Способ получения 1,4-дифенил-3-анилиден-5(н)-1,2,4-триазола (нитрона)

 

1,4-Дифенил-3-анилиден-5(Н)-1,2,4-триазол(нитрон) является известным аналитическим реагентом для весового определения нитрат, перхлорат, вольфрамат, рутенат анионов. Усовершенствован известный способ получения реагента - ниатрон посредством снижения температурного режима стадии 2 процесса до 29-31^oC по сравнению с 50^oC в прототипе, замены растворителей, разработки способа выделения целевого продукта из реакционной смеси. Проведенные изменения в способе позволили повысить выход целевого продукта, селективность процесса, сократить расход используемых растворителей. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к химии азогетероциклических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения 1,4-дифенил-3-анилиден-5(H)-1,2,4-триазола (нитрона) формулы Нитрон в настоящее время используется как аналитический реагент на анионы NO₃,ClO^-₄,WO²₄^-,ReO^-₄ /Ганчев Н., Дмитрова А.Д. - Укр. хим.ж., 1967. т. 29, с. 702 - 706; Кузнецова В.И. - Авт. свид. СССР N 1248958, 1986;/, реагент для определения кремния, германия, мышьяка, фосфора, иодидов [Hahn. Harry, Wapen Knecht. - Z. Analit. Chem., 1961, Bd. 182, N 5, s. 343-357; Ganteher N., Athanassova D. - Talanta. 1973, N 20, p. 125] материал, отличающийся высоким антистатическими характеристиками, благодаря которым применяется для создания фотографического слоя в фотоматериалах /Vokoyama shigeki, Nokomuva Kokio - J. Am. Chem Soc., 1985, V. 84, p. 3112/.

Описан способ получения реактива нитрон /Buch M. - Bev/ 1905, Bd 38, s. 856 - 868/. Синтез включает 4 стадии: 1. Обессеривание дифенилтиомочевины с целью получения дифенилкарбодиимида. В качестве обессеривающего агента используют оксид свинца или оксид ртути, растворителя - бензол 2. Присоединение фенилгидразина - основания к дифенилкарбодиимиду с образованием трифениламиногуанидина (ТФАГ). Реакцию проводят при нагревании до 50^oC 3. Конденсация ТФАГ с формальдегидом с образованием 1,4-дифенил-3-анилид-1,5-дигидро-1,2,4-триазола
4. Окисление триазола в нитрон V под действием различных окислителей (бихромат калия, перманганат калия, хлорное железо, нитрит натрия)

Выход целевого продукта не превышает 20% в расчете на дифенилтиомочевину. Выходы по стадиям реакций не приводятся. По этому методу было освоено промышленное производство реактива нитрона на заводе им. Войкова и на предприятии п/я 7815 (г. Москва).

Прототипом изобретения является способ получения реактива нитрон, описанный в работах [Buch M. Endimino - triazole // J.prokt. Chem. - 1903. - Bd. 67. - S. 201 - 207; Buch M. Endimino - triazole II.// Bcv/ - 1905. - Bd. 38. -S. 4049-4062. - S.856-868.]
Недостатками прототипа являются:
1. Температурный режим реакции на стадии 2. Проведение реакции присоединения фенилгидразина к дифенилкарбодиимиду при 50^oC нецелесообразно, т.к. при этой температуре в реакционной смеси наряду с необходимыми для синтеза ТФАГ таутомером IIIa, образуется другая его форма IIIб, что снижает выход целевого продукта, т.к. таутомерная форма IIIб приводит не к нитрону, а псевдонитрону.

2. Получение триазола и нитрона (3-я и 4-я стадии) проводят с использованием пищевого продукта - этилового спирта.

3. Низкий выход целевого продукта, не превышает 20%.

Целью изобретения является усовершенствование способа получения 1,4-дифенил-3-анилиден-5-(H)-1,2.4-триазола (нитрона), повышение выхода целевого продукта и степени превращения исходного тиокарбанилида.

Эта цель достигается изменением условий реакции на всех стадиях синтеза нитрона.

Первая стадия. Для обессеривания дифенилтиомочевины нами был использован свинцовый сурик (Pb₃O₄) вместо оксида свинца - двухвалентного.

Вторая стадия. Изменение температурного режима реакции присоединения к дифенилкарбодиимиду фенилгидразина - основания осуществляют при температуре 29 - 31^oC (вместо 50^oC, как указано в прототипе). При данной температуре образуется требуемый таутомер ТФАГ IIIа с выходом ~ 80%, практически свободный от примеси нежелательно термодинамически более стабильного таутомера IIIб. Последний в условиях реакции преобразуется не в нитрон, а в балластный псевдонитрон


Третья стадия. В замене на стадии конденсации ТФАГ с формальдегидом этилового спирта изопропиловым и снижении температуры режима до 55 - 60^oC, при этом выход целевого триазола составляет 89%.

Четвертая стадия. В замене этилового спирта изопропиловым на стадии окисления триазола нитритом натрия. В замене экстракции для выделения реактива нитрон методом переосаждения (лед. уксусная кислота + 25%-ный раствор аммиака) с последующей промывкой ацетоном. Очищенный таким образом нитрон соответствует классификации "ч. д.а." с содержанием основного вещества 98% (гравиметрический способ определения содержания).

Выход нитрона составляет 43% в расчете на исходную дифенилтиомочевину (I), используемую в первой стадии, что превышает указанный в прототипе практически в 2 раза.

Предложенный способ получения реактива нитрон обладает следующими достоинствами:
- повышение выхода целевого продукта нитрон;
- снижение температурного режима на стадии получения ТФАГ, позволяющего получать необходимый для синтеза таутомер последнего (IIIa);
- замена растворителя: изопропиловый спирт вместо этилового спирта;
- упрощение способа очистки реактива нитрон.

Пример 1. Стадия 1. 300 г (1,374 моля) дифенилтиомочевины в 700 мл бензола кипятят при интенсивном перемешивании до прекращения отделения воды с насадкой Дина-Старка, прибавляют порциями 300 г (1,29 моля) свинцового сурика. После прекращения выделения воды (~ 20 мл) процесс десульфирования считается законченным. Шлам отделяют. Карбодифенилдиимид без выделения вводят в следующую стадию.

Стадия 2. Полученный раствор карбодифенилдиимида (II) охлаждают до 10^oC и при перемешивании прикапывают 136 мл (148 г 1,2 моля) основания фенилгидразина. Скорость прикапывания регулируют так, чтобы температура реакционной массы составляла 30^oC (~ 30 мин). После прибавления всего фенилгидразина отгоняют при атмосферном давлении 100 мл бензола. Оставшийся раствор ТФАГ переносят в стакан, прибавляют 300 мл изопропилового спирта и оставляют на холоде на 8 - 10 часов. Образовавшийся кристаллический продукт отфильтровывают и сушат на воздухе, получают 350 г ТФАГ (IIIa) (выход 88%, т.пл. 156 - 158^oC).

Стадия 3. К 200 мл (0,66 моль) ТФАГ (IIIa) прибавляют 200 мл 40%-ного водного раствора формальдегида и 1800 мл изопропилового спирта. Реакционную смесь нагревают при температуре 55 - 60^oC в течение 0,5 часа и оставляют охлаждаться. Образовавшийся продукт отфильтровывают, промывают 150 мл изопропилового спирта, сушат на воздухе, получают 184 г (89%) 1,4-дифенил-3-анилиден-1,5-дигидро-1,2,4-триазола IV, т.пл. 126 - 128^oC.

Стадия 4. К 240 г (0,76 моль) 1,4-дифенил-3-анилиден-1,5-дигидро-1,2,4-триазола (IV) в 1800 мл изопропилового спирта прибавляют ледяную уксусную кислоту при температуре 65 - 67^oC до полного растворения кристаллов, на что требуется 200 мл кислоты. Затем прибавляют раствор нитрита натрия (приготовленный из 88 г нитрита натрия и 200 мл воды). Скорость прибавления регулируют так, чтобы температура смеси держалась в пределах 62 - 65^oC. После изменения окраски раствора (из светло-зеленого до красного) реакционную массу охлаждают до 20^oC и при перемешивании вливают в раствор, состоящий из 200 мл 25%-ного водного раствора аммиака с 500 г измельченного льда. Образующийся лимонно-желтый тонкодисперсный осадок основания нитрона (V) фильтруют, промывают водой и хорошо отжимают.

Полученный реактив нитрон (V) далее переосаждают: растворяют в ледяной уксусной кислоте, разбавляют водой в соотношении 1:5. Образующиеся при этом смолистые примеси отделяют, фильтруют выливают в раствор 25%-ного водного раствора аммиака с 500 г измельченного льда. Полученный раствор тонкодисперного нитрона оставляют на 10 - 12 часов для коагуляции. Затем осадок отфильтровывают. Полученный нитрон промывают 100 мл ацетона, фильтруют и хорошо отжимают. Продукт сушат в вакуумном шкафу при температуре 50^oC и остаточном давлении 0,2 кг/см². Выход нитрона составляет 176 г (74%), т.пл. 186 - 188^oC.

Найдено, %: C 76,89; H 5,20; N 18,01. C₂₀H₁₆N.

Вычислено, %: C 76,92; H 5,13; N 17,95.

ИК-спектр, см^-1: 3052 (ν_CHаром.), 2924(ν CH), 572 (ν_CHаром.).
Процентное содержание основного вещества 98% (гравиметрический метод). Выход нитрона в расчете на исходную дифенилтиомочевину составляет 43%.

Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1, стадию 2 осуществляют при температуре 29^oC. Выход целевого продукта составляет 175,8 г (73,9%), т. пл. 186 - 188^oC.

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1, стадию 2 осуществляют при температуре 31^oC, выход целевого продукта составляет 175,8 г (73,9%), т. пл. 186 - 188^oC.

Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 1, стадию 2 осуществляют при температуре 28^oC, выход целевого продукта составляет 171 г (72%), т.пл. 185 - 189^oC.

Пример 5. Процесс проводят аналогично примеру 1, стадию 2 осуществляют при температуре 32^oC, выход целевого продукта составляет 166 г (70%), т.пл. 183 - 189^oC.

Формула изобретения

1. Способ получения 1,4-дифенил-3-анилиден-5(Н)-1,2,4-триазола путем обессеривания дифенилтиомочевины оксидом свинца с получением дифенилкарбодиимида, который подвергают взаимодействию с основанием фенилгидразина при нагревании, с последующей гетероциклизацией полученного трифениламиногуанилина в соответствующий триазол, окислением последнего в спиртовой среде и выделением целевого продукта, отличающийся тем, что гетероциклизацию проводят при температуре 55 - 60^oC с помощью формальдегида, в качестве оксида свинца используют свинцовый сурик, в качестве спирта при гетероциклизации и окислении используют изопропиловый спирт, а взаимодействие дифенилкарбодиимида с основанием фенилгидразина осуществляют при температуре 29 - 31^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение целевого продукта осуществляют переосаждением из смеси ледяной уксусной кислоты и раствора аммиака.