СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ОКИСЛЕНИЕМ ТИОЭФИРОВ Российский патент 2009 года по МПК C07C315/02 C07C317/14 

Описание патента на изобретение RU2349583C1

Изобретение относится к области органической химии, а именно к получению сульфоксидов, которые широко применяются в синтезе органических соединений, в том числе биологически активных соединений /Прилежаева Е.Н. Сульфоны и сульфоксиды в полном синтезе биологически активных природных соединений. // Успехи химии, 2000, т.69, с.403-446/.

Основным подходом к получению сульфоксидов является окисление сульфидов (тиоэфиров) в мягких условиях, обычно при низких температурах, строго дозируя используемый окислитель и подбирая оптимальный растворитель.

Используется Н2О2 в различных средах и с различными каталитическими добавками, органические пероксикислоты, гидропероксиды, различные типы галогенсодержащих окислителей, в том числе свободные галогены, азотная кислота и другие азотсодержащие окислители, свободный кислород и другие более сложные реагенты /Прилежаева Е.Н. Химия сульфоксидов и сульфонов // В: Получение и свойства органических соединений серы, Л.И. Беленький, ред., Москва, Химия, 1998/. Большинство процессов имеют ряд недостатков, таких как (1) дороговизна (и непригодность для промышленного применения), (2) недостаточная экологическая безопасность, (3) невысокая селективность: на практике зачастую сложно остановить окисление на первой стадии, и большинство каталитических способов окисления приводят к образованию примесей сульфона в продуктах реакции. Поэтому поиск новых высокоселективных каталитических систем на основе доступных, не загрязняющих окружающую среду металлов (желательно биоэлементов, таких как Zn, Fe) и дешевых нетоксичных окислителей (например, пероксида водорода) является важной и актуальной задачей.

В данной работе предлагается новый способ получения сульфоксидов, основанный на процессе селективного окисления сульфидов пероксидом водорода, катализируемом соединениями цинка.

Предложен способ окисления тиоэфиров в сульфоксиды пероксидом водорода, в котором в качестве катализатора используют соли цинка, например, Zn(NO3)2·6Н2О, или координационные соединения цинка, например гомохиральный микропористый координационный полимер состава: [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x, где BDC - дианион терефталевой кислоты, Z-Lac - дианион молочной кислоты, DMF - диметилформамид.

Несмотря на значительное число способов получения сульфоксидов /Прилежаева Е.Н. Химия сульфоксидов и сульфонов // В: Получение и свойства органических соединений серы, Л.И. Беленький, ред., Москва, Химия, 1998/, в литературе до сих пор не было описано примеров окисления сульфидов (тиоэфиров) в сульфоксиды, катализируемых соединениями цинка. Наши исследования показали, что соли цинка способны катализировать селективное окисление тиоэфиров до сульфоксидов пероксидом водорода. Так, при использовании в качестве катализатора Zn(NO3)2·6Н2О окисление алкиларилсульфидов пероксидом водорода происходило с конверсией и селективностью до 100% (таблица 1). Это гомогенный процесс; для растворения Zn(NO3)2·6Н2О и пероксида водорода необходимо использовать полярные растворители. Количественное превращение может достигаться при использовании не более 10 моль.% катализатора; оптимальное соотношение окислитель: субстрат равняется двум.

Кроме того, показано, что микропористый координационный полимер [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)X (1·(DMF)X, x=0÷1) /Dybtsev D.N., Nuzhdin A.L., Chun H, Bryliakov K.P., Talsi E.P., Fedin V.P., Kim K. A Homochiral Metal-Organic Material with Permanent Porosity, Enantioselective Sorption Properties, and Catalytic Activity // Angew. Chem. Int. Ed., 2006, v.45, p.916-920/ катализирует селективное гетерогенное окисление тиоэфиров до сульфоксидов дешевым и экологически безопасным окислителем - пероксидом водорода. Результаты гетерогенного окисления сульфидов, катализируемого [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x (х=0÷1), представлены в таблице 2. В экспериментах по каталитическому окислению тиоэфиров, имеющих небольшие заместители (PhSMe, p-BrPhSMe) с 1·(DMF)x (х=1; ≈0.4) наблюдаются высокие конверсии и высокая селективность окисления после 16 ч каталитической реакции, тогда как тиоэфиры с объемными заместителями (эксперимент №3) окисляются с низкой конверсией. Размерная селективность в каталитических реакциях объясняется тем, что реакция главным образом происходит внутри микропор каркаса 1·(DMF)x. Поскольку PhCH2SPh в силу больших размеров не может проникать в поры 1·(DMF)x, его окисление может происходить только на поверхности полимера, что приводит к чрезвычайно низким величинам конверсии. Раствор, полученный перемешиванием 1·(DMF)0.4 в 2 мл CH2Cl2 в течение 12 ч с последующим отделением твердой фазы с помощью фильтрования и центрифугирования, не проявляет каталитической активности в окислении тиоэфиров. Таким образом, при перемешивании не происходит вымывания активных центров, что также является подтверждением гетерогенного характера каталитической реакции. Каждая формульная единица [Zn2] способна выполнять не менее 30 каталитических циклов. Полимер 1·(DMF)x, из которого практически полностью удален DMF (х=0), демонстрирует низкую конверсию в окислении сульфидов. Вероятно, это связано с частичным разрушением каркаса и схлопыванием пор при удалении значительного количества диметилформамида. Несмотря на то, что полимер 1·(DMF)x обладает свойством гомохиральности (т.к. при его синтезе была использована оптически чистая L-молочная кислота), в результате окисления получается рацемическая смесь сульфоксидов. В случае необходимости рацемическая смесь может быть разделена на чистые энантиомеры любым из известных способов (кристаллизацией, разделением через диастереомеры либо с помощью энантиоселективной хроматографии). Отметим, что пористый координационный полимер [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x - первый пример представителя класса координационных полимеров, демонстрирующий каталитическую активность в реакциях сульфоксидирования.

Таким образом, установлено, что соединения цинка способны катализировать окисление тиоэфиров пероксидом водорода с конверсией и селективностью до 100%. В реакциях окисления каталитическую активность проявляют как соли, так и координационные соединения цинка.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров пероксидом водорода с Zn(NO3)2·6H2O в качестве катализатора

Сульфид (тиоэфир) (0.15 ммоль) растворяли в 1.5 мл полярного растворителя (CH3CN, МеОН либо Н2О), добавляли катализатор (10-20 мол.%) и Н2О2 (0.3 ммоль) и перемешивали в течение 3-24 ч при комнатной температуре. По окончании реакции удаляли растворитель. Продукты реакции выделяли с помощью колоночной хроматографии (SiO2, элюент: гексан/этилацетат) и анализировали с помощью спектроскопии 1H ЯМР в CCl4 или CDCl3.

В таблице 1 приведены более подробно условия получения рацемических сульфоксидов окислением соответствующих сульфидов пероксидом водорода с применением соли цинка Zn(NO3)2·6H2O в качестве катализатора.

Пример 2.

Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров (сульфидов) пероксидом водорода с [Zn2·BDC(L-Lac)·DMF]·(DMF)x в качестве катализатора.

Смесь сульфида (0.1 ммоль, 1 экв), 1·(DMF)x ([Zn2·BDC·(L-Lac)·DMF]) и окислителя H2O2 (в виде 90% или 30% водного раствора) либо аддукта Н2О2 с мочевиной H2O2·(NH2)2CO (UHP) растворяли в CH2Cl2 или CH3CN (либо их смеси различного состава). Смесь, общий объем которой был 2 мл, перемешивали 16 ч при комнатной температуре. Полимер отфильтровывали и сорбированный сульфоксид экстрагировали метанолом (3×3 мл). Экстракт и фильтрат комбинировали, удаляли растворитель и DMF в вакууме. Определяют оптический выход и соотношение продуктов реакции определяли с помощью спектроскопии 1Н ЯМР с Eu(hfc)3 в CCl4 или CDCl3.

В таблице 2 приведены более подробно условия получения рацемических сульфоксидов окислением соответствующих сульфидов пероксидом водорода с применением координационного соединения цинка [Zn2·BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x в качестве катализатора.

Таблица 1Окисление сульфидов пероксидом водорода, катализируемое Zn(NO3)2·6Н2ОСульфидКоличество катализатора, мол. %Время реакции, чРастворитель Конверсия [%][a]Селективность [%][b]1PhSMe203CH3CN971002PhSMe1016CH3CN100953PhSMe203H2O93954PhSMe1016Н2O100975PhSMe[c]103CH3CN711006p-MePhSMe1016CH3CN771007PhSCH2Ph1016CH3CN801008p-BrPhSMe203CH3CN100999p-BrPhSMe1024CH3CN10010010PhSi/Pr203CH3CN10010011PhSi/Pr203MeOH100100122-naphthylSMe203CH3CN10010013CH3S(CH2)4OH203CH3CN9810014CH3S(CH2)4OH[c]203CH3CN100100

Условия реакции: сульфид (0.15 ммоль), растворитель (1.5 мл), окислитель 30% Н2О2 (0.3 ммоль), перемешивание при комнатной температуре.

[a] Конверсия = ([RSOR']+[RSO2R'])/([RSO2R']+[RSO2R']+[RSR']),

[b] Селективность = [RSOR']([RSOR']+[RSO2R'])

[c] В качестве окислителя используют 90% Н2О2 (2 экв.)

Таблица 2Гетерогенное окисление тиоэфиров (сульфидов), катализируемое [Zn2BDC·(Z-Lac)·DMF]·(DMF)x(х=0÷1)(1·(DMF)x)xСульфид (тиоэфир)Окислитель (экв.)Zn: сульфидРастворительКонверсия[%][а]Селективность [%][b]10.4p-BrPhSMeUHP (2)1:1CH2Cl2588320.4p-NO2PhSMeUHP (2)1:1CH2Cl279030.4PhCH2SPhUHP (2)1:1СН2Cl23-40.4PhSMeUHP (2)1:1СН2Cl2649250.4PhSMeH2O2 30%(3)1:1.5CH3CN9210060.4PhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С10080N(5:1)70.4PhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С10087N(10:1)80.4p-BrPhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С85100N(10:1)90.4p-BrPhSMeH2O2 90%(3)1:25СН2Cl2/СН3С58100N(10:1)100.4PhSMeH2O2 30%(1.5)1:5CH3CN9498110.4p-BrPhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С52100N(5:1)120.4p-BrPhSMeH2O2 30%(3)1:1.5CH3CN8100130p-BrPhSMeUHP (2)1:1СН2Cl2283140p-BrPhSMeH2O2 30%(10)1:1CH3CN7695150p-BrPhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С12100N(10:1)161p-BrPhSMeH2O2 90%(3)1:1.5СН2Cl2/СН3С5999N(10:1)

Условия реакции: сульфид (0.1 ммоль), растворитель (2 мл), перемешивание при комнатной температуре 16 ч.

[a] Конверсия = ([RSOR']+[RSO2R'])/([RSOR']+[RSO2R']+[RSR']).

[b] Селективность = [RSOR']/([RSOR']+[RSO2R']).

Похожие патенты RU2349583C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ОКИСЛЕНИЕМ ТИОЭФИРОВ 2008
  • Нуждин Алексей Леонидович
  • Дыбцев Данил Николаевич
  • Брыляков Константин Петрович
  • Федин Владимир Петрович
  • Талзи Евгений Павлович
RU2374225C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ ЧИСТЫХ СУЛЬФОКСИДОВ 2007
  • Нуждин Алексей Леонидович
  • Дыбцев Данил Николаевич
  • Брыляков Константин Петрович
  • Федин Владимир Петрович
  • Талзи Евгений Павлович
RU2336265C1
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ХИРАЛЬНЫХ СУЛЬФОКСИДОВ С ПОМОЩЬЮ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ 2006
  • Нуждин Алексей Леонидович
  • Дыбцев Данил Николаевич
  • Брыляков Константин Петрович
  • Федин Владимир Петрович
  • Талзи Евгений Павлович
RU2310505C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ 2010
  • Брыляков Константин Петрович
  • Талзи Евгений Павлович
RU2448954C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ХИРАЛЬНЫХ ПИРИДИЛСУЛЬФИНИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗИМИДАЗОЛОВ 2015
  • Брыляков Константин Петрович
  • Талзи Евгений Павлович
RU2574734C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДА 2009
  • Машкина Анна Васильевна
RU2409561C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-МЕТИЛ-1,4-НАФТОХИНОНА 2005
  • Холдеева Оксана Анатольевна
  • Росси Микеле
RU2278106C1
Катализатор селективного окисления первичных спиртов, способ приготовления катализатора и способ селективного окисления первичных спиртов до альдегидов 2021
  • Порываев Артем Сергеевич
  • Ефремов Александр Александрович
  • Полюхов Даниил Максимович
  • Федин Матвей Владимирович
RU2788871C2
КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ФОРМАЛЬДЕГИДА 2003
  • Холдеева О.А.
  • Тимофеева М.Н.
  • Максимов Г.М.
RU2254920C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ ХИНОНОВ 2014
  • Холдеева Оксана Анатольевна
  • Иванчикова Ирина Дмитриевна
  • Максимов Геннадий Михайлович
RU2568645C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ОКИСЛЕНИЕМ ТИОЭФИРОВ

Настоящее изобретение относится к способу получения сульфоксидов окислением тиоэфиров пероксидом водорода, в присутствии в качестве катализатора соли цинка, например Zn(NO3)2·6H2O, или координационного соединения цинка, например гомохирального микропористого координационного полимер состава: [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x, где BDC - дианион терефталевой кислоты, L-Lac - дианион молочной кислоты, DMF - диметилформамид. Настоящий способ позволяет получить сульфоксиды при более высокой конверсии и селективности процесса. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 349 583 C1

1. Способ получения сульфоксидов каталитическим окислением тиоэфиров в присутствии пероксида водорода, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют соединения цинка, выбранные из группы, включающей Zn(NO3)2·6H2O и гомохиральный микропористый координационный полимер состава: [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x, где BDC - дианион терефталевой кислоты, L-Lac - дианион молочной кислоты, DMF - диметилформамид.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения цинка используют Zn(NO3)2·6H2O.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения цинка используют координационные соединения цинка, например гомохиральный микропористый координационный полимер состава: [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x, где BDC - дианион терефталевой кислоты, L-Lac - дианион молочной кислоты, DMF - диметилформамид.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2349583C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ 2002
  • Саматов Р.Р.
  • Шарипов А.Х.
RU2234498C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИС(2-ХЛОРЭТИЛ)СУЛЬФОКСИДА 1993
  • Трофимов Б.А.
  • Гусарова Н.К.
  • Чернышева Н.А.
  • Дорофеев И.А.
  • Хилько М.Я.
  • Рахматулина Т.Н.
  • Новиков В.К.
  • Кротович И.Н.
  • Гормай В.В.
  • Долгов Н.Ф.
  • Шантроха А.В.
  • Денисеня А.Н.
RU2034833C1
Способ получения сульфоксидов 1979
  • Шарипов А.Х.
  • Загряцкая Л.М.
  • Сулейманова З.А.
  • Масагутов Р.М.
  • Бондаренко М.Ф.
SU774173A1

RU 2 349 583 C1

Авторы

Нуждин Алексей Леонидович

Дыбцев Данил Николаевич

Брыляков Константин Петрович

Федин Владимир Петрович

Талзи Евгений Павлович

Даты

2009-03-20Публикация

2007-06-20Подача