Способ получения ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему

 

Описывается способ получения новых ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему общей формулы II, приведенной в тексте описания, где R₁ и R₂, одинаковые или различные, представляют собой атом водорода, атом галогена, гидроксигруппу, галогеналкильный радикал или алкоксильный радикал, содержащие от 1 до 5 атомов углерода, фенокси-радикал, С₁-С₆-алкильный радикал, С₂-С₆-алкенильный радикал, группу, выбранную из -CНО формильного или карбоксильного радикала, -СОСН₃ ацетильного радикала, Y-CНО или Y-СООН радикалов, где Y представляет собой С₁-С₆-алкиленовый радикал, или они представляют собой группы NO₂, или NR₃R₄, где R₃ и R₄ одинаковые или различные выбирают из атома водорода или С₁-С₄-алкильного радикала, который включает взаимодействие катехина, необязательно замещенного, с метилендигалогенидом в основной среде и в присутствии среды растворителя, состоящий по существу из N-метилпирролидона. Технический результат - упрощение процесса и повышение выхода целевого продукта. 7 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способу получения ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу получения 1,3-бенздиоксолов, необязательно замещенных в бензольном кольце, например, алкильными или альдегидными группами.

1,3-бенздиоксолы, такие как например 1,3-метилендиоксибензол (МДБ), представляют собой продукты, известные как промежуточные соединения для получения продуктов, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве, а также в фармацевтической и косметической промышленности.

Способы получения 1,3-бенздиоксолов заключаются во взаимодействии катехина и метилендигалогенида в присутствии основания и катализатора в соответствии со следующей схемой реакции: Способы получения 1,3-бенздиоксолов известны из литературы.

Например, в патенте Франции 1502914 описан способ получения ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему, который включает взаимодействие катехина с метилендигалогенидом в соответствии со схемой реакции (1).

Реакция протекает при высокой температуре при приблизительно 120-130^oC и в присутствии высокополярного апротонного растворителя, такого как например диметилсульфоксид (ДМСО). По окончании реакции продукт реакции выделяют с помощью обычных технологий экстракции/перегонки.

В патенте США 4082774 описано получение МДБ исходя из катехина и метилендигалогенида.

В частности, в соответствии со способом патента США МДБ в основном получают в две стадии. На первой стадии готовят раствор дианиона катехина путем взаимодействия последнего с солью или гидроксидом щелочного металла в растворителе, состоящем из ДМСО и воды. На второй стадии раствор дианиона добавляют к раствору метилендигалогенида в ДМСО.

Полученный МДБ выделяют из реакционной смеси перегонкой с водяным паром и путем экстрагирования простым эфиром.

Описанные выше способы имеют одну общую черту - использование в качестве растворителя ДМСО. Использование ДМСО в качестве реакционного растворителя при синтезе 1,3-бенздиоксолов обеспечивает по сравнению с другими полярными апротонными растворителями, такими как диметилформамид, диметилацетамид или сульфолан, полную конверсию катехина и высокую селективность по целевому продукту.

Однако использование ДМСО не лишено недостатков. Как показано в работе "Industrial Chemistry and Engineering Symposium Series", N 134, 1994, pp. 563-574, ДМСО нестабилен при высоких температурах и, кроме того, в присутствии галогенидов щелочных металлов, которые находятся в реакционной смеси МДБ, температура разложения падает приблизительно на 50^oC, что не обеспечивает температуры синтеза, которая существенно отличается от температуры разложения. При этих условиях разложение ДМСО может привести к взрыву, что является типичным для "вышедших из-под контроля" реакций.

Кроме того, также вследствие нестабильности выделение ДМСО из реакционной смеси представляет собой значительную проблему, так как для снижения температуры перегонки его необходимо проводить при высоком вакууме. Несмотря на это, некоторое разложение растворителя все же не может быть исключено, при этом происходит образование очень дурно пахнущих и токсичных меркаптановых побочных продуктов, которые трудно уничтожить.

И, наконец, ДМСО образует азеотропные смеси с бенздиоксолами, например с 1,3-метилендиоксибензолом, что затрудняет выделение как целевого продукта, так и растворителя.

В литературе описаны альтернативные способы получения бенздиоксолов, в которых растворитель ДМСО не используется.

В патенте США 4183861 описан способ получения бенздиоксолов, который состоит во взаимодействии катехина, необязательно замещенного, с метиленхлоридом без растворителя и в присутствии катализатора, выбираемого из аммониевых или фосфониевых солей.

При использовании катализаторов на основе четвертичных солей проблемы безопасности отсутствуют, однако необходимо работать под давлением и высокие селективности по целевому продукту (МДБ) не достигаются, так как идет предпочтительное образование больших количеств димерных побочных продуктов. Выделение катализатора из реакционной смеси, кроме того, не может быть полностью осуществлено с помощью традиционных систем, и поэтому требуются особенные и жесткие рабочие условия.

В настоящее время найден способ получения бенздиоксолов, который не только преодолевает вышеуказанные недостатки, но также дает возможность осуществлять реакцию с такими же высокими выходами, как и в способах на основе ДМСО. Также установлено, что если реакцию в соответствии с уравнением (1) проводить в полярном апротонном растворителе, принадлежащем к группе N-алкилпирролидинов, таких как, например, N-метилпирролидон (NMP), то можно не только преодолеть недостатки, типичные для способов на основе ДМСО, но также получить выходы реакций даже выше чем 95%.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему общей формулы II где R₁ и R₂, одинаковые или различные, представляют собой атом водорода, атом галогена, гидроксигруппу, галогеналкильный радикал или алкоксильный радикал, содержащие от 1 до 6 атомов углерода (предпочтительно от 1 до 4), фенокси-радикал, C₁-C₆-алкильный радикал (предпочтительно C₁-C₄), C₂-C₆-алкенильный радикал (предпочтительно C₂-C₄), группу, выбранную из -CHO формильного или карбоксильного радикала, -COCH₃ ацетильного радикала, -Y-CHO или -Y-COOH радикалов, где Y представляет собой C₁-C₆-алкиленовый радикал (предпочтительно C₁-C₄), или они представляют собой группы -NO₂, или -NR₃R₄, где R₃ и R₄ одинаковые или различные, выбирают из атома водорода или C₁-C₄-алкильного радикала, который включает взаимодействие катехина, необязательно замещенного, с метилендигалогенидом в основной среде и в присутствии среды растворителя, состоящей по существу из N-метилпирролидона.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительные ароматические соединения, содержащие гетероциклическую систему, представляют собой соединения, в которых R₁ представляет собой атом водорода, тогда как R₂ представляет собой атом водорода, метильную группу или формильную группу соответственно.

Реакция синтеза, которая может быть осуществлена путем подачи реагентов или непрерывно или периодически, протекает между катехином, необязательно замещенным, и метилендигалогенидом, например метиленхлоридом, в присутствии основания для связывания галогена, выделяющегося в ходе реакции. Предпочтительными основаниями в соответствии с настоящим изобретением являются, по существу, карбонаты и/или бикарбонаты щелочных металлов, таких как натрий и калий, или их смеси. Карбонат калия является особенно предпочтительным и используется при мольных соотношениях катехин/K₂CO₃ от 1:1 до 1:3, предпочтительно от 1:1,2 до 1:1,5.

Реакция протекает при атмосферном давлении и при температуре в интервале от 50 до 170^oC, предпочтительно от 100 до 130^oC.

Даже если этот синтез разработан для использования эквимолярных соотношений реагентов, предпочтительно проводить процесс настоящего изобретения с избытком метилендигалогенида, чтобы обеспечить почти полную конверсию катехина и поддерживать интенсивное нагревание с обратным холодильником в течение всей реакции при реакционной температуре.

Растворитель NMP используется в таких количествах, чтобы получить мольное отношение катехин/растворитель в интервале от 1:2 до 1:20, предпочтительно от 1:4 до 1:10.

В конце реакции полученный таким образом бенздиоксол может быть выделен простой перегонкой. На этом этапе можно выделить растворитель NMP, который рециркулируется в синтез.

Для более полного понимания настоящего изобретения и вариантов его осуществления ниже представлены некоторые иллюстративные примеры, которые не ограничивают изобретение.

Пример 1.

В реактор объемом 1000 см³, снабженный мешалкой, конденсатором и фазовым сепаратором, термометром и двумя распределителями, один из которых с погружным трубопроводом, опущенным в реакционную смесь, загружают 650 г NMP (6,5 моль) и 173 г K₂CO₃ (1,25 моль). Полученную суспензию затем нагревают до 130^oC.

При этой температуре в течение 4,5 часа осуществляют подачу 110,11 г (1 моль) катехина в расплавленном состоянии.

Одновременно подают метиленхлорид с помощью распределителя с погружным трубопроводом, опущенным в реакционную смесь, и эту подачу продолжают в течение дополнительных двух часов после окончания подачи катехина и в таком количестве, чтобы поддерживать интенсивное нагревание с обратным холодильником при температуре реакции.

Метиленхлорид после конденсации и отделения воды рециркулируют в ту же реакционную смесь.

Общее время реакции при температуре 130^oC составляет приблизительно 6,5 часа.

Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры для фильтрации и удаления отфильтрованного твердого вещества.

Раствор после фильтрации выпаривают из присутствующего метиленхлорида и затем перегоняют при пониженном давлении в ректификационной колонне, получая чистую фракцию МДБ (116,62 г, температура кипения 110^oC при 100 мм рт.ст.).

Конверсия катехина - 100%.

Селективность по МДБ - 95,5%.

Пример 2.

Повторяют методику примера 1, загружая 1,5 моль K₂CO₃ (207 г). После фильтрации солей и перегонки МДБ получают 115,4 г чистого продукта.

Конверсия катехина - 100%.

Селективность по МДБ - 94,5.

Пример 3.

Повторяют методику примера 2, но при рабочей температуре 120^oC. После перегонки получают 110 г чистого МДБ.

Конверсия катехина - 100%.

Селективность по МДБ - 90,1%.

Пример 4.

Повторяют методику примера 1, загружая 1,1 моль K₂CO₃ (152 г). После фильтрации солей и перегонки МДБ получают 114,79 г чистого МДБ.

Конверсия катехина - 100%.

Селективность по МДБ - 94,0%.

Пример 5.

Повторяют методику примера 1, используя вместо катехина 4-метилкатехин. После перегонки с водяным паром получают 127,3 г чистого 3,4-метилендиокситолуола.

Конверсия 4-метилкатехина - 100%.

Селективность по метилендиокситолуолу - 93,5%.

Пример 6.

Повторяют методику примера 1, загружая вместо катехина 3,4-дигидроксибензальдегид в растворе NMP. В конце реакции после отделения перегонкой в вакууме (остаток 10 мм рт.ст.) получают 141,6 г чистого 3,4-метилендиоксибензальдегида.

Конверсия 3,4-дигидроксибензальдегида - 100%.

Селективность по 3,4-метилендиоксибензальдегиду - 93,5%.

Пример 7 (сравнительный).

Повторяют методику примера 1, за исключением того, что растворитель NMP заменяют на эквивалентное количество сульфолана.

В конце реакции получают 100%-ную конверсию, но селективность падает до 80%.

Пример 8 (сравнительный).

Повторяют методику примера 1, за исключением того, что растворитель NMP заменяют эквивалентным количеством диметилформамида, а температуру снижают до 100^oC.

В конце реакции получают 100%-ную конверсию, но селективность уменьшается до 80%.

Описание и примеры настоящего изобретения преднамеренно ограничены N-метилпирролидоном как наиболее удобным и доступным растворителем из числа N-алкилпирролидонов. Очевидно, что и другие алкил- или циклоалкилпирролидоны входят в объем настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Способ получения ароматических соединений, содержащих гетероциклическую систему общей формулы II где R₁ и R₂ одинаковые или различные представляют собой атом водорода, атом галогена, гидрокси-группу, галогеналкильный радикал или алкоксильный радикал, содержащие от 1 до 6 атомов углерода, фенокси-радикал, С₁-С₆-алкильный радикал, С₂-С₆-алкенильный радикал, группу, выбранную из -СНО формильного или карбоксильного радикала, -COCH₃ ацетильного радикала, -Y-СНО или -Y-СООН радикалов, где Y представляет собой С₁-С₆-алкиленовый радикал, или они представляют собой группы -NO₂, или -NR₃R₄, где R₃ и R₄ одинаковые или различные выбирают из атома водорода или С₁-С₄-алкильного радикала, который включает взаимодействие катехина, необязательно замещенного, с метилендигалогенидом в основной среде и в присутствии среды растворителя, состоящий по существу из N-метилпирролидона.

2. Способ по п.1, в котором ароматические соединения, содержащие гетероциклическую систему, представляют собой соединения, в которых R₁ представляет собой атом водорода, и R₂ представляет собой атом водорода, метильную группу или формильный радикал.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором реакцию синтеза проводят путем подачи реагентов либо непрерывно, либо периодически.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором реакция синтеза протекает между катехином, необязательно замещенным, и метиленхлоридом в присутствии щелочного продукта, выбранного из карбонатов и/или бикарбонатов щелочных металлов, таких, как натрий и калий, или их смесей.

5. Способ по п.4, в котором щелочной продукт представляет собой карбонат калия.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором мольные отношения катехин/K₂CO₃ составляют от 1:1 до 1:3.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором реакция синтеза протекает при атмосферном давлении и при температуре от 50 до 170°С.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором отношение катехин/N-метилпирролидон составляет от 1:1 до 1:20.