HU221648B1

HU221648B1 - Eljárás 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-1,3,4-tiadiazol előállítására

Info

Publication number: HU221648B1
Application number: HU9802876A
Authority: HU
Inventors: Jacqueline M. Applegate; Vijay C. Desai; David T. Erdman; Klaus Jelich; Achim Noack
Original assignee: Bayer Ag.; Bayer Corporation
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2002-12-28
Also published as: KR19990062742A; KR100577639B1; IL127459A; HU9802877D0; DE69831470T2; BR9805391B1; CA2254579A1; HU221651B1; CN1113061C; BR9805391A; HUP9802877A2; HUP9802876A2; HUP9802876A3; IN191263B; ES2245472T3; EP0926143B1; DK0926143T3; HUP9802877A3; TW585859B; EP0926143A1

Abstract

A találmány tárgya eljárás tiadiazol-szulfon, közelebbről 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-1,3,4-tiadiazol előállítására. Atalálmány szerint úgy járnak el, hogy a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-1,3,4-tiadiazolt aprotikus, aromás oldószerben oldják, ésaktivált molibdén- vagy volfrámkatalizátor jelenlétében oxidálják. Azaktivált katalizátort a 2-- (metil-tio)-5-(trifluor-metil)-1,3,4-tiadiazol 1 móljára vonatkoztatva 0,5 g-tól körülbelül 10 g-ig terjedőmennyiségben alkalmazzák. A reakcióelegy víztartalmát azeotropdesztillációval távolítják el. Az eljárással a kívánt szulfonszármazék97,5% hozammal nyerhető. ŕ

Description

A találmány területe tiadiazol-szulfcmok szintézisével áll kapcsolatban. Közelebbről a találmány 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol szintézisére vonatkozik katalitikus oxidáció útján.

A szulfonok általános kémiai szerkezete az 5 R-SO₂-R’ általános képlettel fejezhető ki. A szulfonok többféle prekurzorból állíthatók elő, például: (a) szulfídok oxidációjával; (b) szulfinát-észterek átrendezésével; (c) szulfonil-halogenideknek alkénekre vagy acetilénekre végbemenő addiciójával; (d) szulfinsavak- 10 nak polarizált kötésekre végbemenő addiciójával; és (e) SO₂-nek poliénekre végbemenő addiciójával (cikloaddíciójával) [lásdpéldául: T.Durst: ComprehensiveOrganic Chemistry 11.6. fejezet; szerk. Barton és Ollis, Pergamon Press, Oxford (1979)]. 15

A szulfonoknak egy különleges csoportját alkotják a 2-(alkil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolok, amelyeket herbicidek gyártásában közbenső termékekként alkalmaznak. Leírták, hogy a 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol gombaellenes ha- 20 tással rendelkezik (lásd a 3 562 284 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírást).

A 3 562 284 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint 2-(szubsztituált szulfonil)-5(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolok előállíthatók úgy, 25 hogy a megfelelő 2-(szuhsztituált tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt valamilyen oxidálószer - például kálium-permanganát, hidrogén-peroxid vagy peroxi-trifluor-ecetsav - jelenlétében oxidálják. Ez az oxidáció savas-vizes közegben megy végbe, és ecetsavat, vala- 30 mint oldószerként metilén-kloridot igényel. Az ipari egészségvédelem és a kezelési higiénia szempontjából a metilén-klorid nem kívánt oldószer. Alacsony forráspontja (magas gőznyomáson) következtében nehezen kezelhető, és a vizes hulladékok áramát is szennyezi. 35 A szulfonszármazékot kristályosítás útján izolálják.

A szulfonnak a leírásban megadott hozama a kiinduló szulfidra vonatkoztatva körülbelül 65%.

Az ecetsav víz jelenlétében való alkalmazása az eljárásban szükségszerűen fölös mennyiségű vizet visz a 40 reakcióba; a szulfon tisztítását teszi szükségessé költséges kristályosítási műveletekkel és ennek eredményeként alacsony hozamokkal. Továbbra is fennáll tehát az igény e területen gyakorlati szempontból megfelelő, olcsó eljárásokra tiadiazol-szulfonok magas hozammal 45 való előállítására.

Az alábbiakban a találmányt röviden összefoglaljuk.

A találmány tárgya eljárás 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol előállítására. Az eljárás 50 első lépésében a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4tiadiazolt aprotikus, aromás oldószerben oldjuk, majd aktivált molibdén- vagy volfrámkatalizátort tartalmazó reakcióközegben oxidálva reakcióterméket alakítunk ki. A találmány egyik megvalósítási módja szerint a 2- 55 (metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt az aktivált katalizátor jelenlétében hidrogén-peroxiddal reagáltatjuk. Oldószerként előnyösen toluolt használunk.

Az aktivált katalizátor molibdénsav vagy volfrámsav. Ilyen savat hozzáadhatunk közvetlenül a reakció- 60 elegyhez, vagy képezhetjük a reakcióelegyben volframát- vagy molibdenátsókból. A savat előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy egy alkálifém-molibdenát- vagy alkálifém-volffamát-sót megsavanyítunk. Ennek során az előnyös alkálifém a nátrium, és a savanyításhoz savként előnyösen kénsavat használunk. Az aktivált katalizátor képzését az elegyben végezhetjük. Ezen megvalósítási mód szerint a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)1,3,4-tiadiazolt az alkálifémsó és kénsav jelenlétében hidrogén-peroxiddal reagáltatjuk.

A reakcióelegyben alkalmazott hidrogén-peroxid előnyösen vizes oldat, amely körülbelül 30 tömeg%-tól körülbelül 50 tömeg%-ig teqedő mennyiségben hidrogén-peroxidot tartalmaz. Az aktivált katalizátor körülbelül 0,5 grammtól körülbelül 10 grammig teqedő mennyiségben van jelen a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol egy móljára vonatkoztatva. Az oxidáció általában körülbelül 50 °C és körülbelül 100 °C közötti hőmérséklet-tartományban, előnyösen körülbelül 70 °C és körülbelül 90 °C közötti hőmérsékleten megy végbe.

A találmány szerinti eljárás kiegészítő lépéseket tartalmazhat A használatlan katalizátor kinyerhető, és a kinyert katalizátor adott esetben a reakcióelegybe visszavezethető. Továbbá, a reakciótermékből a víz eltávolítható. A víz eltávolítását előnyösen azeotrop desztillációval végezzük. A találmány szerinti eljárás továbbá magában foglalhat egy lépést, ahol a képződött 2-(metil-szul- l fonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt izoláljuk. I

Az alábbiakban a találmányt részletesen ismertet- f jük. |

I. A találmány }

A találmány tárgya eljárás tiadiazol-szulfon előálli- | tására. A találmány szerinti eljárás felhasználható 2- | (metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol (rövi- | den: TDA-szulfon) előállítására 2-(metil-tio)-5-(tri- f fluor-metil)-l,3,4-tiadiazolból (röviden: TDA-ból). f

A TDA-szulfont TDA katalitikus oxidációjával állítjuk elő aprotikus, aromás oldószerben megfelelő oxidálószer jelenlétében. Az oxidációs reakcióban molibdénvagy volfrámkatalizátort alkalmazhatunk.

II. Eljárás TDA-szulfon előállítására volfrám vagy molibdén alkalmazásával

A találmány ezen vonatkozása szerint a találmány szerinti eljárás egyik lépésében a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt (TDA-t) aktivált molibdén- vagy volfrámkatalizátort tartalmazó reakcióelegyben olyan reakciótermékké alakítjuk, amely a TDAszulfon-terméket tartalmazza. A TDA oxidációját meg- ;

felelő oxidálószer jelenlétében végezzük. Ilyen oxidálószerek a szakterületen jól ismertek [lásd például T.

Durst: Comprehensive Organic Chemistry (Részletes szerves kémia) 11.6. fejezet, szerk. Barton és Ollis, Pergamon Press, Oxford (1979)]. Különösen előnyös oxidálószer a hidrogén-peroxid (H₂O₂). E megvalósítási mód szerint a TDA-t katalizátor jelenlétében hidrogénperoxiddal reagáltatjuk. A reakcióelegyben alkalmazott t hidrogén-peroxid előnyösen olyan vizes oldat, amely körülbelül 30 tömeg%-tól körülbelül 50 tömeg%-ig tér- r jedó mennyiségben hidrogén-peroxidot tartalmaz.

HU 221 648 Bl

A H₂O₂-nak TDA-hoz viszonyított mólaránya körülbelül 2:1-től körülbelül 4:1-ig terjed, előnyösen körülbelül 2,2:1. Az oxidáció körülményei az adott műszaki területen jól ismertek. Az oxidációt általában körülbelül 60 °C és körülbelül 100 °C közötti hőmérséklet- 5 tartományban valósítjuk meg.

A találmány szerinti eljárásban alkalmazott TDA bármilyen forrásból nyerhető. A TDA-t előnyösen olyan eljárással állítjuk elő, amelynek eredményeként a TDA valamilyen aprotikus, aromás oldószerben, pél- 10 dául toluolban oldott.

A TDA oxidációját aprotikus, aromás oldószer jelenlétében végezzük. Ilyen oldószerek az adott műszaki területen jól ismertek. Ilyen előnyős oldószer például a toluol, a xilol, a kumol és a mezitilén. Különösen elő- 15 nyös a toluol. Az alkalmazott oldószer mennyisége széles keretek között változhat, amint ezt a jártas szakember könnyen meghatározhatja. Az oldószer pontos mennyisége az adott, alkalmazott oldószertől függ. Ha az oldószer toluol, akkor ez a TDA 1 móljára vonatkoz- 20 tatva körülbelül 0,5 móltól körülbelül 3,5 mólig teijedő mennyiségben van jelen. A toluol mennyisége előnyösen körülbelül 1,0 móltól körülbelül 2,0 mólig terjed a TDA 1 móljára vonatkoztatva; még előnyösebben a toluol mennyisége körülbelül 1,0 és körülbelül 1,5 mól 25 között van 1 mól TDA-ra vonatkoztatva.

Az „aktivált katalizátor” fogalmán - amint azt e leírásunkban használjuk - molibdénsavat vagy volfrámsavat értünk. Az ilyen savak közé tartoznak a savas sók is, amilyen például az ammónium-volframát vagy az ammó- 30 nium-molibdenát. Az aktivált katalizátor mennyisége a TDA 1 móljára vonatkoztatva körülbelül 0,005 móltól körülbelül 0,035 mólig terjed. A katalizátornak a TDA-hoz viszonyított mólaránya körülbelül 0,015:1. Az ilyen savat hozzáadhatjuk a reakcióelegyhez közvetlenül, vagy 35 kialakíthatjuk a reakcióelegyben volfiamát- vagy molibdenátsókból. A savat előnyösen valamilyen alkálifémmolibdenát vagy alkálifém-volframát savanyításával hozzuk létre. Az adott műszaki területen jól ismertek a példaként említhető és előnyös, ilyen típusú alkálifémsók, ame- 40 lyek kereskedelmi forgalomból beszerezhetők. Különösen előnyös alkálifémsók a volfrámsav és a molibdénsav nátrium-, kálium- és litiumsói. Nátriumsókként legelőnyösebbek például az Na₂MoO₄ és az Νβ^Ο₄.

Az aktíváit katalizátort úgy alakítjuk ki, hogy az al- 45 kálifémsót valamilyen savval savanyítjuk. E célra előnyös savak például az olyan szervetlen savak, amelyek pKa-ja körülbelül 1 és 4 közötti érték. Különösen előnyös a sósav, kénsav és salétromsav. A kénsav a legelőnyösebb. Az aktivált katalizátor kialakítása magában az 50 oxidációs reakcióelegyben is történhet. E megvalósítási mód szerint a TDA-t az alkálifémsó és a sav jelenlétében hidrogén-peroxiddal reagáltatjuk.

Még abban az esetben is, ha a savas katalizátort (például molibdénsavat) közvetlenül adjuk a reakcióelegy- 55 hez, a reakcióelegy kiegészítőleg további savat tartalmazhat. Ez a sav lehet szervetlen sav - amint ezt fentebb kifejtettük - vagy trifluor-ecetsav. A sav a TDA 1 móljára vonatkoztatva körülbelül 0,01 móltól körülbelül 0,03 mólig terjedő mennyiségben van jelen. 60

A fentebbi II. szakaszban részletezett, találmány szerinti eljárás további lépéseket is tartalmazhat. A katalizátor regenerálható, és a regenerált katalizátor adott esetben a reakcióelegybe visszavezethető. Továbbá a reakcióelegyből víz távolítható el. A találmány szerinti eljárás magában foglalhatja a képződött szulfon elkülönítésének a lépését is.

A víz eltávolítását előnyösen azeotrop desztillációval érhetjük el. A víz azeotrop desztillációval könnyen eltávolítható az oldószer jelenlétében, különösen akkor, ha ez az oldószer toluol. Mivel az azeotrop forráspontja a víz forráspontjánál alacsonyabb, a víz könnyen eltávolítható, ha a reakcióelegyet az oldószer forráspontjára melegítjük. Mivel az oxidációs reakció körülbelül 60 °C és körülbelül 85 °C közötti hőmérséklet-tartományban megy végbe, a víz a reakció során eltávozik, és ehhez kiegészítő lépés szükségtelen.

Az alábbi példákban a találmány szerinti előnyös megvalósítási formákat szemléltetjük, ezek azonban a találmány oltalmi körét semmiképpen sem korlátozzák.

1. példa

TDA-szulfon szintézise molibdénkatalizátor alkalmazásával

202,6 g 98,8%-os tisztaságú (1,0 mól) 2-(metiltio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol (TDA) és 116,2 g toluol oldatához keverés közben 5 g nátrium-molibdenát-monohidrátot és 2 g tömény kénsavat adunk. Az ;

elegyet keverés közben 80 °C-ra melegítjük, majd + egyenletes ütemben, 4 óra alatt 260 g (2,67 mól) 35 tö- ?

meg%-os vizes H₂O₂-oldatot adagolunk hozzá. J

A H₂O₂ adagolása alatt a reakció hőmérsékletét 80±2 °C-on tartjuk.

A reakcióelegyet 80 °C hőmérsékleten tartjuk, míg a TDA monooxidált származéka 1%-nál kisebb értékre nem csökken (ezt gázkromatográfiás elemzéssel állapítjuk meg a csúcs alatti terület és a DTA-szulfon-csúcs alatti területének összehasonlításával); ez megközelítő- i lég 2-3 óra alatt megy végbe. Az elegyből a vizet azeotrop desztillációval, toluollal távolítjuk el. A reakcióelegyet körülbelül 225 g toluollal hígítjuk, és a szilárd anyagot 60 °C hőmérsékleten vákuumszűréssel, gőzköpenyes berendezésben eltávolítjuk. A TDA-szulfont a szűrletből elkülönítjük (tisztasága 98 tömeg%-os, nettó hozama 95,5%).

A) A katalizátor újrafelhasználása

A fenti, kiszűrt szilárd terméket és 2,0 g tömény kénsavat adunk 202 g 98,8%-os tisztaságú (1,0 mól)

TDA és 116,2 g toluol oldatához keverés közben. Ezt ;

követően 260 g (2,67 mól) 35 tömeg%-os vizes H₂O₂ot adagolunk hozzá egyenletesen 4 óra alatt. A H₂O₂hozzáadása alatt a hőmérsékletet 80±2 °C-on tartjuk.

A reakcióelegyet 80 °C hőmérsékleten tartjuk, amíg a TDA monooxidált származékának mennyisége 1% alá nem csökken (ezt gázkromatográfiás elemzéssel állapítjuk meg a csúcs alatti terület és a TDA-szulfon-csúcs alatti területének összehasonlításával; időtartama meg- t közelítőleg 2-3 óra).

A reakcióból származó vizet toluollal azeotrop r desztillációval távolítjuk el. A reakcióelegyet ezután

HU 221 648 Β1 körülbelül 225 g toluollal hígítjuk, és a szilárd anyagokat 60 °C hőmérsékleten vákuumszűréssel eltávolítjuk. A nuccstortát recirkuláció céljára megőrizzük. A TDA-szulfont a szűrletből elkülönítjük (tisztasága 98,1 tömeg%-os, nettó hozama 98%). A nátriummolibdenát-katalizátor a TDA 1 móljára vonatkoztatott 3-5 g mennyiségben katalizátorként felhasználható.

B) Kénsav alkalmazása

Vizsgálataink egy másik sorozatában katalizátorként 5 g molibdénsavat alkalmaztunk kénsav nélkül vagy kénsav jelenlétében. A katalizátort többször recirkuláltattuk. Egymást követő újrahasznositást végeztünk a megelőző sarasból származó molibdénsawal és kénsavval. Ennek reakciókörülményei és sztöchiometrikus arányai minden egyes sorozatban a következők:

	A)sorozat (kénsav nélkül)	B)sorozat (kénsawal)
Molibdénsav	5g	5g
Tömény kénsav	-	3,75 g
A TDA koncentrációja a toluolban	60tömeg%	60tömeg%
TDA	1 mól	1 mól
Reakció-hőmérséklet	80 °C	80 °C
A H₂O₂ adagolásának időtartama	3 óra	3 óra
A melegítés időtartama (1%-nál alacsonyabb szulfoxidtartalomig)	2-3 óra	2-3 óra
A hidrogén-peroxid feleslege	30-60 mol%	30-60 mol%

A vizet a reakciótermékből azeotrop desztillációval távolítjuk eí. A szerves fázist a TDA-SO₂ 60 tömeg%os koncentrációjáról a toluolban 40 tömeg%-os TDASO₂-tartalomra hígítjuk. Analitikai eredményeinket az alábbi táblázatban szemléltetjük.

	Szulfon, tömeg%	Nettó hozam %	Szulfoxid, tömeg%
A) sorozat (molibdénsav önmagában)	98,6	94,9	0,6
B) sorozat (molibdénsav + kénsav)	96,8	91,7	0,5

C) Ammónium-molibdenát alkalmazása

Két TDA-szulfon-sarasot (eredeti+1 recirkulálás) állítunk elő ammónium-dimolibdenát mint katalizátor alkalmazásával. A molibdénsav legnagyobb mennyiségben lévő része ammónium-dimolibdenát. Az oxidációs reakciók fizikai és kémiai jellemzői azonosak azon reakciók jellemzőivel, ahol katalizátorként molibdénsavat alkalmaztunk. Az ammónium-molibdenát alkalmazásával elért nettó hozamok mindkét esetben 98-99% tartományba esnek.

2. példa

TDA-szulfon szintézise volfrámkatalizátor alkalmazásával

Egy reaktorba toluolos TDA-oldatot és nátriumvolframátot (Na₂WO₄) mérünk; a katalizátor friss, vagy egy előző sarasból származó recirkulált termék. Az elegyet a reakció induló hőmérsékletére melegítjük, és egy bizonyos időn belül 35 tömeg%-os hidrogénperoxidot adagolunk be. Ezt követően a reakcióelegyet 2-3 órán át a reakció hőmérsékletén melegítjük, és a reakció alatt az elegyet nitrogénnel öblítjük. A reakciókörülmények az alábbiak:

TDA/toluol, tömeg% TDA 57-60

A reakció induló hőmérséklete °C 70-74

A H₂O₂ TDA-hoz viszonyított mólaránya 2,30-2,40

A H₂O₂ adagolásának időtartama, óra 3,0-3,5 A reakció hőmérséklete, °C 80-90

A reakció időtartama, óra 2,0-3,0

A reakcióelegyet forráspontig melegítjük, azeotrop desztillációval vizet távolítunk el, majd az elegyet 70 °C-ra hűtjük, és a fázisokat elválasztjuk.

A vizes katalizátorfázist a következő sarasba való visszavezetés céljára megtartjuk. A TDA-szulfont és toluolt tartalmazó fázist a soron következő felhasználás 1 céljára megtartjuk. í

A nátrium-volframáttal végzett eljárás átlagos nettó hozama körülbelül 97,5%.

Jóllehet a találmányt a fentiekben szemléltetés céljára részletesen leírtuk, nyilvánvaló, hogy a szakterületen jártas személy változtatásokat tehet a fentiekben a találmány oltalmi körének túllépése nélkül.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)1,3,4-tiadiazol előállítására, azzal jellemezve, hogy

a) 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt aprotikus, aromás oldószerben oldunk, és

b) a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazolt aktivált molibdén- vagy volfrámkatalizátor jelenlétében oxidáljuk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a 2-(metil-tio)-5-(trifluór-metil)-l,3,4-tiadiazolt az aktivált katalizátor jelenlétében hidrogén-peroxiddal reagáltatjuk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oldószerként toluolt alkalmazunk.
4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy aktivált katalizátorként molibdénsavat vagy volfrámsavat alkalmazunk.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációt 50 °C-tól 100 °C-ig teqedő hőmér- t séklet-tartományban végezzük.
6. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, j hogy olyan hidrogén-peroxidot használunk, amely

HU 221 648 Bl

30 tömeg%-tól 50 tömeg%-ig terjedő mennyiségű hidrogén-peroxidot tartalmazó vizes oldat.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az aktivált katalizátort a 2-(metil-tio)-5-(trifluor-metil)-l,3,4-tiadiazol 1 móljára vonatkoztatva 0,5 grammtól 5 10 grammig teijedő mennyiségben alkalmazzuk.
8. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet a reakciótermékből azeotrop desztillációval távolítjuk el.
9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képződött 2-(metil-szulfonil)-5-(trifluor-metil)1,3,4-tiadiazolt kinyeqök.