ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ получения сульфоксидов каталитическим окислением тиоэфиров

Классы МПК:C07C315/02 образованием сульфоновых или сульфоксидных групп окислением сульфидов или образованием сульфоновых групп окислением сульфоксидов
C07C317/14 с сульфоновыми или сульфоксидными группами, связанными с атомами углерода шестичленных ароматических колец
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук (RU),
Институт неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской Академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-06-20
публикация патента:

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.

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 Н2О 2 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(NO 3)2·6Н2 О 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; способ получения сульфоксидов каталитическим окислением тиоэфиров, патент № 2349583 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 CH 2Cl2 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 [Zn 2] 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 [Zn 2BDC·(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(NO 3)2·6H2 O в качестве катализатора

Сульфид (тиоэфир) (0.15 ммоль) растворяли в 1.5 мл полярного растворителя (CH 3CN, 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)2·6H 2O 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 ([Zn 2·BDC·(L-Lac)·DMF]) и окислителя H 2O2 (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 1
Окисление сульфидов пероксидом водорода, катализируемое Zn(NO 3)2·6Н2 О
Сульфид Количество катализатора, мол. % Время реакции, чРастворитель Конверсия [%][a]Селективность [%][b]
1 PhSMe20 3CH3CN 97100
2 PhSMe10 16CH3CN 10095
3 PhSMe20 3H2O 9395
4 PhSMe10 16Н2O 10097
5 PhSMe[c] 103CH 3CN71100
6p-MePhSMe 1016 CH3CN77 100
7PhSCH 2Ph1016 CH3CN 80100
8 p-BrPhSMe20 3CH3CN 10099
9 p-BrPhSMe10 24CH3CN 100100
10 PhSi/Pr20 3CH3CN 100100
11 PhSi/Pr20 3MeOH100 100
122-naphthylSMe 203 CH3CN100 100
13CH 3S(CH2)4OH 203 CH3CN98 100
14CH 3S(CH2)4OH [c]203 CH3CN 100100

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

[a] Конверсия = ([RSOR']+[RSO2 R'])/([RSO2R']+[RSO 2R']+[RSR']),

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

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

Таблица 2
Гетерогенное окисление тиоэфиров (сульфидов), катализируемое [Zn2BDC·(Z-Lac)·DMF]·(DMF) x(х=0÷1)(1·(DMF)x)
x Сульфид (тиоэфир)Окислитель (экв.) Zn: сульфидРастворитель Конверсия[%][а]Селективность [%][b]
1 0.4p-BrPhSMe UHP (2)1:1CH 2Cl258 83
20.4 p-NO2PhSMeUHP (2) 1:1CH2 Cl27 90
30.4 PhCH2SPhUHP (2) 1:1СН2 Cl23 -
40.4 PhSMeUHP (2)1:1 СН2Cl2 6492
5 0.4PhSMeH 2O2 30%(3)1:1.5 CH3CN 92100
6 0.4PhSMeH 2O2 90%(3)1:1.5 СН2Cl2 /СН3С100 80
       N(5:1)   
7 0.4PhSMeH 2O2 90%(3)1:1.5 СН2Cl2 /СН3С100 87
       N(10:1)   
8 0.4p-BrPhSMeH 2O2 90%(3)1:1.5 СН2Cl2 /СН3С85 100
       N(10:1)   
9 0.4p-BrPhSMeH 2O2 90%(3)1:25 СН2Cl2 /СН3С58 100
       N(10:1)   
10 0.4PhSMeH 2O2 30%(1.5)1:5 CH3CN 9498
11 0.4p-BrPhSMeH 2O2 90%(3)1:1.5 СН2Cl2 /СН3С52 100
       N(5:1)   
12 0.4p-BrPhSMeH 2O2 30%(3)1:1.5 CH3CN 8100
13 0p-BrPhSMeUHP (2) 1:1СН2 Cl22 83
140 p-BrPhSMeH2O 2 30%(10)1:1CH 3CN7695
150 p-BrPhSMeH2O 2 90%(3)1:1.5СН 2Cl2/СН3С 12100
       N(10:1)  
161 p-BrPhSMeH2O 2 90%(3)1:1.5СН 2Cl2/СН3С 5999
       N(10:1)  

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

[a] Конверсия = ([RSOR']+[RSO2 R'])/([RSOR']+[RSO2R']+[RSR']).

[b] Селективность = [RSOR']/([RSOR']+[RSO 2R']).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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)2·6H 2O.

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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2349583

patent-2349583.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07C315/02 образованием сульфоновых или сульфоксидных групп окислением сульфидов или образованием сульфоновых групп окислением сульфоксидов

Класс C07C317/14 с сульфоновыми или сульфоксидными группами, связанными с атомами углерода шестичленных ароматических колец

Патенты РФ в классе C07C317/14:
безотходный способ получения полиметиленнафталинсульфонатов с регулируемым низким содержанием сульфата натрия -  патент 2527546 (10.09.2014)
замещенные бензоиламиноиндан-2-карбоновые кислоты и родственные соединения -  патент 2477279 (10.03.2013)
триэтиламмониевая соль тозилметакриловой кислоты, способ ее получения и применение в качестве регулятора роста сельскохозяйственных растений -  патент 2448088 (20.04.2012)
производные n-гидроксилсульфонамида в качестве новых физиологически полезных доноров нитроксила -  патент 2448087 (20.04.2012)
способ получения циклических дикетонов -  патент 2384562 (20.03.2010)
способ получения сульфоксидов каталитическим окислением тиоэфиров -  патент 2374225 (27.11.2009)
замещенные феноксиуксусные кислоты, обладающие модулирующей активностью в отношении рецепторов crth2 -  патент 2372330 (10.11.2009)
производные феноксиуксусной кислоты -  патент 2360901 (10.07.2009)
способ получения оптически чистых сульфоксидов -  патент 2336265 (20.10.2008)
способ получения ароматических сульфонов -  патент 2243966 (10.01.2005)


Наверх