Anwendung von Triphosgen in der organischen Synthese

1. Einführung von Sanphosgen

Festes Phosgen, auch bekannt als Triphosgen. Der chemische Name lautet Bis(trichlormethyl)carbonat [Bis(trichlormenthyl)carbonat], abgekürzt BTC (Strukturformel siehe Abbildung 1), und ist ein idealer Ersatz für Phosgen. Phosgen und Diphosgen werden häufig bei der Synthese von Medikamenten, Pestiziden, organischen Zwischenprodukten und Polymermaterialien verwendet. Aufgrund ihrer geringen Sicherheit ist ihre Verwendbarkeit jedoch stark eingeschränkt. Phosgen und Diphosgen haben einen niedrigen Siedepunkt, sind flüchtig und hochgiftig und wurden in vielen Ländern verboten oder eingeschränkt.

Triphosgen wurde erstmals 1880 entdeckt. BTC ist ein weißer Kristall mit stechendem Geruch, einem relativen Molekulargewicht von 296,75, einem Schmelzpunkt von 79–83 °C und einem Siedepunkt von 203–206 °C. Es ist in organischen Lösungsmitteln wie Ether, Tetrahydrofuran, Chloroform und Hexan löslich. Bei Raumtemperatur hat BTC einen extrem niedrigen Oberflächendampfdruck und eine hohe thermische Stabilität. Selbst bei Destillationstemperatur gibt es nur eine geringe Zersetzung. Daher wird es in der Industrie nur als allgemein giftige Substanz behandelt. Die chemischen Reaktionen, an denen es beteiligt ist, sind oft sehr mild, mit starker Selektivität und hoher Ausbeute. Derzeit wird es häufig bei der Synthese von Carbonat, Chloralkan, Säurechlorid, Säureanhydrid, Harnstoff und Polyheterocyclen verwendet.

In diesem Artikel werden hauptsächlich die Herstellung von Triphosgen und seine praktische Anwendung in der organischen Synthese in den letzten Jahren vorgestellt und zusammengefasst.

2. Synthese von Triphosgen

Zurzeit werden BTC hauptsächlich im Batch- und im kontinuierlichen Verfahren hergestellt; der Mechanismus basiert auf der Chlorierungsreaktion von Dimethylcarbonat unter Photokatalyse.

2.1 Batch-Verfahren

Dimethylcarbonat wird in Tetrachlorkohlenstoff gelöst und unter Lichteinwirkung über 20 Stunden kontinuierlich Chlorgas durchgeleitet, wodurch eine Radikalreaktion auftritt. Nach Abschluss der Reaktion wird Tetrachlorkohlenstoff abdestilliert, zurückgewonnen und mechanisch verwendet, und weißes kristallines BTC kann mit einer Ausbeute von über 95 % gewonnen werden.

2.2 Kontinuierliche Methode

Das kontinuierliche Verfahren basiert auf zwei Reaktionen und es können je nach Bedarf drei Produkte aus BTC, Dimethylcarbonat und Salzsäure gewonnen werden, was ein ideales Verfahren zur Herstellung von BTC darstellt.

3. Die Anwendung von Triphosgen

Triphosgen kann bei niedrigerer Temperatur eine Phosgenierungsreaktion mit einem Nukleophil eingehen; ein Molekül Triphosgen entspricht drei Molekülen Phosgen und es findet in der Feinsynthese organischer Substanzen vielfältige Anwendung.

3.1 Reaktion von BTC mit Hydroxylverbindungen

3.1.1 BTC kann mit verschiedenen Hydroxylverbindungen reagieren und Chlorformiatprodukte bilden

3.1.2 Das gebildete Chlorformiat-Zwischenprodukt kann mit einer überschüssigen Hydroxylverbindung kombiniert werden, um ein Carbonatprodukt zu erhalten

3.1.3 Triphosgen kann auch mit vicinalen Diolen zu cyclischen Carbonaten reagieren, was dem Schutz von Hydroxyl-Funktionsgruppen entspricht

3.1.4 Triphosgen ist auch ein gutes Chlorierungsreagenz, das unter milden Bedingungen Chlorierungsreaktionen durchführen kann

3.1.5 Oxidation mit Alkoholen zu Aldehyden und Ketonen

3.2. Reaktion von BTC mit Carbonsäureverbindungen

3.2.1 Bildung von Säurechloriden

3.2.2 Anhydridbildung

Ein Molekül Carbonsäure kann mit 1/6 BTC in Tetrahydrofuran und Ethylacetat zu Säureanhydrid reagieren.

3.3 Reaktion von BTC mit Aminoverbindungen

3.3.1 Bildung von Isocyanaten mit primären Aminen

Isocyanatverbindungen sind eine wichtige Klasse von Polymermaterialien, wie etwa Polybenzylidenpolyisocyanat, Hexamethylendiisocyanat usw.; Isocyanat kann mit überschüssigen Aminen Harnstoffverbindungen bilden, die in Pestiziden und pharmazeutischen Zwischenprodukten weit verbreitet sind.

3.3.2 BTC und sekundäre Amine zur Erzeugung von Säurechloridderivaten

Im Jahr 1996 verwendete Kaufman Prolin als Rohstoff und BTC-geschützte Aminogruppen, um chirale Aminosäurevorläufer herzustellen.

Es können auch Harnstoffzwischenprodukte mit überschüssigen sekundären Aminen erzeugt werden, die dann mit organometallischen Reagenzien reagieren, um entsprechende Ketone zu erzeugen.

3.4 BTC und bifunktionelle Verbindungen zur Bildung heterozyklischer Verbindungen

3.4.1 Reaktion von BTC mit N,N-bifunktionellen Verbindungen

Wenn die Verbindung gleichzeitig primäre Amine, sekundäre Amine und Carboxylgruppen enthält, weist BTC eine höhere Selektivität für primäre Amine auf und sekundäre Amine und Carboxylgruppen müssen nicht geschützt werden.

3.4.2 Reaktion von BTC mit N,O-bifunktionellen Verbindungen

3.5 BTC und N-Formamid bilden Isocyanid oder Imin

3.6 BTC und Aldoxim oder Amid bilden Nitrilverbindungen

3.7 FC-Reaktion zwischen BTC und aromatischen Verbindungen

Referenzen:

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