Способ получения фталоцианина меди

 

Использование: в качестве химического реагента, красящего пигмента активного компонента катализатора окислительно-восстановительных реакций. Сущность изобретения: продукт фталоцианин меди. Проведение синтеза фталоцианина меди ведут под давлением до 1,5 МПа при 160 200°С, молярном соотношении реагентов фталевый ангидрид, источник меди (хлорид одно-или двухвалентной меди, сульфат меди), мочевина и катализатор (аммоний молибденовокислый, титан четыреххлористый и борная кислота), равном 1 (0,25 0,3) (2,5 3,5) (0,1 0,15), в присутствии гидрофобного растворителя минерального масла в количестве 300 800 мас.ч. растворителя на 592 мас.ч.фталевого ангидрида. 4 табл.

Изобретение относится к области химии фталоцианинов и порфиринов, а именно синтеза медного комплекса фталоцианина, используемого в качестве пигмента, а также катализатора ряда окислительно-восстановительных процессов, например восстановления оксидов азота до азота и воды.

Известны способы получения фталоцианина меди реакцией фталевого ангидрида, фталимида или его производных, мочевины, катализатора, источника меди в растворителях низких алкиловых эфирах бензойной кислоты [1] в инертном растворителе в присутствии галогенидов [2] или в высококипящем растворителе с добавкой гидроокисей щелочных металлов [3] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения фталоцианина меди, заключающийся в том, что 592 мас.ч. фталевого ангидрида; 960 мас. ч. мочевины; 105 мас.ч. CuCl₂ или CuSO₄; 80 мас. ч. TiCl₄; 18 мас.ч. 3, 4, 5, 6-тетрагидрофталимида и 4 500 мас.ч. сульфанола нагревают 5 ч при температуре 180-190^оС и после очистки получают 570 мас.ч. фталоцианина меди [4] Основным недостатком данного способа получения является низкая степень превращения фталевого ангидрида во фталоцианин меди, составляющая 93,14% Это обусловлено значительным превышением расхода мочевины (в два раза) по сравнению со стехиометрическим, осуществлением процесса синтеза при атмосферном давлении и температурах, термодинамически благоприятных для образования газообразных продуктов разложения мочевины. Указанное осложняет процесс очистки целевого вещества, приводит к уносу части фталевого ангидрида и его производных, существенные количества которых при данных температурах и давлении находятся в паровой фазе, из зоны реакции.

Задачей изобретения является повышение выхода целевого вещества за счет снижения выхода побочных продуктов разложения мочевины и предотвращения уноса фталевого ангидрида и его производных из реакционной зоны.

Поставленная цель достигается путем выбора оптимальных условий (температур, давлений, соотношения компонентов, растворителя) ведения процесса.

Известно, что лимитирующей стадией целевой реакции является стадия полимеpизации образующихся в реакционной сфере молекул фталонитрила, которые затем замыкаются в макроцикл, координируясь вокруг центрального атома металла [Б.Д. Березин. Координационные соединения порфиринов и фталоцианина. М. Наука, 1978, 279 с.

4C₈H₄N₂+M __→ (C₈H₄N₂)₄M Выполненный авторами анализ термодинамики стадии полимеризации показывает, что ее протеканию в направлении образования полимера благоприятствует повышение давления (табл. 2) и снижение температуры (табл. 1).

Понижение температуры и повышение давления также снижают термодинамическую вероятность разложения мочевины в присутствии воды, образующейся в зоне реакции, до аммиака и двуокиси углерода NH₂--NH O=C=N-H ←____→ N ≡ C-O-H NH₃+CO₂ что существенно уменьшает вынос фталевого ангидрида и промежуточных соединений (в частности фталонитрила) с газообразными продуктами разложения, а также обеспечивает получение более чистого целевого продукта. Кроме того, потери фталевого ангидрида и его производных за счет уноса из зоны реакции снижаются, поскольку при повышенном давлении равновесие жидкость пар сдвигается в сторону образования жидкой фазы, на что указывает повышение температуры испарения (табл. 3).

Совокупность перечисленных факторов обеспечивает более полное превращение фталевого ангидрида в целевой продукт. Однако при температурах ниже 160^оС скорость образования фталоцианина меди мала, что обусловлено кинетикой реакции.

Сущностью изобретения является проведение синтеза фталоцианина меди под давлением до 1,5 МПа при температуре 160-200^оС, молярном соотношении реагентов фталевый ангидрид, источник меди (хлорид меди (I) или (II), сульфат меди), мочевина, катализатор (аммоний молибденовокислый, титан четыреххлористый, борная кислота), равном 1:(0,25-0,3):(2,5-3,5):(0,1-0,15), в присутствии гидрофобного растворителя.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что процесс ведут под давлением и в условиях, исключающих унос фталевого ангидрида и его производных в газовую фазу.

Способ реализуется следующим образом: в обогреваемый аппарат, снабженный мешалкой, загружают фталевый ангидрид, источник иона меди, мочевину, катализатор, минеральное масло и нагревают под давлением и при непрерывном перемешивании. После окончания синтеза реакционную смесь охлаждают, отмывают от растворителя и сушат.

Примеры осуществления способа в различных условиях при разном соотношении реагентов приведены в табл. 4. Как видно из приведенных примеров, наиболее высокий выход продукта осуществляется в условиях примера 4. Данный способ синтеза фталоцианина меди реализован на опытно-промышленной установке производительностью 100 кг в сутки.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТАЛОЦИАНИНА МЕДИ, заключающийся во взаимодействии фталевого ангидрида, источника иона меди, мочевины, катализатора в инертном растворителе при нагревании, отличающийся тем, что процесс ведут под давлением до 1,5 МПа, температуре 160 200^oС, молярном соотношении исходных реагентов фталевый ангидрид источник иона меди мочевина катализатор, равном 1 (0,25 0,30) (2,5 3,5) (0,1 0,15), а в качестве растворителя используют минеральные масла в количестве 300 800 мас.ч. растворителя на 592 мас.ч. фталевого ангидрида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3