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)

Syntéza DPP pigmentů:

Známé syntézy alkoxybenzonitrilů:

Alkoxybenzonitrily cestou 4: Možnost využít dialkylkarbonáty jako alkylační činidla RX ?!

Proč methylace dialkylkarbonátem? Srovnání běžně užívaných alkylačních činidel: ČinidloVýhodyNevýhody Halogenalkany R-X Levné, reaktivníTěkavé, toxické, často nutné použít v přebytku Dialkylsulfáty R-OSO 2 O-R Levné, reaktivnítoxické Estery sulfonových kyselin R-OSO 2 -R reaktivníRel. drahé, tvorba RSO 3 - jako nežádoucích, těžko využitelných vedl.produktů, zvyšujících CHSK odp.vod Dialkyl- karbonáty R-OCOO-R Levné, selektivní, vedl. produkty CO 2 a příslušný alkohol, toxicita asi jako příslušný alkohol, výroba z CO 2 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.: 2-4 o C; b.v.: 90 o C) -výchozí látka pro výrobu některých polykarbonátů, antidetonační přísada Světová produkce DMC: 100 kt/rok, cena: 15EUR/kg (r.2002)

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)

Ethylace diethylkarbonátem v přítomnosti uhličitanu draselného: Podmínky reakce: bez inertizace, ale s omezením přístupu vzdušné vlhkosti, za normálního tlaku Reakční teplota: °C Reakční čas: 40-50h

DMA málo toxický (LD 50 =4300 mg/kg a bez dráždivých účinků, ale teratogen Má optimální bod varu (165 o C bez rozkladu) Stabilní (oproti DMF) dobře recyklovatelné rozpouštědlo Jako rozpouštědlo při alkylacích dialkylkarbonáty se běžně používá DMF Proč záměna DMF za N,N-dimethylacetamid (DMA)?

Námi zkoumané reakce dialkylkarbonátů: Alkylace:

Aparatura pro reakce s dialkylkarbonáty v DMA s použitím anorganických bazí:

Kondenzace (diethylkarbonát jako dehydratační činidlo): Podmínky reakce: bez inertizace, ale s omezením přístupu vzdušné vlhkosti, za normálního tlaku, Během reakce oddestilovává ethanol+diethylkarbonát Reakční teplota: °C Reakční čas: 40-50h

Známé reakce dialkylkarbonátů:

Syntéza alkoxybenzonitrilů cestou 4: 2. krok: kondenzace hydroxylaminu (generovaného z NH 2 OH.HCl a NaOH) s benzaldehydy ve vodném alkoholu, izolace krystalizací:

3. krok: dehydratace oximu vhodným dehydratačním činidlem, půjde to dialkylkarbonátem?: 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, K 2 CO 3, AcOK, K 3 PO 4

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:

Ověření možnosti syntézy alkoxybenzonitrilů z příslušných hydroxybenzaldehydů ve 2 krocích: 2. krok: reakce hydroxybenzaldehydoximu s dialkylkarbonátem v přítomnosti K 3 PO 4 v DMA, izolace odpařením reakční směsí a krystalizací: R = H R = Me, Et, Pr, Bu R = Me, Et, Pr, Bu

Izolace reakční směsi, vakuová destilace kapalných složek r.s.:

Vliv použitého dialkylkarbonátu na konverzi hydroxybenzaldoximu: Při použití 3 mol (RO) 2 CO a 2 mol K 2 CO 3 na 1 mol hydroxybenzaldoximu v 1 litru DMA:

Eintopf syntéza alkoxybenzonitrilů z hydroxybenzaldehydů (3 kroky bez meziizolace): Podmínky reakce: bez inertizace, ale s omezením přístupu vzdušné vlhkosti, za normálního tlaku R = CH 3 Reakční teplota: 1. 24h lab.T, °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: