Transcript prezentace

Využití dialkylkarbonátů pro
získávání alkoxybenzonitrilů z
příslušných
hydroxybenzaldoximů
Tomáš Weidlich
Skupina chemických technologií
UECHI, FCHT, Univerzita Pardubice
Proč alkoxybenzonitrily?
• Složky látek vonných a chuťových (parfémů,
zvýrazňovačů sladidel), dále intermediáty pro
výrobu heterocyklických sloučenin (léčiv)
AlkO
N
G
A
AlkO
NH
X
AlkO
N
Y
Z
Syntéza DPP pigmentů:
Známé syntézy alkoxybenzonitrilů:
X
CH3 NH3, O2
kat.
- H2O
RO
X
CN + OR-
RO
CN
-X-
RO
CN
Známé syntézy alkoxybenzonitrilů:
HO
HO
RO
COOH
CHO
RO
CONH2 - H2O
CH=NOH
RO
CN
RO
CN
Alkoxybenzonitrily cestou 4:
HO
CHO
R X
RO
CHO
NH2OH
RO
CH=NOH èinidlo?
- H2O
krok 1
RO
CN
- H2O
krok 2
krok 3
R X = RO-SO2-OR, R-halogen, RSO3R,
èinidla: POCl3, RSO3Cl, P2O5,
(RO)2CO
Možnost využít dialkylkarbonáty jako
alkylační činidla RX ?!
HO
O
RO
OR
CHO
R X
RO
CHO
Proč methylace dialkylkarbonátem?
Srovnání běžně užívaných alkylačních činidel:
Činidlo
Výhody
Nevýhody
Halogenalkany
R-X
Levné, reaktivní
Těkavé, toxické, často nutné
použít v přebytku
Dialkylsulfáty
R-OSO2O-R
Levné, reaktivní
toxické
Estery
sulfonových
kyselin
R-OSO2-R
reaktivní
Rel. drahé, tvorba RSO3- jako
nežádoucích, těžko
využitelných vedl.produktů,
zvyšujících CHSK odp.vod
Dialkylkarbonáty
R-OCOO-R
Levné, selektivní, vedl.
produkty CO2 a příslušný
alkohol, toxicita asi jako
příslušný alkohol, výroba z
CO2 a alkoholu
Málo reaktivní, vyžaduje delší
reakční časy a vyšší teploty
1,2-dihydroxyaromáty nelze
alkylovat (vzniká cyklický
karbonát)
Výroba a aplikace dialkylkarbonátů:
-Nejdůležitější: dimethylkarbonát DMC (b.t.: 2-4oC; b.v.: 90oC)
-výchozí látka pro výrobu některých polykarbonátů, antidetonační
přísada
Světová produkce DMC: 100 kt/rok, cena: 15EUR/kg (r.2002)
O
+
2 CH3OH
C
Cl
báze
Cl
- 2 HCl
2 NO
2 CH3OH
2 R
PdCl2
ONO + CO
- 2 NO
CH2 1/2 O2
CH2
kat.
+ CO2
O
O
O
O
O
H3C
C
O
- HOCH2CH2OH
O
CH3
HO
CHO
RO
R X
CHO
R-X = dialkylkarbonát
• Poměrně dobře je popsána methylace fenolů
dimethylkarbonátem, ta ale díky nízké teplotě varu
dimethylkarbonátu obvykle prováděna v autoklávu nebo za
speciálních podmínek (např. methylace v plynné fázi na
heterogenním katalyzátoru)
O
O C OCH3 - CH3OH
O
OH
+
CH3O C OCH3
- CH3OH
- CO2
OCH3
Ethylace diethylkarbonátem v přítomnosti
uhličitanu draselného:
OH
OK
+
+ KHCO3
K2CO3
R
R
1
OK
CH3CH2O
+
R
CH3CH2O
C O
DMA
KHCO3
- K2CO3
OCH2CH3
+ CH3CH2OH + CO2
R
2
Podmínky reakce: bez inertizace, ale s omezením
přístupu vzdušné vlhkosti, za normálního tlaku
Reakční teplota: 135-140°C
Reakční čas: 40-50h
Jako rozpouštědlo při alkylacích
dialkylkarbonáty se běžně používá DMF
Proč záměna DMF za
N,N-dimethylacetamid (DMA)?
• DMA málo toxický (LD50=4300 mg/kg a bez dráždivých
účinků, ale teratogen
• Má optimální bod varu (165oC bez rozkladu)
• Stabilní (oproti DMF) dobře recyklovatelné rozpouštědlo
Námi zkoumané reakce dialkylkarbonátů:
Alkylace:
Et
OH
O
+ n O
O
G
Et
OH
DEC, K2CO3
DMA
OH 135oC/48h
OEt
DMA, K2CO3
- CO2, - EtOH
G
OEt
O
O
OEt
O
REAKÈNÍ SMÌ S NEOBSAHUJE!
Aparatura pro
reakce s
dialkylkarbonáty
v DMA s použitím
anorganických
bazí:
Kondenzace (diethylkarbonát jako dehydratační činidlo):
CHO
H3CO
+
CH3CH2O
CH3CH2O
HO
K2CO3
C O
H
C
H3CO
+ CH3CONMe2
CH CONMe2
EtO
Podmínky reakce:
bez inertizace, ale s omezením přístupu vzdušné vlhkosti, za
normálního tlaku,
Během reakce oddestilovává ethanol+diethylkarbonát
Reakční teplota: 135-140°C
Reakční čas: 40-50h
+ CH3 C
C
G
OEt
O
H
+ O
NMe2
O
C
OEt
H
K2CO3 or
K3PO4
C
G
C
H
1
DMA
DEC
O
2
+ CO2 + 2 EtOH
C
NMe2
Známé reakce dialkylkarbonátů:
Syntéza alkoxybenzonitrilů cestou 4:
HO
CHO
R X
RO
CHO
RO
NH2OH
CH=NOH èinidlo?
- H2O
krok 1
RO
- H2O
krok 2
krok 3
R X = RO-SO2-OR, R-halogen, RSO3R,
èinidla: POCl3, RSO3Cl, P2O5,
(RO)2CO
2. krok: kondenzace hydroxylaminu (generovaného z
NH2OH.HCl a NaOH) s benzaldehydy ve vodném alkoholu,
izolace krystalizací:
RO
CH
O
NH2OH
CN
RO
CH
N
OH
+ H2O
3. krok: dehydratace oximu vhodným dehydratačním
činidlem, půjde to dialkylkarbonátem?:
RO
O
CH
N
OH
báze
+ 2 RO
C
OR
RO
C
polární
aprotické
rozpouštì dlo
N
+ 2 CO2 + 3 ROH
Volba vhodného reakčního prostředí:
Bez polárního aprotického rozpouštědla je dehydratace velmi pomalá (za varu
dialkylkarbonátu)
1) Volba vhodného rozpouštědla
Naše volba: N,N-dimethylacetamid (DMA místo DMF), důvody:
a) DMA málo toxický (LD50 = 4300 mg/kg a bez dráždivých účinků, (teratogen)
b) Má optimální bod varu (165oC bez rozkladu)
c) Stabilní (ve srovnání s DMF) dobře recyklovatelné rozpouštědlo
2) Volba vhodné báze: zkoušeny NaH, NaOEt, K2CO3, AcOK, K3PO4
Použitá aparatura
pro syntézu
alkoxybenzonitrilů:
Ověření možnosti syntézy alkoxybenzonitrilů z
příslušných hydroxybenzaldehydů ve 2 krocích:
1. krok: kondenzace hydroxylaminu (generovaného z
NH2OH.HCl a NaOH) s hydroxybenzaldehydy (R = H) ve
vodném alkoholu, izolace krystalizací:
RO
CH
O
NH2OH
RO
CH
N
OH
+ H2O
Ověření možnosti syntézy alkoxybenzonitrilů z
příslušných hydroxybenzaldehydů ve 2 krocích:
2. krok: reakce hydroxybenzaldehydoximu s
dialkylkarbonátem v přítomnosti K3PO4 v DMA , izolace
odpařením reakční směsí a krystalizací:
O
RO
CH
N
OH
báze
+ 2 RO
R=H
C
OR
polární
aprotické
rozpouštì dlo
R = Me, Et, Pr, Bu
RO
C
N
+ 2 CO2 + 3 ROH
R = Me, Et, Pr, Bu
Izolace reakční směsi, vakuová
destilace kapalných složek r.s.:
Vliv použitého dialkylkarbonátu na
konverzi hydroxybenzaldoximu:
HO
CH N OH + (RO)2CO
K2CO3
DMA
RO
C N + RO
CH N OH
Při použití 3 mol (RO)2CO a 2 mol K2CO3 na 1 mol hydroxybenzaldoximu v 1 litru DMA:
Podmínky
reakce
20 h/150oC
48 h /150oC
88 h /150oC
Reakce s (MeO)2CO, Reakce s (EtO)2CO
Obsah
Obsah
4methoxybenzonitrilu 4-ethoxybenzonitrilu
74,1 %
73,5 %
100 %
90,1 %
100 %
100 %
Reakce s (BuO)2CO
Obsah
4-butoxybenzonitrilu
62,1 %
79,3 %
100 %
Eintopf syntéza alkoxybenzonitrilů z
hydroxybenzaldehydů (3 kroky bez
meziizolace):
CHO
HO
1. NH2OH
2. (RO)2CO
DMA/K2CO3
C N
RO
Podmínky reakce: bez inertizace, ale s omezením přístupu
vzdušné vlhkosti, za normálního tlaku
R = CH3
Reakční teplota:
1. 24h lab.T,
2. 145-150°C/72 h
Shrnutí:
• Alkoxybenzonitrily lze syntetizovat v
dobrém výtěžku z příslušných
hydroxybenzaldehydů s použitím
dialkylkarbonátů a báze v prostředí DMA
(nebo tetraethylmočoviny,…)
Syntéza selhává za podmínek, kdy:
• přítomnost halogenu v poloze ortho vůči
OH skupině hydroxybenzaldehydu
Děkuji Vám za pozornost
Možnosti získávání
dialkylkarbonátů bez užití CO:
O
+ CO2
2 NH3 + CO2
(a)
O
(b)
- H2O
O
2 R-OH +
O
O
R
O
O
R
NH2-CO-NH2 + 2 R-OH