Способ получения замещенных фтал- или нитрофталимидов Советский патент 1992 года по МПК C07D209/48 

i

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способам синтеза замещенных имидов фталевой и нитрофталевых кислот общей формулы

О

и

и

О

где R,-H или N02, R2 - алкил Ci-C4, который может быть замещен фенилом, окси (Сг С4)алкил, которые являются исходными и промежуточными продуктами при синтезе полиэфироимидое, отличающихся термопластичностью и малым дымовыделением при воздействии открытого пламени.

Известные способы получения М-алки- лимидов основаны на конденсации алифатических аминов с фталевой и нитрофтале- вой кислотами или их ангидридами. Однако синтез самих нитрофталевых кислот является многоступенчатым и сложным процессом, поскольку при нитровании образуется смесь 3- и 4-изомеров, процесс разделения которых включает несколько стадий, В результате выход чистых изомеров нитрофталевых кислот составляет около 30%. Избирательное нитрование в 4-положение протекает в том случае, когда исходным объектом является фталимид. Образующийся при нитровании 4-нитрофталимид обычно переводят в соответствующий ангидрид. Для этого его подвергают двухстадийному гидролизу (сначала в щелочной, затем в сильно кислой среде) до 4-нитрофталевой кислоты, которую затем ангидридизируют,

00

ю jto

полученный 4-нитрофталевый ангидрид конденсируют с аминами. Таким образом недостатком способа является его много- стадийность и сложность.

В связи с этим более перспективным представляется использование незамещенных нитрофталимидов в качестве исходных продуктов для алкилирования.

Известен способ алкилирования незамещенных имидов галоидфталевых кислот алкиламинами в среде органического растворителя (ароматические углеводороды, хлороформ, спирты) при кипячении. Однако выходы целевых продуктов при этом ниже, чем при синтезе через ангидриды и не пре- вышают70%. Для алкилирования нитрофталимидов этот способ вообще неприменим, поскольку образующийся на промежуточной стадии конденсации N-замещенный ди- амид нитрофталевой кислоты недостаточно активен в условиях некатализированной реакции термического циклодезаминирова- ния в низкокипящих органических растворителях и поэтому большая часть не- зациклизованного вещества остается в ма- точнике.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ прямого алкилирования имидов, согласно которому N- замещенные имиды получают по двухстадийному способу:

(§Ј .Hz0 ©

СОШ2 СОШ235

На первой стадии реакцию ведут при 20°С в водном растворе амина. Образующийся при этом N-замещенный диамид отфильтровывают, промывают водой, сушат и подвергают затем на второй стадии синтеза термической циклизации при 150-200°С, получая целевой продукт с выходом 80-95%.

Недостатком этого способа является двухстадийность процесса и высокая темпе- ратура циклизации, которая не позволяет получать химически чистые целевые продукты в случае нитрозамещенных фталимидов, поскольку они при термообработке легко подвергаются деструктивным окислитель- ным превращениям, а образующиеся при этом продукты деструкции загрязняют целевой N-алкиламид и снижают его выход.

Целью изобретения является упрощение процесса.

5

10 15 0 5

0

5

0

5

0 5

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, в котором незамещенный имид фталевой или нитрофталевой кислоты смешивают с 15-30%-ным водным раствором амина, к образовавшейся суспензии прибавляют концентрированную уксусную кислоту и процесс ведут в растворе при температуре 85-100°С в течение 0,5-1,0 ч при следующей последовательности смешения компонентов: исходный имид, водный раствор амина, уксусная кислота.

Отличиями предлагаемого способа являются: проведение процесса в одну стадию (без выделения промежуточного продукта) при температуре 85-100°С в водном растворе уксусной кислоты. Это позволяет достигнуть положительный эффект - снижение температуры реакции на 100- 120°С, устранение стадий выделения промежуточного продукта и очистки целевого N-алкиламида, повышение его чистоты, о чем свидетельствует т.пл. синтезированного вещества и его элементный анализ,

Выделение целевого N-замещенного фталимида из реакционной смеси после завершения реакции проводят путем фильтрации, промывки водой и высушивания. При этом образуется белый продукт, не требующий дополнительной очистки с температурой плавления, соответствующий литературным данным. Выход целевого продукта составляет 85-90%. Строение и чистота полученных веществ подтверждены по т,пл. данным элементного анализа, ИК- спектроскопии и в некоторых случаях проведением встречного синтеза.

Пример 1, 192 г (1 моль) 4-нитрофта- лимида помещают в реактор, снабженный мешалкой, термометром и обратным холодильником, и добавляют 150 мл (1,1 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора). К образовавшейся густой белой суспензии добавляют 400 мл уксусной кислоты и нагревают до температуры кипения раствора. Раствор кипятят 0,5 ч при 100°С при перемешивании. Реакционную смесь охлаждают, выпадающие при этом белые кристаллы отфильтровывают, промывают водой и сушат. Вес М-метил-4-нитрофтали- мида составляет 180,9 г. Выход 87,8%. Температура плавления 179-180°С. При плавлении смешанная проба этого продукта с М-метил-4-нитрофталимидом, полученным из 4-нитрофталевого ангидрида и метиламина, депрессии не дала.

ИК-спектр, 1345 и 1535 (N02), 720, 1385, 1710 и 1775 (имидный цикл), 2870 и 2950 (СНз).

Найдено, %: С 52,63; Н 3,06; N 13,33,

CgHeO Na

Вычислено. %: С 52,44; Н 2,93; 031,04; N 13,59.

Пример 2. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 15 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) и выдерживают 0,75 ч при 100°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок М-метил-4-нитрофталими- да, выход которого составляет 88,5%, Температура плавления 179-180°С.

Пример 3. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 15 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) и выдерживают 1 ч при 100°С. Выделение осадка так же, как в примере 1, Получают белый порошок Г -метил-4-нитрофталимида, выход которого составляет 94,3%. Температура плавления 179-180°С.

Пример 4. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 15 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) и выдерживают 1 ч при 85°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок М-метил-4-нитрофталимида, выход которого составляет 85,4%. Температура плавления 179-180°С.

Пример 5. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют как описано в примере 1, с 15 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) и выдерживают 0,5 ч при 85°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок М-метил-4-нитрофталимида, выход которого составляет 83,6%. Температура плавления 179-180°С.

Пример 6. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 24 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 15%-ного водного раствора) и выдерживают 1 ч при 100°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок М-метил-4-нитрофталимида, .выход которого составляет 93,2%. Температура плавления 179-180°С.

Пример 7 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 13 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 30%-ного водного раствора) и выдерживают 1 ч при 100°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок М-метил-4-нитрофталимида, выход которого составляет 93,9%. Температура плавления 179-180°С.

Пример 8. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в примере 1, с 6,1 мл (0,1 моль) этаноламина с добавлением 24 мл воды и выдерживают 1

ч при 100°С. Реакционную смесь охлаждают и разбавляют водой. Выпавшие белые кристаллы отделяют, промывают водой и сушат, Получают Ы-ф-гидрокси)-этилен-4-нитрофта- 5 лимид с температурой плавления 105- 107°С. Выход составляет 86,1%.

ИК-спектр, см 1: 1350 и 1545 (N02), 725, 1395,1710 и 1780(имидный цикл), 3400(ОН).

Найдено, %: С 50,92; Н 3,56, N 11,99. 0CioHs05N2.

Вычислено, %; С 50,86; Н 3,41; О 33,87; N 11,86.

Пример 9. 19,2 г (0,1 моль) 4-нитро- фталимида конденсируют, как описано в 5 примере 1, с 10,9 мл (0,1 моль) бензиламина с добавлением 33 мл воды, выдерживают 1 ч при 100°С и обрабатывают так же, как в примере 1. Получают М-бензил-4-нитрофта- лимид с выходом 90,3%.

0 ИК-спектр. 1345 и 1535 (N02), 720, 1385, 1710 и 1775 (имидный цикл).

Найдено, %: С 63,91; Н 3,67; N 10,12.

C15H1004N2

Вычислено, %; С 63,83; Н 3,57; О 22,67; 5 N 9,93.

Пример 10. 192 г (1 моль} 3-нитрофталимида конденсируют, как описано в

примере 1, с 220 мл (1.1 моль) этиламина (в

виде 25%-ного водного раствора) и выдер0 живают 1,0 ч в уксусной кислоте при 100°С.

Выделение осадка так же, как в примере 1.

Получают белый порошок N-этил-З-нитрофталимида, выход которого составляет

88,7%. Температура плавления 108-109°С.

5 ИК-спектр, 1345 и 1535 (N02), 720,

1385, 1710 и 1775 (имидный цикл), 2870 и

2950 (C2Hs).

Пример 11. 147 г(1 моль)фталимида помещают в реактор, снабженный мешал- 0 кой, термометром и обратным холодильником, и добавляют 150 мл (1,1 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) при комнатной температуре. К образовавшейся густой белой суспензии 5 добавляют 400 мл уксусной кислоты и нагревают до температуры кипения раствора. Раствор нагревают 1 ч при 100°С и перемешивании. Реакционную смесь охлаждают, выпадающие при этом белые кристаллы от- 0 фильтровывают, промывают водой и сушат. Вес N-метилфталимида составляет 152,63 г. Выход 94,8%. Температура плавления 132- 133°С.

ИК-спектр, см-1: 720, 1385, 1710 и 1775 5 (имидный цикл), 2870 и 2960 (СНз).

Найдено, %: С 66,91; Н 4,40; N 8.74 CgH702N.

Вычислено, %: С 67,08; Н 4,38; О 19,85, N 8,69.

Пример 12. 14,7 г (0,1 моль)фталими- да конденсируют, как описано в примере 1, с 22 мл (0,11 моль) этиламина (в виде 25%- ного водного раствора) и выдерживают 1 ч в уксусной кислоте при 100°С. Выделение осадка так же, как в примере 1. Получают белый порошок N-этилфталимида, выход которого составляет 92,8%. Температура плавления 77-78°С.

ИК-спектр, 720, 1385, 1710 и 1775 (имидный цикл), 2870 и 2950 (СзНз).

Найдено, %: С 68,64; Н 5,07; N 8,03

CioH902N.

Вычислено. %: С 68,56; Н 5,18; О 18,27; N 7,99.

Для сравнения приводим следующие примеры:

Пример 13. 19,2 г (0,1 моль)4-нитро- фталимида помещают в 40 мл уксусной кис- лоты и добавляют 15 мл (0,11 моль метиламина (в виде 25%-ного водного раствора). Раствор кипятят 1 ч при 100°С. Реакционную смесь охлаждают, выпавшие кристаллы отфильтровывают, промывают водой и сушат. Выделенное вещество с температурой плавления 202-203°С соответствует исходному 4-нитрофталимиду. Его структура подтверждается также данными элементного анализа и ИК-спектроскопии. Таким образом, при изменении порядка смешения компонентов целевой продукт не образуется.

Пример 14. 19,2 г(0,1 моль)4-нитро- фталимида и 15 мл (0,11 моль) метиламина (в виде 25%-ного водного раствора) смешивают при комнатной температуре в фарфоровой ступке и тщательно растирают. Через 1-2 мин образуется густая белая суспензия N-метилдиамида 4-нитрофталевой кислоты. Затем образовавшийся N-замещенный диа- мид подвергают термической циклизации в термостате с температурой 200°С в течение 2 ч. Выход целевого продукта 95%. Вещество имеет темно-коричневый цвет и плавится

при 159-160°С. После двухкратной перекристаллизации из этанола с активированным углем получают белые кристаллы с температурой плавления 179-180°С. Потери при кристаллизации составили 25%, т.е. выход чистого вещества - 70%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить индивидуальный целевой продукт без дополнительной очистки в

более мягких условиях.

Это достигается за счет проведения обоих стадий реакции (раскрытия и закрытия цикла) в условиях каталитической активации реакционной средой (растворителем).

При этом на первой стадии (в водно-основной среде) реакция активируется гидро- ксильным .анионом, на второй (в растворе уксусной кислоты) - ацетатным анионом. Доказательством этого может служить то,

что изменение последовательности введения воды и уксусной кислоты приводит к отрицательному результату, т.е. реакция вообще не идет (см, пример 13).

Формула изобретения

Способ получения замещенных фталили нитрофталимидов общей формулы

О II

-Зн-н,

5

0

где Ri-H или 3- или 4-N02. Р2-С1-С4-алкил, который может быть замещен фенилом, ок- си-(С1-С4)-алкил,

взаимодействием фтал- или нитрофта- лимида с водным раствором соответствующего амина и циклизацией полученного продукта при повышенной температуре, о т- личающийся тем, что, с целью упрощения процесса, последний ведут в одну стадию в среде уксусной кислоты при 85-100°С при следующей последовательности смешения компонентов: имид, водный раствор амина, уксусная кислота.

Сущность изобретения: продукт - фталили нитрофталимид V -С(0)ч -сюг ы«г , , где RrH, 3- или 4-N02. Ra-Ci-C4 алкил, который быть замещен СбНб, окси (Ci-СОалкилом. Т.пл. 179-180°С для 4-N02, R2-CH3. Реагент 1: фтал- или нитрофталимид. Реагент 2: водный раствор амина. Условия реакции: в среде СНзСООН при 85-100°С при следующей последовательности смешения компонентов: имид, водный раствор амина, СНзСООН. СО С