PL188732B1 - Sposób otrzymywania 3-podstawionych pochodnych diketonów - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania 3-podstawionych pochodnych diketonów o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupę alkilową zawierającą w łańcuchu od 1 do 20 atomów węgla, grupę arylową, alkenylową lub alkilosililową na drodze reakcji związku chlorowcopochodnego o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyżej podane znaczenie, X oznacza atom chlorowca, z solą acetyloacetonu o ogólnym wzorze 3, w którym Me oznacza sód lub potas, w obecności jodku sodu lub potasu, w 80 do 150°C, znamienny tym, że reakcję prowadzi się w metyloizobutyloketonie, po czym czysty produkt wydziela się z mieszaniny reakcyjnej przez destylację lub za pomocą kompleksu miedzi(II).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania 3-podstawionych pochodnych β-diketonow o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupę alkilową zawierającą w łańcuchu od 1 do 20 atomów węgla, grupę arylową, alkenylową lub alkilosililową, będących użytecznym surowcem wyjściowym dla wielu syntez organicznych (Ullmans Encyklopadie der technischen Chemie, T.14, str.212, Verlag Chemie, 1977), do otrzymywania ciekłych kryształów [C.Cativiela, J.L.Sermo, M.M.Zurbano, J.Org.Chem (1995) 69, 3074], jako ligandy w kompleksach metali [A.R.Siedle w: Comprehensive Coordination Chemistry, G.Wilkinson (red.), Pergamon Press, Oxford (1987), T.2, rozdz. 15.4] itp.

Podstawowym sposobem otrzymywania tych związków jest tzw. C-allkilowanie β-diketonow, czyli podstawienie jednego atomu wodoru w grupie metylenowej znajdującej się pomiędzy grupami karbonylowymi. Powszechnie stosowaną metodą jest reakcja jodku organicznego z pentanodionem-2,4 w acetonie i w obecności węglanu potasu. Metoda ta wymaga stosowania drogich reagentów - jodków organicznych i jest stosunkowo mało wydajna i mało selektywna. W celu zwiększenia wydajności i selektywności stosowane są inne rozpuszczalniki, głównie wysoko wrzące rozpuszczalniki polarne takie jak dimetylosulfotlenek (DMSO), dimetyloformamid (DMF), N-metylopirolidon (NMP) czy heksametylofosfoamid (HMPA). Zastosowanie wymienionych rozpuszczalników umożliwia także efektywne prowadzenie reakcji przy wykorzystaniu tanich i łatwo dostępnych chlorków alkilowych oraz jodku potasu jako reagentów, gdyż w rozpuszczalnikach tych zachodzi wymiana „in situ” chloru na jod w związku organicznym (polski opis patentowy nr 165181). Niedogodnością tego sposobu jest konieczność stosowania toksycznych i trudnych do oczyszczenia oraz usunięcia po zakończeniu reakcji, higroskopijnych rozpuszczalników. Konieczne jest także kontrolowanie temperatury reakcji oraz temperatury procesu wydzielania produktu, np. destylacji, gdyż jej przekroczenie powoduje rozkład rozpuszczalników. Natomiast zastąpienie tych rozpuszczalników innymi, niepolamymi, niżej wrzącymi, niehigroskopijnymi typu benzen, toluen czy ksylen prowadzi do całkowitej zmiany selektywności reakcji i otrzymania produktów podstawienia grupy organicznej przy tlenie (polski opis patentowy nr 165113).

Sposób otrzymywania 3-podstawionych pochodnych diketonów o ogólnym wzorze 1, w którym R ma wyżej podane znaczenie, na drodze reakcji związku chlorowcopochodnego o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyżej podane znaczenie, X oznacza atom chlorowca, z solą acetyloacetonu o ogólnym wzorze 3, w którym Me oznacza sód lub potas, w obecności

188 732 jodku sodu lub potasu, w 80 - 150°C, polega według wynalazku na tym, że reakcję prowadzi się w metyloizobutyloketonie, po czym produkt wydziela się z mieszaniny reakcyjnej przez destylację lub za pomocą kompleksu miedzi(II).

Korzystnie jest według wynalazku oczyszczanie surowego produktu przez poddanie go reakcji z kompleksem aminowym miedzi(II) w postaci wodnego roztworu otrzymanym przez wytrącenie wodą amoniakalną z dowolnej soli miedzi (II) wodorotlenosoli i jej rozpuszczenie w nadmiarze wodorotlenku amonowego, a następnie rozłożenie otrzymanego kompleksu 3-podstawionej pochodnej β-diketonu o ogólnym wzorze 1, w którym R ma wyżej podane znaczenie, po odsączeniu i zdyspergowaniu w rozpuszczalniku organicznym, nadmiarem około 10% roztworu kwasu solnego. Reakcja ta przebiega bardzo szybko i praktycznie ilościowo.

Nieoczekiwanie okazało się, że zastosowanie w wynalazku jako rozpuszczalnika metyloizobutyloketonu (MIBK) pozwala na otrzymywanie produktów C-alkilowania z wysoką, wydajnością i selektywnością, przy równoczesnym uniknięciu większości niedogodności wcześniejszych rozwiązań. MIBK jest wystarczająco polarny dla rozpuszczenia reagentów, co umożliwia przeprowadzenie reakcji wymiany atomów chloru na bardziej reaktywny jod. W rozpuszczalnikach niepolarnych reakcja ta praktycznie nie zachodzi. Rozpuszczalnik ten jest mało toksyczny, nie rozkłada się w temperaturze wrzenia, jest niehigroskopijny - z wodą praktycznie nie miesza się. Bardzo łatwo można go oczyścić przez destylację azeotropową (temperatura wrzenia azeotropu wynosi ok. 85°C). W przypadku gdy reagenty muszą być całkowicie bezwodne możliwe jest dzięki temu ich azeotropowe osuszenie przed reakcją, bezpośrednio w reaktorze.

Temperatura wrzenia MIBK wynosząca 117-118°C jest temperaturą optymalną dla prowadzenia procesu, ogranicza to także znacznie niebezpieczeństwo przegrzania mieszaniny reakcyjnej oraz eliminuje konieczność kontrolowania właściwej temperatury procesu.

Bardzo korzystną cechą zastosowanego zgodnie z wynalazkiem rozpuszczalnika jest jego niemieszalność z wodą, co umożliwia, w przypadku reagentów niewrażliwych na wodę łatwe wydzielenie produktów reakcji z mieszaniny reakcyjnej, poprzez dodanie wody i rozpuszczenie wydzielonych w trakcie reakcji soli. Po rozwarstwieniu się mieszaniny na dwie fazy produkty reakcji znajdują się w warstwie organicznej, natomiast stanowiące balast i utrudniające dalsze oczyszczanie sole przechodzą do warstwy wodnej. Wydzieloną warstwę organiczną można oczyszczać znanymi sposobami.

Dokonując oczyszczania surowego produktu, w sposób korzystny według wynalazku, nie jest konieczne całkowite rozpuszczenie kompleksu miedzi w rozpuszczalniku organicznym np. chloroformie czy chlorku metylenu, w których kompleks rozpuszcza się bardzo dobrze. Przy oczyszczaniu produktu można stosować także mniej szkodliwe rozpuszczalniki typu heksan czy pentan. Rozpuszczalność kompleksów jest wówczas bardzo mało, jednakże w sposobie według wynalazku nie jest konieczne całkowite rozpuszczenie kompleksu, a powstające produkty rozkładu zwiększają rozpuszczalność kompleksu w węglowodorach, co w efekcie prowadzi do całkowitego rozłożenia kompleksu. Możliwość zastosowania mniejszych ilości rozpuszczalnika pozwala na jego znaczne oszczędności.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady.

Przykład I

W kolbie okrągłodennej trójszyjnej, zaopatrzonej w mieszadło, i chłodnicę zwrotną umieszczono 122 g (1 mol) acetyloacetonianiu sodu (wysuszonego w 95°C, pod zmniejszonym ciśnieniem, przez 2 godziny), 83 g (0,5 mola) jodku potasu (wysuszonego) oraz 500 cmbezwodnego ketonu izobutylometylowego. Zawartość kolby mieszano, ogrzewając równocześnie do temperatury około 100°C. Do mieszaniny wkroplono w ciągu 10 minut 85,5 cm(1 mol) bromku allilu. Mieszaninę poddawano ciągłemu mieszaniu utrzymując jej temperaturę w stanie lekkiego wrzenia. Przebieg reakcji kontrolowano pobierając co pewien okres z reaktora 0,1 cm- zawiesiny i umieszczając próbkę na zwilżonym wodą uniwersalnym papierku wskaźnikowym. Po upływie 90 minut odczyn mieszaniny reakcyjnej stał się obojętny, co świadczyło o zakończeniu reakcji.

Po schłodzeniu zawartości kolby dodano do niej 300 cm- wody i intensywnie mieszano. Następnie zawartość kolby przelano do rozdzielacza. Ciecz w rozdzielaczu uległa rozwarstwieniu. Po oddzieleniu warstwy organicznej (górnej) warstwę wodną ekstrahowano porcjami ketonu β razy po 100 cm-). Roztwory organiczne połączono, a następnie oddestylowano keton.

188 732

Otrzymano surowy produkt, zanieczyszczony pozostałościami reagentów, rozpuszczalników oraz produktów ubocznych reakcji. Wydajność produktu - 3-allilo-pentanodionu-2,4, oznaczona chromatograficznie, wynosiła 75%. Produkt poddano następnie oczyszczeniu za pomocą kompleksu miedzi, przygotowanego przez rozpuszczenie 125 g (0,5 mola) pięciowodnego siarczanu(IV) miedzi(II) w 250 cm³ wody i dodanie do tego roztworu około 250 cm³ 25% roztworu wodorotlenku amonowego, aż do całkowitego rozpuszczenia wytrąconego na początku osadu. Do otrzymanego klarownego, intensywnie niebieskiego roztworu dodano, intensywnie mieszając, surowy produkt alkilowania. Prawie natychmiast wytrącił się szary kompleks miedzi(II), który sączono na lejku Buchnera, przemywając osad małymi porcjami metanolu. Przesącz nie zawierał wolnego 3-allilopentanodionu-2,4. Do otrzymanego, wilgotnego kompleksu miedzi (ok. 180 g) dodano 100 cm3 chlorku metylenu oraz 250 cm ³ około 10% roztworu kwasu solnego i intensywnie wytrząsano w rozdzielaczu, aż do całkowitego rozpuszczenia kompleksu miedzi. Po oddzieleniu warstwy organicznej warstwę wodną ekstrahowano chlorkiem metylenu (3 razy po 50 cm3). Połączone roztwory organiczne przemywano wodą aż do otrzymania obojętnego odczynu roztworu. Z obojętnego roztworu oddestylowano rozpuszczalnik otrzymując technicznie czysty 3-akilopentanodion-2,4, który ewentualnie można dodatkowo oczyścić na drodze destylacji. Wydajność oczyszczonego produktu reakcji wyniosła 72%.

Przykład II

Postępowano jak w przykładzie I stosując chlorek benzylu zamiast bromku allilu. Z wydajnością 63% otrzymano 3-benzylopentanodion-2,4, o czystości powyżej 98%.

Przykład III

Reakcję prowadzono jak w przykładzie I używając 3-chloropropylotrietoksysilanu zamiast bromku allilu. Surowy produkt zawierający 68% 3(3-trietoksysililopropylo)pentanodionu-2,4 (co oznaczono chromatograficznie) oczyszczano przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem.

Przykład IV

Reakcję przeprowadzono jak w przykładzie I, stosując zamiast bromku allilu n-chlorooktan. Surowy produkt oczyszczano za pomocą kompleksu miedzi(II) jak w przykładzie I. Czysty produkt, 3-oktylo-pentanodion-2,4, otrzymano z wydajnością 70%.

wzór 1

R — X wzór 2 [CH₃COCHCOCH₃]Me wzór 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania 3-podstawionych pochodnych diketonów o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupę alkilową zawierającą w łańcuchu od 1 do 20 atomów węgla, grupę arylową, alkenylową lub alkilosililową na drodze reakcji związku chlorowcopochodnego o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyżej podane znaczenie, X oznacza atom chlorowca, z solą acetyloacetonu o ogólnym wzorze 3, w którym Me oznacza sód lub potas, w obecności jodku sodu lub potasu, w 80 do 150°C, znamienny tym, że reakcję prowadzi się w metyloizobutyloketonie, po czym czysty produkt wydziela się z mieszaniny reakcyjnej przez destylację lub za pomocą kompleksu miedzi(II).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czysty produkt wydziela się przez poddanie go reakcji z kompleksem amoniowym miedzi(II) w postaci wodnego roztworu, otrzymanym przez wytrącenie wodą amoniakalną z dowolnej soli miedzi(II) wodorotlenosoli i jej rozpuszczenie w nadmiarze wodorotlenku amonowego, a następnie rozłożenie otrzymanego kompleksu 3-podstawionej pochodnej β-diketonu o ogólnym wzorze 1, po odsączeniu i zdyspergowaniu w rozpuszczalniku organicznym, nadmiarem około 10% roztworu kwasu solnego.