Proceso de síntesis de carbonilación de MDI: proceso de carbonilación de MDA-BTC

El carbonato de bis (triclorometilo) (BTC) es una sustancia cristalina de color blanco con un punto de fusión de 81-83°C. Es miscible con éter, tetrahidrofurano, diclorometano, cloroformo, clorobenceno, tolueno, nitrobenceno y diversos alcoholes, cetonas y ésteres. Al ser un sólido, facilita el transporte durante el proceso de producción y asegura una estequiometría precisa durante las reacciones. Más importante aún, posee una alta estabilidad química (temperatura de descomposición térmica mayor que 300°C) y baja presión de vapor, lo que la convierte en una materia prima química verde segura, estable y respetuosa con el medio ambiente que puede sustituir al fosgeno en las reacciones de carbonilación.

Por ejemplo, la metilendianilina (MDA) puede reaccionar con carbonato de bis (triclorometilo) en presencia de un disolvente de diclorometano y una solución básica para producir diisocianato de 4,4'-metilen difenilo (MDI). Este método implica condiciones de reacción suaves, lo que lo hace adecuado para la síntesis a temperatura ambiente y presión atmosférica en un laboratorio.

Procedimiento experimental:

A temperatura ambiente, un matraz de tres bocas que contiene una solución en diclorometano (300 ml) de 4,4'-metilendianilina (29,7 g, 0,15 mol) está equipado con dos embudos de cuentagotas. Un embudo contiene una solución de diclorometano (200 ml) de BTC (29,6 g, 0,1 mol) y el otro contiene una solución acuosa (200 ml) de NaOH (24 g, 0,6 mol). Ambas soluciones se añaden lentamente gota a gota a la solución en diclorometano de 4,4'-metilendianilina agitada vigorosamente. El sistema de reacción genera un ligero calor. La velocidad de adición de las soluciones de ambos embudos se controla para mantener el pH del sistema de reacción entre 11 y 12. El matraz de reacción se sumerge en un baño de agua fría para mantener el sistema a temperatura ambiente. Una vez completada la adición, la reacción continúa a temperatura ambiente durante 2 horas más.

Después de la reacción, las capas acuosa y de diclorometano se separan usando un embudo de decantación. La capa acuosa se extrae con diclorometano (2 x 20 ml). Las capas orgánicas se combinan, se secan con sulfato de magnesio anhidro y se elimina la mayor parte del disolvente. El residuo se purifica mediante cromatografía en columna de gel de sílice usando diclorometano/éter de petróleo ligero (7/3) como eluyente para obtener un producto de color amarillo claro (28,45 g, rendimiento 87 %, punto de fusión 40-42°C).

La MDA se puede sintetizar mediante métodos convencionales a partir de anilina y formaldehído. El BTC se produce a partir de carbonato de dimetilo y cloro bajo luz ultravioleta. La clave para la síntesis de MDI a partir de MDA y BTC es el control del pH para lograr el mayor rendimiento.