Una prospettiva catalitica per la sintesi delle ammidi.

Amides are an important organic compound in the chemical industry. They see applications in the synthesis of polymer, such as the nylon 6.6 and Kevlar, synthesis of synthetic vaccines and synthesis of urea, which is very important in agrichemical field. The thesis concerns about the various type of synthesis present and explored to date, with a focus to the efficiency of the process and the environmental impact it has. Quantitative parameters were therefore introduced such as process mass intensity (PMI), to evaluate quantity of reagents are used according to the quantity of product obtained. The most exploited reaction to today in the admirable synthesis in the industrial field is the condensation between a carboxy acid and an amine. The possibilities of condensation are two: thermal or with the use of mating agents, which turn theunresponsive carboxylic acid into acilic chlorides, mixed anhydrides, carbon dioxide and activated esters. Catalysts, an important variant in amide synthesis, include complexes of boron, group IV metals, rhodium, ruthenium, palladium and finally silica gel. This latter is the only one used as a heterogeneous catalyst, with the advantage to being able remove it from the reaction system. Boron catalysts are very efficient with high reaction yields, a wide range of available substrate and a lower cost than condensation, in fact, no mating agents are used, and the reaction temperatures are significantly lower. Another important advantage was found on reaction times, which were significantly reduced compared to condensation. To use zirconium and titanium catalysts produces an important advantage: reduce toxicity compared to boron complexes, which by degradation form boric acid (toxic for reproduction). They show high yields for primary amines, while most suitable for secondary and tertiary amines is the Ti(OiPr)4. For the latter, yields are generally lower, but this is due to a lower responsiveness of the substrate used in the reaction. Rhodium and ruthenium catalysts have been exploited in the oxidative amidation between an aldehyde and an amine, relative cheap substrates. Other substrates used are aryl iodides (which are commercially abundant) in the carbonylative amidation reaction catalyzed by the Pd-NHC complex. Product yields were high, with the formation of halide salts as by-product. Finally, silica gel has proven to be an important alternative to boron catalysts. Not only is it easily separated from the products, but the yields obtained have been comparable. Unlike all the other catalysts, the silica gel shows a high tolerance to watery systems thanks to its slow hydration at the activation temperature (700 °C).

Le ammidi sono una classe di composti organici particolarmente importanti nel settore chimico con applicazioni nella sintesi di polimeri, quali il nylon 6.6 ed il kevlar; nella sintesi di vaccini sintetici e nella sintesi dell'urea, importante in campo agroalimentare. Nella tesi sono state discusse le varie tipologie di sintesi ad oggi presenti e sfruttate, con una particolare attenzione all'efficienza del processo ed all'impatto ambientale che esso ha. Sono stati quindi introdotti parametri quantitativi come la process mass intensity (PMI), per valutare la quantità di reagenti utilizzati in funzione della quantità di prodotto ottenuto. La reazione ad oggi più sfruttata nella sintesi ammidica in campo industriale è la condensazione tra un acido carbossilico attivato ed una ammina. Le possibilità di condensazione sono due: termica o con l'uso di agenti di accoppiamento, che trasformano il poco reattivo acido carbossilico in cloruri acilici, anidridi miste, anidridi carboniose ed esteri attivate. I catalizzatori, un'importante variante nella sintesi ammidica comprendono complessi del boro, dei metalli del gruppo IV, del rodio, del rutenio, del palladio ed infine il gel di silice. Quest'ultimo è l'unico utilizzato come catalizzatore eterogeneo, con il vantaggio di poter essere rimosso agevolmente dal sistema di reazione. I catalizzatori al boro si sono rivelati molto efficienti con alte rese di reazione, un ampio ventaglio di substrati sfruttabili e da un costo di utilizzo inferiore rispetto alla condensazione, in quanto non vengono usati agenti di accoppiamento e le temperature di reazione risultano notevolmente inferiori. Un grande vantaggio si è riscontrato anche sui tempi di reazione, notevolmente diminuiti rispetto alla condensazione. Un vantaggio importante nell'uso di catalizzatori al titanio e zirconio è la diminuzione della tossicità rispetto ai complessi al boro, che per degradazione del catalizzatore formano acido borico (tossico per la riproduzione). Essi mostrano rese elevate con ammine primarie, mentre più indicato per ammine secondarie e terziarie è il Ti(OiPr)4. Per quest'ultimo le rese in generale sono state inferiori, ma ciò è riconducibile ad una inferiore reattività dei substrati utilizzati. I catalizzatori al rodio ed al rutenio sono stati sfruttati nell'ammidazione ossidativa tra un'aldeide ed una ammina, substrati relativamente economici. Altri substrati utilizzati sono gli ioduri arilici, abbondanti a livello commerciale, nella reazione di ammidazione carbonilativa catalizzata dal complesso Pd-NHC. Le rese di prodotto sono state elevate, con la formazione dei sali alogenidrici come sottoprodotti. Infine, il gel di silice si è dimostrato una importante alternativa rispetto ai catalizzatori al boro con rese paragonabili. A differenza di tutti gli altri catalizzatori, il gel di silice mostra una elevata tolleranza ai sistemi acquosi data dalla sua lenta idratazione alla temperatura di attivazione (700 °C).