Способ получения имида дифеновой кислоты

Изобретение направлено на разработку одностадийного метода получения имида дифеновой кислоты (ДК) непосредственно из самой ДК. Способ осуществляют за счет реакции дифеновой кислоты с азотсодержащим реагентом. Процесс ведут в одну стадию в индифферентном органическом растворителе, не смешивающимся с водой и образующим с ней азеотропную смесь, при температуре кипения реакционной массы с отгонкой образующейся воды. В качестве азотсодержащего реагента используют мочевину при мольном соотношении дифеновая кислота : мочевина, равном 1:(0,5÷4,0), или формамид при мольном соотношении дифеновая кислота : формамид, равном 1:(20÷100). Технический результат - увеличение выхода целевого продукта. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение направлено на разработку одностадийного метода получения имида дифеновой кислоты (ДК) непосредственно из самой ДК, обеспечивающего высокий выход целевого продукта.

Известен способ получения [Кулев Л.П., Гирева Р.Н., Степнова Г.М. Ж. общ. хим. 1962. Т. 32. №9. С.2812-2816] замещенных диамидов и имидов из ДК и соответствующих аминов в присутствии PCl₃ в среде ксилола.

К недостаткам данного способа необходимо отнести использование высокотоксичного треххлористого фосфора и невозможность получения незамещенного имида ДК.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является трехстадийный метод синтеза незамещенного имида ДК IV [Сэкигути Т.J. Chem. Soc. Jap. Ind. Chem. Sec. 1970. Vol. 73. №8. P.1853-1858.; Chapman J.M., Jr, Wyrick S.D., Voorstad D.J., Maguire J.H., Cocolas G.H., Hall I.H. J. Pharm. Sci. 1984. Vol. 73. №10. P.1482-1484] (Схема 1). Этот метод заключается в получении из ДК I ее ангидрида II, затем моноамида III и последующей его циклизации в имид IV.

Перемешивают 1 ч при 120°С смесь 25 г I и 75 г Ас₂O, охлаждают и выливают в 20%-ный раствор Na₂CO₃, осадок перекристаллизовывают из бензола, получают ангидрид II с выходом 95%. Перемешивают и кипятят 1.5 ч смесь 20 г II и 40 мл конц. NH₄OH, охлаждают, подкисляют 20%-ной Н₂SO₄, выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из спирта, получают моноамид III (выход 97%). Нагревают 7 ч при 130-140°С смесь 15 г III, 15 г АсОН и 25 г Ас₂O, осадок промывают водой, раствором Na₂CO₃, водой, сушат и перекристаллизовывают из спирта, получают имид IV с выходом 72%.

Конечный выход имида не превышает 68% (в пересчете на исходную ДК I), a общая продолжительность трех химических стадий 9.5 ч без учета процедур выделения и очистки.

Задачей настоящего изобретения является разработка одностадийного метода получения имида ДК непосредственно из самой ДК, обеспечивающего высокий выход целевого продукта.

Поставленная задача достигается тем, что процесс имидирования ДК ведут в индифферентном органическом растворителе, не смешивающимся с водой и образующим с ней азеотропную смесь, в отсутствие каких-либо катализаторов, конденсирующих или влагопоглащающих реагентов. В качестве азотсодержащего агента используют мочевину (метод А), либо формамид (метод Б). Образующуюся в ходе реакции воду отгоняют с растворителем, в котором проводится реакция, с возвратом растворителя в реакционную массу после отделения воды (метод А). В случае имидирования ДК формамидом (метод Б) из реакционной массы отгоняется азеотропная смесь смешанного состава, основными составляющими которой являются растворитель, формамид и вода. Выделение продукта проводится сначала отмывкой его раствором соды от остатков ДК и моноамида ДК, затем растворением остатка в водном растворе щелочи (при этом имид ДК переходит в соль), фильтрованием полученного раствора (отделяются нерастворимые в щелочи побочные продукты) и обработкой раствора разбавленной соляной кислотой (при этом осаждается хроматографически чистый имид ДК).

При выборе растворителя для осуществления процесса важно соблюдение следующих условий.

1) Растворитель не должен смешиваться с водой, т.к. в этом случае после азеотропной отгонки и разделения растворитель можно вернуть в реакционную массу.

2) Растворитель необходимо выбирать таким образом, чтобы растворимость в нем целевого продукта была значительно выше, чем исходных ДК, мочевины или формамида, соблюдение этого условия является дополнительным фактором, после азеотропной отгонки воды, приводящим к смещению равновесия в сторону образования целевого продукта.

3) При соблюдении условия (2) для метода А температура кипения растворителя должна быть выше температуры плавления мочевины (137°С), в противном случае в реакционной массе присутствует нерастворимый твердый осадок, и протекание процесса имидирования становится невозможным. Так, например, после кипячения мочевины и ДК в толуоле (110°С) в течение 10 ч в реакционной смеси не обнаруживается даже следов имида. Для метода Б данное ограничение не действует, т.к. вне зависимости от температуры кипения растворителя твердая фаза в реакционной массе отсутствует вследствие хорошей растворимости ДК в формамиде.

4) Количество растворителя для проведения синтеза как по методу А, так и по методу Б следует выбирать с таким расчетом, чтобы образующийся имид ДК в условиях синтеза мог полностью перейти в раствор. Несоблюдение этого условия приводит к снижению выхода целевого продукта. Так, например, при имидировании ДК по методу А при мольном соотношении мочевина : ДК, равном 1:1, и загрузке растворителя n-ксилола в количестве 55 мл/г ДК выход имида составляет 84-86%, а при том же соотношении мочевина : ДК и загрузке того же растворителя в количестве 20 мл/г ДК выход имида 30-32%. При имидировании ДК по методу Б при мольном соотношении формамид: ДК, равном 60:1, и загрузке растворителя n-ксилола в количестве 55 мл/г ДК выход имида составляет 56%, а при том же мольном соотношении формамид : ДК и количестве растворителя 20 мл/г ДК выход имида составляет 25-27%.

Примеры имидирования ДК мочевиной и формамидом с использованием различных индифферентных растворителей, образующих азеотропные смеси с водой, приведены в таблице.

Важным условием протекания процесса является соблюдение мольных соотношений реагентов. Для метода А влияние этого соотношения на выход целевого продукта иллюстрируют данные графика, представленного на фиг.1. Так уменьшение количества мочевины ниже 0.5 моль на 1 моль ДК приводит к резкому уменьшению выхода имида и увеличению затрат на очистку целевого продукта от непрореагировавшей ДК. С другой стороны, увеличение количества мочевины выше 4 моль на 1 моль ДК приводит к непроизводительному расходу азотсодержащего реагента, снижению выхода имида ДК и увеличению затрат на очистку целевого продукта от побочно образующихся диамида ДК и других продуктов неустановленного строения. Аналогичная закономерность наблюдается при имидировании ДК по методу Б (см. фиг.2).

Об окончании реакции следует судить по исчезновению расплава мочевины со дна колбы (метод А). При имидировании ДК формамидом (метод Б) реакцию заканчивают после полной азеотропной отгонки формамида.

Найденные условия синтеза имида ДК и установленные соотношения реагентов справедливы и при масштабировании загрузок реагентов. Так, например, при загрузке 3 г (12.4 ммоль) ДК и 0.74 г (12.4 ммоль) мочевины в 160 мл n-ксилола выход имида ДК составляет 86%, а при пропорциональном увеличении количества реагентов и растворителя в 3 раза 84%.

Таким образом, совокупность нововведенных признаков позволяет получать имид ДК с высокими выходами в одну химическую стадию из доступных реагентов (ДК, мочевины, формамида).

Примеры

Метод А. В одногорлую колбу, снабженную насадкой Дина-Старка с обратным холодильником, загружают 3.00 г (0.0124 моль) ДК, 0.74 г (0.0124 моль) мочевины и 160 мл n-ксилола. Реакционную смесь кипятят 4-5 ч до исчезновения со дна колбы расплава мочевины. После этого реакционной смеси дают постепенно охладиться до комнатной температуры и оставляют на 10-12 часов. Выпавший в виде бесцветных игл осадок имида отфильтровывают и сушат. Отгоняя растворитель из фильтрата, проводят его регенерацию, при этом выделяют остатки имида. Обе порции продукта объединяют, обрабатывают 50 мл 5%-ного раствора карбоната натрия, затем растворяют в 50 мл 7%-ного раствора NaOH. Полученный раствор фильтруют, фильтрат обрабатывают разбавленной соляной кислотой до слабокислой реакции среды. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре избытком воды и сушат. Выход продукта 84-86%.

Метод Б. В одногорлую колбу, снабженную насадкой Дина-Старка с обратным холодильником, загружают 3.00 г (0.0124 моль) ДК, 30 мл (0.752 моль) формамида и 160 мл n-ксилола. Реакционную смесь кипятят 8-10 ч до полной азеотропной отгонки формамида. После этого отгоняют растворитель, к остатку в колбе добавляют 50 мл 7%-ного раствора NaOH и 30 мл этилацетата. Содержимое колбы тщательно встряхивают, отделяют водный слой, обрабатывают его разбавленной соляной кислотой до слабокислой реакции среды. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре избытком воды и сушат. Выход продукта 52-54%.

Способ получения имида дифеновой кислоты реакцией дифеновой кислоты с азотсодержащим реагентом, отличающийся тем, что процесс ведут в одну стадию в индифферентном органическом растворителе, не смешивающимся с водой и образующим с ней азеотропную смесь при температуре кипения реакционной массы с отгонкой образующейся воды, в качестве азотсодержащего реагента используют мочевину при мольном соотношении дифеновая кислота:мочевина, равном 1:(0,5÷4,0), или формамид при мольном соотношении дифеновая кислота:формамид, равном 1:(20÷100).