Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения вторичных аминов

Изобретение относится к способу получения вторичных аминов, в частности к новому способу получения вторичных аминов восстановительным аминированием нитрилов, и позволяет получать насыщенные амины, которые находят применение как полупродукты в органическом синтезе и для получения фармакологических препаратов.

Известен способ получения вторичных аминов восстановительным аминированием нитрилов в присутствии медного катализатора, получаемого in situ восстановлением Cu(OTf)₂ при температуре 45°C в течение 20 ч воде с использованием диметиламин-борана в качестве восстановителя. Выходы продуктов составляют 47-60% при конверсии нитрилов 76-78% [Copper-catalysed reductive amination of nitriles and organic-group reductions using dimethylamine borane / D. van der Waals, A. Pettman, J.M.J. Williams // RSC Adv., 2014, v. 4, p. 51845-51849]. Недостатком данного метода является длительность процесса.

Известен способ получения вторичных аминов восстановительным аминированием нитрилов в присутствии Pt/C в проточном реакторе при температуре 105°C и избыточном давлении 6 атм с использованием толуола в качестве растворителя и водорода в качестве восстановителя. Выходы продуктов составляют 67-81% при конверсии нитрилов 32-99% [Pt/C catalyzed direct reductive amination of nitriles with primary amines in a continuous flow multichannel microreactor / S.K. Sharma, J. Lynch, A.M. Sobolewska, P. Plucinski, R.J. Watson, J.M.J. Williams // Catal. Sci. Technol., 2013, v. 3, p. 85-88]. Недостатком данного метода является применение растворителя и повышенного давления.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ получения алкиламинов восстановительным аминированием нитрилов в присутствии катализатора, в качестве которого используют наночастицы никеля, получаемые восстановлением хлорида никеля (II) боргидридом натрия in situ при 60-70°С в растворе изо-пропанола, 1-бутанола или трет-бутанола в течение 10-16 ч. Выходы продуктов составляют 16-64% [Коллоидные и наноразмерные катализаторы в органическом синтезе. XIV. Восстановительное аминирование и амидирование карбонитрилов при катализе наночастицами никеля / В.М. Мохов, Ю.В. Попов, К.В. Щербакова // Журнал общей химии. - 2016. - Т. 86, №4. - С. 609-616]. Недостатками данного метода являются длительность и периодическое осуществление процесса, невозможность регенерации катализатора, а также образование наряду с целевыми аминами значительных количеств побочных продуктов (47-70%) что затрудняет выделение продукта.

Задачей заявляемого способа является разработка технологичного способа получения вторичных аминов с использованием доступных реагентов.

Техническим результатом является упрощение способа получения вторичных аминов и повышение выхода целевых продуктов.

Поставленный результат достигается в новом способе получения вторичных аминов, заключающемся во взаимодействии амина, выбранного из ряда анилин, циклогексиламин, октиламин, с бутиронитрилом или валеронитрилом и молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании, при этом в качестве катализатора используют наночастицы никеля, иммобилизованные на активированном угле, реагенты подают на катализатор прямоточно двумя потоками, первый из которых - водород, подаваемый с расходом 6000 л/(кг_кат⋅ч), второй - смесь нитрила и амина, взятые в мольном соотношении 1:1-2, подаваемые с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч), а реакцию ведут при температуре 120-200°С.

R=CH₃(CH₂)₂-, СН₃(СН₂)₃-;

R¹⁼фенил, циклогексил; СН₃(СН₂)₇-;

Сущностью метода является реакция восстановительного аминирования нитрилов первичными аминами в присутствии иммобилизованного никелевого нанокатализатора и водорода в качестве восстановителя. Достоинствами предлагаемого изобретения являются высокая селективность процесса (87-95%), возможность непрерывного проведения процесса в реакторе вытеснения и осуществления рецикла непрореагировавших исходных веществ, что позволяет упростить способ, а также увеличить выход целевых продуктов.

Способ осуществляется следующим образом.

Катализатор получают путем пропитки активированного угля водным раствором гексагидрата хлорида никеля(II), фильтрования и промывки дистиллированной водой с последующим восстановлением никеля тетрагидроборатом натрия в воде. Сканирующая электронная микроскопия показала, что никель хаотично распределяется в порах угля, образуя наноструктурированные агрегаты с размером составляющих их частиц около 40 нм. Катализатор загружают в реактор, представляющий собой реактор вытеснения, во влажном виде, осушают от воды в токе водорода непосредственно перед реакцией.

Наиболее эффективным является осуществление при эквимольном соотношении нитрил:амин. При увеличении избытка первичных аминов по отношению к нитрилам наблюдается образование побочных симметричных ди- и триалкиламинов - продуктов диспропорционирования исходных первичных аминов, образующихся при гидрировании нитрилов первичных аминов. Оптимальным расходом смеси амина и нитрила является 3,6 л/ч на 1 кг катализатора, увеличение расхода приводит к уменьшению конверсии исходных веществ, уменьшение - к уменьшению производительности реактора. Оптимальным расходом водорода является 6000 л/ч на 1 кг катализатора (≈15-20-кратный мольный избыток), так как использование меньшего количества водорода приводит к росту выхода побочных симметричных диалкиламинов, дальнейшее увеличение избытка водорода нецелесообразно, так как приводит к уменьшению конверсии исходных веществ.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Катализатор получают путем пропитки активированного угля (0,5 г) водным раствором гексагидрата хлорида никеля(II) (0,2 г NiCl₂⋅6H₂O в 2,5 мл воды) в течение 24 ч. Затем пропитанный уголь отфильтровывают и промывают дистиллированной водой и восстанавливают адсорбированный на угле хлорид никеля тетрагидроборатом натрия (0,2 г) в воде при 20-25°C в течение 20-30 мин. Катализатор загружают в реактор во влажном виде, осушают от воды в токе водорода при 100-120°C непосредственно перед реакцией.

Пример 2. N-бутиланилин. Удельная скорость подачи водорода 6000 л/(кг_кат⋅ч). Одновременно с водородом прямоточно с ним с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч) подается смесь бутиронитрила (1,3 моль/(кг_кат⋅ч)) и анилина (2,6 моль/(кг_кат⋅ч)). Температура составляет 200°C. Конверсия бутиронитрила - 57,06%. Селективность синтеза составляет 95,43%. Выход продукта - 54,45%. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 150.0 (7) [М+1], 149.0 (25) [М], 107.0 (8), 106.0 (100), 77 (21), 51.0 (9).

Пример 3. N-бутилциклогексиламин. На катализатор подается водород с расходом 6000 л/(кг_кат⋅ч). Одновременно с водородом прямоточно с ним с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч) подается смесь бутиронитрила (1,8 моль/(кг_кат⋅ч)) и циклогексиламина (1,8 моль/(кг_кат⋅ч)). Температура синтеза составляет 150°C. Конверсия бутиронитрила - 58,71%. Селективность - 92,81%. Выход продукта - 54,49%. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 156.8 (4) [М+2], 155.9 (33) [М+1], 154.8 (3) [М], 111.9 (100), 83.0 (2), 70.2 (6), 57 (3), 56.1 (15), 41.1 (10).

Пример 4. N-бутилоктиламин. На катализатор подается водород с расходом 6000 л/(кг_кат⋅ч). Одновременно с водородом прямоточно с ним с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч) подается смесь бутиронитрила (1,4 моль/(кг_кат⋅ч)) и октиламина (1,4 моль/(кг_кат⋅ч)). Температура синтеза составляет 120°C. Конверсия бутиронитрила - 60,45%. Селективность - 87,36%. Выход продукта - 52,81%. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 198.0 (2), 184.0 (3), 170.0 (4), 130.9 (9), 130.0 (100), 128.2 (6), 100.0 (4), 44.0 (10).

Пример 5. N-пентиланилин. На катализатор подается водород с расходом 6000 л/(кг_кат⋅ч). Одновременно с водородом прямоточно с ним с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч) подается смесь валеронитрила (1,3 моль/(кг_кат⋅ч)) и анилина (2,6 моль/(кг_кат⋅ч)). Температура синтеза составляет 200°C. Конверсия валеронитрила - 83,13%. Селективность - 94,86%. Выход продукта - 78,86%. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 163.8 (11) [М+1], 162.8 (25) [М], 107.0 (7), 106.0 (100), 77 (11), 51.0 (6).

Таким образом, способ получения вторичных аминов, при котором взаимодействие первичного амина с нитрилом и молекулярным водородом ведут в присутствии наночастиц никеля при нагревании, иммобилизованных на активированном угле, обеспечивая подачу смесь нитрила и амина, взятых в мольном соотношении 1:1-2, с расходом 3,6 л/(кг_кат⋅ч), а подачу водорода с расходом 6000 л/(кг_кат⋅ч), является простым и позволяет увеличить выход целевых продуктов.