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