174841. lajstromszámú szabadalom • Eljárás imidazolkarbonsavészterek elektrokémiai redukálására
3 174841 4 sen előnyösnek bizonyultak a megfelelő metil- és etilészterek, azonban propil- és butilésztereket is alkalmazhatunk. Az „imidazol” megjelölésen a szubsztituálatlan inridazol-gyűrűn kívül az elektrokémiai szempontból közömbös szubsztituenseket, például az 5-ös helyzetben rövidszénláncú alkil-csoportot (célszerűen metil-csoportot) hordozó származékokat is értjük. A találmány szerinti eljárás alapját az a felismerés képezi, hogy a viszonylag tömény, azaz körülbelül 15-50%-os (célszerűen körülbelül 25%-os) kénsavoldatok lényegesen jobban oldják az észter-típusú kiindulási anyagokat, mint a megfelelő szabad savakat. Ennek megfelelően az elektrokémiai redukciót imidazolkarbonsavészterekre vonatkoztatva viszonylag tömény (így például 1 mól/liter koncentrációtól az oldhatóság határáig terjedő /körülbelül 30—40%-os/) oldatokban hajthatjuk végre. Különösen előnyösnek bizonyult a kiindulási anyag 25%-os kénsavoldattal képezett 1,6 mólos (27 vegyes%-os) oldata. A reakcióelegynek elegendő mennyiségű savat kell tartalmaznia ahhoz, hogy a gyűrű nitrogénatomja protonálódjon, azaz az elegynek az imidazol-vegyületet és a savat legalább mólekvivalensnyi arányban kell tartalmaznia. Előnyösnek találtuk, ha az elektrolízist meleg, például 40—75 °C-os, célszerűen körülbelül 50 °C-os oldatban hajtjuk végre. Kívánt esetben az oldatot az elektrolitikus redukció végrehajtása alatt keverhetjük. Az elektrokémiai redukciót szabványos cellaegységekben 3—10 volt rendszerint 4—5 volt feszültség mellett hajtjuk végre. Az elektródok felületegységére jutó áramsűrűség előnyösen 0,10—0,25 A/cm2 , célszerűen körülbelül 0,15 A|cm2 lehet. A reakció menetét NMR-spektrumok felvételével követhetjük. A vizsgálatokat a példákban közölt módon végezzük. A reakció rendszerint 10—18 órát vesz igénybe. Az eljáráshoz rendszerint higany-katódot, előnyösen azonban ólom-katódot használunk fel. Az anód jellege nem döntő jelentőségű tényező, az elektrokémiai redukcióhoz például platina- vagy higany-anódot alkalmazhatunk. Katolitként és anolítként egyaránt kénsavat használunk fel. Jó eredmények biztosítása érdekében a katódok felületét meg kell tisztítanunk, ebben az esetben elkerülhetjük azt, hogy a katódfelületet a redukció során szennyezőanyagok mérgezzék. A végterméket 60-65%-os hozammal kapjuk. Egy kísérletben, amikor 7,8 g etilésztert redukáltunk 25%-os kénsavoldatban, ólomelektród felhasználásával. 18 órás redukció után 25,6%-os áramkihasználást értünk el. Sok esetben 30—40%-os áramkihasználást is elérhetünk. Azt tapasztaltuk, hogy a fenti redukciós eljárással kapott végtermék két fő terfnékkomponenst, azaz a kiindulási észter-vegyületnek megfelelő alkoholt és étert tartalmazza. A végtermék a csekély mennyiségű reagálatlan észter-vegyületet figyelmen kívül hagyva rendszerint 60% alkoholt és 40% étert tartalmaz. A reagálatlan észter-vegyületet könnyen elkülöníthetjük a termékelegytől, és ismételten bevezethetjük a folyamatba. A főtermékeket, azaz az alkoholt és az étert úgy különíthetjük el, hogy az elektrolitfolyadékot tetszés szerinti megfelelő bázissal, például nátriumhidroxiddal vagy — előnyösen — ammóniával semlegesítjük, majd n-butanollal vagy terc-butanollal extraháljuk. A redukáló cellából elvezetett reakcióelegyet közvetlenül reagáltathatjuk kis fölöslegben vett ciszteamin-bázissal vagy ciszteamin-sóval (például hidrokloriddal vagy hidrobromiddal). Ebben az esetben a kívánt tioamin-vegyületet 60% körüli hozammal kapjuk. A reakciókörülmények viszonylag széles határok között változhatnak, a reakciót azonban rendszerint 100—120 °C-on, az elegy keverése közben hajtjuk végre. A reakció 3-12 órát vesz igénybe. A kapott tioamin-vegyületet ismert módon különítjük el a reakcióelegyből. A találmány szerinti eljárást az oltalmi kör korlátozása nélkül az alábbi példákban részletesen ismertetjük. 1. példa Redukáló cellaként műanyag fedéllel ellátott, 800 ml űrtartalmú csiszolatos főzőpoharat alkalmazunk. Katódként 0,15 cm vastag ólomlemezt, anódként pedig platinaszövet-hálóból készült hengert használunk. Az anódot porózus agyagcső választja el a katódtértől. Katolitként és anolitként tisztított vízzel készített, 25%-os kénsavoldatot alkalmazunk. Energiaforrásként Heath Kit IP—2721 típusú, 15 v feszültségű és 5 A áramerősségű tápegységet használunk. Az ólomkatódot a következőképpen aktiváljuk: A cellát összeállítjuk, és a cellába betöltjük a savat. Az ólomkatódra 5 percen keresztül 4,5 V feszültséget kapcsolunk. Az ólomlemezt kiemeljük a cellából, desztillált vízzel öblítjük, majd a lemez felületét műanyag szappantömbbel polírozzuk. Ezután az ólomlemezt visszahelyezzük a cellába, és a lemezen 5 percen keresztül áramot vezetünk át. Ebben az esetben az ólomlemezt anódként kapcsoljuk. Az áram hatására az ólomlemez felületén barna ólomoxid-réteg képződik. A lemezt kiemeljük a cellából, desztillált vízzel öblítjük, és tiszta műanyag szappantömbbel polírozzuk. A fenti aktiválási műveletet kétszer megismételjük. A redukciót a következő anyagmennyiségekkel, illetve műveleti körülmények betartásával végezzük: 25%-os kénsavoldat: 330 ml 5-metil-4-imidazol-karbonsav-etilészter: 80 g (0,519 mól) áramerősség: 4,75 A feszültség: a redukció során 4 V és 4,3 V között változik. A cellát összeállítjuk, a cellára 4,75 A erősségű áramot kapcsolunk, és az oldatot 50—55 °C-ra felfűtött lemezen mágneses keverővei keverjük. Az észtert 5 perc alatt beadagoljuk, és a reakciót 12 órán át folytatjuk. A katolitból 1 ml-es mintát veszünk, a mintát NMR-spektrofotométer mintatartályába töltjük, és nagy felbontóképességű NMR-spektrofotométeren felvesszük az elegy NMR -spektrumát. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
