203514. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aromás aldehidek előállítására
1 HU 203 514 B 2 Találmányunk tárgya (I) általános képlett! aldehidek (II) általános képlett! savkloridokból való előállítására vonatkozik. A képletekben R1 és R5 jelentése hidrogénatom, R2 és R4 jelentése hidrogénatom vagy 1-4 szénatomos alkoxicsoport, R3 jelentése hidrogénatom, halogénatom, 1—4 szénatomos alkilcsoport, 1-4 szénatomos alkoxicsoport vagy nitrocsoport. Találmányunk lényege a ROSENMUND-reakció néven ismert klasszikus szerves kémiai szintézis olyan továbbfejlesztése, amely ipari mérető, gazdaságos aldehidgyártást tesz lehetővé. Az eredeti ROSENMUND-reakció értelmében [Rosenmund: Bér., 51 585 (1918)] savkloridok toluolos vagy xilolos oldatán - amely szuszpendált szilárd katalizátort tartalmaz - forrásponti hőmérsékleten, intenzív keverés közben, atmoszférikus nyomáson hidrogént buborékoltatnak keresztül. A hidrogenolízis elsődleges terméke a megfelelő aldehid és hidrogén-klorid. A hidrogén-klorid-gázt a nagy fölöslegben alkalmazott hidrogénárammal távolítják el. Az aldehid további redukciójának elkerülése érdekében általában szerves kéntartalmú vegyületeket (leggyakrabban kinolin-ként) alkalmaznak, a reakcióelegyben oldott formában. Katalizátorként szilárd hordozóra (leggyakrabban bárium-szulfát, aktív szén, szilikagél) 3-10 tömeg% arányban lecsapott palládiumot, ritkábban egyéb fémet pl. ozmiumot, platinát vagy nikkelt használnak. A kiindulási savkloridot bármelyik általánosan használt módszerrel elő lehet állítani a megfelelő karbonsavból, de leginkább a szulfinil-kloriddal végzett átalakítást javasolják. A klasszikus ROSENMUND-reakciók részletes áttekintését E. Mosetting adja [Org. Reactions 4 362-377 (1948)]. Bár a ROSENMUND-reakció rendkívül széleskörűen alkalmazható laboratóriumi módszer, számos hátránnyal rendelkezik: A képződő hidrogén-klorid megfelelő eltávolíthatósága érdekében viszonylag magas hőmérsékletet (100- 150 °C) és/vagy hidrogénfelesleget kell alkalmazni. Az eltávozó hidrogén-hidrogén-klorid gázelegy szétválasztása, hasznosítása nehezen oldható meg, a környezetbe kerülve mérgezést, korróziót vagy robbanásveszélyt okozhat. A katalizátor-regulátor szennyezheti a terméket. A ROSENMUND-reakció továbbfejlesztésével számos szerző foglalkozott. Ezek a fejlesztési törekvések elsősorban a felszabaduló hidrogén-klorid és a nyitott hidrogénezési rendszerből adódó hátrányok kiküszöbölésére irányulnak. Sakurai és Tanabe NJN-dimetil-anilint használt a hidrogén-klorid megkötésére. A reakciót atmoszférikus nyomáson, szobahőmérsékleten hajtották végre [Sakurai, Y.; Tanabe, Y.: J. Pharm. Soc. Japan 64 25 (1944)]. Az eljárás legfőbb hátránya - amelyet Petters és Bekkum mutatott ki - az, hogy az N,N-dimetil-anilin maga is redukálódik részlegesen. Rachlin és munkatársai 35-40 *C-on 3,5 bar nyomáson, toluolos közegben, vízmentes nátrium-acetát, mint hidrogén-klorid-megkötő ágens jelenlétében 64-83%os kitermeléssel állították elő 3,4,5-trimetoxi-benzaldehidet a megfelelő karbonsav-kloridból, katalizátorként 10 tömeg%-os palládiumszenet, regulátorként kinolinként alkalmazva [Rachlin, A., I.; Gurien, H.; Wagner, D.,P.: Org. Synth. 51 8-11 (1971)]. Ezen eljárás legfőbb hátránya, hogz a többszörös moláris fölöslegben alkalmazott nátrium-acetátból és az átalakítandó savkloridból nemkívánatos vegyes anhidrid melléktermék képződhet, ezért szélesebb körű általánosításra nem nyújt lehetőséget. Peters és Bekkum etil-diizopropil-amint alkalmazott hidrogén-klorid-akceptorként. A reakciókat acetonos, etil-acetátos vagy tetrahidrofurános közegben, katalizátor-regulátor nélkül hajtották végre. Közleményeikben az etil-diizopropil-aminnak és az alkalmazott oldószereknek külön jelentőséget tulajdonítanak: Az etil-diizopropil-amin betölti a katalizátor-regulátor szerepét is. A képződő etil-diizopropil-ammónium-klorid, akárcsak a Sakurai-Tanabe eljárásban keletkező N,N-dimetil-anilin-hidrogén-klorid jól oldódik az alkalmazott oldószerekben, így a reakcióelegy kvázi-homogénnek tekinthető. Burgstahler és munkatársai tetrahidrofurános közegben 2,6-dimetil-piridin-hidrogén-klorid-akceptor jelenlétében végeztek néhány módosított ROSENMUND- reakciót (Burgstahler, A., W.; Weigel, L„ O.; Shaeter, C., G.: Synthesis 1976 767-8). Peters és Bekkum, valamint Burgstahler eljárásainak közös hátránya, hogy az alkalmazott tercier bázisok viszonylag drágák, mivel nem kereskedelmi termékek, magas a molekulatömegük, s mivel hidrogén-kloridsóik az általuk alkalmazott viszonylag drága poláros közegekben jól oldódnak, az aldehid termék és a hidrogén-klorid-só közös oldatából a céltermék csak jelentős veszteségek árán izolálható. Az alkalmazott, vízzel elegyedő oldószerek az adott reakciórendszerben nem tekinthetők indifferens közegnek, az aldehidek tisztításánál általánosan használt nátrium-biszulfitos extraktiv tisztítási módszer csak nehezen, esetleg oldószercserével valósítható meg. Munkánk során arca a meglepő felismerésre jutottunk, hogy az előzőekben bemutatott módosított ROSENMUND-reakciók az olcsó, közismert szerves bázis, a trietil-amin jelenlétében, aromás oldószer vagy oldószerelegyben is kiváló szelektivitással és jó kitermeléssel megvalósíthatók. Katalizátor-regulátort nem kell alkalmazni. Ezt a szerepet tökéletesen betölti a katalizátor felületén képződő trietil-ammónium-klorid. A reakció folyamán a képződő trietil-ammónium-klorid kristályosán kiválik, de ez számottevően nem csökkenti a reakciósebességet és egyéb problémát sem okoz. A katalizátor és a trietil-ammónium-klorid keverékét szűréssel könnyen el lehet távolítani. Az aromás oldószerek ebben a rendszerben tökéletesen indifferensnek tekinthetők, s minthogy vízzel vagy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
