Obtinerea Eterilor Prin Reactia Williamson

Obtinerea eterilor prin reactia Williamson

1.1.Procedeul clasic.Generalitãti.

Sinteza eterilor asimetrici a fost realizatã pentru prima datã de Williamson(1) în solutie alcoolicã. În prima etapã se obtine alcoxidul (fenoxidul) de sodiu din reactia alcoolului cu sodiu metalic. Acesta reactioneazã apoi cu derivatul halogenat:

In forma sa intialã metoda utiliza mari cantitãti de alcool, iar reactiile secundare numeroase îi micsorau eficacitatea. Acest procedeu a fost mult modificat si este, si în prezent, foarte aplicat pentru sinteza unei mari pãrti a eterilor asimetrici.

Formarea alcoxizilor(fenoxizilor) se explicã prin polaritatea maritã a legãturi O-H. Aceastã polaritate conferã caracterul acid al compusilor, protonul putând fi înlocuit cu ioni metalici(în apã pentru alcooli, pKa=16-19,iar pentru fenoli pKa=7-12)(2,52,99). In continuare sunt prezentate pe scurt câteva exemple de reactii de eterificare ale fenolilor prin procedeul clasic(în mediu omogen).

Compusi eterici utilizati în domeniul cristalelor lichide au fost obtinuti prin eterificarea fenolilor în solutie etanolicã cu omologi ai cloruri de benzil(3) folosind ca bazã etoxidul de sodiu. Dupã 5h de reflux randamentele sunt cuprinse între 70 si 75%:

unde R :alchil; R1 :alcoxi

Polieteri aromatici au fost sintetizati în mediu omogen folosind ca solvent alcoolul etilic. În alcoolul etilic se adaugã cantitatea necesarã de benzen pentru formarea azeotropului ternar H2O-C2H5OH-C6H6. Acest azeotrop permite evacuarea apei rezultate din neutralizarea fenolului cu baza alcalinã(4,5). In general, dupã 4h de reflux(temperatura 65-75°C), randamentele sunt cuprinse între 70 si 80%. Polieterii au structurile urmãtoare :

R1-4 :alchil

Sinteza unor compusi cu proprietãti antiinflamatorii, precum mono-hidroxieterii aromatici, s-a realizat sub atmosferã de azot si folosind ca bazã KOH. In cazul pirocatechol, dupã 2h de reflux a solutiei etanolice continând sarea de potasiu a fenolului si derivatii halogenati corespunzãtori, randamentele sunt cuprinse între 50-60%(6,97,98). Compusii au formula generalã de mai jos :

în care : R:naftil;piridil;chinolil;alcoxifenil;benzimidazolil.

Alte procedee de sintezã a eterilor fenolici în mediu omogen utilizeazã drept baze etoxidul sau metoxidul de sodiu. Acestea sunt obtinute prin reactia solventului(etanol sau metanol) cu sodiu metalic(95,96). Alcoxidul este apoi utilizat la obtinerea solutiei sãri de sodiu a fenolului. Prin acest procedeu s-au sintetizat la reflux eteri având structurile de mai jos (7) :

în care : R : 2-Me;2-Cl;4-Cl;4-Fl;4-OMe si R1 : NMe2;metilpiridine

Reactiile de eterificare în mediu omogen a fenolilor cu 1-(clormetil)naftalina s-au realizat într-un interval de timp de 5h cu randamente cuprinse între 70-80%(8). Drept solvent s-a utilizat un amestec continând o-xilen si DMF, temperatura de reflux fiind impusã de punctele de fierbere ale acestora ( 145-150°C). Compusii eterici formati au structura :

în care R1-3 : Cl ; NO2 ; p-MePhCH2.

Derivati eterici utilizati ca infibitori ai monoaminoxidazei au fost obtinuti în mediu omogen(9), fie prin reactia fenolului cu NaH în DMF urmatã apoi de eterificare cu 1-clor-3-(clormetil)benzen, fie în alcool propilic prin reactia derivatului fenolic cu hidroxidul de potasiu urmatã apoi de eterificare :

KOH , PrOH , =41%

si respectiv :

NaH , DMF , =66%

Eterificarea derivatilor substituiti ai p-hidroxiazobenzen în solutie metanolicã utilizând ca bazã metoxidul de sodiu (generat prin reactia metanolului cu sodiu) si halogenuri alifatice sau aromatice a condus la azoeteri(10) având structura :

Obtinerea de azoeteri aromatici având structuri asemãnatoare celei de mai sus s-a putut realiza si în solutie de C6H6-C2H5OH(1:1volume). In prima etapã se preparã azofenoxidul de sodiu prin neutralizarea derivatului substituit al 4-hidroxiazobenzen cu cantitatea echivalentã de hidroxid de sodiu solid. Apa rezultatã din reactia de neutralizare este eliminatã cu ajutorul azeotropului ternar H2O-C2H5OH-C6H6. Refluxarea solutiei continând sarea azofenolului si reactivul clorometilat aromatic la o temperaturã impusã de punctele de fierbere ale solventilor (65-70°C) timp de 5-7h, determinã obtinerea produsilor azoeterici cu randamente cuprinse între 65 si 80% (11,12) .

Derivati eterici ai 9,10-bis(clormetil)antracen cu fenoli au fost sintetizati prin aceiasi metoda azeotropã (13,14,15). Dupã 5h de reflux randamentele sunt cuprinse între 50-70%:

1.2 Eterificarea în mediu heterogen solid-lichid

Un numãr important de eteri au fost sintetizati folosind un sistem bifazic heterogen solid-lichid în care faza solidã este o bazã hidroxilicã sau un carbonat mineral(16). Utilizarea unui solvent aprotic dipolar, permite limitarea timpului de reactie si conditii mai simple de lucru(16,17).

In mediu heterogen folosind drept solvent DMSO si ca bazã KOH au fost sintetizati eteri asimetrici din alcooli si halogenuri si respectiv sulfati de alchil. Dupã 6h de reactie, la temperatura de 55°C, randamentele ramân inferioare valori de 50%. Prezenta unui numãr foarte mic de molecule de apã determinã ca randamentele sã ajungã la 85-95%(17), la temperatura ambiantã, chiar la eterificarea alcoolilor tertiari.

O nouã clasã de eteri, derivati de la 2.6-dioxabiciclo[3,3,0]-4,8-octandiol (izosorbid), au fost preparati în laborator într-un mediu foarte putin hidratat prin reactia compusului hidroxilic cu bromurile de alchil cu lanturi lungi. In lipsa cantitãti catalitice a moleculelor de apã, randamentele acestei eterificãri sunt mediocre. Moleculele de apã intervin probabil la interfata solid-lichid, interfatã în care se gãsesc speciile anionice, facilitând formarea acestor specii (17):

unde R: Et ; Pr ; Bu

Prepararea eterilor mixti aromatici-alifatici a fost realizatã cu foarte bune rezultate(18) în solventi oxigenati (dioxan) :

la un rapoart molar fenol : KOH:R-Br=7:35:10,5 , la temperatura de 60°C. Dupã 4h de reactie randamentul este de 95%. Inlocuind KOH cu KHCO3, dupã 6h de reactie, randamentul are valoarea de 10%. Folosind K2CO3 si alegând raportul molar fenol:K2CO3 :RBr=7/17/21, dupã 6h de reactie la 85°C, randamentul devine 99%. Rezultate foarte bune se obtin si la utilizarea DMSO. Mecanismul de reactie propus pentru explicarea unor asemenea rezultate este urmãtorul :

Formarea produsului de reactie este însotitã de formarea KBr. Excesul de bazã este necesar deoarece reactia are loc la suprafata bazei. Acest mecanism îl putem considera adevãrat pentru un numãr foarte redus de fenoli, deoarece pentru marea parte a fenolilor aciditatea lor permite reactia cu ionul CO32-(pKafenoli<pKaHCO3=10,25).

O serie de eteri mixti aromatici-alifatici cu proprietãti de cristale lichide au fost sintetizati(21) utilizând acest procedeu :

La sinteza compusilor se utilizeazã ca bazã Cs2CO3 pentru a evita reactiile de oxidare ale grupãri carbonilice.

In cazul alcoolilor superiori (C8,C10,C12), în lipsa solventului organic, în mediu heterogen solid-lichid, reactia cu bromura de butil utilizând un exces de KOH, dupã 6h, la temperatura de 20°C, decurge cu randament mediocru(=15%). Adaugând un catalizator de transfer de fazã ca polietilenglicol 600 randamentul ajunge la 80%(19,20). Important este procentul de apã din KOH. La o hidratare de 10% randamentul este de 65%, valoarea maximã a randamentului obtinându-se la o hidratare a KOH de 15%.

1.3 Eterificarea prin cataliza de transfer de fazã

1.3.1 Cataliza de transfer de fazã în prezenta solventilor

Ameliorarea reactiei Williamson de obtinere a eterilor asimetrici s-a putut face cu bune rezultate prin aplicarea catalizei de transfer de fazã(C.T.P.). Aceastã metodã s-a dovedit foarte bunã pentru accelerarea reactiilor chimice în mediu heterogen, sinteza eterilor asimetrici oferind un astfel de mediu. Dacã notam cu Q+X- catalizatorul folosit(de exemplu o sare cuaternarã de amoniu), cu R1X halogenura si cu R2OH compusul hidroxilic, reactiile chimice în cele douã faze sunt urmãtoarele (22,31,32,33,34):

Obs.:org=faza organicã; aq=faza apoasã

Cresterea vitezei reactiei de eterificare prin utilizarea catalizatorilor de transfer de fazã este explicatã prin mai multi factori. Formarea speciei R2O-Q+ în care Q+ este un cation voluminos(Bu4N+,n-Oct3MeN+ etc.) reduce solvatarea anionului si deci accesul mai usor la atomul de carbon. In acelasi timp transportul anionului în faza organicã mãreste reactivitatea speciei nucleofile(36) cu atât mai mult cu cât volumul cationului asociat este mai mare (atractia electrostaticã creste între un anion si un cation cu cât volumul cationului este mai mic).

Solventul influenteazã deasemenea viteza de reactie. Utilizarea unui solvent cu constantã dielectricã mare va reduce forta de atractie electrostaticã între perechile de ioni, capacitatea de disociere a sãri va creste, iar evolutia reactiei va fi favorizatã (23,25,27,28,30).

Prin reactia cloruri de benzil cu n-butanol si alcoolul alilic folosind ca solvent THF, bazã o solutie 50% NaOH si catalizator n-BuN]+HSO4, la temperatura de 35°C, randamentul a fost de 92%, dupã 5h, în cazul n-butanol si respectiv 72%, dupã 12h, în cazul alcoolului alilic (24).

Eterificarea si esterificarea unor dioli sau acizi carboxilici cu clorura de benzil în toluen, folosind drept catalizator n-Bu4NHSO4 , iar ca bazã o solutie 50% de KOH, la temperatura de 50°C, s-a realizat dupa 24h în cazul diolilor(1,2-etandiol ; 1,6-etandiol ; 2,3-dimetil-2,3-butandiol etc.) si dupã 4,5h pentru acizii dicarboxilici (oxalic, glutaric, dodecanoic). Randamentele sunt cuprinse între 60-75% pentru alcoolii primari si secundari si 4-18% pentru alcoolii tertiari(22,50,51). Utilizarea aminelor tertiare R3N drept catalizatori a condus la rezultate mai slabe(26) randamentele în eteri si esteri fiind respectiv de 35-45%.

Eterificarea p,p’-dihidroxibifenil cu cloretil-vinil-eter (în mare exces) în toluen, utlizând drept bazã o solutie de 50% NaOH, iar catalizator n-Bu4NBr, la reflux, dupã 3h, a condus la 4,4’-bis(2-(viniloxi)etoxi)bifenil (29):

Valoarea maximã a randamentului, pentru concentratii ale NaOH cuprinse între 33% si 100%, este atinsã indiferent de concentratia bazei dupã 3h. In cazul utilizãri NaOH 100%, dupã 30min., randamentul devine 80%. Dupã acest interval de timp cresterea randamentului este foarte lentã. Randamentul maxim care poate fi obtinut la sinteza acestui tetraeter, la epuizarea celor 3h de reflux, este de 90.8%. In cazul solutiilor mai diluate (33%) s-a putut constata cã variatia randament-concentratie bazã este uniformã, aproximativ liniarã.

Folosind cataliza de transfer de faza Roy si Tropper au realizat eterificarea stereospecificã a cloruri de 2-acetamido-3,4,6-tri-O-acetil-2-deoxi–D-glucopiranozil cu fenoli (66). Solventul organic utilizat este diclormetan. Drept bazã s-a folosit o solutie 1M de NaOH. Catalizatorul întrebuintat a fost bromura de tetrabutil amoniu sau sulfatul acid de tetrabutil amoniu. In aceste conditii, la temperatura de 23°C, dupã 30 min., randamentele pentru o mare gamã de fenoli si naftoli sunt cuprinse între 70% – 98%:

în care Ar : p-MePh;p-MeOPh;p-tBuPh;m-MePh;p-PhPh;1-naftil;2-naftil.

1.3.2 Cataliza de transfer de fazã în absenta solventilor

Interesul de a opera farã solvent în CTP a fost deseori subliniat în experimentele de laborator(70,71). Aceastã tehnicã a fãcut obiectul a variate cercetãri în biochimie (72-78), în chimia polimerilor(79,80) sau a cristalelor lichide(21,81-83). Deasemenea numeroase alchilãri cu agenti de alchilare cu lanturi alifatice lungi s-au putut realiza în conditii simple cum este cazul alcoolatilor (36), fenolatilor (52), anionilor carboxilat (35,40) sau al cianurilor(84,85):

Substitutiile nucleofile aromatice SNAr,de o realã importantã practicã, sunt limitate din cauza randamentelor mediocre si a conditiilor termice foarte severe. Prepararea eterilor se poate face în conditii lejere folosind un catalizator cu stabilitate termicã ridicatã precum TDA-1 (tris [2-(2-metoxietoxi)etil]amina)(87):

Anionii alcoxid sau fenoxid pot fi usor alchilati cu bromurile de alchil în absenta oricãrui solvent utilizând drept catalizatori de transfer de fazã sãrurile cuaternare de amoniu precum aliquat 336 (35-39). Reactia poate avea loc direct între sarea solidã a compusului hidroxilic si halogenura lichidã (36) :

sau sarea poate fi produsã direct în sistem prin reactia compusului hidroxilic lichid cu o bazã solidã anorganicã (36) :

Natura cationului M+ modificã foarte mult proportia de eter obtinutã. Utilizarea Na+ creste procentul în halogenurã nereactionatã. În schimb folosirea K+ creste foarte mult cantitatea de eter. Randamente foarte mari(92-100%, reactii cvasitotale) se obtin când anionul alcoxid este preparat direct în mediu de reactie. De exemplu în cazul folosiri MeOK, generat în sistem la temperatura de 20°C, dupã 2h, randamentul în eter(determinat prin CPG) este 100%. Folosind MeOK solid randamentul este de 76%. Utilizând MeONa, în aceleasi conditii, generat în sistem, randamentul este de 38%(dupã 2h) si 92%(dupã 20h). Utilizarea MeONa solid conduce la un randament de 35%(dupã 2h) si 87%(dupã 20h).

Alchilarea ionilor ArO- este mult mai dificilã decât a ionilor RO-. Ionul fenoxid este mai putin nucleofil decât ionul alcooxid(52) si aceastã reactivitate mai micã devine mai remarcabilã când agentul electrofil este mai putin reactiv(ex.:halogenuri cu lanturi alifatice lungi) sau când existã substituenti în nucleul aromatic dezactivanti. In acelasi timp se stie cã anionii fenoxid sunt ambidenti, susceptibili de a da produsi de O-si C- alchilare(53). Alchilarea acestor anioni a fost realizatã prin cataliza de transfer de fazã (catalizator n-Bu4N+]Br- sau aliquat 336) prin simpla amestecare a fenolului, catalizatorului si a halogenuri cu KOH (fin pulverizatã), farã interventia unui solvent organic:

Utilizând drept reactiv hidroxilic fenolul, catalizator aliquat 336 iar halogenurile fiind PhCH2Br ; MeI ; n-C4H9Br ; n-C16H33Br ; Br(CH2)Br randamentele eterificãrilor au fost respectiv de 95%(dupã 2h la 20°C) ; 99%(dupã 5h la 20°C) ; 99%(dupã 2h la 20°C) ; 95%(dupã 6h la 85°C) si 80%(dupã 2h la 85°C) (produsul reactiei în ultimele douã sintezele fiind acelasi PhO(CH2)4OPh). In aceleasi conditii 1-naftol si 1-hidroxichinolina la temperatura de 85°C, dupã 2h, se transformã în eteri cu randamente variind între 85%(pentru bromura de benzil), 77%(pentru bromura de alil) si 60%(pentru 1,4-dibrom-butan). Aceste rezultate confirmã superioritatea acestui procedeu de sintezã în fata procedeelor clasice(53-65).

La monoalchilarea pirocatechol apare problema selectivitãtii datoritã identitãtii constantelor de aciditate ale celor douã grupe OH. Guiacolul (compusul monoalchilat) este însotit de cantitãti importante de veratrol (derivatul dialchilat). Numeroase brevete(88) sunt legate de sinteza guiacolului, sintezã care a putut fi realizatã cu bune randamente (57-84%) la temperatura înaltã si presiune ridicatã. Prin folosirea CTP solid-lichid în conditii extrem de dulci, în absenta solventilor organici, s-a putut obtine o excelenta selectivitate în sinteza guiacolului(52). Aceste conditii au putut fi aplicate si în cazul 3,4-dihidroxibenzaldehidei, monometilarea selectivã excluzând urmele de vanilinã(89) :

Cataliza de transfer de fazã în mediu farã solvent a facut posibilã alchilarea selectivã a 2-naftol(90,91). Se cunoaste din lucrãrile lui Kornblum(92) cã regioselectivitatea alchilãri unui anion ambident precum anionul de 2-naftol, depinde esential de natura mediului. Dacã O-alchilarea poate fi obtinutã selectiv în conditiile activãri anionice, C-alchilarea selectivã pune probleme încã nerezolvate. C-alchilãrile ionilor enolat sunt reactii controlate orbital(93,94). O bunã selectivitate trece printr-o micsorare a sarcini si deci va fi necesar utilizarea conditiilor în care asociatiile ionice sunt maxime. Asa este cazul folosiri bazelor de litiu solide în absenta solventilor. Intrucât perechile de ioni formate între oxanion si cationul de Li+ sunt foarte energice, produsii reactiei corespund C-alchilãri :

Obtinerea selectivã a celor 4 produsi ai alchilãri 2-naftol(C-alchilare si O-alchilare) a devenit posibilã prin alegerea unor conditii de reactie adecvate, precum mediu heterogen, catalizatori , absenta solventilor (90,91) :

Numeroase reactii de alchilare a anionilor (42-47) au putut fi realizate utilizând reactivi prealabili adsorbiti pe oxizi minerali în «mediu uscat» ( în absenta oricãrui solvent). Obtinerea acetatilor de alchil sau benzil s-a realizat cu bune rezultate utilizând suporturi din aluminã sau din silicagel. Procedeul constã în dizolvarea acetatului de potasiu într-un volum minim de apã si impregnarea suportului cu solutia obtinutã. Suportul este apoi uscat si impregnat cu reactivul halogenat. Amestecul este încalzit la temperatura aleasã si agitat mecanic un interval de timp impus(41). Alt procedeu constã în dispersia mecanicã a sãri de potasiu fin pulverizatã si a halogenuri peste suportul solid. In cazul reactiei AcOK cu n-OctBr la 85°C timp de 2h folosind suporturi impregnate, randamentele în ester sunt de 65% când se utilizeazã alumina si 50% când se utilizeazã silicagel. In cazul AcOK dispersat randamentul este zero. Rezultatele mai slabe(41) obtinute în cazul folosiri suporturilor minerale(42,45,48,49), ca alumina sau silicagelul, sunt atribuite unei dezactivãri a RO- ca urmare a unei "solvatãri" prin legãturi de hidrogen cu grupele hidroxil care existã în aceste suporturi. Adaosul de catalizatori de transfer de fazã(circa 1% din cantitatea sãri) determinã o crestere a randamentului în ester. Renuntând la suport si efectuând reactia între AcOK fin pulverizat si halogenuri(41) în prezenta Bu4N]+Br- randamentul în ester este de 98%. Dacã se renuntã în acest caz la sarea cuaternarã de amoniu, reactia nu mai are loc.

Aceiasi metodã, care nu utilizeazã nici solvent organic nici suport, a permis prepararea de esteri ai acidului 2,4,6-trimetilbenzoic(40) :

Baza folositã poate sã fie KOH , K2CO3 sau KHCO3 , în cantitate de 2,5 ori mai mare decât cantitatea halogenuri ; temperaturile sunt cuprinse între 20-85°C ( alese în functie de temperatura de fierbere a halogenuri utilizate), iar duratele de reactie între 1h (pentru MeI, MeBr, Et2SO4) si 5-8h pentru halogenurile superioare. Randamentele în ester sunt de 98%(R=Me;Et) si 88%(R=n-Bu;n-Oct;n-C16H33).

Aceste rezultate pot fi explicate printr-o mai marea reactivitate a anionului în prezenta sãri cuaternare de amoniu, datoritã formãri speciei ionice anion-cation de amoniu în care volumul mare al cationului determinã cresterea densitãti de sarcinã negativã la atomul de oxigen si deci cresterea reactivitãti acestuia :

In acest caz constanta de viteza a reactiei de eterificare(esterificare) în prezenta catalizatorului este mult mai mare : k1<<k2

Inspirându-se din reactiile pe suport solid, Regen(100,101) a dezvoltat o tehnicã a catalizei de transfer de fazã utilizând catalizatori fixati pe suporturi polimere insolubile. Acesti compusi sunt adesea sãruri de amoniu cuaternare grefate pe polistiren(102). Repartitia reactivilor si a catalizatorului de transfer de fazã în mediul de reactie este redatã în schema urmãtoare:

Reactia de eterificare are loc la interfata celor trei faze. Deoarece probabilitatea de a se întâlni reactivii si catalizatorul în interfatã este micã, aceasta tehnicã are un mare handicap în fata catalizei de transfer bifazicã. Din aceastã cauzã se impune folosirea unei agitãri puternice în masa de reactie. Un alt dezavantaj îl constitue descompunerea catalizatorului sub actiunea ionilor fenoxid(103).

In acest tip de catalizã au fost utilizati drept catalizatori de transfer de fazã polieteri dupã fixarea prealabilã pe polimeri. Dintre polieteri mai eficienti s-au dovedit a fi urmãtori :

-eteri coroanã(104) :

-criptani :

Diverse rezultate aratã cã polieterii(41) cu formula generalã:

pot sã înlocuiascã criptanii si eterii coroanã. Prepararea lor se efectueazã usor din clormetilpolistiren si polietilenglicol. Pentru fenoli acesti catalizatori se dovedesc eficace, în timp ce pentru alcooli sunt eficace când reactia are loc cu electrofili puternici precum bromurile de alchil.

Sinteza eterilor prin CTP solid-lichid corespunde catalizei micelare inverse aplicatã în 1988 de Jursic(105) la sinteza eterilor prin metoda Williamson. Catalizatorul este o sare cuaternarã de amoniu. Micela inversã solubilizeazã baza anoganicã în faza organicã si regrupeazã functiunile hidrofile ale alcoolului si ale derivatului halogenat. Mecanismul este urmãtorul:

Concluzii.Transformarea unui anion într-un reactiv mai puternic fatã de un agent electrofil este una din problemele cele mai des întilnite în sinteza organicã si cunoscutã sub numele activãri anionice(31,32,33,68). Experimental aceasta se realizeazã prin douã cãi: i) utilizarea solventilor aprotici polari(din care cei mai eficace sunt DMF si DMSO)(68) ii) folosirea catalizei de transfer de fazã. Cele douã tehnici oferã dezavantaje precum toxicitatea si dificultatea eliminãri solventilor în primul caz si rigoarea conditiilor experimentale(temperaturã, timp) în cazul al doilea. Aceste dezavantaje au putut fi eliminate prin folosirea tehnicilor de sintezã organicã farã solvent, în mediu heterogen, metodele prezentând avantajele urmãtoare(69) :

-o mai micã dilutie a reactivilor, concentratia speciilor reactive fiind mai mare, viteza de reactie va fi mai mare. In plus: a) o reactivitate crescutã în conditii blânde; unele reactii dificile în conditii clasice (în mediu de solvent) pot sã devinã realizabile ;b) o organizare crescutã a sistemelor de reactie care determinã o scãdere a dinamici moleculare conferind adesea o selectivitate particularã;

-o securitate mãritã si o diminuare a riscurilor de poluare în raport cu tehnicile care folosesc solventi;

-o simplificare a modurilor de lucru experimentale. Etapele de spãlare sau de extractie sunt micsorate, uneori chiar eliminate, un material simplu de laborator este utilizat.

2.Sinteza organicã cu ajutorul microundelor

2.1.Introducere

Microundele electromagnetice sunt radiatii electromagnetice cu lungimea de undã cuprinsã între domeniul infrarosu si frecventele radio (1mm< <1m). Banda alocatã utilizãrilor industriale, stiintifice, medicale si casnice(69,111) a fost fixatã la =12,2cm sau o frecventã de 2450MHz. Descoperirea fenomenului de încãlzire cu ajutorul microundelor electromagnetice(MO) dateazã din anii 1950. Câteva utilizãri în chimie sunt descrise pentru generarea speciilor reactive (ex.:oxigen singlet, oxigen atomic în stare fundamentalã)(112-115). Din 1986 micrundele electromagnetice(MO) au fost folosite pentru prima datã ca sursã termicã pentru accelerarea reactiilor în sintezele organice(116,117).

2.2.Interactiunea unde-substantã

Efectul MO asupra substantelor se traduce(69,106-110) printr-o orientare a dipolilor substantei polare în sensul câmpului electromagnetic. Câmpul electromagnetic fiind alternativ, dipolii îsi vor schimba la rândul lor orientarea astfel cã energia electromagneticã absorbitã, determinând o crestere a agitatiei moleculare, se va transforma în cãldurã(106). Penetrarea MO în stratul de substantã are loc pe o distantã de acelasi ordin de mãrime cu lungimea de undã a radiatiei(aproximativ 12cm). In acest spatiu degajarea de cãldurã în masa substantei polare este instantanee(107), viteza de crestere a temperaturi putând atinge 10°C pe secundã. In exteriorul spatiului definit de lungimea de undã a radiatiei transferul de cãldurã are loc printr-un simplu proces de conductie. Acest proces original de încãlzire diferit de toate celelalte tipuri de încãlzire clasice oferã un numar de avantaje ca(108):

– rapiditate ;

– absenta rezistentei termice ;

– usurinta reglãri puteri radiatiei si a controlului timpului de încãlzire ;

Pentru lichide cresterea temperaturi este foarte rapidã si este legatã de polaritatea lor(de unde corelatiile din literaturã cu µ si )(116,117,118). Pentru solide cresterea temperaturi depinde de natura lor : ea este legatã de structura cristalinã si de natura atomilor care conferã polaritatea substantei(119,120). Câteva exemple sunt prezentate in tabelul 1.

Tabelul 1.Efectul termic produs de microundele electromagnetice asupra substantelor (puterea de emisie P=600W).

Lichide(118) Solide(120)

iradiere 1min

temperatura temperatura timp iradiere[min.] temperatura

obtinutã [°C] fierbere[°C] atinsã[°C]

H2O 81 100 V2O5 11 714

EtOH 78 78 Zn 3 581

1-pentanol 106 137 ZnO 5 326

AcOH 110 119 ZnS 5 67

DMF 131 153 CuO 6 1012

hexan 25 68 Cu2O 6 89

heptan 26 98 MnO2 6 1287

CCl4 28 77 MnO 6 113

2.3.Sinteza organicã în câmp de microunde

electromagnetice

Din lucrarile lui Gedye(117,118) si Giguere(116,121) rezultã clar diminuarea considerabilã a timpilor de reactie obisnuiti(pânã la 1000 de ori) în reactiile de esterificare, transpozitile Claisen sau aditiile Diels-Alder ( tabelul 2) realizate cu ajutorul microundelor electromagnetice .

Pânã în prezent nu existã nici o teorie stiintificã care sã explice sintezele chimice realizate în câmp de microunde electromagnetice. La aceiasi temperaturã a masei de reactie, reactia este todeauna mult mai rapidã în câmp de MO decât prin încãlzirea clasicã.

In prezent în sinteza chimicã organicã folosirea MO este legatã de douã procedee de sintezã diferite : utilizarea solventilor si reactii farã solvent(utilizarea suporturilor minerale).

Folosirea solventilor în activarea cu MO este legatã de lucrãrile de început ale lui Gedye(117,118) si Giguere(116,121). In prezent existã circa 100 articole stiintifice în care sintezele organice în câmp de MO sunt efectuate în prezentã de solvent. In acest caz rapiditatea reactiilor(câteva minute) se datoreazã si efectelor temperaturi si presiuni create de evaporarea solventului. Reactiile au loc în vase rezistente, închise, din sticlã de calitate superioarã, în containere din teflon.

Tabelul 2.Reactii chimice organice realizate în câmp de microunde electromag-netice în prezenta solventilor

Cu toate avantajele oferite de încãlzirea cu MO în mediu de solventi, printre care si puritatea mare a produsilor de reactie (comparativ cu încãlzirea clasicã) si limitarea descompunerilor substantelor ca urmare a timpului scurt de sedere la temperaturã înaltã, frecventele explozii produse de cresterea presiuni solventilor (116,117) au determinat dezvoltarea tehnicilor experimentale care nu folosesc solventi.

Renuntarea la solvent ca mediu de reactie în sintezele organice cu MO a permis operarea în deplina securitate, la presiune atmosferica, în recipiente standard (pahare din sticlã), utilizând cantitãti mai mari de substante (100-200g pe recipient)(107). Sintezele în absenta solventilor pot fi realizate(69):

– simpla amestecare a reactivilor solizi si lichizi care gratie solubilitãti substantelor solide în faza lichidã, sau adsorbtiei lichidelor la suprafata solidã, poate da loc la excelente conditii de reactie(124);

– reactii pe suport mineral, în mediu uscat, prin impregnarea suportului (aluminã sau silicagel) cu reactivii necesari reactiei. Suportii pot prezenta, dacã este necesar, proprietãti acido-bazice : i)KF absorbitã pe aluminã permite ionizarea acizilor foarte slabi(pâna la pKa de ordinul 35) ii)montorilonite comerciale modificate K10 si KSF(la care aciditatea este egalã cu a acidului sulfuric) ;

– combinarea CTP în absenta solventilor organici (106) cu încãlzirea cu MO .

2.4.Exemple de sinteze organice realizate cu MO

Reactiile Diels-Alder în conditii clasice necesitã intervale mari de timp, transformarea reactantilor în produsi având loc cu randamente mici. Folosirea microundelor electromagnetice în mediu de solvent a permis reducerea la câteva minute a reactiilor urmãtoare(108)(tabelul 3.):

Tabelul 3.Comparatie asupra timpilor de reactie prin încãlzirea clasicã si prin încãlzirea cu microunde electromagnetice în reactiile de cicloaditie în mediu de solvent.

Cicloaditia glioxilatului de metil (GM) si a 2,2-dimetoxietanal (DME) la 2-metil-1,3-pentadiena (amestec cis/trans=30:70), cu formare de dehidropiran (1,2), decurge cu MO regio si stereoselectiv[(1):(2)=25:75]. Rezultatele experimentale sunt grupate în tabelul 4 :

Tabelul 4.Cicloaditia gliooxilatului de metil(GM) si a 2,2-dimetoxi etanal(DME)

la 2-metil-1,3-pentadiena în conditii clasice si prin utilizarea MO.

Transpozitia Claisen a alil-2-metoxifenil eter prin metoda clasicã, la temperatura de 265°C, are loc cu un randament de 71%. Folosind ca solvent N-metilformamida si realizând încãlzirea cu MO, dupã 90 secunde, temperatura devine 276°C iar randamentul reactiei 87%:

Transpozitii ale alcoolilor nesaturati si pinacolilor au fost realizate(109) în conditii blânde prin impregnarea suportului de montorilonit (tip polisilicat) K10 sau KSF cu solutia alcoolului. Solventul este evaporat iar masa formatã este iradiatã cu MO. Principalele rezultate sunt prezentate mai jos:

Hidrosilarea 2-vinilpiridinei prin procedeul clasic(126) decurge cu un randament de 5% (dupã 18h, la temperatura de 180°C). Efectuând reactia cu MO (750W,6x30s) randamentul devine 75%:

Hidroliza proteinelor precum insulina B efectuatã cu o solutie 6N de HCl are loc în 24h la 110°C. Cu ajutorul MO hidroliza poate fi efectuatã în 3min, aceasta permitând si analiza rapidã a aminoacizilor (110) .

Sulfonarea naftalinei cu ajutorul MO(130) cu o solutie de H2SO4 98%, la temperatura de 160°C, dureazã 3min., randamentul fiind de 93% (:=87,7:12,3).

Acidul antrachinon-2-sulfonic rezultã din antrachinonã si oleum 30% dupã 6min la temperatura de 170°C(110):

Prin iradierea urei o perioadã de 6,5min (când temperatura finalã ajunge la 190°C) se obtine un amestec de produsi în care majoritar este acidul cianuric(127):

Puritatea mãritã a produsilor de reactie când se utilizeazã MO s-a observat(127) si la sinteza derivatilor acidului barbituric si a 2-tio-6-metiluracil:

Condensarea Knoevenagel a malonatului de etil cu aldehida salicilicã în absenta solventului conduce la 3-(etoxicarbonil)cumarina:

Sinteza derivatilor indolului(prin ciclizarea Fischer) poate fi efectutã cu randamente mari în absenta solventilor, prin impregnarea suportului de montorilonit KSF cu fenilhidrazinã si ciclohexanonã. Suportul impregnat este apoi iradiat cu MO (P=160W,5min)(128):

Compusi organometalici ai Ir si Rh rezultã cu excelente randamente prin folosirea MO(129), într-un interval de timp mai mic decât 1min. Randamentul este 91% pentru compusul cu Ir si de 62% pentru cel cu Rh :

Izomerizarea eugenol la izoeugenol(care este precursor al vanilinei pentru reactia de oxidare)(131) poate fi realizatã combinând cataliza de transfer de fazã cu efectul microundelor. Reactia are loc într-un pahar de sticlã deschis continând eugenol(15mmol), KOH(33mmol) si aliquat(0,75mmol). Amestecul este încãlzit într-un cuptor cu microunde Maxidigest MX 350 Prolabo timp de 10min (P=600W). Temperatura la sfârsitul iradieri devine 185°C. Randamentul reactiei este 94% :

Reactia de esterificare si cea de hidrolizã a esterilor au fost studiate în câmp de MO datoritã importantei practice mari a produsilor care rezultã în cele douã cazuri. Alãturat sunt prezentate o serie de rezultate obtinute cu ajutorul MO în reactiile de esterificare(132) în absenta solventilor. Produsii volatili apa, metanolul, moleculele polare se evaporã pe mãsura formãri lor pãrãsind sistemul de reactie:

Ionii carboxilat au fost alchilati cu bune rezultate(134) folosind suporturile minerale(aluminã, silicagel) dar într-un interval lung de timp. Utilizând ca sursã de încalzire un cuptor cu MO reactiile de alchilare ale acestor ioni devin aproape totale dupã numai câteva minute de iradiere. Alumina G(produs comercial FLUKA) este frecvent utilizatã ca suport si absorbant al MO. Alumina absoarbe energia MO ca urmare a existentei în structura sa a grupãrilor hidroxil libere, energie care apoi este eliberatã sub formã de caldurã(135). Mult mai eficace este combinarea CTP în absenta solventilor si a suporturilor cu MO(132), procedeu în care anionii carboxilat pot fi introdusi ca atare sau generati în mediul de reactie. Alãturat sunt prezentate esterificãrile unor acizi carboxilici cu bromurile de alchil(care sunt mult mai reactive decât clorurile)(132,135) prin CTP în absenta solventilor si suporturilor combinatã cu iradierea cu MO si respectiv utilizând alumina drept suport sub actiunea MO si în absenta solventilor:

Se constatã cã randamentele esterificãrilor sunt mult mai mari în sintezele realizate combinând CTP si MO decât în cele realizate utilizând alumina ca suport.

Hidroliza esterilor prin CTP, fãrã solvent si în lipsa suportului, si cu ajutorul MO decurge în intervale de timp cuprinse între 2-4min cu randamente de aproximativ 80%(136,137):

Actiunea specifica a MO poate fi constatatã urmãrind saponificarea esterului 4. Prin iradierea cu MO(90W) timp de 4min randamentul devine 82%(temperatura finalã 233°C). Mentinând identice toate celelate conditii si efectuând încãlzirea clasicã la aceiasi temperaturã de 233°C o perioadã de 4min randamentul hidrolizei est 0%(136).

Obtinerea 5,6-O-acetalului de L-galactono-1,4-lactona, compus cu proprie-tãti de cristal lichid, prin metoda clasicã reuseste dupa 48h, în DMF, în prezenta acidului sulfuric. Folosind MO si montorilonit ca suport, în absenta solventului, reactia se efectueazã în 10min(138):

N-alchilarea zaharinei cu cloruri sau bromuri de alchil în mediu uscat, în prezenta suportului mineral, utilizând încãlzirea cu MO, devine si mai usor de efectuat prin adãugarea unui catalizator de transfer de fazã(clorura de trietil, benzil amoniu TEBA). Practic se impregneaza suportul(silicagel sau aluminã) cu solutia apoasã a sãri zaharinei. Apa este evaporatã iar suportul impregnat se usucã. Intr-un pahar din sticlã deschis continând suportul impregnat se absoarbe halogenura de alchil. Masa de reactie este iradiatã într-un cuptor cu MO, iar produsul reactiei se extrage cu diclormetan si se purificã. Rezultate mai bune se obtin la utilizarea silicagelului deoarece absorbtia MO are loc mai usor(139)(tabelul 5):

Tabelul 5.N-alchilarea zaharinei cu reactivi halogenometilati în absenta solventilor, utilizând suporturi absorbante, combinând iradierea cu microunde electromagnetice cu cataliza de transfer de fazã

Singurul eter sintetizat în literaturã cu ajutorul MO (117) este 4-(fenil)metoxibenzonitril. Acest compus rezultã din reactia anionului de 4-cianofenoxid cu clorura de benzil în solutie de propanol. Reactia are loc într-un vas închis din teflon (volumul de 250ml). Iradierea masei de reactie a fost efectuatã într-un cuptor cu microunde de uz menajer model Toshiba RE-800 BTC având o putere de emisie de 720W (tabelul 6).

Tabelul 6.Sinteza 4-(fenil)metoxibenzonitril în mediu omogen

prin metoda clasicã si prin iradiere cu microunde electro-

magnetice. Solventul utilizat : propanol

2.4.Modalitãti experimentale de realizare a încãlziri cu

microunde electromagnetice

Cuptoarele cu MO constitue modalitatea cel mai usor de aplicat pentru iradierea cu microunde(=12,2cm pentru întrebuintãrile curente). Existã douã tipuri de cuptoare cu MO folosite curent(107,108):

– cuptor cu MO multimod;

– cuptor cu MO monomod;

Cuptorul cu MO multimod(cuptorul de uz menajer) este cel mai folosit desi prezintã dezavantaje. Distributia câmpului electromagnetic în cavitate rezultã din multiple reflexii pe pereti acesteia si produsul de încãlzit. Aceasta distributie este neomogenã si încãlzirea produsului va fi deasemenea neomogenã.

In cuptorul cu MO monomod undele electromagnetice sunt închise în volumul de ghidare al undelor. Dimensiunile spatiului de ghidare sunt calculate pentru a nu permite decât un singur mod de propagare sau de rezonanta(fig.1). Rezultã o distributie omogenã a câmpului electromagnetic în spatiul de ghidare (fascicul focalizat) si deci în produsul de încãlzit. Aceste cuptoare sunt utilizate cu o mai micã putere de emisie a undelor dar cu un mare randament energetic. Cuptorul cel mai folosit este cuptorul cu microunde electromagnetice monomod Maxidegest MX 350 Prolabo folosit obisnuit pentru mineralizãri Kjedahl(140).

3.Reactivi folositi la sinteza azoeterilor

aromatici

3.1 Sinteza derivatior substituiti ai

4-hidroxiazobenzen.

3.1.1 Generalitãti

Existã numeroase metode pentru sinteza derivatilor substituiti ai 4-hidroxiazobenzen(99,141) în aceastã lucrare compusii fiind sintetizati prin reactia de diazotare a aminelor aromatice primare urmatã de cuplarea cu fenoli. Cele douã reactii, pentru toti compusii utilizati aici , s-au efectuat în mediu apos.

A) Diazotarea aminelor aromatice primare a fost efectuatã cu acid azotos produs în sistem din azotit de sodiu si un acid mineral tare. Mecanismul diazotãri a fost stabilit în urma unui mare numãr de studii(99,141-145) din care rezultã urmãtoarele concluzii:

1) La reactia de diazotare nu participã acidul azotos ca atare ci o formã mai reactivã NOX a cãrei parte electropozitivã(grupa nitrozo) atacã amina aromaticã primarã rezultând o nitrozaminã Ar-NH-NO .

In solutii acide diluate are loc protonarea acidului azotos:

acidul conjugat format poate reactiona cu amina sau poate forma un agent mai

activ (ONX) care reactioneazã cu amina :

In solutie apoasa vor exista urmãtoarele posibilitati de formare a agentilor

activi de diazotare:

– în solutii foarte slab acide rezultã trioxidul de azot:

– în solutiile hidracizilor rezultã halogenurile de nitrozil:

– în solutii de acizi tari (acid sulfuric) rezultã sãrurile de nitrozil

Reactivitatea agentilor de diazotare variazã în ordinea :

ON+>ON-OH2+>ONX>ON-NO2

2) Mãsurãtorile cinetice aratã cã viteza diazotãrilor cu ionul de nitrozacidiu este

de ordinul trei :

v=k[ArNH2][HNO2][H+]

In cazul diazotari aminelor cu bazicitate mare sau medie viteza reactiei

este de ordinul doi:

v=k[HNO2]2

adicã reactia lentã este disproportionarea acido-bazica a acidului azotos :

In cazul aminelor slab bazice viteza reactiei este de ordinul trei :

Aceste ecuatii cinetice sugereazã cã, desi mediul este acid iar amina este protonatã ArNH3+]X- , la reactie participã amina liberã formatã din ionizarea sãri:

Cu cât mediul de reactie este mai acid hidroliza sãri de amoniu are loc într-o mai micã masurã. La aceiasi aciditate a mediului de reactie cu cât amina este mai slab bazicã se va afla în concentratie mai mare în stare liberã, diazotarea decurgând mai repede. Din acest motiv aminele aromatice mai putin bazice(2,4-dinitroanilina etc.) nu se diazoteazã în acid sulfuric concentrat, iar cele mai bazice (anilina,toluidine etc.) nu se diazoteazã în solutii acide prea concentrate.

Formarea cationului de diazoniu are loc în trei etape :

– etapa formãri unei N-nitrozamine primare :

– etapa formãri diazohidroxidului(diazoacid) :

– etapa formãri cationului sãri de diazoniu :

Din aceste reactii rezultã importanta pH-ului. Cu cât amina este mai slab bazicã cu atât trebuie sa fie mai acid mediul de reactie, fiecare aminã având un domeniu optim al pH ului de diazotare : pH=1-3 la aminele cu bazicitate maritã si pH<1 la aminele cu bazicitate redusã.

Alãturi de pH alti parametri care influenteaza diazotarea aminelor aroma-tice sunt : solventul ; natura si cantitatea de acid mineral ; cantitatea de nitrit ; temperatura mediului de reactie ; lumina. Reactia de diazotare este exotermã. Sãrurile de diazoniu ca si agentul de diazotare se descompun chiar la temperatura normalã. Acesta constitue motivul pentru care diazotarea nu poate fi condusã la temperaturi mai mari de 0-5°C. Pentru un numãr mic de amine la care sãrurile de diazoniu sunt mai stabile temperatura diazotãri poate totusi sa ajungã la 50-60°C.

B) Cuplarea sãrurilor de diazoniu cu fenoli conduce la derivatii 4-hidroxiazobenzen. In solutie apoasã fenolii ionizeazã în anioni fenolati :

Cationul de diazoniu reactioneazã cel mai repede la atomul de oxigen, dar acest proces este reversibil, astfel cã ionul de diazoniu este consumat în totalitate în procesul ireversibil al cuplãri :

Mecanismul reactiei este cel al substitutiei electrofile realizatã prin cationul de diazoniu :

Viteza reactiei de diazotare pentru acest mecanism este :

Practic se întâlnesc douã cazuri :

a) k2>>k-1, etapa determinantã de vitezã este formarea intermediarului

instabil, scindarea protonului realizându-se rapid

b) k2<<k-1, din cauza împiedicãri sterice a protolizei sau a împiedicãri

sterice în însãsi intermediar acesta va trece mai usor în reactanti decât în

produsi.

3.1.2 Derivatii substituiti ai 4-hidroxiazobenzen utilizati în sinteze

Aminele aromatice si fenolii corespuzãtori necesari sintezelor sunt toti produsi comerciali. In tabelul 7 sunt prezentati toti derivatii substituiti ai 4-hidroxiazobenzen utilizati pentru sintezele azoeterilor aromatici.

Tabelul 7.Derivatii substituiti ai 4-hidroxiazobenzen utilizati la obtinerea

azoeterilor aromatici

Obs.: Tt-temperatura de topire ;Tlt-temperatura de topire din literaturã;

d-descompunere

3.2 Reactivii halogenometilati utilizati la sinteza

azoeterilor aromatici.

Reactivii halogenometilati folositi pentru sintezele azoeterilor aromatici sunt în marea lor parte produsi comerciali(FLUKA sau Aldrich). Principalele lor caracteristici fizice sunt prezentate în tabelul 8.

Tabelul 8. Reactivi halogenometilati, derivati substituiti ai benzenului, utilizati în sintezele azoeterilor.

Obs.: Tt- temperatura de topire; Tf- temperatura de fierbere ; F- FLUKA ;

A- Aldrich ; *- sintetizat conform referintei din literaturã (164).

Alãturi de aceste halogenuri s-au mai utilizat si reactivii din tabelul 9.

Tabelul 9.Reactivi halogenometilati utilizati în sintezele azoeterilor aromatici.

Obs. : A-Aldrich ; F- FLUKA ; Tt-temperatura de topire ; Tf- temperatura de

fierbere ; *- sintetizat conform referintei din literaturã (98)

4.Rezultate experimentale.Interpretãri

4.1 Introducere

Pentru început au fost studiate sintezele unui numãr de eteri benzilici ai fenolilor urmând ca rezultatele obtinute sã fie folosite la obtinerea azoeterilor aromatici. Metoda clasicã a reactiei Williamson (4,5,11-15), care constã în eliminarea azeotropã a apei, nu s-a utilizat pentru sinteza acestor eteri, dar a fost folositã pentru comparatie când s-au efectuat sintezele azoeterilor aromatici. Sinteza eterilor benzilici ai fenolilor prin reactia Williamson s-a efectuat prin trei metode distincte: i)în mediu heterogen solid-lichid;ii)prin cataliza de transfer de fazã în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici; iii) prin folosirea microundelor în mediu solid în absenta suportului mineral.

4.2 Eteri benzilici ai fenolior.Sintezã(165)

Eterii benzilici sintetizati prin reactia Williamson, prin cele trei metode

distincte, si principalele lor proprietãti fizice sunt prezentati în tabelul 10.

Tabelul 10.Eteri benzilici substituiti ai fenolilor

Obs: as-antisimetric;s-simetric;Tt-temperatura de topire;Ttl-temperatura de topire literaturã ;

b-temperatura de fierbere

A)Eterificare în mediu heterogen solid-lichid

In vederea sintezei eterilor benzilici s-au încercat trei solventi organici : etanol absolut, etanol 95%, 2-propanol. Bazele anorganice folosite au fost K2CO3 anhidrã pudrã si KOH pudrã(continutul în apã sub15%). S-a ales ca reactie de studiu sinteza eterului IV (1-clor-4-(4-metilfenoxi)metilbenzen) :

Rezultatele obtinute sunt prezentate în tabelul 11:

Tabelul 11.Sinteza 1-clor-4-(4-metilfenoxi)metilbenzen în mediu heterogen solid-lichid în prezenta solventilor

Rezultatele obtinute pot fi interpretate astfel: excesul de carbonat de sodiu este necesar pentru transformarea întregi cantitãti de 4-cresol în sare. Formarea KHCO3 si excesul de K2CO3 nu deranjeazã reactia deoarece anionii HCO3- si CO32-sunt nucleofili slabi. Folosind o bazã tare precum KOH excesul de ioni hidroxil poate reactiona cu reactivul clorometilat reducând cantitatea finalã de eter. Prezenta apei (solvent EtOH 95% si bazã KOH) determinã reactia secundarã de hidrolizã producând scãderea cantitãti de eter. Rezultatele mai slabe obtinute folosind ca solvent 2-PrOH le putem explica prin valorile diferite ale constantelor dielectrice ale solventilor(166). In EtOH (=24,3) disocierea sãri p-cresol va avea loc mai usor decât în 2-PrOH (=18,3) si deci reactia cu halogenura va avea loc mai usor.

Pentru ceilalti eteri obtinuti, folosind ca solvent EtOH absolut si bazã K2CO3 anhidrã pudrã (dublu fatã de cantitatea stoechiometricã), s-au obtinut rezultatele din tabelul 12.

Tabelul 12 Sinteza eterilor benzilici în mediu heterogen solid-lichid

In concluzie conditiile optime pentru obtinerea eterilor benzilici ai fenolilor în mediu heterogen solid-lichid constau în folosirea EtOH absolut si utilizarea ca bazã a K2CO3 anhidrã pudrã în cantitate dublã fata de stoechiometrie. Desi aceste rezultate sunt net superioare altor rezultate obtinute prin alte metode (13-15) au dezavantajul folosiri unui timp lung (5h) pentru eterificare.

B)Eterificarea prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta

solventilor organici.

Un foarte bun catalizator de transfer de fazã la eterificarea fenolilor s-a dovedit a fi aliquat 336(produs comercial) în care componentul majoritar este n-Oct3MeN+Cl- .

Una din faze contine sarea fenolului preparatã prin reactia fenolului cu o solutie apoasã 50% KOH. Cealaltã fazã este formatã chiar din compusul clorometilat aromatic. In urma încercãrilor experimentale conditiile optime corespund la un raport molar halogenura:fenol:KOH(în solutie apoasã 50%): aliquat 336=1:1:2:0.14 ,la reflux(100°C) si la o duratã a eterificãri de 3h. Randa-mentele obtinute depãsesc 99%(tabelul 13).

Tabelul 13 Eterificarea fenolilor cu halogenuri de benzil prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici

C)Eterificarea cu ajutorul microundelor electromagnetice în mediu

solid în absenta suporturilor minerale absorbante

In prima etapã s-au obtinut sãrurile de potasiu ale fenolilor în stare solidã. Fenoli au fost neutralizati cu cantitati echivalente de solutie apoasã 50%KOH. Apa rezultatã este îndepartatã prin evaporare sub vid, iar sarea formatã se usucã în etuvã la temperatura de 105°C timp de 4h. Sarea uscatã este amestecatã cu o solutie 50% în acetonã a reactivului clorometilat. Acetona se îndepãrteazã prin evaporare sub vid iar masa formatã este introdusã într-un pahar din sticlã deschis si apoi iradiatã într-un cuptor cu MO multimod(P=650 W, =12,2cm) o perioadã de timp impusã(de ordinul secundelor) ( tabelul 14).

Tabelul 14. Eteri benzilici ai fenolilor obtinuti prin iradiere cu MO în mediu solid si în absenta suporturilor minerale absorbante .

Rezultatele mai slabe obtinute pentru eteri VI si VII sunt datorate unei evaporãri a produsului format. In cazul eterilor V si VIII sarea de potasiu a p-nitrofenol se descompune cu explozie sub actiunea MO.

Pentru obtinerea celor 14 eteri toti reactivii utilizati si catalizatorul sunt produsi comerciali FLUKA. La sinteza eterilor II,III,IV,V,XII s-a folosit 1-clor-4-(clormetil)benzen, pentru eteri VI,VII,VIII s-a utilizat 1-clor-2-(clormetil)benzen, pentru eterul IX s-a folosit 1-brom-4-(brommetil)benzen, eteri X si XI au fost preparati cu 1-(clormetil)-4-fluorbenzen, eterul XII a fost obtinut cu 1-(brommetil)-4-metilbenzen, iar eterii I si XIV s-au obtinut cu ajutorul cloruri de benzil.

Concluzii.In privinta randamentelor în eteri CTP ramâne metoda cea mai bunã pentru sinteza eterilor benzilici ai fenolilor. In privinta duratelor de reactie metoda cea mai eficientã constã în folosirea microundelor. In plus, folosind MO nu este necesarã nici prezenta solventului si nici a unui catalizator, iar realizarea experimentalã este cea mai simplã posibil.

4.3 Sinteze de noi azoeteri aromatici din derivatii

substituiti ai 4-hidroxiazobenzen

4.3.1 Introducere

Azoeterii aromatici prezentati în aceastã lucrare sunt obtinuti din derivatii substituiti ai p-hidroxiazobenzen(tabelul 7) si reactivi clorometilati si bromo-metilati aromatici(tabelurile 8 si 9 ) si sunt toti compusi noi. Obtinerea lor s-a efectuat: l) prin metoda clasicã(azeotropã); ll) în mediu heterogen solid-lichid; lll) prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici; lV) cu ajutorul microundelor electromagnetice. Rezultatele anterioare obtinute în cazul sintezei eterilor benzilici ai fenolilor ne-au incitat sã studiem aceste metode de sintezã si în cazul p-hidroxiazoderivatilor aromatici. Aciditatea mai mare a p-hidroxiazoderivatilor aromatici decât a fenolilor din care rezultã (tabelul 15 ) determinã obtinerea mai usoarã a anionului azofenoxid.

Tabelul 15.Aciditatea derivatilor substituiti ai 4-hidroxiazobenzen(142,156,167)

Obs;: a: în etanol la 20°C; b:în Me2SO la 20°C

Studiul preliminar al eterificãri derivatilor substituiti ai 4-hidroxiazobenzen s-a efectuat, în mod natural, pe cel mai simplu dintre toti azofenolii : 4-hidroxiazobenzen

4.3.2 Eterificarea 4-hidroxiazobenzen cu 1-clor -4-(clormetil)benzen prin

metoda clasicã(azeotropã).

Alegerea solventilor pentru eterificãrile urmãtoare s-a fãcut dupã urmãtoarele criterii: solventul formeazã azeotrop cu apa rezultatã la neutralizarea 4-hidroxiazobenzen ; sarea azofenolului este solubilã în solvent ; azoeterul format (produsul) sã fie insolubil sau cât mai putin solubill în solvent ; temperatura de fierbere a solventului cât mai mare pentru a permite utilizarea unei temperaturi de reflux cât mai ridicate aceasta determinând o crestere a vitezei de reactie ; solventul sa fie ieftin si cât mai putin toxic.

Dintre solventii organici care îndeplinesc mai mult sau mai putin aceste conditii s-au folosit: alcool etilic( plus cantitatea necesarã de benzen pentru formarea azeotropului ternar) ; alcool izopropilic ; 1-butanol ; 2-butanol ; i-butanol ; t-butanol. Principalele caracteristici ale solventilor(168-171) sunt pre-zentate în tabelul 16.

Tabelul 16. Proprietãti fizice ale solventilor utilizati la sinteza

4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen.

Obs.: *-pentru azeotropul ternar (H2O:EtOH:C6H6=7.4:18.5:74.1)

Tf-temperatura de fierbere (1atm);Ta-temperatura azeotropului binar(1atm)

Obtinerea azoeterului prin condensarea 4-hidroxiazobenzen cu 1-clor-4-(clormetil)benzen are loc în douã etape. In prima etapã se obtine sarea 4-hidroxiazobenzen, apa rezultatã în urma neutralizãri fiind eliminatã prin formare unui azeotrop cu solventul utilizat. In etapa a doua sarea formatã reactioneazã cu halogenura formând 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen :

Alegerea KOH si nu a NaOH s-a facut în conformitate cu observatiile din literaturã(18,36,52,99). In cazul sãrurilor de potasiu energia legãturii anion cation fiind mai micã decât în cazul sãrurilor de sodiu, reactivitatea anionilor azofenoxid în sarurile de potasiu va fi mult mai mare.

In tabelul 17 sunt prezentate randamentele obtinute prin metoda azeotropã în cei sapte solventi alesi, la diferite intervale de timp si pentru diferite rapoarte molare între reactanti 1-clor-4-(clormetil)benzen , KOH si 4-hidroxiazobenzen .

Tabelul 17.Obtinerea 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen

prin metoda azeotropã (mediu omogen)

Datele din tabelul 17 aratã cã solventii cei mai buni sunt etanolul si izopropanolul. In cazul folosiri etanolului randamentul devine maxim dupa 5h de reflux la un raport stoechiometric între reactanti. In alcool izopropilic randamentul devine maxim dupã 6h si este mai mic decât în cazul utilizari etanolului. Deoarece folosind alcoolul etilic apa s-a eliminat adãugând benzen, folosirea alcoolului isopropilic devine cea mai convenabilã. Farã evacuarea azeotropã a apei randamentele sunt cu 30-40% mai mici.

4.3.3 Eterificarea 4-hidroxiazobenzen cu 1-clor-4-(clormetil)benzen în

mediu heterogen solid-lichid.

La eterificarea în mediu heterogen solid-lichid faza solidã este reprezentatã de baza anorganicã în exces, iar faza lichidã este formatã din solvent si reactivii organici solubili în solvent. Bazele anorganice utilizate sunt sub formã de pudrã. S-au utilizat bazele : KOH, NaOH, K2CO3. Utilizarea bazelor anorganice sub formã de pudrã implicã o crestere a suprafetei de contact între baza anorganicã si hidroxiazoderivatul aromatic, formarea anionului azofenoxid realizându-se mai usor. S-au utilizat pentru faza lichidã solventii : EtOH absolut(ab),EtOH 95%,2-PrOH,n-BuOH,t-BuOH si 1,4-dioxan (tabelul 18).

Tabelul 18.Obtinerea 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen

în mediu heterogen solid-lichid

Se constatã cã etanolul absolut constitue cel mai bun solvent, iar în 1,4-dioxan se obtin cele mai mici randamente în azoeter. In locul bazelor tari KOH, NaOH se impune folosirea unei baze mai slabe K2CO3 care favorizeazã foarte bine eterificarea atunci când este în cantitate dublã fatã de stoechiometrie ; în acest caz, dupã 5h de reflux randamentul în azoeter este de 99%. Folosirea de solventi care contin apã (EtOH 95%) deranjeazã deoarece prezenta apei determinã reactia de hidroliza a halogenuri de benzil.

4.3.4 Eterificarea 4-hidroxiazobenzen cu 1-clor-4-(clormetil)benzen prin

cataliza de transfer de fazã în mediu heterogen lichid-lichid în absenta

solventilor organici

Masa molecularã mare a azofenolilor precum si dimensiunile acestora ne-au condus la folosirea unui catalizator de transfer de faza, o sare cuaternarã de amoniu foarte voluminosã. In acest scop s-a utilizat un catalizator de transfer de fazã mai putin folosit în literaturã comparativ cu alti catalizatori, aliquat 336, produs comercial, în care componentul majoritar este n-(C8H17)3CH3N+Cl-. S-a folosit ca baza KOH. Intrucât reactia 4-hidroxiazobenzen cu baza în stare solidã are loc foarte greu, în vederea preparãri rapide a anionului 4-azofenoxid, KOH s-a introdus sub forma de solutie apoasã 50% .

Rezultatele experimentale obtinute la sinteza 4-(4-clorfenil)metoxi-azobenzen sunt descrise în tabelul 19.

Tabelul 19.Obtinerea 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen prin CTP.

Catalizator aliquat 336; bazã – sol.apoasã 50% KOH;

temperatura – 100°C; viteza de agitare 700 rot./min.

Obs.: 4-HO-AB : 4-hidroxiazobenzen; Halg.: 1-clor-4-(clormetil)benzen; Ctz.: aliquat 336

Din tabelul 19 rezultã cã un foarte bun randament în azoeter se obtine la o duratã a reactiei de 3h si un raport molar 4-hidroxiazobenzen:KOH:1-clor-4-(clormetil)benzen:aliquat 336=1:2:2:0.15. Utilizarea unui exces de halogenurã farã utilizarea cantitãti duble de bazã va produce o crestere putin semnificativã a randamentului în azoeter. In absenta bazei reactia de eterificare nu are loc(=0) . In absenta catalizatorului si în prezenta bazei randamentul în azoeter este 39%.

4.3.5 Sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen cu ajutorul microundelor

Rezultatele spectaculoase recente legate de folosirea microundelor în sintezele organice ne-au determinat folosirea acestei tehnici si în sintezele azoeterilor aromatici. Studiul de literaturã efectuat si prezentat anterior aratã (cu exceptia sintezei 4-(fenil)metoxibenzonitril)(117) lipsa comunicãrilor stintifice asupra sintezelor eterilor cu ajutorul MO.

Pentru început reactia de eterificare Williamson a fost studiatã în diferiti solventi folosind de fiecare datã acelasi volum de solvent (în cazul n-BuOH rezultã o solutie saturatã). Ca sursã de MO s-a folosit un cuptor cu microunde multimod cu puterea de emisie de 650W. 4-Hidroxiazobenzen este transformat în sarea de potasiu prin reactie cu KOH solid într-un volum minim de solvent, încât sã rezulte o solutie concentratã a sãri azofenolului. In solutia obtinutã se adaugã 1-clor-4-(clormetil)benzen. Amestecul rezultat este încãlzit cu ajutorul MO conform timpului impus (tabelul 20) .

Tabelul 20 Sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen cu ajutorul MO în

mediu de solvent(solutie saturatã)

Din tabelul 20 se constatã cã în solutie de etanol, 2-propanol si de t-butanol randamentul devine maxim dupa 10min. Depãsirea acestui timp produce o scãdere a cantitãti de azoeter care se explicã printr-o degradarea termicã a azoeterului. Se observã o crestere a randamentului cu temperatura de fierbere a solventului si nu în functie de constanta dielectricã a acestuia ca în cazul metodei azeotrope si a eterificãri în mediu heterogen solid-lichid.

In literatura sunt descrise numeroase aplicatii în care solventul organic este înlocuit printr-un suport mineral care constitue mediul de reactie si absorbant pentru MO. In cazul sintezei azoeterilor s-a folosit ca suport alumina G(neutrã acido-bazic, produs comercial FLUKA). Temperatura aluminei G depinde atât de timpul de iradiere cu MO cât si de masa supusa iradieri(fig.2,fig.3).

Fig.2 Variatia temperaturi aluminei G Fig.3 Variatia temperaturi aluminei

cu timpul de iradiere cu MO(P=650W) G cu masa supusã iradieri cu MO

(P=650W)

Obs.: Temperatura a fost masuratã la sfârsitul iradieri cu un termometru digital eroarea=5°C

In prima etapã masa de aluminã se amestecã cu cantitatea necesarã de 4-hidroxiazobenzen si cantitatea echivalentã de solutie apoasã 50% KOH necesarã neutralizari 4-hidroxiazobenzen. Apa este evaporatã sub vid într-un evaporator rotativ. Se preparã o solutie 50% de 1-clor-4-(clormetil)benzen în acetonã cu care se impregneazã suportul de aluminã continând azobenzen-4-oxidul de potasiu. Acetona este evaporatã sub vid, iar suportul care contine sarea hidroxiazoderivatului si halogenura este iradiat cu MO conform timpului ales. Folosind datele din literaturã pentru alte tipuri de reactii(135), dupã un numãr mare de încercãri, cel mai bun raport al cantitãtilor substantelor folosite corespunde la : 12.5g aluminã G:25mmol hidroxiazoderivat aromatic:25mmol KOH : 37.5mmol halogenurã (tabelul 21) .

Tabelul 21.Sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen

la diferiti timpi de iradiere cu MO(P=650W)

Din tabelul 21 rezultã cã randamentul devine maxim dupa 160s. Prelungirea tipului de iradiere determinã o crestere a temperaturi mediului de reactie, temperaturã responsabilã de descompunerea produsului si deci de scãderea randamentului.

Deoarece compusii halogenometilati si hidroxiazoderivatii aromatici (respectiv sãrurile lor) sunt molecule polare, deci pot absorbi MO, este posibil sã se renunte la suportul mineral. In acest scop sarea de potasiu a hidroxiazoderivatului aromatic se impregneazã cu solutia compusului clorometilat în acetonã. Acetona este îndepãrtatã prin evaporare sub vid, iar amestecul obtinut se iradiaza cu MO (tabelul 22).

Tabelul 22. Sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen în mediu solid în absenta suporturilor minerale, în câmp de microunde electromagnetice (P=650W)

Obs.: *-temperatura la sfirsitul iradieri ; AB-OK:azobenzen-4-oxid de potasiu; Halg. :1-clor-4-(clormetil)benzen

Din tabelul 22 se constatã cã iradierea este eficace la un raport stoechiometric al reactantilor dupa 2min 45 sec. Un interval de timp de iradiere mai mare produce si de aceastã datã o scãdere a randamentului în produs. Aceastã scãdere este mai mare decât în cazul utilizãri unui interval de timp de iradiere mai mic. Scãderea cantitati de azoeter când durata iradieri depaseste 165s se explicã deasemenea printr-o descompunere azoeterului din cauza temperaturi ridicate din sistem.

O crestere importantã a temperaturei se observã când sarea azofenolului este în exces. Aceastã temperaturã, pentru acelasi timp de iradiere (165s), determinã descompunerea excesului de azobenzen -4-oxid de potasiu, Descompunerea este confirmatã prin douã metode :

– în urma purificãri produsului de reactie se obtine o masã semnificativã de

rezidiu ;

– la sfârsitul iradieri, o probã din masa de reactie acidulatã cu o solutie de

HCl dupã uscare nu prezintã în IR benzile caracteristice grupelor -N=N- si -OH din 4-hidroxiazobenzen .

Folosirea unui exces de reactiv clorometilat aromatic nu produce practic nici o modificare sensibilã a randamentului în azoeter.

In încheiere putem concluziona cã eterificarea 4-hidroxiazobenzen cu 1-clor-4-(clormetil)benzen cu ajutorul MO poate fi realizatã cu bune rezultate, în absenta solventilor si a suporturilor absorbante, în mediu solid, prin impregnarea sãri de potasiu a azofenolului cu halogenura urmatã de iradiere timp de 165s într-un cuptor cu microunde multimod(P=650W,=12.2 cm).

4.3.6 Propuneri de mecanisme de reactie

Sinteza azoeterilor aromatici prin reactia Williamson prin metoda azeotropã si în mediu heterogen solid lichid decurge dupã mecanismul substitutiei nucleofile. Mecanismul de reactie propus tine cont de faptul cã derivatii clorometilati aromatici reactioneazã simultan monomolecular si bimo-lecular(99,178,179) :

a) monomolecular

b) bimolecular :

Mecanismul propus poate explica rezultatele experimentale obtinute. Carbocationul format respectiv halogenura reactioneazã cu anionul azofenoxid în timp ce reactia cu anionii HCO3- si CO32- nu poate avea loc datoritã caracterului slab nucleofil al acestora. In acest fel se explicã rezultatele foarte bune obtinute la eterificarea în mediu heterogen solid-lichid folosind ca baza K2CO3. In schimb folosind ca bazã KOH, ionul hidroxil nucleofil puternic reactioneazã cu halogenura de benzil sau cu carbocationul determinând obtinerea produsului hidroxilic secundar :

Folosirea de solventi care contin apã (EtOH 95%) are acelasi efect, deoarece H2O producând hidroliza bazei, creste concentratia în ioni hidroxil. Natura solventului influenteazã reactia prin valoarea constantei dielectrice() (180). Reactiile decurg mai usor în etanol decât în ceilalti solventi deoarece sarea azofenolului poate mai usor disocia în anioni azofenoxid care participã la reactia de eterificare(=24.3 pentru EtOH). Din aceasta cauzã în dioxan (=2.2) se obtin cele mai slabe rezultate. Excesul de K2CO3 (pKa1 (H2CO3)=6.37 si pKa2(H2CO3)=10.25) (171) este necesar pentru a realiza transformarea totalã a azofenolului în sare (pentru azofenoli pKa a se vedea tabelul 15) deorece atât aciditatea azofenolilor cât si bazicitatea K2CO3 este redusã.

In cazul catalizei de transfer de fazã lichid-lichid mecanismul de reactie corepunde substitutiei nucleofile bimoleculare(22,99). In cazul obtinerii azoeterilor aromatici ca si în cazul sintezei eterilor benzilici ai fenolilor, faza apoasã este formatã din solutia de KOH si din sarea azofenolului. Faza organicã este formatã chiar din halogenura de benzil. Reactiile chimice din acest sistem sunt urmãtoarele :

Deoarece ultima etapã a mecanismului este ireversibilã întreg procesul devine ireversibil. Din rezultatele anterioare (tabelul 19) rezultã necesitatea folosirii excesului de halogenurã de benzil precum si a celui de bazã. Excesul de halogenurã este necesar deoarece acesta va avea rolul de solvent pentru faza organicã. Rolul catalitc excelent al aliquat 336 s-ar putea explica prin formarea unui complex relativ stabil între anionul azofenoxid si catalizator. Acest complex realizeazã transferul anionului azofenoxid din faza apoasã în faza organicã, substitutia nucleofilã putând avea loc în interiorul volumului ocupat de molecula de catalizator. Tinând cont de lungimea mare a radicalilor n-octil se poate propune urmãtoarea stare de tranzitie :

Sinteza azoeterilor cu ajutorul MO desi foarte simplu de realizat este greu de explicat teoretic. Regis Laurent si colaboratori (122) în urma rezultatelor spectaculoase obtinute în reactiile de cicloaditie cu ajutorul MO, rezultate imposibil de explicat cu ajutorul teoriei actuale, sugereazã aparitia unui mit al microundelor electromagnetice "myth or reality " în sinteza organica cu MO. Acest fenomen nu poate fi explicat în cadrul termodinamici clasice. Douã ipoteze se pot avansa (108) :

– entalpia de activare G* este modificatã de maniera neclasicã

– temperatura nu este reprezentativã

Modificarea G* : a) La scara moleculara rotatia si vibratia moleculelor sunt în primã aproximare independente. Existã totusi un cuplaj rotatie-vibratie. Desi energiile în cauzã sunt foarte diferite nu poate fi absurd sã se considere o puternicã excitare a rotatiei moleculelor de catre MO care ar putea sã "fragilizeze" unele legãturi afectându-le vibratiile. b) La scarã macroscopicã excitarea moleculelor în domeniul energiilor de rotatie se traduce printr-o crestere a "dezordini" care ar putea afecta entropia sistemului , în particular cea de activare S*.

In sonochimie accelerarea reactiilor chimice pentru o aceiasi temperaturã a masei este atribuitã imploziei "bulelor de cavitatie" care produc "puncte calde" temperatura putând ajunge pânã la 5000°C(123). Teoria "punctelor calde" ar putea fi reluatã pentru a explica reactiile chimice realizate cu ajutorul microundelor electromagnetice. Excitând rotatia moleculelor MO ar putea activa socurile moleculare eficace, adicã a acelora care conduc la reactia chimicã. Deoarece s-a dovedit cã prin încãlzirea clasicã la aceiasi temperaturã ca si a aceleia produsã de MO randamentele sunt mult mai mici(117,156), rezultã cã MO au o actiune specificã în timpul reactiei chimce si cã temperatura masei de reactie nu ar mai fi atunci parametru reprezentativ si nu ar mai servi în expresia constantei de viteza.

Prin cele patru metode prezentate : eterificarea hidroxiazoderivatilor aromatici prin metoda clasicã(azeotropã) ; eterificarea în mediu heterogen solid-lichid ; eterificarea prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici ; eterificarea cu ajutorul MO în mediu solid uscat în absenta suporturilor minerale absorbante au fost realizate sintezele azoeterilor care sunt prezentati în paragrafele urmãtoare. La fiecare nou compus sintetizat este indicat randamentul obtinut prin fiecare din cele patru procedee de eterificare. Conditiile optime gãsite în paragraful anterior pentru sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen (durata eterificãri ; rapoartele molare) sunt aplicate la fiecare sintezã. In cazul folosiri MO în parantezã la fiecare compus obtinut este indicat timpul de iradiere.

4.3.7 Azoeteri aromatici obtinuti din derivati substituiti ai 4-hidroxiazobenzen

si derivati ai (halogenometil)benzen

Prin metodele prezentate au fost sintetizati un numar de 32 compusi organici noi(187,188), prin eterificarea derivatilor substituiti ai (halogenometill)benzen cu derivatii substituiti ai 4-hidroxiazobenzen( tabelul 23).

Tabelul 23.Derivati substituiti ai 4-(fenil)metoxiazobenzen

Obs.: a,b-ca halogenuri s-au folosit bromurile

c-metoda azeotropã

de-descompunere cu explozie

e-mediu heterogen solid-lichid

f-CTP în mediu heterogen lichid-lichid , catalizator aliquat 336

g-iradiere cu microunde electromagnetice (MO) în absenta solventilor si a suporturilor absorbante

h-timpul de iradiere (secunde)

Tt-temperatura de topire

*-(nm),(lmol-1cm-1);1,4-dioxan concentratie 2.5 10-4M

Din tabelul 23 rezultã cã sintezele efectuate prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici decurg cvasicantitativ. Deasemenea se constatã cã modificãrile structurale efectuate atât pe nucleele hidroxiazoderivatilor cât si pe nucleele halogenurilor nu influenteaza valorile randamentelor în azoeteri. Aceiasi constatare rezultã si pentru sintezele efectuate în mediu heterogen solid-lichid. Folosind metoda clasicã se constatã cã azoeterii preparati cu ajutorul bromurilor de benzil se obtin cu randamente mai mari, aceasta datoritã reactivitati mai mari a legãturi C-Br decât a legaturi C-Cl. Existenta substituentilor în pozitiile vecine grupei eterice -CH2O- produce o micsorare a randamentului în azoeteri. Prin utilizarea MO se constatã cã timpul de reactie este în jurul valori de 160s iar randamentul poate depãsi 99% (compusul 19).

4.3.8 Azoeteri aromatici obtinuti din 1-(clormetil) naftalina si derivati

substituiti ai 4-hidroxiazobenzen

Utilizând ca derivat halogenat 1-(clormetil)naftalina s-au obtinut prin eterificare cu derivati substituiti ai 4-hidroxiazobenzen un numãr de 11 noi azoeteri(188) (tabelul 24).

Tabelul 24 Derivati substituiti ai 4-(1-naftil)metoxiazobenzen

Obs.: a-metoda azeotropã

b-în mediu heterogen solid-lichid

c-CTP în mediu heterogen lichid-lichid,catalizator aliquat 336

d-MO în absenta solventilor si a suporturilor absorbante

e-timpul de iradiere (secunde)

Tt-temperatura de topire

*-(nm),(lmol-1cm-1); 1,4-dioxan concentratie 5 10-5M

Din tabelul 24 se constatã o scãdere a randamentelor în azoeteri comparativ cu valorile randamentelor obtinute în cazul compusilor sintetizati în paragraful 4.3.7. Aceasta semnificã o reactivitate mai micã pentru 1-(clormetil)naftalina comparativ cu derivatii substituiti ai halogenurilor de benzil. CTP în mediu heterogen lichid-lichid si eterificarea în mediu heterogen solid-lichid se impun si în acest caz din punct de vedere al randamentelor obtinute. Prin folosirea MO randamentele sunt mici variind între 32%(compusul 42) si 50%(compusul 33). Azoeterul 33, care contine în structurã o grupa O2N, nu se poate obtine cu ajutorul MO din cauza descompuneri sãri de potasiu a hidroxiazoderivatului aromatic în timpul iradieri.

4.3.9 Azoeteri aromatici derivati substituiti ai 2-[4-(fenilazo)fenoximetil]-1H-

izoindol-1,3(2H)-diona

Folosind ca reactiv clorometilat N-(clormetil)ftalimida [sau 2-(clormetil)-1H-izoindol-1,3(2H)-diona] au fost obtinuti 11 noi azoeteri aromatici(189). Sinteza s-a efectuat în mediu omogen, prin metoda azeotropã, solventul fiind un amestec de n-BuOH si toluen. Durata scurtã a eterificãri(în unele cazuri de ordinul minutelor) impusã de reactivitatea maritã a compusului clorometilat nu a mai necesitat si utilizarea celorlalte metode de sintezã (tabelul 25). In plus, metodele de sinteza în mediu heterogen se dovedesc ineficiente pentru sinteza acestor azoeteri : în urma încercãrilor prealabile efectuate s-a putut constata cã din cauza bazicitãti mediului de reactie hidroliza functiuni amido din reactivul clorometilat este foarte intensã (randamentele în azoeteri nu depãsesc 30%).

Tabelul 25 Azoeteri aromatici derivati ai 2-[4-(fenilazo)fenoximetil]-1H-izoindol-1,3(2H)-diona

Obs.: *-(nm),(lmol-1cm-1);1,4-dioxan concentatie 5 10-4M;Tt-temperatura de topire

Rezultatele din tabelul 25 demonstreazã cã metoda clasicã este foarte eficientã la obtinerea acestor compusi. In cazul compusului 53 randamentul mic este datorat pe de o parte hidrolizei partiale a grupei nitril în timpul formãri sãri azofenoxidului(sarea s-a format la reflux dupa 1h de încãlzire). Azoeterul 52 continând o grupa NO2 se obtine mai greu(=91% dupa 2h) datoritã scãderi densitãti de sarcinã negativã la atomul de oxigen ca urmare a participãri oxigenului într-o structura de rezonantã extinsã alãturi de grupa nitro:

în acest fel reactivitatea anionului(caracterul nucleofil) scade comparativ cu azofenoxizi continând radicali alifatici.

O structurã de rezonanta asemãnãtoare se poate formula si pentru anionul 4-ciano-azobenzen-4'-oxid, structura care explicã deasemenea o scãdere a reactivitãti anionului :

4.3.10 Azoeteri aromatici derivati substituiti ai acidului

4-(fenilazo)fenoxiacetic

Derivatii substituiti ai acidului 4-(fenilazo)fenoxiacetic au fost obtinuti prin trei metode : i) în solutie apoasã prin reactia sãri acidului monocloracetic (obtinutã prin neutralizarea acidului) cu sarea azofenolului ; ii) prin eterificare în mediu heterogen solid-lichid iii) prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici. In prima metoda reactivii se introduc în reactie în raport stoechiometric, iar prin celelalte douã metode se folosesc rapoartele optime gãsite la sinteza 4-(4-clorfenil)metoxiazobenzen(paragrafele 4.3.3 si 4.3.4). S-au sintetizat 7 compusi noi(190) (tabelul 26 ) .

Tabelul 26. Derivati substituiti ai acidului 4-(fenilazo)fenoxiacetic

Obs.: a- în solutie apoasã

b- în mediu heterogen solid-lichid

c- prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în abssenta solventilor organici ; catalizator aliquat 336

d- descompunere

Tt- temperatura de topire

*- (nm),(lmol-1cm-1);1,4-dioxan concentratie 2.5 10-4M

Rezultatele din tabelul 26 aratã cã sintezele compusilor decurg mai usor în mediu heterogen solid-lichid decât prin CTP sau prin eterificarea în solutie apoasã. Aceastã observatie se explicã ca si în paragrafele anterioare prin caracterul slab nucleofil al anionilor carbonat si hidrocarbonat care nu reactioneazã cu sarea acidului monocloracetic. In schimb prin utilizarea CTP si eterificarea în solutie rezultatele mai slabe se datoreazã existentei ionului hidroxil care produce reactia concurentã de hidrolizã a sãri acidului monocloracetic :

Cel mai mare randament(=91%) se obtine la sinteza acidului 4-(fenilazo)fenoxiacetic, sintezã realizatã în mediu heterogen solid-lichid, la o duratã a reactiei de 6h.

4.3.11 Derivati dieterici substituiti ai 4,4'-dihidroxiazobenzenului (233)

Obtinerea 4,4'-dihidroxiazobenzen se realizeazã dificil, desi în timp procedeul a cunoscut numeroase îmbunãtãtiri(163) rezultatele au rãmas încã nesatisfãcãtoare(randamente cuprinse între 36% si 60%). Modificând metoda initialã s-a putut obtine un randament în 4,4'-dihidroxiazobenzen de 90%. Sinteza compusului se realizeazã printr-un proces de oxido-reducere în care oxidantul este anionul 4-nitro-fenoxid iar reducãtorul anionul hidroxil :

Prin metodele descrise anterior au fost sintetizati 7 noi azoeteri care sunt prezentati în tabelul 27

Tabelul 27.Derivati dieterici substituiti ai 4,4-bis(metoxi)azobenzen

Obs.: a,b-ca halogenuri s-au folosit bromurile

c-prin metoda azeotropã

d-descompunere

e-în mediu heterogen solid-lichid

f-CTP în mediu heterogen lichid-lichid, catalizator aliquat 336

g-MO;h-timpul iradieri (secunde)

Tt-temperatura de topire

*-(nm),(lmol-1cm-1);1,4-dioxan concentratie 3 10-4M

Se constatã cã valorile randamentelor obtinute cu ajutorul MO sunt cele mai mici în cazul utilizari 1-(clormetil)naftalina si 1-clor-2-(clormetil)benzen. Timpul de iradiere pentru toti compusi este cuprins între 8 si 10min. Eterificarea decurge mai bine în cazul compusilor preparati cu ajutorul bromurilor. N-(clormetil)ftalimida reactioneazã prin metoda azeotropã cu un randament de 94% dupã 10min., în timp ce restul compusilor se obtin cu randamente mult mai mici si în intervale foarte lungi de timp(5h).

Prin CTP în mediu heterogen lichid-lichid în absenta solventilor organici si prin eterificarea în mediu heterogen solid-lichid se obtin si pentru aceasta clasã de compusi randamente foarte mari. Aceste randamente sunt totusi putin mai mici decât cele obtinute în cazul monoeterilor aromatici. Cel mai mare randament (=99%) se obtine la sinteza 4,4'-bis(4-bromfenil)metoxiazobenzen prin folosirea catalizei de transfer de fazã .

4.3.12 Dieteri aromatici tetra(fenilazo)substituiti

Folosind 2,6-dimetil-3-fenilazo-4-hidroxiazobenzen si reactivi clorometilati au fost obtinuti prin metoda azeotropã si prin CTP un numãr de 6 compusi noi. Compusii au mase moleculare mari, o simetrie scãzuta care determinã punctele de topire relativ scãzute. Prezenta a patru cromofori -N=N- produce o crestere a coeficientului molar de extinctie() în domeniu vizibil în timp ce efectul batocrom este mai putin semnificativ(tabelul 28)

Tabelul 28.Dieteri aromatici tetra(fenilazo) substituiti

Obs.:a-prin metoda azeotropã

b-în mediu heterogen solid-lichid

c-CTP în mediu heterogen lichid-lichid , catalizator aliquat 336

Tt-temperatura de topire

*-(nm),(lmol-1cm-1);1,4-dioxan 3 10-4M

4.3.13 Poliazoeteri si poliazoeteroesteri aromatici

Eterificarea, respectiv eterificarea si esterificarea 4,4'-dihidroxiazobenzen si a acidului 4'-hidroxi-azobenzen-4-carboxilic cu reactivi bis(clormetil)aromatici a condus la obtinerea unui numãr de 6 noi polimeri(191). Sintezele s-au efectuat prin metoda azeotropã si prin procedeul în mediu heterogen solid-lichid, metode în care reactantii se introdoc în raport stoechiometric. Utilizarea CTP în mediu hetrogen lichid-lichid, din cauza excesului de reactiv clorometilat, poate conduce la polimeri cu grade diferite de policondensare. Structurile polimerilor obtinuti sunt(tabelul 29) urmãtoarele :

Tabelul 29 Polieteri si poliazoeteroesteri aromatici

Obs.: a-metoda azeotropã

b-mediu heterogen solid-lichid

*-(nm);1,4-dioxan concentratie 0.22g/l

Randamentele obtinute confirmã cã sintezele polimerilor sunt cvasicantitative. Se constatã cã în mediu heterogen solid-lichid polimerii se obtin cu randamente mai mari decât prin metoda azeotropã. Temperaturile de descompunere a compusilor sunt relativ ridicate, polimerii continând schelete de antracen fiind cei mai stabili. In cazul acestor polimeri procentul de carbon este cel mai ridicat.

Din rezultatele analizei elementare se poate calcula gradul mediu de poli-condensare n (tabelul 30).

Tabelul 30 Gradul mediu de policondensare al poliazoeterilor si poliazo-eteroesterilor aromatici

Valorile mici ale gradului de policondensare (n=4-5) se explicã prin solubilitatea scãzutã a macromoleculelor. Macromoleculele formate în timpul reactiei de condensare, precipitând din masa de reactie, nu mai pot participa la reactia de condensare.