СПОСОБ ОЧИСТКИ БАРБИТУРОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD OF PURIFYING BARBITURIC ACID

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу очистки барбитуровой кислоты, позволяющему получить продукт высокой степени чистоты, не содержащий примеси побочных продуктов синтеза. Предлагаемый способ может быть использован для получения барбитуровой кислоты квалификации «ч», предназначенной для применения в органическом синтезе.
Доказательством присутствия примесей в барбитуровой кислоте служит наличие опалесценции в ее водных растворах.
Стандартным методом испытания на наличие примесей в барбитуровой кислоте является определение прозрачности 1%-ного водного раствора кислоты при температуре 70-80°С (ТУ 2639-536-00208947-2011).
Прозрачность водных растворов барбитуровой кислоты оценивается спектрофотометрическим методом по показателю светопропускания.
Известен способ очистки барбитуровой кислоты путем перекристаллизации барбитуровой кислоты из этилового спирта (Патент США №2090594, опубл. 17.08.1937 г.).
Недостатком этого способа является то, что в качестве растворителя используется дорогостоящее, легколетучее и горючее вещество. Кроме того, результаты спектрофотометрического анализа 1%-ного водного раствора барбитуровой кислоты, очищенного указанным способом, показали наличие опалесценции, что подтверждает присутствие в кислоте примесей. Показатель светопропускания составляет 64%.
Известен также способ очистки барбитуровой кислоты путем перекристаллизации барбитуровой кислоты из водно-спиртового раствора. Для этого барбитуровую кислоту растворяют при температуре 60-80°С в смеси, содержащей 10-90% дистиллированной воды и 10-90% спирта (метанол, этанол, изопропанол или смесь метанола и этанола). Полученный раствор медленно охлаждают до 25-35°С, кристаллическую барбитуровую кислоту фильтруют в вакууме и сушат (Патент Республики Корея, №10-0387696, опубл. 03.06.2003 г.).
Недостатком этого способа является то, что в качестве растворителей используются горючие, летучие и сильнодействующие ядовитые вещества. Кроме того, по результатам спектрофотометрического анализа в барбитуровой кислоте, очищенной указанным способом, также обнаруживаются примеси. Показатель светопропускания составляет 72,0%.
Прототипом предлагаемого способа очистки барбитуровой кислоты является способ очистки, при котором барбитуровую кислоту растворяют в кипящей воде, горячий раствор фильтруют и охлаждают, после чего выпавшую в осадок кристаллическую кислоту три раза промывают холодной водой и сушат в вакууме при температуре 80-100°С (Либ Г., Шенигер В. Синтез органических препаратов из малых количеств веществ. - Л.: ГНТИХЛ, 1957, с.66).
Недостатком этого способа является его трудоемкость. Кроме того, спектрофотометрический анализ указывает на присутствие примесей в очищенной барбитуровой кислоте. Показатель светопропускания 1-10 мас.% водного раствора барбитуровой кислоты составляет 61-65%. Выход барбитуровой кислоты после очистки составляет 87,85-88,5 мас.%, что говорит о значительных потерях кислоты в процессе очистки.
Изобретательской задачей являлась разработка способа очистки барбитуровой кислоты, который позволял бы получать барбитуровую кислоту с высокой степенью чистоты и наименьшими ее потерями в процессе очистки.
Поставленная задача решена способом очистки барбитуровой кислоты, при котором ее растворяют в дистиллированной воде при температуре 70-90°С до концентрации 1-10 мас.%, затем при перемешивании добавляют алюминия оксид в количестве 9-30 мас.% на 100 мас.ч. 1-10 мас.% раствора барбитуровой кислоты, выдерживают смесь при этой температуре 10-30 минут, далее смесь фильтруют, фильтрат охлаждают до температуры 5-10°С, выпавшие при этой температуре кристаллы барбитуровой кислоты отфильтровывают и сушат.
Для реализации способа очистки барбитуровой кислоты используют следующие вещества:
барбитуровая кислота
ТУ 2639-536-00208947-2011
алюминия оксид для хроматографии, «ч»
ТУ 6-09-3916-75
уголь активный осветляющий древесный
ГОСТ 4453-74
порошкообразный
силикагель технический
ГОСТ 3956-76
вода дистиллированная
ГОСТ 6709-72
Сущность изобретения иллюстрируется нижеприведенными примерами конкретного выполнения.
Пример 1
В реактор, снабженный мешалкой и термометром, помещают 1,0 г барбитуровой кислоты и растворяют в 100 мл дистиллированной воды при температуре 80°С. Затем в раствор добавляют 0,30 г алюминия оксида и, продолжая перемешивать, выдерживают при этой температуре в течение 30 минут. Полученную смесь фильтруют, охлаждают до 5-10°С, выпавшие кристаллы барбитуровой кислоты отфильтровывают и сушат до постоянного веса при 105-110°С.
3
3
Раствор барбитуровой кислоты для испытаний готовят следующим образом: навеску барбитуровой кислоты в количестве 1 г, взвешенную с точностью до первого десятичного знака, помещают в колбу номинальной вместимостью 250 см, добавляют 100 см дистиллированной воды, нагревают на водяной бане до 70-80°С. Раствор барбитуровой кислоты в воде должен быть прозрачным (ТУ 2639-536-00208947-2011).
Для установления прозрачности водных растворов барбитуровой кислоты используют спектрофотометрический метод. Оценку светопропускания водных растворов барбитуровой кислоты проводят на спектрофотометре Bekman DU-7 в области 200-700 нм, при температуре 80°С и толщине исследуемого слоя в кюветах 1 см, используя внутренний стандарт дистиллированную воду.
Условия осуществления способа очистки барбитуровой кислоты, ее выход и степень чистоты, оцениваемой по показателю светопропускания, приведены в таблице.
Примеры №№2-13 (по изобретению)
Способ очистки барбитуровой кислоты по примеру №1, только меняются условия осуществления способа в пределах заявляемых. Выход барбитуровой кислоты и степень чистоты, оцениваемой через показатель светопропускания, приведены в таблице.
Примеры №№14-15 (по прототипу)
Примеры №№16-20 (для сравнения)
Способ очистки барбитуровой кислоты по примеру №1, только меняются условия осуществления способа за пределами заявляемых. Выход барбитуровой кислоты и степень ее чистоты приведены в таблице.
Примеры №№21-24 (для сравнения)
Способ очистки барбитуровой кислоты по примеру №1, только вместо алюминия оксида использовался уголь активный или силикагель.
Приведенные в таблице данные показывают, что светопропускание водных растворов барбитуровой кислоты, очищенных заявленным способом (Примеры 1-13), составляет 98-99%, что соответствует прозрачности дистиллированной воды и указывает на отсутствие примесей, вызывающих опалесценцию. Выход барбитуровой кислоты после очистки составляет 95,68-96,42%.
Светопропускание 1-10 мас.% растворов барбитуровой кислоты, очищенных по прототипу, составляет 61-65% при выходе 87,85-88,5%, что значительно уступает показателям по изобретению (см. примеры 14, 15).
Осуществление способа очистки барбитуровой кислоты при условиях за пределами заявляемых, например использование для очистки барбитуровой кислоты менее 9 мас.% алюминия оксида (Пример 16), нагрев раствора барбитуровой кислоты с алюминия оксидом при температуре ниже 70°С (Пример 17) и в течение временного периода менее 10 минут (Пример 18), не позволяет полностью очистить барбитуровую кислоту от примесей, о чем свидетельствуют наличие опалесценции в ее водных растворах и показатели светопропускания, которые составляют 90%, 87% и 84% соответственно.
Светопропускание 1%-ных растворов барбитуровой кислоты, очищенных без применения окиси алюминия (Пример 20), находится в пределах 70%, то есть примеси не удаляются и опалесценция не устраняется.
Также установлено, что использование для очистки барбитуровой кислоты более 30 мас.% алюминия оксида, нагрев раствора барбитуровой кислоты с алюминия оксидом при температуре выше 90°С и в течение временного периода более 30 минут не является целесообразным, поскольку не приводит к дальнейшему повышению степени чистоты барбитуровой кислоты.
Использование для очистки водных растворов барбитуровой кислоты концентрацией ниже 1% нецелесообразно, поскольку низкое содержание основного вещества сопровождается значительными потерями в процессе очистки и необоснованными расходами растворителя и алюминия оксида.
Также установлено, что при использовании для очистки водных растворов барбитуровой кислоты, имеющих концентрацию выше 10 мас.% (Пример 19), наблюдается плохая растворимость кислоты в воде и выпадение ее кристаллов на стадии фильтрации смеси водного раствора барбитуровой кислоты с алюминия оксидом, что также приводит к значительным потерям целевого продукта.
Показано, что при использовании для очистки барбитуровой кислоты других адсорбентов, таких как уголь активный (Примеры 21, 22) и силикагель (Примеры 23, 24), в количестве 9-30 мас.% на 100 мл 1-10 мас.% водного раствора барбитуровой кислоты при температуре 70-90°С и выдержке смеси в течение 10-30 минут показатель светопропускания 1%-ных водных растворов барбитуровой кислоты, очищенных указанным способом, составляет 67,0-78,0%, что подтверждает присутствие в кислоте примесей.
Таким образом, только введение алюминия оксида в количестве 9-30 мас.% на 100 массовых частей 1-10 мас.% водного раствора барбитуровой кислоты при температуре 70-90°С и выдержке смеси в течение 10-30 минут позволяет получить барбитуровую кислоту с высокой степенью чистоты и максимальным выходом.
В опубликованных источниках информации (Химическая энциклопедия, изд. «Советская энциклопедия», М., 1988, т.1, с.214) описано использование алюминия оксида как адсорбента, но для очистки барбитуровой кислоты он не применялся. Кроме того, необходимый эффект по степени чистоты достигается сочетанием всех признаков, изложенных в формуле изобретения. Исключение хотя бы одного из признаков или выход за пределы заявляемых условий осуществления очистки не дает необходимого результата по степени чистоты и выходу после очистки барбитуровой кислоты. Применение других известных адсорбентов, например угля активного и силикагеля, не позволяет достичь необходимой степени чистоты барбитуровой кислоты. Это говорит о соответствии заявляемого способа очистки барбитуровой кислоты критерию «изобретательский уровень».