СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАДРАТНОЙ КИСЛОТЫ И ЦИКЛОБУТЕНОНЫ Российский патент 1995 года по МПК C07C49/573 C07C45/43 

Изобретение относится к новому способу получения квадратной кислоты с высокими чистотой и выходом, а также галогенированных циклобутенонов, служащих в качестве новых промежуточных продуктов в предлагаемом способе.

Квадратная кислота представляет собой интересный промежуточный продукт в получении лекарств, красителей и гербицидов.

Известен ряд способов получения квадратной кислоты.

Некоторые из них исходят из гексахлор-1,3-бутадиена, циклизуемого до хлорированного производного циклобутена с помощью метанолята натрия. Полученные таким образом промежуточные продукты гидролизуются до квадратной кислоты с помощью серной или других кислот (Roedig, A. и Bernemann, P. Liebigs Ann. Chem. 1956, 600, стр.1; Maahs, G. Liebigs Ann. Chem. 1965, 686, стр.55; Angew. Chemie, 1963, 75, стр. 982; Uehara, A и Tsuchiya, R. Sci. Rep. Kanazawa Univ. 1980, 25, стр.83; Fan, R. с сотр. Chemical Abstracts 1987, 106, 103798 с). Вместо метанолята натрия применяется и морфолин (Maahs, G. и Hegenberg, P. Angew. Chemie 1966, 78, стр.927; Schmidt, A.H. и Ried. W. Synthesis 1978, стр. 869; Gadek, T.R. с сотр.1976, патент США N 4 104 308; Paine, A. J. Tetrahedron Letters, 1984, 25, стр. 135). Реакция циклизации может быть осуществлена и только под воздействием тепла (Muller, W. 1976, патент ФРГ 26 18 557; Schroder, M. и Schafer, W. 1976, патент ФРГ 26 23 836; Maahs, G. и Rombusch, D. 1978, патент ФРГ 28 24 558; Rombusch, K. и Maahs, G. 1983, выкладка ФРГ 33 14 431).

Недостатки всех этих способов заключаются либо в низких выходах, либо в высоких затратах (например, на перегонку с экстремальным флегмовым числом) и в особых мерах предосторожности, необходимых в обращении с канцерогенным исходным продуктом гексахлор-1,3-бутадиеном.

Согласно другому способу (Belluv, D. с сотр. Helv. Chim. Acta, 1978, 61, стр. 1784) из монилиформина, представляющего собой метаболит грибков, путем бромирования и гидролиза получают квадратную кислоту с выходом 70% Однако монилиформин встречается в природе только в незначительных количествах. Сверх того, известные его синтезы трудоемки и дают только низкие выходы.

Согласно еще другому способу квадратную кислоту получают восстановительной тетрамеризацией окиси углерода электрохимическим путем. Но этот способ требует большого аппаратурного оформления и дает смесь продуктов, из которой только с трудом удается выделить квадратную кислоту в чистом виде (Silvestri, G. с сотр. Gazz. Chim. Itl. 1972, 102, стр. 818, выкладка ФРГ 22 35 882; патент США 4 461 681, патент США 4 523 980, Fabre, P.L. с сотр. Bull. Soc. Chim. Fr. 1988 стр. 933).

Цель изобретения заключалась в разработке нового синтеза квадратной кислоты, исходящего из легкодоступных исходных продуктов и дающего квадратную кислоту с высокими выходом и чистотой.

Задача изобретения решена тем, что кубовый остаток, получаемый в производстве дикетена и содержащий 3-ацетокси-2-циклобутен-1-он, именуемый в нижеследующем трикетеном, формулы I
или чистый трикетен либо
а) на первой стадии подвергают реакции галогенирования с получением циклобутенона общей формулы II
где все R, имея одинаковое значение, означают атом хлора или брома. Полученный таким образом промежуточный продукт в случае необходимости выделяют и затем на второй стадии гидролизуют до квадратной кислоты, либо
б) на первой стадии подвергают кислотному гидpолизу с получением 1,3-циклобутандиона, полученный таким образом промежуточный продукт выделяют и на второй стадии подвергают реакции галогенирования с получением циклобутенона общей формулы II, который при необходимости тоже выделяют и затем на третьей стадии гидролизуют до квадратной кислоты.

В качестве исходного материала предпочтительно используют кубовый остаток, получаемый в производстве дикетена, с содержанием трикетена 5 60 мас.

Чистый трикетен или трикетен, происходящий из названного кубового остатка, галогенируют до циклобутенона формулы II 1 4 молями, предпочтительно 2,5 3,5 молями брома или хлора, в частности 2,5 3,5 молями брома, считая на 1 моль исходного материала.

Целесообразно провести реакцию при температурах 10 80^оС, предпочтительно 15-35^оС. Время реакции, как правило, составляет 10 180 мин. По истечении этого периода времени полученный остаток либо концентрируют обычным приемом с получением циклобутенона формулы II, либо его непосредственно гидролизуют до квадратной кислоты.

Для реакции галогенирования в качестве растворителей можно использовать карбоновые кислоты и соответствующие эфиры с числом атомов С₁ С₄, ангидриды карбоновых кислот и хлоруглеводороды. В качестве таких растворителей можно назвать, например, уксусную кислоту, этилацетат, ацетангидрид, хлороформ, метиленхлорид и тетрахлорметан, но предпочтительно этилацетат или уксусную кислоту.

Кислотный гидролиз чистого трикетена или трикетена из кубового остатка, получаемого в производстве дикетена, до 1,3-циклобутандиона осуществляют с помощью избытка водных кислот, например муравьиной или серной, но предпочтительно водной муравьиной кислоты. Процесс гидролиза обычно осуществляют при 0 30^оС, предпочтительно 10 30^оС. По проведении реакции, как правило, в пределах от 15 мин до сут полученный 1,3-циклобутандион перерабатывают обычными приемами, например путем экстракции или перекристаллизации.

Вторую стадию реакцию галогенирования 1,3-циклобутандиона осуществляют с применением 1 5 молей брома или хлора, пpедпочтительно 2 4 молей брома или хлора, в частности 2,5 3,5 молей брома, считая на 1 моль 1,3-циклобутандиона. Реакцию галогенирования обычно осуществляют при 0 50^оС, предпочтительно 0 20^оС. По истечении периода реакции, составляющего, как правило, 30 мин 4 ч получают циклобутенон формулы II с хорошим выходом путем обычного концентрирования остатка или же остаток гидролизуют непосредственно до квадратной кислоты. В качестве растворителей можно использовать те, которые выше описаны.

Циклобутеноны формулы II
где все R, имея одинаковое значение, означают атом хлора или брома, являются новыми соединениями, которые в результате гидролиза дают квадратную кислоту с высокими выходом и чистотой.

Предпочтительными циклобутенонами общей формулы II являются 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-он и 2,4,4-трихлор-3-окси-2-циклобутен-1-он.

Гидролиз до квадратной кислоты осуществляют с помощью минеральных кислот, например, серной, соляной, бромистоводородной или фосфоpной, карбоновых кислот, например, водной муравьиной или водной трифторуксусной, сульфокислот, например, водной метансульфокислоты или воды, причем предпочтение отдается избыточным количествам минеральных кислот, например, концентрированной серной или соляной. Гидролиз целесообразно осуществить пpи 50 150^оС, но предпочтительно при 80 120^оС.

Гидролиз до квадратной кислоты с помощью воды осуществляют с обратным холодильником. По проведении реакции в течение 2 48 ч получают квадратную кислоту с высоким выходом.

П р и м е р 1. Концентрирование трикетена.

148 г кубового остатка, полученного при производстве дикетена, с содержанием 15,5 мас. трикетена охлаждают до 10^оС. Под давлением 0,1 0,3 мбара этот остаток в количестве 17 мл/ч подают в пленочный испаритель. В результате отделяют 4 г коричневатых кристаллов с содержанием 97% трикетена и 20 г желтой жидкости с содержанием 51,5% трикетена. При температуре 20 40^оС и под давлением 0,2 мбара в течение 20 мин очищают кубовый остаток от дикетена и других легколетучих примесей, после чего его растворяют в диэтиловом эфире (50 мл), охлаждают до -60^оС и подвергают фильтрации. Полученный остаток промывают охлажденным до -60^оС диэтиловым эфиром (10 мл), после чего отсасывают диэтиловый эфир до получения сухого остатка. 11,7 г коричневатых кристаллов возгоняют при 30^оС под давлением 0,1 мбара. В результате возгонки получают 10,5 г бесцветных кристаллов трикетена, что соответствует выходу в 46% считая на трикетен, содержащийся в дикетеновой смоле. Т.пл. 34^оС.

П р и м е р 2. Получение 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-она.

К 1,26 г (10 ммолей) трикетена, pастворенного в 10 мл этилацетата, в течение 20 мин с перемешиванием по каплям добавляют 4,84 г (30 ммолей) брома, растворенного в 10 мл этилацетата. При этом температуру реакции поддерживают в пределах 22 30^оС. После перемешивания в течение еще одного часа при комнатной температуре полученный оранжевый раствор концентрируют на ротационном испарителе. В результате получают 3,07 г продукта, что соответствует выходу 96% считая на исходный трикетен.

Точка плавления: 163^оС (с разложением)
¹Н-ЯМР (d₇-ДМФ, 300 мГц, δ в миллионных частях): 11,2 широкий c.

¹³ Н-ЯМР (d₇-ДМФ, 300 мГц, δ в миллионных частях): 71, с; 178, с; 209, с; 221, с.

П р и м е р 3. Получение 1,3-циклобутандиона.

14 г трикетена (содержание 95 105 ммолей) при 10^оС по порциям добавляют к смеси 140 г муравьиной кислоты и 4,6 г воды (256 ммолей). Через 4 ч концентрируют массу. Коричневый остаток взмучивают в диэтиловом эфире (20 мл), отфильтровывают и промывают диэтиловым эфиром (5 мл). После высушивания получают 8,8 г светло-коричневых кристаллов с т.пл. 118-119^оС (с разл.) и содержанием 97 1,3-циклобутандиона, что соответствует выходу 96% считая на трикетен.

П р и м е р 4. Получение 2,4,4-трихлор-3-окси-2-циклобутен-1-она.

0,84 г (10 ммолей) 1,3-циклобутандиона взмучивают в четыреххлористом углероде (10 мл). С перемешиванием при 2 4^оС в течение 45 мин вводят 2,3 г (32 ммоля) хлора. По завершении добавления хлора перемешивают желтую взвесь еще 1 ч при 4-9^оС. В результате концентрирования массы на ротационном испарителе получают 1,7 г продукта, что соответствует выходу в 90 считая на исходный, 1,3-циклобутандион.

Точка плавления: 156 159^оС (с разложением).

¹Н-ЯМР (d₇ -ДМФ, 300 мГц, δ в миллионных частях): 9,8, с.

П р и м е р 5. Получение квадратной кислоты путем гидролиза серной кислотой.

а) исходя из 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-она.

К 3,07 г (9,6 ммоля) 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-она добавляют 5 мл 99%-ной конц. серной кислоты. Полученную взвесь перемешивают в течение 15 ч при 100^оС, после чего ее охлаждают и фильтруют. Полученный остаток три раза промывают ацетоном (по 1 мл), после чего его высушивают в течение 4 ч при 50^оС и под давлением 40 мбар. В результате получают 1,03 г белых кристаллов с содержанием 95% квадратной кислоты, что соответствует 0,97 г (8,5 ммоля) квадратной кислоты с выходом 85 считая на исходный трикетен.

б) исходя из 2,4,4-трихлор-3-окси-2-циклобутен-1-она.

К 1,7 г (9 ммолей) 2,4,4-трихлор-3-окси-2-циклобутен-1-она добавляют 4 мл 99%-ной конц. серной кислоты и 0,5 мл воды. Полученную взвесь перемешивают в течение 15 ч при 80^оС, после чего ее охлаждают и фильтруют. Полученный остаток три раза промывают ацетоном (по 2 мл), после чего его высушивают в течение 15 ч при 50^оС и под давлением 40 мбар. В результате получают 0,71 г серого твердого вещества с содержанием 93 квадратной кислоты, что соответствует 0,66 г (5,8 ммоля) чистой квадратной кислоты с выходом 58 считая на 1,3-циклобутандион.

П р и м е р 6. Получение квадратной кислоты путем гидролиза водой.

К 1,30 г (4,1 ммоля) 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-она добавляют 10 мл воды. Желтоватый раствор кипятят в течение 14 ч с обратным холодильником, после чего его охлаждают и фильтруют. Полученный остаток два раза промывают водой (по 0,5 мл), после чего его высушивают в течение 16 ч при 50^оС и под давлением 40 мбар. Остаются 0,344 г серых кристаллов, содержащих 96 квадратной кислоты, что соответствует 0,330 г (2,9 ммоля) квадратной кислоты и выходу в 70 считая на исходный трикетен.

П р и м е р 7. Получение квадратной кислоты путем гидролиза другими кислотами.

Аналогично примеру 5 а получают квадратную кислоту в каждом случае путем гидролиза 0,50 г (1,6 ммоля) 2,4,4-трибром-3-окси-2-циклобутен-1-она.

Результаты приведены в таблице.

Использование: в органическом синтезе. Сущность изобретения: продукт квадратная кислота, циклобутеноны. Реагент 1: кубовый осадок, содержащий 3-ацетокси-2-циклобутен-1-он, или чистый 3-ацетокси-2-циклобутен-1-он. Реагент 2: галоген ф-лы где R-одинаковые значения, атом хлора или брома. 3 с. и 8 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения квадратной кислоты, отличающийся тем, что кубовый остаток, получаемый в производстве дикетена и содержащий 3-ацетокси-2-циклобутен-1-он формулы

или чистый 3-ацетокси-2-циклобутен-1-он на первой стадии подвергают реакции галогенирования с получением циклобутенола общей формулы

где все R одинаковые и означают хлор или бром,
полученнный таким образом промежуточный продукт в случае необходимости выделяют и затем на второй стадии гидролизуют до квадратной кислоты формулы

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества используют кубовый остаток, получаемый в производстве дикетена и содержащий 5-60 мас. 3-ацетокси-2-циклобутен-1-она. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что реакцию галогенирования 3-ацетокси-2-циклобетен-1-она осуществляют с помощью 1-4 моль брома или хлора, считая на 1 моль 3-ацетокси-2-циклобутен-1-она. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что реакцию галогенирования 3-ацетокси-2-циклобутен-1-она осуществляют с помощью 2,5 3,5 моль брома или хлора, считая на 1 моль 3-ацетокси-2-циклобутен-1-она. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что реакцию галогенирования 3-ацетокси-2-циклобутен-1-она осуществляют при 10-80^oС. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролиз до квадратной кислоты осуществляют с помощью минеральных кислот сульфокислот, карбоновых кислот или воды. 7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что гидролиз до квадратной кислоты осуществляют с помощью серной кислоты. 8. Способ по п.1,6 или 7, отличающийся тем, что гидролиз до квадратной кислоты осуществляют при 50-150^oС. 9. Циклобутеноны общей формулы

где все R одинаковы и означают хлор или бром. 10. 2,4,4-Трибром-3-окси-2-циклобутен-1-он. 11. 2,4,4-Трихлор-3-окси-2-циклобутен-1-он.