Способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона

 

Сущность изобретения: продукт - 2-метил-1.4-нафтахинон, 5 пр. Реагент 1: 2-метил-1-нафтол или его смесь с 2,4- диметил-1-нафтолом, реагент 2: 0,2 - 0,45 молярный водный раствор кислой соли молибдованадофосфорной кислоты с переходным металлом состава, описанного в описании изобретения. Условия реакции: процесс осуществляют при 40 - 70^oС в атмосфере инертного газа. 3 табл.

Настоящее изобретение относится к области органического синтеза, а именно, к усовершенствованному способу получения 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона) формулы I, обладающего свойствами витамина К. I получается окислением 4-R-2-метил-1-нафтолов (II), где R Н (IIа) или СH₃ (llb).

Менадион широко применяют в медицинской практике с целью профилактики и лечения ряда заболеваний и в животноводстве с целью повышения продуктивности всех его отраслей [1] Он также является промежуточным продуктом для получения водорастворимых и жирорастворимых препаратов, регулирующих функции крови [2] Существует несколько способов получения I, изложенных в обзоре [3] Большинство их основано на окислении 2-метилнафталина (Ill). Недостатком этих способов является то, что при окислении III наряду с 1 образуется значительные количества 6-метил-1,4-нафтохинона, образующего с I трудно разделяемые смеси.

Более избирательно протекает окисление 2-метил-1-нафтола (IIа), изложенное в патенте [4] являющемся прототипом настоящего изобретения. Катализатором такого окисления является раствор CuCl₂ + LiCl в смешанном pастворителе, содержащем воду, толуол и спирты С₁ С₄: Поскольку CuCl₂ + LiCl известен и как катализатор хлорирования ароматических соединений [5, 6] их образование в реакции (1) в качестве примесей к I оказывается неизбежным. А эти примеси являются очень опасными диоксиноподобными соединениями. Другой недостаток способа-прототипа - трудность выделения целевого продукта, обусловленная сложностью состава растворителя.

Задачей изобретения является создание бесхлоридного катализатора окисления II в I. Эта задача решается тем, что вместо хлоридов используются кислые соли молибдованадофосфорных кислот 12-го ряда, имеющих состав Н_3+nPV_nМо_12-nО₄₀. Их соли имеют состав Me^z_aH_3+n-zaPV_nMo_12-nO₄₀ Н3+n-za PVn Мо12-n О40 и хорошо растворимы в воде. При окислении II катализатор образует водную фазу, а окисляемое соединение IIа (или IIа + llb) и продукт реакции I не смешиваюшуюся с водой органическую фазу. Таким образом, реакция окисления протекает при перемешивании фаз и останавливается при прекращении перeмешивания.

В качестве молибдованадофосфорных кислот можно использовать кислоты, содержащие от 1 до 4 атомов ванадия; в качестве их солей соли Со(II), Fe(lll), Cr(lll), Cu(ll), Мn(II). Реакцию окисления II проводят в инертной атмосфере (СО₂, либо N₂). При этом Me^z_aH_3+n-zaPV_nMo_12-nO₄₀ (сокращенно ГПК) является окислителем и восстанавливается на m электронов с образованием Me^z_aH_3+n+m-zaPV^I_m^VV^V_n-mMo_12-nO₄₀ (сокращенно Н_m2 ГПК): После отделения органической фазы водный слой, содержащий Н_mГПК, контактируют с воздухом или кислородом при повышенной температуре. При этом восстановленная форма катализатора окисляется в исходную форму:
Одновременно с нею окисляются (до СО₂, НСООН или СН₃СООН) и всe побочные продукты реакций (2а) и (2b), растворимые в воде. Побочные продукты, не растворимые в воде, но растворимые в органической фазе (смолы), отделяется от целевого продукта I на стадии отгонки растворителя.

Предложенный способ иллюстрируется данными ниже примерами 2 6. В примере 1 описывается способ получения катализаторов, используемым в примерах 2 6.

Пример 1. Для получения катализаторов, представляющих собой водные растворы кислых солей молибдованадофосфорных кислот предварительно были приготовлены 0,4-молярные водные растворы соответствующих кислот Н_3+nPV_nМо_12-nО₄₀ (ГПК-n):
H₃PO₄+(12-n)MoO₃+n/2V₂O₅ __→ H_3+nPV_nMO_12-nO₄₀ (4)
0,4-молярный раствор H₅PV₂Mo₁₀O₄₀ (ГПК-2): 18,2 г V₂O₅ "ос.ч." (0,1 моля) ввели в 900 мл 5%-ной Н₂О₂ "х.ч."(~1,35 моля) при 4^oC. Взвесь перемешивали при 5 7^oС в течение часа до получения темнокраcного прозрачного раствора, после чего прекратили перемешивание и охлаждение и оставили на 15 часов до получения оранжевого раствора. В другом стакане в 500 мл воды ввели 6,62 мл 15,1-молярной (88,4% -ной) Н₃РО₄ (0,1 моля) и 144,0 г МоО₃ "х.ч." (1,0 моля). Полученную взвесь при сильном перемешивании нагрели до кипения и кипятили в течение часа до получения желтой окраски, после чего, не прекращая кипячения, небольшими порциями по 50 150 мл стали вводить раствор солей ванадия, пока не ввели все 900 мл этого раствора. После этого продолжили перемешивание взвеси с упариванием воды до практически полного растворения МоО₃. Полученные ≈ 225 мл прозрачного оранжевого раствора охладили, профильтровали, фильтрат разбавили водой до 250 мл. (На фильтре осталось (≈ 0,19 г серого осадка).

150 мл 0,4-молярного раствора H₆PV₃Mo₉O₄₀ (ГПК-З) получили аналогично с использованием 1500 мл 5%-ной H₂О₂ 27,3 г V₂О₅, 6,62 мл 15,1-молярной Н₃РО₄ и 129,6 г МоО₃. Аналогично получили 200 мл 0,4-молярного раствора H₇PV₄Mo₈О₄₀ (ГПК-4) из 1800 мл 4,5%-ной Н₂О₂, 29,32 г V₂O₅, 5,30 мл 15,1-молярной Н₂РО₄ и 92,16 г МоО₃ и 125 мл 0,4-молярного раствора H₅PVMo₁₁O₄₀ ГПК 1) из 250 мл 6%-ной Н₂О₂, 4,55 г V₂O₅, 3,31 мл 15,1- молярной Н₃РО₄ и 79,2 г МоО₃.

Катализаторы, представляющие собой водные растворы кислых солей Co(ll), Un(ll), Cu(ll), а также магния, готовили растворением рассчитанной навески основного карбоната кобальта (соответственно, марганца, меди, магния) в определенном объеме ранее полученного раствора ГПК-n (т.е ГПК-2, ГПК-З и т. п.). Полученные взвеси нагревали до полного растворения карбоната.

Катализаторы, представляющие собой водные растворы кислый солей Fe(lll) и Cr(lll), готовили растворением рассчитанной навески нитрата Me(NO₃)₃·9H₂О в определенном объеме ранее полученного раствора ГПК-n. Полученные растворы, содержащие HNO₃, упаривали до появления кристаллов ГПК-n и помещали в вакуум-эксикатор над аскаритом. Полученный сухой остаток растворяли в горячей воде и охлаждали. Составы полученных катализаторов приведены в таблице 1.

Пример 2. В трехгорлую колбу на 200 мл загрузили 50 мл раствора катализатора Со-2, колбу продули углекислотой и при перемешивании нагрели раствор до 51^oС. Затем, продолжая перемешивание, к раствору катализатора в течение 70 минут прикалывали раствор 0,8 г 2-метил-1-нафтола (2МН1) в 60 мл н-гексана (молярное отношение [2МН1] [Со-2] 0,25). (2МН1 содержит 76,3% основного вещества см.табл.2). После введения всего 2МН1 пеpемешивали смесь еще 10 минут, после чего охладили и образовавшиеся 2 слоя разделили. Гексановый слой промыли водой для извлечения из него водорастворимых смол, сушили безводным CaCl₂, после чего гексан отогнали. Полученное масло перегоняли с водяным паром, и в отгоне было получено 0,64 г 2-метил-1,4-нафтохинона (1) с выходом 74% (см.табл.2). Водный слой (восстановленный катализатор) окислили в автоклаве кислородом при 120^oС и использовали в повторных опытах (см.табл. 2).

В первом из повторных опытов, проведенном в тех же условиях, использовали 0,8 г окисляемого вещества и 37,5 мл катализатора (молярное соотношение [2МН1] [Со-2] 0,34); выход целевого продукта l 72% В дальнейших опытах с увеличением молярного отношения [2МН1] [Со-2] до 0,4 и 0,8 выход 1 составил, соответственно 67,5% и 52,6% Таким образом, при увеличении нагрузки на катализатор в раза избирательность реакции упала в 1,4 раза (таблица 2).

Пример 3. Методом, описанным в примере 2, проведены опыты по окислению 2-метил-1-нафтола в присутствии катализаторов, содержащих соли железа (Ill) Fe-3 и Fe-2 (см.табл. 2). Температура реакции 40-60^oС, время прикапывания раствора 2МH1 в н-гексане к раствору катализатора 80-90 минут. Полученный 2-метил-1,4-нафтохинон извлекали из смеси так, как описано в примере 2. Восстановленный катализатор регенерировали так же, как и в примерен 2. Выходы 1 составляли 67 75% и лишь незначительно падали с увеличением молярного соотношения [2МН1] [соль Fe(lll)]
Пример 4. Методом, описанным в примере 2, проведены опыты по окислению 2-метил-1-нафтола в присутствии катализаторов, содержащих Cr(lll), Mn(ll) или Сu(ll) (Cr-3, Мn-З и Сu-З). Выходы l от 32 до 45% (таблица 3).

Пример 5. Методом, описанном в примере 2, проведены опыты в присутствии катализаторов, представляющих собой соли Со или Fe с ГПК-1, ГПК-З и ГПК-4 (таблица 3). Выходы l от 51,2 до 67,5%
Пример 6. Методом, описанным в примере 2, проведены опыты по окислению 2МН1 в присутствии катализаторов, представляющих собой водные растворы смешанных солей ГПК-2 с двумя переходными металлами Со(ll) и Fe(lll). При соотношении [2МН1][катализатор] 0,4 достигается вполне удовлетворительная избирательность реакции (2) (таблица 3).

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый настоящим изобретением способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона позволяет получать целевой продукт с примесями смол, но без примеси хлорированных соединений, что обеспечивает его экологическую чистоту. Побочно образующиеся водорастворимые смолы окисляются в процессе регенерации восстановленной формы катализатора НmГПК-n кислородом; побочные продукты, оставшиеся после отгонки органического растворителя и выделения целевого продукта и не растворимые в воде (смолы), можно сжечь с образованием СО₂ и воды. ТТТ1

Формула изобретения

1. Способ получения 2-метил-1,4-нафтохинона путем каталитического окисления 2-метил-1-нафтола или его смеси с 2,4-диметил-1-нафтолом в двухфазной системе, в которой окисляемое вещество входит в состав органической фазы, а катализатор представляет собой водный раствор, не смешивающийся с органической фазой, при интенсивном перемешивании фаз при температуре 40-70^oС в атмосфере инертного газа, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют 0,2-0,45 М водный раствор кислой соли молибдованадофосфорной кислоты с переходным металлом, имеющий состав
Me^z_a⁺H_3+п-azPV_nM_12-nO₄₀,
где
Me^z_a = Co²⁺,Fe³⁺,Cr³⁺,Cu²⁺,Mn²⁺ или
Co²⁺+Fe³⁺;
1 ≅ n ≅ 4.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют молярное отношение окисляемое вещество:катализатор от 0,125 до 0,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3