СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРТО- ИЛИ ПАРАНИТРОБЕНЗАЛЬДЕГИДА И 2-НИТРО-2-ОКСИМЕТИЛПРОПАНДИОЛА-1,3 Российский патент 1997 года по МПК C07C205/44 C07C205/15 

Изобретение относится к химической технологии получения изомеров нитробензальдегида: орто-нитробензальдегида или пара-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3, являющихся промежуточными продуктами в синтезе ряда лекарственных препаратов.

Известен ряд методов получения нитробензальдегидов. Практический интерес представляют следующие.

Получение нитробезальдегидов окислением нитротолуолов различными окислителями, например бихроматом натрия [1]
Получение нитрорбензальдегидов окислением нитробензальдегидов, например окисью меди [2]
Получение нитробензальдегидов окислением нитробензиловых спиртов, например перманганатом калия [3]
Получение нитробензальдегидов окислением нитрокоричных кислот или их эфиров, например азотной кислотой [4]
Восстановление нитробензойной кислоты муравьиной кислотой [5]
Получение смеси изомеров нитробензальдегида нитрованием бензальдегида [6]
Щелочным гидролизом нитрата пара-нитробензилового спирта получают пара-нитробензальдегид [7]
Обработкой пара -β-динитростирола концентрированной серной кислотой получают смесь пара-нитробензальдегида и пара-нитробензойной кислоты [8]
Окислением b-диметиламино-пара-нитростирола кислородом при повышенной температуре [9,10]
Основными недостатками перечисленных методов получения нитробензальдегидов являются: низкий выход целевых продуктов, сложность технологических процессов, образование большого количества отходов производства.

Целью изобретения является повышение выхода нитробензальдегидов, упрощение технологического процесса и полное использование продуктов реакции.

Цель достигается тем, что орто-нитробензальдегид и пара-нитробензальдегид получают путем обработки, соответственно, орто-b-динитростирола и пара-b-динитростирола водным раствором формальдегида в присутствии щелочного катализатора: гидроокисей натрия или калия, соды или буры.

В результате этой реакции образуется нитробензальдегид и 2-нитро-2-оксиметилпропандиол-1,3.

Предлагаемый способ обеспечивает получение орто-нитробензальдегида или пара-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 с количественным выходом.

Используемый для этой реакции формальдегид практически полностью расходуется на образование 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3.

Способ обеспечивает количественное превращение исходных соединений в целевые продукты и исключает образование побочных продуктов, требующих утилизации.

Методики получения орто-нитробензальдегида, пара-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 даны в примерах.

Динитростиролы достаточно устойчивы в кислых средах. В щелочной среде динитростиролы находятся в равновесии с нитробензальдегидом и нитрометаном.

Реакция является обратимой и в щелочном водном или водно-спиртовом растворе быстро устанавливается равновесие. Состояние равновесия зависит от концентрации щелочи, температуры и использованного растворителя.

Изменение этих параметров не приводит к полному смещению равновесия в сторону образования нитробензальдегида. Продуктом этой реакции всегда является смесь нитробензальдегида и исходного динитростирола.

Кроме того, при длительной выдержке или повышении температуры выше 60^oС происходит осмоление продуктов реакции. При отгонке нитробензальдегидов из щелочного раствора с водяным паром выход составляет 40-50% от теоретически возможного, оставшийся динитростирол осмоляется.

При добавлении к суспензии динитростирола в воде, в присутствии щелочи, формальдегида, последний взаимодействует с находящимся в равновесии нитрометаном с образованием 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3, что приводит к смещению равновесия вправо и увеличению концентрации нитробензальдегидов.

При добавлении 3 моль формальдегида на моль динитростирола равновесие полностью смещается в сторону образования нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3, обеспечивая выход орто-нитробензальдегидов 98-100% теоретически возможного.

Уменьшение количества формальдегида приводит к снижению выхода нитробензальдегидов.

Увеличение количества формальдегида с 3 до 10 моль на 1 моль динитростирола не влияет на выход нитробензальдегидов.

Отклонение от интервала 0,1-0,5 моль щелочи на 1 моль динитростирола приводит к снижению выхода нитробензальдегидов.

Влияние параметров процесса на выход орто-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 представлено в табл. 1, пара-нитробензальдегида в табл. 2.

Идентификацию орто-нитробензальдегида, пара-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 проводили на основании данных элементного анализа, ИК-спектрального анализа и методом газовой хроматографии. Содержание основного вещества в полученных продуктах определяли методом газовой хроматографии.

Пример 1.

19,4 г (0,1 моль) орто-β-динитростирола присыпали к 100 мл водного раствора, содержащего 9,0 г (0,3 моль) формальдегида и 0,8 г (0,02 моль) NaOH при 20^oС. Суспензию нагревали до 60^oС и выдерживали при этой температуре и перемешивании в течение 60 мин.

После выдержки охлаждали до 20^oС и отфильтровывали кристаллический продукт, промывали на фильтре 50 мл воды и высушивали.

Получали 15,5 г продукта с температурой плавления 45^oС. Содержание орто-нитробензальдегида 99,3% Выход 100% от теоретически возможного.

После отделения орто-нитробезальдегида фильтрат подкисляли серной кислотой ≈ 1 мл до pН 2-3 и приливали 300 мл толуола. Отгоняли азеотропную смесь до полного удаления воды, периодически возвращали толуол в куб.

Отфильтровывали 17,2 г продукта, содержащего 2,4 г бисульфита натрия и 14,8 г 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3. Выход 98% от теоретически возможного. Продукт обрабатывали смесью хлороформа и этилацетата, отфильтровывали бисульфит натрия и после испарения фильтрата получали 14,8 г 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 (опыт 19, табл. 1).

Пример 2.

Аналогично примеру 1, за исключением, количество NaOH 0,4 г (0,01 моль) и выдерживали 120 мин при 60^oС.

Выход орто-нитробензальдегида 95,2% от теоретически возможного. Выход 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 90% (опыт 15, табл. 1).

Пример 3
Аналогично примеру 1, за исключением, количество КОН 1,68 г (0,03 моль).

Выход орто-нитробензальдегида 100% от теоретически возможного. Выход 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 98% (опыт 22, табл. 1).

Пример 4.

Аналогично примеру 1, за исключением, использовали 19,0 г (0,05 моль) Na₂B₄O₇.

Выход орто-нитробензальдегида 99% от теоретически возможного. Выход 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 97% (опыт 23, табл. 1).

Пример 5.

38,8 г (0,2 моль) пара-b-динитростирола присыпали к 200 мл водного раствора, содержащего 18,0 г (0,6 моль) формальдегида и 1,6 г (0,04 моль) NaOH при 20^oС. Суспензию нагревали до 60^oС и выдерживали при этой температуре в течение 60 мин. Охлаждали до 20^oC и отфильтровывали кристаллический продукт. Промывали 100 мл воды и высушивали. Получали 30,6 г продукта с температурой плавления 104^oС. Содержание пара-нитробензальдегида 98,7% Выход 100% от теоретически возможного.

После отделения пара-нитробензальдегида фильтрат подкисляли серной кислотой ≈ 2 мл до pН 2-3 и приливали 300 мл толуола.

Отгоняли азеотропную смесь до полного удаления воды, периодически возвращая толуол в куб.

Отфильтровывали 34,4 г продукта, содержащего 4,8 г бисульфита натрия и 29,6 г 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3. Выход 98% от теоретически возможного (опыт 17, табл. 2).

Пример 6.

Аналогично примеру 5, за исключением, использовали 3,36 г (0,03 моль) КОН.

Выход пара-нитробензальдегида 99% 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 97% от теоретически возможного (опыт 18, табл. 2).

Пример 7.

Аналогично примеру 5, за исключением, использовали 0,8 г (0,02 моль) NaOH и выдерживали 120 мин при 60^oС. Выход пара-нитробензальдегида 95,0% выход 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3 92% от теоретически возможного (опыт 15, табл. 2).

Использование в качестве промежуточных продуктов для синтеза лекарственных препаратов. Сущность: 2-нитро-2-оксиметилпропандиол и о- или n-нитробензальдегид. Выходы 97, 99 и 100 % соответственно. Реагент 1: 0-бета-динитростирол. Реагент 2: формальдегид. Условия реакции: в присутствии NaOH. 2 табл.

Способ получения орто- или пара-нитробензальдегида и 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3, исходя из нитропроизводного стирола при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве нитропроизводного стирола используют орто- или пара -β -динистирол, который обрабатывают водным формальдегидом при 60 100^oС в присутствии щелочного катализатора, например гидроксида натрия или калия, карбоната или бората натрия, при мольном соотношении 1 2 6 0,1 0,5 соответственно, с последующим выделением путем фильтрования орто- или паранитробензальдегида, подкислением фильтрата минеральной кислоты до рН 2 3, удалением воды азеотропной отгонкой и выделением 2-нитро-2-оксиметилпропандиола-1,3.