La fotografia mostra l'impianto di produzione di dimetilcarbonato(DMC) dell'ENIChem Synthesis di Ravenna. L'impiego di questocomposto nelle sintesi organiche è in continuo aumento in quantooggi si può ottenerlo evitando l'uso come reagente di partenza delpericolosissimo fosgene. La via sintetica utilizzata dall'ENIChemparte da metanolo, monossido di carbonio e ossigeno in presenza

di sali di rame come catalizzatori. La reazione fornisce DMC dielevata purezza. In condizioni di catalisi di trasferimento di fasegas-liquido (GLAPTC) il dimetilcarbonato agisce da donatore selet-tivo di gruppi metile, generando come sottoprodotti di reazione solometanolo (che può essere recuperato e riutilizzato nella produzionedi DMC) e anidride carbonica che non dà problemi di smaltimento.

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I modo più semplice e convenienteper accelerare la velocità di reazio-ni chimiche troppo lente per dare

luogo a cambiamenti rilevabili in un las-so di tempo ragionevole consiste nell'ag-giungere al sistema piccole quantità diopportune sostanze dette catalizzatori.Questi ultimi possono essere di naturasia inorganica sia organica, ma in tutti icasi svolgono la loro funzione senza ap-parentemente alterarsi nel corso dellareazione, tanto che una classica defini-zione ancora oggi accettata considera co-me catalizzatori «tutte quelle sostanzeche fanno aumentare la velocità di rea-zione con cui un sistema chimico pervie-ne all'equilibrio senza essere trasforma-te durante il processo». Il processo nelsuo insieme prende il nome di catalisi,come proposto da Rins J. Berzelius nel1836, anche se l'etimologia greca del ter-mine (scioglimento) può non agevolarela comprensione del fenomeno.

È bene precisare che i catalizzatori,oltre ad accelerare enormemente i pro-cessi chimici, sono anche in grado di in-dirizzare la reazione, qualora siano pos-sibili diversi cammini, essenzialmente(se non esclusivamente) verso il prodot-to desiderato, incrementando cioè la se-lettività della reazione stessa. Una par-ticolare forma di selettività è quella chesi osserva nella sintesi di materiali poli-merici. Per esempio, la polimerizzazionedel propilene con iniziatori convenzio-nali porta solitamente a macromolecoleamorfe dalle scadenti proprietà mecca-niche e di nessun interesse commerciale.Utilizzando invece i famosi catalizzatoridi Ziegler-Natta (Karl W. Ziegler e Giu-lio Natta, insigniti del premio Nobel perla chimica nel 1963), come il triclorurodi titanio e il dietilalluminio cloruro, sipossono facilmente ottenere polimericristallini con elevato carico di rottura,resistenti ai solventi organici e di grandeimportanza industriale, che trovano lar-

ghissimo impiego nella produzione dinumerosi manufatti.

È appena il caso di ricordare che, perselettività e accelerazione delle reazioni,i più efficienti catalizzatori conosciuti so-no di natura biologica: gli enzimi.

L'importanza della catalisi in campoindustriale emerge chiaramente quandosi ricordi che più del 90 per cento deiprodotti dell'industria chimica è ottenu-to tramite processi catalitici. Inoltre lacatalisi sta assumendo una rilevanzasempre maggiore in campo ambientalesia perché permette di evitare la forma-zione di sottoprodotti indesiderati, sia inquanto rende possibile la rapida trasfor-mazione in molecole innocue di sostanzealtamente inquinanti. L'esempio più co-mune in questo senso è l'applicazionealle automobili delle cosiddette «mar-mine catalitiche», grazie alle quali i pe-ricolosi ossidi di azoto e monossido dicarbonio vengono trasformati rispettiva-mente in azoto molecolare e anidridecarbonica.

Quando catalizzatore, reagenti e pro-dotti costituiscono una sola fase si parladi catalisi omogenea; in caso contrario sidefinisce la catalisi di tipo eterogeneo.La catalisi omogenea è caratterizzata daottima attività, elevata selettività e ri-producibilità e ben si adatta alla prepa-razione dei composti piuttosto complessitipici della chimica fine. Tuttavia i cata-lizzatori solubili sono sovente poco sta-bili a temperature elevate, sono moltosensibili ad agenti estranei e hanno una«vita» piuttosto breve. Inoltre, operan-do in condizioni di catalisi omogenea, èsempre difficile separare i prodotti direazione dal catalizzatore e il riciclo diquest'ultimo (spesso costoso) è sempreproblematico.

In condizioni di catalisi eterogenea,invece, il catalizzatore, che si trova inuna fase diversa rispetto ai reagenti e aiprodotti di reazione, è facile da separare

e ciò rende possibile operare in flussocontinuo inviando i reagenti liquidi ogassosi su una fase stazionaria cataliticae raccogliendo all'uscita i prodotti volu-ti. Questa semplicità operativa spiegaperché la catalisi eterogenea trovi lar-ghissimo impiego nei processi petrolchi-mici e della chimica primaria, dove oc-corre trasformare enormi quantità dimaterie prime. Inoltre, lavorando influsso continuo, si riducono al minimo itempi morti nella produzione, si mini-mizza il volume del reattore in paragonealla quantità di prodotto ottenuto e siriduce la manodopera necessaria al fun-zionamento dell'impianto, garantendoal tempo stesso una maggiore sicurezza.La scarsa selettività dei processi operanticon catalisi eterogenea non consentesempre l'applicazione immediata di taletecnica ai processi di chimica fine.

Uno dei principali cammini sinteticiseguiti per l'ottenimento di compo-

sti organici è basato sull'attacco di parti-celle ricche di elettroni dette nucleofili(sovente anioni) su molecole organicheche presentano nella loro struttura uncentro con deficienza di elettroni. Que-ste reazioni dipendono da molti fattori,ma si può dire in generale che anionipiccoli con carica elettrica accentrata so-no nucleofili più efficaci. Tuttavia, a me-no di lavorare in fase gassosa (e non sem-pre è possibile portare allo stato di va-pore le sostanze interessate senza che sidecompongano), le molecole di solventesi associano al nucleofilo e ne disperdo-no la carica negativa: il potere nucleofilodell'anione si riduce e la reazione è ral-lentata o non avviene.

Una forte limitazione a reazioni diquesto tipo deriva inoltre dal fatto che inucleofili si presentano spesso sotto for-ma di sali e quindi, al contrario dellamaggior parte dei substrati organici in-teressati, sono solubili in acqua: è intui-

tivo che nessuna reazione chimica puòprocedere se i reagenti o i solventi in cuiessi sono disciolti sono tra loro immisci-bili. Il problema veniva risolto in passatoricorrendo a solventi con proprietà sialipofile sia idrofile, quali gli alcoli sem-plici, al fine di solubilizzare entrambe lespecie reagenti. La reattività osservatain questi solventi è però piuttosto bassa.

Successivamente si è avuta l'introdu-zione di solventi aprotici polari come ladimetilformammide, il dimetilsolfossi-do, l'acetonitrile e così via, che sono ingrado di ben solubilizzare entrambi i rea-genti; essi, inoltre, solvatano poco l'a-nione interessato e, dato che non disper-dono eccessivamente la carica negativa,sono in grado di ridurre l'energia di at-tivazione della reazione e quindi di in-crementarne la velocità. L'uso di tali sol-venti è però limitato dal fatto che essisono piuttosto costosi e hanno un gradodi nocività non trascurabile.

La catalisi di trasferimento di fase ha

costituito l'ulteriore e definitivo svilup-po in questo campo. Un solo, classicoesempio può valere a chiarire questa me-todologia. L'attacco nucleofilo dell'a-nione cianuro (CN - ) sciolto in acqua suun alogenuro alchilico (RX) solubilizza-to in toluene (reazione che dà, per sosti-tuzione, il cianuro alchilico RCN con al-lontanamento dello ione cloruro C1-)non avviene nemmeno riscaldando il si-stema a 110 gradi Celsius per una setti-mana sotto forte agitazione. Se alla mi-scela di reazione si aggiunge però unapiccola quantità di un sale di ammonioquaternario, la reazione è completa in1-2 ore.

Allo sviluppo della catalisi di trasferi-mento di fase hanno contribuito nume-rosi chimici, ma si riconosce general-mente a Charles M. Starks (allora allaStandard Od Company di Ponca City,Oklahoma) il merito di aver organizzatole conoscenze in materia, di aver com-preso il fenomeno nella sua generalità e

di aver coniato il termine catalisi di tra-sferimento di fase (PTC, dall'inglesephase transfer catalysis).

Negli ultimi 20 anni migliaia di pubbli-cazioni e brevetti sull'argomento hannopermesso di estendere la tecnica a ungrandissimo numero di reazioni organi-che e di valutare la dipendenza della ca-talisi di trasferimento di fase da moltifattori, tra i quali la natura dell'anione(più o meno lipofilo), del solvente (chenon deve complessare gli anioni e deveessere stabile chimicamente) e, natural-mente, del tipo di catalizzatore utiliz-zato. Approfonditi studi di FernandoMontanari e collaboratori dell'Univer-sità di Milano hanno permesso poi dicomprendere l'esatto meccanismo di a-zione della catalisi di trasferimento difase.

Poiché le reazioni condotte in PTChanno rese più elevate e sono più selet-tive, pur operando in condizioni piùblande, delle analoghe sintesi condotte

Catalisi di trasferimentodi fase in flusso continuo

Questa tecnica di sintesi organica permette di produrre con un processocontinuo e con elevata selettività composti che per altra via sarebberodi difficile ottenimento e di maggior costo sia economico sia ambientale

di Francesco Trotta

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L'energia potenziale degli ioni dipende dal microambiente di rea-zione. Gli anioni che non hanno quasi interazioni con il solvente (po-co solvatati) hanno un'energia potenziale più alta di quelli che in-teragiscono fortemente con il solvente (solvatati). La stessa cosa va-le per lo stato di transizione, anche se in esso, essendo le cariche e-lettriche disperse su una superficie maggiore (cioè maggiormentedelocalizzate), gli effetti sono meno marcati. La barriera energeticache i reagenti devono superare per evolvere nei prodotti (energia

di attivazione) è quindi minore per gli anioni non solvatati e la ve-locità di reazione è corrispondentemente superiore. Si riscontraquesto fenomeno lavorando in fase gassosa con solventi aprotici o,più semplicemente, in condizioni di catalisi di trasferimento di fase.Analoga attivazione anionica è stata osservata da Pietro Tundo,Giovanni Moraglio e dall'autore nei processi condotti in condizio-ni di catalisi di trasferimento di fase gas-liquido, qualora si operiin assenza di interazioni solvatanti con il supporto solido utilizzato.

COORDINATA DI REAZIONE

ANIONI ATTIVATI-

/ t/7.P \rz....yi.)(z.vJ

ANIONI SOLVATATI

REAGENTI

R

STATO DI TRANSIZIONEPRODOTTI

RX RY X-

t iti

14

14

NaT Y-

Na 4- X-

MEI

-->RY O' X- FASE ORGANICAI t INTERFACCIA

NaY Q+ X FASE ACQUOSA

FASE ORGANICA

NTERFACCIA

FASE ACQUOSA

RX Q' Y-

I t41

NaX Q+ Y-

(C4H9)

N-,--(C41-19)

( C4 H9) (C4H9)a

x-

X-

ol--\o

X-

C

or-\0/--V--\or-\ o_ H

COOHX-

m+

Secondo le prime interpretazioni della catalisi di trasferimento difase (a), il catalizzatore (Q +Y-), con il suo catione voluminoso elipofilo, porta gli anioni idrofili in fase organica, dove questi pos-sono dare luogo alla reazione chimica. Il catalizzatore di trasferi-mento di fase rilascia poi l'anione e ripristina la propria formaoriginaria attingendo il nucleofilo dal substrato disciolto in fase

acquosa per ricominciare un nuovo ciclo catalitico. Il reale mecca-nismo della PTC (b) è stato ampiamente dibattuto e poi definitiva-mente provato da Fernando Montanari e collaboratori dell'Univer-sità di Milano, i quali hanno dimostrato che solo l'anione passa dauna fase all'altra e non il voluminoso catione, in quanto anchecatalizzatori del tutto insolubili in acqua mostrano attività ottimali.

in fase omogenea, la catalisi di trasferi-mento di fase ha avuto e ha ampie appli-cazioni sia nei processi di laboratorio siain quelli industriali.

L'esigenza industriale di disporre diprocessi in flusso continuo ha favorito laricerca di tecniche in cui il catalizzato-re di trasferimento di fase viene «etero-geneizzato», vale a dire legato chimica-mente a matrici insolubili sia inorgani-che (gel di silice, allumina) sia organi-che (essenzialmente polistirene), ope-rando con un sistema sintetico simile aquello utilizzato da Robert B. Merrifield(insignito del premio Nobel per la chimi-ca nel 1984) nella sintesi di peptidi. Tut-tavia questi catalizzatori non si adatta-no ai processi continui e quindi la loroseparazione dai prodotti, anche se age-vole, richiede in ogni caso un'interru-

zione del processo al fine di eseguirela necessaria filtrazione.

Niel 1979 Pietro Tundo (ora all'Uni-

versità di Venezia) propose unanuova metodologia per condurre le rea-zioni di sostituzione nucleofila con atti-vazione anionica in condizioni eteroge-nee e con elevata selettività secondo uneffettivo processo continuo. In questatecnica un catalizzatore di trasferimentodi fase, stabile termicamente, viene sup-portato mediante impregnazione su unamatrice solida inorganica non necessa-riamente inerte dal punto di vista chimi-co. La temperatura di lavoro è mantenu-ta a un livello tale da consentire la fusio-ne del catalizzatore, mentre la misceladei reagenti viene inviata allo stato gas-soso in colonna, generalmente a pressio-

ne atmosferica. I reagenti diffondononello straterello liquido di catalizzatoredove avviene la reazione; successiva-mente i prodotti retrodiffondono allostato gassoso e la miscela effluente dalreattore viene recuperata all'uscita persemplice condensazione.

Questa tecnica di sintesi organica vie-ne denominata catalisi di trasferimen-to di fase gas-liquido (GL-PTC, da gas--liquid phase transfer catalysis) e per-mette di collegare proficuamente le co-noscenze acquisite in PTC con quellesulle reazioni condotte in flusso conti-nuo. Tuttavia la GL-PTC non rappre-senta un semplice sviluppo tecnico oun'estensione impiantistica della catali-si di trasferimento di fase classica, inquanto il particolare microambiente direazione che si viene a creare rende pos-

a

sibili reazioni altamente selettive chein caso contrario sarebbero di difficileesecuzione.

In ogni caso solo i catalizzatori di tra-sferimento di fase promuovono questereazioni, a patto che si trovino allo statoliquido alla temperatura di lavoro, poi-ché solo catalizzatori con punto di fusio-ne inferiore alla temperatura del proces-so (150-180 gradi Celsius) sono attivi. Lereazioni non avvengono se si utilizza unsemplice composto bassofondente privodelle proprietà tipiche dei catalizzatoridi trasferimento di fase.

Le reazioni in GL-PTC possono esse-re condotte secondo due procedimentigenerali. Nel primo il letto solido è an-che la fonte del nucleofilo, cosicché essosi consuma nel corso della reazione. Lareazione stessa non avrebbe però luogose non fosse presente lo straterello liqui-do di catalizzatore di trasferimento di fa-se. Nel secondo procedimento il letto so-lido non è fonte del nucleofilo, in quantoil precursore di quest'ultimo viene invia-to in colonna dall'esterno. Il letto solidonon viene quindi alterato nel corso dellareazione, che può essere condotta per untempo indefinito.

È evidente che lo svantaggio di utiliz-zare un supporto solido che sia anche lafonte del nucleofilo consiste nel fatto chela reazione deve essere periodicamenteinterrotta per consentire il ricambio delletto medesimo, come del resto avvieneper le reazioni omogenee. Il secondoprocedimento non presenta invece que-sti limiti perché il processo può essereeseguito senza interruzioni per un tempoindeterminato.

Sono qui mostrati alcuni dei più comuni catalizzatori di trasferimento di fase. In a è raf-figurato un sale di ammonio quaternario, la cui affinità per la fase organica è dovuta allequattro catene alchiliche lipofile legate all'atomo di azoto centrale. Questo catione volu-minoso, associandosi a un anione, forma una coppia ionica che consente il trasferimentodell'anione in fase organica. In b è mostrato un composto appartenente alla categoria deglieteri corona, sintetizzati nei 1967 da Charles J. Pedersen (premio Nobel 1987 per lachimica). Le molecole di questo tipo possono legare fortemente in un complesso il cationemetallico lasciando libero di reagire l'anione a esso associato. Nei criptanti (e), ottenutinel 1969 da Jean-Marie Lehn (anch'egli premio Nobel 1987 per la chimica), questa azioneè ancora più marcata, tanto che si possono ottenere anioni virtualmente liberi da interazionicon il solvente e quindi estremamente reattivi, I polietilenglicoli (d), che sono sostanzial-mente eteri corona a catena aperta, complessano molto meno i cationi metallici, specie inpresenza di acqua: per la loro minore efficacia sono poco usati in PTC classica. In condi-zioni di GL-PTC dove l'acqua non è presente essi raggiungono invece attività ottimali. Ipolietilenglicoli sono composti non pericolosi, tanto che sono impiegati come eccipienti inmolte preparazioni farmaceutiche. Inoltre se utilizzati in assenza di ossigeno o di altri agen-ti ossidanti essi sono stabili termicamente per lungo tempo anche a temperatura elevata.

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9H3IsoBuPhCHCN H2O

AMBIENTE ACIDO

CH3-~~1 IsoBuPhdHCOOH

(IBUPROFEN)

CH3OH (RECUPERO)

fCO2Is0BuPhCH2CN

Secondo il brevetto CNR, prodotto nell'ambito del progetto fina-lizzato «Chimica fine», l'ibuprofen - acido 2-(4-isobutilfenil)pro-pionico - può essere ottenuto in condizioni di GL-PTC attraversouna via di sintesi molto semplice che prevede due soli passaggi:inoltre non è necessario ricorrere a particolari processi di separa-

zione del prodotto, grazie all'estrema selettività con la quale ildimetilcarbonato metila il nitrile di partenza. L'ibuprofen è unfarmaco ad azione antinfiammatoria. antipiretica e analgesica; haproprietà analoghe a quelle dell'aspirina (acido acetilsalicilicoma secondo alcuni autori è tollerato più facilmente dall'organismo.

CH 2 —CN

CH3

CH — COOH

CH2

CH/\H3C CH3

DivIL>

GL-PTC

CH2

/C11-1\

H3C CH3

CH2

CH

H3C CH3

FASE

00' O 00+ 0GASSOSA REAGENTI PR•DOTTI

FASELIQUIDA

FASESOLIDA

REAZION0I0

RY + X—> PRODOTTI

-o. o

CATALIZZATORE LIQUIDOSUPPORTATO SU FASE SOLIDA

0°310-0\r?‘4) = O --> •=o

o—• —OO\

Gli esteri, come il DMC, subiscono l'attacco del nucleofilo prefe-renzialmente sul carbonio acilico poiché su questo atomo è mag-giormente localizzata la carica positiva (in alto). Il prodotto di rea-zione, in condizioni omogenee, è un composto di carbossimetilazio-ne (substrato cui è stato donato un gruppo COOCH 3 ). Nella GL-

-PTC, invece, il DMC fornisce solamente prodotti di metilazione(in basso); in queste condizioni il nucleofilo attacca il carbonio al-chilico laterale con un meccanismo poco frequente per gli esteri incondizioni omogenee. Al contrario degli altri medianti noti, il DMCnon è tossico e nelle sue reazioni non forma sottoprodotti pericolosi.

RX + YREAGENTI --->

o. +o

Sconoscono ormai molte reazioni

L-2 condotte in condizioni di GL-PTCsecondo la metodologia in flusso conti-nuo (interscambio di alogeni in alogenu-ri alchilici, transesterificazioni, sintesi dialogenuri alchilici dai corrispondenti al-coli, isomerizzazioni e via dicendo). Quidi seguito riporterò solo alcuni risulta-

ti particolarmente significativi ottenutinelle reazioni di alchilazione di svariatisubstrati organici, reazioni di cui mi sonointeressato durante il mio dottorato diricerca svolto presso l'Università di To-rino sotto la guida di Tundo e GiovanniMoraglio.

Attualmente i più comuni agenti al-

chilanti (sostanze in grado di cedere ungruppo alchilico) sono gli alogenuri al-chilici e i dialchilsolfati; come metilantisono noti soprattutto il cloruro di metilee il dimetilsolfato. I composti alchilantisono in genere molto tossici; in partico-lare il dimetilsolfato ha una LD 5 13 (doseletale nel 50 per cento dei casi esaminati)per via orale nei ratti di 205 milligrammiper chilogrammo di peso corporeo e unaconcentrazione letale per gatti e scimmiecompresa tra 25 e 200 parti per milione.E quindi una sostanza estremamente pe-ricolosa, ed è ritenuta anche un agentecancerogeno. Essendo piuttosto corrosi-vo, il dimetilsolfato dà luogo inoltre anumerosi problemi di manutenzione de-gli impianti che spesso annullano i van-taggi derivanti dal suo basso prezzo.

Per questi motivi recentemente vi èstato un notevole impulso nella ricercadi agenti metilanti - e alchilanti in genere- che possano fungere da sostitutivi.Adatto a questo scopo sembra essereil dimetilcarbonato (DMC) che attual-mente è prodotto a partire da metanolo,monossido di carbonio e ossigeno e nonpiù dal pericoloso fosgene. Il DMC ot-tenuto secondo questa via è notevol-mente puro ed esente da acido cloridri-co; il composto ha inoltre una tossicitàmolto bassa, non è corrosivo e non ri-chiede speciali precauzioni nel trasportoo nell'impiego se non le consuete normedi sicurezza. Oggigiorno il processo di

Nella catalisi di trasferimento di fase gas-liquido i reagenti vengono inviati nel reattore infase gassosa. Qui essi diffondono nella fase liquida del catalizzatore di trasferimento difase, che a sua volta è supportato su una matrice solida inorganica. La reazione avvienenello straterello liquido di catalizzatore. Successivamente i prodotti di reazione retrodif-fondono nella fase gassosa, diluiscono dal reattore e possono essere recuperati per sempli-ce condensazione. Solo catalizzatori di trasferimento di fase termicamente stabili e aventiun punto di fusione inferiore alla temperatura di lavoro trovano impiego nella GL-PTC.

sintesi del DMC è operativo nello stabi-limento ENIChem di Ravenna, che nel1987 ha incrementato la produzione da5000 a 8800 tonnellate all'anno. Anchela Dow Chemicals ha iniziato un'analogaproduzione negli Stati Uniti.

Nelle sintesi in fase omogenea il dime-tilcarbonato è stato utilizzato con suc-cesso come agente metilante (donatoredi un gruppo metile CH3 e quindi sosti-tutivo del dimetilsolfato), carbossimeti-lante (donatore di un gruppo COOCH3e utilizzabile in luogo del cloroformia-to di metile) e carbonilante (donatore diun gruppo carbonile CO e alternativo alfosgene). Spesso però le tre azioni si so-vrappongono a discapito della selettivi-tà. Quando invece il DMC viene utiliz-zato in condizioni di GL-PTC la seletti-vità nei prodotti di reazione è elevatissi-ma, dato che il composto agisce presso-ché esclusivamente da agente metilante.

Per fare un esempio, la sintesi di ani-solo (C6H5OCH3), un etere asimmetri-co, viene eseguita classicamente a parti-re dal fenolo in ambiente fortementebasico, utilizzando dimetilsolfato comeagente metilante. Operando in condizio-ni di PTC si possono utilizzare basi piùdeboli (come il carbonato di potassio) econdizioni sperimentali più blande, ot-tenendo anche un notevole incrementodi selettività, ma non è possibile utilizza-re il DMC come agente metilante dalmomento che esso si idrolizza facilmente

in ambiente basico per dare metanolo eanidride carbonica.

Recentemente abbiamo scoperto chefacendo reagire fenolo con DMC su unletto catalitico a base di carbonato dipotassio e polietilenglicole come cataliz-zatore di trasferimento di fase, all'usci-ta del reattore si può rilevare la presen-za del solo anisolo con rese quantitati-ve. La reazione è facilmente estendibi-le anche a sistemi costituiti da altri fe-noli o tiofenoli e dialchilcarbonati econsente di produrre i più svariati eteriasimmetrici.

L'acidità che si libera nel corso dellareazione viene allontanata dall'ambien-te di reazione sotto forma di CO 2 (ani-dride carbonica); di conseguenza il lettocatalitico, una volta raggiunto l'equili-brio allo stato stazionario, non cambia lapropria composizione e il processo puòessere condotto per un arco di tempoindefinito. Studi effettuati in collabora-zione con l'ENIChem Synthesis di Bol-giano hanno permesso di chiarire alcuniaspetti del meccanismo di reazione e diapprontare un impianto pilota per laproduzione di anisolo che ha operatosenza interruzioni e perdita di attivitàper diverse settimane.

Anche altri substrati organici mostra-no un comportamento particolare neiconfronti del DMC quando la reazioneviene eseguita in condizioni di catalisi ditrasferimento di fase gas-liquido. Così il

DMC reagisce con svariati carbanioni(molecole in cui si è accentrata una ca-rica negativa sul carbonio per azione dibasi forti) esclusivamente come agentemetilante anziché come carbossimetilan-te; la sua azione si limita inoltre alsolo prodotto di monometilazione, co-me si può osservare nel caso di compostiche hanno due idrogeni da sostituire,quale per esempio il fenilacetonitrile(C6H5CH2CN).

Poiché dal nitrile, per semplice idroli-si, si ottiene il corrispondente acido car-bossilico, attraverso questa via di sintesiè possibile pervenire in soli due passaggiagli acidi 2-fenilpropionici. Si tratta diprodotti particolarmente utili in quantoa questa classe appartengono numerosifarmaci ad azione antinfiammatoria, an-tipiretica e analgesica di tipo non steroi-deo. In particolare l'acido 2-(4-isobutil-fenil)propionico possiede le stesse pro-prietà dell'aspirina (acido acetilsalicili-co), ma numerosi autori ne riportano lamaggiore tollerabilità da parte dell'or-ganismo. Inoltre esso è più stabile in ac-qua rispetto all'acido acetilsalicilico. Perquesti e altri motivi il farmaco, chiama-to ibuprofen, sta gradualmente affer-mandosi in molte applicazioni farmaco-logiche anche in Italia. In condizioni diGL-PTC esso viene prodotto semplice-mente inviando una miscela di DMC e4-isobutilfenilacetonitrile in un reattorecontenente un letto catalitico a base di

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MUSICAE STRUMENTI

MUSICALI

LE SCIENZE edizione italiana di

SCIENTIFIC AMERICAN

ha dedicato all'argomentodiversi articoli:

La fisica degli ottonidi A. H. Benade

(n. 63, novembre 1973)

La dinamica musicaledi B.R. Patterson

(n. 78, febbraio 1975)

Illusioni musicalidi D. Deutsch

(n. 96, agosto 1976)

Le corde accoppiatedel pianofortedi G. Weinreich

(n. 127, marzo 1979)

L'acusticadei piani armonici di violino

di C. Maley Hutchins(n. 160, dicembre 1981)

La fisica dei timpanidi T. D. Rossing

(n. 173, gennaio 1983)

La fisica delle canne d'organodi N. H. Fletcher e S. Thwaites

(n. 175, marzo 1983)

La tromba baroccadi D. Smithers, K. Wogram

e J. Bowsher(n. 214, giugno 1986)

Il calcolatore e la musicadi P. Boulez e A. Gerzso

(n. 238, giugno 1988)

un carbonato e di polietilenglicole sup-portati su sferette di corindone. All'usci-ta il prodotto metilato viene inviato inuna soluzione acquosa acida nella qualesi trasforma in ibuprofen. Notiamo inquesto caso la completa assenza di deri-vati di doppia metilazione, che invece siottengono in condizioni omogenee e cheun tempo rendevano impossibile la sin-tesi degli acidi arilpropionici attraversouna sostituzione nucleofila di questotipo.

La selettività raggiungibile lavorandoin condizioni di catalisi di trasferimen-to di fase gas-liquido appare ancora piùevidente osservando che con questa tec-nica è possibile monoalchilare le ammi-ne aromatiche primarie. Classicamentequesto è un processo difficile da condur-re con elevata selettività in quanto la se-conda alchilazione sull'atomo di azotoha luogo con uguale o maggiore velocitàrispetto alla prima.

Nessuno dei processi conosciuti per-metteva di ottenere direttamente e consoddisfacente selettività le N-alchilanili-ne dalle aniline, se non ricorrendo a con-dizioni di reazione perfettamente con-trollate. In fase omogenea il DMC pro-duce con l'anilina i corrispondenti pro-dotti di carbossimetilazione, detti ureta-ni, oppure una miscela di aniline N-al-chilate. Se invece l'anilina viene fattareagire con DMC in condizioni di GL--PTC, si forma solo mono N-metilanili-na con una selettività superiore al 99 percento ed elevata velocità di reazione. Ilfenomeno appare ancora più notevolequando si pensi che in queste sintesi ilDMC viene usato in largo eccesso rispet-to all'anilina, condizioni queste che infase omogenea favoriscono il prodottodi doppia metilazione.

In conclusione mi pare opportuno evi--L denziare i vantaggi ottenibili dall'ese-cuzione di processi chimici in condizionidi catalisi di trasferimento di fase in flus-so continuo. Innanzitutto si lavora in as-senza di solventi, e in particolare di ac-qua, secondo un processo continuo in unsistema chiuso che consente di ridurre alminimo i rischi per gli operatori e perl'ambiente. Le temperature di esercizio,relativamente elevate, consentono diraggiungere notevoli velocità di reazionee nello stesso tempo di utilizzare cataliz-zatori di trasferimento di fase assoluta-mente non tossici ed economicamenteconvenienti come i polietilenglicoli, chehanno invece una limitata applicabilitàin PTC classica a causa della loro bassaattività. Il particolare ambiente di rea-zione consente poi di ottenere un'altissi-ma selettività nei prodotti e di evitarecosì costosi processi di separazione. Unesempio particolarmente importante èdato dall'impiego del DMC come agentemetilante. Questa sostanza, a parte ilmetanolo che può essere facilmente rici-clato per la produzione del DMC stesso,genera solo CO 2 come sottoprodotto direazione e consente di evitare la forma-

zione di composti di laborioso e costososmaltimento, siano pure semplici saliinorganici.

I processi sintetici condotti in condi-zioni di GL-PTC sono per di più note-volmente versatili, in quanto possonofacilmente ed economicamente essereconvertiti alla produzione di altre so-stanze anche molto differenti, rendendopronta e agevole la risposta dell'indu-stria chimica alle mutevoli esigenze dimercato.

La GL-PTC è in grado quindi di com-binare particolari vantaggi economicicon rilevanti miglioramenti dal punto divista dell'andamento della reazione edella sicurezza ambientale; anche perquest'ultimo aspetto essa è un proces-so innovativo in quanto utilizza prodot-ti ottenuti con processi industriali nonpericolosi e non genera sostanze dasmaltire.

Recenti ricerche hanno permesso didimostrare che in condizioni di GL-PTCè possibile utilizzare come inusuali agen-ti alchilanti altre sostanze non pericoloseed economiche, come gli esteri di acidicarbossilici e alcuni eteri; si è inoltre di-mostrato che il DMC stesso può reagirecome donatore di un gruppo metilico an-che con substrati meno reattivi quali lat-toni (esteri ciclici) e chetoni. Anche rea-zioni di condensazione possono essereagevolmente condotte in GL-PTC. Sen-za dilungarsi oltre su tali risultati, è im-portante ribadire che le ricerche in que-sto campo sono tutt'altro che concluse enuovi e promettenti studi stanno apren-do ulteriori possibilità per la preparazio-ne di prodotti di chimica fine ad alto va-lore aggiunto secondo un processo con-tinuo, con alto grado di purezza, elevatasicurezza degli operatori, compatibilitàambientale e convenienza economica.

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46 LE SCIENZE n. 272, aprile 1991