Способ получения 2-метил-5-нитроимидазола Советский патент 1976 года по МПК C07D239/20 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-МЕТИЛ-5-|НИТРОИМИДАЗОЛА при 130 I S0( с одновременной отгонкой летучих компонентов и выводом их из реакщюнной среды. ftaxunfo нитрования проводят поэтапно, с различной продолжительностью отдельных этапов, причем на первом этапе в течение добавления реагентов поддерживают температуру 60-90° С и лиид. затем, желательно после добавле1шя всех реагентов, а особенно по мере отчетливого понижения скорости реакции и экзотермического эффекта, повышают температуру непрерьгоно или периодически. При проведе 0ш реакции в раствор 2 - метил-имидаэола вводят азотную кислоту к постепенно добавляют серную кислоту до начала экзотермической реакции, причем дальнейший ход реакции регулируют, применяя серную кислоту в качестве ускоряющего агента, а по мере необходимости в качестве замедляющего агента употребляют прореагировавший прежде продукт реакции и азоть-ую кислоту. Пример.в эмалированный котел емкостью 75л, снабженный меишлкой и охлаждающей рубашкой, помещают 10л азотной кислоты с плотностью 1,40 и постепенно, непрерьшно перемешивая и охлаждая, вводят 5 кг 2 - метилимидазола таким образом, чтобы температура не превышала 60° С. Затем приливают в раствор 10 л серной кислоты с плотностью 1,84 с таким расчетом, чтобытемпература в конце добавления достигала 110° С Постепенно начинается реакция, которая сопровождается бурным кипением раствора и выделением коричнеБых дымов. По мере увеличения скорости реакции в смесь постепенно добавляют еще 6л азотной кислоты, соблюдая, чтобы температура удерживалась на постоянном уровне. В случае чрезмерного торможешш реакции регулируют дальнейший ее ход добавлением серной кислоты, которую вводят (общий объем 6 л) по мере того, как интенсивность реакции уменьшается. По окончании добавлеш1Я реагентов продолжают перемешивать раствор до полного прекраш;ения реакции и исчезновения экзотермического эффекта, соответствующим образом уменьшая а затем вьп лючая охлаждение. Раствор оставляют для охлаждения, разбавляют 40 л воды и при включенном охлаждении нейтрал11зуют аммиачной водой до рН 6. Вьшавший светло-желтьш или почти белый осадок 2 - метил - 5 - нитроимидазола отфильтровьюают, тщательно промьтают небольшими порциями холодной воды и затем сушат, чистый продукт. Выход 4,840 кг, т.е. около 64% от теоретического. Пример 2. В котел из кислотоупорной С1али емкостью 250л, снабженный меиилкой и охлаждающей рубашкой, помещают прореагировавший paciBop, полученный по примеру 1, и при включеннь х охлаждении и перемешивании растворяют 1S кг 2 - метилимидазола таким образом, чтобы температура не превышала 60° С. После этого пришшают 50л азотной кислоты с плотностью 1,40 и ностеиеж.о вводят серную кислоту с плотностью 1,84, причем сразу начинается итенсивная реакиид с выделе1тем окислов азота, а телягература повышается до. 110°С. Температуру поддерживают йа этом уровне путем перемецшвания и охлаждегая, а затем по мере затихания реакции и уменьшения экзотермического эффекта постепенно вводят-небольшими порциями серную кислоту таким образом, чтобы температура удерживалась на постоянном уровне, до общего объема 50 л. После прекращения реакции и охлаждения раствора оставляют 1/4 его часть для переработки следующей загрузки, а из остального количества известным способом получают 15,1 кг 2 - метил - 5 - нитроимидазола, ;Что соответствует выходу 65% от теоретического. Примерз. В стеклянную колбу емкостью 15л, снабженную эффективно действующим шариковым обратным холодильником, наливают 6 л азотной кислоты с плотностью 1,40 и затем при перемешивании и охлаждении прибавляют 2 кг 2 метилимидазола, наблюдая, чтобы температура не превышала 60° С После этого постепенно добавляют серную кислоту с плотностью 1,84 до начала интенсивной реакции, которая сопровождается выделением окислов азота и повышением температуры до 1 , после чего добавление серной кислоты прекращают и путем сильного охлаждения и добавки небольшого количества азотной кислоты тормозят дальнейшее увеличение скорости реакции и поддерживают температуру на уровне 110° С. По истечении нескольких минут, когда интенсивность реакции уменьшается, вводят постепенно серную кислоту до общего объема 5 л и затем по окончании основной реакции, протекак)щей около 55 мин, колбу открьшают и приливают в нее сразу 1 л серной кислоты, что вызьшает быстрый рост температуры до 150°С, а также бурное кипение раствора в течение 5 мин. По охлаждении известным способом отделяют 1,990кг продукта, т.е. около 66% от теоретического. При проведении процесса указанным способом, но с обратным холодильником, оставленным в течение всего времени реакции и дореагированием при постоянной температ)фе, получают лишь 1,870 кг продукта, при этом необходимо использо-, вать больший объем раствора и больше аммиака для выделения 2 - метил - 5 - нитроимидазола. П р и м е р 4. В колбу из кислотоупорной стали емкостью 75 л, снабженную мешалкой и охлаждающей рубашкой, помешают прореагировавший послеШлТрационный раствор, полученный по примеру 1 или 3, и постепен ю добавляют, охлаждая и перемешивая, 6 кг 2 - мегалимидазола, а затем 20 л азотной кислоты с плотностью 1,40, следя, таобы температура не превышала 70° С. Котел закрьшают, прибавляя провод к поглощающей аппаратуре, снабженной охлаждаемым приемником, соединенным с котлом через кран. В раствор вводят постепенно серную кислоту, причем сразу начинается интенсивная реакция с вьщелением окислов азота, а

температура повыииется до 110° С. Добавление серной кислоты прекращают и поддерживают температуру на этом уровне путем интенсивного охлаждения и периодического прибавления конденсата из приемника. Чтобы затормозить очень бурную реакцию прибавляют 1 л азотной кислоты с плотностью 1,40. Стабилизировав скорость реакции, поддерживают в дальнейшем ее равномерное протекание постепенным нриливанием серной кислоты до общего ее объема 20 л. В случае более бурной реакции периодически переливают содержимое приемника в интегратор. По;прекращении интенсивной реакции, которая длится около 1 час, выключают охлаждение и через 5 мин постепенно повышают температуру до 140°С, продолжая реакцию при этой температуре до исчезновения экзотермического эффекта, после чего раствор ;вьтаривают и концентрируют, а летучие компоненты, т.е. вьщеляющиеся в этот период ш-ры и газы, не возвращают в реакционную среду. По охлаждении прореагировавщей смеси оставляют 1 /4 ее объема для переработки следующей загрузки. Из остального количества после нейтрализации аммиаком известным способом получают 5,820 кг 2 - метил - 5 - нитроимидазола, что соответствует выходу 64% от теоретического.

П р и м е р.5. В нитраторе из кислотоупорной стали емкостью 75л, снабженном обратным холодильником, мещалкой, термометром и охлаждающей рубашкой, растворяют в посленитрационном растворе, полученном по примеру 1, охлаждая и перемещивая. 8 кг 2 - метшшмидазола. Затем прибавляют 24л азотной кислоты с плотностью 1,40 для; поддержания температуры 70° С. Потом прибавляют серную кислоту с плотностью 1,84 таким образом, чтобы при одновременном перемешивании и охлаждении удержать температуру на этом уровне.

После введения 10 л серной кислоты прекращают добавление и затем через 10 мин осторожно продолжают добавлять ее по каплям, пока не будет достигнут об1ций объем 24 л, причем по мере увеличения интенсивности реакции постепенно увеличивают расход охлаждающей воды. Резервуар, снабженный проводом, дающий возможность доливать в нитратор 10 л прореагировавшего прежде посленитрационного раствора, является добавочным предохранительным средством. Такой предохранитель употребляется во всех реакциях, начинающихся при низкой температуре. После добавления всего количества серной кислоты раствор перемешивают и охлаждают еще в течение 15 мин, а затем после отчетливого замедления реакции и уменьшения экзотермического эффекта допускают медленный рост температуры со скоростью 1° С/мин до достижения температуры 110° С. При этой темперагуре выдерхсивают смесь еще в течение 15 мин, а затем выключают обратный холодильник, вводя вьщеляюшиеся пары и газы непосредственно в поглотительную аппаратуру, и прекращают циркуляцию охлаждающей воды, причем температура реагирующей смеси

аовыщаегтся самопроизвольно, достигая в коняё 138° С. При этой температуре дают дореаги|)овать раствору в течение 20 мин, причем он одновременно подвергается конце(гтрированию в результате от. гонки около 3 л, главным образом, воды и азотной кислоты (т.е. разбавленной азотной кислоты), после чего вновь включают охлаждение. В нитраторе оставляют 20% объема раствора для переработки следующей загрузки, из остального же количества

известным способом получают 9,700 кг 2 - метил t-5 - нитроимидазола, что соответствует выходу 77% от теоретического.

Пример 6. В стеклянну о колбу емкостью 750 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 50 г 2 - метилимидазола и затем, перемешивая и охлаждая, добавляют осторожно по каплям 10мл серной кислоты с плотностью 1,84 с такой скорость:о, чтобы температура не превышала 120° С. (2 - Метилимидазол является свободным

основанием, и его превращение в сульфат 2 -Метилимидазол связано с выделением большого

: количества тепла). После этого медленно вводят

еще 20 мл серной кислоты, понижая температуру до

50°С, добавляют 100 мл азотной кислоты с плотностью 1,50 и дожидаются самопроизвольного начала реакции. Затем путем охлаждения и перемешивания поддерживают температуру до 110° С, причем в случае необходимости бурный в начальный период ход реакции можно затормозить добавлением нескольких миллилитров азотной кислоты с плотностью 1,50. В дальнейшем, по мере уменьшения интенсивности реакции и экзотерглического эффекта - через 10-20 мин постепе1Ш( добавляют серную кислоту до общего ее количества 50 мл.

Добавляя серную кислоту, удаляют обратный холодильник и повышают температуру до 130- 150 С.

Раствор оставляют для охлаждения и известным способом, нейтраяизуяаммиаком, отделяют 42 г 2 метил - 5 - нитроимидазола.

Пример. В нитратор, емкостью 900 л из

кислотоупорной стали, снабженный мешалкой, охлаждающей р башкой и тягой, в поглотительную систему со встроенным охлаждаемым приелдшком, имеющим спуск в нитратор, вводят 110л посленитрационного раствора, полученного нитpoвa шeм 2 - метилимидазола. Охлаждая и перемешивая, в этом растворе растворяют 75кг 2 - мегшшмидазола, работая при таком режиме, чтобы температура не превышала 80° С, а к концу реакции снизилась до

40° С Затем добавляют 150 л азотной кислоты с

плотностью 1,50, температура подьшмается до

, после чего постепенно добавляют серную

I кислоту с плотностью 1,84 до начала интенсивной

реакции с повышением температуры до 110 Си

поддерживают температуру на этом уровне. В ходе добавления серной кислоты периодически спускают конденсат с приемшжа, особенно в те моменты, когда реакция станови.ся более интенсив После добавления всего количества серной кислои.: {около 70 л) и отчетливого уменьшения экзотерм КОГО Эффекта температуру смеси повышают до . Через 20 мка при общей продолжительности реакции около 30 мин раствор охлаждают, оставляя в витраторе 110 л жидкости для переработки следующей загрузки, а из остального количества путем нейтрализации послереакционной смеси аммиаком получают известным способом 73,5 кг 2 метил - 5 - нитроимидазола. Пример 8. В колбу емкостью 1 л помещают неразделенную смесь, полученную нитрованием 2 метшшмидазола по примерам 1, 3 и 5. Охлаждая и перемеишвая, в ней растворяют 100 г 2-метилимидазола таким образом, чтобы температура не превышала 70° С. После подключения обратного холодильника добавляют 200 мл азотной кислоты с плотностью 1,50, после чего постепенно- вводят серную кислоту с плотностью 1,84 с повышением температуры до 110° С. Реакгщя начинается сразу с бурным вьщелением окислов азота. Затем по мере замедления реакции продолжают вводить серную кислоту до общего количества 100 мл и после понижения экзотермического эффекта заменяют обратный холодильник прямым, повышают температуру смеси до 140°С, отгоняя 10-20мл летучих компонентов. По окончании реакции оставляют 1/3 объема для переработки следующей загрузки, а из остального количества известным способом получают 98 г 2 - метил - 5 - нитроимидазола. Пример 9. В котел из кислотоупорной стали емкостью 800 л, снабженный мешалкой, охлаждающей рубаожой и эффективным обратным холодильником, помещают 150 л азотной кислоты с плотностью 1,50, подогревают до температуры 85° С и затем, перемешивая и охлаждая так, чтобы удержать постоянную температуру, добавляют по каплям псслереакциоиньш раствор, полз енный по примеру, затем добавляют раствор 80кг 2 метилимидазола в 80 л концентрированной серной кислоты. Раствор, перемешивают до отчетливого понижения экзотермичеасого эффекта, после чего постепенно повышают температуру, в течение 1 час цо110°С. Эту температуру поддерживают в течение 25 мин. Затем включают обратный холодильник, поднимают температуру до 140°С, поддерживая такой в течение 30 мин, отгоняя в- этот период летучие компоненты и отводя их из реакционной среды; Послереакционный раствор охлаждают и разделяют, оставляя 1/3 объема его в реакторе, а из 2/3 известным шособом, т.е. путем разбавления водой и нейтрализации аммиаком до рН выделяют 2 метил 5 - нитроимидазол. Выход 60 кг продукта, что соответствует выходу 77% ot теоретического. Примерю. В прореагированном послеяитрационном растворе иолученном по примеру 3, растворяют 75 кг 2 - метилимидазола, перемешивая и охлаждая. Затем включают обратный холодильник и до бавляют 120л азотной кислоты с плотностью 1, после чего постепенно вводят серную кислоту так,чтоВы при одновременном перемепшвашш и охлаждении поддерживать постоянную температуру 80° С. В течение 15 мин после добавления всех реагентов начинают постепенно повьпшть температуру со скоростью до 10° С через каждые четверть часа до 110°С. Эту температуру поддерживают еще в течение 20 мин, после чего вьпслючают обратный холодильник и повышают температуру реагирующей смеси до 140°С, отгоняя одновременно детучие компоненты и выводя их из реакционной среаЫ 1/4 объема раствора оставляют для переработки следующей загрузки, а из 3/4 известньпй способом вьщеляют 91 кг 2 - метил - 5 - нитроимидазола, что составляет примерно 78% от теоретического. Формула изобретения 1.Способ получения 2 - метил - 5 - нитроимидазола нитрованием 2 - метилимидазола азотной и серной кислотой в присутствии флегматизатора (ингибитор) ,отличающийс я тем, что, с целью регулирования хода реакции, в качестве флегматазатора используют продукт реакции в виде прореахировавшего посленитрационного раствора и/или избыток кощентрированной азотной кислоты. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем,что для нитрования используют азотную кислоту с плотностью 1,47-1,57 и серную кислоту с плотностью 1,84.