Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения виниловых эфиров аминофенолов

Изобретение относится к усовершенствованию способа получения арилвиниловых эфиров, в частности виниловых эфиров аминофенолов.

Арилвиниловые эфиры зарекомендовали себя как перспективные строительные блоки в органическом синтезе, интермедиаты в синтезе биологически активных соединений, перспективные оксигенатные антидетонационные добавки к топливу. На их основе получены препараты для сельского хозяйства. Аминофенолы относятся к классу фармакологически значимых соединений. Так, производные n-аминофенола обладают жаропонижающим и анальгетическим действием, а производные стерически затрудненных о-аминофенолов обладают противовирусной активностью в отношении вируса герпеса. Химическая модификация базовых молекул часто усиливает активность, а иногда и придает новые физиологические свойства. В частности, виниловые эфиры аминофенолов являются перспективными мономерами для получения ионообменных смол и полупроводников.

В последние годы разрабатываются методы получения арилвиниловых эфиров, основанные на каталитическом сочетании фенолов с различными винильными эквивалентами, такими как винилгалогениды, винилбороновые кислоты, тетравинил- и трибутилвинилолово, виниловые эфиры карбоновых кислот. Однако применимость этих методов для синтеза виниловых эфиров аминофенолов продемонстрирована только на одном примере (McKinley N.F., OʹShea D.F. J. Org. Chem. 2004, 69, 5087): виниловый эфир м-N-диметиламинофенола получен с выходом 88% реакцией соответствующего аминофенола с комплексом 2,4,6-тривинилциклотрибороксан-пиририн в присутствии Cu(OAc)₂ (CH₂Cl₂, комнатная температура, 24 ч).

Наиболее распространенный способ получения виниловых эфиров аминофенолов основан на реакции нуклеофильного присоединения к ацетилену.

Описан синтез виниловых эфиров о-, м- и n-аминофенолов винилированием соответствующих фенолов ацетиленом под давлением (Шостаковский М.Ф., Скворцова Г.Г., Самойлова М.Я., Фаерштейн Ю.М. Синтез виниловых эфиров о-, м- и n-аминофенолов // ЖОХ. 1961. Т. 31, вып. 10. С. 3226-3230). Реакция реализуется в присутствии KOH (40 масс. %) при температуре 170-220°С и давлении 30-35 атм (начальное давление ацетилена при комнатной температуре 12-13 атм; давление в автоклаве при повышении температуры не указано, в этих условиях оно обычно достигает 50-60 атм) без растворителя. Для подавления термополимеризации к реакционной смеси добавляется вода (15-25 масс. % по отношению к аминофенолу). Условия проведения реакции и ее эффективность зависят от положения аминогруппы в бензольном кольце. Виниловый эфир n-изомера получен при 170-180°С. В более жестких условиях реагируют с ацетиленом о- (190°С) и м-(210-220°С) аминофенолы. Выход целевых продуктов составляет 30-60%. К недостаткам этого способа следует отнести жесткие технологические параметры (высокая температура и давление, которое в этих условиях обычно достигает 50-60 атм), а также низкая селективность вследствие образования смолообразных продуктов.

Виниловые эфиры N-фенил- (выход 75%) и N-метил-n-аминофенола (выход 27%) получают винилированием соответствующих аминофенолов ацетиленом под давлением (начальное давление ацетилена при комнатной температуре 12-14 атм, давление при повышении температуры до 175-190° также не указано) (Скворцова Г.Г., Самойлова М.Я., Колбина З.М., Степанова З.В. Гидролиз N-монозамещенных виниловых эфиров n-аминофенолов // ЖОрХ. 1965. Т. 1, вып. 1. С. 111-113). Винилирование осуществляется без растворителя или в диоксане при температуре 175-190°С в присутствии 30-40 масс. % KOH и 25-30 масс. % воды (по отношению к фенолу). Винилирование в безводном растворителе приводит к полному осмолению продуктов.

Виниловый эфир N-метил-n-аминофенола был получен также реакцией из сернокислой соли этого фенола (метола) и ацетилена в присутствии KOH (содержание KOH 115 масс. %, из-за дополнительного расхода KOH на нейтрализацию образующейся серной кислоты).

К недостаткам этих методов следует отнести низкую эффективность при проведении реакции без растворителя (выход 27%).

Наиболее близкий к заявляемому способ получения виниловых эфиров аминофенолов описан Михантьевым Б.И. в его работах (Михантьев Б.И., Михантьев В.Б. о-Аминофениловый и n-аминофениловый эфиры // ЖОХ. 1961. Т. 31, вып. 9. С. 3050-3051; Михантьев Б.И., Раджюнас Л.В. Простые виниловые эфиры некоторых n-аминофенолов // ЖОХ. 1964. Т. 34, вып. 10. С. 3424-3425) и заключается в винилировании аминофенолов или их N-замещенных производных под давлением ацетилена в водном диоксане (содержание воды до 20 об. %) в присутствии гидроксидов натрия или калия (15-30 масс. %) при температуре 155-190°С. Выход целевых продуктов 38-84%. Использование диоксана как растворителя ацетилена существенно повышает его концентрацию и способствует, с одной стороны, повышению эффективности процесса винилирования, с другой - приводит к значительному повышению давления (до 150 атм) за счет десорбции ацетилена из растворителя при нагревании, а также за счет парциального давления легкокипящего растворителя.

Таким образом, все описанные способы имеют ряд существенных недостатков, обусловленных жесткими технологическими параметрами: температура 155-220°С, высокая концентрация ацетилена в реакционной среде, высокое до 150 атм давление в реакторе, повышенная концентрация гидроксидов щелочных металлов (до 40 масс. %).

Предлагается способ получения виниловых эфиров аминофенолов общей формулы

где R¹, R² - водород или алкил,

винилированием аминофенолов различного строения и различной степени замещения по аминогруппе ацетиленом в присутствии основания, отличающийся тем, что процесс проводят под намного меньшим давлением 14-26 атм в среде высококипящего растворителя ДМСО, содержащего 10-30 об. % H₂O, при температуре 80-110°С, а в качестве основания используют гидроксиды лития, или натрия, или калия 29-100 мол. %, (в пересчете на массовые это составляет ~11-35 масс. %), что в среднем ниже, чем в вышеуказанных методах.

Технической задачей данного изобретения является упрощение технологии получения виниловых эфиров аминофенолов за счет изменения условий процесса, а также повышение выхода целевых продуктов.

Поставленная задача достигается тем, что ацетилен подвергают взаимодействию с аминофенолами или их солями при повышенном давлении 14-26 атм (предпочтительно 15-20 атм) в присутствии 29-100 мол. % гидроксидов щелочных металлов: LiOH, NaOH, KOH, предпочтительно 50 мол. % NaOH (в пересчете на массовые - 18,3 масс. %). Следует отметить, чем выше концентрация взятого основания - гидроксида щелочного металла, тем ниже выход целевого продукта, например, при концентрации гидроксида натрия 100 мол. % выход винилового эфира n-аминофенола составляет 42%, в то время, как при 29 мол. % выход - 85%, а при 50 мол. % - 90%.

Реакция протекает в среде ДМСО, содержащего 10-30 об. % H₂O, при температуре 80-110°С (преимущественно 90°С) с последующим выделением целевого продукта известным приемом: образующийся виниловый эфир после разбавления реакционной смеси водой экстрагируют диэтиловым эфиром и перегоняют в вакууме.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является снижение рабочего давления со 150 до 14-26 атм, что достигается проведением реакции при умеренной температуре (80-110°С) в среде высококипящего растворителя (ДМСО), хорошо растворяющего ацетилен. Добавка в реакционную смесь 10-30 об. % H₂O способствует образованию фенолят-анионов и впервые демонстрирует возможность использования в качестве катализатора гидроксида лития.

Усовершенствованный способ позволяет повысить выход целевых виниловых эфиров (до 90%) и, таким образом, снизить производственные затраты.

В общем виде предлагаемый способ получения виниловых эфиров аминофенолов осуществляется следующим образом: приготовленный из аминофенола (или его соли) и гидроксида щелочного металла (29-100 мол. % по отношению к аминофенолу) раствор фенолята щелочного металла в водном ДМСО загружают в Parr реактор (объемом 0.3 л) и подают ацетилен из баллона однократно и сразу начинают нагрев реакционной смеси, или предварительно производят насыщение реакционной смеси ацетиленом при комнатной температуре, подавая ацетилен до насыщения (количество поданного ацетилена контролируют по датчику давления).

Затем реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при заданной температуре до замедления скорости поглощения ацетилена. При проведении реакции под давлением ниже 20 атм подачу ацетилена осуществляют дважды: при загрузке реагентов и через 2 ч (после предварительного охлаждения реактора). При проведении же реакции под давлением 20-26 атм концентрацию ацетилена повышают за счет предварительного насыщения им реакционной смеси при комнатной температуре. По окончании эксперимента реактор охлаждают, полученную реакционную смесь разбавляют 2-3-кратными объемами воды (100-150 мл), экстрагируют диэтиловым эфиром (6×30 мл), экстракт промывают водой от следов ДМСО, сушат MgSO₄, растворитель отгоняют и перегонкой в вакууме выделяют целевые аминоарилвиниловые эфиры.

Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение

Пример 1. К раствору 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола в 40 мл ДМСО и 10 мл H₂O добавляют 1.00 г (0.025 моль) NaOH и перемешивают на магнитной мешалке при комнатной температуре до получения однородного раствора. Полученную смесь загружают в Parr реактор (объемом 0.3 л), вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 12 атм (~0.12-0.13 моль). За счет хорошего растворения в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре 4 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С. По мере протекания реакции в течение 2 ч давление в реакторе понижается с 14 до 8 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. По окончании эксперимента реактор охлаждают, полученную реакционную смесь разбавляют водой (100 мл), экстрагируют Et₂O (6×30 мл). Экстракт сушат MgSO₄, растворитель отгоняют на роторном испарителе. Перегонкой остатка в вакууме получают 6.10 г (90%) винилового эфира n-аминофенола, т.кип. 90-92°С (3 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5748 [Лит.: 103-104°С (10 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5765].

Пример 2. К раствору 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола в 35 мл ДМСО и 15 мл H₂O добавляют 1.00 г (0.025 моль) NaOH и перемешивают на магнитной мешалке при комнатной температуре до получения однородного раствора. Полученную смесь загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают до 90°С. По мере протекания реакции в течение 2 ч давление в реакторе понижается с 15 до 10 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.02 г (74%) винилового эфира n-аминофенола.

Пример 3. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.68 г (0.017 моль) NaOH в 40 мл ДМСО и 10 мл H₂O, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 2 ч. По мере протекания реакции давление в реакторе понижается с 14 до 8 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.72 г (85%) винилового эфира n-аминофенола.

Пример 4. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.60 г (0.025 моль) LiOH в 40 мл ДМСО и 10 мл H₂O, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 110°С в течение 3 ч. По мере протекания реакции давление в реакторе понижается с 15 до 6 атм. После стандартной обработки получают 3.70 г (55%) винилового эфира n-аминофенола.

Пример 5. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) о-аминофенола и 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 45 мл ДМСО и 5 мл H₂O, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 14 атм (~0.13 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 4.5 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С, при этом происходит повышение давления в реакторе до 16 атм.

Через 1.5-2 ч давление в реакторе составляет 10 атм и скорость поглощения ацетилена замедляется. После подачи свежей порции ацетилена реакцию продолжают еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.19 г (77%) винилового эфира о-аминофенола, т.кип. 81-83°С (3 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5692 [Лит.: 87-88°С (10 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5706].

Пример 6. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) м-аминофенола и 1.62 г (0.025 моль) KOH ⋅ 0.5 Н₂О в 40 мл ДМСО и 10 мл H₂O, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 12 атм (~0.12 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 4 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С. В течение 2 ч давление в реакторе понижается с 14 до 11 атм, после чего скорость поглощения ацетилена снижается. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 4.26 г (63%) винилового эфира м-аминофенола, т.кип. 101-103°С (3 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5773 [Лит.: 92-93°С (2 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5820].

Примеры с насыщением реакционной смеси ацетиленом.

Пример 7. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.60 г (0.025 моль) LiOH в 40 мл ДМСО и 10 мл H₂O, загружают в Parr реактор, подают 3 порции ацетилена с начальным давлением 13 атм (~0.22 моль). После насыщения ДМСО ацетиленом давление в реакторе при комнатной температуре составляет 11 атм. Реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при 90°С в течение 3 ч. В процессе синтеза давление в реакторе снижается с 25 до 19 атм. Реакционную смесь обрабатывают стандартным методом. Перегонкой остатка в вакууме получают 3.58 г (53%) винилового эфира n-аминофенола.

Пример 8. Сульфат N-метил-n-аминофенола (метол (8.61 г, 0.025 моль), 40 мл ДМСО и раствор 3.00 г (0.075 моль) NaOH в 10 мл H₂O загружают в Parr реактор, перемешивают при комнатной температуре в течение 1 ч для нейтрализации соли и образования фенолята, вытесняют воздух азотом и подают однократно ацетилен с начальным давлением 18 атм (~0.18 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 11 атм. Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 2 ч, при этом давление в реакторе снижается с 20 до 10 атм. После стандартной обработки перегонкой в вакууме получают 4.12 г (55%) винилового эфира N-метил-n-аминофенола, т.кип. 103-105°С (3 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5673 [Лит.: 90°С (1 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5668].

Пример 9. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) м-аминофенола и NaOH (2.00 г, 0.05 моль) в 45 мл ДМСО и 5 мл H₂O, загружают в Parr реактор и подают две порции ацетилена с начальным давлением 18 атм (~0.22 моль). После насыщения ДМСО ацетиленом давление в реакторе при комнатной температуре составляет 10 атм. Реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при 80°С в течение 3 ч, при этом давление в реакторе снижается с 22 до 15 атм. После стандартной обработки реакционной смеси перегонкой в вакууме получают 2.82 г (42%) винилового эфира м-аминофенола.

Пример 10. N,N-диэтил-n-аминофенол (8.26 г, 0.05 моль), 40 мл ДМСО и раствор 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 10 мл H₂O загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают однократно ацетилен с начальным давлением 19 атм (~0.24 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 12 атм. Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 3 ч, при этом давление в реакторе снижается с 26 до 15 атм. После стандартной обработки перегонкой в вакууме получают 5.96 г (62%) винилового эфира N,N-диэтил-n-аминофенола, т.кип. 125-126°С (7 мм рт. ст.), n_D²⁰ 1.5478 [Лит.: 114°С (1 мм рт.ст.), n_D²⁰ 1.5480].

Пример 11. (для сравнения в отсутствие воды). Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) о-аминофенола и 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 50 мл ДМСО, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 5 ч, при этом происходит снижение давления в реакторе с 15 до 9 атм.

После стандартной обработки получают 3.07 г (45%) винилового эфира о-аминофенола.