ITMI20012131A1 - Procedimento per la preparazione di alo-benzonitrili - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione che ha per titolo:
"Procedimento per la preparazione di alo-benzonitrili"
La presente invenzione concerne un procedimento per la preparazione di benzonitrili , in particolare per la preparazione di benzonitrili sostituiti con un alogeno, qui di seguito alobenzonitrili .
Molti benzonitrili e più in generale molti nitrili aromatici, sono prodotti noti alla tecnica, di largo impiego industriale generalmente come intermedi nel settore delle vernici, nel campo farmaceutico e fito-farmaceutico .
Sono noti diversi processi per la preparazione di benzonitrili, ad esempio la reazione di sostituzione di un alogeno con cianuri metallici, la reazione di Sandemeyer di aniline, la deidratazione di ammidi benzoiche, di aldossime, ecc.
Inoltre, G.A. Olah et al. (Synthesis, 1979, 2:112-113), hanno descritto la preparazione di nitrili aromatici a partire dall'aldeide corrispondente, mediante una soluzione di acido formico a riflusso in presenza di idrossilammina seguito da diluizione dell'acido e successiva estrazione del prodotto desiderato con solvente organico, procedura quest' ultima che però a livello industriale di fatto diventa difficilmente perseguibile rendendo non competitivo l'intero processo produttivo.
Nel tentativo di rendere industrialmente realizzabile il processo descritto da G.A. Olah et al., gli inventori hanno ripetuto il processo sopra descritto cercando di isolare il prodotto finito mediante distillazione; le prove effettuate hanno tuttavia fornito rese molto basse, in quanto la presenza dell'acqua formatasi nel corso della reazione tra idrossilammina e aldeide ha provocato l'idrolisi del gruppo nitrile rispettivamente ad ammide ed acido carbossilico .
Scopo della presente invenzione è di fornire una sintesi di benzonitrili che possa essere facilmente realizzata su scala industriale e che risulti industrialmente conveniente, in particolare che fornisca benzonitrili di elevata purezza e permetta al contempo di riciclare i solventi impiegati riducendo di conseguenza gli scarti e i costi. Inoltre, la possibilità di riciclare i solventi impiegati nel processo rende anche possibile una riduzione del problema dell'impatto ambientale, fattore questo particolarmente critico per l'industria chimica.
Così, un primo oggetto della presente invenzione è un procedimento per la preparazione di un alo-benzonitrile di formula (I)
scr. 537) in cui Hal rappresenta un sostituente alogeno, che comprende:
a) far reagire una alo-benzaldeide di formula (II)
in cui Hal è definito come in precedenza, con idrossilammina in un solvente scelto tra l'acido acetico e l'acido propionico;
a') eventualmente concentrare la soluzione per distillazione;
b) aggiungere l'anidride corrispondente all'acido impiegato come solvente;
c) allontanare il solvente per distillazione per ottenere il prodotto di formula (I).
Secondo la presente invenzione, Hal corrisponde a un sostituente alogeno scelto tra bromo, cloro, iodio e fluoro.
Secondo un aspetto preferito dell'invenzione, Hai rappresenta un sostituente fluoro.
Secondo un altro aspetto preferito Hal è un alogeno in posizione 4, vantaggiosamente il sostituente 4-fluoro.
Al termine del passaggio di reazione (a) è preferibile concentrare la soluzione mediante una prima distillazione [passaggio (a')] che permette di allontanare una parte dell'acido solvente e dell'acqua formatasi. Questa operazione permette di ottenere delle rese in prodotto finito superiori ed è quindi particolarmente vantaggiosa.
Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, l'idrossilammina è aggiunta sotto forma di sale, più preferibilmente sotto forma di sale solfato, cloridrato, fosfato o acetato, il cloridrato di idrossilammina essendo particolarmente vantaggioso.
La quantità di idrossilammina impiegata è preferibilmente in eccesso rispetto all'aldeide di formula (II), vantaggiosamente in un eccesso di almeno 20%.
La reazione di conversione da 4-fluoro-benzaldeide a 4-fluorobenzonitrile avviene in via ottimale ad una temperatura che varia nell'intervallo da 100 a 115°C.
Risulta facilmente intuibile che qualora nella fase a) del procedimento dell'invenzione si impieghi come solvente l'acido acetico, nella fase b) si utilizzerà dell'anidride acetica; alternativamente l'anidride propionica sarà impiegata nel caso in cui si usi acido propionico.
L'aggiunta dell'anidride corrispondente all'acido impiegato come solvente costituisce l'aspetto caratterizzante ed essenziale del procedimento dell'invenzione per i due seguenti motivi:
1) l'anidride sottrae all'ambiente l'acqua che si forma nel corso della reazione tra l'aldeide e l'idrossilammina formando l'acido corrispondente il quale viene allontanato successivamente per distillazione insieme alla aliquota dello stesso acido inizialmente aggiunto come solvente; e 2) l'anidride inoltre catalizza la conversione dell'ossima a nitrile passando attraverso la formazione dì intermedi quali acetil-derivati dell'ossima che a caldo si decompongono a nitrile.
Questa originale soluzione permette dunque di eliminare in modo pratico l'acqua dalla miscela di reazione in modo da prevenire l'idrolisi dell 'alo-benzonitrile ed accelerare la reazione di conversione dell'aldeide a benzonitrile.
Il solvente allontanato per distillazione può essere ulteriormente riutilizzato in cicli di lavorazione successivi, permettendo quindi di ridurre gli scarti e di conseguenza i costi.
Il procedimento dell'invenzione consente di ottenere un alobenzonitrile di formula (I) di purezza idonea al suo utilizzo come intermedio per principi attivi farmaceutici e con ottime rese.
Generalmente infatti il processo dell'invenzione permette di preparare gli alo-benzonitrili di formula (I) con rese superiori all'85%, di norma intorno all'88%, e con purezza superiore al 99%. Per l'esecuzione del processo dell'invenzione, nel passaggio a) si può ad esempio scaldare una miscela contenente l'idrossilammina e l'acido scelto come solvente, in un opportuno reattore, quindi aggiungere l'aldeide di formula (II). Per completare la reazione, si aggiunge l'anidride corrispondente all'acido scelto e si allontana il solvente per distillazione, secondo le tecniche note. Preferibilmente l'acido utilizzato come solvente è aggiunto in eccesso rispetto all'aldeide, vantaggiosamente il rapporto in peso tra l'aldeide (II) e l'acido è compreso tra 1/2 e 1/8, ad esempio tra 1/3 e 1/6, mentre l'anidride è aggiunta in una quantità che è sufficiente per anidrificare la miscela di reazione, tenendo conto che una parte dell'acqua può essere stata precedentemente allontanata assieme all'acido mediante la prima distillazione eventuale di cui al passaggio (a').
Degli esempi di reazione sono riportati a titolo illustrativo nella parte sperimentale della presente descrizione.
L'aldeide di formula (II) è un prodotto noto e commerciale.
Alternativamente tale aldeide può derivare dall'idrolisi di un alo-benzal-alogenuro di formula (III)
dove Hai è definito come in precedenza e X è scelto tra bromo e cloro, per reazione in una miscela di acqua e un solvente scelto tra l'acido acetico e l'acido propionico.
Il prodotto di formula (III) è un prodotto poco costoso e facilmente accessibile su larga scala.
L'aldeide di formula (II) ottenuta dall'idrolisi del prodotto (III) può successivamente essere utilizzata senza ulteriore purificazione né isolamento per il procedimento dell'invenzione, eventualmente ancora in soluzione nell'acido acetico o propionico. La reazione di idrolisi del 4-fluorobenzalcloruro a 4-fluorobenzaldeide avviene preferibilmente a temperature comprese tra 90 e 110°C.
Così secondo un aspetto ulteriore, l'invenzione concerne un procedimento per la preparazione di un alo-benzonitrile di formula (I) che comprende in sequenza idrolizzare un alo-benzalalogenuro di formula (III) in una miscela di acqua e di un acido scelto tra acido acetico e acido propionico e far reagire l'aldeide di formula (II) così ottenuta secondo i passaggi da a) a c) di cui sopra.
Se desiderato, la reazione può essere del tipo "one-pot" in modo da rendere industrialmente più comoda la sua realizzazione.
È evidente che al fine di facilitare l'eliminazione del solvente per distillazione è particolarmente conveniente impiegare lo stesso solvente nelle due reazioni, cioè nelle reazioni di idrolisi dell'alo-benzal-alogenuro e di passaggio da aio-aldeide a alo-benzene-nitrile .
Gli esempi che seguono illustrano l'invenzione senza limitarla in alcun modo.
L'esempio comparativo mostra come quando si riproduce il procedimento di G.A. Olah et al., isolando però il prodotto per distillazione invece che per estrazione, la rese si abbassano in modo significativo, a dimostrazione del fatto che tale procedimento non è conveniente per la produzione industriale.
ESEMPIO 1
PREPARAZIONE DELLA 4-FLUOROBENZALDEIDE
In un pallone da 2 litri si caricano 1031 g di acido acetico e 115 g di acqua e si scalda a 100°C. Si aggiungono quindi 550 g di 4-fluoro-benzalcloruro . Dopo circa 7 ore la reazione è completa e si elimina il solvente in eccesso per distillazione.
Si ottiene la 4-fluorobenzaldeide con un titolo del 98,7%.
ESEMPIO 2
PREPARAZIONE DEL 4-FLUOROBENZONITRILE
In un pallone si caricano 1863 g di acido acetico e 243 g di cloridrato di idrossilammina e si scalda la miscela a 115°C. Si gocciola una soluzione di 668 g di 4-fluorobenzaldeide in acido acetico e si allontanano 560 g di acido acetico per distillazione. Si porta la miscela a 70°C e si aggiungono 423 g di anidride acetica. Si lascia reagire per 1 ora e si distilla in seguito l'acido acetico. Si ottengono così 327 g di 4-fluorobenzonitrile con una resa dell'88% e titolo pari a 99,3%.
ESEMPIO COMPARATIVO
(Procedimento di G.A.Olah et al., con la variante distillazione al posto dell'estrazione)
In un pallone si caricano 322,5 g di acido formico, 36,5 g di cloridrato di idrossilammina 50 g di 4-fluoro-benzaldeide e si scalda la miscela a reflusso (circa 100°C) per 2 ore. L'analisi gas-cromatografica mostra a questa punto la presenza del 95% di 4-fluoro-benzonitrile . Si allontana l'acido formico per distillazione a pressione ambiente e si isolano 19 g di 4-fluorobenzonitrile, che corrispondono ad una resa del 40%.
ESEMPIO 3
PREPARAZIONE DEL 4-FLUOROBENZONITRILE
In un pallone si caricano 284 g di acido acetico e 39 g di cloridrato di idrossilammina e si scalda la miscela a 115°C. Si gocciola una soluzione di 121,4 g di una soluzione al 50% p/p di 4-fluorobenzaldeide e acido acetico e si scalda a 106°C per 1 ora. Si raffredda la miscela a 70°C e si aggiungono 95,6 g di anidride acetica. Si lascia reagire per 1 ora a 100°C e si distilla in seguito l'acido acetico. Il residuo di caldaia viene solubilizzato in diclorometano e lavato con acqua. La fase organica viene poi anidrificata e dopo allontanamento del solvente diclorometano si ottengono così 44,1 g di 4-fluorobenzonitrile con una resa dell'73,5%
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di un alo-benzonitrile di formula (I)in cui Hal rappresenta un sostituente alogeno, che comprende a) far reagire una alo-benzaldeide di formula (II)in cui Hal è definito come sopra con idrossilammina in un solvente scelto tra l'acido acetico e l'acido propionico; b) aggiungere l'anidride corrispondente all'acido impiegato come solvente; c) allontanare il solvente per distillazione per ottenere il prodotto di formula (I).
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui Hal è nella posizione 4 del benzene.
- 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui Hal è il fluoro.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'idrossilammina è sotto forma di uno dei suoi sali scelto tra solfato, cloridrato, fosfato o acetato.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il solvente è l'acido acetico e l'anidride è l'anidride acetica.
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'anidride è aggiunta in quantità sufficiente per anidrificare il sistema.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la temperatura di reazione è compresa nell'intervallo da 100 a 115°C.
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, per la preparazione del 4-fluorobenzonitrile, che comprende far reagire ad una temperatura di circa 115°C la 4-fluorobenzaldeide con idrossìlammìna cloridrato in acido acetico, portare la miscela a circa 70°C, aggiungere l'anidride acetica e allontanare l'acido acetico per distillazione.
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'alobenzaldeide di formula (II) proviene dall'idrolisi di un alobenzal-alogenuro di formula (III)dove Hai è definito come nella rivendicazione 1 e X è scelto tra bromo e cloro, in una miscela di acqua e un solvente scelto tra l'acido acetico e l'acido propionico.
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la alobenzaldeide di formula (II) è usata senza previo isolamento o purificazione .
- 11. Procedimento secondo le rivendicazioni 9 o 10 in cui l'alobenzal-alogenuro di formula (III) è il 4-fluorobenzalcloruro.
- 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il solvente distillato al passaggio c) è riutilizzato per un nuovo ciclo di reazione.
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