Способ получения аминоцианацетамида

 

Изобретение относится к получению аминоцианацетамида, который используют в качестве промежуточного продукта для получения имидазолов, пиразинов, пуринов или птеридинов. Способ осуществляют путем взаимодействия цианацетамида с нитритами щелочных металлов при значении рН порядка 2 с получением нитрозоцианацетамида, который каталитическим гидрированием превращают в аминоцианацетамид. Взаимодействие цианацетамида с нитритами щелочных металлов осуществляют при температуре от 0 до 50^oС. В качестве нитрита щелочного металла используют нитрит натрия. В качестве катализатора каталитического гидрирования нитрозоцианацетамида применяют платину на угле в количестве от 2 до 10%. Каталитическое гидрирование нитрозоцианацетамида в аминоцианацетамид ведут при давлении 1-100 бар, при температуре от 20 до 50^oС. Технический результат - снижение экономических показателей процесса. 13 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к новому, пригодному для применения в промышленном масштабе способу получения аминоцианацетамида. Аминоцианацетамид представляет собой интересный со многих точек зрения промежуточный продукт для получения, например, имидазолов, пиразинов, пуринов или птеридинов.

Для получения аминоцианацетамида известны различные способы. Особо следует назвать при этом способ получения аминоцианацетамида, исходя из гидроксииминоцианацетамида, гидрированием в присутствии амальгамы алюминия, описанный в Journ. Am. Chem. Soc., 76, 6080 (1954), авторы Taylor и др., а также ряд других способов получения аминоцианацетамида, исходя из эфиров циануксусной кислоты через стадию эфиров аминоциануксусной кислоты, как описано, в частности, в европейской заявке ЕР 0342616, где предлагается получать аминоцианацетамид путем нитрозирования эфира циануксусной кислоты с помощью нитрита щелочного металла, гидрирования образующегося эфира гидроксииминоциануксусной кислоты под действием платины/водорода и последующего высвобождения аминоцианацетамида с помощью водного аммиака. С учетом проблем, связанных с применением ртутного катализатора, предлагаемый у Taylor и др. способ не может быть реализован в промышленном масштабе. Способы получения аминоцианацетамида, исходя из эфиров циануксусной кислоты через стадию эфиров аминоциануксусной кислоты, как это описано, в частности, в упомянутой заявке ЕР 0342616, требуют больших материально-технических затрат, поскольку в них предусматривается трудно осуществимое на практике превращение цианоуксусной кислоты, защищенной эфирной функцией, в эфир аминоциануксусной кислоты с последующим высвобождением аминоцианацетамида.

Предлагаемый согласно настоящему изобретению способ позволяет впервые реализовать в промышленном масштабе процесс непосредственного получения аминоцианацетамида. Способ основан на превращении цианацетамида взаимодействием с нитритами при значении рН порядка 2 в нитрозоцианацетамид и на последующем каталитическом гидрировании нитрозоцианацетамида с получением в результате аминоцианацетамида.

Цианацетамид является коммерчески широко доступным исходным материалом. Цианацетамид нитрозируют нитритами при значении рН порядка 2 с получением нитрозоцианацетамида. Для нитрозирования используют предпочтительно нитрит щелочного металла, который предпочтительно добавляют к кислому раствору либо суспензии цианацетамида. При этом значение рН в процессе нитрозирования поддерживают предпочтительно равным порядка 2. Применяя такую технологию, предотвращают образование больших количеств побочных продуктов, снижают количество образующихся нитрозных газов и получают хорошо центрифугируемый продукт. Для нитрозирования обычно используют нитриты щелочных металлов, предпочтительно нитрит натрия. Нитрит применяют в количестве 1-5 эквивалентов в пересчете на цианацетамид, предпочтительно 1-2 эквивалента по отношению к цианацетамиду. Нитрозирование осуществляют в кислых средах, предпочтительно в концентрированных, сильных минеральных кислотах, в частности в соляной кислоте при значении рН порядка 2. Реакцию проводят в концентрированном растворе либо, предпочтительно в суспензии при температурах в интервале от 0 до 50^oС, предпочтительно от 0 до 5^oС.

Полученный таким путем нитрозоцианацетамид превращают путем каталитического гидрирования в аминоцианацетамид. Гидрирование осуществляют в водороде в присутствии катализатора. Пригодными для этих целей катализаторами являются предпочтительно катализаторы на основе благородных металлов, таких как платина, которую в количествах от 1 до 20% наносят в высокодисперсной форме на обычные носители, такие как уголь, оксид алюминия, диоксид кремния, сульфат бария или карбонат кальция, либо оксид платины. Предпочтительно в качестве катализатора применяют платину в количестве от 2 до 10% на угле.

Целесообразно применять катализатор в количествах от 1 до 30% в пересчете на нитрозоцианацетамид, предпочтительно от 2 до 10% также в пересчете на нитрозоцианацетамид.

Гидрирование осуществляют либо в водных средах, таких как вода, либо предпочтительно в преимущественно неводных средах, например в низших, смешиваемых с водой спиртах, таких как метанол или этанол, в низших, смешиваемых с водой карбоновых кислотах, таких как муравьиная кислота или уксусная кислота, или же в тетрагидрофуране. Для предотвращения буферного эффекта водных гидрогенизационных растворов можно добавлять небольшое количество гидрофталата натрия. В гидрогенизационный раствор в ряде случаев могут вводиться также другие обычные добавки, предназначенные для разных целей. Так, с целью предотвратить образование газов синильной кислоты можно добавлять сульфат железа, с целью подавить "отравление" катализатора - никель Ренея и т.д.

Применение водосодержащих катализаторов при работе и в неводных средах также не вызывает трудностей. По завершении реакции используемые катализаторы можно простым образом повторно перерабатывать и применять в последующих реакциях.

Гидрирование осуществляют при давлении в диапазоне от 1 до 100 бар, предпочтительно от 1 до 10 бар и при температурах в интервале от 0 до 80^oС, предпочтительно от 20 до 50^oС. В зависимости от давления, температуры, среды и количества катализатора продолжительность процесса гидрирования может варьироваться в пределах от 30 минут до 20 часов. По завершении гидрирования в водных средах значение рН реакционного раствора может быть снижено за счет добавления кислоты, такой, например, как уксусная кислота. Благодаря такой технологии удается предотвратить образование больших количеств побочных продуктов.

Примеры, поясняющие изобретение.

Пример 1 Получение нитрозоцианамида В реакционную емкость загружают 33,5 кг цианацетамида в 78 л воды и с помощью 0,1 кг 37%-ной соляной кислоты устанавливают на рН 2,3. Затем в течение 7 часов в дозированных количествах добавляют 28,7 кг нитрита натрия в 45 л воды. При этом значение рН реакционного раствора за счет добавок в общей сложности 36 кг 37%-ной соляной кислоты поддерживают в пределах 1,5-2,5. Температуру раствора поддерживают на уровне ниже 40^oС. Из образующегося во время добавления раствора нитрита натрия прозрачного желто-красного раствора еще до завершения процесса добавления выпадает нитрозоцианацетамид в виде кристаллов. В течение ночи желтую суспензию перемешивают при комнатной температуре, после чего ее охлаждают до 5^oС. Полученную таким путем густую кристаллическую кашеобразную массу белого цвета центрифугируют при 5^oС, промывают водой и сушат при 50^oС под вакуумом. В результате получают 33,9 кг нитрозоцианацетамида с содержанием 99,1%, как определено титриметрией. Идентификацию субстанции проводили с помощью ИК- и ЯМР-спектрометрии. Сравнительный анализ полученных спектров и контрольной субстанции подтвердил идентичность их показателей.

Пример 2 Получение нитрозоцианамида В реакционный сосуд при 0^oС помещают 250 мл 37%-ной соляной кислоты (3 моля) и смешивают с 171,6 г цианацетамида (2 моля). При перемешивании к смеси в течение 5-7 часов по каплям добавляют раствор из 156,0 г нитрита натрия (2,26 моля) в 600 мл воды и температуру при этом поддерживают в интервале от 0 до 3^oС. Образовавшийся белый кристаллический продукт отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают водой и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 142,6 г нитрозоцианацетамида с содержанием 97,4%, как определено посредством ЖХВР. Доля цианацетамида в полученном таким путем кристаллическом 5 продукте составляет 0,3%, что также определено посредством ЖХВР.

Пример 3 Получение нитрозоцианамида 2,0 кг цианацетамида и 1,8 кг нитрита натрия помещают в 4,3 л воды. После нагревания до 20^oС по каплям добавляют в течение 6 часов 2,4 л 37%-ной соляной кислоты и температуру при этом поддерживают в интервале от 40 до 50^oС. По завершении процесса добавления образующуюся суспензию продолжают перемешивать при 35-40^oС еще в течение 40-50 минут, после чего охлаждают до 10^oС. Образовавшийся белый кристаллический продукт отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают водой и сушат при 40^oС под 15 вакуумом. В результате получают 2,5 кг нитрозоцианацетамида с содержанием 90,7%. Полученные таким путем 2,5 кг нитрозоцианацетамида нагревают в 7,1 л изопропанола до кипения и смешивают с 70 мл воды. По истечении 2 часов суспензию фильтруют до достижения прозрачности. Полученный остаток промывают 800 мл горячего изопропанола. После концентрирования фильтрата 20 до объема приблизительно 4 л желтоватую суспензию в течение ночи выдерживают при температуре - 20^oС. Образовавшийся кристаллический продукт белого цвета отфильтровывают на нутч-фильтре и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 2,0 кг нитрозоцианацетамида с содержанием 100% и температурой разложения примерно 170^oС. Доля NaCl в полученном таким путем продукте составляет менее 0,5%.

Пример 4 Получение нитрозоцианамида Предварительно загружают 7,5 л 37%-ной соляной кислоты и затем смешивают с 5,15 кг цианацетамида. При перемешивании к этой смеси в течение 3 часов добавляют по каплям раствор из 4,68 кг нитрита натрия в 1,8 л воды. Температуру при этом поддерживают на уровне 5^oС. Образовавшийся кристаллический продукт белого цвета отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают водой и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 5,47 кг нитрозоцианацетамида с содержанием 98,7%, как определено посредством ЖХВР. Содержание хлорида в полученном таким путем продукте составляет 0,4%.

Пример 5 Получение аминоцианацетамида
31 г нитрозоцианацетамида (0,27 моля) помещают в стальном автоклаве в 700 мл метанола и смешивают в присутствии 20 г 5%-ного платинового катализатора на угле с 50% воды. После продувки азотом и водородом гидрируют при комнатной температуре и давлении водорода 2 бар в течение 14 часов. После продувки газов содержимое автоклава отфильтровывают на нутч-фильтре и полученный светло-желтый фильтрат концентрируют под вакуумом до его полной кристаллизации. Кристаллический продукт взмучивают в 250 мл изопропанола, отфильтровывают на нутч-фильтре и сушат при 40^oС под вакуумом. Таким путем получают 23 г слегка окрашенного в светло-бежевый цвет аминоцианацетамида с содержанием 84,1%, как определено посредством ЖХВР, и температурой разложения приблизительно 120^oС.

Пример 6
Получение аминоцианацетамида
Аналогично примеру 5 осуществляли процессы гидрирования в представленных ниже средах и в присутствии указанных ниже катализаторов (см. таблицу).

Пример 7
Получение аминоцианацетамида
200 г нитрозоцианацетамида (1,77 моля) помещают в стальном автоклаве в 2 л воды и смешивают с 49,45 г 5%-ного платинового катализатора на угле. После продувки азотом и водородом гидрируют при 24^oС и давлении водорода 2 бар в течение 8 часов. После продувки газов к гидрогенизационному раствору добавляют 117 мл уксусной кислоты. Образовавшийся после фильтрации прозрачный желтоватый раствор концентрируют под вакуумом при 50^oС до полной кристаллизации. Кристаллический продукт смешивают с 450 мл изопропанола и в течение ночи выдерживают при 0^oС. Далее полученный кристаллический продукт отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают холодным изопропанолом и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 136,7 г слабо окрашенного в светло-желтоватый цвет аминоцианацетамида с содержанием 99,7%, как определено титриметрией, и с содержанием диамида аминомалоновой кислоты 0,26%, как определено посредством ЖХВР.

100 г полученного таким путем сырого аминоцианацетамида растворяют в 240 мл нагретой до 85^oС воды и быстро охлаждают до 0^oС. Образовавшийся кристаллический продукт отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают холодным изопропанолом и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 79,2 г бесцветного аминоцианацетамида с содержанием 100%, как определено посредством ЖХВР.

Аналогичным образом 20 г полученного сырого аминоцианацетамида растворяют в смеси из 200 мл воды и 600 мл изопропанола при 20^oС и быстро охлаждают до 0^oС. Полученный таким путем кристаллический продукт отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают холодной смесью воды и изопропанола и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 11,6 г бесцветного аминоцианацетамида с содержанием 100%, как определено посредством ЖХВР. Растворимость полученного таким путем продукта составляет при комнатной температуре в метаноле 1,65 г/100 мл, а в этаноле - 0,85 г/100 мл.

Пример 8
Получение аминоцианацетамида
8,5 кг 5%-ного платинового катализатора на угле (приблизительно 50% воды) загружают в инертизированный реактор для гидрирования и смешивают с 119 кг метанола. К этой суспензии добавляют 14,7 кг нитрозоцианацетамида (130 молей). После продувки азотом и водородом гидрируют при 40-45^oС и давлении водорода 2 бар в течение 11 часов. После продувки газов гидрогенизационный раствор фильтруют до прозрачности и фильтрат охлаждают в течение ночи до температуры -18^oС. Образовавшийся кристаллический продукт центрифугируют, промывают холодным этанолом и сушат при 40^oС под вакуумом. В результате получают 8,3 кг слегка окрашенного в желтоватый цвет аминоцианацетамида с содержанием 99,2%, как определено посредством ЖХВР, и с содержанием нитрозоцианацетамида 3,5%, как определено также посредством ЖХВР. Путем перекристаллизации аналогично примеру 7 получают бесцветный аминоцианацетамид с содержанием 100%, как определено посредством ЖХВР, и с содержанием нитрозоцианацетамида менее 0,1%, как определено также посредством ЖХВР.

Пример 9
Получение аминоцианацетамида
Аналогично примеру 5 предварительно загружают 205 г нитрозоцианацетамида (1,25 моля) в 210 мл воды, 30 г уксусной кислоты и смешивают в присутствии 3,9 г 5%-ного платинового катализатора на угле (увлажненного водой). После экзотермического гидрирования в течение 3 часов при давлении 100 бар и температуре 40^oС повышенное давление и температуру доводят до нормальных условий. Полученный реакционный продукт выделяют при 0^oС, промывают этанолом и затем сушат.

Получают 98,4 г аминоцианацетамида с содержанием 98,7%, как определено ЖХВР (жидкостной хроматографией высокого разрешения).

Формула изобретения

1. Способ получения аминоцианацетамида, отличающийся тем, что цианацетамид подвергают взаимодействию с нитритами щелочных металлов при значении рН порядка 2 с получением нитрозоцианацетамида, который каталитическим гидрированием превращают в аминоцианацетамид.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения нитрозоцианацетамида цианацетамид помещают в кислую среду и затем добавляют нитрит щелочного металла.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при нитрозировании пианацетамида до нитрозоцианацетамида значение рН поддерживают постоянным.

4. Способ по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что в качестве нитрита щелочного металла применяют предпочтительно нитрит натрия.

5. Способ по пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что нитрит щелочного металла применяют в количестве 1-5, предпочтительно 1-2 эквивалента в пересчете на цианацетамид.

6. Способ по пп.1 - 4 или 5, отличающийся тем, что превращение пианацетамида в нитрозоцианацетамид осуществляют взаимодействием с нитритами щелочных металлов в концентрированном растворе или предпочтительно в суспензии.

7. Способ по пп.1 - 5 или 6, отличающийся тем, что превращение цианацетамида в нитрозоцианацетамид осуществляют взаимодействием с нитритами щелочных металлов при температурах в интервале от 0 до 50^oС, предпочтительно от 0 до 5^oС.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что превращение нитрозоцианацетамида в аминоцианацетамид осуществляют каталитическим гидрированием в водных средах.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что превращение нитрозоцианацетамида в аминоцианацетамид осуществляют каталитическим гидрированием в неводных средах, предпочтительно в низших, смешиваемых с водой спиртах, таких, как метанол или этанол, в низших, смешиваемых с водой карбоновых кислотах, таких, как муравьиная кислота или уксусная кислота, или в тетрагидрофуране.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что превращение нитрозоцианацетамида в аминоцианацетамид осуществляют каталитическим гидрированием в метаноле.

11. Способ по пп.1, 8, 9 или 10, отличающийся тем, что в качестве катализатора для каталитического гидрирования нитрозоцианацетамида с получением аминоцианацетамида применяют катализаторы на основе благородных металлов, таких, как платина, нанесенных в высокодисперсной форме в количествах от 1 до 20% на обычные носители, такие, как уголь, оксид алюминия, диоксид кремния, сульфат бария или карбонат кальция, или оксид платины.

12. Способ по пп.1, 8, 9, 10 или 11, отличающийся тем, что в качестве катализатора для каталитического гидрирования нитрозоцианацетамида с получением аминоцианацетамида применяют платину на угле в количестве от 2 до 10%.

13. Способ по пп.1, 8, 9, 10, 11 или 12, отличающийся тем, что катализатор для каталитического гидрирования нитрозоцианацетамида с получением аминоцианацетамида применяют в количествах от 1 до 30%, предпочтительно от 2 до 10% в пересчете на нитрозоцианацетамид.

14. Способ по пп.1, 8, 9, 10, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что превращение нитрозоцианацетамида в аминоцианацетамид осуществляют каталитическим гидрированием водородом при давлении 1-100 бар, предпочтительно 1-10 бар и при температурах в интервале от 0 до 80^oС, предпочтительно от 20 до 50^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1