ES2203069T3 - Preparacion de n-fenil-benzoquinonaiminas a partir de hidroxidifenilaminas. - Google Patents
Preparacion de n-fenil-benzoquinonaiminas a partir de hidroxidifenilaminas.Info
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Abstract
Un procedimiento para preparar una N-fenil-benzo- quinonaimina (NPQI) que comprende oxidar una correspondiente hidroxidifenilamina (HDA) en presencia de oxígeno y de un catalizador modificado de carbón activado, habiendo sido modificado dicho catalizador al eliminar los óxidos de su superficie.
Description
Preparación de
N-fenil-benzoquinonaiminas a partir
de hidroxidifenilaminas.
Este invento se refiere a un nuevo procedimiento
para la preparación de
N-fenil-benzoquinonaiminas a partir
de sus hidroxidifenilaminas correspondientes usando un catalizador
de carbón activado al que se le han eliminado los óxidos de su
superficie.
Se conoce bien la clase de las enonas cíclicas en
química orgánica. Los ejemplos mejor conocidos de enonas cíclicas
son las quinonas, tales como, por ejemplo, las benzoquinonas,
naftoquinonas, antraquinonas, fenantraquinonas y similares.
Normalmente se atribuye el nombre de quinona a la
1,4-benzoquinona. Las quinonas son generalmente
compuestos coloreados brillantes y tienen aplicaciones versátiles
en síntesis química, usos biológicos, como materiales redox, así
como en la industria. Hay varios artículos de revisión sobre la
química y las aplicaciones de las quinonas, lo que incluye, por
ejemplo, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical
Technology, Tercera ed., Vol. 19, páginas
572-605, John Wiley & Sons, Nueva York,
1982.
La síntesis de las quinonas está bien
documentada. Véase, por ejemplo, J. Cason, Synthesis of
Benzoquinones by Oxidation, en Organic Synthesis, Vol.
IV, página 305, John Wiley & Sons, Nueva York (1948). Las
quinonas se preparan generalmente por oxidación de los derivados de
hidrocarburos aromáticos apropiadamente disustituidos, donde los
sustituyentes son grupos hidroxilo o amino en las posiciones orto o
para. La 1,4-benzoquinona, por ejemplo, se puede
preparar por oxidación de hidroquinona, p-aminofenol
o p-fenilendiamina o, en ocasiones, a partir del
ácido químico. Los reactivos que se usan generalmente para la
oxidación son mezcla de dicromato/ácido sulfúrico, cloruro férrico,
óxido de plata(II) o nitrato cérico amónico. Tales métodos
se llevan a cabo generalmente en disolventes que pueden necesitar de
elaborados procesos de eliminación de residuos. Algunos
procedimientos también pueden llevar varias horas para la
finalización de la reacción.
De este modo, algunos de los procedimientos de la
técnica anterior utilizan un agente catalítico para obtener una
velocidad de reacción aceptable, mientras que otros procedimientos
transcurren sin catalizadores. El procedimiento, según el presente
invento, utiliza un mecanismo de oxidación que proporciona una
conversión extremadamente elevada, una selectividad alta y unas
velocidades de reacción rápidas.
Un procedimiento de la técnica anterior que
utiliza un catalizador en la preparación de un compuesto
N-fenilquinona-imina se describe en
la patente de EE.UU. nº 5.189.218 por Desmurs et al. El
procedimiento de Desmurs et al., que convierte una
N-(4-hidroxifenil)anilina en
N-fenilbenzoquinona-imina, utiliza
un compuesto de manganeso, cobre, cobalto y/o níquel como
catalizador en una reacción de tipo oxidativo.
Otros procedimientos que convierten
hidroxidifenilaminas en
N-fenilquinona-iminas vía oxidación
estequiométrica mediante el uso de catalizadores de dicromato sódico
o potásico se describen por Cottman en las patentes de EE.UU. nº
4.968.463, nº 5.068.439, nº 5.035.540 y nº 5.371.289 y en los
documentos EP 448.899 y EP 617.004.
Denisov et al. (Bull. Acad. Sci. USSR Div.
Chem. Sci., 37 (10), 1988) describe la preparación de
N-fenilquinona-imina al reaccionar
la 4-anilino-fenol
(4-hidroxidifenilamina) con un catalizador de
MnO_{2} en un sistema disolvente de benceno.
Ram et al. (Tetrahedron, 33(8),
887-90, 1977) enseñan un procedimiento de reacción
de auto-oxidación no catalítica para la conversión
de p-hidroxidifenilamina a
N-fenil-p-benzoquinona-imina.
El procedimiento anterior de Desmurs et al., que
usa un componente catalítico metálico, junto con cualesquiera otros
procedimientos que usen un catalizador metálico, presenta varias
desventajas. Los catalizadores metálicos no son sólo relativamente
caros, también suscitan importantes preocupaciones
medioambientales. Por ejemplo, las corrientes efluentes y los
productos pueden estar contaminados por tales metales. Además, la
recuperación del catalizador para su reutilización puede ser
extraordinariamente cara.
Se conocen en la técnica varios catalizadores de
metales no pesados. Por ejemplo, los catalizadores de carbón
activado, que se preparan típicamente calentando carbón a altas
temperaturas (de 800ºC a 900ºC) con vapor o con dióxido de carbono
para originar una estructura en forma de partícula porosa y
aumentar la superficie específica, son catalizadores oxidativos
bien conocidos. Por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 4.264.776
revela y reivindica un procedimiento para preparar aminas
secundarias por oxidación catalítica de aminas terciarias mediante
el empleo de un catalizador de carbón activado.
La patente de EE.UU. nº 4.158.643 enseña un
método para modificar la oxidación de un soporte de carbón activado
en el que se añade oxígeno a la superficie del carbón activado y,
después, el soporte de carbón se impregna con un compuesto hidrófobo
inerte. El soporte de carbón, que puede ser cualquier carbón
activado disponible comercialmente para uso de activación de fase
de vapor, es útil en la oxidación de monóxido de carbono en
presencia de dióxido de azufre por un largo período de tiempo.
La patente de EE.UU. nº 4.624.937 proporciona un
método para preparar carbón activado para oxidación catalítica de
aminas terciarias o aminas secundarias en presencia de oxígeno, o
de un gas que contiene oxígeno, para producir selectivamente aminas
secundarias o primarias. El método de la patente 4.624.937 comprende
la etapa de tratar el catalizador de carbón para retirar los óxidos
de su superficie.
Así, se puede reconocer que se conocen
procedimientos para preparar quinonaiminas a partir de
hidroxidifenilaminas. Adicionalmente, se conoce el uso de varios
catalizadores de carbón, incluido el carbón activado, en las
reacciones químicas. Sin embargo, en la conversión de
hidroxidifenilamina a una
N-fenil-benzoquinonaimina no se ha
sugerido hasta ahora el empleo de un compuesto modificado de carbón
activado como catalizador oxidativo.
Se ha descubierto ahora que un compuesto
hidroxidifenilamina se puede convertir en su correspondiente
N-fenil-benzoquinonaimina al
reaccionar la hidroxidifenilamina con oxígeno, o con un gas que
contiene oxígeno, en presencia de un catalizador modificado de
carbón activado.
Se ha tratado el catalizador modificado de carbón
activado del presente invento para eliminarle los óxidos de su
superficie. Tal catalizador modificado de carbón permite la
conversión de hidroxidifenilamina a su correspondiente
N-fenil-benzoquinonaimina con un
rendimiento casi cuantitativo (HPLC).
En contraste con la técnica anterior, una ventaja
de emplear el procedimiento del presente invento es que la
conversión de hidroxidifenilamina a la correspondiente
N-fenil-benzoquinonaimina es casi
cuantitativa. De este modo, tras completarse la reacción queda muy
poco material de desecho.
Otra ventaja que se consigue cuando se usa el
catalizador modificado de carbón activado expuesto arriba es que el
catalizador modificado de carbón activado no solamente es
reciclable, sino que también evita los inconvenientes asociados con
los catalizadores metálicos que incluyen alto coste, contaminación
del producto y preocupaciones medioambientales acerca de los
residuos.
Una ventaja adicional es que los catalizadores
modificados de carbón activado según se exponen aquí proporcionan
una reacción más rápida y más completa en la conversión de
hidroxidifenilaminas a
N-fenil-benzoquinonaiminas comparada
con la de los catalizadores de carbón activado disponibles
comercialmente.
Todavía se harán evidentes más ventajas del
presente invento para aquellos expertos en la técnica al leer y
entender la siguiente descripción detallada de las realizaciones
preferidas.
El objeto del presente invento es proporcionar un
procedimiento eficaz para la conversión de hidroxidifenilaminas a
N-fenil-benzoquinonaiminas.
De acuerdo con el objeto del invento, en una
primera realización, una orto o
para-hidroxidifenilamina según la Fórmula I:
en la que R_{1} y R_{2} se seleccionan de
manera independiente entre hidrógeno; hidroxilo: alquilo
C_{1}-C_{50}; alcoxi
C_{1}-C_{50}; ariloxi
C_{6}-C_{40}; alquenilo
C_{2}-C_{50}; cicloalquilo
C_{3}-C_{20}; arilo
C_{6}-C_{40}; aralquilo
C_{7}-C_{50}; alcarilo
C_{7}-C_{50}; alquilamino
C_{1}-C_{20}; arilamino
C_{6}-C_{40}, en la que los restos alquilo
pueden ser lineales o ramificados; heterociclo
C_{3}-C_{30} que contiene uno o más átomos de
nitrógeno, azufre, oxígeno y/o fósforo; acilo
C_{2}-C_{50}; aroilo; ciano; halógeno; tiol;
tioalquilo C_{1}-C_{50}; tioarilo
C_{6}-C_{40}; amino; nitro; sulfonato con la
fórmula SO_{3}X, donde X se selecciona entre sodio, alquilo
C_{1}-C_{50} o arilo
C_{6}-C_{40} y éster de alquilo
C_{1}-C_{50} o éster de arilo
C_{6}-C_{40}; en la que los restos anteriores se
pueden sustituir adicionalmente, donde sea apropiado; reacciona en
presencia de oxígeno o de un gas que contiene oxígeno y,
opcionalmente, un disolvente y calor, además en presencia de un
catalizador modificado de carbón activado al que se le han eliminado
los óxidos de su
superficie.
Las realizaciones más preferidas para ciertas de
las variables arriba identificadas R_{1} y R_{2} incluyen
alquilo C_{1}-C_{10}, alcoxi
C_{1}-C_{15}, ariloxi
C_{6}-C_{20}, alquenilo
C_{2}-C_{6}, cicloalquilo
C_{3}-C_{10}, arilo
C_{6}-C_{20}, aralquilo
C_{7}-C_{30}, alcarilo
C_{7}-C_{20}, alquilamino
C_{1}-C_{10}, arilamino
C_{6}-C_{20} , en las que los restos alquilo
pueden ser lineales o ramificados; heterociclo
C_{3}-C_{20} que contiene uno o más átomos de
nitrógeno, azufre, oxígeno y/o fósforo; acilo
C_{1}-C_{20}; tioalquilo
C_{1}-C_{15}; tioarilo
C_{6}-C_{20}; sulfonato con la fórmula
SO_{3}X, donde X se selecciona entre sodio, alquilo C_{1}
-C_{15} o arilo C_{6}-C_{20}
y éster de alquilo C_{1}-C_{10} o éster de arilo
C_{6}-C_{20}, en las que los restos anteriores
se pueden sustituir adicionalmente, donde sea apropiado.
Las variables ejemplares para R_{1} y R_{2}
incluyen, pero no se limitan a, hidrógeno, hidroxilo, metilo,
etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, pentilo,
1,3-dimetilbutilo, hexilo, heptilo, octilo, nonilo,
decilo, dodecilo, metoxi, etoxi, propoxi, fenoxi, etenilo,
propenilo, butenilo, ciclohexilo, cicloheptilo,
1,3-dimetil-ciclohexilo, fenilo,
fenol, bencilo, etilbencilo, xililo, naftilo, antracilo, tolilo,
tolueno, xileno, etilbenceno, nitrobenceno, clorobenceno,
metil-isobutilamino, isopropilamino, anilina,
2,4-dimetilanilina,
1,3,5-simtriacinilo,
2-benzotiazolilo, mercaptopiridazilo,
mercaptobenzotiazolilo, 2-bencimidazolilo,
2-benzoxazolilo, 2-piridilo,
2-pirimidinilo, acetilo, caproilo, benzoilo,
ftaloilo, tereftaloilo, fluoro, bromo, cloro, yodo,
ciclohexilmercapto, metilmercapto, fenilmercapto,
p-tolilsulfonato, éster de metilo, éster de etilo,
éster de propilo, éster de fenilo, alilo,
iso-butenilo, adipilo, glutarilo, succinilo,
malonilo, acrililo, metacrililo,
3-mercaptopropionilo, aminocarbonilo, carboetoxi,
carbonilo, formilo, ciano, amino, nitro, tiol y similares. Éstos
son meramente radicales ejemplares y de ninguna manera tienen el
propósito de limitar el campo de acción del invento.
En una realización más preferida, R_{1} y
R_{2} en el compuesto de la Fórmula I son ambos hidrógeno, en la
que el compuesto resultante es
4-hidroxidifenilamina.
La reacción produce una
N-fenil-benzoquinona-imina
correspondiente de acuerdo con la Fórmula IIA o IIB:
La reacción se representa como sigue:
El catalizador modificado de carbón activado,
descrito arriba, se prepara retirando tanto los óxidos
superficiales acídicos como básicos de las superficies de un
catalizador de carbón. Un método para preparar el catalizador
modificado de carbón activado se expone en la patente de EE.UU nº
4.624.937.
De acuerdo con la patente de EE.UU nº 4,624.937,
inicialmente se proporciona un material de carbón, tal como
aquéllos descritos en la patente de EE.UU. nº 4,264.776.
Comúnmente, el catalizador inicial de carbón que
se usa en la preparación del catalizador modificado de carbón es un
carbón activado disponible comercialmente con un contenido de
carbón en el intervalo de aproximadamente un 10% para el carbón de
hueso a aproximadamente un 98% para algunos carbones de madera y de
casi el 100% para carbones activados derivados de polímeros
orgánicos. La materia no carbónica en los materiales de carbón
disponibles comercialmente variará normalmente dependiendo de
factores tales como el origen del precursor y el método de
procesado y activación. El procedimiento de tratamiento se puede
llevar a cabo mediante un esquema de una única etapa o de múltiples
etapas, lo que en cualquiera de los casos resulta en una reducción
química global de óxidos en la superficie del carbón, es decir, en
la reducción o eliminación de los óxidos acídicos de la superficie
del carbón.
Según se usa aquí, el término "óxidos"
pretende indicar grupos funcionales de carbón que contienen átomos
de oxígeno, así como grupos funcionales de heteroátomos que
contienen átomos de oxígeno. Otros grupos funcionales de
heteroátomos que no contienen átomos de oxígeno se pueden eliminar
también de la superficie del material de carbón durante el
tratamiento.
En un esquema de dos etapas, el material de
carbón se puede tratar primero con un agente oxidante, tal como,
por ejemplo, ácido nítrico líquido, dióxido de nitrógeno,
CrO_{3}, aire, oxígeno, H_{2}O_{2}, hipoclorito o una mezcla
de gases obtenidos por vaporización del ácido nítrico. El
tratamiento se puede llevar a cabo empleando o un agente oxidante
gaseoso o un agente líquido. Cuando se usa un líquido, se prefiere
ácido nítrico concentrado que contenga de aproximadamente 10 a
aproximadamente 80 g de HNO_{2} por 100 g de disolución acuosa.
Los oxidantes gaseosos preferidos incluyen oxígeno, dióxido de
nitrógeno y vapores de ácido nítrico. Un oxidante particularmente
eficaz es el ácido nítrico en la fase de vapor, lo que incluye
ácido nítrico llevado a la fase de vapor por un gas transportador,
así como los vapores que se obtienen de destilar ácido nítrico
líquido. Con un oxidante líquido son apropiadas temperaturas de
aproximadamente 60ºC a aproximadamente 90ºC, pero con oxidantes
gaseosos es a menudo ventajoso usar temperaturas en la etapa de
tratamiento de aproximadamente 50ºC a 500ºC, o incluso mayores.
El tratamiento se puede llevar a cabo colocando
el carbón de un fabricante en un matraz de fondo redondo que
contenga una barra magnética de agitación. Para ilustración se
selecciona el ácido nítrico líquido como agente oxidante. La
cantidad de carbón que se emplea se determina por el porcentaje de
carga de carbón deseada (% carga de carbón = g. de carbón usados
por 100 ml de disolución de ácido nítrico) y por el volumen de
disolución de ácido nítrico empleado. Comúnmente, resulta
satisfactorio 1 a 200 g de carbón por 100 ml de ácido nítrico o de
otro agente oxidante líquido. El control de temperatura se puede
obtener por cualquier medio adecuado. Si se desea, se pueden
conectar al matraz de fondo redondo un condensador y un depurador.
Se añade al carbón un volumen calculado de agua, preferiblemente
agua desionizada, seguido del suficiente ácido nítrico
(69-71%) para obtener la disolución de ácido nítrico
deseada. Entonces, el carbón y la disolución de ácido nítrico se
agitan durante el período de tiempo deseado a la temperatura
deseada.
Tras la agitación, el carbón se filtra y la torta
de filtro húmeda resultante puede lavarse, o no, y/o secarse
previamente a la pirólisis.
El tiempo durante el cual el carbón se trata con
el oxidante puede variar ampliamente desde aproximadamente 5
minutos a aproximadamente 10 horas. Preferiblemente, es
satisfactorio un tiempo de reacción de aproximadamente 30 minutos a
aproximadamente 6 horas. Es satisfactorio un tiempo de contacto de
aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 3 horas cuando el
ácido nítrico concentrado es el oxidante.
En una segunda etapa, el material de carbón
oxidado se piroliza, es decir, se trata con calor a una temperatura
en el intervalo de aproximadamente 500ºC a aproximadamente 1500ºC,
preferiblemente de aproximadamente 800ºC a 1200ºC.
Es preferible conducir la pirólisis en una
atmósfera de gas inerte, tal como nitrógeno, argón o helio.
La torta de filtro húmeda, o el carbón seco, se
coloca en un plato cerámico de pirólisis, que se colocan juntos en
un tubo de cuarzo. El nitrógeno se pasa a través de agua a
aproximadamente 70ºC, luego a través del tubo de cuarzo durante la
pirólisis. Se mantiene la atmósfera de nitrógeno estática y seca
tras lavar a chorro el tubo de cuarzo con varios volúmenes de tubo
de nitrógeno seco antes de la pirólisis. El tubo de cuarzo, que
contiene el plato de pirólisis, se coloca en un aparato pirolizador
apropiado a aproximadamente 930ºC durante el período deseado,
seguido de enfriamiento mientras se mantiene la atmósfera de
nitrógeno.
La pirólisis puede durar entre aproximadamente 5
minutos y 60 horas, aunque es normalmente satisfactorio de 10
minutos a 6 horas. Se prefieren los tiempos más cortos por razones
económicas, ya que, como se puede esperar, la exposición continuada
de un carbón a temperaturas elevadas durante períodos prolongados
puede resultar en un catalizador de carbón malo para la oxidación.
La pirólisis se puede iniciar en una atmósfera ligeramente húmeda o
en una atmósfera que contenga NH_{3}, ya que esto parece producir
un catalizador más activo en un tiempo menor.
Alternativamente, el tratamiento se lleva a cabo
en una etapa única al pirolizar el material de carbón según se
describe arriba, mientras simultáneamente se pasa a través del
carbón una corriente de gas que contiene NH_{3} y un gas que
contiene oxígeno, por ejemplo, H_{2}O/NH_{3}. El caudal de la
corriente de gas debería ser suficientemente rápido para conseguir
un contacto adecuado entre los reactivos gaseosos nuevos y la
superficie de carbón, pero suficientemente lenta para prevenir un
exceso de pérdida de peso de carbón y un exceso de material de
desecho. Se pueden usar muchas mezclas de NH_{3}/gas que contiene
oxígeno tales como, por ejemplo, NH_{3}/CO_{2},
NH_{3}/O_{2}, NH_{3}/H_{2}O y NH_{3}/NOx, siempre que las
mezclas usadas den lugar al resultado deseado. Comúnmente, la razón
de gas que contiene oxígeno/NH_{3} puede variar de 0:100 a 90:10.
Además, el nitrógeno se puede usar como un diluyente para prevenir
la pérdida severa de peso del carbón en concentraciones de gas con
contenido de oxígeno altas. El amoníaco es un gas básico y, como
tal, se cree que ayuda en la descomposición de los diversos grupos
óxido de la superficie del material de carbón. Cualquier otra
entidad química que genere NH_{3} durante la pirólisis debería
ser también satisfactoria como fuente de NH_{3}. Por razones
económicas, la más preferida es una corriente de gas
NH_{3}/H_{2}O.
Cuando los materiales de carbón tratados según el
procedimiento expuesto arriba se usan en la oxidación catalítica de
una hidroxidifenilamina a su correspondiente
N-fenil-benzoquinonaimina, muestran
una reacción de conversión rápida y eficaz, sin los inconvenientes
asociados con el uso de catalizadores de metales pesados de los
procedimientos de la técnica anterior.
Generalmente la concentración de carga del
catalizador del presente invento es aproximadamente 0,5% a
aproximadamente 25,0% (peso/peso de hidroxidifenilamina).
Preferiblemente se usa aproximadamente 10% (peso/peso de
hidroxidifenilamina) de catalizador en las reacciones, de acuerdo
con el presente invento.
Se pueden usar varios disolventes en cualquiera
de las reacciones, de acuerdo con el presente invento. Ejemplos de
disolventes que se pueden usar en las reacciones de acuerdo con el
presente invento, pero no se limitan a, incluyen alcoholes como
metanol, etanol, isopropanol, metil isobutil carbinol,
etilenglicol, etc.; cetonas como acetona y metil isobutil cetona,
ciclohexanona,
5-metil-2-hexanona,
5-metil-3-heptanona;
hidrocarburos alifáticos y/o aromáticos como alcanos, alquenos,
tolueno y xileno; nitrilos como el acetonitrilo; disolventes
halogenados como cloroformo, cloruro de metileno y tetracloruro de
carbono y otros disolventes como
N-metilpirrolidona, THF, acetato de etilo,
dimetilformamida y dimetilsulfóxido, agua o también podría usarse
cualquier mezcla de disolventes.
El material de partida, una hidroxidifenilamina
(HDA), puede estar presente a concentraciones de aproximadamente
1,0% a aproximadamente 75,0%.
La reacción puede tener lugar a temperaturas
cambiantes en un intervalo de aproximadamente 0ºC a aproximadamente
150ºC. Preferiblemente, la temperatura de la reacción está en el
intervalo de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 80ºC.
La reacción del presente invento tiene lugar en
un sistema de oxígeno. La presión de oxígeno se puede variar,
siendo el intervalo eficaz entre 1 bar y 103,4 bar.
Preferiblemente, el sistema está entre 1,4 y 34,5 bar de O_{2}. Lo
más preferiblemente, el sistema está entre 1,03 y 6,9 bar de
O_{2}. La concentración de oxígeno puede variar desde
aproximadamente 100% de O_{2} hasta aproximadamente 2% de O_{2}
(para lo que se emplea dilución con nitrógeno o aire).
Tras completar la reacción de oxidación, el
catalizador se elimina por filtrado y la
N-fenilquinonaimina se aísla de manera convencional,
usando un disolvente si fuese apropiado.
En el procedimiento del presente invento también
se puede usar una amina terciaria para acelerar la velocidad de
reacción. Las aminas terciarias que se usan en el presente invento
incluyen, pero no se limitan a, trialquil y
triaril-aminas. La adición de una amina terciaria
dará lugar a un pH básico para la reacción. Preferiblemente el pH es
aproximadamente pH8 a aproximadamente pH9.
El presente invento se puede ilustrar más
claramente por el siguiente ejemplo(s). El catalizador
modificado de carbón activado que se usa en los ejemplos se preparó
de acuerdo con el procedimiento expuesto arriba.
Una mezcla de 5,0 g de
4-hidoxidifenilamina (4-HDA), 0,5 g
de catalizador modificado de carbón y 200 ml de metanol se cargó en
un autoclave. La mezcla de reacción se agitó y el autoclave,
purgado con oxígeno, se cargó después a 2,1 bar de oxígeno a
20-25ºC. Entonces, la mezcla de reacción se calentó
a 50ºC y se mantuvo a 50ºC hasta que se completó la reacción. A
medida que la reacción progresó, la presión de oxígeno descendió.
Cuando la presión de oxígeno descendió hasta aproximadamente 1,4 bar
se cargó más oxígeno para devolver la presión a 2,1 bar. El tiempo
de reacción se contó desde el momento en que el oxígeno se cargó en
el autoclave. El progreso de la reacción se monitorizó por análisis
de las muestras mediante HPLC. Cuando se detectó muy poca, o
ninguna, toma de oxígeno y el análisis de HPLC indicó la
desaparición del material de partida
4-hidroxidifenilamina, el producto se filtró para
separar el catalizador. La reacción duró aproximadamente 1 hora y el
análisis de HPLC de la mezcla indicó un área del 99,7% del producto
N-fenil-p-benzoquinonaimina
(NPQI). El producto se puede aislar con un rendimiento mayor al
90%. El producto es un sólido marrón con un punto de fusión de
100-103ºC.
Se pueden usar varias técnicas de aislamiento
bien conocidas en la técnica para aislar el producto de acuerdo con
el presente invento, lo que incluye, pero no se limita a,
cristalización, concentración y/o precipitación.
El catalizador y el disolvente recuperados de la
reacción se pueden reciclar y usarse de nuevo en reacciones
subsecuentes.
Este ejemplo enseña el efecto de usar
trietilamina para aumentar la velocidad de reacción.
De acuerdo con el procedimiento expuesto en el
Ejemplo 1, una mezcla de 5,0 g de
4-hidoxidifenilamina (4-HDA), 0,5 g
de catalizador modificado de carbón, 1,5 g de trietilamina y 200 ml
de metanol se cargó en un autoclave. Se empleó el mismo
procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1. La reacción duró 20
minutos y el análisis de HPLC de la mezcla indicó un área del 98,6%
del producto
N-fenil-p-benzoquinonaimina
(NPQI).
De nuevo, se pueden emplear varias técnicas de
aislamiento bien conocidas en la técnica para aislar el producto de
acuerdo con el presente invento, lo que incluye, pero no se limita
a, cristalización, concentración y/o precipitación.
El catalizador y el disolvente recuperados de la
reacción se pueden reciclar y usarse de nuevo en reacciones
subsecuentes.
De acuerdo con el procedimiento expuesto en el
Ejemplo 1, 5,0 g de 4-hidoxidifenilamina
(4-HDA) en 200 ml de tolueno y 0,5 g de catalizador
modificado de carbón se cargaron a un autoclave. Se empleó el mismo
procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1. La reacción se llevó
a cabo hasta su finalización en menos de 1,25 h. y el catalizador se
separó del producto por filtración simple. El análisis de HPLC de
la mezcla indicó un área mayor del 95% del producto
N-fenil-p-benzoquinonaimina.
Una comparación de los dos ejemplos siguientes
indica claramente las ventajas de la trietilamina en la velocidad
de reacción.
Una mezcla de 5,0 g de
4-hidoxidifenilamina (4-HDA), 0,5 g
de catalizador modificado de carbón y 200 ml de metanol se cargó en
un autoclave. La mezcla de reacción se agitó y el autoclave,
purgado con oxígeno, se cargó después a 2,1 bar de oxígeno a 21ºC.
Entonces, la mezcla de reacción se mantuvo a 21ºC hasta que la
reacción se completó. A medida que la reacción progresó, la presión
de oxígeno descendió. Cuando la presión de oxígeno descendió hasta
aproximadamente 1,4 bar se cargó más oxígeno para devolver la
presión a 2,1 bar. El tiempo de reacción se contó desde el momento
en que el oxígeno se cargó en el autoclave. El progreso de la
reacción se monitorizó por análisis de las muestras mediante HPLC.
La tabla siguiente resume los resultados:
| Nº de muestra | Tiempo (minutos) | Área % 4-HDA | Área % NPQI |
| 1 | 10 | 31,1 | 68,2 |
| 2 | 20 | 30,1 | 69,3 |
| 3 | 30 | 14,9 | 83,1 |
| 4 | 40 | 13,8 | 85,6 |
| 5 | 50 | 8,15 | 90,4 |
| 6 | 60 | 7,5 | 90,9 |
| 7 | 70 | 5,4 | 94,2 |
| 8 | 80 | 3,6 | 96,1 |
| 9 | 90 | 3,3 | 94,6 |
| 10 | 100 | 1,6 | 97,5 |
| 11 | 110 | 0,85 | 98,6 |
Cuando se detectó muy poca, o ninguna, toma de
oxígeno y el análisis de HPLC indicó la desaparición del material
de partida 4-hidroxidifenilamina, el producto se
filtró para separar el catalizador. El análisis de HPLC de la mezcla
indicó un área del 98,6% del producto
N-fenil-p-benzoquinonaimina
(NPQI).
De nuevo, se pueden emplear varias técnicas de
aislamiento bien conocidas en la técnica para aislar el producto de
acuerdo con el presente invento, lo que incluye, pero no se limita
a, cristalización, concentración y/o precipitación.
El catalizador y el disolvente recuperados de la
reacción se pueden reciclar y usarse de nuevo en reacciones
subsecuentes.
De acuerdo con el procedimiento expuesto en el
Ejemplo 4, una mezcla de 5,0 g de
4-hidoxidifenilamina (4-HDA), 0,5 g
de catalizador modificado de carbón, 200 ml de metanol y 1,5 g de
trietilamina se cargó en un autoclave. La mezcla de reacción se
agitó y el autoclave, purgado con oxígeno, se cargó después a 2,1
bar de oxígeno a 21ºC. Entonces, la mezcla de reacción se mantuvo a
21ºC hasta que la reacción se completó. A medida que la reacción
progresó, la presión de oxígeno descendió. Cuando la presión de
oxígeno descendió hasta 1,4 bar se cargó más oxígeno para devolver
la presión a 2,1 bar. El tiempo de reacción se contó desde el
momento en que el oxígeno se cargó en el autoclave. El progreso de
la reacción se monitorizó por análisis de las muestras mediante
HPLC. La tabla siguiente resume los resultados:
| Nº de muestra | Tiempo (minutos) | Área % 4-HDA | Área % NPQI |
| 1 | 10 | 18,3 | 80,5 |
| 2 | 20 | 8,7 | 90,5 |
| 3 | 30 | 3,7 | 93,9 |
| 4 | 40 | 2,1 | 96,9 |
| 5 | 50 | 1,3 | 98,3 |
| 6 | 60 | 0,77 | 99,2 |
Cuando se detectó muy poca, o ninguna, toma de
oxígeno y el análisis de HPLC indicó la desaparición del material
de partida 4-hidroxidifenilamina, el producto se
filtró para separar el catalizador. El análisis de HPLC indicó un
área del 99,2% del producto
N-fenil-p-benzoquinonaimina
(NPQI).
Ésto claramente indica que la velocidad de
reacción en presencia de trietilamina es extremadamente más rápida
en comparación a la reacción sin ésta.
Las
N-fenil-benzoquinonaiminas del
presente invento se pueden usar como materiales de partida en la
producción de aminodifenilaminas. Las
para-aminodifenilaminas se usan en la producción de
numerosas productos químicos de caucho, lo que incluye
antidegradantes, inhibidores de gel e inhibidores de la
polimerización. Además, las
N-fenil-benzoquinonaiminas también
exhiben propiedades intensificadoras del rendimiento cuando se usan
como aditivos de caucho.
Claims (10)
1. Un procedimiento para preparar una
N-fenil-benzo-quinonaimina
(NPQI) que comprende oxidar una correspondiente hidroxidifenilamina
(HDA) en presencia de oxígeno y de un catalizador modificado de
carbón activado, habiendo sido modificado dicho catalizador al
eliminar los óxidos de su superficie.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que la hidroxidifenilamina (HDA) es
4-hidroxidifenilamina.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que inicialmente la HDA se disuelve y/o se mezcla en un
disolvente.
4. El procedimiento de la reivindicación 3 en el
que el disolvente es un alcohol, cetona, hidrocarburo
aromático/alifático, nitrilo, disolvente halogenado,
N-metilpirrolidona, THF, acetato de etilo,
dimetilformamida, dimetilsulfóxido, agua o sus mezclas.
5. El procedimiento de la reivindicación 4 en el
que el disolvente alcohol se selecciona entre metanol, etanol,
isopropanol, metil isobutil carbinol y etilenglicol.
6. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que se añade además una amina terciaria a la reacción.
7. El procedimiento de la reivindicación 6 en el
que la amina terciaria es trietilamina.
8. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que los óxidos se eliminan de la superficie del catalizador
modificado de carbón activado al someter al carbón activado a un
agente oxidante y pirolizar después el carbón activado en una
atmósfera libre de oxígeno a una temperatura en el intervalo de
500ºC a 1500ºC.
9. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que los óxidos se eliminan de la superficie del catalizador de
carbón activado al pirolizar simultáneamente el carbón activado en
presencia de NH_{3} y de un gas que contiene oxígeno que reacciona
con los óxidos en la superficie del carbón activado a temperaturas
de pirolización de 500ºC a 1500ºC.
10. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que la presión de oxígeno en la reacción es de 1,4 bar a 34,5 bar
de O_{2}.
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