Способ дегидрофторирования ароматического карбамилфторида

Способ дегидрофторирования ароматического карбамилфторида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предметом настоящего изобретения является способ, дающий возможность обработки ароматического карбамилфторида с получением соответствующего изоцианата.

Более конкретно, предметом настоящего изобретения является способ вышеуказанного типа, который позволяет получить значительную степень превращения, значительный выход превращения, то есть значительную селективность и значительный выход реакции.

Карбамилфториды представляют собой достаточно редкие соединения, но интерес к которым повысился за счет возрастающей роли фторированных производных в фармакологии и в агрохимии. В самом деле, один из наиболее классических способов синтеза производных, содержащих перфорированный алифатический атом углерода, заключается в блокировании возможных анилинов в форме изоцианата, хлорировании (обычно, положения алкильного производного) посредством радикального хлора, с последующей обработкой полученного хлорсодержащего производного во фторсодержащей среде, обычно среде, содержащей фтористоводородную кислоту в жидкой фазе. В ходе способа этого типа первой реакцией, которая имеет место, является присоединение фтористоводородной кислоты к изоцианатной функциональной группе с образованием карбамилфторида.

Упомянутый карбамилфторид является соединением, которое трудно превратить в изоцианат. Это является большим недостатком, так как изоцианат является очень реакционноспособным промежуточным продуктом, позволяющим осуществлять многочисленные синтезы и, в частности, дающим возможность легкого выделения соответствующего анилина.

Первая часть реакций описана в различных документах, в частности в европейских заявках на патенты 152310 и 129214. В том что касается перехода от карбамилфторида к иэоцианату, британский патент 955898, опубликованный 22 апреля 1964, на имя фирмы BAYER указывает на возможность осуществления данной реакции, в частности, в примере 1. Однако используемый способ приводит к низкому выходу (35%), при этом реакция оказывается очень трудной и приводит, в частности, к тяжелым продуктам и продуктам, квалифицируемым как смолы.

Вот почему одной из целей настоящего изобретения является предложить способ, обеспечивающий переход от карбамилфторида к соединению с изоцианатной функциональной группой в операционных условиях, которые легко осуществимы и обеспечивают высокие выходы реакции, а также хорошую селективность.

Одна из принципиальных трудностей, встретившихся в ходе исследования, которое привело к настоящему изобретению, заключается в очень высокой реакционноспособности карбамилфторида по отношению к самому себе или по отношению к ароматическим кольцам.

Эти цели и другие, указанные далее, достигнуты при помощи способа дегидрофторирования, дающего возможность перейти от ароматического карбамилфторида к изоцианату, в котором вышеупомянутый карбамилфторид подвергают воздействию температуры, по меньшей мере равной 80°С, предпочтительно по меньшей мере равной 90°С, в растворителе, причем при вышеупомянутой температуре по меньшей мере 80°С вышеупомянутый карбамилфторид находится в вышеупомянутом растворителе в растворенном или тонкодиспергированном состоянии.

Согласно настоящему изобретению можно, таким образом, показать, что тонко диспергированное или растворенное состояние карбамилфторида при температуре, при которой он является реакционноспособным, играет ключевую роль в получении изоцианата с высоким выходом.

Предпочтительно реакцию проводят при температуре, самое большее равной 150°С.

Вышеупомянутый растворитель имеет температуру кипения (начальную в случае смеси) преимущественно по меньшей мере 100°С, более предпочтительно по меньшей мере 120°С.

Предпочтительно давление в реакторе должно быть таким, чтобы растворитель кипел (то есть в подавляющем большинстве случаев с обратным холодильником). Таким образом, выбирают давление выше атмосферного давления, если растворитель имеет температуру кипения, более низкую, чем температура, при которой желают работать, и давление ниже атмосферного давления, когда растворитель будет иметь температуру кипения, более высокую, чем температура, при которой желают работать.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, растворитель, который к тому же может являться смесью растворителей, выбирают среди таких растворителей, которые смешиваются с фтористоводородной кислотой.

Эта смешиваемость может быть частичной или полной, но предпочтительно, чтобы смешиваемость была такой, чтобы выбранный растворитель или выбранная смесь растворителей обладал способностью растворять фтористоводородную кислоту в количестве, по меньшей мере равном 5% об., предпочтительно по меньшей мере равном 10% об. Указанная растворимость представляет значительный интерес, так как упомянутая смешиваемость растворителя с фтористоводородной кислотой позволяет использовать эту последнюю в качестве гомогенизатора, облегчающего солюбилизацию карбамилфторида в реакционной смеси.

Также, согласно предпочтительному способу согласно настоящему изобретению, чтобы облегчить введение карбамилфторида в реакционную смесь, используют фтористоводородную кислоту. Упомянутое введение может быть осуществлено при низкой температуре или при высокой температуре. Во время нагрева или во время введения, когда карбамилфторид вводят в нижнюю часть растворителя, выделяется фтористоводородная кислота, способствующая солюбилизации, но, выделяясь, она оставляет карбамилфторид либо в очень тонко измельченном состоянии, либо даже растворенным в среде используемого растворителя.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, во время введения карбамилфторида соотношение между фтористоводородной кислотой и карбамилфторидом (отношение HF к карбамилфториду) по меньшей мере равно 2, преимущественно 3, предпочтительно 4.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, добавление карбамилфторида осуществляют в форме раствора последнего во фтористоводородной кислоте, соблюдая соотношения, указанные выше.

Наилучшие полученные результаты соответствуют добавлению раствора карбамилфторида в нижнюю часть растворителя, находящегося при температуре реакции.

Упомянутый раствор представляет собой, предпочтительно, раствор во фтористоводородной кислоте, как указано перед этим.

В случае добавления в нижнюю часть растворителя добавление должно проводиться таким образом, чтобы контролировать соотношение между фтористоводородной кислотой, присутствующей в реакционной среде, в данном особом случае, включая добавленную фтористоводородную кислоту, более точно, находящуюся в равновесии с карбамилфторидом и субстратом.

Другими словами, отношение фтористоводородной кислоты [свободной и присоединенной к изоцианатной функциональной группе (то есть в форме карбамилфторида)] и реальных изоцианатных групп, или замаскированных в форме карбамилфторида, преимущественно самое большее равно 5, предпочтительно самое большее равно 0,3, наиболее предпочтительно самое большее равно 0,1. Данное условие предполагает относительно медленное добавление карбамилфторида.

Согласно настоящему изобретению, особенно полезно избежать присутствия примесей, содержащих хлор в бензильном положении, так как в рамках данной реакции упомянутые примеси оказываются очень реакционноспособными и будут разрушать некоторое количество субстратов или образующихся из них соединений.

Для сведения, предпочтительно, чтобы количество молекул, содержащих хлор в бензильной группе, самое большее составляло от 0,5 до 5%, преимущественно 2%, предпочтительно 1% от обрабатываемого количества карбамилфторидов.

Субстратами, наиболее подходящими для настоящего изобретения, являются карбамилфториды, которые содержат sр³- гибридизованный алифатический атом углерода, несущий по меньшей мере два атома фтора. Упомянутый алифатический атом углерода представляет собой обычно бензильный атом углерода, то есть атом углерода, который непосредственно присоединен к ароматическому кольцу. Однако он может быть присоединен к ароматическому кольцу с помощью халькогена (в частности, кислорода).

Настоящее изобретение является особенно подходящим для случая, когда вышеупомянутое ароматическое кольцо представляет собой кольцо, несущее азот карбамильной группы.

Такой субстрат может содержать несколько упомянутых алифатических атомов углерода, несущих по меньшей мере два атома фтора.

Так, предпочтительно, субстрат отвечает формуле

,

в которой

Аr означает ароматический радикал, обладающий преимущественно по меньшей мере одной, предпочтительно двумя, более предпочтительно тремя, из следующих характеристик:

- радикал является моноциклическим, то есть содержит только одно кольцо;

- радикал предпочтительно является гомоциклическим;

- радикал является шестизвенным;

X, одинаковые или разные, означают фтор или радикал формулы C_nF_2n+1, где n означает целое число, самое большее равное 5, предпочтительно 2;

р означает целое число, самое большее равное 2;

GEA означает углеводородную группу, электроноакцепторную группу, возможные функциональные группы которой инертны в условиях реакции, предпочтительно фтор или перфторированный радикал формулы C_nF_2n+1, где n означает целое число, самое большее равное 8, предпочтительно 5;

общее число атомов углерода группы -(CX₂)_p-GEA заключено преимущественно в интервале от 1 до 15, предпочтительно от 1 до 10;

m означает 0 или целое число, выбранное в закрытом интервале (то есть содержащем граничные значения) от 1 до 4;

R означает заместитель, инертный в операционных условиях, выбранный предпочтительно среди галогенов, преимущественно легких (то есть хлора и фтора), и углеводородных радикалов, предпочтительно алкила, арила, алкилхалькогенила (такого, как алкилоксирадикал), арилхалькогенила (такого, как арилоксирадикал).

Соединение, являющееся субстратом, может в частности иметь следующую формулу (заместители, инертные в реакционных условиях, не изображены):

Преимущественно R представляет собой углеводородный радикал, арильный или алкильный, преимущественно содержащий не более 10 атомов углерода, предпочтительно не более 5 атомов углерода, равным образом R может представлять собой карбоксильные, нитрильные, кетоновые и фторкарбонильные функциональные группы.

Предпочтительными заместителями являются: либо их отсутствие, то есть водород, либо арильные, или алкильные, или алкоксильные радикалы.

R или по меньшей мере один из R может также быть группой, содержащей атом углерода, несущий по меньшей мере два атома фтора, формулы (CX₂)_p-GEA, как перед этим.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1

Отщепление фтористоводородной кислоты в растворителе, способном растворять карбамилфторид.

В реактор из тефлона объемом 180 мл, способный выдерживать фтористоводородную кислоту, нагреваемый на регулируемой масляной бане, при перемешивании магнитной мешалкой загружают твердый карбамилфторид (0,1 моль). Затем в количестве 100,4 г загружают трихлорбензол (хлорированный в положениях 1, 3, 4).

Получают легко нагревающуюся суспензию. Постепенно нагревают до 80°С, среда становится гомогенной и прозрачной, желто-оранжевого цвета. Выделение газообразных продуктов начинается в окрестности 100°С и становится значительным, начиная со 105°С. Температуру поднимают до 125°С и нагревают в течение 7 часов. После охлаждения выделяют массу, соответствующую выходу выделенного продукта 80%.

Затем соединение подвергают перегонке и извлекают его с выходом 73% в раствор в трихлорбензоле, при этом несколько смол остаются в остатке перегонки.

Пример 2

Различные опыты были проделаны с использованием в качестве растворителя монохлорбензола сообразно различным операционным способам. Наиболее часто используемым операционным способом является следующий:

А) Приготовление раствора карбамилфторида

В реактор при температуре -5°С вводят HF. Затем при желаемой температуре фторирования вводят трихлорметилфенилизоцианат, который желают превратить, фторирование продолжается 1 ч 30 мин, если в следующей ниже таблице не указано другое, и процесс окончательной обработки проводят при температуре, указанной в таблице, в течение 4 ч. Наблюдают, что когда все параметры идентичны, впрочем за исключением температуры окончательной обработки, выходы лучше, когда температура окончательной обработки доведена до относительно высокой температуры, то есть в окрестностях 20-25°С. Это явление показывает предельно пагубное влияние небольших количеств производных, оставшихся однократно хлорированными в бензильном положении.

В) Обратный процесс превращения в изоцианат

Раствор карбамилфторида, подвергнутый или не подвергавшийся предварительному отщеплению HF, вводят в реактор в условиях, точно определенных в таблице, приведенной ниже. Условия нагрева, давления и температуры также точно определены в таблице.

Результаты представлены в следующей таблице.

Комментарий к результатам, приведенным выше.

Опыты HF07 и HF08, хотя их результат и не совсем плохой, дают относительно средний выход конечного изоцианата. Объяснение этого явления связано с низкой температурой окончательной обработки, которая оставляет не ничтожное содержание, больше 2 или 3%, монохлордифторметилфенила.

Другая причина, по которой опыт HF07 является посредственным, заключается в скорости приливания, которое продолжается только 1 ч 45 мин, тогда как в других случаях оно продолжается значительно большее время.

Для опытов HF07 и HF08 данные по примесям отсутствуют, поэтому нельзя сделать более общий вывод. Для опытов, для которых указанная величина присутствует в качестве коэффициента селективности реакции, можно использовать отношение изоцианат/биурет.

Реакция HF09 дает очень хорошие результаты, как на уровне общего выхода, так и на уровне чистоты полученного продукта. Это доказывает пользу, с одной стороны, добавления карбамилфторида в виде раствора во фтористоводородной кислоте и, с другой стороны, работы с большим отношением HF/карбамилфторид. В данном случае отношение HF/изоцианат равно 10, что соответствует отношению фтористоводородная кислота/карбамилфторид, равному 9. Результаты опытов HF10 и HF11 под вакуумом безусловно хорошие, но немного разочаровывают, принимая во внимание, что работу осуществляли под вакуумом. Тем временем скорость добавления или скорость подъема температуры была вероятно немного завышена.

Опыт HF12 очень похож на опыт HF 09, но отличие от него происходит из факта меньшего содержания фтористоводородной кислоты в смеси, более точно, добавленного раствора.

В опыте HF13 вновь находят высокие уровни фтористоводородной кислоты и, следовательно, намного улучшенную селективность реакции.

Опыты HF15 и HF16 показывают влияние увеличения давления, которое не является крайне благоприятным.

1. Способ дегидрофторирования, позволяющий перейти от ароматического карбамилфторида к соответствующему изоцианату, отличающийся тем, что вышеупомянутый карбамилфторид подвергают воздействию температуры, по меньшей мере, равной 80°С, и самое большее, равной 150°С, в растворителе, тем, что при вышеупомянутой температуре по меньшей мере 80°С вышеупомянутый карбамилфторид находится в растворителе в растворенном или тонко диспергированном состоянии, и тем, что указанный растворитель выбран из растворителей, способных смешиваться с фтористоводородной кислотой и имеющих температуру кипения по меньшей мере 100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная температура реакции по меньшей мере равна 90°С.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вышеупомянутый растворитель имеет температуру кипения по меньшей мере 120°С.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что реакцию проводят при таком давлении, чтобы при температуре реакции растворитель кипел.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что растворитель выбран среди галогенсодержащих ароматических производных, не взаимодействующих с карбамилфторидом.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что вышеупомянутый карбамилфторид введен в растворитель с фтористоводородной кислотой предпочтительно в форме раствора в безводной фтористоводородной кислоте.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что отношение между фтористоводородной кислотой и карбамилфторидом (HF/карбамилфторид) по меньшей мере равно 2, преимущественно 3, предпочтительно 4.

8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что добавление карбамилфторида, преимущественно в форме раствора осуществляют постепенно в нижнюю часть растворителя, доведенного до выбранной температуры реакции.

9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что добавление осуществляют с такой скоростью, чтобы в последние 10% времени реакции, протекающей при температуре выше 100°С, предпочтительно выше 90°С, молярное отношение между фтористоводородной кислотой и изоцианатом (кислота HF/ароматический изоцианат) было бы меньше 0,5, преимущественно меньше 0,3, предпочтительно меньше 0,1.

10. Способ по пп.1-9, отличающийся тем, что карбамилфторидный субстрат содержит алифатический углерод, то есть имеющий гибридизацию sP³, несущий по меньшей мере два фтора.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что вышеупомянутый алифатический углерод, несущий по меньшей мере два фтора, является бензильным, то есть тем, что он непосредственно присоединен к ароматическому кольцу.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что вышеупомянутое ароматическое кольцо представляет собой кольцо, несущее азот карбамильной группы.

13. Способ по пп.1-12, отличающийся тем, что реакционная смесь содержит менее 1% мол. по отношению к исходному карбамилфториду примесей, содержащих хлор в бензильном положении.

14. Способ по пп.1-13, отличающийся тем, что субстрат отвечает формуле

(R)_m-Ar(-(CX₂)_p-GEA)-NH-CO-F,

в которой Аr означает ароматический радикал;

X, одинаковые или разные, означают фтор или радикал формулы С_nF_2n+1, где n означает целое число, самое большее 5, предпочтительно 2;

р означает целое число, самое большее 2;

GEA означает углеводородную группу, электроноакцепторную группу, возможные функциональные группы которой инертны в условиях реакции, предпочтительно фтор или перфторированный радикал формулы C_nF_2n+1, где n означает целое число, самое большее 8, предпочтительно 5;

общее число атомов углерода группы -(СХ₂)_р-СЕА заключено преимущественно в интервале от 1 до 15, предпочтительно от 1 до 10;

m означает 0 или целое число, выбранное в закрытом интервале (то есть содержащем граничные значения) от 1 до 4;

R означает радикалы, одинаковые или разные, выбранные среди галогенсодержащих радикалов, преимущественно легких (то есть хлора и фтора), и углеводородных радикалов, предпочтительно алкила, арила, алкилхалькогенила (такого, как алкилоксирадикал), арилхалькогенила (такого, как арилоксирадикал).

15. Способ по пп.1-14, отличающийся тем, что растворители выбраны среди хлорбензолов, предпочтительно монохлор-, дихлор- и трихлорбензолов.