Способ получения N,N-ди-(с @ -с @ )-алкил-4,4 @ -бипиридиловой соли Советский патент 1981 года по МПК C07D211/68 

моль N,N -ди(С -С -олкил)тетрагидро-k,k -бипиридила лучше в количестве от 1000 до 2000 молей на моль N,N-ди(С -С--алкил)тетрагидро-4, -бипиридила, Предпочтительно используют аромат ческое нитросоединение в количестве от 1 до 100 молей на моль N,N -ди (с. -Crt-алкил) тетрагидро- ,k -бипиридила, лучше от 2 до 10 молей на моль N,N -ди ( п-алкил) тетрагидро- .t -бипиридила. i Отличительными признаками способа являются использование в качестве органического окисляющего агента ароматического нитросоединения и про ведение реакции в присутствии воды. Выход по предложенному способу А192°. Исходные N,N -диалкилтетрагидро-4,А-бипиридилы можно получать в соответствии с известными способами, например, при помощи восстановления N-алкилпиридиновой соли, такой, как N-метилпиридиний хлорида, при помощи амальгамы натрия или при помощи электролитического восстановления. Способ получения целевых продуктов осуществляется при комнатной тем пературе и атмосферном давлении в от сутствие кислорода. Однако реакционная температура и давление не являются решающими факторами. Реакция мо жет осуществляться при температуре ниже точки разложения исходного мате риала; реакция осуществляется при температуре от О до 50 С, лучше от 10 до 30°С. Реакционное давление изм няется от 1 до 100 атм. Время реакции может изменяться в зависимости от других реакционных условий (реакционная температура и количество используемой воды), но о основном реак ция осуществляется в течение от 30 ми до 5 ч. Реакционная атмосфера играет более решающую роль. Если реакция осуществляется в атмосфере воздуха, выход резко снижается и сопровождается образованием различных побочных продуктов, состав которых не был установлен, и которые трудно отделить. Эти продукты приводят к нежелательно му загрязнению целевых соединений. При реализации способа реакция может осуществляться без использования органического растворителя в качестве реакционной среды. В этом слу чае используется ароматическое иитро 8 соединение в ;(идкой форме, например нитробензол, и не осуществляется перемешивание реакционной системы. Эта система разделяется на верхний слой N,N -диметилтетрагидро-4 .i -бипиридила, промежуточный слой воды и нижний слой нитробензола, при этом реакция затухает. При этом с помощью перемешивания реакционной системы можно добиться стабильности реакции. С другой стороны, если используется твердое ароматическое нитросоединение, такое, как 0-нитрохлорбензол, или, если количество ароматического нитросоединения близко к эквимолярно1му количеству N,N -двузамещенного тетрагидро- .4 -бипиридила, твердые частицы непрореагировавшего ароматического нитросоединения или продукт, образовавшийся при восстановлении ароматического нитросоединения, выпадают в осадок. Осадок можно легко отделить при помощи фильтрации и получить фильтрат, содержащий искомое соединение. Реакция может осуществляться в реакторе периодического действия, снабженном мешалкой, а в реакторах непрерывного действия или трубчатых реакторах. При реализации предлагаемого способа в предпочтительном варианте осуществляется перемешивание. Если используется реактор, снабженный мешалкой, оптимальная дисперсия достигается при перемешивании со скоростью от 50 до 1000 об/мин, в предпочтительном варианте - от 100 до 700 об/мин. Если используется трубчатый реактор, оптимальная дисперсия достигается при таком перемешивании, что число Рейнольдса находится в области от 10 до 10. Извлечение N,N-диметил-4 ,4 -бипиридилового катиона из водной фазы осуществляется известными способами. Например, можно использовать способ, в соответствии с которым бипиридиловый кatиoн адсорбируется катионо-обменной смолой (с тем чтобы отделить его от остаточной неионной смеси). Затем вышеупомянутый катион извлекается в форме соли при обработке смолы, адсорбирующей бипиридиловый катион, кислотой (соляная, серная, фосфорная или уксусная кислоты). Пример 1.N,N -Диметилтетрагидро-, -бипиридил (ДМТВ) приготавливоется из N-метилпиридиний хлорида при помощи электролитической димеризации и получается в виде его раствора в диэтиловом эОире. Полученный таким образом диэтиловый эфир ный раствор подвергается перегонке под вакуумом, с тем, чтобы получить чистый ДМТБ. Так как чистый ДМТБ раз лагается при контакте с кислородом воздуха, все предварительные операции с ниМ осуществляются в атмосфере азота. Трехгорлая колба емкостью 500 мл хорошо промывается и сушится, а затем заполняется газообразным азотом. В эту колбу загружается 200 мл дегазированной воды и моль нитробензола, затем добавляется 8 моль ДМТБ. При этом осуществляется перемешивани при помощи магнитной мешалки, имеющей длину 4 см со скоростью 500 об/мин, реакция осуществляется при комнатной температуре и атмосфер ном давлении в атмосфере азота. Измерение значения рН показывает, что оно изменяется от 6,8 до 12,7 в тече ние 1 ч после инициирования реакции, а затем существенных изменений не происходит. Берется проба полученной таким об разом реакционной смеси объемом в 1 мл и разбавляется до объема в 100 мл чистой водой. Затем в разбавленную смесь добавляется около 1 мг дитионита натрия (Na-SjO) и смесь хорошо перемешивается. В результате, N,N-диметил-4,4 -бипиридиловая соль (ДМБ) восстанавливается до голубой окраски. Исследование поглощения излучения с длиной волны 603 нм при по мсиЦи спектрофотометра показало, что S,8% используемого ДМТБ превращается в N.N -диметил-,4 -бипиридиловую соль. 30 мл Катионнообменной смолы, типа карбоновой кислоты, имеющей средНИИ размер частиц 0,5 мл и обменную емкость 2,6 мэкв/мл смолы помещают в качестве насадки в стеклянную трубку имеющую внутренний диаметр 30 мм. Остаточное количество водной реакционной смеси пропускают через стеклянную трубку, заполненную смолой с линейной скоростью 0,45 м/ч с целью адсорбции на катионнообменной смоле ДМБ, содержащегося в водной фа зе. Насадку смолы, заполняющую стеклянную трубку, промывают приблизительно 1 л воды и 0,5 л диэтилового эфира. ДМБ десорбируют из смолы посредством 30 мл 2 н. раствора хлористого водорода, циркулирующего между стеклянной трубкой, заполненной смолой в виде насадки и резервуаром для жидкости. Полученный раствор концентрируют почти досуха, что приводит к получению 1б08 г красноватокоричневого твердого вещества. Отвешивают около 1 мг твердого вещества, растворяют в воде и анализируют таким же образом, как описано выше для определения степени чистоты твердого вещества. Вычисляют выход ДМБ, который составляет 52,7% от теоретического значения. Пример 2. 30,7г Толуольного раствора ДМТБ, полученного тем же способом, что в примере 1 и имеющего концентрацию 0, ммол/г, 300 мл дегизированной воды и б, нитробензола загружается в колбу, емкостью 500 мл. При этом осуществляется реакция, которая протекает при комнатной температуре и атмосферном давлении в токе газообразного азота в те|Чение 1 ч. Одновременно осуществляется .перемешивание при помощи мешал-, ки, имеющей длину k см со скоростью 30 об/мин. Полученной реакционной смеси дают отстояться , она расслаивается на водную и органическую фазы. ДМБ растворяется в водном слое и определяется тем же способом, что в примере 1. Выход составляет 92,5% от теоретического. Извлечение ДМБ осуществляют, как в примере 1 с тем отличием, что используют 0 мл 2 н. водного раствора хлористого водорода для десорбции ДМБ из катионно-обменной смолы. Получают 2,13 г красновато-коричневого твердого вещества. Выход извлеченного ДМБ равен 87.9%Пример п-Гексанового раствора ДМТБ, полученного в соответствии с примером 1 и имеющего концентрацию 0, ммол/г и 3,7 г о-нитрохлорбензола, подвергают реакции в присутствии 300 г дегазированной воды по известной схеме. Полученный . ДМБ идентифицируется, как в примере 1. Выход ДНБ составляет 1,8% теоретического значения. После протекания данной реакции, реакционную смесь еще отстаивают с целью разделения ее на водную фазу и фазу п-гексана. КатионооЬменную смолу - типа карбоновой кислоты, имеющую средний размер частиц 0,5 мм и обменную емкость

2,6 мэкв/мл смолы, набивают в стеклянную трубку с внутренним диаметром 30 мм. 300 мл водной фазы пропускают через наполненную смолой стеклянную трубку с линейной скоростью 0,45 м/ч с целью абсорбции на катионнообменной смоле ДМБ, содержащегося в водной фазе„ Слой смолы в стеклянной трубке, колонки промывают примерно одним литром воды. ДМБ десорбируется из смолы путем пропускания 20 мл 2 н. водного раствора хлористого водорода, который циркулирует между стеклянной Трубкой, наполненной смолой, и жидкостным резервуаром. Образующийся в результате раствор конценрируют практически досуха, в результате чего получают 0,5 г красноватобурого твердого вещества. Берут навеску 1 г этого твердого вещества (взвешивают с большой точностью), и анализируются таким же образом, как в примере 1, с целью определения чистоты этого твердого продукта« Выход ДМБ Ц},0% от теоретического.

Пример Приготавливается 20 г п-гексанового раствора, содержащего ДМТБ в концентрациях около 1,21 ммол/г и нитробензол из расчета 5 молей на 1 моль ДМТБ. Реакция осуществляется в колбе емкостью 500 мл в присутствии дегазированной воды из расчета 1800 молей на 1 моль ДМТБ в токе азота при комнатной температуре и атмосферном давлении в те чение 1 ч. Выход ДМБ варьируется в зависимости от количества оборотов мешалки. оборотов, 200 300 600 об/мин Выход ДМБ по отношению к теоретическому65,8 61,2 58, значению, % 70,2 Прим, ер 5.10 ммоль ДМТБ, растворенного в 20 мл диэтилового эфира, по каплям добавляется в течение 30 мин в смесь 50 моль нитробензола и 200 мл воды. Одновременно осу ществляют перемешивание при помощи магнитной мешалки, имеющей длину k см, со скоростью 500 об/мин в колбе емкостью 500 мл. После этого реак ция продолжается еще в течение 30 ми

при комнатной температуре и атмосферном давлении в потоке азота при тех

же условиях перемешивания. Полученная таким образом реакционная смесь

нагревается до температуры около 60 С, с тем I

чтобы удалить диэтиловый эфир из смеси. Берется образец объемом 2 мл из остаточного водного раствора и разбавляется чистой водой до объема, в 200 раз превышающий пер воначальный. Затем в разбавленный водный раствор добавляется 1 мг дитионита () натрия и полученный продукт спектрофотометрируют при длине волны бОЗ нм, как в примере 1. Выход составляет 78,6% от теоретического значения.

Извлечение ДМБ производят таким же путем, как описано в примере 2. Получают 1,91 г красновато-коричневого твердого вещества. Выход извлеченного ДМБ составляет 75,5%.

Пример 6. Г ммоль ДМТБ,растворенного в 20 мл п-гекс на, по каплям добавляется в течение 30 мин в смесь 5 моль нитробензола и 200 мл воды, содержащихся в колбе, емкостью в 300 мл. Одновременно осуществляетс перемешивание при помощи магнитной мешалки, имеющей длину U см со скоростью 300 об/мин. После этого реакция продолжается еще в течение 30 ми при комнатной температуре и атмосферном давлении в атмосфере азота.

Полученная реакционная смесь расслаивается на органическую фазу и

ной смолы применяют 5 мл 2 н. водного раствора хлористого водорода. Полуводную фазу. Берется образец водной фазы объемом 10 мл и разбавляется чистой водой до объема, в 100 раз превы шающий первоначальный. Затем в разбавленный до объема около 100 мл образец добавляется около 1 мг дитионита натрия, а затем в соответствии с тем же способом, что описан в примере 5, проводится исследование спектра поглощения. Выход составляет 82,5% от теоретического. .Извлечение ДМБ и обработку водного раствора проводят таким же образом, как в примере 1, с тем отличием, что 10 мл той же катионообменной смолы, что была применена в примере 1, помещают в стеклянную трубку с внутренним диаметром 10 мм. Линейная скорость пропускания водной фазы через трубку составляет 0.20 м/ч. Для промывки колонки со смолой берут л воды и 0,2 л диэтилового эфира, Для десорбции ДМБ из катионнообменчают 0,178 г красновато-коричневого твердого вещества. Выход ДМБ, извлеченного по способу, как в примере 1, составляет 87,98%. Пример 1а (сравнительный). Способ проводят как в примере 6, но в отсутствие воды. При этом осуществляется перемешивание при помощи маг нитной (шалки, имеющей длину k см, со скоростью 500 об/мин, а продукт реакции экстрагируется при помощи 200 мл воды, N,N -диметил-4 ,А -бипиридиловая соль растворенная в водной фазе анализируется как в примере 5. Выход 5, от теоретического значения. Пример 2а (сравнительный). 1 ммоль ДМТБ, растворенный в 20 мл п-гексана,добавляется по каплям в те чение 30 мин в смесь 100 мл раствоpa n-гекс.ана, содержащего 5 ммоль п-бензохинона и 100 мл воды. Одновременно осуществляется перемешивание при помощи магнитной мешалки. После этого реакция продолжается еще в течение 30 мин при комнатной температуре и атмосферном давлении в атмосфере азота. Полученный таким образом продукт, растворенный в вод ной фазе, анализируется в соответствии с процедурой, описанной в при мере 5. Выход составляет 21,7% отно сительно теоретического значения. Пример За (сравнительный). 20 мл раствора п-гексана, содержаще 1 ммоль ДМТБ, добавляется по каплям в течение 30 мин в смесь 5 мл нитро метана и 100 мл воды, содержащуюся в колбе емкостью в 300 мл, одновременно осуществляется перемешивание при помощи магнитной мешалки. После этого реакция продолжается еще в течение 30 мин при комнатной температуре и атмосферном давлении в атмосфере азота. Продукт реакции анализируется, как в примере 5, выход составляет 1,2% теоретического значения . Пример 7. 100 г раствора п-гексана, содержащего ДМТБ с концентрацией 0,282 ммоль/г, нитробензола, в раз превышающем в пересчете на моли, количество вышеупомя нутого ДМТБ, дегазированную воду, в 1830 раз превышающем в пересчете на моли, количество вышеупомянутого ДМТБ j|t загружается в круглую колбу объемом в 500 мл. Реакция протекает при комнатной температуре и атмосферном давлении в атмосфере азота. Мешалка изготавливается из полукруглой стеклянной пластины, имеющей в диаметре 4 см, а вращение осуществля-ется со скоростью 290 об/мин. Результаты варьируются в зависимости от реакционной температуры, что показано ниже в пересчете на выход ДМБ относительно теоретического значения. Время Реакционная температура реакции,ч 2°С 25°С . 1 I,5 9,U б5,4% 3 - 66,n ,3%-62,3% 1,565,2% Пример 8. n-Гексановый раствор, содержащий ДМТБ с концентрацией 0,АА2 ммол/г получается в соответствии, с процессом электролитической димеризации хлорида N-метилпиридина. П г полученного раствора, ,2 ммоль нитробензола и заданное количество дегазированной воды загружается в колбу Эрленмейера емкостью 500 мл. Реакция протекает при комнатной температуре, атмосферном давлении в течение 1 ч в атмосфере азота. Одновременно осуществляется переме- . шивание при помощи магнитной мешалки, имеющей длину см со скоростью 300 об/мин. Полученную реакционную смесь отстаивают, при этом она расслаивается на водную фазу и фазу п-гексана. Продукт, растворенный в Водной фазе, анализируется как в примере 5. Полученные результаты приведены ниже вместе с количеством N-метилпиридиновой соли, которая образуется в качестве побочного продукта. Эту соль можно использовать для получения ДМТБ (исходный материал в соответствии со способом) при помощи электролитической димеризации,Лнион N-метилпиридиновой соли в точности не известен, но вероятно, что это ион гидроокиси. Пример 9. Гексановый раствор Н,м-дмметилтетрагидро-+,1 -бипиридила, полученный путем электролитической димеризации йодида N-метилпиридила, был подвергнут реакции с нитробензолом в присутствии дегазированной воды с целью получения водного раствора, содержащего главным оби89разом N,N -диметил-4 ,4 -бипиридиловую соль и N-метилпиридиновую соль. Полученные анионы этих солей считались имеющими гидроксильную группу ОН. Катион N-метилпиридина в водном растворе был определен методами высо коскоростной жидкостной хроматографии и N,N -диметил-4,4-бипиридиловый катион в водном растворе определялся как в примере 1. Было установлено, что содержание катиона N-метилпиридина составило I,53 миллиэквивалента на килограмм и содержание катиона N,N -диметил-.4 -бипиридила было Зб,80 миллиэквивалента на килограмм. Частицы размером 80 меш слабо кис лой катионообменной смолы (КВ-500, изготовлено Асахи Касеи Когио К.К.Яп ния) помещают в стеклянную трубку, имеющую внутренний диаметр 100 мм и длину 1000 мм, слой смолы составляет 500 мм. Обменная способность КВ-500 около 2,7 экв/л смолы. 2,08 кг вышеупомянутого водного раствора были пр

пущены сверху через заполненную смолой трубку с линейной скоростью 12 м/ч с выходом раствора внизу трубки. N,N-Диметил-,« -бипиридиловый катион в исходящем потоке обнаружен не был. Установлено разбухание смолы на 68%, которую переложили в стеклянную трубку, имеющую внутренни диаметр 6 мл.

Катионы N-метилпиридина и N,N -диметил-4,(-бипиридина были десорбированы 1 н. водным раствором НС. Извлечение катиона М-метилпиридина составляет 46,7% и извлечение N,N-диметил-4 А -бипиридилового катиона составляет 95,0%, исходя из количества водного раствора до адсорбции о

Пример 10. N,N-Диэтилтетрагидро-, -бипиридил получен из йодида N-этилпиридина электролитической димеризацией водного раствора и выделен экстракцией 52,t г толуола. Полученные 3,Q ммол N,N -диэтилентетрагидро-4,4 -бипиридила помещают в круглую колбу емкостью 1000 мл, из которой откачен воздух и пропущен азот до атмосферного давления. После этого добавляют 636 мл дегазированной воды и 10,7 г нитробензола. Реакционная масса перемешивается с помощью вращающейся магнитной мешалки со скоростью 300 об/мин. Через полтора часа после начала реакции толуролитическои димеризацией его в форме раствора толуола путем экстракции. Раствор толуола содержит N,N-диизопропилтетрагидро-,k -бипиридил в концентрации 0, ммоль/г раствора 2,8 г.Раствора толуола были помещены п 500-ти миллилитровую круглодонную колбу, из которой откачивают воздух и она заполняется газообразным азотом до величины атмос- , ферного давления. Затем в колбу помещают 295 мл дегазированной воды и 5,26 г нитробензола. Полученная смесь перемешивается при комнатной температуре в течение 2 ч магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин. После завершения реакции водную фазу отделяют от толуольной. В результау,е определения N,N -диизопропил-, -бипиридиловой соли в водной фазе, как в примере 1, установлено, что водная фаза содержит 7,15 мл/моль N,N-диизопропил-4,+ -бипиридиловой соли, что соответствует выходу конечной продукции в 83,6%.

Извлечение соли N,N -диизопропил- ,4-бипиридила производят, обрабатывая остаточное количество водной , фазы, как в примере 1. Полумают 1,77 г красновато-коричневого твердого вещества. Выход извлеченной соли N,N-диизопропил-4. -бипиридила составил , описанному в примере 1. 7 эльная фаза становится прозрачной, а водная фаза приобретает красноватокоричневый цвет, указывая тем самым на завершение реакции. Толуольная фаза дважды подвергается экстракции водой. Водный экстракт объединяют с водной фазой из реакционной смеси и получают 1000 мл водного раствора. После определения N,N-диэтил-М,-бипиридиловой соли в водном растворе, как в примере 1. установлено, что водный раствор содержит. 15,1 ммоль N ,N-диэтил- ,4 -бипиридила , что соответствует выходу конечного продукта порядка 86,8%. N,N -Диэтил-4 ,4-бипиридиловый катион извлекается с помощью слабо кислой катионнообменной смолы, как в примере 9. Степень извлечения катиона N,N-диэтил-4 ,-бипиридила составляет около 95 что соответствует выходу 82. ., Пример 11. N.Fl -Диизопропилтетрагидро-, -бипиридил получают из йодида N-изопропилпиридина электПредложенный способ позволяет f получать N,N -ди-(С -С -алкил)-, -бипиридиловые соли с хорошим выходом. Формула изобретения 1. Способ получения N,N -ди- (С.-С д-алкил)-t ,4 -бипиридиловой с ли путем взаимодействия Н,М-ди(С-С -алкил) -тетрагидро-, k -бип14ридила с органическим окисляющим агентом в бескислородной среде, отличаю щийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, в к честве органического окисляющего аг та используют ароматическое нитросо динение и реакцию проводят в присут ствии воды, 2. Способ поп, 1, отли чаю щий с я тем, что, реакций проводят в присутствии несмешивающегося водой инертного органического раств рителя, в котором растворяется N,N 8 I -ди(С -С -алкил) тетрагидро- ,k -бипиридил и ароматическое нитросоединение. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве несмешивающегося с водой органического растворителя применяют углеводороды с насыщенной цепью, циклоалифатические углеводороды, ароматические yi- леводороды, галоидные производные ароматических соединений, ароматические амины, ароматические нитрилы, простые эфиры, несмешивающиеся с водои спирты, содержащие t и более атомов углерода или амины, 5.Способ поп, 1, отличают щ и и с я тем, что воду используют в количестве от 100 до 3000 молей на моль N,N -ди{с -С -алкил;-тетрагидро-4 ,4 -бипиридила, 6.Способ поп, 5 отличающий с я тем, что воду используют в количестве от 1000 до 2000 молей на моль N,N-ди(С -С -алкил)тетрагидро- . -бипиридила. 7,Способ по п, 4, отличающий с я тем, что ароматическое нитросоединение используют в количестве от 1 до 100 молей на моль N, N -ди (С -С -алкил) тетрагидро-, -бипиридила, 8,Способ по п. 7т отличающийся тем, что ароматическое нитросоединение используют в количестве от 2 до 10 молей на моль. N,N-ДиС -С v алкил) тетрагидро-4,4 -бипиридила , Приоритет по пунктам: 29,03.77 по пп, 1 , it-Sf 13.12,7/ по пп. 2, 3. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США № 3 405135, кл. 260-295, 1968 (прототип).