PL228388B1 - Sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów, gdzie alkil to grupa alkilowa od C1 do C20, prostołańcuchowa lub rozgałęziona, charakteryzujący się tym, że w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie szeregowo połączonych reaktorów, generuje się in situ katalizator [PdCl2(trzeciorzędowa fosfina)2], poprzez ogrzewanie w czasie co najmniej 5 minut, w temperaturze od 40°C do temperatury wrzenia mieszaniny zawierającej PdCl2 i trzeciorzędową fosfinę, w proporcjach molowych odpowiednio od 0,02 do 0,05 mol trzeciorzędowej fosfiny na 0,01 mol PdCl2, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, w proporcjach od 0,2 do 2 dm3 ketonu na 0,01 mol PdCl2. Następnie do wygenerowanego in situ katalizatora [PdCl2(trzeciorzędowa fosfina)2], w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie reaktorów, w atmosferze gazu obojętnego, dodaje się do każdego z reaktorów kolejno 3-jodo-N-alkilokarbazol, CuI oraz drugo- lub trzeciorzędową aminę o temperaturze wrzenia poniżej 200°C, w proporcjach molowych odpowiednio od 100 : 0,1 : 200 do 100 : 100 : 1000, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, w proporcjach od 0,1 do 1 dm3 ketonu na 1 mol 3-jodo-N-alkilokarbazolu, po czym przez tak przygotowaną mieszaninę reakcyjną przepuszcza się gazowy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. W trakcie przepuszczania acetylenu przez przygotowaną uprzednio mieszaninę reakcyjną, zawartość każdego reaktora miesza się intensywnie w dowolny sposób. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach mieści się w przedziale od 1 do 10 mol/h, czas przepuszczania acetylenu wynosi co najmniej 3 h, natomiast temperatura reakcji jest utrzymywana w przedziale od 0 do 60°C. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach, odparowuje się z niej lotne frakcje, łącząc je w jedną mieszaninę poreakcyjną jeśli stosowano kaskadę reaktorów, natomiast stałą pozostałość poddaje się chromatografii kolumnowej. Czysty produkt eluuje się za pomocą ciekłego, nasyconego węglowodoru lub mieszaniny ciekłych węglowodorów nasyconych. Produkty finalne, którymi są 1,2-Bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetyleny otrzymuje się w postaci ciał stałych lub olejów, białych lub żółtych, o różnej głębokości tej barwy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów, będących acetylenowymi pochodnymi karbazolu, gdzie alkil to grupa alkilowa od Ci do C20, prostołańcuchowa lub rozgałęziona, znajdujących zastosowanie we współczesnej syntezie organicznej, jak również w technologii materiałów, szczególnie dedykowanych organicznej elektronice.

Otrzymywane metodą według wynalazku pochodne karbazolu należą do grupy związków typu ArC CAr, gdzie grupa Ar jest grupą arylową lub heteroarylową. Związki typu ArC CAr mają ogromne znaczenie we współczesnej syntezie organicznej, zwłaszcza jako substraty do różnego rodzaju reakcji cykloaddycji, szczególnie [4 + 2], [3 + 2] oraz [2 + 2 + 2], co pozwala otrzymywać wielopodstawione związki karbo- i heterocykliczne. Otrzymywane w ten sposób związki są następnie wykorzystywane w farmacji, analizie chemicznej i szeroko rozumianej organicznej elektronice, na przykład jako prekursory polimerów przewodzących, nanomateriały luminescencyjne.

Z dotychczasowego stanu techniki znane są symetryczne, dipodstawione pochodne acetylenu typu ArC CAr, do których należą pochodne będące przedmiotem niniejszego wynalazku, gdzie grupa Ar jest grupą arylową taką, jak na przykład fenyl, podstawiony fenyl, 2-tienyl, 3-tienyl, podstawiony 2,2’-bitofen-5-yl [S. M. Waybright, K. McAlpine, M. Laskoski, M. D. Smith, U. H. F. Bunz: Organometallic Dendrimers Based on (Tetraphenylcyclobutadiene)cyclopentadienylcobalt Modules, J. Am. Chem. Soc. 124, 8661-8666, (2002), R. Rathore, C. L. Burns, I. A. Guzei: Synthesis and Isolation of Polytrityl Cations by Utilizing Hexaphenylbenzene and Tetraphenylmethane Scaffolds, J. Org. Chem., 69, 1524-1530, (2004); D. Sun, S. V. Rosokha, J. K. Kochi: Through-Space (Cofacial) π-Delocalization among Multiple Aromatic Centers: Toroidal Conjugation in Hexaphenylbenzene-like Radical Cations, Angew. Chem. Int. Ed., 44, 5133-5136 (2005), O. Soares do Rego Barros, A. Favero, C. W. Nogueira, P. H. Menezes, G. Zeni: Palladium-catalyzed cross-coupling of 2-haloselenophene with terminal alkynes in the absence of additive, Tetrahedron Letters, 47, 2179-2182, (2006), K. Park, G. Bae, J. Moon,

J. Choe, K. Ho Song, S. Lee: Synthesis of symmetrical and unsymmetrical diarylalkynes from propiolic acid using palladium-catalyzed decarboxylative coupling, J. Org. Chem., 75, 6244-6251, (2010); E. K. Yum, J. W. Son, S. K. Kim, S. N. Kim, K. M. Kim, C. W. Lee: Synthesis of Functionalized Bisarylacetylene Derivatives from Acetylene Gas Over Nano-sized Carbon Ball Supported Palladium Catalyst, Bull. Korean Chem. Soc. 31,2097-2099, (2010), P. Chuentragool, K. Vongnam, P. Rashatasakhon, M. Sukwattanasinitt, S. Wacharasindhu: Calcium carbide as a cost-effective starting material for symmetrical diarylethynes via Pd-catalyzed coupling reaction, Tetrahedron, 67, 8177-8182, (2011),

H. Christensen, C. Schj0th-Eskesen, M. Jensen, S. Sinning, H. H. Jensen: Synthesis of 3,7-Disubstituted Imipramines by Palladium-Catalysed Amination/Cyclisation and Evaluation of Their Inhibition of Monoamine Transporters, Chem. Eur. J. 17, 10618-10627 (2011), G. S. Kottas, T. Brotin, P. F. H. Schwab,

K. Gala, Z. Havlas, J. P. Kirby, John R. Miller, J. Michl: Tetraarylcyclobutadienecyclopentadienylcobalt Complexes: Synthesis, Electronic Spectra, Magnetic Circular Dichroism, Linear Dichroism, and TD DFT Calculations, Organometallics, 33, 3251-3264 (2014)], fluoren-2-yl [K. Nakasuji, S. Akiyama, M. Nakagawa: Linear conjugated systems bering aromatic terminal groups. VIII. Syntheses and electronic spectra of Bis(4-biphenylyl)- and 2,2’-Difluorenylpoly-ynes, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 45, 883-891, (1972)], 9,9-dialkilo-fluoren-2-yl [S. H. Lee, T. Nakamura, T. Tsutsui: Synthesis and Characterization of Oligo(9,9-dihexyl-2,7-fluorene ethynylene)s: For Application as Blue Light-Emitting Diode, Org. Lett, 3, 2005-2007, (2001); X. Zhan, A. Haldi, C. Risko, C. K. Chan, W. Zhao, T. V. Timofeeva, A. Korlyukov, M. Yu. Antipin, S. Montgomery, E. Thompson, Z. An, B. Domercq, S. Barlow, A. Kahn, B. Kippelen, J-L. Bredasa, S. R. Marder: Fluorenyl-substituted silole molecules: geometric, electronic, optical, and device properties, J. Mater. Chem., 18, 3157-3166, (2008); D. Kumar, K. R. J. Thomas, C-P. Lee, K-C. Ho: Organic Dyes Containing Fluorene Decorated with Imidazole Units for Dye-Sensitized Solar Cells, J. Org. Chem., 79, 3159-3172, (2014)], jak również N-etylokarbazol-3-yl [S. Kato, H. Noguchi, A. Kobayashi, T. Yoshihara, S. Tobita, Y. Nakamura: Bicarbazoles: Systematic Structure-Property Investigations on a Series of Conjugated Carbazole Dimers, J. Org. Chem, 77, 9120-9133, (2012)].

W literaturze opisano sposób otrzymywania jedynie dwóch dipodstawionych grupami arylowymi, symetrycznych pochodnych acetylenu (ArC CAr), w których grupami arylowymi był N-etylokarbazol-3-yl lub N-etylokarbazol-2-yl [S. Kato, H. Noguchi, A. Kobayashi, T. Yoshihara, S. Tobita, Y. Nakamura: Bicarbazoles: Systematic Structure-Property Investigations on a Series of Conjugated Carbazole Dimers, J. Org. Chem, 77, 9120-9133, (2012)]. Metoda jest trójetapowa: w pierwszym etapie otrzymuje

PL 228 388 B1 się (trimetylosililoetynylo)-N-etylokarbazol, który w etapie drugim ulega hydrolizie do pochodnej etynylowej. Ta ostatnia pochodna w etapie trzecim ulega sprzęganiu z 3-jodo- lub 2-jodo-N-etylo-karbazolem. Układ katalityczny wykorzystany w sprzęganiu składał się ze związków palladu ([PdCl2(PPh3)2]) i miedzi (Cul), z dodatkiem PPh3, a jako rozpuszczalnik, jak również zasadę stosowano NEta.

W przypadku związków palladu (wykorzystywanych jako katalizator reakcji sprzęgania) w literaturze opisano przykłady gdzie [PdCl2(PPha)2] generowany był in situ w środowisku reakcji [D. Sun, S. V. Rosokha, J. K. Kochi: Through-Space (Cofacial) π-Delocalization among Multiple Aromatic Centers: Toroidal Conjugation in Hexaphenylbenzene-like Radical Cations, Angew. Chem. Int. Ed., 44, 5133-5136 (2005), Y. Wang, C. G. F. Cooper, B. S. Luisi, B. Moulton, J. C. MacDonald: Reaction of

1.2- bis(2,6-dicarboxypyridin-4-yl)ethyne and imidazole with Cu(II) generates a discrete complex not a coordination polymer: crystal structure of [p-4,4’-(1,2-ethynediyl)bis(pyridine-2,6-dicarboxylato)-N, O, ϋ’-μ-N', O, O]-diaqua-bis(imidazole)dicopper(II), Journal of Chemical Crystallography, 37, 299-308, (2007), A. Coskun, E. U. Akkaya: SignalRatio Amplification via Modulation of Resonance Energy Transfer: Proof of Principle in an Emission Ratiometric Hg(II) Sensor J. Am. Chem. Soc., 128, 14474-14475, (2006), P. K. Lo, K. F. Li, M. S. Wong, K. W. Cheah: Synthesis and Structure-Linear and StructureNonlinear Optical Properties of Multi-Dipolar Zigzag Oligoaryleneethynylenes, J. Org. Chem., 72, 6672-6679 (2007), J. T. Guan, T. Q. Weng, G.-A. Yu, S. H. Liu: Copper-free PdCl₂/PPh3-catalyzed Sonogashira coupling reaction of aryl bromides with terminal alkynes in water, Tetrahedron Letters, 48, 7129-7133, (2007)].

W literaturze nie opisano jak dotąd jednoetapowej metody syntezy dipodstawionych pochodnych acetylenu typu ArC CAr, gdzie podstawnik Ar byłby karbazylem, N-podstawionym, a reagentami były gazowy acetylen i halogenek karbazylowy, natomiast związki palladu ([PdCb(trzeciorzędowa fosfina)2]) wykorzystywane w roli katalizatora, były generowane in situ. Jedyny opis syntezy związków typu ArC=CAr z gazowego acetylenu i halogenków arylowych lub heteroarylowych dotyczy otrzymywania

1.2- bis(2,2'-bitiofen-5-ylo)acetylenu w reakcji jodobitiofenu z gazowym acetylenem w obecności katalizatora palladowo-miedziowego [S. Krompiec, S. Kula, M. Filapek, T. Flak, I. Grudzka, Nowa pochodna acetylenu oraz sposób jej otrzymywania, polskie zgłoszenie patentowe, P.402458]. Jednakże jodoaren i jodoheteroaren bardzo różnią się reaktywnością (zależną od natury podstawnika arylowego i heteroarylowego), a jodobitiofen jest szczególnie reaktywnym układem. Zawdzięcza to pi-nadmiarowości układu bitiofenowego odróżniającej ten układ (gdy chodzi o reaktywność w reakcjach sprzęgania i innych, np. substytucji) od jodków arylowych, do których należą 3-jodo-N-alkilokarbazole. Co prawda pirol jest także układem pi-nadmiarowym ale karbazol (dibenzopirol) już w znacznie mniejszym stopniu, szczególnie, że w reakcji bierze udział pierścień benzenowy, a nie pirolowy. Ponadto obecność podstawnika alkilowego przy atomie azotu ma zasadniczy wpływ na rozpuszczalność i reaktywność N-alkilojodokarbazolu, w porównaniu do reaktywności niepodstawionego jodobitiofenu.

Znane z literatury sposoby syntezy dipodstawionych grupami arylowymi, symetrycznych pochodnych acetylenu typu ArC CAr, w tym także sposób syntezy 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenu mają tę główną wadę, że są wieloetapowe, a co za tym idzie czasochłonne, kosztowne i uciążliwe. W pierwszym etapie otrzymuje się bowiem (trimetylosililoetynylo)aryl lub (trimetylosililoetynylo)heteroaryl, następnie w etapie drugim etynyloaryl lub etynyloheteroaryl, który w etapie trzecim sprzęga się z jodoarylem otrzymując finalny produkt, to jest dipodstawioną pochodną acetylenu typu ArC CAr.

Celem niniejszego wynalazku stało się wyeliminowanie powyższych wad poprzez opracowanie sposobu jednoetapowego, ponadto prostego technologicznie i efektywnego.

Niektóre elementy rozwiązania według wynalazku, to jest acetylen, jodoareny i jodoheteroareny jako reagenty w reakcjach sprzęgania, fosfinowe kompleksy palladu i jodek miedzi jako układy katalityczne są opisane w literaturze, co zreferowano powyżej. Ponadto generowanie aktywnych form z prostych prekursorów jest szeroko znane dla wielu reakcji, jednakże nie dla sprzęgania jak w metodzie w niniejszym wynalazku. Tym bardziej więc połączenie wszystkich tych elementów jest zaskakujące i nieoczywiste gdy chodzi o jego efektywność w odniesieniu do otrzymywania dipodstawionych motywami karbazolowymi pochodnych acetylenu.

Istotę wynalazku stanowi sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów, będących acetylenowymi pochodnymi karbazolu, gdzie alkil to grupa alkilowa od C1 do C20, prostołańcuchowa lub rozgałęziona, charakteryzujący się tym, że w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie szeregowo połączonych, korzystnie trzech reaktorów, generuje się in situ katalizator [PdCb(trzeciorzędowa fosfina)2], poprzez ogrzewanie w czasie co najmniej 5 minut, korzystnie 30 minut, w temperaturze od

PL 228 388 B1

40°C do temperatury wrzenia mieszaniny zawierającej PdCl2 i trzeciorzędową fosfinę, w proporcjach molowych odpowiednio od 0,02 do 0,05 mol, korzystnie 0,025 mol trzeciorzędowej fosfiny na 0,01 mol PdCl2, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, korzystnie w acetonie, w proporcjach od 0,2 do 2 dm 3, korzystnie 1 dm³ ketonu na 0,01 mol PdCl2. Następnie do wygenerowanego in situ katalizatora [PdCl2(trzeciorzędowa fosfina)2], w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie reaktorów, w atmosferze gazu obojętnego, korzystnie w atmosferze argonu, dodaje się do każdego z reaktorów kolejno 3-jodo-N-alkilokarbazol, Cul oraz drugo- lub trzeciorzędową aminę o temperaturze wrzenia poniżej 200°C, korzystnie trietyloaminę, w proporcjach molowych odpowiednio od 100 : 0,1 : 200 do 100 : 100 : 1000, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, korzystnie w acetonie, w proporcjach od 0,1 do 1 dm 3, korzystnie 0,5 dm³ ketonu na 1 mol 3-jodo-N-alkilokarbazolu, po czym przez tak przygotowaną mieszaninę reakcyjną przepuszcza się gazowy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. W trakcie przepuszczania acetylenu przez przygotowaną uprzednio mieszaninę reakcyjną, zawartość każdego reaktora miesza się intensywnie w dowolny sposób. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach mieści się w przedziale od 1 do 10 mol/h, czas przepuszczania acetylenu wynosi co najmniej 3 h, korzystnie 6 h, natomiast temperatura reakcji jest utrzymywana w przedziale od 0 do 60°C, korzystnie od 20 do 30°C. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach, odparowuje się z niej lotne frakcje, korzystnie za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej, łącząc je w jedną mieszaninę poreakcyjną jeśli stosowano kaskadę reaktorów, natomiast stałą pozostałość poddaje się chromatografii kolumnowej, korzystnie na żelu krzemionkowym, stosując korzystnie technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluuje się za pomocą ciekłego, nasyconego węglowodoru lub mieszaniny ciekłych węglowodorów nasyconych, korzystnie za pomocą heksanu z dodatkiem trietyloaminy, korzystnie w przedziale 1 do 5%. Produkty finalne, którymi są 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetyleny otrzymuje się w postaci ciał stałych lub olejów, białych lub żółtych, o różnej głębokości tej barwy. Pallad z układu katalitycznego odzyskuje się w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową, po zakończeniu chromatografii.

Korzystnie, jako trzeciorzędową fosfinę do generowania katalizatora palladowego in situ, stosuje się triaryloksyfosfinę, najkorzystniej trifenoksyfosfinę.

Korzystnie, natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną, w wariancie z reaktorem pojedynczym, mieści się w granicach od 2 do 4 mol/h.

Korzystnie, natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną, w wariancie z kaskadą reaktorów, mieści się w granicach od 6 do 8 mol/h.

W rozwiązaniu według wynalazku połączono następujące elementy stanowiące o jego istocie i zaletach: reagentem zawierającym motyw acetylenowy jest gazowy acetylen, rozpuszczalnikiem jest keton alifatyczny lub cykliczny, szczególnie aceton, źródłami motywów karbazolowych są jodopochodne karbazolu, katalizator palladowy jest generowany in situ z najtańszego związku palladu, to jest z chlorku palladu(II) triarylofosfiny, szczególnie trifenoksyfosfiny.

Nieoczekiwanie, połączenie tych elementów okazało się niezwykle efektywne mimo, iż reagenty arylowe, to jest jodokarbazole zasadniczo różnią się reaktywnością od jodobitiofenu - są zdecydowanie mniej reaktywne. Zastosowane ketony alifatyczne lub cykliczne, szczególnie bardzo tani aceton, okazały się bardzo dobrym środowiskiem do generowania in situ aktywnego katalizatora palladowego typu [PdCl2(triarylofosfina)2]. Ponadto generowanie aktywnej formy z prekursorów, to jest chlorku palladu(II) i triarylofosfin przebiega szybko i efektywnie, a nadmiar triarylofosfiny nie wpływa niekorzystnie na efektywność układu katalitycznego. Nie obserwowano również reakcji ubocznych, na przykład rozpuszczalników z prekursorami, szczególnie z chlorkiem palladu.

Z zastosowania w sposobie według wynalazku ketonu, korzystnie acetonu, jako rozpuszczalnika do sprzęgania 3-jodo-N-alkilokarbazoIu z acetylenem wynika wiele zalet, z których najważniejsze to wysoka rozpuszczalność acetylenu w tego rodzaju rozpuszczalnikach, ogólna dostępność i niska cena tego rodzaju rozpuszczalników, zwłaszcza acetonu oraz jego niska toksyczność.

Zastosowanie kaskady reaktorów jest korzystne w stosunku do wariantu z reaktorem pojedynczym, pozwala mianowicie na lepsze wykorzystanie gazowego reagenta, to jest acetylenu. Ponadto pozwala na zwiększenie wydajności produktu, umożliwia bowiem otrzymanie n-krotnie więcej produktu finalnego w jednostce czasu, (gdzie n to liczba reaktorów w kaskadzie), bez konieczności stosowania

PL 228 388 Β1 reaktora o znacznie większej objętości, trudniejszego w obsłudze i sterowaniu, bardziej wymagającego gdy chodzi o mieszanie i barbotaż gazu.

Reakcję otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów według wynalazku przedstawiono ogólnie na schemacie 1, na którym amina oznacza drugo- lub trzeciorzędową aminę o temperaturze wrzenia poniżej 200°C, na przykład trietyloaminę, R¹ oznacza grupę alkilową od Ci do C20, prostołańcuchową lub rozgałęzioną, natomiast a oznacza układ katalityczny stanowiący katalizator palladowo-miedziowy składający się z wygenerowanego in situ [PdCl2(triarylofosfina)2], na przykład [PdCI₂(P(OPh)3)₂] oraz Cul.

Schemat I

Sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetylenów według wynalazku zostanie bliżej wyjaśniony na podstawie poniższych przykładów.

Przykład 1

Jednostopniowa synteza 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylenu.

1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylen otrzymano w reakcji 3-jodo-N-decylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności trietyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w acetonie, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego. Przykładowy sposób zrealizowano zgodnie ze schematem 1, przy czym jako aminę zastosowano trietyloaminę, natomiast jako a zastosowano układ katalityczny składający się z [PdCl2(P(OPh)3)2] i Cul.

W pojedynczym reaktorze przygotowano mieszaninę zawierającą 0,001 mola PdCb i 0,0025 mola P(OPh)3, oraz 0,3 dm³ suchego acetonu. Tak przygotowaną mieszaninę ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 35 minut. W kolejnym kroku do wygenerowanego in situ [PdCl2(P(OPh)3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-decylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola trietyloaminy oraz 0,2 dm³ suchego acetonu, po czym przepuszczano przez nią gazowy, suchy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm, intensywnie mieszając mieszadłem magnetycznym. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę wynosiło od 2 do 4 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 6 h, natomiast temperaturę mieszaniny reakcyjnej utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3% dodatkiem trietyloaminy otrzymując 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylen w postaci żółtego oleju, z wydajnością 52% w przeliczeniu na 3-jodo-N-decylokarbazol (20% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

Przykład 2

Otrzymywanie 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylenu w układzie kaskady trzech reaktorów.

1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylen otrzymano w reakcji 3-jodo-N-decylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności trietyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w acetonie, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego czyli zgodnie ze schematem 1, przy czym jako aminę zastosowano trietyloaminę, natomiast jako a zastosowano układ katalityczny [PdCl2(P(OPh)3)2] i Cul.

Sposób realizowano w trzech jednakowych reaktorach, połączonych szeregowo i tworzących kaskadę. Wszystkie trzy reaktory wypełniono identycznymi mieszaninami zawierającymi 0,001 mola PdCb i 0,0025 mola P(OPh)3, oraz 0,3 dm³ suchego acetonu. Tak przygotowane mieszaniny ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 40 minut. W kolejnym kroku do każdego z reaktorów z wygenerowanym in situ [PdCl2(P(OPh)3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-decylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola trietyloaminy oraz 0,2 dm³ suchego acetonu. Przez mieszaninę wypełniającą pierwszy reaktor w kaskadzie przepuszczono gazowy, suchy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. Acetylen po wyjściu z pierwszego reaktora

PL 228 388 B1 wprowadzono do reaktora drugiego, a po przejściu gazu przez ten reaktor wprowadzano go do reaktora trzeciego. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaniny wynosiło od 3 do 5 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 8 h, natomiast temperaturę mieszanin reakcyjnych utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C, przy czym w trakcie przepuszczania acetylenu przez mieszaniny w reaktorach intensywnie je mieszano mieszadłami magnetycznymi. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez kaskadę reaktorów, połączono mieszaniny poreakcyjne ze wszystkich trzech reaktorów kaskady i odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3% dodatkiem trietyloaminy otrzymując 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylen w postaci żółtego oleju, z wydajnością 41% w przeliczeniu na 3-jodo-N-decylokarbazol (45% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

P r z y k ł a d 3

Jednostopniowa synteza 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylenu.

1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylen otrzymano w reakcji 3-jodo-N-etylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności trietyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w acetonie, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego. Przykładowy sposób zrealizowano zgodnie ze schematem 1, przy czym jako aminę zastosowano trietyloaminę, natomiast jako a zastosowano układ katalityczny [PdCl2(P(OPh)3)2] i Cul.

W pojedynczym reaktorze przygotowano mieszaninę zawierającą 0,001 mola PdCl2 i 0,0025 mola P(OPh)3, oraz 0,3 dm³ suchego acetonu. Tak przygotowaną mieszaninę ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 30 minut. W kolejnym kroku do wygenerowanego in situ [PdCb(P(OPh)3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-etylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola trietyloaminy oraz 0,2 dm³ suchego acetonu, po czym przepuszczano przez nią gazowy, suchy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm, intensywnie mieszając mieszadłem magnetycznym. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę wynosiło od 2 do 4 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 5 h, natomiast temperaturę mieszaniny reakcyjnej utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3% dodatkiem trietyloaminy otrzymując 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylen w postaci białe ciało stałe, z wydajnością 58% w przeliczeniu na 3-jodo-N-etylokarbazol (22% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

P r z y k ł a d 4

Otrzymywanie 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylenu w układzie kaskady trzech reaktorów.

1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylen otrzymano w reakcji 3-jodo-N-etylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności trietyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w acetonie, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego czyli zgodnie ze schematem 1, przy czym jako aminę zastosowano trietyloaminę, natomiast jako a zastosowano układ katalityczny [PdCb(P(OPh)3)2] i Cul.

Sposób realizowano w trzech jednakowych reaktorach, połączonych szeregowo i tworzących kaskadę. Wszystkie trzy reaktory wypełniono identycznymi mieszaninami zawierającymi 0,001 mola PdCl2 i 0,0025 mola P(OPh)3, oraz 0,3 dm³ suchego acetonu. Tak przygotowane mieszaniny ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 35 minut. W kolejnym kroku do każdego z reaktorów z wygenerowanym in situ [PdCl2(P(OPh)3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-etylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola trietyloaminy oraz 0,2 dm³ suchego acetonu. Przez mieszaninę wypełniającą pierwszy reaktor w kaskadzie przepuszczono gazowy, suchy acetylen o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. Acetylen po wyjściu z pierwszego reaktora wprowadzono do reaktora drugiego, a po jego przejściu do reaktora trzeciego. Natężenie przepływu acetylenu przez mieszaniny reakcyjne wynosiło od 3 do 5 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 7 h, natomiast temperaturę mieszaniny reakcyjnych utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C, przy czym w trakcie przepuszczania acetylenu przez mieszaniny w reaktorach intensywnie je mieszano mieszadłami mechanicznymi. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez kaskadę reaktorów, połączono mieszaniny poreakcyjne ze wszystkich trzech reaktorów kaskady odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3%

PL 228 388 B1 dodatkiem trietyloaminy otrzymując 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylen w postaci białego ciała stałego, z wydajnością 48% w przeliczeniu na 3-jodo-N-etylokarbazol (46% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

P r z y k ł a d 5

Otrzymywanie 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylenu w układzie kaskady trzech reaktorów.

1.2- bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylenu otrzymano w reakcji 3-jodo-N-decylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności diizopropyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w roztworze 2-butanonu, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego, zgodnie ze schematem 1.

Sposób realizowano w trzech jednakowych reaktorach, połączonych szeregowo i tworzących kaskadę. Wszystkie trzy reaktory wypełniono identycznymi mieszaninami zawierającymi 0,001 mola PdCl2 i 0,0025 mola PPh3, oraz 0,3 dm³ 2-butanonu. Tak przygotowane mieszaniny ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 40 minut. W kolejnym kroku do każdego z reaktorów z wygenerowanym in situ [PdCl2(PPh)3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-decylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola diizopropyloaminy oraz 0,2 dm³ 2-butanonu. Przez roztwór wypełniający pierwszy reaktor w kaskadzie przepuszczono gazowy, suchy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. Acetylen po wyjściu z pierwszego reaktora wprowadzono do reaktora drugiego, a po jego przejściu przez ten reaktor do reaktora trzeciego. Natężenie przepływu acetylenu przez roztwór wynosiło od 3 do 5 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 8 h, natomiast temperaturę mieszaniny reakcyjnej utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C, przy czym w trakcie przepuszczania acetylenu przez roztwór intensywnie go mieszano mieszadłem magnetycznym. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez kaskadę reaktorów, połączono mieszaniny poreakcyjne ze wszystkich trzech reaktorów kaskady i odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3% dodatkiem trietyloaminy. Otrzymano 1,2-bis(N-decylokarbazol-3-ylo)acetylenu w postaci żółtego oleju z wydajnością 36% w przeliczeniu na 3-jodo-N-decylokarbazol (44% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

P r z y k ł a d 6

Otrzymywanie 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylenu w układzie kaskady trzech reaktorów.

1.2- bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylenu otrzymano w reakcji 3-jodo-N-etylokarbazolu z gazowym acetylenem, w obecności diizopropyloaminy jako czynnika wiążącego jodowodór, w roztworze 2-butanonu, w obecności katalizatora palladowo-miedziowego, zgodnie ze schematem 1.

Sposób realizowano w trzech jednakowych reaktorach, połączonych szeregowo i tworzących kaskadę. Wszystkie trzy reaktory wypełniono identycznymi mieszaninami zawierającymi 0,001 mola PdCl2 i 0,0025 mola PPh3, oraz 0,3 dm³ 2-butanonu. Tak przygotowane mieszaniny ogrzewano do wrzenia, a następnie gotowano przez 35 minut. W kolejnym kroku do każdego z reaktorów z wygenerowanym in situ [PdCl2(PPh3)2] dodano mieszaninę zawierającą 0,1 mola 3-jodo-N-etylokarbazolu, 0,01 mola Cul, 0,22 mola diizopropyloaminy oraz 0.2 dm³ 2-butanonu. Przez roztwór wypełniający pierwszy reaktor w kaskadzie przepuszczono gazowy, suchy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm. Acetylen po wyjściu z pierwszego reaktora wprowadzono do reaktora drugiego, a po jego przejściu przez ten reaktor do reaktora trzeciego. Natężenie przepływu acetylenu przez roztwory wynosiło od 3 do 5 mol/h, czas przepuszczania acetylenu to 7 h, natomiast temperatury mieszanin reakcyjnych utrzymywano w przedziale od 20 do 30°C, przy czym w trakcie przepuszczania acetylenu przez roztwory intensywnie je mieszano mieszadłami magnetycznymi. Po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez kaskadę reaktorów, połączono mieszaniny poreakcyjne ze wszystkich trzech reaktorów kaskady i odparowano lotne frakcje za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej. Stałą pozostałość poddano chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, stosując technikę ekstrakcji z fazy stałej. Czysty produkt eluowano za pomocą heksanu z 3% dodatkiem trietyloaminy. Otrzymano 1,2-bis(N-etylokarbazol-3-ylo)acetylenu w postaci białego ciała stałego z wydajnością 40% w przeliczeniu na 3-jodo-N-etylokarbazol (44% w przeliczeniu na acetylen). Po zakończeniu chromatografii z układu katalitycznego odzyskano pallad w postaci tetrachloropalladanu, z wydajnością praktycznie ilościową.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania 1,2-bis(N-alkilokarbazol-3-ylo)acetyIenów, będących acetylenowymi pochodnymi karbazolu, gdzie alkil to grupa alkilowa od Ci do C20, prostołańcuchowa lub rozgałęziona, znamienny tym, że w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie szeregowo połączonych, korzystnie trzech reaktorów, generuje się in situ katalizator [PdCb(trzeciorzędowa fosfina)2], poprzez ogrzewanie w czasie co najmniej 5 minut, korzystnie 30 minut, w temperaturze od 40°C do temperatury wrzenia mieszaniny zawierającej PdCl2 i trzeciorzędową fosfinę, w proporcjach molowych odpowiednio od 0,02 do 0,05 mol, korzystnie 0,025 mol trzeciorzędowej fosfiny na 0,01 mol PdCl2, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, korzystnie w acetonie, w proporcjach od 0,2 do 2 dm³, korzystnie 1 dm³ ketonu na 0,01 mol PdCl2, następnie do wygenerowanego in situ katalizatora [PdCb(trzeciorzędowa fosfina)2], w reaktorze pojedynczym lub w kaskadzie reaktorów, w atmosferze gazu obojętnego, korzystnie w atmosferze argonu dodaje się do każdego z reaktorów kolejno 3-jodo-N-alkilokarbazol, Cul oraz drugo- lub trzeciorzędową aminę o temperaturze wrzenia poniżej 200°C, korzystnie trietyloaminę, w proporcjach molowych odpowiednio od 100 : 0,1 : 200 do 100 : 100 : 1000, w rozpuszczalniku w postaci ketonu alifatycznego lub cyklicznego typu alkilC(O)alkil, którego cząsteczki zawierają do sześciu atomów węgla, korzystnie w acetonie, w proporcjach od 0,1 do 1 dm³, korzystnie 0,5 dm³ ketonu na 1 mol 3-jodo-N-alkilokarbazolu, po czym przez tak przygotowaną mieszaninę reakcyjną przepuszcza się gazowy acetylen, o zawartości poniżej 100 ppm H2O oraz zawartości tlenu poniżej 10 ppm, mieszając intensywnie zawartość każdego reaktora w dowolny sposób, przy czym natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach mieści się w przedziale od 1 do 10 mol/h, czas przepuszczania acetylenu wynosi co najmniej 3 h, korzystnie 6 h, natomiast temperaturę reakcji utrzymuje się w przedziale od 0 do 60°C, korzystnie od 20 do 30°C, po czym, po zakończeniu przepuszczania acetylenu przez mieszaninę reakcyjną w reaktorze/reaktorach, odparowuje się z niej lotne frakcje, korzystnie za pomocą próżniowej wyparki rotacyjnej, łącząc je w jedną mieszaninę poreakcyjną jeśli stosowano kaskadę reaktorów, a stałą pozostałość poddaje się chromatografii kolumnowej, korzystnie na żelu krzemionkowym, stosując korzystnie technikę ekstrakcji z fazy stałej, a czysty produkt eluuje się za pomocą ciekłego, nasyconego węglowodoru lub mieszaniny ciekłych węglowodorów nasyconych, korzystnie za pomocą heksanu z dodatkiem trietyloaminy, korzystnie w przedziale 1 do 5%.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako trzeciorzędową fosfinę do generowania katalizatora palladowego in situ, stosuje się triaryloksyfosfinę, najkorzystniej trifenoksyfosfinę.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną, w wariancie z reaktorem pojedynczym, mieści się w granicach od 2 do 4 mol/h.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natężenie przepływu acetylenu przez mieszaninę reakcyjną, w wariancie z kaskadą reaktorów, mieści się w granicach od 6 do 8 mol/h.