Способ получения тетразола

 

Использование: в качестве компонента топлива специального назначения, а также при получении антибиотика широкого спектра действия "Кефазола". Сущность изобретения: 5-диметиламиноэтилтетразол добавляют к суспензии перманганата калия в 5 - 10%-ном растворе щелочи при 60 - 70°С, перемешивают при этой температуре 30 - 60 мин, удаляют двуокись марганца фильтрованием, подкисляют маточник, выпаривают и выделяют целевой продукт из сухого остатка экстракцией этилацетатом. 3 табл.

Техническое решение относится к химии, в частности к технологии гетероциклических полиазотистых соединений, конкретно к способу получения тетразола, который применяется как компонент топлива специального назначения, а также при получении антибиотика широкого спектра действия "кефзола".

Известны способы-аналоги получения тетразола: 1. При взаимодействии азотистоводородной кислоты с синильной кислотой в спиртовом растворе [Fester, Ber, 43, 2216 (1910)] HN₃+HCN __→ HH Выход 80% Cпособ чрезвычайно опасен, т.к. в синтезе используется токсичное высокочувствительное ВВ НN₃ и сильнодействующее ядовитое вещество НСN.

2. При диазотировании 5-аминотетразола нитритом натрия в присутствии фосфорноватистой кислоты [J.am.Chem.Soc, 290 (1954)] H₂NH + NaNO₂ NH HH Выход 70% Недостатки способа: опасность, связанная с образованием в ходе реакции неустойчивых диазосоединений, растворы которых взрываются самопроизвольно при концентрации > 1-2% и t=0^оС; трудность очистки тетразола, вызванная наличием трудноотделимых неорганических примесей; относительно небольшой выход тетразола (70%).

3. При получении этилового эфира 5-тетразолилкарбоновой кислоты, с последующим щелочным гидролизом при 100^о в течение 1,5-2 ч и декарбоксилированием хлорной кислотой при 90^о [J. Chem 1976, v.16, N 2, 53] Схема получения CN-C+ HN₃ CH (I)
I + KOH __→ KOOCH (II)
II + HClO₄ __→ HH
Выход 80%
Недостатки способа: труднодоступность и опасность получения этилового эфира 5-тетразолилкарбоновой кислоты (использования токсичной и взрывоопасной НN₃ [Chem.Ber, 1975, 108, 887-896) применение в синтезе хлорной кислоты, обладающей сильно выраженным коррозирующим действием, а также возможность образования чувствительных к механическим воздействиям перхлоратов металлов.

Способ-прототип заключается в следующем: к раствору 5-метилтетразола в воде при кипячении (98-100^о) добавляют мелкорастолченный перманганат калия небольшими порциями и далее перемешивают при этой температуре в течение 2,5-3 ч, затем осторожно добавляют этанол для удаления не ступившего в реакцию перманганата калия, двуокись марганца отфильтровывают, а маточник подкисляют 10-20% HNО₃ до рН≈ 3, упаривают раствор досуха, а сухой остаток экстрагируют этилацетатом. После удаления растворителя и кристаллизации из минимального количества этанола t_пл=153-156^о. Выход 65-70% [а.с.94974 (1976)]
CHH HCOOH HH
5MO
____→ выпаривание ____→ экcтракция криcталлизация
Недостатки способа прототипа: относительно небольшой выход тетразола (65-70% ); жесткий температурный режим окисления (≈ 100^оС) длительность процесса (3 ч), отсутствие в СССР промышленного способа получения исходного 5-метилтетразола; неудобство при дозировке перманганата калия к раствору 5-метилтетразола.

Цель изобретения увеличение выхода, улучшение технологии получения тетразола.

Цель достигается использованием новой совокупности режима проведения процесса, изменением последовательности операций, применением нового исходного соединения.

Сущность изобретения заключается в том, что водный раствор 5-диметиламиноэтилтетразола (5-ДМАЭТ) добавляют к суспензии перманганата калия в 5-10% -ном растворе щелочи при 60-70^о, перемешивают при этой температуре 30-60 мин, затем добавляют 20% НNO₃ до рН ≈ 3, выпаривают и экстрагируют целевой продукт этилацетатом.

(CH₃)₂N-(CH₂)H HCOOH HH
MOр
__→ выпаривание __→ экcтракция ___→ криcталлизация Отличительными признаками являются:
I порядок дозировки и исходное соединение
II концентрация р-ра щелочи
III температурный и временной режимы.

Обоснование критерия "существенные отличия":
1 5-ДМАЭТ добавляют к суспензии
Известен следующий порядок смешения реагентов при окислении органического субстрата перманганатом калия: окислитель (КМnО₄) добавляют к раствору органического субстрата. Этот порядок смешения обеспечивает окисление углеводородных радикалов при относительно небольшой скорости конкурирующей реакции гидролиза перманганата калия [J.Org. Chem, 1949, 14, 14]
При использовании в качестве органического субстрата 5-ДМАЭТ изменена последовательность операций 5-ДМАЭТ добавляют к суспензии перманганата калия. Это стало возможным, по-видимому, в связи с более высокой скоростью окислительной деградации диметиламиноэтильного заместителя в боковой цепи по сравнению с простыми углеводородными радикалами. Использование новой последовательности операций для нового исходного соединения (5-ДМАЭТ) в сочетании с признаками (II, III) позволило увеличить выход и упростить технологию процесса отпала необходимость в удалении избытка KMnО₄ и стала более удобной дозировка реагентов.

При перенесении данной последовательности операций на другие 5-замещенные тетразолы не приводит к достижению цели изобретения. II. "суспензия КМnО₄ в 5-10%-ном растворе щелочи".

Окисление органических субстратов перманганатом калия в щелочной среде известно [J.Praet. Chem, [2] 134, 282 (1932)] Однако выбор интервала концентрации щелочи не представляется очевидным и, вероятно, связан с кислотно-основными свойствами нового исходного соединения. При концентрации щелочи < 5% по-видимому, не происходит ионизации тетразольного цикла с образованием тетразола-аниона и вследствие этого резко падает скорость окисления субстрата, а также возможно протонирование диметиламинной группы, что связано с амбидентной природой молекулы.

При концентрации щелочи > 10% выход тетразола уменьшается, вероятно, за счет увеличения скорости конкурирующего процесса гидролиза КМnО₄.

Таким образом, интервал концентрации щелочи существенно сказывается при окислении 5-ДМАЭТ.

III при t=60-70^о и перемешивании при этой температуре 30-60 минут.

При t < 60^о (τ < 30 мин) окисление идет крайне медленно и выход чрезвычайно низок, вероятно, в связи с большим угловым коэффициентом температурной зависимости константы скорости.

При t > 70^о ( tau>> 60 мин) выход тетразола уменьшается, вероятно, из-за превалирования скорости конкурирующей реакции разложения КМnО₄.

П р и м е р. К суспензии 49 г (0,31 м) KMnО₄ в 200 мл 5% водного раствора едкого натра при перемешивании и температуре 60-70^о прибавляют раствор 7 г (0,05 м) 5-ДМАЭТ в 15 мл Н₂О в 5-6 приемов, каждый раз ожидая обесцвечивания реакционной массы (≈ 5-10 мин). Полное окисление протекает в течение 30-60 мин. Бесцветный раствор отфильтровывают от двуокиси марганца, подкисляют 20% HNО₃ до рН ≈ 2, упаривают досуха. Из остатка экстрагируют тетразол этилацетатом (5х50 мл). Экстракт сушат б/в MgSO₄. Растворитель удаляют, кристаллизуют тетразол из абсолютного этанола. Выход 90-95% Т_пл=156^о. Вычислено в для CN₄H₂ C 17,15; H 2,88; N 79,98. M.70
Найдено в С 17,24; Н 2,71; N 80,01, М=69 (ацетон)
ИК-спектр, см^-1: 910; 1015; 1050; 1090; 1260; 1440; 1450.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что увеличен выход целевого продукта ≈ на 20% улучшена технология процесса, снижены энергетические затраты. Предполагаемое изобретение находится на стадии внедрения в опытное производство.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕТРАЗОЛА окислением производного тетразола перманганатом калия при повышенной температуре с последующим удалением двуокиси марганца фильтрованием, подкислением маточника, выпариванием и экстракцией целевого продукта из сухого остатка этилацетатом, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода и улучшения технологии процесса, в качестве производного тетразола используют 5-диметиламиноэтилтетразол, который добавляют к суспензии перманганата калия в 5 10%-ном растворе щелочи при 60 70^oС и перемешивают при этой температуре 30 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2