Способ получения 3,4-бензоциннолина
Владельцы патента RU 2574736:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 3,4-бензоциннолина восстановлением 2,2′-динитробифенила в изопропиловом спирте в качестве растворителя в присутствии гетерогенного катализатора - оксида алюминия (Al2O3) и сверхкритического растворителя - изопропилового спирта при температуре Т=320-360°C и давлении Р=150-220 атм. Процесс осуществляют в трубчатом реакторе проточного типа. Способ позволяет получить целевой продукт с селективностью не менее 98% при количественной конверсии и высокой производительности процесса при непрерывном режиме. Процесс осуществляют в течение нескольких минут без использования дорогостоящих катализаторов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области синтеза органических соединений, а именно к способам их получения в новых реакционных средах-растворителях с участием гетерогенных катализаторов, выбору условий проведения реакций, в частности получению 3,4-бензоциннолина 1 восстановлением 2,2′-динитробифенила 2.
3,4-Бензоциннолин 1 применяется для синтеза соединений, обладающих анальгезирующей и противовоспалительной активностями (Haco-Ges, US 2778829, 1955).
Известны способы получения 3,4-бензоциннолина 1 из 2,2′-динитробифенила 2 восстановлением с помощью LiAlH4 (Badger, Pettit; Journal of the Chemical Society, 1951, p. 3211-3215) или NaBH4 в присутствии Pd (Smith, B. William; Journal of Heterocyclic Chemistry, 1987, vol. 24, p. 745-748). Недостатками являются использование эквимолярных количеств дорогостоящих восстановителей, необходимость водной обработки реакционных смесей, ведущей к образованию сточных вод.
Известен способ получения 3,4-бензоциннолина 1, выбранный нами в качестве прототипа (S. Dehghanpour, F. Afshariazar, J. Assoud. Polyhedron 35 (2012) 69-76), при реализации которого восстановление 2,2′-динитробифенила 2 в 3,4-бензоциннолин 1 (выход 85%) проводится гидразин гидратом при кипячении в этаноле в течение 4 ч в присутствии катализатора 10% Pd/C. Недостатками являются применение дорогостоящего катализатора, высокотоксичного восстановителя и длительное время реакции.
Изобретение решает задачу эффективного синтеза 3,4-бензоциннолина 1 из 2,2′-динитробифенила 2 с высокой производительностью в непрерывном режиме за времена контакта в несколько минут без использования дорогостоящих катализаторов.
Для решения этой задачи используются:
1) сверхкритический растворитель-реагент, предпочтительно, изопропиловый спирт;
2) гранулированный оксид алюминия Al2O3 в качестве катализатора;
3) трубчатый реактор проточного типа, что позволяет проводить превращения за короткие времена контакта и облегчает масштабирование процесса.
Восстановление 2,2′-динитробифенила 2 осуществляют в сверхкритическом изопропиловом спирте с применением экспериментальной установки на основе трубчатого реактора проточного типа, содержащего гранулированный гетерогенный катализатор Al2O3. Исходную смесь подают в реактор двумя потоками. Первый поток - сверхкритический изопропиловый спирт - подают при помощи шприцевого насоса в смеситель, расположенный на входе в реактор, через теплообменник, где нагревают до температуры реакции. Второй поток, раствор 2,2′-динитробифенила 2 в подходящем растворителе, подают в тот же смеситель при помощи поршневого насоса. В качестве растворителя используют изопропиловый спирт с сорастворителем, предпочтительно, бензолом.
Реакцию проводят в интервале температур T=300-360°C и давлении Р=150-220 атм. Время контакта реакционной смеси составляет менее 6 мин. Реакционную смесь на выходе реактора охлаждают и собирают.
Состав жидких продуктов реакции анализировался методом хроматомасс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent 6890N с квадрупольным масс-анализатором Agilent 5973N в качестве детектора. Для анализа использовалась кварцевая колонка HP-5MS (сополимер 5%-дифенил-95%-диметилсилоксана) длиной 30 м, внутренним диаметром 0.25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 мкм. Развертка - от m/z 29 до m/z 500. Качественный анализ продуктов реакции осуществляют сравнением полных масс-спектров с соответствующими литературными данными и с данными библиотек NIST (190825 соединений) и Wiley7 (375000 масс-спектров). Состав смесей рассчитывают, исходя из площадей пиков компонентов в хроматограммах.
Полученные при восстановлении 2,2′-динитробифенила 2 результаты приведены в таблице 1.
Восстановление 2,2′-динитробифенила 2 (раствор в смеси изопропилового спирта с бензолом в соотношении 7 : 3) при 300°C позволило получить в качестве единственного продукта 3,4-бензоциннолин 1 (конверсия соединения 2 составила 31%). Повышение температуры до 320°C привело к почти количественной конверсии, при этом селективность по продукту 1 составила 98%.
Таким образом, предложенный метод позволяет проводить восстановление 2,2′-динитробифенила 2, приводя к образованию 3,4-бензоциннолина 1 с высокой конверсией и селективностью за времена контакта менее 6 мин с использованием недорогого катализатора.
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.
Пример 1. Синтез 3,4-бензоциннолина 1.
Синтез 3,4-бензоциннолина 1 осуществляют с применением экспериментальной установки с использованием трубчатого проточного реактора (6.0×8.0 мм, длина 3.0 м), загруженного гранулированным оксидом алюминия Al2O3 объемом 42 см3 (39.1 г). В реактор загружают Al2O3 (Macherey-Nagel, pH 7±0.5, свободная поверхность по BET ~130 м2/г) с размером зерна 50-200 мкм.
Исходную смесь подают в реактор двумя потоками. Первый поток - сверхкритический изопропиловый спирт (расход 7.0 мл/мин) - при помощи шприцевого насоса подают в смеситель, расположенный на входе в реактор, через теплообменник, где нагревают до температуры реакции. Второй поток (расход 3.0 мл/мин) - 1%-ный раствор 2,2′-динитробифенила 2 в смеси изопропилового спирта с бензолом в соотношении 7:3 подают в тот же смеситель при помощи поршневого насоса.
Реакцию проводят в интервале температур Т=300-360°C, предпочтительно, 320-340°C, и давлении Р=150-220 атм. Время контакта составляет менее 6 мин. Реакционную смесь на выходе реактора охлаждают, собирают и анализируют. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Как видно из описания, изобретение решает задачу контролируемого получения 3,4-бензоциннолина селективным восстановлением 2,2′-динитробифенила 2 в выбранном сверхкритическом растворителе на гетерогенном катализаторе оксида алюминия Al2O3 и направлено на получение ценных промежуточных соединений, использующихся в синтезе биологически активных соединений.
Осуществление химических превращений в сверхкритических флюидах-растворителях может быть положено в основу современных технологий получения широкого класса промышленно важных органических соединений и лекарственных веществ.
1. Способ получения 3,4-бензоциннолина восстановлением 2,2′-динитробифенила в присутствии катализатора в среде растворителя, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют оксид алюминия и процесс осуществляют в сверхкритическом изопропиловом спирте при температуре T=320-360°C и давлении Р=150-220 атм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс осуществляют в трубчатом реакторе проточного типа.
