Способ получения Е-3-(5-нитрофурил-2)-акриловой кислоты Советский патент 1983 года по МПК C07D307/71 C12C1/15 

Изобретение относится к усовершенствованию способа получения Е(транс)-3-(5-нитро-2-фурил)-акриловой кислоты, которая применяется в пищевой промышленности для предохра нения вин и пива от микробиальных помутнений. Известен способ получения F.-3 -(5-нитро-2-фурил)-акриловой кислоты нитрованием Е-3(2-Оурмл)-акриловой кислоты в среде уксусного ангидрида при -25°С l , Недостатками указанного Способа являются высокая стоимость исходного сырья, низкая для промышленного осуществления температура нитрования, необходимость многократной кристаллизации продукта из оргайических растворителей из-за образования значительных количеств побочных продуктов нитрования, что удорожает процесс. Известен также способ получения 3-(5-нитро-2-(5)урил)-акриловой кислоты окислением 3(5 нитро-2-фурил)акрояеина перекисью водорода в присутствии каталитических количеств двуокиси селена в среде смешивающего ся с водой органического растворителя. Выход целевого продукта до б от теоретического zj Недостатками способа также являют ся высокая стоимость исходного сырья возможность образования перекисей и, кроме того, высокая токсичность используемого катализатора, требующая 06i тщательной очистки целевого продукта. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения Е-3-(5-нитро-2-фхрил)-акриловой кислоты конденсацией 5-нитрофурфурола с эквимолярными количествами малоновой кислоты в присутствии каталитических количеств пиридина в среде уксусной кислоты при 68-70 С и последующим декарбоксилированием полученной (5-нитро-2-фурфурилиден) малонозой кислоты в среде уксусного ангидрида при 2 0-260 З Недостатками известного способа является его двухстадийность, низкий выход целевого продукта,(6,5%) и образование смеси изомерных кислот Е-(транс)-3-(5 нитро-2-фурил)-акриловой кислоты (6,5%) и Z (цис)-3-(5нитро-2-фурил)-акриловой кислоты (0,65%) в соотношении 10:1 соответственно, высокая температура декарбоксилирования„Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта, упрощение и повьяиение селективности процесса о Поставленная цель достигается способом, заключающимся в том, что 5 нитрофурфурол подвергают взаимодействию с малоновой кислотой в среде апротонного полярного растворителя в присутствии в качестве катализатора амфотерного ионита - полимерной аминоалкансульфоновой кислоты (ПАС) (формулы

СН СН2

СН-СН2

снг-ш-сна- CHj-i H сн -ян-снг-

(dHzln-So

где п - целое число, равное 2,3

или Ц,

при 50-120 С и мольном соотношении 5-нитрофурфурола, малоновой кислоты и полимерной аминоалкансульфоновой кислоты, равном 1:1,2-3,0:0,1-1 соответственно,

В качестве апротонного полярного растворителя предпочтительно используют М,Н-диметилформамид, диметилсульфоксид, сульфолан или гексаметилтриамид фосфорной кислоты.

(CHzlrt- So

Это обеспечивает образование только одного Е-изомера-целевого продукта.

Полярный апротонный растворитель заметно влияет на ход реакции, так как в протонном растворителе основная часть амфотерного ионита ПАС не обладает достаточной основностью изза образования водородных связей с растворителем, а в апротонных растворителях свободные аминогруппы ионита являются более агрессивными.

Существенна структура амфотерного ионита ПАС, Во-первых, ПАС должен содержать свободные аминогруппы, не несущие положительного заряда Количество атомов азота в каждом фра1- менте макромолекулы быть больше количества атомов серы и в оптимальном случае их отношение 2:1. Во-вторых, кислотной частью амфотерного ионита должны быть соль аминогруппы с сульфогруппой, т,е„ сильной кислотой, не допускающей частичную ионизацию соли. Процесс не идет в пр сутствии амфотерных ионитов, содержащих вместо сульфогруппы более слабые фосфо- или карбоксильные группы, а именно амфотерных ионитов - полиамфолитов ПА-22, АНКБ-35 или АНКБ-50 Молярное соотношение 5-нитрофурфурол : ПАС мох(но варьировать в довольно широком,, диапазоне - от 1:0,1 до 1:1 Ниже первого соотношения реакция протекает заметно медленнее, выше - из-за сорбции затруднено отдаление целевого продукта от реакционной смеси.

Для успешного осуществления реакции необходим небольшой молярный избыток малоновой кислоты, так как в полярной апротонной среде параллельно реакции конденсации протекает частичное декарбоксилирование в уксусную кислоту. Для устранения влияния этого недостатка необходимо, чтобы молярное соотношение 5-нитрофурфурол : малоновая кислота составляла 1:1,2-3,0.

Температурный интервал реакции 50-120 С определен как свойствами растворителя (например, диметилсульфоксид разлагается при температуре выше 110°С), так и свойствами реакции - ниже 150 С- реакция протекает слишком медленно, а выше 120 С начинается заметное осмоление целевого продукта, что влечет за собой понижение выхода

Методика способа, К раствору рофурфурола в апротонном полярном растворителе прибавляют малоновую кислоту и катализатор - полимерную аминоалкансульфоновую кислоту (ПАС в таких количествах, которые обеспечивают молярное соотношение 5-нитрофурфурол : малоновая кислота : ПАС 1:1,2 + 3,0:0,1 - 1. Реакционную смесь нагревают при 50-120 С до окончания выделения газов (т,е, в течение 3-6 ч), отфильтровывают катализатор - ионит, а

фильтрат выливают в воду Вь(павший осадок отделяют и при необходимости либо перекристаллизовывают, либо очищают другими известными способами.

По качеству Е-(транс)-3-{5-нитрофурил-2)-акриловая кислота, полученная по данному способу, не уступает образцам, полученным при помощи других методов. Ее чистоту характеризует Торазл 23б-237 С (по лит данным разл ) и содержание основного вещества в целевом п; одукте 98-99 (определенное при помощи потенциометрического титрования) На то, что . получают Е-(транс)-изомер, указывает не только т,разл, но также спектр ПМР целевого продукта (пример 1), в котором константы спин-спинового взаимодействия алкеновых протонов F 16 Гц (у 2-(цис)-изомера F 8-10 Гц), Присутствие Z-изомеров не обнаружено в спектре ПМР целевого продукта. Кроме того, целевой продукт является хромотографически однородным (R О, в системе бензол - диоксан - уксусная кислота 90:2 :). Выход целевого продукта 70-75 ; т,разл 236-237 0; содержание основного вещества 98-99

Пример 1, К раствору 28 г (0,2 моль) 5 нитрофурфурола в диметилформамиде прибавляют г (0, малоновой кислоты и 50 г (0,1 моль) катализатора полимерной аминопропансульфоновой кислоты (п 3)о Реакционную смесь нагревают при 90-95°С в течение А ч После завершения выделения газов отфильтровывают катализатор и фильтрат выливают.в воду Отфильтровывают полученный осадок. После к перекристаллизации его из этанола получают г (75) Е-(транс)-3-(5-нитрофурил-2)-акриловой кислоты с . 236-237 С. Содерк ание в ней основного вещества 98,6 (определено потенциометрическим титрованием) ,

Найдено, %: С 5,7; Н 2,6l;N 7,69/

05

Вычислено, %: С 5,9; Н 2,63; N 7,65.

ПМР (в СОСЦ):б 6,78 (IH, д, СН аром.), 7,09 (IH, g СИ-, F 16 Гц), 6,9 (IH, д, СН apoMj, 6,18 (ТН, 9,, СН-, F 16 Гц) .

Пример 2 К раствору 141,0 г (1,0 моль) 5-нитрофурфурола в диметилсульфоксиде добавляют 312,0 г (3,0 моль) малоновой кислоты и 50 г (0,1 моль) полимерной аминоэтансульфонавой кислоты. Реакционную смесь перемешивают при 60-70 С в течение 5 м Отфильтровывают катализатор ионит, фильтрат разбавляют водой и отфильтровывают выпавший осадок. После перекристаллизации из уксусной кислоты получают 128 г (70) Е-3-(5-нитрофурил-2)-акриловой кислоты с т.разЛо 23бс и содержанием основного вещества 98,t .I, . П р и м.е р 3. К растеору ,0 г (1,0 моль) 5-нитрофурфурала в суль- , фолане прибавляют 20&,1 г (2,0 моль) малоновой кислоты и 50 г (0,1 мрль) полимерной аминоэтансульфоноврй кислоты о Реакционную смесь перемешивают при 115-120°С в течение 2 ч, отфильтровывают от катализатора и фильтрат выливают в воду. После выделения аналогично примеру 1 получают г (74%) Е-3-{5-нитрофурил-2)-акрило..-., . ... . вой кислоты с т„разл. 236 С и содержа нием основного вещества 98, П р и Мб р k, К раствору V4,1 г (0,10 моль) 5 ниТрофурфурола в гексаметилтриамиде фосфорной кислоты прибавляют 12,5 г (0,12 моль) малоновой кислоты и 5 г (0,01 моль) полимерной аминопропансульфоновой кислоты (г З). Реакционную смесь перемешивают при 115-120 С в течение 1 ч, отфильтровывают катализатор и выливают в воду.. После выделения аналогично при.„ . - - меру 1 получают 13,5 г (74%) Е-3-(5-нитрофурил-2)-акриловой кислота с т.разл. 235-237 С и содержанием ос иовного вещества 98, Принер5о К раствору I, г 0.10 моль 5-нитрофурфурола в ацетонитриле прибавляют 31,2 г (о,30 моль) малоновой кислоты и 46 г (0,10 моль) полимерной аминобутан ульфоновой кислоты .Н о Реакционную смесь перемешивают при 5Р®С в течение 6 ч. Катализатор отфильтровывают, фильтрат разбавляют водой После выделения аналогично примеру 1 получают 12,8 г (70) Е-3-(5-нитрофури.п-2)-акриловой кислоты с т.разл, 237 С и содержанием основного вещества 98, Пример 6о К раствору Й,1 г (О,,10 моль.) 5-нитрофурфурола в гексаметилтриамиде фосфорной кислоты прибавляют 311,2 г (0,ЗР моль) малоновой кислоты и k6 г (0,10 моль) полимерной аминобутаисульфоновой кислоты (п - ). Реакционную смесь перемешивают при 50 С в течение 6 ч„ Катализатор отделяют и целевой продукт выделяют аналогично примеру К Получают 14,6 г (71%)Е-3-(5-нитрофурил-2)-акриловой кислоты с т.разл. 236°С и содержанием основного вещества 98,0, Технико-экономический эффект данного способа заключается в том, что способ одностадийный; увеличен выход целевого продукта на 63-681(от 6,5 до 70-75%); обеспечена безопасность процесса - нитрофураны, подобно многим нитросоединениям при температу 200С, склонны к разложению (иногда со взрывом); в результате процесса получают только один транс-изомер, что позволяет увеличить селективность процесса.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ € 3i-С5-НИТРОФУРИЛ-2)-АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ взаимодействием 5 нитрофурфурола с малоновой кислотой в среде органического растворителя в присутствии катализатора при повышенной температуре, о т л и чаю щи и с я тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, упрощения и повышения селективности процесса, в качестве органического растворителя используют апротонный полярный растворитель, а в качестве катализатора используют амфотерный ионит - полимерную аминоалкансульфоновую, к «слоту формулы -ен-снгi (Л CH2-ira:-CH2- CH2-NH2 (СН21п- Оз где п - целое число, равно 2,3 или 1, и процесс проводят при 50-120°С и мольном соотноаении 5-нитрофурфуро.ла малоновой к 1споты и полимерной аминоалкансульфоновой кислоты, равел К1 ном 1:1,2-3,0:0,1-1 соответственно. 2, Способ по п. 1, отличаюел щий с я тем, что D качестве апроо тонного полярного растворителя используют М,М-диметилформа «1д, диметилОд сульфоксид, сульфолан или гексаметилтриамид фосфорной кислоты.