Способ получения бензамида

 

Сущность изобретения: продукт-бензамид. Реагент 1: метиловый эфир бензойной кислоты, полученный взаимодействием бензойной кислотой с CH₃OH в присутствии сильного катионита в H⁺ - форме с последующей выдержкой реакционной массы до установления равновесия реакции этерификации-гидролиза при нагревании с последующим охлаждением и отделением катионита. Реагент 2: водный 25% -ный NH₃. Условия реакции: р-р NH₃ добавляют в полученную реакционную массу и процесс ведут в гомогенной среде при массовом соотношении бензойная кислота: CH₃OH :катионит: NH₃ , равном 1:(5-10):(0,5-1):(4,7-7), последующим удалением из реакционной массы NH₃ и CH₃OH и отгонкой непрореагировавшего метилового эфира бензойной кислоты. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химии, конкретно к улучшенному способу получения бензамида.

Известны методы синтеза бензамида на основе бензонитрила (1-6). Несмотря на высокие выходы применимость этих способов ограничена относительно малой доступностью исходного бензонитрила.

Классические методы получения бензамида сплавлением бензойной кислоты или бензоата аммония с карбонатом (7) или хлоридом аммония (8), а также амидами кислот: ацетамидом (9), трихлорацетамидом (10), мочевиной (11), амидами фосфорной (12) и серной (13, 14) кислот требуют применения высоких температур, давления, аппаратуры для работы в агрессивных средах и сопряжены с трудностями выделения целевого продукта из-за образования побочных веществ - кислот или солей. Описанные методы сложны в технологическом оформлении и поэтому не нашли практического применения в промышленности.

В наиболее полном современном пособии Comprehensive Organic Chemistry подчеркивается, что "Для синтеза сложных эфиров и амидов существуют три методологических подхода: прямая катализируемая кислотой реакция спирта с кислотой, предварительное превращение кислоты в реакционно-способное производное и активация спирта или амина по отношению к нуклеофильной атаке карбоксильных ионов" (15).

Как описано в наиболее авторитетных справочниках, промышленными способами получения бензамида являются гидролиз бензонитрила (16), о котором более подробно сказано выше, взаимодействие хлористого бензоила с карбонатом аммония (17, 18) или аммиаком (16, 18). Требуемый хлористый бензоил получают взаимодействием бензойной кислоты с неорганическими хлорангидридами.

Таким образом, наиболее близким предлагаемому способу является способ получения бензамида из бензойной кислоты превращением ее в хлористый бензоил с дальнейшим аммонолизом последнего водным раствором аммиака (19) (прототип).

Недостатком способа-прототипа является необходимость работы с хлористым бензоилом, обладающим сильным лакриматорным действием, а также легкое протекание гидролиза хлористого бензоила и образование побочных продуктов: эквивалентного количества хлористого аммония, значительного количества бензойной кислоты и др. Превращение бензойной кислоты в хлористый бензоил представляет особенно большую экологическую опасность. Указанные недостатки приобретают еще большее, принципиальное значение с экологической точки зрения при укрупнении масштабов производства бензамида.

Целью изобретения является создание экологически безопасного способа получения бензамида из бензойной кислоты.

Поставленная цель достигается способом получения бензамида, заключающимся в том, что в раствор бензойной кислоты в метаноле помещают сильный катионит в Н⁺-форме (предпочтительно КУ-2-8) и реакционную смесь обычно выдерживают при нагревании, предпочтительно до установления равновесия реакций этерификации-гидролиза, а после охлаждения и отделения катионита к фильтрату прибавляют водный раствор аммиака, и образовавшуюся гомогенную реакционную смесь, содержащую метиловый эфир бензойной кислоты, выдерживают обычно при комнатной температуре, аммиак и метанол удаляют, непрореагировавший метилбензонат отгоняют из реакционной массы с водяным паром, бензамид выделяют обычными приемами. Оптимальным является массовое соотношение бензойная кислота: метанол:катионит:водный аммиак 25%, равное 1:(5-10):(0,5-1):(4,5-7).

Таким образом, по предлагаемому способу все непрореагировавшие реагенты могут быть регенерированы и использованы в последующих циклах. Катионит после отделения его от реакционной массы может быть в дальнейшем использован многократно без дополнительной обработки. Следовательно, предлагаемый способ экологически безопасен.

Хотя амилирование эфиров карбоновых кислот является обычным методом получения амидов в органической химии и неоднократно осуществлялись попытки его применения к эфирам бензойной кислоты, низкая скорость реакций и обратимость процессов не позволяли надеяться на его практическое осуществление для синтеза бензамида. Это иллюстрируется работами Гордона с соавторами (20, 21) по изучению кинетики аммонолиза различных сложных эфиров. В отличие от эфиров кислот жирного ряда эфиры ароматических кислот, в частности бензойной, оказываются практически инертными в реакциях аммонолиза. В одинаковых условиях относительная скорость аммонолиза метилбензоната составляет всего 8% от скорости аммонолиза метилацетата (21).

Сравнение скоростей аммонолиза эфиров бензойной кислоты показывает, что спиртовой остаток мало влияет на реакционную способность в реакции аммонолиза эфиров бензойной кислоты (21).

Эмилем Фишером (22) показано, что многочасовое нагревание этилбензоата с большим избытком насыщенного при 0^оС спиртового аммиака при 125^оС приводит к образованию бензамида с выходом 5%, а при 17,5^оС - 17%. В силу изложенного достижение положительного эффекта по предлагаемому способу является неожиданным, а способ получения бензамида аммонолизом метилбензоната в водном аммиаке при комнатной температуре не мог быть предложен a priori.

Подбор оптимальных условий проведения процесса, неоднократное повторное использование регенерируемых катализаторов неожиданно позволили получить бензамид с высоким выходом и высокого качества экологически чистым и по существу безотходным способом.

Взаимодействие бензойной кислоты с метанолом в присутствии сильного катионита желательно проводить при кипении реакционой смеси, так как при комнатной температуре этот процесс занимает много времени. Естественно максимальный выход целевого продукта будет иметь место при достижении равновесия реакции этерификации, однако на практике достигать равновесия вряд ли целесообразно и достаточно 25-35-часового кипячения. Массовое соотношение бензойная кислота: катионит, равное 0,5-1, выбрано достаточно произвольно в том отношении, что увеличение количества катионита не сказывается существенно на скорости процесса.

На стадии аммонолиза повышение температуры процесса безусловно приводит к повышению скорости аммонолиза, однако при этом еще более существенно увеличиваются скорости побочных реакций и получить чистый целевой продукт сразу не удается, а требуются дополнительные операции по его очистке.

Отличительными особенностями предлагаемого способа получения бензамида из бензойной кислоты является взаимодействие бензойной кислоты с метанолом в присутствии сильного катионита и аммонолиз образовавшегося метилового эфира концентрированным водным аммиаком в гомогенной реакционной среде, лучше при комнатной температуре, удалении избыточных количеств аммиака, метанола и метилбензоната, лучше при массовом соотношении бензойная кислота:метанол:катионит:водный аммиак 25%, равном 1:(5-10):(0,5-1):(4,5-7).

П р и м е р ы 1-9. К раствору 30 г бензойной кислоты в метаноле прибавляют смолу КУ-2-8 и реакционную смесь кипятят в течение 25-35 ч (образование метилового эфира бензойной кислоты можно контролировать титрованием непрореагировавшей бензойной кислоты раствором щелочи). Затем реакционную смесь охлаждают, смолу отделяют, а к раствору добавляют 25%-ный раствор аммиака в воде. После выдержки в течение 240-300 ч при комнатной температуре избыточное количество аммиака и метанола удаляют, непрореагировавший метилбензоат отгоняют с водяным паром, до тех пор пока отгон не становится абсолютно прозрачным. При охлаждении бензамид выкристаллизовывается. Получают бензамид с т.пл. 127-129^оС.

После перекристаллизации из воды получают бензамид с содержанием основного вещества 99,6-99,8% (титриметрически после разложения щелочью с последующей отгонкой аммиака), содержание бензойной кислоты не выше 0,1% (ТСХ, титриметрически). Данные приведены в таблице.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗАМИДА взаимодействием активированного производного бензойной кислоты и водного раствора аммиака, отличающийся тем, что в качестве активированного производного бензойной кислоты используют метиловый эфир бензойной кислоты, полученный взаимодействием бензойной кислоты с метанолом в присутствии сильного катионита в Н⁺-форме с последующей выдержкой реакционной массы до установления равновесия реакций этерификации-гидролиза при нагревании и последующего охлаждения и отделения катионита, водный раствор аммиака добавляют в полученную реакционную массу и процесс ведут в гомогенной среде при массовом соотношении бензойная кислота : метанол : катионит : водный аммиак (25%) 1 : 5 - 10 : 0,5 - 1 : 4,5 - 7 соответственно с последующим удалением из реакционной массы аммиака и метанола и отгонкой непрореагировавшего метилового эфира бензойной кислоты с водяным паром.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катионита используют смолу КУ-2 в Н⁺-форме.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс аммонолиза ведут при комнатной температуре.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2