Способ получения виниловых эфиров аминофенолов
METHOD FOR OBTAINING VINYL ETHERS OF AMINOPHENOLS

Изобретение относится к усовершенствованию способа получения арилвиниловых эфиров, в частности виниловых эфиров аминофенолов.
Арилвиниловые эфиры зарекомендовали себя как перспективные строительные блоки в органическом синтезе, интермедиаты в синтезе биологически активных соединений, перспективные оксигенатные антидетонационные добавки к топливу. На их основе получены препараты для сельского хозяйства. Аминофенолы относятся к классу фармакологически значимых соединений. Так, производные n-аминофенола обладают жаропонижающим и анальгетическим действием, а производные стерически затрудненных о-аминофенолов обладают противовирусной активностью в отношении вируса герпеса. Химическая модификация базовых молекул часто усиливает активность, а иногда и придает новые физиологические свойства. В частности, виниловые эфиры аминофенолов являются перспективными мономерами для получения ионообменных смол и полупроводников.
2
2
2
В последние годы разрабатываются методы получения арилвиниловых эфиров, основанные на каталитическом сочетании фенолов с различными винильными эквивалентами, такими как винилгалогениды, винилбороновые кислоты, тетравинил- и трибутилвинилолово, виниловые эфиры карбоновых кислот. Однако применимость этих методов для синтеза виниловых эфиров аминофенолов продемонстрирована только на одном примере (McKinley N.F., OʹShea D.F. J. Org. Chem. 2004, 69, 5087): виниловый эфир м-N-диметиламинофенола получен с выходом 88% реакцией соответствующего аминофенола с комплексом 2,4,6-тривинилциклотрибороксан-пиририн в присутствии Cu(OAc) (CHCl, комнатная температура, 24 ч).
Наиболее распространенный способ получения виниловых эфиров аминофенолов основан на реакции нуклеофильного присоединения к ацетилену.
Описан синтез виниловых эфиров о-, м- и n-аминофенолов винилированием соответствующих фенолов ацетиленом под давлением (Шостаковский М.Ф., Скворцова Г.Г., Самойлова М.Я., Фаерштейн Ю.М. Синтез виниловых эфиров о-, м- и n-аминофенолов // ЖОХ. 1961. Т. 31, вып. 10. С. 3226-3230). Реакция реализуется в присутствии KOH (40 масс. %) при температуре 170-220°С и давлении 30-35 атм (начальное давление ацетилена при комнатной температуре 12-13 атм; давление в автоклаве при повышении температуры не указано, в этих условиях оно обычно достигает 50-60 атм) без растворителя. Для подавления термополимеризации к реакционной смеси добавляется вода (15-25 масс. % по отношению к аминофенолу). Условия проведения реакции и ее эффективность зависят от положения аминогруппы в бензольном кольце. Виниловый эфир n-изомера получен при 170-180°С. В более жестких условиях реагируют с ацетиленом о- (190°С) и м-(210-220°С) аминофенолы. Выход целевых продуктов составляет 30-60%. К недостаткам этого способа следует отнести жесткие технологические параметры (высокая температура и давление, которое в этих условиях обычно достигает 50-60 атм), а также низкая селективность вследствие образования смолообразных продуктов.
Виниловые эфиры N-фенил- (выход 75%) и N-метил-n-аминофенола (выход 27%) получают винилированием соответствующих аминофенолов ацетиленом под давлением (начальное давление ацетилена при комнатной температуре 12-14 атм, давление при повышении температуры до 175-190° также не указано) (Скворцова Г.Г., Самойлова М.Я., Колбина З.М., Степанова З.В. Гидролиз N-монозамещенных виниловых эфиров n-аминофенолов // ЖОрХ. 1965. Т. 1, вып. 1. С. 111-113). Винилирование осуществляется без растворителя или в диоксане при температуре 175-190°С в присутствии 30-40 масс. % KOH и 25-30 масс. % воды (по отношению к фенолу). Винилирование в безводном растворителе приводит к полному осмолению продуктов.
Виниловый эфир N-метил-n-аминофенола был получен также реакцией из сернокислой соли этого фенола (метола) и ацетилена в присутствии KOH (содержание KOH 115 масс. %, из-за дополнительного расхода KOH на нейтрализацию образующейся серной кислоты).
К недостаткам этих методов следует отнести низкую эффективность при проведении реакции без растворителя (выход 27%).
Наиболее близкий к заявляемому способ получения виниловых эфиров аминофенолов описан Михантьевым Б.И. в его работах (Михантьев Б.И., Михантьев В.Б. о-Аминофениловый и n-аминофениловый эфиры // ЖОХ. 1961. Т. 31, вып. 9. С. 3050-3051; Михантьев Б.И., Раджюнас Л.В. Простые виниловые эфиры некоторых n-аминофенолов // ЖОХ. 1964. Т. 34, вып. 10. С. 3424-3425) и заключается в винилировании аминофенолов или их N-замещенных производных под давлением ацетилена в водном диоксане (содержание воды до 20 об. %) в присутствии гидроксидов натрия или калия (15-30 масс. %) при температуре 155-190°С. Выход целевых продуктов 38-84%. Использование диоксана как растворителя ацетилена существенно повышает его концентрацию и способствует, с одной стороны, повышению эффективности процесса винилирования, с другой - приводит к значительному повышению давления (до 150 атм) за счет десорбции ацетилена из растворителя при нагревании, а также за счет парциального давления легкокипящего растворителя.
Таким образом, все описанные способы имеют ряд существенных недостатков, обусловленных жесткими технологическими параметрами: температура 155-220°С, высокая концентрация ацетилена в реакционной среде, высокое до 150 атм давление в реакторе, повышенная концентрация гидроксидов щелочных металлов (до 40 масс. %).
Предлагается способ получения виниловых эфиров аминофенолов общей формулы
1
2
где R, R - водород или алкил,
2
винилированием аминофенолов различного строения и различной степени замещения по аминогруппе ацетиленом в присутствии основания, отличающийся тем, что процесс проводят под намного меньшим давлением 14-26 атм в среде высококипящего растворителя ДМСО, содержащего 10-30 об. % HO, при температуре 80-110°С, а в качестве основания используют гидроксиды лития, или натрия, или калия 29-100 мол. %, (в пересчете на массовые это составляет ~11-35 масс. %), что в среднем ниже, чем в вышеуказанных методах.
Технической задачей данного изобретения является упрощение технологии получения виниловых эфиров аминофенолов за счет изменения условий процесса, а также повышение выхода целевых продуктов.
Поставленная задача достигается тем, что ацетилен подвергают взаимодействию с аминофенолами или их солями при повышенном давлении 14-26 атм (предпочтительно 15-20 атм) в присутствии 29-100 мол. % гидроксидов щелочных металлов: LiOH, NaOH, KOH, предпочтительно 50 мол. % NaOH (в пересчете на массовые - 18,3 масс. %). Следует отметить, чем выше концентрация взятого основания - гидроксида щелочного металла, тем ниже выход целевого продукта, например, при концентрации гидроксида натрия 100 мол. % выход винилового эфира n-аминофенола составляет 42%, в то время, как при 29 мол. % выход - 85%, а при 50 мол. % - 90%.
2
Реакция протекает в среде ДМСО, содержащего 10-30 об. % HO, при температуре 80-110°С (преимущественно 90°С) с последующим выделением целевого продукта известным приемом: образующийся виниловый эфир после разбавления реакционной смеси водой экстрагируют диэтиловым эфиром и перегоняют в вакууме.
2
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является снижение рабочего давления со 150 до 14-26 атм, что достигается проведением реакции при умеренной температуре (80-110°С) в среде высококипящего растворителя (ДМСО), хорошо растворяющего ацетилен. Добавка в реакционную смесь 10-30 об. % HO способствует образованию фенолят-анионов и впервые демонстрирует возможность использования в качестве катализатора гидроксида лития.
Усовершенствованный способ позволяет повысить выход целевых виниловых эфиров (до 90%) и, таким образом, снизить производственные затраты.
В общем виде предлагаемый способ получения виниловых эфиров аминофенолов осуществляется следующим образом: приготовленный из аминофенола (или его соли) и гидроксида щелочного металла (29-100 мол. % по отношению к аминофенолу) раствор фенолята щелочного металла в водном ДМСО загружают в Parr реактор (объемом 0.3 л) и подают ацетилен из баллона однократно и сразу начинают нагрев реакционной смеси, или предварительно производят насыщение реакционной смеси ацетиленом при комнатной температуре, подавая ацетилен до насыщения (количество поданного ацетилена контролируют по датчику давления).
4
Затем реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при заданной температуре до замедления скорости поглощения ацетилена. При проведении реакции под давлением ниже 20 атм подачу ацетилена осуществляют дважды: при загрузке реагентов и через 2 ч (после предварительного охлаждения реактора). При проведении же реакции под давлением 20-26 атм концентрацию ацетилена повышают за счет предварительного насыщения им реакционной смеси при комнатной температуре. По окончании эксперимента реактор охлаждают, полученную реакционную смесь разбавляют 2-3-кратными объемами воды (100-150 мл), экстрагируют диэтиловым эфиром (6×30 мл), экстракт промывают водой от следов ДМСО, сушат MgSO, растворитель отгоняют и перегонкой в вакууме выделяют целевые аминоарилвиниловые эфиры.
Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение
2
2
4
D
D
20
20
Пример 1. К раствору 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола в 40 мл ДМСО и 10 мл HO добавляют 1.00 г (0.025 моль) NaOH и перемешивают на магнитной мешалке при комнатной температуре до получения однородного раствора. Полученную смесь загружают в Parr реактор (объемом 0.3 л), вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 12 атм (~0.12-0.13 моль). За счет хорошего растворения в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре 4 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С. По мере протекания реакции в течение 2 ч давление в реакторе понижается с 14 до 8 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. По окончании эксперимента реактор охлаждают, полученную реакционную смесь разбавляют водой (100 мл), экстрагируют EtO (6×30 мл). Экстракт сушат MgSO, растворитель отгоняют на роторном испарителе. Перегонкой остатка в вакууме получают 6.10 г (90%) винилового эфира n-аминофенола, т.кип. 90-92°С (3 мм рт. ст.), n 1.5748 [Лит.: 103-104°С (10 мм рт. ст.), n 1.5765].
2
Пример 2. К раствору 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола в 35 мл ДМСО и 15 мл HO добавляют 1.00 г (0.025 моль) NaOH и перемешивают на магнитной мешалке при комнатной температуре до получения однородного раствора. Полученную смесь загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают до 90°С. По мере протекания реакции в течение 2 ч давление в реакторе понижается с 15 до 10 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.02 г (74%) винилового эфира n-аминофенола.
2
Пример 3. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.68 г (0.017 моль) NaOH в 40 мл ДМСО и 10 мл HO, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 2 ч. По мере протекания реакции давление в реакторе понижается с 14 до 8 атм. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.72 г (85%) винилового эфира n-аминофенола.
2
Пример 4. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.60 г (0.025 моль) LiOH в 40 мл ДМСО и 10 мл HO, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен под давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 110°С в течение 3 ч. По мере протекания реакции давление в реакторе понижается с 15 до 6 атм. После стандартной обработки получают 3.70 г (55%) винилового эфира n-аминофенола.
2
Пример 5. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) о-аминофенола и 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 45 мл ДМСО и 5 мл HO, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 14 атм (~0.13 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 4.5 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С, при этом происходит повышение давления в реакторе до 16 атм.
D
D
20
20
Через 1.5-2 ч давление в реакторе составляет 10 атм и скорость поглощения ацетилена замедляется. После подачи свежей порции ацетилена реакцию продолжают еще 2 ч. После стандартной обработки получают 5.19 г (77%) винилового эфира о-аминофенола, т.кип. 81-83°С (3 мм рт. ст.), n 1.5692 [Лит.: 87-88°С (10 мм рт. ст.), n 1.5706].
2
2
D
D
20
20
Пример 6. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) м-аминофенола и 1.62 г (0.025 моль) KOH ⋅ 0.5 НО в 40 мл ДМСО и 10 мл HO, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 12 атм (~0.12 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 4 атм. Реакционную смесь нагревают до 90°С. В течение 2 ч давление в реакторе понижается с 14 до 11 атм, после чего скорость поглощения ацетилена снижается. Через 2 ч в реактор подают свежую порцию ацетилена и продолжают реакцию еще 2 ч. После стандартной обработки получают 4.26 г (63%) винилового эфира м-аминофенола, т.кип. 101-103°С (3 мм рт. ст.), n 1.5773 [Лит.: 92-93°С (2 мм рт. ст.), n 1.5820].
Примеры с насыщением реакционной смеси ацетиленом.
2
Пример 7. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) n-аминофенола и 0.60 г (0.025 моль) LiOH в 40 мл ДМСО и 10 мл HO, загружают в Parr реактор, подают 3 порции ацетилена с начальным давлением 13 атм (~0.22 моль). После насыщения ДМСО ацетиленом давление в реакторе при комнатной температуре составляет 11 атм. Реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при 90°С в течение 3 ч. В процессе синтеза давление в реакторе снижается с 25 до 19 атм. Реакционную смесь обрабатывают стандартным методом. Перегонкой остатка в вакууме получают 3.58 г (53%) винилового эфира n-аминофенола.
2
D
D
20
20
Пример 8. Сульфат N-метил-n-аминофенола (метол (8.61 г, 0.025 моль), 40 мл ДМСО и раствор 3.00 г (0.075 моль) NaOH в 10 мл HO загружают в Parr реактор, перемешивают при комнатной температуре в течение 1 ч для нейтрализации соли и образования фенолята, вытесняют воздух азотом и подают однократно ацетилен с начальным давлением 18 атм (~0.18 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 11 атм. Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 2 ч, при этом давление в реакторе снижается с 20 до 10 атм. После стандартной обработки перегонкой в вакууме получают 4.12 г (55%) винилового эфира N-метил-n-аминофенола, т.кип. 103-105°С (3 мм рт. ст.), n 1.5673 [Лит.: 90°С (1 мм рт. ст.), n 1.5668].
2
Пример 9. Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) м-аминофенола и NaOH (2.00 г, 0.05 моль) в 45 мл ДМСО и 5 мл HO, загружают в Parr реактор и подают две порции ацетилена с начальным давлением 18 атм (~0.22 моль). После насыщения ДМСО ацетиленом давление в реакторе при комнатной температуре составляет 10 атм. Реакционную смесь при энергичном перемешивании (240 об/мин) нагревают при 80°С в течение 3 ч, при этом давление в реакторе снижается с 22 до 15 атм. После стандартной обработки реакционной смеси перегонкой в вакууме получают 2.82 г (42%) винилового эфира м-аминофенола.
2
D
D
20
20
Пример 10. N,N-диэтил-n-аминофенол (8.26 г, 0.05 моль), 40 мл ДМСО и раствор 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 10 мл HO загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают однократно ацетилен с начальным давлением 19 атм (~0.24 моль). После растворения ацетилена в ДМСО давление в реакторе при комнатной температуре составляет 12 атм. Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 3 ч, при этом давление в реакторе снижается с 26 до 15 атм. После стандартной обработки перегонкой в вакууме получают 5.96 г (62%) винилового эфира N,N-диэтил-n-аминофенола, т.кип. 125-126°С (7 мм рт. ст.), n 1.5478 [Лит.: 114°С (1 мм рт.ст.), n 1.5480].
Пример 11. (для сравнения в отсутствие воды). Раствор фенолята, полученный из 5.45 г (0.05 моль) о-аминофенола и 1.00 г (0.025 моль) NaOH в 50 мл ДМСО, загружают в Parr реактор, вытесняют воздух азотом и подают ацетилен с начальным давлением 14 атм (~0.13 моль). Реакционную смесь нагревают при 90°С в течение 5 ч, при этом происходит снижение давления в реакторе с 15 до 9 атм.
После стандартной обработки получают 3.07 г (45%) винилового эфира о-аминофенола.