Способ получения 1-адамантанкарбоновой кислоты

 

Изобретение относится к синтезу производных адамантана, в частности к способу получения 1-адамантанкарбоновой кислоты. 1-Адамантанкарбоновую кислоту получают путем карбоксилирования адамантана муравьиной кислотой в среде хлорированного алифатического углеводорода в присутствии серной кислоты и третичного бутилового спирта. Адамантан, 97-100%-ную серную кислоту, 98-100%-ную муравьиную кислоту, третичный бутиловый спирт берут в мольном соотношении 1: (15-25): (4,5-5,5): (3-3,5) соответственно и процесс получения 1-адамантанкарбоновой кислоты проводят при температуре 17-25°С в течение 2-3 ч. Выделение 1-АКК осуществляют путем обработки раствора 1-АКК в четыреххлористом углероде водным раствором аммиака с образованием ее аммиачной соли и последующим переводом ее в калиевую соль обработкой гидроксидом калия, подкислением раствора калиевой соли до прекращения выпадения 1-АКК в осадок и его отделением. Новый способ обеспечивает высокий и стабильный выход 1-АКК при оптимальном сочетании концентраций используемых ингредиентов. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии органического синтеза, в частности к способу получения 1-адамантанкарбоновой кислоты, применяемой в качестве полупродукта в синтезе биологически активных медицинских препаратов, полимерных материалов, поверхностно-активных веществ, антистатиков, пластификаторов, инсектицидов и т.д.

Известен способ получения 1-адамантанкарбоновой кислоты (1-АКК), основанный на карбоксилировании адамантана муравьиной кислотой в среде 96%-ной серной кислоты в присутствии третичного бутилового спирта (J.Willey "Organic Synthesis", 1964, v. 44, p. 1-3).

Недостатком способа является большой избыток реагентов по отношению к адамантану (мольное соотношение адамантан: серная кислота: муравьиная кислота: третичный бутиловый спирт составляет 1:48:12:4 соответственно), что приводит на практике к выходу 1-АКК не более 50 - 60%.

Известен способ получения 1-АК путем карбоксилирования адамантана 98%-ной муравьиной кислотой в среде 98%-ной серной кислоты в присутствии третичного бутилового спирта (US, патент, 4001223, C 07 D 241/02, 1977).

Недостатком данного метода так же, как и предыдущего, является нерациональное соотношение реагентов (мольное соотношение адамантан: серная кислота: муравьиная кислота: третичный бутиловый спирт составляет 1:48:6,2:4 соответственно). Слишком высокие загрузки серной кислоты затрудняют возможность эффективного смешения органического и неорганического слоев, образующихся в процессе синтеза 1-АКК, особенно в промышленных реакторах, что на практике не позволяет получать целевой продукт с выходом более 60%.

По причине низкого выхода целевого продукта - 1-АКК - неэффективно использование в промышленности вместо серной кислоты олеума (SU, авторское свидетельство, 583999, C 07 C 67/12, 1977). Использование олеума вызывает необходимость охлаждения реакционной массы смесью сухой лед/ацетон, что делает процесс неэкономичным, кроме того, резко снижается чистота целевого продукта из-за возрастания доли продуктов дизамещения адамантана, а выделенная 1-АКК требует дополнительной очистки.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ получения 1-АКК путем карбоксилирования адамантана в растворе четыреххлористого углерода муравьиной кислотой в среде серной кислоты в присутствии третичного бутилового спирта (Опубликованная заявка 92008968/04, C 07 C 61/12, БИ N 17, 1996). Адамантан, серную кислоту, муравьиную кислоту, третичный бутиловый спирт берут в мольном соотношении 1:(14-28):(6:13):(1,2-2,6) соответственно. Выделение целевого продукта ведут путем обработки раствора 1-АКК в четыреххлористом углероде водным раствором аммиака с образованием ее аммиачной соли и последующим переводом ее в калиевую соль обработкой гидроксидом калия, удалением органических примесей экстракцией органическим растворителем, подкислением раствора калиевой соли 1-АКК до прекращения выпадения целевого продукта (1-АКК) в осадок и его отделением.

Недостатком известного способа является нерациональное соотношение реагентов, в частности высокая загрузка муравьиной кислоты и недостаточная загрузка третичного бутилового спирта, что на практике приводит к невысокому выходу 1-АКК.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание технологического процесса получения 1-адамантанкарбоновой кислоты, многократно воспроизводимого в промышленности, обеспечивающего высокий и стабильный выход целевого продукта при оптимальном сочетании концентраций используемых ингредиентов.

Поставленная задача решена новым способом получения 1-АКК. Способ осуществляется путем карбоксилирования адамантана 98-100%-ной муравьиной кислотой в среде хлорированного алифатического углеводорода в присутствии 97-100%-ной серной кислоты и третичного бутилового спирта. Адамантан, серную кислоту, муравьиную кислоту и третичный бутиловый спирт берут в мольном соотношении 1: (15-25):(4,5-5,5):(3-3,5) соответственно и процесс получения 1-адамантанкарбоновой кислоты проводят при температуре 17-25^oC в течение 2-3 ч.

В качестве хлорированного алифатического углеводорода при проведении процесса используют четыреххлористый углерод или хлороформ или хлористый метилен.

Предпочтительно использование четыреххлористого углерода.

Выделение 1-адамантанкарбоновой кислоты осуществляют путем обработки раствора 1-АК в четыреххлористом углероде водным раствором аммиака с образованием ее аммиачной соли и последующим переводом ее в калиевую соль обработкой гидроксидом калия, подкислением раствора калиевой соли до прекращения выпадения 1-адамантанкарбоновой кислоты в осадок и его отделением. Авторами настоящего изобретения установлено, что вышеописанный метод выделения 1-АКК обеспечивает получение целевого продукта высокой степени чистоты и является предпочтительным среди других известных методов выделения 1-АКК в связи с меньшей энерго- и трудоемкостью.

Новый способ обеспечивает выход 1-АКК 76-80% с содержанием основного вещества не менее 98,7%.

Все используемые для получения 1-АКК ингредиенты выпускаются в промышленном масштабе и являются коммерчески доступными продуктами.

Существо настоящего изобретения далее иллюстрируется, но не ограничивается следующими примерами.

Пример 1. В реактор загружают 200 л 98%-ной серной кислоты, 75 л CCl₄ и 25 кг адамантана, поддерживая температуру 17-20^oC, и при эффективном перемешивании добавляют 5 л 99%-ной муравьиной кислоты. Через три минуты в реактор начинают добавление смеси 30 л муравьиной кислоты и 55 л третичного бутилового спирта, которое продолжают в течение 2-3 ч при температуре реакционной смеси 17-25^oC. Мольное соотношение адамантан: серная кислота: муравьиная кислота: третичный бутиловый спирт составляет 1:20,35:5,06:3,19 соответственно. По окончании добавления реагентов реакционную массу выливают в 500 л холодной воды (температура смеси не превышает 20-25^oC), отделяют органический слой, а водный слой экстрагируют 150 л CCl₄. Полученные вытяжки объединяют, объединенный органический слой промывают 200 л воды и обрабатывают 50 л 25%-ного водного аммиака при перемешивании. При этом выпадает белый творожистый осадок аммиачной соли 1-АКК. Полученную соль отфильтровывают, осадок аммиачной соли промывают 50 л воды и отжимают. К аммиачной соли 1-АКК приливают водный раствор гидроксида калия (37 кг гидроксида калия растворяют в 710 л воды), перемешивают 30 мин до полного растворения, полученный водный раствор калиевой соли 1-АКК отфильтровывают от твердых примесей и нейтрализуют разбавленной серной или соляной кислотой до значения pH 3. Выпавший белый осадок 1-АКК отфильтровывают, промывают водой до значения pH 6-7 и сушат. Получают 26 кг 1-АКК (выход 78%) с содержанием основного вещества 98,8 - 99,5%. Брутто-формула: C₁₁H₁₆O₂. ИК - спектр /ν, см^-1, KBr/1735. T_пл 175-176^oC.

Элементный анализ: Найдено: C 73,12; H 8,81.

Вычислено: C 73,30; H 8,95.

Пример 2. Реакцию проводят в условиях, описанных в примере 1. Общую загрузку муравьиной кислоты меняют с 35 л на 38 л. Мольное соотношение адамантан: серная кислота: муравьиная кислота: третичный бутиловый спирт составляет 1: 20,35:5,5:3,19 соответственно. Реакцию проводят в хлороформе. Выход 1-АКК составляет 26,1 кг (78,3%).

Пример 3. Реакцию проводят в условиях, описанных в примере 1. Загрузка 100%-ной серной кислоты составляет 160 л. Мольное соотношение адамантан: серная кислота: муравьиная кислота: третичный бутиловый спирт 1:16,28:5,06: 3,19 соответственно. Выход 1-АКК составляет 25,3 кг (76%).

Из представленных примеров следует, что новый способ получения 1-АКК может быть реализован в промышленности с обеспечением высокого и стабильного выхода целевого продукта при оптимальном сочетании концентраций используемых ингредиентов.

Формула изобретения

1. Способ получения 1-адамантанкарбоновой кислоты путем карбоксилирования адамантана муравьиной кислотой в среде хлорированного алифатического углеводорода в присутствии серной кислоты и третичного бутилового спирта с образованием 1-адамантанкарбоновой кислоты, которую обрабатывают водным раствором аммиака, и образовавшуюся аммиачную соль 1-адамантанкарбоновой кислоты переводят обработкой гидроксидом калия в калиевую соль 1-адамантанкарбоновой кислоты с последующим подкислением раствора калиевой соли до прекращения выпадения 1-адамантанкарбоновой кислоты в осадок, который затем отделяют, отличающийся тем, что адамантан, 97 - 100%-ную серную кислоту, 98 - 100%-ную муравьиную кислоту, третичный бутиловый спирт берут в мольном соотношении 1 : (15 - 25) : (4,5 - 5,5) : (3 - 3,5) соответственно и процесс получения 1-адамантанкарбоновой кислоты проводят при температуре 17 - 25^oC в течение 2 - 3 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хлорированного алифатического углеводорода используют четыреххлористый углерод, или хлороформ, или хлористый метилен.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве хлорированного алифатического углеводорода используют четыреххлористый углерод.