Способ получения 1-винил-2-фенилпиррола

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 1-винил-2-фенилпиррола из ацетофеноноксима и ацетилена в среде ДМСО в присутствии гидроксида калия, взятого в количестве 16-25% от массы ацетофеноноксима при атмосферном или близком к атмосферному (0.4-0.8 ати) давлении ацетилена, при температуре 130-150°С в течение 6-8 ч, с выделением целевого продукта прямой вакуумной дистилляцией остатка после предварительной отгонки ДМСО. Способ обеспечивает получение целевого продукта с выходом 49-65% и чистотой до 99.9%.

 

Изобретение относится к способам получения соединений пиррольного ряда, конкретно 1-винил-2-фенилпиррола.

На основе пирролов получают разнообразные, в том числе противоопухолевые, лекарственные препараты. Они являются базой для создания светодиодов, электропроводящих покрытий, используются как компоненты для современных перезаряжаемых литиевых аккумуляторов.

Присутствие винильной группы в структуре производных пиррола увеличивает их синтетические возможности, позволяет получать уникальные полимеры - электропроводящие материалы и органические металлы для процессов преобразования солнечной энергии и записи информации, сорбенты благородных металлов, биологически активные вещества и средства защиты растений, модификаторы полимеров и полимерные азокрасители. В частности, винильные мономеры с ароматическими и гетероароматическими циклами обладают уникальными фотопреломляющими свойствами и перспективны для использования в высокотехнологичных материалах и устройствах нового поколения, таких как органические проводники и полупроводники, светодиоды, легкие высокоемкие аккумуляторы, сенсоры, нанокомпозиты, устройства для записи и хранения информации. Недавно поли(N-винилпирролы) с арильными заместителями предложены в качестве высокоэффективных люминесцентных материалов с улучшенным переносом энергии. Поли(N-виниларилпирролы) являются высокоэффективной основой нанослоев с улучшенным переносом энергии, что сейчас начинает использоваться в дизайне электролюминесцентных устройств.

Наиболее распространенными методами получения 1-винилпирролов и их производных являются циклизация кетоксимов с ацетиленом в системе КОН-ДМСО (диметилсульфоксид), присоединение пирролов и их производных к ацетиленам и реакции замещения при двойной связи.

В частности, 1-винил-2-фенилпиррол получают (выход 87%) реакцией 2-фенилпиррола с ацетиленом под давлением (начальное давление 13 атм) в среде ДМСО в присутствии 30% КОН (80-90°C, 2 ч) (Б.А.Трофимов, А.И.Михалева, С.Е.Коростова, А.Н.Васильев, Л.Н.Балабанова ХГС, 1977, №2, 213). Выделяют его фракционированием в вакууме после разбавления реакционной смеси водой (1:5 по объему) и экстракции эфиром. Недостатками этого способа являются использование ацетилена под давлением и применение пожаро- и взрывоопасного диэтилового эфира для выделения целевого продукта.

Описано винилирование 2-фенилпиррола в системе КОН-ДМСО при атмосферном давлении. Так, винилирование осуществляется при 100°C (10 ч) в присутствии 60% (от массы пиррола) КОН и приводит к 1-винил-2-фенилпирролу с выходом 88% (А.И.Михалева, Б.А.Трофимов, С.Е.Коростова, А.Н.Васильев, Л.Н.Балабанова Изв. СО РАН. Сер. химич. 1979, вып.2, № 4, 105). Проводя реакцию в присутствии 5-кратного мольного избытка (200% от массы пиррола) КОН (120°C, 6 ч) (Б.А.Трофимов, Р.Н.Нестеренко, А.И.Михалева, А.Б.Шапиро, И.А.Алиев, И.В.Яковлева, Г.А.Калабин ХГС, 1986, №4, 481), получают 1-винил-2-фенилпиррол с выходом 96%. Выделяют 1-винил-2-фенилпиррол в обоих случаях фракционированием в вакууме после разбавления реакционной смеси водой (1:5 по объему) и экстракции эфиром.

Несмотря на высокие выходы 1-винил-2-фенилпиррола, необходимость предварительного получения исходного 2-фенилпиррола, максимальный выход которого не превышает 64% (Авт. свид. СССР № 601282, 1977; Бюл. изобрет. №13, 1978), и использование большого количества дорогого нерегенерируемого КОН снижают перспективу применения этого метода в технологической практике для многотоннажного получения 1-винил-2-фенилпиррола.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является одностадийный способ получения 1-винил-2-фенилпиррола с выходом 70-73% взаимодействием ацетофеноноксима с ацетиленом при 100°C в системе КОН-ДМСО при начальном давлении ацетилена 12-16 атм, 30% (от массы оксима) КОН и продолжительности контакта реагентов 3 ч (Б.А.Трофимов, С.Е.Коростова, Л.Н.Балабанова, А.И. Михалева ХГС, 1978, №4, 489; Б.А.Трофимов, С.Е.Коростова, Л.Н.Балабанова, А.И.Михалева ЖОрХ, 1978, Т.14, №10, 2182). Реакция протекает с промежуточным образованием 2-фенилпиррола, последующее взаимодействие которого с ацетиленом приводит к целевому продукту. Для его выделения реакционная смесь промывается водой (3-5-кратным количеством по объему), экстрагируется диэтиловым эфиром, эфирные экстракты вновь многократно промываются водой и после этого осушаются карбонатом калия. Высушенные эфирные экстракты перегоняются в вакууме. Существенными недостатками данного метода являются использование ацетилена под давлением (начальное давление 12-16 атм), что, вследствие повышенной опасности, делает процесс труднореализуемым в производстве, и трудоемкая многостадийная очистка целевого продукта с применением больших количеств высокопожаро- и взрывоопасного диэтилового эфира. Необходимость разбавления реакционной смеси водой приводит к образованию больших объемов щелочных водно-диметилсульфоксидных растворов и безвозвратной потере ДМСО (регенерация разбавленных водных растворов ДМСО энергоемка).

Целью настоящего изобретения является разработка одностадийного способа получения 1-винил-2-фенилпиррола, лишенного недостатков способа-прототипа.

Цель достигается предлагаемым способом получения 1-винил-2-фенилпиррола реакцией ацетофеноноксима (АФО) с ацетиленом при атмосферном или близком к атмосферному давлении в среде ДМСО в присутствии 16-25% (от массы оксима) КОН, при температуре 130-150°C, а также способом выделения целевого продукта.

Преимуществом предлагаемого способа является проведение реакции при атмосферном давлении ацетилена, тогда как в способе-прототипе реакцию проводят при начальном давлении ацетилена 12-16 атм.

Преимуществом предлагаемого способа является меньший расход катализатора (КОН): в предлагаемом способе 16-25% от массы ацетофеноноксима против 30% в способе-прототипе.

К дополнительным существенным преимуществам предлагаемого способа относятся новый прием выделения целевого продукта - отгон ДМСО из реакционной смеси в вакууме - и последующая вакуумная дистилляция остатка. Таким образом, решается принципиальная для данной технологии проблема регенерации дорогостоящего растворителя ДМСО (нерешенная в способе-прототипе).

В общем виде предлагаемый способ получения 1-винил-2-фенилпиррола осуществляется следующим образом: через нагретый до 130-150°C ДМСО, содержащий ацетофеноноксим и КОН в количестве 16-25% от массы оксима, пропускается ацетилен со скоростью, обеспечивающей его конверсию 90-100%, предпочтительно 95%. Через 6-8 часов после достижения конверсии промежуточного 2-фенилпиррола, равной 90-98%, подача ацетилена прекращается, реакционная смесь охлаждается, фракционированием в вакууме разделяют ДМСО и 1-винил-2-фенилпиррол. ДМСО после азеотропной осушки снова может быть использован в данном процессе.

При температуре ниже 130°C и количестве КОН менее 16% от массы оксима 1-винил-2-фенилпиррол образуется с невысоким выходом. Причиной снижения выходов целевого продукта является то, что винилирование промежуточного 2-фенилпиррола протекает с незначительной конверсией. Повышение температуры реакции (выше 150°C) и количества щелочи (более 25%) приводит к усилению смолообразования реакционной смеси, тем самым затрудняя выделение целевого продукта и снижая его выход.

Следующие неограничивающиеся примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1.

В стеклянный реактор емкостью 50 мл помещают 25 мл ДМСО, 0.82 г (0.013 моль, 16% от массы оксима) товарного (88%-ного) КОН, 4.49 г (0.033 моль) АФО, реакционную смесь нагревают (140°C) при перемешивании и барботируют ацетилен со скоростью ~35-45 мл/мин. Контроль за ходом реакции осуществляют методом ГЖХ путем отбора проб через 1 ч, который осуществляют следующим образом: 1 мл реакционной смеси разбавляют 2 мл воды, экстрагируют эфиром (3×1 мл), экстракты промывают водой (3×1 мл), сушат поташом, анализируют. Через 8 ч из реакционной смеси фракционированием в вакууме выделяют ДМСО и 1-винил-2-фенилпиррол. Получают 3.24 г 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 89.6%, примесь 2-фенилпиррол, 9.4%). Повторной перегонкой в вакууме получают 2.75 г (49.3%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота, по данным ГЖХ [хроматограф Agilent Technologies 6890N] ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют). Т.кип. 94-95°C (1 мм рт.ст.).

ИК (Bruker ISF 25, KBr, см^-1): 3106, 3060, 3030 (валентные колебания =C-H), 1951, 1888, 1814, 1722 (обертоны C-C фенильного цикла), 1642 (валентные колебания C=Н), 1602, 1549, 1496, 1442, (валентные C=C пиррольного и фенильного колец), 1422, 1350, 1318 (валентные колебания C-N), 1292, 1242, 1180, 1078, 1026 (деформационные C-C колебания остова), 971 (крутильные колебания C=C), 916, 886 (веерные колебания C=C), 795, 760, 714, 658, 647 (неплоские деформационные колебания =C-H), 593 (веерные колебания C-C). ¹Н ЯМР (Bruker-400DPX, 400.13 МГц, CDCl₃, δ, м.д., внутренний стандарт ГМДС, обозначения ядер см. структурную формулу, приведенную ниже):

7.36 (4H, м, о, м-Pb), 7.29 (1H, м, p-Ph), 7.09 (1H, м, H-5), 6.88 (1H, кв., H_x, ³J_Hx-Hb 8.8 Гц, ³J_Hx-Ha 15.8 Гц), 6.28 (1H, м, H-4), 6.24 (1H, м, H-3), 5.14 (1H, д., H_a, ³J_Ha-Hx 15.8 Гц), 4.66 (1H, д., H_b, ³J_Hb-Hx 8.8 Гц). ¹³C ЯМР (Bruker-400DPX, 100.6 МГц, ДМСО-d₆, δ, м.д.): 134.4 (С-2), 132.5 (C-i), 132.1 (C_α), 129.4 (C-м), 128.5 (C-o), 127.3 (C-p), 118.4 (C-5), 110.2 (C-3), 110.1 (C-4), 98.8 (С_β).

Пример 2.

В условиях примера 1, в том же реакторе, используя те же загрузки, но проводя реакцию при 150°C в течение 7 ч, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.21 г 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 98.3%, примесь 2-фенилпиррол, 1.7%). Повторной перегонкой в вакууме получают 3.0 г (53.8%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота по данным ГЖХ ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют).

Пример 3.

В условиях примера 1, в том же реакторе, используя те же загрузки, за исключением количества КОН (20% вместо 16% от массы оксима), при той же температуре (140°C) и том же времени, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.24 г (57.9%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 99.6%, примесь 2-фенилпиррол, 0.4%).

Пример 4.

В условиях примера 3, в том же реакторе, используя те же загрузки, но проводя реакцию при 150°C в течение того же времени, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.32 г (59.3%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 99.7%, примесь 2-фенилпиррол, 0.3%).

Пример 5.

В условиях примера 3, в том же реакторе, используя те же загрузки, но при температуре 130°C и том же времени, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.05 г 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 89.4%, примесь 2-фенилпиррол, 10.6%). Повторной перегонкой в вакууме получают 2.78 г (49.8%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота по данным ГЖХ ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют).

Пример 6.

В условиях примера 5, в том же реакторе, используя те же загрузки, за исключением количества КОН (25% вместо 20% от массы оксима), при той же температуре (130°C) и том же времени, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.53 г 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 89.8%, примесь 2-фенилпиррол, 10.2%). Повторной перегонкой в вакууме получают 2.82 г (50.5%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота по данным ГЖХ ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют).

Пример 7.

В условиях примера 6, в том же реакторе, используя те же загрузки, но проводя реакцию при 140°C в течение 7 ч, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.87 г 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 98.7%, примесь 2-фенилпиррол, 1.3%). Повторной перегонкой в вакууме получают 3.63 г (65.1%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота по данным ГЖХ ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют).

Пример 8.

В условиях примера 6, в том же реакторе, используя те же загрузки, но проводя реакцию при 150°C в течение 6 ч, после обработки, как описано в примере 1, получают 3.48 г (62.0%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота 99.3%, примесь 2-фенилпиррол, 0.7%).

Пример 9.

В стальной реактор емкостью 10 л с механической мешалкой и рубашкой для электроподогрева и змеевиком для внутреннего охлаждения загружают 5 л ДМСО, 1000 г ацетофеноноксима и 182 г товарного КОН (16% от массы оксима, в пересчете на 88%-ный КОН). Через реакционную смесь при нагревании (120-125°C) и перемешивании пропускают азот в течение 0.5 ч со скоростью 0.8-1.0 л/мин, а затем ацетилен со скоростью 2.1 л/мин в течение 6 ч. Температура в реакторе (143-148°C) регулируется скоростью подачи ацетилена и внутренним охлаждением (для снятия экзотермического эффекта в змеевик подается холодная вода), давление ацетилена в реакторе при этом не превышает 0.4-0.8 ати. После прекращения пропускания ацетилена реакционную смесь выдерживают еще 0.5 ч при 143-148°C до полного израсходования растворенного в ней ацетилена и обрабатывают, как описано в примере 1: отгоняют в вакууме ДМСО (50-67°C/5 мм рт.ст.) и 1-винил-2-фенилпиррол (95-100°C/1 мм рт.ст.). Выделяют 786.63 г 1-винил-2-фенилпиррола-сырца (чистота 91.4%, примесь 2-фенилпиррол, 8.6%). После повторной перегонки получают 718.60 г (57.4%) 1-винил-2-фенилпиррола (чистота по данным ГЖХ ~99.9%, на хроматограмме примеси отсутствуют).

Одностадийный селективный способ получения 1-винил-2-фенилпиррола из ацетофеноноксима и ацетилена в среде ДМСО в присутствии гидроксида калия при нагревании, отличающийся тем, что процесс ведут при атмосферном или близком к атмосферному (0,4-0,8 ати) давлении ацетилена при температуре 130-150°С в течение 6-8 ч, гидроксид калия берется в количестве 16-25% от массы ацетофеноноксима, а целевой продукт выделяют прямой вакуумной дистилляцией остатка после предварительной отгонки ДМСО.