Procedimiento para la preparación catalítica de nitrilos aromáticos o heteroaromáticos.

Procedimiento para la preparación catalítica de nitrilos aromáticos o heteroaromáticos dado el caso sustituidos,

de fórmula general (I)

Ar-CN (I)

mediante reacción de los halogenuros de arilo correspondientes de fórmula general (II)

Ar-X (II)

en la que X representa cloro, bromo, yodo o sulfonato, y Ar representa un resto aromático o heteroaromático dado el caso sustituido,

caracterizado por que la reacción se lleva a cabo en presencia de compuestos de cobre y de 1-alquilimidazoles y como donador de cianuro se utiliza hexacianoferrato de potasio (II) o hexacianoferrato de potasio (III).

Procedimiento para la preparación catalítica de nitrilos aromáticos o heteroaromáticos

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de nitrilos aromáticos o heteroaromáticos mediante cianuración de los halogenuros de arilo correspondientes en presencia de catalizadores de cobre y ferrocianuro de potasio amarillo («4[Fe(CN)6]) o ferricianuro de potasio rojo (K3[Fe(CN)6j).

Los nitrilos aromáticos o heteroaromáticos tienen importancia técnica como productos químicos finos, productos intermedios de agricultura y de farmacia. Por lo tanto, son de importancia industrial procedimientos para su preparación. Un método conocido y empleado a escala industrial para la preparación de nitrilos aromáticos es la amonoxidación de toluenos sustituidos. Este procedimiento solo puede emplearse en la práctica, sin embargo, cuando los materiales de partida correspondientes (toluenos) se encuentran disponibles de forma económica. Además, la amonoxidación no se logra en presencia de sustituyentes sensibles a la oxidación en el sustrato. Otros procedimientos técnicos para la preparación de benzonitrilos son reacciones de ácidos carboxílicos y sales de amonio o amidas mediante destilación con sustancias de unión fuerte al agua (por ejemplo, P2O5) así como la reacción de ácidos carboxílicos o ásteres en fase gaseosa con amoniaco sobre un lecho sólido de Al a 500 °C. Los procedimientos de este tipo tienen sin embargo desventajas debido a las condiciones de reacción drásticas y no pueden emplearse por regla general en nitrilos aromáticos sustituidos complejos.

Los cloruros y bromuros de arilo correspondientes representan materiales de partida económicos alternativos para los nitrilos aromáticos. No obstante, la sustitución del halogenuro por cianuro se logra en la mayoría de los casos solo de forma no satisfactoria de acuerdo con procedimientos conocidos. Por ejemplo, los halogenuros aromáticos reaccionan con HCN en fase gaseosa a 650 Coa 480-650 °C en presencia de un catalizador de metal o de óxido de metal. Catalizadores, que aceleran la reacción de halogenuros de arilo con cianuro en condiciones de reacción suaves, son complejos de paladio, níquel, y cobre. De este modo, R. Breitschuh, B. Pugin, A. Indolese y V. Gisin (documento EP 0 787 124 B1 y documento US 5.883.283) describen la preparación de 3-aminobenzonitrilos sustituidos a partir de los 3-aminoclorobencenos sustituidos correspondientes en presencia de, preferentemente, complejos de Ni y cantidades estequiométrlcas de una sustancia complejante. En este procedimiento es desventajoso el uso de un exceso de agente de reducción y la limitación de la reacción a una clase de sustratos especial.

B. R. Cotter (documento US 4.211.721) describe la influencia positiva de componentes de éter del grupo 18-corona- 6, polléteres, alcoxlpolléteres o mezclas de los mismos con un peso molecular de 200-25.000 como co-catalizador sobre la cianuración catalizada por paladio de halogenuros de arilo.

J. B. Davlson, R. J. Jaslnskl y P. J. Peerce-Landers (documento US 4.499.025) describen la preparación de nitrilos aromáticos a partir de compuestos cloroaromáticos, catalizada por un complejo de metal (0) del Grupo VIII, que se forma de manera electroquímica. Este modo de proceder, sin embargo, es extraordinariamente caro en comparación con procedimientos discontinuos convencionales.

M.-H. Rock y A. Marhold (documento DE 197 06 648 A1 y documento WO 98/37 058) describen la preparación de nitrilos aromáticos a partir de compuestos cloroaromáticos en presencia de un catalizador de níquel y de una cetona mediante reacción con cianuros. La reacción puede llevarse a cabo sin embargo solo satisfactoriamente cuando la concentración de cianuro se controla de forma precisa, dado que, de lo contrario, el catalizador se cianura de forma irreversible. En este procedimiento es a su vez desventajoso la adición necesaria de un agente de reducción tal como zinc y el uso de cetonas especiales como disolventes.

M. Beller y colaboradores describen la influencia de éteres coronas, ligandos de disfosfina y ligandos de diamina sobre la reacción catalizada por paladio de halogenuros de arilo con cianuros alcalinos (documento DE 101 13 976, Tetrahedron Lett. 001, 42, 6707-10). Apoyándose en estos trabajos, se desarrollaron procedimientos, que se basan en una adición dosificada de acetoncianhidrina (Angew. Chem. 2003, 115, 1700-3), cianuro de trimetilsililo (J. Organomet. Chem. 2003, 684, 50-5) o ácido cianhídrico (documento DE 103 22 408.4) como donador de cianuro. En este caso es desventajoso el uso de catalizadores de paladio caros y ligandos especiales.

A. Viauvy y M. Casado (documento EP 0 994 099 A1) describen además la reacción de compuestos cloroaromáticos para dar nitrilo correspondiente con cantidades estequiométricas de cianuro de cobre y una fuente de bromuro o cianuro de metal alcalino o cianuro de tetraalqullamonlo en presencia de bromuro de cobre y un catalizador de transferencia de fase o cianuro de cobre y yoduro de litio. En este caso, es desventajoso el uso de cantidades estequiométricas del metal de transición.

Una cianuración catalizada por cobre de halogenuros de arilo la describió Wu y col. (Tetrahedron Lett. 2002, 43, 387-389). Éstos usan un 5 % en moles de una sal de cobre (I) como catalizador y cianuro de sodio como fuente de cianuro. No obstante sólo pueden obtenerse buenos rendimientos con la reacción de compuestos yodoaromáticos reactivos y caros. Una desventaja adicional de este procedimiento es el uso de líquidos iónicos como disolventes, que son caros y solo pueden purificarse de forma costosa.

J. Zanon, A. Klapars y S. L. Buchwald (J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2890-1) describen la cianuración de compuestos bromoaromáticos con cianuro de sodio en presencia de un 10 % en moles de yoduro de cobre (I) como catalizador y un 20 % en moles de yoduro de potasio como co-catallzador. Además se añade un equivalente de A/,A/-dimetllet¡lendlam¡na. Se supone que los bromuros de arllo se convierten de forma Intermedia en los yoduros de arilo correspondientes, que a continuación se cianuran.

En un método catalizado así mismo con yoduro de cobre (I) de Crlstau y col. (Chem. Eur. J. 2005, 11, 2483-2492) se usa un 20 % en moles del ligando 1,10-fenantrolina y acetoncianhidrina como donador de cianuro. También en este caso debe añadirse yoduro de potasio como co-catalizador.

Una desventaja esencial de todas las cianuraciones catalíticas descritas hasta el momento es la toxicidad en parte extremadamente elevada del agente de cianuración empleado, que se basa en que con el contacto con agua se libera ácido cianhídrico. Por M. Beller y col. se describieron por primera vez cianuraciones catalíticas con el ferroclanuro de potasio amarillo no tóxico [hexacianoferrato de potasio (II), Chem. Commun. 2004, 1388-1389], Sin embargo en este procedimiento es desventajoso que las reacciones se logran sólo en conexión con un catalizador de paladio.

Además, T. Scharelna, A. Zapf y M. Beller (Tetrahedron Lett. 2005, 46, 2585-2588) describen la cianuración de bromuros de arllo con catalizadores de Cu en presencia del ligando A/,A/-dimetiletilendiamina. Debido al precio elevado de este ligando son poco realistas aplicaciones técnicas.

El documento DE 10 2005 009517 describe una cianuración catalizada por cobre de halogenuros de arilo (hetero)aromátlcos en presencia de hexacianoferrato de potasio (II) como fuente de cianuro. Aminas alifáticas y arallfátlcas tales como trletilamina y A/,A/-dimetilanilina o alquilaminas con al menos 2 átomos de nitrógeno se utilizan a este respecto como aditivo.

El documento DE 293094 describe la adición de piridina como agente promotor de la reacción en la cianuración catalítica de halogenuros de arilo.

En resumen cabe señalar que casi todas las cianuraciones catalizadas con metal de transición conocidas hasta el momento de halogenuros de arilo emplean o bien fuentes de cianuro tóxicas y/o bien sistemas de catalizador caros.

Por lo tanto, era objetivo de la presente invención el desarrollo de un procedimiento mejorado para la cianuración de compuestos haloaromáticos. En particular este procedimiento podrá utilizarse adecuadamente a escala industrial y será superior a los procedimientos del estado de la técnica con respecto a los costes de catalizador y a la toxicidad de la fuente de cianuro. Sorprendentemente se descubrió que una combinación de compuestos de cobre y aditivos económicos cataliza la reacción de halogenuros de arilo con fuentes de cianuro no tóxicas, tales como por ejemplo, hexacianoferrato de potasio (II) o hexacianoferrato de potasio (III) (ferrocianuro de potasio amarillo o ferricianuro de potasio rojo).

1. Procedimiento para la preparación catalítica de nitritos aromáticos o heteroaromáticos dado el caso sustituidos, de fórmula general (I)

Ar-CN (I)

mediante reacción de tos halogenuros de arito correspondientes de fórmula general (II)

Ar-X (II)

en la que X representa cloro, bromo, yodo o sulfonato, y Ar representa un resto aromático o heteroaromático dado el caso sustituido,

caracterizado por que la reacción se lleva a cabo en presencia de compuestos de cobre y de 1-alquilimidazoles y como donador de cianuro se utiliza hexacianoferrato de potasio (II) o hexacianoferrato de potasio (III).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque como compuestos de cobre se utilizan sales o complejos de cobre (I) y cobre (II) conocidos.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que como compuestos de cobre se utilizan halogenuros de cobre, cianuros de cobre o tetrafluoroborato de cobre (II).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como 1-alquilimidazoles se utiliza 1-metilimidazol o 1-butilimidazol.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el compuesto de cobre se utiliza en una cantidad de 1 ppm al 100 % en moles, preferentemente de 10 ppm al 30 % en moles, de manera especialmente preferida del 0,1 % en moles al 10 % en moles, con respecto al halogenuro de arito utilizado Ar-X.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la amina se utiliza en una cantidad tal que la proporción molar de compuesto de cobre con respecto a amina asciende a de 1:1 a 1:10000, preferentemente a de 1:1 a 1:1000 y de manera especialmente preferida a de 1:1 a 1:200.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la reacción tiene un lugar en un disolvente orgánico inerte y/o en agua.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo a temperaturas de 20 a 220 °C, preferentemente a de 80 a 200 °C, de manera especialmente preferida a de

100 a 180 °C.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que Ar es un resto arito (C6- C19) o un resto heteroarilo (C3-C18) con 1, 2 o 3 heteroátomos seleccionados de nitrógeno, oxígeno o azufre en el anillo.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que como halogenuro de arito se utiliza 2-bromobenzotrifluoruro, 3,5-bis(trifluorometil)bromobenceno, 4-bromonitrobenceno, 2-bromo-6- metilanilina, ácido 2-amino-5-bromo-3-metilbenzoico, ácido 2-amino-5-cloro-3-metilbenzoico, 5-bromopirimidina, 2- bromo-m-xileno, 2-bromopiridina, 2-cloropiridina, 3-bromopiridina, 3-cloropiridina, 2-bromotiazol o 3-bromofurano.