Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона

Настоящее изобретение относится к области тонкого органического синтеза и связано с усовершенствованием способа получения 2-метил-1,4-нафтохинона, обладающего антигеморрагическими свойствами.

Из существующего уровня техники известен способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона некаталитическим окислением 2-метилнафталина соединениями шестивалентного хрома в кислой среде при нагревании (RU 2365576, кл. С07С 50/12, С07С 46/04, опубл. 27.08.2009). При этом в качестве соединений шестивалентного хрома используют хромсодержащий отработанный электролит с содержанием шестивалентного хрома 150-500 г/л в пересчете на CrO₃, который в виде смеси с серной или уксусной кислотой медленно добавляют к предварительно нагретому до 35-40°C 2-метилнафталину, а затем температуру реакционной массы повышают до 70-90°C. В данном случае выход целевого продукта достигает 68%.

Недостатком данного технического решения является наличие хромосодержащих отходов.

Известен способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона окислением соединениями шестивалентного хрома в кислой среде (RU №2420512, кл. С07С 50/12, С07С 46/04, 2011 г.). При этом в качестве 2-метилнафталинсодержащего сырья используют метилнафталиновую фракцию, отобранную в интервале температур 235-245°C при ректификации кубовых остатков, образующихся в процессе получения нафталина из нафталиновой фракции каменноугольной смолы.

Способ отличается использованием метилнафталиновой фракции, недостатком также является наличие хромосодержащих отходов.

Известен способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона (RU 2162837, кл. С07С 50/12, B01J 27/199, 2001 г.) каталитическим окислением 2-метил-1-нафтола или его смеси с 2,4-диметил-1-нафтолом в двухфазной системе, в которой окисляемое вещество вводят в реакцию в растворе не смешивающегося с водой органического растворителя, предпочтительно трихлорэтилена, в присутствии катализатора, представляющего собой водный раствор молибдованадофосфорной гетерополикислоты или ее кислой соли (ГПК-n), содержащий 10-20 об. % уксусной кислоты, причем реакцию окисления проводят при интенсивном перемешивании фаз при температуре 40-70°C, при этом общий состав катализатора отвечает формуле H_aP_xMo_yV_nO_b, где 1≅x≅3; 8≅y≅16; 40≅b≅89; a=2b-6y-5(x+n); 4<2≅>12, n - число атомов ванадия. Концентрация катализатора составляет 0,2-0,3 М. В процессе реакции используют мольное отношение ГКП-n:МН, не превышающее 2.5. Для регенерации катализатора используют 0.05-0.1 мл HNO₃ на 25 мл ГПК-n. Выход 2-метил-1,4-нафтохинона достигает 85%.

Недостатком данного способа является то, что ванадийсодержащая гетерополикислота является ядовитой, а ее количество (2.5 экв. по отношению к 2-метилнафталину) приводит к образованию большого количества ядовитых отходов.

Известен способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона, где в качестве гомогенного катализатора предлагают использовать гексоцианожелезную кислоту или ее соль, окислитель - пероксид водорода, растворитель - ледяная уксусная кислота, в качестве субстрата используют 1-метокси-2-метилнафталин (US 4906411, кл. С07С 46/02, С07С 46/04, С07С 50/12, 1990). Выход 2-метил-1,4-нафтохинона достигает 61%.

Недостатком данного способа является достаточно сложный метод извлечения катализатора из реакционной смеси.

Известен способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона окислением 2-метилнафталина с использованием в качестве гомогенного катализатора ацетата палладия. (US 5637741, кл. С07С 50/12, 1997). Селективность процесса достигает 62%, конверсия - 92%.

Недостатком данного способа является то, что он предполагает использование довольно большого количества серной кислоты, а также сложную очистку реакционной смеси от катализатора.

Известен способ синтеза 2-метил-1,4-нафтохинона с использованием ионной жидкости в качестве катализатора (CN 101575276 B, кл. B01J 31/02; С07С 46/04; С07С 50/12, 2012 г.), включающий добавление в реакционную емкость 2-метилнафталина, уксусной кислоты и ионной жидкости, подкисленной фосфорной кислотой, после чего вводят H₂O₂ (30%) по каплям в реакционную смесь при температуре 60-100°C; реакцию проводят в течение 2 часов после окончания добавления H₂O₂, затем реакционный раствор промывают и фильтруют. В данном случае выход целевого продукта достигает 61%.

Недостатком данного способа является использование больших количеств органических растворителей, в частности для очистки ионных жидкостей от галогенов, что приводит к ухудшению качества целевого продукта.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона, включающий окисление субстрата - 2-метилнафталина пероксидом водорода в уксусной кислоте в отношении 1:2.5 с использованием 1% золотого катализатора на основе сверхсшитого полистирола марки MN270 при температуре 95°C. В качестве прекурсора используют HAuCl₄⋅2H₂O. В раствор уксусной кислоты вводят рассчитанное количество субстрата и катализатора, нагревают, при достижении необходимой температуры добавляют в раствор пероксид водорода по каплям в течение 40-60 минут, после чего опыт проводят в течение 4-5 часов. Предложенный способ позволяет получать 2-метил-1,4-нафтохинон с выходом 58% (Шиманская Е.И. Стехиометрическое окисление 2-метилнафталина с применением наноструктурированной каталитической системы / Е.И. Шиманская, В.Ю. Долуда, Э.М. Сульман // Известия вузов: Химия и химическая технология. - Т. 56. - №4. - Иваново: ИГХТУ. - 2013. - С. 21-24).

Недостатком данного способа является небольшой выход 2-метил-1,4-нафтохинона.

Задачей изобретения является разработка способа получения 2-метил-1,4-нафтохинона в присутствии гетерогенного золотосодержащего катализатора с возможностью проведения процесса с использованием экологически безопасных реагентов.

Техническим результатом является повышение выхода 2-метил-1,4-нафтохинона.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения 2-метил-1,4-нафтохинона, включающем введение в реакционную емкость 2-метилнафталина, уксусной кислоты и 1% золотого катализатора на основе сверхсшитого полистирола марки MN270, обработанного прекурсором, нагревание полученной реакционной смеси и введение по каплям 30% пероксида водорода в течение 40-60 минут в отношении 1:2.5 к уксусной кислоте, согласно изобретению в качестве прекурсора используют хлорид трифенилфосфин-золота AuClPPh₃, при этом после введения пероксида водорода реакцию продолжают в течение 2-2.5 часов в интервале температур от 70 до 85°C при начальной концентрации 2-метилнафталина от 0.02 до 0.035 моль/л.

Использование в качестве прекурсора хлорид трифенилфосфин-золота AuClPPh₃ позволяет достичь высокого выхода 2-метил-1,4-нафтохинона.

Проведение процесса меньше 2-х часов не позволяет достичь высокой конверсии 2-метилнафталина, при проведении процесса больше 2.5 часов происходит переокисление целевого продукта.

При уменьшении температуры проведения процесса ниже 70°C наблюдали очень низкую конверсию, а при увеличении выше 85°C происходит переокисление целевого продукта.

При уменьшении начальной концентрации 2-метилнафталина ниже 0.02 моль/л реакция протекает слишком медленно, а при увеличении концентрации выше 0.035 моль/л наблюдалось значительное переокисление целевого продукта - 2-метилнафталина на начальных этапах реакции.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Предварительно готовили катализатор, для чего навеску сверхсшитого полистирола MN270 оставляли под вакуумом на 10 мин. К полимеру приливали раствор прекурсора хлорид трифенилфосфин-золота AuClPPh₃, растворенного в тетрагидрофуране. Полученную смесь оставляли под вакуумом на сутки, затем выдерживали в сушильном шкафу в течение шести часов при температуре 70°C. После чего смесь обрабатывали 1 г Na₂CO₃ в 12 мл дистиллированной воды, вновь оставляли под вакуумом на сутки, затем повторно сушили в течение шести часов и промывали водой до pH=7.

В реактор вносили 20 мл уксусной кислоты, рассчитанное количество 2-метилнафталина для достижения концентрации 0.035 моль/л и 0.05 г 1% золотого катализатора на основе сверхсшитого полистирола марки MN270. Нагревали реактор до 80°C. Опыт проводили в течение 2 часов при скорости перемешивания 300 об/мин при постоянном добавлении по каплям 8 мл 30% пероксида водорода.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 72%.

Пример 2

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.03 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 68%.

Пример 3

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.025 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 65%.

Пример 4

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.02 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 62%.

Пример 5

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.75 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 53%.

Пример 6

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.07 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 33%.

Пример 7

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.012 моль/л.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 36%.

Пример 8

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, но начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.035 моль/л, при этом реактор нагревали до 100°C.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 30%.

Пример 9

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру, однако начальная концентрация 2-метилнафталина составляла 0.035 моль/л, при этом реактор нагревали до 60°C.

Выход 2-метил-1,4-нафтохинона составил 16%.

Предложенный способ позволяет получать 2-метил-1,4-нафтохинон с выходом 72%, используемый в качестве препарата для улучшения свертывания крови и обладающий более высокой антигеморрагической активностью. Предложенный способ позволяет повысить качество получаемого продукта за счет использования экологически безопасных и чистых реагентов.

В настоящее время способ находится на стадии лабораторных экспериментов.