MX2011003455A - Metodo para producir y purificar acido trifluorometanosulfinico. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona a un método para purificar ácido trifluorometanosulfínico mediante destilación azeotrópica usando un solvente aromático, a un método para producir ácido trifluorometanosulfínico purificado, y al uso del ácido trifluorometanosulfínico purificado para la producción de derivados de pirazol trifluorometilsulfinilados, en particular fipronil.

Description

METODO PARA PRODUCIR Y PURIFICAR ACIDO TRIFLUOROMETANOSULFINICO Descripción La invención se relaciona a un proceso para purificar ácido trifluorometanosulfinico, a procesos para preparar acido trifluorometanosulfinico purificado y al uso del ácido trifluorometanosulfinico purificado para preparar derivados de pirazol triflurometilsulfinilados , especialmente fipronil .

El ácido trifluorometanosulfinico (CF3-S02H ( I ) , TFMS después en la presente) y sales del mismo encuentran uso como intermediarios en la síntesis orgánica, por ejemplo en la preparación del insecticida fipronil (ver, por ejemplo, US 5,618,945, WO 2008/055 880, WO 2008/055 879 y WO 2008/055 877) .

La literatura ya divulga varios procesos para prepara TFMS y sales del mismo. De acuerdo a EP-A 165,136, metales particulares se hacen reaccionar con un haluro de trifluorometilo en la presencia de dióxido de azufre en un solvente aprótico polar a una presión de por lo menos 108 Pa . La patente norteamericana No. 6,203,670 describe la reacción de trifluoroacetato de potasio con S02 en un solvente aprótico polar bajo la acción de ultrasonido. CP. Andrieux y colaboradores (J. Am. Chem. Soc. 112 (1990) 786-791) describen la reacción electroquímica reductiva de CF3Br con S02. La patente norteamericana No. 6,399,815 describe la preparación de sulfinatos al reducir cloruros de sulfonilo con sulfitos o hidrogenosulfitos en la presencia de un hidrogenofosfato . El documento WO 99/32439 describe la síntesis de sulfinatos fluorados al hacer reaccionar fluoruros de sulfonilo fluorados con Na2S03/NaHC03 en un medio acuoso en la presencia de un surfactante fluorado o de un co-solvente orgánico que tiene un punto de ebullición abajo de 110°C. C Harzdorf y colaboradores (Liebigs Ann. Chem. 1973, 33-39) describen la preparación de TFMS al hacer reaccionar fluoruro de trifluorometanosulfonilo con hidrazina en metanol, al acidificar con HC1 y al destilar fraccionadamente de manera subsecuente.

A pesar de los métodos especificados, existe todavía una necesidad por mejoras, especialmente en relación con la preparación del ácido libre en forma pura. Es por lo tanto un objetivo de la invención proporcionar un proceso mejorado para preparar TFMS en alta pureza.

Se ha encontrado que TFMS se puede obtener en alta pureza al destilar azeotrópicamente el producto crudo con un solvente orgánico adecuado.

La invención por lo tanto proporciona un proceso para purificar ácido trifluoromentanosulfínico (TFMS) al cargar inicialmente TFMS como un producto crudo en un solvente aromático que tiene un punto de ebullición de < 170°C, y al realizar una destilación azeotrópica bajo una presión reducida de 0.01 a 500 mbar.

La invención además proporciona un proceso para preparar TFMS al a) hacer reaccionar una sal de TFMS con un ácido no volátil que tiene un pKs de < -2, y b) someter el TFMS crudo resultante en una mezcla con un solvente aromático que tiene un punto de ebullición de < 170°C a una destilación azeotrópica a una presión reducida en el intervalo de 0.1 a 500 mbar.

La invención además proporciona un proceso para preparar fipronil al hacer reaccionar el TFMS obtenido mediante uno de los procesos anteriores con un derivado de pirazol de la fórmula (I) (I) El proceso de acuerdo a la invención proporciona TFMS en buen rendimiento y alta pureza, puesto que el subproducto principal de la reacción, el ácido trifluorometanosulfónico de más alto punto de ebullición, no forma un azeotropo, y puede ser removido fácilmente con los fondos de la destilación. Un sub-producto adicional, el ácido trifluoroacético volátil, puede igualmente ser removido mediante destilación como una primera fracción. La dilución de la mezcla de reacción utilizando solvente mejora la agitabilidad y la transferencia de calor; la depresión del punto de ebullición mediante el azeotropo permite una destilación moderada.

De acuerdo a la invención, una mezcla del producto crudo de TFMS y un solvente aromático con un punto de ebullición de < 170°C se destila azeotrópicamente bajo una presión reducida en un intervalo de 0.1 a 500 mbar.

Todos los puntos de ebullición están basados, a menos que se establezca de otra manera, sobre la presión estándar ( 1 bar ) .

De acuerdo a la invención, "destilación azeotropica" significa que TFMS y el solvente aromático forman un mezcla azeotropica, es decir, una mezcla en la cual, con la destilación avanzando, un punto se alcanza en el cual las composiciones de fase (es) liquida (s) y fase gaseosa llegan a ser las mismas, que significa que no es posible la separación destilativa adicional. El TFMS y el solvente aromático típicamente forman un heteroazeotropo, es decir, la fase líquida es inestable en la composición azeotropica y se separa en dos fases. En el contexto de la invención, esto se puede utilizar para la remoción simple del TFMS con un separador de fase liquida-liquida .

Los solventes aromáticos adecuados son todos solventes aromáticos inertes que tienen un punto de ebullición de < 170°C, de presencia < 150°C, más de preferencia < 140°C, que forman un azeotropo, de preferencia un azeotropo con un punto de ebullición mínimo. En el contexto de la invención, "inerte" significa que, bajo las condiciones de la destilación, no hay reacción, o una reacción que disminuye el rendimiento a un grado que no es desventajoso (debajo de 5%, de preferencia por debajo de 1%) , toma lugar entre el TFMS y el solvente aromático.

Los solventes aromáticos adecuados se listan a manera de ejemplo en la tabla 1.

Tabla 1 Solventes aromáticos Solvente Punto de Ebullición °C Benceno 80 Tolueno 110 Xileno (mezcla o, m, p) 140 Clorobenceno 132 Bromobenceno 156 Fluorobenceno 85 Etilbenceno 136 Anisol 154 Trifluorometilbenceno 102 Isopropilbenceno 152 esitileno 165 Clorotolueno (o, p, ' m) 159-162 Con el fin de ser capaz de realizar una destilación viable bajo presión reducida, el punto de ebullición del solvente aromático de preferencia no debe estar abajo de 80°C.

La preferencia se da para benceno, fluorobenceno, anisol, trifluorometilbenceno, tolueno, xileno, etilbenceno, isopropilbenceno y clorobenceno. La preferencia particular se da para benceno, tolueno, xileno, fluorobenceno, trifluorometilbenceno, etilbenceno y clorobenceno.

Especialmente preferidos son tolueno, xileno, etilbenceno y clorobenceno. Por supuesto, también es posible utilizar mezclas o dos o más de los solventes mencionados.

La relación (en peso) del solvente aromático al TFMS puede variar dentro de limites amplios y de preferencia es de 1:100 a 100:1, más de preferencia de 1:3 a 10:1, especialmente de 1:1 a 4:1.

La mezcla del TFMS crudo y el solvente aromático se puede efectuar al mezclar el TFMS crudo con el solvente. La preferencia también se da a tomar una sal de TFMS en el solvente y liberar TFMS del mismo al adicionar un ácido fuerte .

Tipos de columnas adecuadas para la destilación todas son tipos conocidos, por ejemplo, columnas con empaque aleatorio, columnas de charolas, columnas con empaque estructurado y columnas de pared divisoria. La preferencia se da a columnas con empaque aleatorio y columnas de charolas. En una modalidad preferida adicional del proceso, la destilación se efectúa en un evaporador de película delgada, en un evaporador de película descendente o un evaporador de ruta corta, uno de estos últimos aparatos con una columna adjunta de cualquier clase, por ejemplo, una columna con empaque estructurado, o más de preferencia un recipiente de reacción con columna adjunta.

La destilación, que puede ser fraccional, se efectúa, de acuerdo al solvente seleccionado, generalmente dentro de una región de temperatura (fondo) de menor que 110°C, puesto que hay de otra manera el riesgo de descomposición del TFMS. La destilación se realiza bajo presión reducida, de preferencia dentro del intervalo de 0.1 a 500 mbar, de preferencia de 1 a 300 mbar, más de preferencia de 10 a 100 mbar, y el punto de ebullición del azeotropo debe ser tomado en cuenta.

El TFMS para purificación de acuerdo con la invención se puede preparar por cualquiera de los procesos ¦ conocidos, por ejemplo por uno de los procesos mencionados en lo anterior.

Debido a la baja estabilidad del ácido trifluorometanosulfinico, este compuesto generalmente se maneja y almacena en la forma de una sal. La invención por lo tanto además proporciona un proceso para preparar TFMS, en donde el TFMS se libera por medio de un ácido fuerte de una de sus sales y luego se purifica mediante destilación azeotrópica de acuerdo con la invención.

En principio, es posible utilizar cualquiera de las sales deseadas de TFMS, la preferencia que se da para sales de metales alcalinos, de metales alcalinotérreos y de amonio, la preferencia particular a sales de metal alcalino, especialmente sales de sodio y potasio.

Por supuesto también es posible utilizar mezclas de dos o más sales diferentes.

Los ácidos adecuados para liberar el TFMS de la sal son ácidos no volátiles que tienen una pKs de < -2. En el contexto de la invención, "no volátil" significa que el ácido es no volátil bajo las condiciones de la destilación azeotrópica y de preferencia tiene un punto de ebullición de por lo menos 170°C bajo presión estándar. Ejemplos de ácidos adecuados son intercambiadores iónicos fuertemente acidicos, H3PO4 concentrado y H2SO4, especialmente en la forma concentrada (> 95% en peso de H2SO4) , la preferencia se da a H2S04.

Para liberar el TFMS, por lo menos un equivalente de ácido es necesario; de preferencia de 1 a 10, más de preferencia de 1 a 2 y especialmente de 1 a 1.5 equivalentes de ácido son utilizados.

El ácido, especialmente ácido sulfúrico concentrado, también puede se utilizado como el solvente para el sulfinato de TFMS. Sin embargo, la preferencia se da a suspender la sal en el solvente aromático y luego adicionar los ácidos. La preferencia además se da a una adición continua mientras que se enfria el recipiente de reacción.

La invención además proporciona un proceso para preparar el insecticida fipronil (II) sin la purificación adicional del TFMS, por ejemplo mediante la re-destilación, al a) hacer reaccionar una sal de TFMS con un ácido no volátil que tiene un pKs de < -2, y b) destilar azeotrópicamente el TFMS crudo resultante en una mezcla con un solvente aromático que tiene un punto de ebullición de < 170°C bajo condiciones de presión reducida y c) hacer reaccionar el TFMS resultante con un derivado de pirazol de la fórmula (I) (ver lo anterior).

Varios procesos para hacer reaccionar el derivado de pirazol (I) con TFMS para dar fipronil (II) se describen, por ejemplo en la patente norteamericana No. 5,618,945, WO 2008/055 880, WO 2008/055 879 y WO 2008/055 877.

En una primera variante (i) (WO 2008/055 880), el derivado de fenilpirazol (I) se hacer reaccionar con TFMS con la adición de un agente de halogenación en la presencia de un complejo de ácido/amina, la amina que es una amina secundaria o terciaria y el ácido utilizado que es HF, HC1, HBr, HI o un derivado de ácido sulfónico, y la temperatura de reacción que no excede 39°C en cualquier momento.

En una segunda variante (ii) (WO 2008/055 879), el derivado de fenilpirazol (I) se hacer reaccionar con TFMS con la adición de un agente de halogenación en la presencia de un complejo de ácido/amina, la amina que es una amina secundaria cíclica y el ácido utilizado que es un derivado de ácido sulfónico .

En una tercera variante (iii) (WO 2008/055 877), el derivado de fenilpirazol (I) se hacer reaccionar con TFMS con la adición de un agente de halogenación en la presencia de un complejo de ácido/amina, la amina que es una amina terciaria y el ácido utilizado que es HF, HC1, HBr, HI o un derivado de ácido sulfónico.

En todas las tres variantes, la reacción de sulfinilación procede como un proceso de dos etapas, en donde una adición del grupo CF3S (O) sobre el grupo amino del anillo de pirazol toma lugar en la primera etapa, seguido por un rearreglo de thia Fríes para dar fipronil (II): (I) Intermediario de fipronil (II) sulfinamida Los detalles de las tres variantes se pueden encontrar en los documentos citados, que son incorporados explícitamente en la presente por referencia, y cuyo contenido, donde se relaciona a la reacción de TFMS, se considera que forma parte de esta descripción por referencia.

En una modalidad preferida del proceso de acuerdo con la invención, el destilado de TFMS obtenido de acuerdo con la invención se utiliza directamente sin purificación adicional para la reacción con el derivado de fenilpirazol (I) · El TFMS obtenido de acuerdo con la invención puede, asi como el uso descrito, encontrar uso adicional como un intermediario en la síntesis orgánica, por ejemplo en la industria farmacéutica, o para preparar fotoiniciadores para la polimerización por radicales libres de los monómeros fluorados (ver, por ejemplo, WO 99/32439) .

La invención se ilustra en detalle mediante los ejemplos sin restringirla de este modo.

Ejemplo 1: Destilación azeotrópica de ácido trifluorometanosulfínico con etilbenceno En un reactor de 750 mi con agitador y accesorio de destilación, 92.7 g de trifluorometanosulfinato de potasio (0.50 mol, 92.5%) se suspendieron en 142 g de etilbenceno. Subsecuentemente, 75.0 g de ácido sulfúrico concentrado (0.75 mol, 98%) se adicionaron gota a gota en 20 a 30°C con enfriamiento dentro de 15 min. El ácido trifluorometanosulfínico liberado de esta manera se destiló azeotrópicamente bajo una presión reducida de 40 mbar a una temperatura de condesado de 46°C dentro de 5 h. Los 69.4 g de la fase inferior del destilado enfriado a 5°C consistieron de ácido trifluorometanosulfínico y pequeñas cantidades de etilbenceno. La fase superior, que consistió predominantemente de etilbenceno, se corrió nuevamente dentro del reactor continuamente durante la destilación. El ácido trifluorometanosulfinico asi obtenido (95% de rendimiento, 92% de pureza) se puede utilizar en reacciones subsecuentes sin elaboración adicional.

Ejemplo 2: Destilación azeotrópica de ácido trifluorometanosulfinico con clorobenceno En un matraz de cuatro cuellos de 500 mi con agitador y accesorio de destilación, 50.0 g de trifluorometanosulfinato de sodio (0.30 mol, 95.0%) se suspendieron en 144 g de monoclorobenceno ( CB) . Subsecuentemente, 48.5 g de ácido sulfúrico concentrado (0.48 mol, 97%) se adicionaron gota a gota en 20 a 30°C con enfriamiento dentro de 10 min. El ácido trifluorometanosulfinico liberado de esta manera se destiló azeotrópicamente a una presión reducida de 36 mbar y a una temperatura de condesado de 37°C dentro de 6 h . Los 40.1 g de la fase inferior del destilado enfriado a -20°C consistieron de ácido trifluorometanosulfinico y pequeñas cantidades de MCB. La fase superior, que principalmente consistió de MCB, se corrió en un reactor nuevamente durante la destilación. El ácido trifluorometanosulfinico asi obtenido (95% de rendimiento) se puede utilizar en reacciones subsecuentes sin elaboración adicional.

Ejemplo 3: Destilación azeotrópica de ácido trifluorometanosulfinico con- tolueno En un matraz de cuatro cuellos de 500 mi con agitador y accesorio de destilación, 50.0 g de trifluorometanosulfinato de sodio (0.30 mol, 95.0%) se suspendieron en 112 g de tolueno. Subsecuentemente, 46.1 g de ácido sulfúrico concentrado (0.46 mol, 97%) se adicionaron gota a gota en 20 a 30°C con enfriamiento dentro de 10 min. El ácido trifluorometanosulfinico liberado de esta manera se destiló azeotrópicamente a una presión reducida de 50 a 150 mbar y a una temperatura de condesado de 31 a 51°C dentro de 9 h. Los 34.2 g de la fase inferior del destilado enfriado a -20°C consistieron de ácido trifluorometanosulfinico y pequeñas cantidades de tolueno. La fase superior, que principalmente consistió de tolueno, se corrió en un reactor nuevamente durante la destilación. El ácido trifluorometanosulfinico asi obtenido (81% de rendimiento) se puede utilizar en reacciones subsecuentes sin elaboración adicional .

Ejemplo 4: Destilación azeotrópica de ácido trifluorometanosulfinico con etilbenceno en la presencia de ácido trifluorometanosulfónico En un reactor de 750 mi con agitador y accesorio de destilación, 92.7 g de trifluorometanosulfinato de sodio (0.50 mol, 92.5%) se suspendieron en 142 g de etilbenceno y 15.1 g de ácido trifluorometanosulfónico (0.1 mol, 99%). Subsecuentemente, 75.0 g de ácido sulfúrico concentrado (0.75 mol, 98%) se adicionaron gota a gota en 20 a 30°C con enfriamiento dentro de 15 min. El ácido trifluorometanosulfinico liberado de esta manera se destiló azeotrópicamente bajo una presión reducida de 37 mbar a una temperatura de condesado de 46°C dentro de 5 h. Los 57.8 g de la fase inferior del destilado enfriado a 5°C consistieron, de acuerdo a 1H y 19F NMR, de ácido trifluorometanosulfinico, pequeñas cantidades de etilbenceno y restos de ácido trifluorometanosulfónico . La fase superior, que predominantemente consistió de etilbenceno, se corrió en un reactor nuevamente durante la destilación. El ácido trifluorometanosulfinico asi obtenido (82% de rendimiento, 95% de pureza) se puede utilizar en reacciones subsecuentes sin elaboración adicional.

Ejemplo 5: Destilación azeotrópica de ácido trifluorometanosulfinico con etilbenceno en la presencia de ácido trifluoroacético En un matraz de cuatro cuellos de 1000 mi con agitador y accesorio de destilación, una mezcla cruda de 50.8 g de trifluorometanosulfinato de sodio (0.29 mol, 98%) y 47.7 g de trifluoroacetato de sodio (0.31 mol, 99%) se suspendieron en 258 g de etilbenceno. Subsecuentemente, 92.2 g de ácido sulfúrico concentrado (0.91 mol, 97%) se adicionaron gota a gota en 20 a 30°C con enfriamiento dentro de 15 min. El ácido trifluoroacético liberado de esta manera se destiló a una presión reducida de 40 mbar dentro de 20 min, mientras que el ácido trifluorometanosulfinico que se liberó probablemente se destiló azeotrópicamente a una presión reducida de 40 mbar y a una temperatura de condensado de 42 a 46°C dentro de 3 h. Los 30.0 g de la fase inferior del destilado enfriado a 5°C consistieron de ácido trifluorometanosulfinico y pequeñas cantidades de etilbenceno. La fase superior, que principalmente consistió de etilbenceno, se corrió en un reactor nuevamente durante la destilación. El ácido trifluorometanosulfinico asi obtenido (73% de rendimiento, 95% de pureza) se puede utilizar en reacciones subsecuentes sin purificación adicional.

Ejemplo 6: Uso de ácido trifluorometanosulfinico preparado de acuerdo con la invención para la síntesis de fipronil Un reactor enchaquetado de 500 mi con agitador, desviadores y condensador se cargó inicialmente bajo una atmósfera de nitrógeno con 103 g de etilbenceno, 6.3 g de clorhidrato de dimetilisopropilamina (0.050 mol, 99%) y 15.5 g de cloruro de potasio (0.208 mmol). Subsecuentemente, 31.5 g de ácido trifluorometanosulfinico (0.223 mol, 95.0%), 17.9 g de dimetilisopropilamina (0.203 mol, 99%) y 24.2 g de cloruro de tionilo (203 mmol, 99.7%) se dosificaron a 0°C con enfriamiento. Después de adicionar subsecuentemente 54.8 g de 5-amino-3-ciano-l- (2, 6-dicloro-4-trifluorometilfenil ) pirazol, la mezcla de reacción se agitó a 0°C por 1 h, luego se calentó a 35°C durante 45 min y se agitó a 35°C durante 10 h adicionales. Después de que la reacción se ha apagado con la solución de hidróxido de sodio y extraído con acetato de etilo y etilbenceno, un rendimiento no aislado de fipronil de 80% se obtuvo en la solución cruda (determinación por medio de HPLC cuantitativa) .

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1 Un proceso para purificar ácido trifluorometanosulfinico (TFMS) , caracterizado porque se destila azeotrópicamente una mezcla que comprende TFMS crudo y un solvente aromático inerte que tiene un punto de ebullición de < 170°C bajo presión reducida.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el solvente aromático se selecciona del grupo que consiste de benceno, fluorobenceno, anisol, trifluorometilbenceno, tolueno, xileno, etilbenceno, isopropilbenceno y clorobenceno.

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la relación en peso del solvente aromático a TFMS es de 1:100 a 100:1.

4. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cualquier ácido trifluoroacético presente se remueve en las primeras corridas .

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cualquier ácido trifluorometanosulfónico presente se remueve con los fondos de la destilación.

6. Un proceso para preparar TFMS, caracterizado por a) hacer reaccionar una sal de TFMS con un ácido no volátil que tiene un pKs de < -2, y b) destilar azeotrópicamente el TFMS crudo resultante en una mezcla con un solvente aromático que tiene un punto de ebullición de < 170°C bajo presión reducida de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ácido no volátil es H2S04 concentrado .

8. Un proceso para preparar fipronil, caracterizado por a) hacer reaccionar una sal de TFMS con un ácido no volátil que tiene un pKs de < -2, y b) destilar azeotrópicamente el TFMS crudo resultante en una mezcla con un solvente aromático que tiene un punto de ebullición de < 170°C bajo presión reducida de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y c) hacer reaccionar el TFMS resultante con un derivado de pirazol de la fórmula (I) (

9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el ácido no volátil es H2S04.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque el TF S obtenido en la etapa b) se hace reaccionar directamente sin una etapa de purificación adicional .