Сульфирование растворами триоксида серы и его комплексами

Сульфирование концентрированной серной кислотой и олеумом имеет ряд существенных недостатков: 1) дезактивация субстратов (аминов, азолов, пиридина и т.п.); 2) окисление и разрушение субстратов (углеводов, стероидов, ацидофобных соединений - фурана, пиррола, индола и т.д.); 3) необходимость утилизации большого количества серной кислоты. Сульфирование неводными растворами и комплексами серного ангидрида позволяет решить большинство этих проблем.

I. Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях

Это наиболее универсальный и перспективный метод, который позволяет сульфировать самые различные субстраты - от очень активных (например, фурана, тиофена, пиррола и т.п.) до инертных (например, азолов) и создавать практически безотходную технологию.

В качестве растворителя используют жидкий сернистый ангидрид, галогеналканы (дихлор-, тетрахлорэтан, метиленхлорид) и другие соединения.

Активность серного ангидрида зависит от полярности среды, которая влияет на поляризацию молекулы триоксида серы и величину + заряда на атоме серы:

.

Варьируя растворитель или состав смеси растворителей можно менять сульфирующую активность SO₃.

Механизм реакции

а) в полярных средах (например, жидком SO₂), а также в неполярных средах при большом избытке SO₃, принципиально не отличается от рассмотренного выше.

б)в неполярных инертных средах (1,2-дихлорэтан, тетрахлорэтан) при мольном соотношении реагентов качестве электрофила помимо SO₃ выступает продукт его взаимодействия с образовавшейся сульфокислотой ArSO₃SO₃H.

А. Сульфирование аренов растворами триоксида серы в сернистом ангидриде (полярном растворителе) применяется в синтезе поверхностно-активных веществ ПАВ (алкиларенсульфонатов):

Реакция сильно экзотермическая, процесс ведут (т.к. среда SO₂) при (-10^оС). Отвод тепла осуществляется за счет испарения растворителя. Избыток серного ангидрида составляет обычно не более 5%. Процесс ведут непрерывным способом, технология практически безотходная. Диоксид серы используется как растворитель, и как сырьё для получения серного ангидрида.

Б. Сульфирование растворами SO₃ в неполярных растворителях (дихлорэтане, метиленхлориде и других) широко используют в синтезе лекарственных веществ. Большой вклад в разработку этого метода внесла кафедра ХТЛВ.

1. Сульфирование ароматических соединений ряда бензола, нафталина и др. В синтезе диазолина метод позволил увеличить выход 1,5-нафталиндисульфокислоты почти вдвое:

2. Сульфирование имидазола и тиазола (в ди- и тетрахлорэтане):

Метод обеспечивает:

- высокий выход целевых продуктов

- снижение температуры процесса со 160 – 250^оС до 84^оС,

• снижение расхода сульфирующего агента с 5-8 до 3, а в некоторых случаях до 12 моль на моль субстрата.

3. Сульфирование ароматических аминов в том числе БАВ в ДХЭ:

Метод отличается от «метода запекания» тем, что

• протекает в одну химическую стадию;

• позволяет проводить реакцию при 20-30^оС (против 180^оС);

• позволяет сократить время реакции до 1 часа;

• позволяет создать практически безотходное производство, так как дихлорэтановый фильтрат, содержащий непрореагировавший серный ангидрид и отогнанный (или отфильтрованный) исходный амин (метод относится и к замещенным аминам) возвращается в цикл.

Процесс в этом случае может быть проведен без деструкции субстрата вследствие отсутствия высокой температуры и кислотности среды.

4. Сульфатирование полисахаридов, например, декстрана и др. (дихлорэтан). При температуре 05^оС практически без деструкции образуется ценный биологически активный продукт (декстрансульфат, ронасан и др.) с выходом целевого продукта 80%. Механизм S_N2, нуклеофил – кислород ОН – группы, большое значение имеют пространственные факторы.