Способ получения 4,10-диформил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0,0]додекана Российский патент 2022 года по МПК C07D487/22 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения 4,10-диформил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана (ДФ), используемого для синтеза высокоэффективного взрывчатого вещества 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана (CL-20).

Из уровня техники известен способ получения ДФ по патенту США №5739325, опубл. 14.04.1998 (пример 2), включающий гидрогенолиз 4,10-дибензил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гекса-азатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана (ДБ) в среде муравьиной кислоты в атмосфере водорода, в присутствии палладиевого катализатора, под давлением выше атмосферного.

Существенными недостатками данного способа являются увеличенные временные, энерго- и трудозатраты (при температуре 30-35°С время гидрогенолиза ДБ составляет 16-20 часов), что снижает технологичность способа, а также низкий выход ДФ (86% в расчете на ДБ).

Также известен способ получения ДФ с высоким выходом целевого продукта (98% в расчете на ДБ) по патенту РФ №2266907 (опубл. 27.12.2005 г., бюллетень №36), принятый за прототип, включающий гидрогенолиз ДБ в среде муравьиной кислоты с добавлением воды, в атмосфере водорода, в присутствии палладиевого катализатора, под давлением выше атмосферного.

Недостатком описанного способа является высокая длительность процесса (при температуре 25-30°С в течение 24 часов), что существенно снижает количество получаемого целевого продукта ДФ за единицу времени и увеличивает себестоимость готовой продукции, что препятствует применению способа в промышленном масштабе.

Задачей заявляемого технического решения является создание экономически и технологически целесообразного способа получения ДФ, позволяющего существенно сократить длительность процесса при сохранении выхода целевого продукта на уровне прототипа.

При этом заявляемый способ пригоден к использованию в промышленном масштабе.

Поставленная задача решается предложенным способом получения ДФ, включающим гидрогенолиз ДБ в среде муравьиной кислоты с добавлением воды, в атмосфере водорода, в присутствии палладиевого катализатора, под давлением выше атмосферного. Особенность заключается в том, что процесс гидрогенолиза проводят при температуре 55-65°С в течение 2,5-3,5 часов.

Заявляемые пределы температуры и времени являются оптимальными.

Использование температуры проведения реакции гидрогенолиза ниже заявляемого предела приводит к увеличению времени проведения процесса.

При использовании температуры проведения реакции гидрогенолиза выше заявляемого предела, интенсифицируются побочные процессы и выход и качество целевого продукта снижается.

При проведении реакции гидрогенолиза в течение времени менее заявляемого предела - реакция гидрогенолиза не проходит до конца и выход ДФ снижается.

При проведении реакции гидрогенолиза в течение времени превышающего верхний заявляемый предел - возрастает риск побочного разложения целевого продукта, в результате чего выход и качество ДФ снижается.

Предлагаемый способ получения ДФ иллюстрируется графическим изображением.

На фиг. представлен график зависимости выхода ДФ от температуры и продолжительности проведения гидрогенолиза ДБ в среде муравьиной кислоты.

Из представленного графика следует, что оптимальное время гидрогенолиза с максимально высоким выходом требуемого ДФ составляет 2,5-3,5 часа при температуре 55-65°С.

Предлагаемая совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого способа позволяет решить поставленную задачу с получением технического результата, который невозможно достичь известным из уровня техники способом.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа.

Пример 1. В лабораторный автоклав Ecoclav 075 type 4/1.0 lt (производство ), снабженный мешалкой и рубашкой для подачи горячей и холодной воды помещают 37,2 г ДБ, 10,8 г катализатора 6% Pd/C, 98,06 г муравьиной кислоты по ГОСТ 1706-78 Марки Б (86,5%). Проводят продувку автоклава азотом, а затем водородом. После производят набор рабочего давления, которое выше атмосферного, но не превышающего давление безопасной эксплуатации оборудования. Далее реакционную массу перемешивают при температуре 60°С в течение 3 часов, затем отключают нагрев, продувают автоклав азотом и отфильтровывают полученный раствор ДФ в муравьиной кислоте от катализатора. Далее полученный раствор упаривают на роторном испарителе досуха и осаждают, например этилацетатом, с получением 26 г продукта ДФ, что соответствует выходу 95% в расчете на ДБ, Тпл.=293-296°С и ИК-спектр: 3200, 3000, 2910 (СН); 1710, 1650 (NC=O); 1420, 1355 (С=O); 1285, 1205, 1165, 1080, 1050, 1030, 965, 930, 905, 770, 675, 580 см^-1.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1, при температуре 55°С в течение 3,5 часов. Выход ДФ составляет 92% в расчете на ДБ.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 1, при температуре 65°С в течение 2,5 часов. Выход ДФ составляет 90% в расчете на ДБ.

Разработанная технология прошла апробацию в режиме опытно-промышленной отработки в АО «ФНПЦ «Алтай».

Таким образом, предлагаемое техническое решение практически реализуемо и заявляемый способ позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.

Изобретение относится к способу получения 4,10-диформил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана (ДФ), который включает гидрогенолиз 4,10-дибензил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана (ДБ) в среде муравьиной кислоты с добавлением воды, в атмосфере водорода, в присутствии палладиевого катализатора, под давлением выше атмосферного, при температуре 55-65°С в течение 2,5-3,5 часов. Технический результат – разработан способ получения ДФ, используемого для синтеза высокоэффективного взрывчатого вещества 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана (CL-20), позволяющий сократить длительность процесса при сохранении выхода целевого продукта. 1 ил., 3 пр.

Способ получения 4,10-диформил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана, включающий гидрогенолиз 4,10-дибензил-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0^3,11,0^5,9]додекана в среде муравьиной кислоты с добавлением воды, в атмосфере водорода, в присутствии палладиевого катализатора, под давлением выше атмосферного, отличающийся тем, что процесс гидрогенолиза проводят при температуре 55-65°С в течение 2,5-3,5 часов.