procedura dell'esempio 1 fu ripetuta partendo da 100 g (0,438 moli) di 2-idrossi-4-metossi-benzofenone, e utilizzando 500 mi di metiletil-carbonato come solvente. Resa di acido 2-idrossi-4-metossi-benzof enon-5-solfonico: 98% anche dopo la 22esima carica.
Esempio 4 - Preparazione dell'acido 2,2'-diidrossi-4, 4'-dimetossi-5,5'-benzofenondisolfonico La procedura dell'esempio 1 fu ripetuta partendo da 110 g (0,401 moli) di 2,2'-diidrossi-4,4'-dimetossi-benzof enone e 94,4 g (0,81 moli) di acido clorosolfonico, in 600 mi di dimetil carbonato. Si ottenne il prodotto del titolo con resa del 96%.
Il solvente fu recuperato e riutilizzato tal quale per 15 successive solfonazioni. Il prodotto del titolo veniva ottenuto sempre con rese varianti fra circa il 95 e circa il 98%.
Esempio 5 - Preparazione di un sale sodico
100 Grammi (0,3246 moli) di acido 2-idrossi-4-metossibenzofenon-5-solfonico furono sospesi sotto agitazione in 300 mi di metanolo. Si aggiunsero quindi lentamente 58,3 g di una soluzione al 30% di metilato sodico in metanolo (0,324 moli), mantenendo la temperatura al di sotto dei 20°C mediante bagno di ghiaccio.
Dopo alcuni minuti si filtrò la sospensione ottenuta si lavò il precipitato con 50 mi di metanolo fresco. Dopo essiccamento in stufa a peso costante si ottennero 106,5 g del sale sodico dell'acido 2-idrossi-4-metossibenzof enon-5-solfonico.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Un processo per la preparazione di acidi benzofenonsolfonici di formula Idove R1 rappresenta (C1-15)alchile, facoltativamente sostituito da uno o più gruppi alogeno, ciano, idrossi o (C1-15)alcossi; R2 ed R3 rappresentano, indipendentemente, idrogeno, (C1-12 )alchile, (C1-12 ) alcossile, idrossi, idrossimetile o idrossi(C2-6) alchile; R4 sta per idrogeno, oppure rappresenta il gruppo SO3X; e X può essere idrogeno, un metallo monovalente oppure un gruppo -N(R5)3, dove ognuno dei tre radicali R5 è scelto, indipendentemente, fra idrogeno, (C2-6) alchile, idrossimetile o idrossi(C2-6)alchile, che comprende il far reagire un composto di formula IIdove R1, R2 ed R3 sono definiti come sopra, con acido clorosolfonico e, facoltativamente, nel far reagire i composti ottenuti di formula I dove X è idrogeno, con idrossidi o alcossidi di metalli monovalenti o animine di formula H-N(R5)3, detto processo essendo caratterizzato per il fatto che la reazione del composto di formula II con acido clorosolfonico è condotta in presenza di uno o più dialchilcarbonati di formula R6-O-CO-O-R7 , in cui R6 e R7 rappresentano indipendentemente un radicale alchilico da 1 a 3 atomi di carbonio, come solventi di detta reazione.
- 2. Un processo come definito nella rivendicazione 1, in cui i dialchilcarbonati sono scelti fra il dimetilcarbonato, il metil-etil-carbonato , il dietilcarbonato e il di-isopropilcarbonato.
- 3. Un processo come definito nella rivendicazione 1, in cui i dialchilcarbonati sono scelti fra il dimetilcarbonato, il metil-etil-carbonato e il dietilcarbonato.
- 4. Un processo come definito nella rivendicazione 1, in cui, per ogni equivalente molare di composto di formula II si impiegano da circa 0,9 a circa 2 equivalenti molari, o più, di acido clorosolfonico.
- 5. Un processo come definito nella rivendicazione 1, caratterizzato per il fatto che la reazione fra il substrato di formula II e l'acido clorosolfonico avviene ad un temperatura compresa fra circa -10 e circa 120°C.
- 6. Un processo come definito nella rivendicazione 5, in cui la temperatura è compresa fra circa 0 e circa 50°C .
- 7. Un processo come definito nella rivendicazione 1, in cui la concentrazione del substrato di formula II è compresa fra circa 1'1 e circa il 60% del peso del solvente .
- 8. Un processo come definito nella rivendicazione 7, in cui la concentrazione del substrato di formula II è compresa fra circa il 10 e circa il 30% del peso del solvente .
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