Способ получения 4-нитроацетофенона

Способ получения 4-нитроацетофенона

Реферат

Изобретение относится к области органической химии и предназначено для использования при синтезе арилалифатических кетонов, содержащих карбонильную группу в α-положении по отношению к замещенному ароматическому ядру, общей формулы:

O₂N-Ar(R)-C(O)-Alk,

R=Н, Alk, Hal

В настоящее время известно несколько принципиальных методов синтеза 4-нитроацетофенона: гидролиз n-нитробензоилдиэтилмалоната [1], взаимодействие 1-бром-1-(4-нитрофенил)этана с натриевой солью 2-нитропропана [2], окисление 1-(4-нитрофенил)этанола различными окислителями (соединения Сr (VI), тетраокись азота и др.) [3-7], окисление 4-нитроэтилбензола [8, 9] и щелочной гидролиз нитрата 4-нитрофенилметилкарбинола [10].

Наиболее близким по существу и составу является способ получения 4-нитроацетофенона из 1-(4-нитрофенил)этилнитрата [Кочергин П.М., Блинова Л.С., Титкова Р.М. Синтезы органических препаратов и полупродуктов на основе нитроэфиров: Сообщение VIII. Синтез нитроацетофенонов из нитрофенилметилкарбинолов и α-бромнитроэтилбензолов // Мед. пром. СССР. - 1966. - №11. - С.35-38].

Существенными и очевидными недостатками этого метода, представляющего собой гидролитическое расщепление 1-(4-нитрофенил)этилнитрата, являются: 1) неоправданная длительность реакции - 3 ч (в том числе на стадии добавления реагента); 2) использование водного раствора щелочного реагента, что обуславливает в начальный момент времени гетерогенность процесса; 3) использование в качестве нуклеофильного реагента гидроксида натрия; 4) необходимость наружного охлаждения реакционной массы после прибавления гидроксида натрия и контроля температуры ведения процесса в целом; 5) необходимость энергозатрат на выпаривание маточного раствора, для того чтобы получить выход продукта 92.3-95%.

Технической задачей и технологическим эффектом данного способа является разработка метода синтеза 4-нитроацетофенона из 1-(4-нитрофенил)этилнитрата в виде гомогенного процесса с использованием в качестве нуклеофильного реагента алкоголята щелочного металла, что гарантирует получение целевого продукта с высоким выходом при минимальных временных затратах и существенном снижении энергозатрат.

Указанная задача и эффективность достигается за счет предлагаемого способа получения, находящегося в соответствии с уравнением реакции:

где М = щелочной металл.

При этом: 1) используют алкоксиды щелочных металлов вместо их гидроксидов, что обеспечивает быструю элиминацию протона и, как следствие, увеличение скорости реакции, поскольку алкокси-анионы обладают большей нуклеофильностью; 2) использование вместо водного раствора органических растворов нуклеофила, что исключает локальную неоднородность процесса и, как следствие, повышает скорость реакции, а также обеспечивает более эффективное выделение побочно образующихся продуктов - нитритов; 3) добавление раствора алкоксида щелочного металла проводят в течение 10-20 мин, что снижает временные и энергозатраты, а также обеспечивает необходимое количество теплоты в указанный период времени, для увеличения скорости реакции и процесса в целом; 4) не используют охлаждение реакционной массы после добавления раствора нуклеофильного (алкокси-аниона) реагента (то есть проводят процесс при более высокой температуре - за счет теплоты реакции), вследствие чего обеспечиваются существенное повышение скорости реакции и отсутствие энерго-/материальных затрат на охлаждение и снижение таковых на перемешивание; 5) после добавления нуклеофильного реагента выдержку реакционной массы при перемешивании осуществляют в течение 5 мин, что существенно сокращает временные и энергозатраты; 6) во время выделения целевого продукта нейтрализуют реакционную массу кислотой до pH=7, выделяют в чистом виде сопутствующий продукт, регенерируют растворитель посредством его отгонки, разбавляют остаток водой, отделяют 4-нитроацетофенон, не используя операцию извлечения его дополнительного количества путем форсированного упаривания маточного раствора, что гарантирует снижение энергетических затрат, вместе с чем достигается получение чистого 4-нитроацетофенона с выходом не менее 96%, что выше, чем в прототипе.

Способ получения 4-нитроацетофенона раскрывается далее на примере.

Пример. К раствору 4.43 г (0.0209 моль) 1-(4-питрофенил)этилнитрата в 45 мл абсолютного этанола при перемешивании при 22°C (15-30°C) в течение 15 мин (10-20 мин) добавляют раствор 0,0209 моль EtONa, приготовленный из 0,48 г Na и 25 мл абсолютного этанола. Полученную темно-красную массу перемешивают еще 5 мин, доводят pH раствора до 7 добавлением нескольких капель CH₃COOH, минеральный осадок отфильтровывают, промывают этанолом, затем диэтиловым эфиром. После высушивания получают 0,85 г мелкокристаллического NaNO₂. Выпавший из фильтрата осадок отделяют, промывают небольшим количеством диэтилового эфира и после высушивания получают 0,12 г NaNO₂. Раствор упаривают в вакууме до образования густой суспензии, добавляют к взвеси 50 мл воды, выпавший осадок 4-нитроацетофенона отфильтровывают, промывают дважды водой и высушивают. Выход: 3,31 г (96%), т.пл. 79-80°C.

Для выделения дополнительного количества продукта приготавливают водный раствор выделенного ранее NaNO₂, отфильтровывают примесь 4-нитроацетофенона, промывают осадок водой и объединяют с основным количеством продукта.

Таким образом, предложенный способ позволяет сократить время синтеза 4-нитроацетофенона в 9 раз, не требует контроля температурного режима и является существенно более выгодным с энергетической точки зрения.

Аналогичным образом способ позволяет получать и другие нитрофенилалкилкетоны.

Источники информации

1. Walker Н.С., Hauser С.R. // J.Am. Chem. Soc. - 1946. - Vol.68. - P. 1386-1388 // Синтезы органических препаратов. - 1953. - Сб. 4. - С.370.

2. Mass Н.В., Bender М.L. // J.Am. Chem. Soc. - 1949. - Vol.71. - P. 3482.

3. Ford-Moore A.H., Rydon H.N. // J. Chem. Soc. - 1946. - P. 679-681.

4. Ernest J., Vesely Z. // Chem. Eisty. - 1953. - T. 47. - C. 746.

5. A.c. 104259 СССР / Савицкий А.В. (СССР). Опубл. 1956, Б.И. №9.

6. Grundy J. // J. Chem. Soc. - 1957. - P. 5087.

7. Нежута E.И., Савицкий А.В. Новый метод синтеза n-нитроацетофенона // Мед. пром. - 1956. - №4. - С.9-10.

8. Кочергин П.М. Получение паранитроацетофенона из этилбензола // Мед. пром. - 1956. - №4. - С.7-8.

9. o- and p-Nitroacetophenones by liquid phase oxidation // J. Am. Chem. Soc. - 1947. - Vol.69. - P. 706.

10. Кочергин П.M., Блинова Л.С., Титкова Р.М. Синтезы органических препаратов и полупродуктов на основе нитроэфиров. Сообщение VIII. Синтез нитроацетофенонов из нитрофенилметилкарбинолов и α-бромнитроэтилбензолов // Мед. пром. - 1966. - №11. - С.35-38.

Способ получения 4-нитроацетофенона из 1-(4-нитрофенил)этилнитрата, включающий обработку последнего нуклеофильным реагентом в растворе, отличающийся тем, что в качестве нуклеофильного реагента используют алкоксиды щелочных металлов в растворе в абсолютном органическом растворителе, при этом раствор нуклеофильного реагента добавляют к раствору 1-(4-нитрофенил)этилнитрата в органическом растворителе в течение 10-20 мин, после его добавления реакцию проводят без использования охлаждения в течение 5 мин, нейтрализуют реакционную массу уксусной кислотой до pH=7, выделяют в чистом виде сопутствующий продукт - нитрит щелочного металла, выделение целевого продукта проводят, регенерируя растворитель посредством его отгонки, разбавляют остаток водой, отделяют 4-нитроацетофенон, исключают операцию форсированного упаривания полученного после его выделения маточного раствора.