Эффективный способ получения орто- и пара-аминофенолов Российский патент 2023 года по МПК C07C215/76 C07C213/00 C07B45/00 C07B61/00 C01B15/08 C01B15/01 

Изобретение относится к органической химии, конкретно к синтезу орто- и пара-аминофенолов, которые являются важным сырьем для химической и фармацевтической промышленности. Так, орто-аминофенол используется в составе красителя для меха, в фотографии как проявитель, в синтезе некоторых лекарственных препаратов. Пара-аминофенол используется как компонент красителей для меха, черно-белый проявитель в фотографии, в синтезе лекарственных препаратов, в частности парацетамола.

Известен двухстадийный способ получения орто- и пара-аминофенолов. На первой стадии проводят нитрование фенола, на второй - восстановление соответствующего нитрофенола в присутствии железных опилок в кислой среде (А.Е. Чичибабин «Основные начала органической химии», т.II).

Нитрофенолы, в свою очередь, можно получить нитрованием фенола [US 3663261 (1973), US 3517075 (1971), US 3510527 (1971)], гидроперекиси кумола [US 3388173 (1968)], из нитрохлорбензола [US 3263011 (1966)], окислением нитрозофенола [пат.СРР 53445 (1971), RU 2076095 (1997)].

Так, при нитровании фенола нитрующей смесью, состоящей из азотной, серной кислот и оксидов азота [US 3663261 (1973), US 3517075 (1971)] либо жидкими оксидами азота в азотной кислоте [US 3510527 (1971)] получают смесь орто- и пара-нитрофенолов с выходом 17 и 73% соответственно. Недостатком данного метода является использование токсичных оксидов азота.

При нитровании гидроперекиси кумола смесью азотной кислоты и оксидов азота в хлороформе также получают смесь орто- и пара-нитрофенолов с выходами 30 и 7% соответственно [US 3388173 (1968)]. Недостатками этого метода наряду с использованием токсичных оксидов азота является применение неустойчивой гидроперекиси кумола, а также необходимость разделения орто- и пара-нитрофенолов перегонкой с водяным паром.

Согласно [US 3263011 (1966)] при нагревании 4- или 2-нитрохлорбензолов в автоклаве в 2-4%-ном водном растворе щелочи при 160 °С при непрерывном продувании воздухом получают соответствующий нитрофенол. Недостатком данного способа получения нитрофенолов является проведение процесса под давлением, а также неселективность нитрования хлорбензола, требующая разделения орто- и пара-изомеров перегонкой с водяным паром.

Пара-нитрофенолы можно также получить окислением пара-нитрозофенола. Так, по [пат.СРР 53445 (1971)] пара-нитрозофенол окисляют азотной кислотой, а согласно [RU 2076095 (1997)] - 33% перекисью водорода в присутствии катализатора Na₂WO₄⋅2Н₂О. Общим недостатком метода является труднодоступность исходного пара-нитрозофенола, кроме того в первом случае происходит выделение токсичных оксидов азота в ходе окисления, а во втором - используется дорогостоящий и токсичный катализатор.

Пара-нитрозофенол можно восстановить до пара-аминофенола в этилацетате в присутствии катализатора Pd/C при давлении водорода 2,0-4,- атм и температуре 20-50 °С [RU 2461543 (2012)]. Недостатком метода является проведение процесса под давлением, использование дорогостоящего катализатора (Pd), а также экологически небезопасных растворов концентрированных кислот (HCl, HNO₃) и щелочей.

Известен способ получения аминофенолов путем фотоокисления ароматических аминов кислородом при облучении видимым светом в водно-органическом растворителе в присутствии активных и стабильных фотосенсибилизаторов, представляющих собой замещенные фталоцианины [RU 2567552 (2015)]. Выход п-аминофенола составляет 70%. Однако данный способ предполагает использование сложного специального оборудования - лазера или светодиодов.

Наиболее близким к заявляемому способом получения орто- и пара-аминофенолов является двухстадийный процесс, на первой стадии которого анилин окисляют персульфатом аммония в щелочной среде при 40-60 °С, в присутствии 0,01-0,03 вес% фталоцианинового катализатора окисления (фталоцианина кобальта, железа (II), железа (III), марганца, никеля или цинка), с последующим охлаждением реакционной смеси, выделением промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов. При гидролизе последних в кислой среде при 85-95 °С получают смесь орто- и пара-аминофенолов, из которой орто-аминофенол выделяют экстракцией хлороформом. Пара-аминофенол остается в водной фазе. В зависимости от продолжительности окисления анилина выход и соотношение образующихся орто- и пара-изомеров варьируется. Максимальный выход пара-аминофенола (72%) достигается при продолжительности окисления анилина 15 ч, при этом из реакционной смеси выделен также орто-аминофенол (13%) (Заявка на патент РФ №2021130569).

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в увеличении выхода целевых соединений.

Поставленная задача решается предлагаемым однореакторным способом получения орто- и пара-аминофенолов. Анилин окисляют персульфатом аммония (ПСА) или калия (ПСК) или натрия (ПСН) и пероксидом водорода как вторым окислителем, в щелочной среде при мольном соотношении Анилин:NaOH:ПСА (ПСК, ПСН):Н₂О₂ равном 1:5:1,5:2 при 40-50 °С в течение 2-12 ч при непрерывном барботировании воздухом. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, гидролизуют соляной кислотой при 85-95 °С и получают смесь о- и п-аминофенолов, из которой экстракцией хлороформом выделяют о-аминофенол (о-АФ) (выход до 41%), п-аминофенол (п-АФ) остается в водной фазе (выход до 95%). Следует отметить, что продолжительность окисления анилина (2-12 ч) влияет на соотношение орто- и пара-аминофенолов, выделяемых после гидролиза промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов (табл.). Так, при окислении анилина в течение 10 ч из реакционной смеси выделен только один изомер - пара-аминофенол с выходом 95% (табл 1, п.5).

Сущность заявленного технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Получение орто- и пара-аминофенолов (табл.1, п.3)

В трехгорлой колбе, снабженной барботером, капельной воронкой, обратным холодильником и механической мешалкой, перемешивают 5 мл (0,055 моль) анилина в 30 мл дистиллированной воды при 40 °С до полного растворения анилина, затем в реакционную смесь приливают раствор 11 г NaOH (0,275 моль) в 70 мл воды и прикапывают раствор 18,7 г (0,082 моль) персульфата аммония в 40 мл воды. После полного прибавления персульфата аммония прикапывают 10 мл 30%-ного пероксида водорода (0,11 моль) и начинают барботаж воздуха. Реакционную смесь перемешивают при температуре 40 °С в течение 6 ч при непрерывном барботировании воздухом, охлаждают до комнатной температуры, экстрагируют этилацетатом (2×30 мл) для удаления непрореагировавшего анилина. В водную фракцию прикапывают 3,34 мл (0,11 моль) соляной кислоты, нагревают до 90 °С и выдерживают при этой температуре при постоянном перемешивании в течение 3 ч, контролируя по ТСХ (элюент этанол:аммиак 4:1), охлаждают до комнатной температуры, подщелачивают раствором NaHCO₃ до рН 7-8, экстрагируют хлороформом (3×20 мл), органический слой сушат MgSO₄, после удаления растворителя получают 1,75 г (30%) орто-аминофенола в виде темно-коричневых кристаллов. В пересчете на исходный анилин выход орто-аминофенола составляет 30%.

Орто-аминофенол (3). Кристаллы темно-коричневого цветы. Т_пл=172-175 °С.Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 4.4 (2Н, уш. с, NH₂), 6.42 (1Н, м, H-5), 6.54-6.58 (2Н, м, ArH), 6.64 (1Н, м, H-6). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 115.21 (C-6), 116.17 (C-3), 118.98 (C-4), 120.47 (C-5), 134.02 (C-NH₂), 144.62 (C-OH).

Водную фазу упаривают досуха, остаток растворяют в этиловом спирте, этанольный экстракт упаривают при пониженном давлении и получают 2,4 г (40%) пара-аминофенола в виде светло-коричневых кристаллов. В пересчете на исходный анилин выход пара-аминофенола составляет 40%.

Пара-аминофенол (4). Кристаллы светло-коричневого цвета. Т_пл=185-188 °С.Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d₆, δ, м.д.): 4.37 (2Н, уш. с, NH₂), 6.37-6.44 (2Н, м, ArH), 6.44-6.50 (2Н, м, ArH), 8.33 (1Н, уш. с, ОН). Спектр ЯМР ¹³С (DMSO-d₆, δ, м.д.): 115.90, 116.08 (4 СН, ArH), 140.97 (C-NH₂), 148.80 (C-OH).

Таблица 1. Зависимость выхода орто- и пара-аминофенолов от продолжительности окисления, окислитель - персульфат аммония (мольное соотношение анилин:NaOH:ПСА:Н₂О₂ 1:5:1,5:2; температура 40 °С), при барботировании воздухом №п/п Время реакции, ч Выход АФ, % общий о-АФ п-АФ 1 2 38 38 - 2 4 54 41 13 3 6 70 30 40 4 8 87 10 77 5 10 95 - 95 6 12 93 - 93

Таблица 2. Зависимость выхода орто- и пара-аминофенолов от продолжительности окисления, окислитель - персульфат калия (мольное соотношение анилин:NaOH:ПСК:Н₂О₂ 1:5:1,5:2; температура 40 °С), при барботировании воздухом №п/п Время реакции, ч Выход АФ, % общий о-АФ п-АФ 1 2 35 35 - 2 4 56 46 10 3 6 59 20 39 4 8 65 10 55 5 10 85 - 85 6 12 83 - 83

Таблица 3. Зависимость выхода орто- и пара-аминофенолов от продолжительности окисления, окислитель - персульфат натрия (мольное соотношение анилин:NaOH:ПСН:Н₂О₂ 1:5:1,5:2; температура 40 °С), при барботировании воздухом №п/п Время реакции, ч Выход АФ, % общий о-АФ п-АФ 1 2 30 30 - 2 4 47 40 7 3 6 49 13 36 4 8 57 7 50 5 10 81 - 81 6 12 79 - 79

Таблица 4. Зависимость выхода орто- и пара-аминофенолов от температуры и продолжительности окисления, окислитель - персульфат аммония (мольное соотношение Анилин:NaOH:ПСА 1:5:1,5)* п/п Время реакции, ч Температура, °С Выход АФ, % общий о-АФ п-АФ 1 15 20 12 6,5 5,5 2 5 40 18 11 7 3 15 40 35 18 17 4 5 50 18 10 8 5 15 50 33 16 17 6 5 60 15 9 6 7 15 60 25 12 13 * - реакция проводилась без добавления Н₂О₂ и без барботирования воздухом

Таблица 5. Зависимость выхода орто- и пара-аминофенолов от количества пероксида водорода, окислитель - персульфат аммония (мольное соотношение Анилин:NaOH:ПСА 1:5:1,5; время - 10 ч), температура 40 °С, при барботировании воздухом №п/п Соотношение Анилин:Н₂О₂, моль Выход АФ, % общий о-АФ п-АФ 1 1:0* 19 13 6 2 1:0 65 10 55 3 1:0,5 70 10 60 4 1:1 75 5 70 5 1:1,5 88 - 88 6 1:2 95 - 95 7 1:2,5 92 - 92 * - реакция проводилась без барботирования воздухом

Таким образом, предложен способ получения орто- и пара-аминофенолов, позволяющий увеличить выход целевых соединений и уменьшить продолжительность окисления.

Изобретение относится к органической химии, конкретно к синтезу 2- и 4-аминофенолов, которые являются важным сырьем для химической и фармацевтической промышленности. Способ получения орто- и пара-аминофенолов осуществляется путем окисления анилина в щелочной среде и последующим гидролизом промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов соляной кислотой при 85-95°С, характеризуется тем, что окисление анилина проводят персульфатом аммония (ПСА), или натрия (ПСН), или калия (ПСК) и пероксидом водорода как вторым окислителем при мольном соотношении Анилин:NaOH:ПСА(ПСН, ПСК):Н₂О₂, равном 1:5:1,5:2, температуре 40-50°С в течение 2-12 ч. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода целевых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 пр.

1. Способ получения орто- и пара-аминофенолов путем окисления анилина в щелочной среде и последующим гидролизом промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов соляной кислотой при 85-95°С, отличающийся тем, что окисление анилина проводят персульфатом аммония (ПСА), или натрия (ПСН), или калия (ПСК) и пероксидом водорода как вторым окислителем при мольном соотношении Анилин:NaOH:ПСА(ПСН, ПСК):Н₂О₂, равном 1:5:1,5:2, температуре 40-50°С в течение 2-12 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения выхода целевых продуктов процесс ведут при непрерывном барбортировании воздухом через реакционную смесь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтез целевых орто- и пара-аминофенолов проводят без выделения промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов.