Способ получения орто- и пара-аминофенолов
METHOD FOR PRODUCTION OF ORTHO- AND PARA-AMINOPHENOLS

Изобретение относится к органической химии, конкретно к синтезу орто- и пара-аминофенолов, которые являются важным сырьем для химической и фармацевтической промышленности. Так, орто-аминофенол используется в составе красителя для меха, в фотографии как проявитель, в синтезе некоторых лекарственных препаратов. Пара-аминофенол используется как компонент красителей для меха, черно-белый проявитель в фотографии, в синтезе лекарственных препаратов, в частности парацетамола.
Известен двухстадийный способ получения орто- и пара-аминофенолов. На первой стадии проводят нитрование фенола, на второй - восстановление соответствующего нитрофенола в присутствии железных опилок в кислой среде (А.Е. Чичибабин «Основные начала органической химии, т. II).
Нитрофенолы, в свою очередь, можно получить нитрованием фенола [US 3663261 (1973), US 3517075 (1971), US 3510527 (1971)], гидроперекиси кумола [US 3388173 (1968)], из нитрохлорбензола [US 3263011 (1966)], окислением нитрозофенола [пат. СРР 53445 (1971), RU 2076095 (1997)].
Так, при нитровании фенола нитрующей смесью, состоящей из азотной, серной кислот и оксидов азота [US 3663261 (1973), US 3517075 (1971)] либо жидкими оксидами азота в азотной кислоте [US 3510527 (1971)] получают смесь орто- и пара-нитрофенолов с выходом 17 и 73% соответственно. Недостатком данного метода является использование токсичных оксидов азота.
При нитровании гидроперекиси кумола смесью азотной кислоты и оксидов азота в хлороформе также получают смесь орто- и пара-нитрофенолов с выходом 30 и 7% соответственно [US 3388173 (1968)]. Недостатками этого метода наряду с использованием токсичных оксидов азота является применение неустойчивой гидроперекиси кумола, а также необходимость разделения орто- и пара-нитрофенолов перегонкой с водяным паром.
Согласно [US 3263011 (1966)] при нагревании 4- или 2-нитрохлорбензолов в автоклаве в 2-4%-ном водном растворе щелочи при 160°С при непрерывном продувании воздухом получают соответствующий нитрофенол. Недостатком данного способа получения нитрофенолов является проведение процесса под давлением, а также неселективность нитрования хлорбензола, требующая разделения орто- и пара-изомеров перегонкой с водяным паром.
2
4
2
Пара-Нитрофенолы можно также получать окислением пара-нитрозофенола. Так, по [пат. СРР 53445 (1971)] пара-нитрозофенол окисляют азотной кислотой, а согласно [RU 2076095 (1997)] - 33% перекисью водорода в присутствии катализатора NaWO⋅2HO. Общим недостатком метода является труднодоступность исходного пара-нитрозофенола, кроме того в первом случае происходит выделение токсичных оксидов азота в ходе окисления, а во втором - используется дорогостоящий и токсичный катализатор.
3
Пара-нитрозофенол можно восстановить до пара-аминофенола в этилацетате в присутствии катализатора Pd/C при давлении водорода 2,0-4,0 атм и температуре 20-50°С [RU 2461543 (2012)]. Недостатком метода является проведение процесса под давлением, использование дорогостоящего катализатора (Pd), а также экологически небезопасных растворов концентрированных кислот (HCl, HNO) и щелочей.
Известен способ получения аминофенолов путем фотоокисления ароматических аминов кислородом при облучении видимым светом в водно-органическом растворителе в присутствии активных и стабильных фотосенсибилизаторов, представляющих собой замещенные фталоцианины [RU 2567552 (2015)]. Выход п-аминофенола составляет 70%. Однако данный способ предполагает использование сложного специального оборудования -лазера или светодиодов.
Наиболее близким к заявляемому способу получения орто- и пара-аминофенолаов является двухстадийный процесс получения орто-аминофенола, на первой стадии которого анилин окисляют персульфатом калия в щелочной среде (24% NaOH) при комнатной температуре в течение 8 ч до промежуточного 2-аминофенилсульфата, который выделяют экстракцией бутанолом (выход около 20%), на второй стадии промежуточный 2-аминофенилсульфат подвергают гидролизу соляной кислотой при 85-95°С до орто-аминофенола [Boyland Е., Manson D., Sims P. The preparation of o-aminophenyl sulfates // J. Chem. Soc, 1953, 3623]. Недостатком способа является низкий выход продукта - орто-аминофенола (18-20%).
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение: получение орто- и пара-аминофенолов, заключается в увеличении выхода целевых соединений.
Поставленная задача решается предлагаемым способом получения орто- и пара-аминофенолов, на первой стадии которого анилин окисляют персульфатом аммония (ПСА) при 40-60°С в щелочной среде (24% NaOH) при мольном соотношении Анилин:NaOH:ПСА равном 1:5:2 в присутствии 0,01-0,03 вес% фталоцианинового катализатора окисления (фталоцианина кобальта, железа(II), железа(III), марганца, никеля, цинка - ФцМе) при перемешивании в течение 3-15 ч до промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов (АФС). Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, путем экстракции бутанолом выделяют 4(2)-аминофенилсульфаты (выход 46-85%), которые затем гидролизуют соляной кислотой при 85-95°С и получают смесь о- и п-аминофенолов, из которой экстракцией хлороформом выделяют о-аминофенол (о-АФ) (выход до 43%), п-аминофенол (п-АФ) остается в водной фазе (выход до 72%). Следует отметить, что продолжительность окисления анилина (3-15 ч) влияет на соотношение орто- и пара-аминофенолов, выделяемых после гидролиза промежуточных 4(2)-аминофенилсульфатов (табл.).
Сущность заявленного технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Получение орто- и пара-аминофенолов при катализе фталоцианином железа (II)
а) В трехгорлой колбе, снабженной обратным холодильником и механической мешалкой, перемешивают 3 мл (0,03 моль) анилина в 30 мл дистиллированной воды при 45°С до полного растворения анилина, затем в реакционную смесь приливают раствор 6 г NaOH (0,15 моль) в 40 мл воды и прикапывают раствор 14 г (0,06 моль) персульфата аммония в 25 мл воды. После полного прибавления персульфата аммония вносят 0,01 вес% катализатора - фталоцианина железа(II). Реакционную смесь перемешивают при температуре 40°С в течение 3 ч, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают образовавшийся осадок, фильтрат упаривают при пониженном давлении на 50%. Фильтрат экстрагируют этилацетатом (2×20 мл) для удаления непрореагировавшего анилина, бутанолом (3×50 мл). Бутаноловые фракции объединяют, упаривают досуха, остаток промывают горячим этанолом, выдерживают 12 ч при 0°С, выпавший осадок декантируют, фильтрат упаривают, получают 2,73 г (45%) 4(2)-аминофенилсульфатов в виде густой массы темно-коричневого цвета.
1
13
6
2
2
6
2
4(2)-Аминофенилсульфат (2). Спектр ЯМР Н (DMSO-d, δ м.д.): 5.45 (уш.с, 2Н, NH); 6.14 (уш.с, 2Н, NH); 6.46-6.50 (м, 1H, ArH); 6.68-6.70 (м, 1Н, ArH); 6.84-6.87 (м, 4Н, ArH); 7.02-7-05 (м, 1H, ArH); 7.19-7.21 (м, 1H, ArH). Спектр ЯМР С (DMSO-d, δ м.д.): 117.20, 117.84, 116.60, 120.45, 121.35, 125.78 (Ar); 138.33, 141.12 (2 C-NH); 145.65, 150.12 (2 С-ОН).
3
4
б) 2,73 г (0,0133 моль) 4(2)-аминофенилсульфатов растворяют в 30 мл дистиллированной воды при 90°С при перемешивании, после полного растворения прикапывают 0,8 мл (0,026 моль) соляной кислоты. Реакционную смесь нагревают 3 ч, контролируя по ТСХ (элюент этанол:аммиак 4:1), охлаждают до комнатной температуры, подщелачивают раствором NaHCO до рН 7-8, экстрагируют хлороформом (3×10 мл), органический слой сушат MgSO, после удаления растворителя получают 1,21 г (83,5%) орто-аминофенола в виде темно-коричневых кристаллов. В пересчете на исходный анилин выход орто-аминофенола составляет 37,5%.
пл
3
2
3
2
1
13
Орто-аминофенол (3). Кристаллы темно-коричневого цвета. Т=172-175°С. Спектр ЯМР Н (CDCl, δ м.д.): 4.4 (уш.с, 2Н, NH); 6.42 (м, 1H, Н-5); 6.54-6.58 (м, 2Н, ArH); 6.64 (м, 1Н, Н-6). Спектр ЯМР С (CDCl, δ м.д.): 115.21 (С-6), 116.17 (С-3), 118.98 (С-4), 120.47 (С-5), 134.02 (C-NH), 144.62 (С-ОН).
Водную фазу упаривают досуха, остаток растворяют в этиловом спирте, этанольный экстракт упаривают при пониженном давлении и получают 0,23 г (16,5%) пара-аминофенола в виде светло-коричневых кристаллов. В пересчете на исходный анилин выход пара-аминофенола составляет 7,5%.
пл
6
2
6
2
1
13
Пара-аминофенол (4). Кристаллы светло-коричневого цвета. Т=185-188°С. Спектр ЯМР Н (DMSO-d, δ м.д.): 4.37 (уш.с, 2Н, NH); 6.37-6.44 (м, 2Н, ArH); 6.44-6.50 (м, 2Н, ArH); 8.33 (уш.с, 1H, ОН). Спектр ЯМР С (DMSO-d, δ м.д.): 115.90, 116.08 (4 СН, Ar), 140.97 (C-NH), 148.80 (С-ОН).
Примеры 2-26 приведены в таблице.
Таким образом, предложен способ получения орто- и пара-аминофенолов, позволяющий существенно увеличить выход легкоразделимых целевых орто- и пара-аминофенолов, соотношение которых возможно варьировать в зависимости от продолжительности окисления анилина.