ES2308603T3 - Proceso mejorada para la reaccion de acoplamiento de kumada. - Google Patents
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Abstract
Un método para formar un 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno que comprende hacer reaccionar un 3-halotiofeno con un reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio o haluro de arilmagnesio en presencia de un catalizador y un disolvente de metil-tetrahidrofurano, en donde el reactivo de Grignard está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 0,5 mol/l con relación a dicho disolvente.
Description
Proceso mejorado para la reacción de
acoplamiento de Kumada.
La invención se refiere a un método para la
formación de 3-alquiltiofenos o
3-ariltiofenos a partir de
3-halotiofenos. Más particularmente, la invención
se refiere a mejoras en la reacción de acoplamiento de Kumada para
la producción de 3-alquiltiofenos o
3-ariltiofenos.
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Los tiofenos alquil- y
aril-sustituidos son compuestos intermedios
importantes para polímeros conductores. Los polímeros conductores
son materiales que poseen las propiedades eléctricas de los metales
pero retienen las propiedades mecánicas de los polímeros. Tales
polímeros conductores son materiales que se vuelven conductores
cuando se combinan con un material dopante que facilita la
conductividad del polímero. Se hace referencia comúnmente a esto en
la técnica como "dopado del polímero" y proporciona un umbral
de energía más bajo para la conductividad. Los materiales dopantes
adecuados para dopado de algunos polímeros conductores incluyen
halógenos tales como yodo, bromo y cloro. Los últimos años han
conducido al desarrollo de polímeros conductores que son capaces
incluso de aproximarse a la conductividad de los metales
naturalmente conductores. Hoy en día, los polímeros conductores son
materiales particularmente deseables para la fabricación de
dispositivos tales como dispositivos ópticos y electrónicos,
dispositivos electroluminiscentes, sensores y materiales de
apantallado.
El grado de conductividad exhibido por los
polímeros conductores depende del grado de orden a un nivel
molecular. Esto es debido en parte a la red cristalina que hace
posible un camino solapante para los electrones. Incluidos entre
los polímeros que han demostrado propiedades conductoras cuando se
combinan con materiales dopantes apropiados se encuentran los
politiofenos. Los politiofenos son particularmente deseables debido
a que los mismos se autoensamblan eficazmente en capas de
nanoescala perfectamente ordenadas y altamente conductoras, y
tienen propiedades versátiles que los hacen útiles para una amplia
gama de aplicaciones comerciales. Sin embargo, una desventaja de
los poli(tiofenos) es que los mismos no son solubles, lo que
hace difícil su procesamiento. Con objeto de aumentar la
solubilidad y procesabilidad es conocida la adición de cadenas
alquílicas en la posición 3, obteniéndose con ello un
poli(3-alquiltiofeno).
Por ejemplo, en el artículo
"Nickel-Phosphine
Complex-Catalyzed Grignard Coupling II. Grignard
Coupling of Heterocyclic Compounds" por Tamao, K.; Kodama, S.;
Nakajima, I.; Kumada, M.; Minato, A.; y Suzuki, K
(Tetrahedron 1982, 38, 3347-3354) (en lo
sucesivo "Kumada, et al."), se exponen reacciones de
acoplamiento cruzado de haluros heterocíclicos con diversos
reactivos de Grignard en presencia de complejos
níquel-fosfina como catalizadores. Particularmente,
el artículo expone métodos para introducir grupos orgánicos, v.g.
grupos alquilo, en heterociclos halogenados, tales como compuestos
heterocíclicos de 5 y 6 miembros que contienen nitrógeno o azufre,
utilizando complejos catalíticos níquel-fosfina,
tales como [cloruro de
1,3-bis(difenilfosfonil)propano-níquel(II)]
(NiCl_{2}dppp). De acuerdo con Kumada, et al., se
describen procedimientos de reacción que exponen la introducción de
un grupo orgánico en el átomo de carbono del heterociclo al que se
ha unido el halógeno, dando un producto de acoplamiento
isómeramente puro. Sin embargo, se ha encontrado que los
procedimientos descritos por Kumada, et al., generan un
producto secundario indeseable de ditienilo que precipita de las
mezclas de reacción, limitando con ello el rendimiento del producto
deseado.
La presente invención es un proceso mejorado
para las reacciones de acoplamiento descritas por Kumada, et
al. La presente invención proporciona un proceso para la
preparación de 3-alquiltiofenos y
3-ariltiofenos con un rendimiento excepcionalmente
alto. Específicamente, la invención describe un método para formar
un 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno
que comprende hacer reaccionar un 3-halotiofeno con
un reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio en presencia de
un catalizador y un disolvente de
2-metil-tetrahidrofurano que tiene
una concentración de reactivo de al menos aproximadamente 0,5 mol/l
en dicho disolvente. Inesperadamente, se ha encontrado que el uso
de un disolvente de
2-metil-tetrahidrofurano permite
mayores concentraciones del reactivo de Grignard con generación
mínima o nula del producto secundario ditienilo. Los altos
rendimientos resultantes (rendimiento espacial, kg/l) del producto
de reacción deseado 3-alquiltiofeno son rendimientos
aproximadamente 5 veces mayores comparados con el proceso bien
conocido descrito por Kumada, et al. El rendimiento bruto
determinado por cromatografía de gases de la mezcla de reacción o
selectividad podría incrementarse desde aproximadamente
70-80% hasta aproximadamente
97-99%.
97-99%.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención proporciona un método para formar
un 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno
que comprende hacer reaccionar un 3-halotiofeno con
un reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio o haluro de
arilmagnesio en presencia de un catalizador y un disolvente de
metil-tetrahidrofurano, en donde el reactivo de
Grignard está presente en una cantidad de al menos aproximadamente
0,5 mol/l con relación a dicho disolvente.
\newpage
La invención proporciona también un método para
formar un 3-alquiltiofeno o
3-ariltiofeno que comprende:
- a)
- formar un reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio o haluro de arilmagnesio en un disolvente de metil-tetrahidrofurano, estando presente el reactivo de Grignard en una cantidad de al menos aproximadamente 0,5 mol/l con relación a dicho disolvente;
- b)
- formar separadamente una composición de catalizador que comprende una combinación de un catalizador y un disolvente de metil-tetrahidrofurano;
- c)
- combinar la composición de catalizador con el reactivo de Grignard y el disolvente de metil-tetrahidrofurano para formar una mezcla de reacción; y
- d)
- después de ello, hacer reaccionar un 3-halotiofeno con dicha mezcla de reacción en condiciones suficientes para obtener un producto de reacción de 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno.
La invención proporciona un proceso mejorado
para formar tiofenos 3-alquil o
3-aril-sustituidos a partir de
tiofenos 3-halosustituidos. Un método tradicional de
conducir esta reacción se describe en el artículo de Kumada, et
al. arriba citado. El método de Kumada implica la reacción de un
3-halotiofeno con un reactivo de Grignard y
catalizador de níquel con un disolvente de tetrahidrofurano. Sin
embargo, el rendimiento alcanzado por los procesos de la reacción
de Kumada, o procesos que utilizan THF, dietiléter o
metil-terc-butil-éter (MTBE) como
disolventes, es limitado debido a la generación de productos
secundarios de ditienilo que interfieren con la reacción de
acoplamiento. Se ha encontrado, inesperadamente, que el uso de un
disolvente de metil-tetrahidrofurano
(metil-THF) particularmente
2-metil-tetrahidrofurano, reduce
sustancialmente o elimina por completo la formación de productos
secundarios causantes de interferencia, permitiendo mayores
concentraciones tanto del reactivo de Grignard como del
catalizador, y alcanzando un rendimiento prácticamente cuantitativo
de alquiltiofeno o ariltiofeno. Se prefiere también el
metil-THF debido a que es mucho más seguro que otros
disolventes debido a su baja tendencia a formar peróxidos. La
reacción de Grignard se prepara utilizando técnicas conocidas
comúnmente. Los reactivos de Grignard son sustancias extremadamente
reactivas constituidas por un grupo orgánico, v.g., un grupo
alquilo o arilo unido por un enlace covalente fuertemente polar a
magnesio, mientras que el magnesio está unido por un enlace iónico
a un ion halógeno, v.g., bromuro o cloruro. Los reactivos de
Grignard son materiales sensibles y se preparan generalmente
inmediatamente antes de su utilización por reacción de un haluro
orgánico, v.g., bromuro de metilo o bromodecano, con magnesio
metálico en un disolvente esencialmente seco por completo.
Adicionalmente, se excluye típicamente el aire del recipiente de
reacción, v.g., por purga del mismo con nitrógeno.
En el proceso de la invención, el reactivo de
Grignard se prepara por combinación de magnesio metálico en un
recipiente (v.g. un matraz) con
metil-tetrahidrofurano. En la realización preferida
de la invención, el disolvente de
metil-tetrahidrofurano comprende
2-metil-tetrahidrofurano. Es útil
también el 3-metil-tetrahidrofurano.
En la realización preferida de la invención, el magnesio metálico y
m-THF se combinan en una relación molar de
aproximadamente 1:3 a aproximadamente 1:6. A continuación, se añade
al matraz un haluro orgánico, a saber 1-bromoalcano
tal como 1-bromohexano,
1-bromodecano o 1-bromododecano, y
se hace reaccionar con el magnesio metálico para formar un
compuesto que tiene la fórmula RMgX, en donde R es un grupo alquilo
C_{1} a C_{20} o un grupo arilo C_{6} a C_{20} y X es un
halógeno. Está dentro del alcance de la invención que los grupos
alquilo o arilo podrían tener más de 20 carbonos, pero los
resultados óptimos se anticipan con un grupo alquilo C_{1} a
C_{20} o un grupo arilo C_{6} a C_{20}. En la realización
preferida de la invención, R comprende con preferencia un grupo
alquilo que tiene desde aproximadamente 4 a aproximadamente 20
átomos de carbono. De modo más preferible, R comprende un grupo
alquilo que tiene desde aproximadamente 6 a aproximadamente 12
átomos de carbono. Este grupo alquilo o arilo se encontrará
finalmente como sustituyente en lugar del grupo halógeno de la
sustancia reaccionante 3-halotiofeno, formando así
el 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno
de la invención. De acuerdo con ello, el tipo de reactivo de
Grignard determina qué alquiltiofeno o ariltiofeno se produce. En
la realización preferida de la invención, el reactivo de Grignard es
preferiblemente un haluro de alquilmagnesio que comprende un haluro
de hexilmagnesio, haluro de decilmagnesio o haluro de
dodecilmagnesio. Por esta razón, los
3-alquiltiofenos preferidos de la invención son
3-hexiltiofeno, 3-deciltiofeno y
3-dodeciltiofeno. En la fórmula RMgX, X puede
comprender cualquier halógeno, pero preferiblemente comprende bromo,
cloro o yodo. De acuerdo con ello, el reactivo de Grignard de la
invención comprende preferiblemente un bromuro de alquilmagnesio,
cloruro de alquilmagnesio o yoduro de alquilmagnesio, o un bromuro
de arilmagnesio, cloruro de arilmagnesio o yoduro de arilmagnesio.
Los reactivos de Grignard y su formación son bien conocidos en la
técnica. En la realización preferida de la invención, el reactivo
de Grignard resultante tiene una concentración en
m-THF de aproximadamente 0,5 mol/l a
aproximadamente 5,0 mol/l, de modo más preferible desde
aproximadamente 2,0 mol/l a aproximadamente 4,0 mol/l, y de modo
muy preferible desde aproximadamente 3,0 mol/l a aproximadamente
3,5 mol/l.
Composiciones de catalizador útiles para la
invención son también bien conocidas. Catalizadores preferidos
incluyen los descritos en el artículo de Kumada, et al., que
se incorpora en esta memoria por referencia. Catalizadores
adecuados incluyen catalizadores típicos de níquel y paladio que son
bien conocidos en la técnica, con inclusión de compuestos de
Ni(II), Ni(0), Pd(II) y Pd(0). En la
realización preferida de la invención, el catalizador puede
comprender
[1,3-bis(difenilfosfino)propano]-dicloroníquel(II),
acetilacetonato de níquel(II), cloruro de
1,2-bis(difenilfosfino)etano-níquel(II),
diclorobis(trifenilfosfina)paladio(II).
Asimismo, complejos preferidos de acetilacetonato de
níquel(II) y
tri-terc-butilfosfina,
triadamantilfosfina, cloruro de
1,3-bis(2,4,6-trimetilfenil)imidazolio,
1,3-bis(2,6-diisopropilfenilo),
cloruro de
1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazolio,
1,3,4-trifenil-4,5-dihidro-1H-1,2,4-triazol-5-ilideno,
cloruro de
1,3-diadamantil-imidazolio, cloruro
de
1,3-bis(2,4,6-trimetilfenil)imidazolidinio,
cloruro de
1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazolidinio
y suspensiones y combinaciones de los mismos, así como suspensiones
y combinaciones de cualquiera de los anteriores. El catalizador más
preferido es dicloruro de
1,3-difenilfosfinopropanoníquel
(Ni(dppp)Cl_{2}).
La composición catalítica de la invención puede
encontrarse en forma de una suspensión o una solución. Los
catalizadores anteriores consisten generalmente en suspensiones en
metil-tetrahidrofurano. Sin embargo, puede formarse
una solución de catalizador por adición de una porción del reactivo
de Grignard a una suspensión
catalizador-m-THF. En la realización
preferida, se forma una solución de catalizador añadiendo desde
aproximadamente 0,9 equivalentes a aproximadamente 3,0 equivalentes
del reactivo de Grignard comparados con el compuesto catalítico, de
modo más preferible desde aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5
equivalentes de dicho reactivo de Grignard comparado con el
compuesto catalítico. Globalmente, el catalizador comprende de modo
preferible una concentración de compuesto catalítico que va desde
aproximadamente 0,001% molar a aproximadamente 10% molar en dicho
disolvente, de modo más preferible desde aproximadamente 0,01%
molar a aproximadamente 1,0% molar, y de modo muy preferible desde
aproximadamente 0,09% molar a aproximadamente 0,1% molar en dicho
disolvente. De modo muy preferible, la composición de catalizador
es una suspensión de un compuesto catalítico en
metil-THF, compuesto catalítico que comprende de
modo preferible una concentración que va desde aproximadamente 1% en
peso a aproximadamente 50% en peso de dicho disolvente.
Los 3-alquiltiofenos o
3-ariltiofenos de la invención se forman por
reacción de una sustancia reaccionante de
3-halotiofeno con el reactivo de Grignard de haluro
de alquilmagnesio o haluro de arilmagnesio descrito en esta memoria
en presencia del catalizador. Esta reacción se conoce como una
reacción de metátesis. Los halotiofenos pueden comprender cualquier
tiofeno halogenado en posición 3, pero el halógeno es típicamente
bromo, cloro o yodo. En la realización preferida de la invención, el
3-halotiofeno comprende
3-bromotiofeno o 3-clorotiofeno.
Los procesos de reacción de la invención pueden conducirse
combinando primeramente la composición de catalizador y reactivo de
Grignard, y añadiendo luego el 3-halotiofeno.
Alternativamente, el 3-halotiofeno puede combinarse
con el reactivo de Grignard seguido por adición de la composición
catalítica, o combinarse primeramente con la composición catalítica
seguido por adición del reactivo de Grignard. Estas secuencias de
pasos deben entenderse como ilustrativas y no deben entenderse como
limitantes. Ejemplos adicionales de pasos de reacción se describen
en los ejemplos que siguen. Por ejemplo, en el Ejemplo 3, se
combinan magnesio metálico y 1-bromodecano en un
disolvente 2-metiltetrahidrofurano de 100% junto con
un catalizador de níquel(II). Después de ello, se añade
3-bromotiofeno al matraz.
El 3-halotiofeno puede añadirse
en estado puro o con un disolvente tal como
metil-THF. Preferiblemente, el
3-halotiofeno se añade en una relación molar de
halotiofeno a reactivo de Grignard que va desde aproximadamente
0,7:1 equivalentes a aproximadamente 1,2:1 equivalentes, de modo más
preferible desde aproximadamente 0,75:1 eq. a aproximadamente 1:1
eq., y de modo muy preferible desde aproximadamente 0,8:1 eq. a
aproximadamente 0,85:1 eq. Cada una de las reacciones expuestas
anteriormente, es decir la formación del reactivo de Grignard y la
reacción de acoplamiento por metátesis de Grignard, se conducen
preferiblemente a temperaturas de reacción que van desde
aproximadamente -20ºC a aproximadamente 100ºC, con un intervalo de
temperatura de reacción más preferido de aproximadamente 0ºC a
aproximadamente 20ºC, y un intervalo muy preferido de
aproximadamente 15ºC a aproximadamente 20ºC. El proceso da como
resultado un rendimiento cuasi-cuantitativo de
3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno,
mayor que el alcanzado en cualquier proceso de la técnica
anterior.
Los procesos de la invención se describen con
mayor especificidad en los ejemplos no limitantes siguientes.
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Esquema de
Reacción
Un esquema de reacción referido para el proceso
de la invención es como sigue:
Se añaden a un matraz 57,1 g (2,35 mol) de
magnesio metálico y 700 ml de
2-metil-tetrahidrofurano. Los
contenidos del matraz se calientan a 60-70ºC. Se
inicia una reacción por adición de 5 ml de bromuro de hexilmagnesio
(1N) en 2-metil-tetrahidrofurano al
matraz. La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente
es 3,35 mol/l. El contenido del matraz se eleva a
80-85ºC. A continuación se añaden al matraz 396 g de
bromohexano (2,4 mol) durante un periodo de 2,5 horas. Se calienta
luego el matraz a reflujo y se agita durante 2 horas más. Después
de dos horas, se enfría el matraz a 15-20ºC. Después
de ello, se añade una suspensión de 1,6 g de catalizador
Ni(dppp)Cl_{2} en 5 ml de
2-metiltetrahidrofurano. A continuación, durante un
periodo de 4 horas, se añaden 326,1 g (2 mol) de
3-bromotiofeno. Se deja el todo en agitación durante
16 horas más. La mezcla de reacción se hidroliza luego sobre 1000
ml de HCl (10% p/p). Se alcanza una conversión de 100% esencialmente
sin cantidad alguna de producto secundario
bis-tienilo, y una pureza bruta de 98,5%.
De acuerdo con este procedimiento, se llevaron a
cabo 5 operaciones.
Se añaden a un matraz 58,3 g (2,4 mol) de
magnesio metálico y 500 ml de
2-metil-tetrahidrofurano. Se
calienta el contenido del matraz a 60-70ºC. Se
inicia una reacción por adición de 5 ml de bromuro de hexilmagnesio
(1 N) en 2-metil-tetrahidrofurano al
matraz. La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente
es 4,8 mol/l. La temperatura del matraz se eleva a
80-85ºC. A continuación, se añaden al matraz 396,2 g
de bromohexano (2,4 mol) durante un periodo de 2,5 horas. Se
calienta luego el matraz a reflujo y se agita durante 2 horas más.
Después de una hora, se enfría el matraz a 15-20ºC.
Después de ello, se añade una suspensión de 1,6 g de
Ni(dppp)Cl_{2} como catalizador en 5 ml de
2-metiltetrahidrofurano. A continuación, durante un
periodo de 4 horas se añaden 326,1 g (2 mol) de
3-bromotiofeno. Se deja el todo en agitación durante
16 horas más. La mezcla de reacción se hidroliza luego en 1000 ml
de HCl (10% p/p). Se alcanza una conversión de 100% prácticamente
sin cantidad alguna de producto secundario
bis-tienilo, y una pureza bruta de 98,5%. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
15,4% de 3-bromotiofeno, 81,1% de
3-hexiltiofeno y 0,0% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 8,7%
de 3-bromotiofeno, 88,0% de
3-hexiltiofeno y 0,0% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 15 horas arrojó 0,0%
de 3-bromotiofeno, 97,5% de
3-hexiltiofeno, 0,0% de producto secundario
bis-tienilo y 0,41% de
3-(1-metil-pentil)tiofeno.
1,2 mol de magnesio metálico y 1,2 mol de
1-bromodecano se combinan en un disolvente
2-metil-tetrahidrofurano de 100%, y
con 300 mg de catalizador de
(1,3-bis(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2,6
mol/l. A continuación, se añade al matraz
3-bromotiofeno (1 eq.). Las reacciones se
condujeron a la temperatura ambiente. La cromatografía de gases
inmediata del producto de reacción arrojó 27,1% de
3-bromotiofeno, 30,0% de
3-deciltiofeno y 0,9% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 0,0%
de 3-bromotiofeno, 92,6% de
3-deciltiofeno y 2,3% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 0,0%
de 3-bromotiofeno, 94,6% de
3-deciltiofeno y 1,9% de producto secundario
bis-tienilo.
(Comparativo)
Se añadió un reactivo de Grignard constituido
por bromuro de hexilmagnesio (1 eq.) a una mezcla de un disolvente
50:50 tetrahidrofurano/tolueno, 3-bromotiofeno (1
eq.) y 200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)paladio(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 1
mol/l. La reacción se condujo a 80ºC. La cromatografía de gases
(GC) inmediata del producto de reacción arrojó 15,2% de
3-bromotiofeno, 38,0% de
3-hexiltiofeno y 17,9% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 2,0%
de 3-bromotiofeno, 40,7% de
3-hexiltiofeno y 23,9% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 1,3%
de 3-bromotiofeno, 42,1% de
3-hexiltiofeno, 24,3% de producto secundario
bis-tienilo y 2,53% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. Estos resultados
demuestran una selectividad baja utilizando un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)paladio(II)
y 50:50 de THF/tolueno como disolvente. Asimismo, una cantidad
indeseable de bis-tienilo y
3-(1-metilpentil)tiofeno como productos
secundarios.
(Comparativo)
Se añadió un reactivo de Grignard constituido
por bromuro de hexilmagnesio (1 eq.) a una mezcla de un disolvente
50:50 THF/tolueno, 3-bromotiofeno (1 eq.) y 200 mg
de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 1
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
7,1% de 3-bromotiofeno, 66,8% de
3-hexiltiofeno y 12,6% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 2,2%
de 3-bromotiofeno, 70,4% de
3-hexiltiofeno y 13,3% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 2,1%
de 3-bromotiofeno, 68,8% de
3-hexiltiofeno, 14,0% de producto secundario
bis-tienilo y 0,23% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. Los resultados
demuestran mejor selectividad utilizando un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)níquel(II)
y 50:50 THF/tolueno como disolvente que en el Ejemplo 5, pero una
conversión incompleta y una cantidad indeseable de producto
secundario bis-tienilo.
(Comparativo)
Se añadió un reactivo de Grignard de bromuro de
hexilmagnesio (1 eq.) a una mezcla de un disolvente de
tetrahidrofurano 100%, 3-bromotiofeno (1 eq.) y con
200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 1
mol/l. La reacción se condujo a 60ºC. La cromatografía de gases
inmediata del producto de reacción arrojó 9,6% de
3-bromotiofeno, 36,2% de
3-hexiltiofeno y 25,7% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 6,6%
de 3-bromotiofeno, 38,6% de
3-hexiltiofeno y 27,1% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 3,3%
de 3-bromotiofeno, 37,7% de
3-hexiltiofeno y 20,3% de producto secundario
bis-tienilo. La elevada temperatura (60ºC) y el
disolvente tetrahidrofurano 100% dieron selectividad baja,
conversión incompleta y una cantidad indeseable de producto
secundario bis-tienilo.
(Comparativo)
Se añadió un reactivo de Grignard de bromuro de
hexilmagnesio (1 eq.) a una mezcla de un disolvente de
tetrahidrofurano 100%, 3-bromotiofeno (1 eq.) y con
200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 1
mol/l. La reacción se condujo a 0ºC. La cromatografía de gases
inmediata del producto de reacción arrojó 0,09% de
3-bromotiofeno, 82,7% de
3-hexiltiofeno y 6,6% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 0,09%
de 3-bromotiofeno, 82,3% de
3-hexiltiofeno y 6,7% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 0,5%
de 3-bromotiofeno, 81,5% de
3-hexiltiofeno y 6,4% de producto secundario
bis-tienilo. La baja temperatura (0ºC) proporcionó
una selectividad satisfactoria pero una cantidad indeseable de
producto secundario bis-tienilo.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
0,2% de 3-bromotiofeno, 74,3% de
3-hexiltiofeno y 10,5% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 0,1%
de 3-bromotiofeno, 73,6% de
3-hexiltiofeno y 11,85% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 0,3%
de 3-bromotiofeno, 73,3% de
3-hexiltiofeno, 10,7% de producto secundario
bis-tienilo y 0,09% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. El disolvente y el
dietiléter proporcionaron una conversión completa, pero la
selectividad era sólo \sim70% y se formó una cantidad indeseable
de producto secundario bis-tienilo.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 200 mg de un catalizador de
(1,3-bis(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
0,1% de 3-bromotiofeno, 91,2% de
3-hexiltiofeno y 0,13% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 0,2%
de 3-bromotiofeno, 90,0% de
3-hexiltiofeno y 0,2% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 0,16%
de 3-bromotiofeno, 90,7% de
3-hexiltiofeno, 0,2% de producto secundario
bis-tienilo y 0,4% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. El disolvente
dietiléter y el catalizador de
(1,3-bis(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II)
proporcionaron una selectividad de \sim90%. Esta mezcla de
reacción forma indeseablemente un sólido para la concentración de 2
mol/l y por consiguiente no puede tratarse en escala de planta
debido a la imposibilidad de purgar el sólido con agua, lo que
requiere entonces la adición de agua a la reacción. Esto puede
conducir a acumulación de agua que puede reaccionar repentinamente,
conduciendo a un desprendimiento incontrolado de calor, y
presentando problemas de seguridad graves.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)paladio(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
77,2% de 3-bromotiofeno, 4,2% de
3-hexiltiofeno y 0,5% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 78,1%
de 3-bromotiofeno, 4,0% de
3-hexiltiofeno y 0,2% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 76,8%
de 3-bromotiofeno, 4,5% de
3-hexiltiofeno y 0,3% de producto secundario
bis-tienilo. El disolvente dietiléter y el
catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfino)paladio(II)
proporcionaron un porcentaje de conversión deficiente.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 200 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)paladio(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a 0ºC. La cromatografía de gases
inmediata del producto de reacción arrojó 0,09% de
3-bromotiofeno, 81,5% de
3-hexiltiofeno y 5,3% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 0,09%
de 3-bromotiofeno, 82,5% de
3-hexiltiofeno y 5,1% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 0,07%
de 3-bromotiofeno, 82,9% de
3-hexiltiofeno, 5,2% de producto secundario
bis-tienilo y 0,09% de
3-(1-metilpentil)-tiofeno. El
disolvente dietiléter, la temperatura de reacción de 0ºC y el
catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)paladio(II)
proporcionaron conversión completa y selectividad satisfactoria
(\sim80%) pero 5,2% de producto secundario
bis-tienilo.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 200 mg de un catalizador de acetilacetonato de
níquel(II). La concentración del reactivo de Grignard en el
disolvente es 2 mol/l. La reacción se condujo a la temperatura
ambiente. La cromatografía de gases inmediata del producto de
reacción arrojó 60,0% de 3-bromotiofeno, 5,7% de
3-hexiltiofeno y 5,9% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 40,1%
de 3-bromotiofeno, 12,7% de
3-hexiltiofeno, 16,2% de producto secundario
bis-tienilo y 2,4% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. El catalizador de
acetilacetonato de níquel(II) y el disolvente dietiléter
proporcionaban una conversión incompleta.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 12,6 mg de un catalizador de
(1,3-bis-(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
60,9% de 3-bromotiofeno, 27,2% de
3-hexiltiofeno y 0,3% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 45,6%
de 3-bromotiofeno, 42,9% de
3-hexiltiofeno y 0,3% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de 2,5 horas arrojó 35,6%
de 3-bromotiofeno, 51,8% de
3-hexiltiofeno, 0,3% de producto secundario
bis-tienilo y 0,31% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. Una cantidad
reducida de catalizador de
(1,3-bis-(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II)
y dietiléter como disolvente proporcionó conversión incompleta.
\newpage
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y sin catalizador alguno. La concentración del
reactivo de Grignard en el disolvente es 2 mol/l. La reacción se
condujo a la temperatura ambiente. La cromatografía de gases
inmediata del producto de reacción arrojó 85,7% de
3-bromotiofeno, 0,5% de
3-hexiltiofeno y 0,4% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 85,7%
de 3-bromotiofeno, 1,1% de
3-hexiltiofeno y 0,2% de producto secundario
bis-tienilo. Esto demuestra una conversión
prácticamente nula en ausencia de catalizador.
(Comparativo)
Se hace reaccionar
3-bromotiofeno (1 eq.) con un reactivo de Grignard
de bromuro de hexilmagnesio (1,2 eq.) en un disolvente de
dietiléter 100% y con 12,6 mg de un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)-níquel(II).
La concentración del reactivo de Grignard en el disolvente es 2
mol/l. La reacción se condujo a la temperatura ambiente. La
cromatografía de gases inmediata del producto de reacción arrojó
85,3% de 3-bromotiofeno, 1,7% de
3-hexiltiofeno y 0,5% de producto secundario
bis-tienilo. La GC al cabo de una hora arrojó 68,0%
de 3-bromotiofeno, 3,1% de
3-hexiltiofeno, 6,3% de producto secundario
bis-tienilo y 0,89%. Esto demuestra una mala
conversión con un disolvente de dietil-éter y un catalizador de
dicloro-bis(trifenilfosfina)níquel(II).
(Comparativo)
Se combina 3-bromotiofeno (1
eq.) en un matraz con 1,1 mol de magnesio metálico y 1,15 mol de
1-bromohexano en un disolvente THF 100%, y con 815
mg de un catalizador de
(1,3-bis(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II)
en suspensión. La concentración del reactivo de Grignard en el
disolvente es 2,2 mol/l. Las reacciones se llevaron a cabo a la
temperatura ambiente. La cromatografía de gases inmediata del
producto de reacción arrojó 85,3% de
3-bromotiofeno, 1,7% de
3-hexiltiofeno y 0,5% de producto secundario
bis-tienilo. La GC después de 48 horas arrojó 2,9%
de 3-bromotiofeno, 64,5% de
3-hexiltiofeno, 9,8% de producto secundario
bis-tienilo y 3,34% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. Esto demuestra la
mala selectividad con un disolvente THF 100%.
(Comparativo)
Se combina 3-bromotiofeno (1
eq.) en un matraz con 1,2 mol de magnesio metálico, y 1,2 mol de
1-bromohexano en un disolvente 50:50 THF/MTBE, y
con 600 mg de un catalizador de
(1,3-bis(difenilfosfino)propano)dicloro-níquel(II)
en suspensión. La concentración del reactivo de Grignard en el
disolvente es 1,3 mol/l. Las reacciones se condujeron a la
temperatura ambiente. La cromatografía de gases del producto de
reacción al cabo de 15 horas arrojó 0,2% de
3-bromotiofeno, 86,7% de
3-hexiltiofeno, 5,6% de producto secundario
bis-tienilo y 1,59% de
3-(1-metilpentil)tiofeno. Esto demuestra la
alta formación de bis-tienilo y del producto
secundario 3-(1-metilpentil)-tiofeno
con un disolvente 50:50 THF/MTBE. Globalmente, los ejemplos
comparativos demuestran que el factor principal de entrada para la
selectividad es el catalizador, en segundo lugar la temperatura y el
disolvente es responsable de la culminación final de la
selectividad. Expresado numéricamente: 60%, 30%, 10% de
responsabilidad. En metil-THF, es posible una
concentración de reactivo de Grignard de hasta 4 mol/l.
Claims (10)
1. Un método para formar un
3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno que
comprende hacer reaccionar un 3-halotiofeno con un
reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio o haluro de
arilmagnesio en presencia de un catalizador y un disolvente de
metil-tetrahidrofurano, en donde el reactivo de
Grignard está presente en una cantidad de al menos aproximadamente
0,5 mol/l con relación a dicho disolvente.
2. El método de la reivindicación 1, en donde
dicho reactivo de Grignard está presente en una cantidad de
aproximadamente 2,0 mol/l a aproximadamente 4,0 mol/l con relación a
dicho disolvente.
3. El método de la reivindicación 1, en donde
dicho disolvente comprende
2-metil-tetrahidrofurano.
4. El método de la reivindicación 1, en donde el
reactivo de Grignard comprende un haluro de alquilmagnesio C_{4}
a C_{20}.
5. El método de la reivindicación 1, en donde
dicho catalizador comprende un material seleccionado del grupo
constituido por compuestos de Ni(II), Ni(0),
Pd(II) y Pd(0) y combinaciones de los mismos.
6. Un método para formar un
3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno, que
comprende:
- a)
- formar un reactivo de Grignard de haluro de alquilmagnesio o haluro de arilmagnesio en un disolvente de metil-tetrahidrofurano, estando presente el reactivo de Grignard en una cantidad de al menos aproximadamente 0,5 mol/l con relación a dicho disolvente;
- b)
- formar separadamente una composición de catalizador que comprende una combinación de un catalizador y un disolvente de metil-tetrahidrofurano;
- c)
- combinar la composición de catalizador con el reactivo de Grignard y el disolvente de metil-tetrahidrofurano para formar una mezcla de reacción; y
- d)
- después de ello, hacer reaccionar un 3-halotiofeno con dicha mezcla de reacción en condiciones suficientes para producir un producto de reacción de 3-alquiltiofeno o 3-ariltiofeno.
7. El método de la reivindicación 6, en donde
dicho reactivo de Grignard está presente en una cantidad de
aproximadamente 2,0 mol/l a aproximadamente 4,0 mol/l con relación a
dicho disolvente.
8. El método de la reivindicación 6, en donde
dicho disolvente comprende
2-metil-tetrahidrofurano.
9. El método de la reivindicación 6, en donde el
reactivo de Grignard comprende un haluro de alquilmagnesio C_{4}
a C_{20}.
10. El método de la reivindicación 6, que
comprende adicionalmente recuperar 3-alquiltiofeno o
3-ariltiofeno a partir de dicho producto de
reacción.
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