Способ получения 2,4,6,8-тетрахлор-2,4,6,8-тетраазабицикло [3.3.0]-октан-3,7-диона

 

Использование: в качестве дезинфицирующего, отбеливающего и моющего средства и в органическом синтезе. Сущность изобретения: процесс ведут в кислой среде со скоростью подачи хлора 50-150 г/час при содержании гликолурила в воде 3-5 %. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения 2,4,6,8-тетрахлор-2, 4,6,8-тетраазабицикло [3.3.0] октан-3,7-диона (тетрахлоргликолурила), который обладает сильным бактерицидным, фунгицидным и нематоцидным действием и используется в качестве дезинфицирующего, отбеливающего и моющего средства [1,2] и в органическом синтезе.

Известен способ N-хлорирования полимочевины-6 с помощью трет-бутилгипохлорита в галогенcодержащем органическом растворителе со степенью хлорирования 34% [3] Недостатком описанного способа получения является низкая степень хлорирования и использование дорогого и труднодоступного для промышленного освоения трет-бутилгипохлорита.

Известен способ получения поли-N-хлорированных циклических мочевин, в частности тетрахлоргликолурила, хлорирванием циклических мочевин соляной кислотой в воде в присутствии бромата калия [4] К недостаткам описанного способа получения следует отнести применение сравнительно труднодоступного и дорогого окислителя бромата калия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения тетрахлоргликолурила, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что в суспензию гликолурила (71г, 0,5 моль) в 3200 мл воды при перемешивании пропускают хлор (150 г, 2,1 моль) со скоростью 20-40 г/час, поддерживая кислотность среды по показаниям рН-метра в пределах рН 7-8 путем прибавления в реакционную массу 6N раствора гидроксида натрия. Образующийся белый осадок фильтруют, дважды промывают 1 л воды, сушат и получают 136 г (97%) тетрахлоргликолурила [5] Приведенному способу получения присущи такие недостатки, как необходимость поддерживания постоянной рН среды, невысокий съем конечного продукта с единицы объема аппарата (42,5 г/л) и сравнительно высокая продолжительность реакции (10-12 ч).

Заявляемое изобретение позволяет упростить способ получения тетрахлоргликолурила, повысить съем целевого продукта с единицы объема аппарата и сократить время процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем хлорирование гликолурила в водной среде хлором, новым является то, что процесс ведут со скоростью подачи хлора 50-150 г/час при содержании гликолурила в воде 3-5% Одним из отличительных признаков заявляемого изобретения от прототипа является проведение реакции хлорирования гликолурила при скорости подачи хлора 50-150 г/час. При взаимодействии гликолурила с хлором образуется хлористый водород, который повышает кислотность реакционной массы по мере расходования газообразного хлора. Кислая среда в заявляемых условиях позволяет снизить продолжительность пропускания хлора вследствие большей растворимости газообразного хлора в кислой реакционной массе, чем в щелочной, как это осуществляется в прототипе. Скорость хлорирования гликолурила в кислой среде, как в заявляемых условиях, зависит от концентрации растворенного хлора в реакционной массе, а скорость хлорирования в щелочной среде, как в прототипе, зависит от концентрации гипохлорит-иона, образующегося в результате поглощения хлора щелочным раствором. Использование различий в скорости растворения хлора в кислой среде, превосходящей скорость поглощения хлора щелочным раствором, позволяет увеличить скорость пропускания хлора с 20-40 г/час, как в прототипе, до 50-150 г/час, как в заявляемых условиях, что в целом позволяет снизить продолжительность процесса по сравнению с прототипом с 10-12 час до 3-7 час.

Другим отличительным признаком заявляемого изобретения от прототипа является увеличение содержания гликолурила в воде с 2,2% как в прототипе, до 3-5% что позволяет увеличить съем целевого продукта с единицы объема аппарата с 42,5 г/л до 54-93 г/л, что становится возможным вследствие увеличения порога обратимости реакции хлорирования в зависимости от концентрации и кислотности среды. Так, порог обратимости реакции хлорирования в условиях прототипа (гидролиз тетрахлоргликолурила под действием щелочи) наступает при кислотности среды ниже рН 8-9, что обуславливает необходимость поддержания рН среды в пределах 7-8. В заявляемых условиях обратимость реакции наступает при концентрации соляной кислоты свыше 7-10% что обуславливает количество воды, необходимой для проведения процесса в заявляемых условиях.

Кроме того, использование заявляемых условий, т.е. исключение добавления щелочи, как в прототипе, позволяет устранить необходимость контроля рН среды, поскольку увеличение кислотности реакционной массы в процессе хлорирования наоборот способствует растворению газообразного хлора в смеси. Авторы отмечают, что окончание реакции определяется по прекращению поглощения газообразного хлора реакционной массой, которое наступает после пропускания 4,5-5 моль хлора на 1 моль гликолурила.

При проведении процесса необходимо придерживаться заявляемого расхода хлора и количества необходимой для проведения процесса воды. Так, максимальная скорость пропускания хлора при объеме реакционной смеси 2 л составляет 50 г/час (таблица, п.2), а при объеме 10 л -150 г/час (таблица, п.6). Увеличение скорости пропускания хлора недопустимо, т.к. хлор не успевает растворятся в реакционной массе, и может повлечь за собой отравление обслуживающего персонала и сильную коррозию оборудования. Уменьшение скорости пропускания хлора приводит к увеличению времени процесса. Оптимальным количеством воды на 100 г исходного гликолурила является 2000-3300 мл (таблица, пп.2-4). При использовании 1500 мл воды на 100 г гликолурила происходит уменьшение выхода целевого продукта (таблица, п.1) вследствие превышения кислотности среды и протекания обратной реакции с образованием побочного дихлоргликолурила, несмотря на то, что съем продукта находится в заявляемых пределах. Увеличение количества воды свыше 3300 мл на 100 г гликолурила (таблица, п.5) неэффективно вследствие значительного увеличения объема реакционной массы и уменьшения съема продукта без улучшения каких-либо параметров процесса.

Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность процесса хлорирования гликолурила, увеличить съем конечного продукта с единицы объема аппарата и упростить способ получения благодаря совокупности нововведенных признаков.

Авторам и заявителю не известны такие технические решения, из которых следовало бы, что осуществление хлорирования гликолурила в воде при скорости пропускания хлора 50-150 г/час с содержанием гликолурила в воде 3-5% приводило бы к образованию 2,4,6,6- тетрахлор-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0] октан-3,7-диона со съемом целевого продукта 54-93 г/л.

Поэтому отличительные от прототипа признаки по мнению авторов и заявителя обеспечивают наиболее эффективный синтез целевого продукта.

Структура 2,4,6,8-тетрахлор-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]- октан-3,7-диона (тетрахлоргликолурила) подтверждена данными элементного анализа и ИК-спектроскопии, а также сопоставлением с литературными данными и аутентичными образцами.

Таким образом, использование заявляемых условий для синтеза тетрахлоргликолурила позволяет уменьшить продолжительность. процесса с 10-12 час до 3-7 час за счет увеличения скорости пропускания хлора с 20-40 г/час до 50-150 г/час, упростить процесс за счет исключения контроля за кислотностью среды, а также увеличить съем конечного продукта с единицы объема аппарата с 42,5 г/л до 54-93 г/л за счет увеличенияя содержания гликолурила в воде с 2,2% до 3-5% ПРИМEР. B другорлую колбу (V=2л), снабженную мешалкой и барботером для подачи хлора, загружают 100 г гликолурила и 2 л воды. При перемешивании пропускают хлор со скоростью 50 г/час. По прекращении поглощения хлора (4 часа) реакционную массу фильтруют и сушат. Получают 174 г (87%) 2,4,6,8-тетрахлор-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-диона.

Элементный анализ: C H N вычислено, 17,16 0,72 20,02 найдено, 16,97 0,56 20,31

Формула изобретения

Способ получения 2,4,6,8-тетрахлор-2,4,6,8-тетраазабицикло-(3,3,0)октан-3,7-диона, включающий хлорирование водного раствора 2,4,6,8-тетраазабицикло(3,3,0)октан-3,7-диона хлором, отличающийся тем, что хлорированию подвергают 3-5% -ный раствор 2,4,6,8-тетраазабицикло(3,3,0)октан-3,7-диона, со скоростью пропускания хлора 50-150 г/ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1