СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ 2,2'-(1,4-ФЕНИЛЕН)БИС(5-ФЕНИЛ-1,3-ОКСАЗОЛА) СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО КАЧЕСТВА И СОЕДИНЕНИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2024 года по МПК C07D413/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области органической химии и касается способа получения 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола)(РОРОР).

Уровень техники

В группе азотсодержащих гетероциклических люминофоров одними из наиболее значимых являются замещенные оксазолы. Наибольшее распространение среди них получили 2,5-диарилоксазолы с фенильными радикалами (Б.М. Красовицкий и др., Препаративная химия люминофоров/Харьков: Фолио, 1997).

В качестве добавки для усиления эффекта светоотдачи в сцинтилляционной технике широко используется 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазол) (в литературе часто встречается аббревиатура РОРОР).

Основным способом его получения является метод Робинсона-Габриэля, заключающийся в конденсации ω-аминометилкетонов с хлорангидридами ароматических кислот с последующей циклизацией образующихся ω-ациламинометиларилкетонов в присутствии дегидратирующих агентов (Robinson R., Chem. Soc, 1909, v.95, p. 2167-2174).

В литературе описано несколько модификаций данного метода.

В работе (Авторское свидетельство 1747437, 1992 (СССР)) описан первый вариант проведения процесса конденсации дихлорангидрида терефталевой кислоты с гидрохлоридом ω-аминоацетофенона в трихлорэтане при охлаждении с добавлением аммиака. Последующая циклизация проводилась в серной кислоте (соотношение 1 массовая часть полупродукта на 5 объемных частей серной кислоты) с последующим выливанием реакционной массы на приблизительно 4-х кратный массовый избыток льда по отношению к исходному полупродукту. Далее выпавший осадок отфильтровывался, высушивался и очищался последовательно хроматографией на оксиде алюминия и перекристаллизацией из дихлорэтана. Структура и чистота полупродукта и продукта также подтверждалась только данными по температуре плавления.

В патенте DE 926249С описан второй вариант конденсации дихлорангидрида терефталевой кислоты с гидрохлоридом ω-аминоацетофенона в уксусной кислоте при ступенчатом нагреве в несколько этапов с добавлением ацетата натрия и гидроксида натрия. Последующая циклизация проводилась в серной кислоте (соотношение 1 массовая часть полупродукта на 1 массовую часть серной кислоты) с последующим выливанием реакционной массы на приблизительно 17-х кратный массовый избыток воды по отношению к исходному полупродукту с последующей отмывкой до нейтрального значения рН. Чистота полупродукта и продукта, как и в предыдущем случае, неизвестна, однако, в этом варианте синтеза полупродукт очищался перекристаллизацией из диметилформамида.

Наиболее близким к описываемому в настоящем изобретении способу получения РОРОР является третий вариант - работа (Hayes et al., Journal of the American Chemical Society, 1955, v. 77, p. 1850-1852). Конденсация дихлорангидрида терефталевой кислоты с гидрохлоридом ω-аминоацетофенона в этом варианте проводилась в кипящем пиридине в течение 15 минут с последующим высаживанием продукта водой и перекристаллизацией из пиридина. Последующая циклизация проводилась в окситрихлориде фосфора (соотношение 1 массовая часть полупродукта на 37 объемных частей POCl₃) с отгонкой избытка последнего, выливанием реакционной массы на воду и фильтрованием, промывкой водой, сушкой и перекристаллизацией из пиридина.

Каждый из вышеупомянутых вариантов получения РОРОР обладает недостатками, затрудняющими их масштабирование до промышленных объемов и повышающими себестоимость продукта.

Так, для первых двух вариантов для взаимодействия дихлорангидрида терефталевой кислоты с гидрохлоридом ω-аминоацетофенона необходимо присутствие оснований (аммиак, ацетат натрия, гидроксид натрия) и соблюдение температурного режима (охлаждение и ступенчатый нагрев). В третьем варианте необходимость высаживания продукта из пиридина путем выливания реакционной массы на большие объемы воды существенно затрудняет регенерацию последнего и приводит к возникновению дополнительных затрат.

В свою очередь, циклизация полученного ω-ациламинометиларилкетона в третьем варианте требует использования высокотоксичного окситрихлорида фосфора и необходимости его отгонки из реакционной смеси.

Кроме этого, ни в одном из описанных вариантов не приводятся данные о степени чистоты получаемого продукта, от которой зависит возможность его использования в сцинтилляционной технике.

Также, во всех вариантах отсутствуют сведения о влиянии изменения химико-технологических параметров на результат синтеза, уровень разработки способов является недостаточным для их промышленной реализации, а выход и качество целевого продукта непредсказуемыми.

Исходя из вышесказанного, на сегодняшний день существует необходимость в разработке пригодного для промышленного выпуска способа синтеза РОРОР с обоснованными параметрами проведения процесса, в результате которого получается продукт сцинтилляционного качества.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предложен способ получения 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола)(РОРОР), включающий следующие стадии:

взаимодействия дигалогенангидрида терефталевой кислоты с гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона в пиридине при температуре от 20 до 115°C с образованием реакционной массы,

выделения дифенилацетамида терефталевой кислоты путем охлаждения реакционной массы, ее фильтрации, промывки осадка водой, фильтрования осадка и сушки,

очистки дифенилацетамида терефталевой кислоты путем нагревания с пиридином с последующими фильтрацией и сушкой,

обработки 1 массовой части дифенилацетамида терефталевой кислоты концентрированной серной кислотой в количестве не менее 7 массовых частей,

выделения 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) путем добавления полученной на предыдущей стадии реакционной массы к не менее чем 30 массовым частям охлажденной воды, фильтрации, промывки осадка не менее чем 2 0 массовыми частями воды, фильтрации и сушки,

очистки путем перекристаллизации 1 массовой части 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) из не менее чем 8.8 массовых частей пиридина с последующими фильтрацией и сушкой.

Техническим результатом является обеспечение получения целевого продукта требуемой чистоты при использовании для этого минимального перечня реагентов и без участия высокотоксичных веществ.

В частном случае, стадию взаимодействия дигалогенангидрида терефталевой кислоты с гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона в пиридине проводят при температуре от 7 0 до 90°С.

Также, изобретение касается соединения 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазол), полученного вышеуказанным способом.

Подробное описание изобретения

В контексте настоящего описания:

термин «дифенилацетамид терефталевой кислоты» означает соединение общей формулы:

термин «РОРОР» означает соединение 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазол), молекулярная формула C₂₄H₁₆N₂O₂, CAS 1806-34-4;

термин «дигалогенангидрид терефталевой кислоты» означает соединение общей формулы:

где X представляет собой Cl, Br, I;

термин «гидрогалогенид ω-аминоацетофенона» означает соединение общей формулы:

где X представляет собой Cl, Br, I;

термин «фильтрация» означает процесс разделения суспензий при помощи фильтровальных перегородок, пропускающих жидкость, но задерживающих твердые частицы;

термин «охлажденная вода» означает вода с температурой от 0 до 18°С;

термин «перекристаллизация» означает метод очистки вещества, основанный на различии растворимости вещества в растворителе при различных температурах;

термин «массовая часть» означает количество вещества, выраженное в любых единицах измерения массы, например грамм, килограмм, тонна и т.д.

Реактивы

Дихлорангидрид терефталевой кислоты, 98%, 2-аминоацетофенон гидрохлорид, 98%, пиридин, 99%, закупались в компании ООО «Сигма-Алдрич Рус».

Серная кислота ХЧ, закупалась в компании ООО «Компонент-реактив». Содержание основного вещества 93,6%.

В результате проведенных работ был разработан способ синтеза, в отличие от известных из предыдущего уровня техники:

- позволяющий получать 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазол)с хорошим выходом и высокой степенью чистоты, используя при этом минимальный перечень реагентов (пиридин и серная кислота);

- не требующий использования высокотоксичных реагентов (окситрихлорида фосфора и т.д.) и соблюдения строгого температурного режима (ступенчатый нагрев реакционной смеси);

- включающий обоснованные экспериментальными данными режимы проведения процесса;

- масштабируемый без существенного изменения химико-технологических параметров процесса.

В процессе работ было исследовано влияние химико-технологических параметров на процесс синтеза.

Интервал по температуре взаимодействия между дигалогенангидридом терефталевой кислоты и гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона является оптимальным с точки зрения скорости протекания процесса и образования побочных продуктов. При температуре ниже 70°С взаимодействие протекает медленнее, а выше 90°С ухудшается внешний вид получаемого дифенилацетамида терефталевой кислоты и снижается выход продукта.

Обработка дифенилацетамида терефталевой кислоты концентрированной серной кислотой в количестве менее 4 литров приводила к образованию труднопромешиваемой вязкой реакционной массы, дальнейшая обработка которой в больших количествах затруднительна. Оптимальными значениями по загрузкам в этом случае являются от 4 до 6 л на кг исходного, дальнейшее увеличение количества серной кислоты нецелесообразно с экономической точки зрения.

Количество воды для высаживания реакционной массы 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) и последующей промывки осадка важно для полноты удаления серной кислоты из продукта. При его снижении ниже установленных значений существенно возрастают риски получения продукта, загрязненного остаточными количествами серной кислоты и ее солей, образующихся при взаимодействии последней с пиридином на стадии перекристаллизации.

Установленные значения по количеству пиридина на перекристаллизацию целевого продукта обеспечивают его полное растворение.

Возможность масштабирования способа синтеза без существенного изменения химико-технологических параметров процесса иллюстрируется примером 3.

Чистота получаемых промежуточного дифенилациламида терефталевой кислоты и 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) подтверждены данными ¹Н ЯМР (Фиг. 1 и Фиг. 2 соответственно). Как видно из приведенных данных, полупродукт и конечное соединение не содержат посторонних примесей, что подтверждает достижение технического результата в части чистоты получаемых продуктов.

Пример 1

В трехгорлую колбу емкостью 1 л, снабженную термометром, механической мешалкой и обратным холодильником помещают 300 мл пиридина и при перемешивании порционно добавляют 25,00 г (0,12 моль) дихлорангидрида терефталевой кислоты, после чего порционно добавляют 42,26 г (0,24 моля) гидрохлорида ω-аминоацетофенона. После прибавления реакционную смесь нагревают до кипения и перемешивают при этой температуре в течение 15 минут. Содержимое охлаждают до 20°С, осадок отфильтровывают, промывают 100 мл воды и сушат до постоянной массы. Полученный продукт нагревают до кипения с пиридином, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход дифенилациламида терефталевой кислоты 34 г (68%).

В трехгорлую колбу емкостью 250 мл помещают 136 мл концентрированной серной кислоты, после чего присыпают порциями 34 г дифенилациламида терефталевой кислоты. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре 20 часов, после чего содержимое выливают на 1 л охлажденной воды, перемешивают, отфильтровывают выпавший осадок. Осадок переносят в стакан емкостью 1 л, добавляют 700 мл воды и перемешивают 30 минут, после чего отфильтровывают осадок и сушат до постоянной массы. Полученный продукт в количестве 30,6 г перекристаллизовывают из 276 мл пиридина, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) 25 г (81%).

Пример 2

В трехгорлую колбу емкостью 1 л, снабженную термометром, механической мешалкой и обратным холодильником помещают 300 мл пиридина и при перемешивании порционно добавляют 25,00 г (0,12 моль) дихлорангидрида терефталевой кислоты, после чего порционно добавляют 42,26 г (0,24 моля) гидрохлорида ω-аминоацетофенона. После прибавления реакционную смесь нагревают до 70°С и перемешивают при этой температуре в течение 15 минут. Содержимое охлаждают до 20°С, осадок отфильтровывают, промывают 100 мл воды и сушат до постоянной массы. Полученный продукт нагревают до кипения с пиридином, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход дифенилациламида терефталевой кислоты 32 г (65%).

В трехгорлую колбу емкостью 250 мл помещают 192 мл концентрированной серной кислоты, после чего присыпают порциями 32 г дифенилациламида терефталевой кислоты. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре 20 часов, после чего содержимое выливают на 1 л охлажденной воды, перемешивают, отфильтровывают выпавший осадок. Осадок переносят в стакан емкостью 1,2 л, добавляют 800 мл воды и перемешивают 30 минут, после чего отфильтровывают осадок и сушат до постоянной массы. Полученный продукт в количестве 29,3 г перекристаллизовывают из 270 мл пиридина, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) 24 г (78%).

Пример 3

В трехгорлую колбу емкостью 10 л, снабженную термометром, механической мешалкой и обратным холодильником помещают 6 л пиридина и при перемешивании порционно добавляют 500 г (2,46 моль) дихлорангидрида терефталевой кислоты, после чего порционно добавляют 845,40 г (4,92 моля) гидрохлорида ω-аминоацетофенона. После прибавления реакционную смесь нагревают до 80°С и перемешивают при этой температуре в течение 30 минут. Содержимое охлаждают до 20°С, осадок отфильтровывают, промывают 5 л воды и сушат до постоянной массы. Полученный продукт нагревают до кипения с пиридином, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход дифенилациламида терефталевой кислоты 700 г (71%).

В трехгорлую колбу емкостью 6 л помещают 3,5 л концентрированной серной кислоты, после чего присыпают порциями 700 г дифенилациламида терефталевой кислоты. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре 20 часов, после чего содержимое выливают на 21 л охлажденной воды, перемешивают, отфильтровывают выпавший осадок. Осадок переносят в емкость с 15 л воды и перемешивают 30 минут, отфильтровывают осадок и сушат до постоянной массы. Полученный продукт в количестве 625 г перекристаллизовывают из 5,62 л пиридина, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают и сушат до постоянной массы. Выход 2,2'-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) 530 г (83%).

Изобретение относится к способу получения 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола), включающему стадии взаимодействия дигалогенангидрида терефталевой кислоты с гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона в пиридине при температуре от 20 до 115°С с образованием реакционной массы, выделения дифенилацетамида терефталевой кислоты путем охлаждения реакционной массы, ее фильтрации, промывки осадка водой, фильтрования осадка и сушки, очистки дифенилацетамида терефталевой кислоты путем нагревания с пиридином с последующими фильтрацией и сушкой, обработки 1 массовой части дифенилацетамида терефталевой кислоты концентрированной серной кислотой в количестве не менее 7 массовых частей, выделения 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) путем добавления полученной на предыдущей стадии реакционной массы к не менее чем 30 массовым частям охлажденной воды, фильтрации, промывки осадка не менее чем 20 массовыми частями воды, фильтрации и сушки, очистки путем перекристаллизации 1 массовой части 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) из не менее чем 8,8 массовых частей пиридина с последующими фильтрацией и сушкой. Технический результат: разработан новый способ получения 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) высокой чистоты без участия высокотоксичных веществ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

1. Способ получения 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола), включающий стадии взаимодействия дигалогенангидрида терефталевой кислоты с гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона в пиридине при температуре от 20 до 115°С с образованием реакционной массы, выделения дифенилацетамида терефталевой кислоты путем охлаждения реакционной массы, ее фильтрации, промывки осадка водой, фильтрования осадка и сушки, очистки дифенилацетамида терефталевой кислоты путем нагревания с пиридином с последующими фильтрацией и сушкой, обработки 1 массовой части дифенилацетамида терефталевой кислоты концентрированной серной кислотой в количестве не менее 7 массовых частей, выделения 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) путем добавления полученной на предыдущей стадии реакционной массы к не менее чем 30 массовым частям охлажденной воды, фильтрации, промывки осадка не менее 20 чем массовыми частями воды, фильтрации и сушки, очистки путем перекристаллизации 1 массовой части 2,2′-(1,4-фенилен)бис(5-фенил-1,3-оксазола) из не менее чем 8,8 массовых частей пиридина с последующими фильтрацией и сушкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию взаимодействия дигалогенангидрида терефталевой кислоты с гидрогалогенидом ω-аминоацетофенона в пиридине проводят при температуре от 70 до 90°С.