Tecnología y desarrollo de síntesis orgánica: selección de disolventes

Tipo de disolvente:

a.? Solventes próticos o solventes donantes de enlaces de hidrógeno (ácidos de Lewis), como agua, etanol, ácido acético y amoníaco;

b.? Disolventes aceptores de enlaces de hidrógeno (bases de Lewis), como agua, trietilamina, acetato de etilo, acetona y DMF;

c.? Disolventes apróticos polares, o "disolventes no hidroxilo", como DMSO, DMF y dimetilacetamida DMAc;

d.? Disolventes de alcanos clorados, como cloruro de metileno, cloroformo y tetracloruro de carbono;

e.? Disolventes de fluorocarbono, como hexafluoroisopropanol;

f.? Disolventes de hidrocarburos como hexano, isooctano y tolueno;

g.? Líquido iónico;

h.? Gases supercríticos, como el dióxido de carbono supercrítico.

El proceso por el que un soluto queda rodeado por un disolvente se llama solvatación, y la solvatación del agua se llama hidratación. El valor de solvatación se refiere al número de moléculas de disolvente que rodean a un ion. En general, el grado de solvatación aumenta al aumentar el número de carga y disminuir el radio iónico. La reactividad de una especie aumenta al disminuir la solvatación porque las moléculas solvatadas filtran los reactivos y dispersan las cargas. Parte de la molécula puede ser más fácilmente soluble en otro disolvente. Por ejemplo, un disolvente aprótico con polaridad uniforme, como el DMSO, solvata los cationes, facilitando la reacción de los demás aniones. Los éteres corona, comúnmente utilizados como catalizadores de transferencia de fase (PTC), también forman complejos con cationes, lo que hace que los sitios aniónicos sean más activos. En una mezcla de solventes, los dos solventes solvatan diferentes partes de la molécula, por lo que el solvente mezclado es más soluble que cualquier solvente único. Un claro ejemplo de cómo la reducción del grado de solvatación del hidróxido de sodio afecta a su reactividad: el hidróxido de sodio sólido (tres moléculas de hidrato) es 50.000 veces más alcalino que el hidróxido de sodio al 15% (11 moléculas de hidrato). (Se dice que el PTC produce "aniones desnudos", pero se necesita una pequeña cantidad de agua, especialmente para reacciones de transferencia de fase sólido-líquido. El contenido de agua es un parámetro clave en el desarrollo de la catálisis de transferencia de fase). La solvatación es una consideración al seleccionar un solvente uno de muchos factores importantes.

La importancia de una selección cuidadosa de los disolventes;

A. Proporcionar condiciones de producción a gran escala seguras e inofensivas para los equipos y los operadores;

B. y propiedades químicas, como polaridad, punto de ebullición y miscibilidad con agua, que afectan las velocidades de reacción, la separación de dos fases, los efectos de cristalización y la eliminación de componentes volátiles mediante ebullición o secado de sólidos;

c. , como la viscosidad de la mezcla, afecta la transferencia de masa y calor, la formación de subproductos y el transporte físico;

d. La dificultad de recuperación y reutilización del disolvente afecta en gran medida el costo del producto (CoG).

El mejor disolvente debería ser capaz de cristalizar el producto de reacción directamente.

Un principio clave en la selección de solventes para una rápida ampliación del proceso es que las reacciones homogéneas son generalmente mucho más rápidas que las reacciones heterogéneas y se pueden ampliar fácilmente. Si son necesarias condiciones heterogéneas, el disolvente y las condiciones de reacción deben elegirse de modo que la mezcla de reacción sea líquida y se mezcle fácilmente. Para la reacción de hidrogenación tradicional, la agitación eficaz es muy importante porque se trata de un sistema de dispersión líquido-sólido-gas. En muchos casos, el aislamiento del producto puede impulsar la reacción. Es mejor poder cristalizar que formar un precipitado o aceite, en cuyo caso estará involucrada la materia prima.

Para algunos procesos de reacción, las condiciones heterogéneas son favorables. Las condiciones heterogéneas pueden acelerar las reacciones o reducir la degradación del producto en las condiciones de reacción.

Los catalizadores de transferencia de fases se suelen utilizar en dos disolventes inmiscibles, y la reacción se produce en la fase orgánica o interfaz. A veces también se utilizan bases, como el carbonato de potasio, para catalizar reacciones de transferencia de fase sólido-líquido.

En algunas reacciones heterogéneas desarrolladas, los materiales de partida se disuelven a medida que avanza la reacción. Algunas reacciones se suspenden en todo momento. Elegir un disolvente con cierta solubilidad para los componentes puede mejorar la eficiencia de la reacción, como agregar etanol o DMSO a la fase acuosa para la reacción. Para algunas reacciones, las condiciones heterogéneas también pueden aumentar las reacciones secundarias.

La reacción de Schotten-Baumann se utiliza habitualmente para la preparación de amidas a gran escala. Específicamente, la amina se condensa con un cloruro o anhídrido de ácido y el ácido resultante se neutraliza con una solución alcalina. Si no se añade ninguna base, el rendimiento teórico de la reacción de cantidades equimolares de amina y cloruro de ácido es sólo del 50%. Si no se añade ningún disolvente orgánico, la amida del producto precipitará y se mezclará con las materias primas, por lo que generalmente se utilizan disolventes orgánicos. El uso de disolventes orgánicos inmiscibles en agua puede reducir la degradación de reactivos y productos fácilmente hidrolizables.

La preparación de cloruros de ácido en diclorometano requiere una operación más cuidadosa (el reactivo de Vilsmeier se puede disolver en diclorometano, pero la reacción es exotérmica y el producto es propenso a la racemización). El DMF no es adecuado para la preparación de cloruros ácidos y los reactivos de cloración pueden formar cloruro de dimetilcarbamoilo (DMCC), que es cancerígeno para los animales en niveles de μg/mg.

La reacción de acoplamiento de Schotten-Baumann se lleva a cabo por encima de pH 8. El cloruro de ácido se hidroliza fácilmente y se puede observar la formación y racemización de azlactona.

Sin embargo, cuando el pH