Способ получения 2-фенил-1,2,3-триазола

Описывается новый способ получения 2-фенил-1,2,3-триазола циклизацией фенилозазона глиоксаля в присутствии нового катализатора трифлата меди Cu(OSO₂CF₃)₂ как без растворителя в расплаве при 130°С, так и в среде высококипящих растворителей (толуола, о-ксилола, бутанола) при температуре их кипения. Целевой продукт выделяют методом колоночной хроматографии с высоким выходом. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области высокоэнергетических соединений, в частности к способу получения 2-фенил-1,2,3-триазола, который является перспективным прекурсором для синтеза энергетически активных материалов, а именно, 4-нитро-1,2,3-триазола.

Известны способы получения 2-фенил-1,2,3-триазола путем сухой перегонки фенилозазона глиоксаля [H.V.Pechmann. Annalen der Chemie. 1891. В.262. S.265-277] (выход 20%); при нагревании до 75-100°С фенилозазона глиоксаля с водным раствором медного купороса (CuSO₄) в течение 6.5 ч, с последующим выделением продукта путем перегонки с водяным паром и соответствующей обработкой [J.L.Riebsomer. J. Org. Chem. 1948. V.13. №6. P.815-821; El-Khadem H., El-Shafei Z.M. J. Chem. Soc. 1958. №9. P.3117-3119] (выход 59, 50%, соответственно); при нагревании до 180-210°С фенилозазона глиоксаля с каталитическим количеством однохлористой меди (CuCl) [Ю.А.Наумов. В кн. Методы получения химических реактивов и препаратов. M.: Химия. 1969. Вып.18. С.196-198] (выход 66.6%). Недостатками упомянутых выше способов получения 2-фенил-1,2,3-триазола являются низкий выход, высокие температуры реакции, и использование водяного пара (в случае низких температур реакции).

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) является способ синтеза 2-фенил-1,2,3-триазола путем циклизации фенилозазона глиоксаля под действием катализатора CuCl в присутствии безводного CaCl₂ в расплаве при 170-190°С, весь процесс включает 9 стадий: 1) - синтез, т.е. циклизация фенилозазона глиоксаля с последующей отгонкой продукта из реакционной смеси, при этом 2-фенил-1,2,3-триазол отгоняется вместе с анилином в интервале: 170°С/45-50 мм рт.ст. - 190°С/10 мм рт. ст.; 2) - обработка отогнанной смеси водой, перемешивание и подкисление 20% серной кислотой; 3) - отделение органического слоя (первая фракция 2-фенил-1,2,3-триазола) на делительной воронке; 4) - насыщение полученного водного раствора хлористым натрием; 5) - экстрагирование 2-фенил-1,2,3-триазола эфиром (2 раза) и объединение его с первой фракцией; 6) - сушка объединенного экстракта безводным сульфатом натрия; 7) - отделение раствора 2-фенил-1,2,3-триазола от осушителя (фильтрация); 8) - удаление растворителя (эфира); 9) - выделение целевого продукта (2-фенил-1,2,3-триазола) перегонкой в вакууме [Л.И.Верещагин, В.М.Никитин, В.И.Мещеряков, Г.А.Гареев, Л.П.Кириллова, В.М.Шульгина. ЖОрХ. 1989. Т.25. Вып.8. С.1744-1747] (выход 75%).

Недостатком вышеуказанного прототипа являются: сложность (многостадийность) процесса выделения целевого продукта, а также высокие температуры получения.

Цель предлагаемого нами изобретения заключается в упрощении способа получения 2-фенил-1,2,3-триазола.

Поставленная цель достигается:

1) использованием принципиально нового катализатора - трифлата меди Cu(OSO₂СР₃)₂ для циклизации фенилозазона глиоксаля, который, как и в прототипе, является исходным реагентом для данного синтеза; применение нового катализатора позволяет снизить температуру процесса до 130°С, если процесс ведут без растворителя;

2) использованием высококипящих растворителей (толуола, о-ксилола, бутанола) при температурах их кипения (110-145°С), что также позволяет снизить температуру процесса, причем следует отметить, что до этого ни в одном из известных способов растворители не применялись;

3) использованием метода колоночной хроматографии для выделения 2-фенил-1,2,3-триазола (силикагель марки ЛСЛ₂₅₄ 5/40 μ, элюент: смесь гексан: серный эфир в соотношении 1:2), что значительно упрощает процесс выделения, позволяя снизить общее количество стадий процесса до трех в случае сплавления без растворителей и до четырех, когда процесс ведут в среде растворителей (см. примеры).

Следует отметить, что полученный по предлагаемому методу 2-фенил-1,2,3-триазол, характеризуется высокой степенью чистоты: 99.96-100%, согласно данным хромато-масс-спектрометрии. Схема процесса синтеза 2-фенил-1,2,3-триазола может быть представлена следующим образом:

Следующие неограничивающиеся примеры иллюстрируют изобретение.

Циклизация фенилозазона глиоксаля в расплаве

Пример 1. Выделение 2-фенил-1,2,3-триазола без колоночной хроматографии. В колбу Вюрца помещали хорошо перемешанную смесь фенилозазона глиоксаля 1 г (4.2 ммоль) и трифлата меди Cu(OSO₂СР₃)₂ 0.05 г (0.14 ммоль). Реакционную смесь нагревали в токе аргона до 130°С (до полного расплавления озазона глиоксаля) с последующей отгонкой дистиллята (2-фенил-1,2,3-триазол-анилин) при 130°С/90 мм рт.ст. - 105°С/17 мм рт.ст. Общее время процесса 50 мин, что включает время расплавления исходного фенилозазона глиоксаля, сам процесс его циклизации и отгонка дистиллята. Далее проводили процесс выделения целевого продукта: в полученный дистиллят добавляли серный эфир; эфирный раствор обрабатывали 10% соляной кислотой в делительной воронке для удаления анилина, промывали дистиллированной водой до отрицательной реакции на ион хлора, сушили над прокаленным углекислым калием. После отгонки эфира вещество перегоняли в вакууме. Получили 0.5 г (82.0%, выход выше, чем у прототипа) 2-фенил-1,2,3-триазола, бесцветную жидкость, т. кип. 96°С/10 мм рт.ст., n _d ²⁰=1.5880. R_f=0.84. Контроль за ходом реакции осуществляли методами тонкослойной хроматографии, используя пластинки с закрепленным слоем «Silufol», элюент: гексан-серный эфир (1:2), а также хромато-масс-спектрометрии. (Масс-спектры получали на хромато-масс-спектрометре GCMS-QP5050A, фирмы Shimadzu). Найдено, %: С 66.23, Н 5.09, N 28.55. Вычислено для C₈H₇N₃, %: С 66.21, Н 4.82, N 28.97. Чистота продукта 99.96% (по данным хромато-масс-спектрометрии). В ИК-спектре (ν, см^-1) 2-фенил-1,2,3-триазола присутствуют все характерные полосы: валентных колебаний связей С-Н триазольного цикла при 3139 ел. и 3124 сл., бензольного кольца при 3080 сл., 3059 сл., 3036 сл., С=С ароматического кольца при 1599 с., 1502 о.с., 1476 сл., неплоских деформационных колебаний СН монозамещенного бензольного кольца при 755 и 694, валентных колебаний триазольного цикла при 1410 с., 1376 с., деформационных колебаний С-С и С-Н связей триазольного цикла при 1260 с., 1103 сл., 1086 ср., 1022 ср., 961 с., 951 с., 912 ср., 822 с., 669 с. (ИК-спектры записывали на спектрометре Bruker IFS-25 в микрослое). ЯМР ¹H (δ, м.д.): 8.03, 7.55, 7.41 (резонансные сигналы протонов фенильного фрагмента), 8.11 (резонансный сигнал протонов триазольного фрагмента в положении 4,5 2-фенил-1,2,3-триазола проявляется). ЯМР ¹³С (δ, м.д.): 139.31 (ipso), 129.73 (мета), 127.75 (пара) и 118.50 (орто) (резонансные сигналы атомов углерода фенильного кольца); 136.47 (резонансный сигнал С-4,5 триазольного фрагмента). (Спектры ЯМР ¹H и ¹³С снимали на приборе «Bruker», модель DPX 400 (400 МГц) в ДМСО-d₆).

Пример 2. Выделение 2-фенил-1,2,3-триазола с применением колоночной хроматографии.

В колбу Вюрца помещали растертую и хорошо перемешанную смесь 2 г (8.4 ммоль) фенилозазона глиоксаля и трифлата меди Cu(OSO₂СР₃)₂ 0.1 г (0.28 ммоль). Синтез 2-фенил-1,2,3-триазола проводили аналогично примеру 1 до выделения дистиллята. А дальше отделение 2-фенил-1,2,3-триазола от анилина проводили на колонке высотой 46 см, диаметром 2 см, наполненной силикагелем (марка ЛСЛ₂₅₄ 5/40 μ) - соотношение очищаемой смеси веществ к сорбенту равно 1:50. Элюент: гексан-серный эфир (1:2). При этом способе выделения количество стадий процесса уменьшается до трех по сравнению с прототипом: 1) - синтез: циклизация фенилозазона глиоксаля; 2) - фильтрование от твердых частиц катализатора; 3) - выделение 2-фенил-1,2,3-триазола методом колоночной хроматографии. Получили 0.98 г (80.7%, выход выше, чем в прототипе) 2-фенил-1,2,3-триазола, т. кип. 96°С/10 мм рт.ст., n _d ²⁰=1.5880. Чистота продукта 100%.

Циклизация фенилозазона глиоксаля в растворителях

Пример 3. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, холодильником, трубкой для ввода аргона помещали хорошо перемешанную смесь фенилозазон глиоксаля 1 г (4.2 ммоль) и трифлата меди Cu(OSO₂CF₃)₂ 0.05 г (0.14 ммоль) и 10 мл толуола. Реакционную смесь кипятили при 110°С. Время реакции 7 ч. Контроль за ходом реакции осуществляли методами тонкослойной хроматографии, используя пластинки с закрепленным слоем «Silufol», элюент: гексан-серный эфир (1:2), а также хромато-масс-спектрометрии. После окончания циклизации толуол отогнали на водоструйном насосе. Выделение 2-фенил-1,2,3-триазола проводили на колонке, наполненной силикагелем (марка ЛСЛ₂₅₄ 5/40 μ), элюент: серный эфир-гексан (2:1). Процесс протекает в четыре стадии: 1) - синтез: циклизация фенилозазона глиоксаля; 2) - фильтрование от твердых частиц катализатора; 3) - отгонка растворителя; 4) - выделение 2-фенил-1,2,3-триазола методом колоночной хроматографии. Получили 0.55 г (90.2%) 2-фенил-1,2,3-триазола, т. кип. 94°С/8 мм рт.ст., n_d ²⁰=1.5880. Чистота продукта 100% по данным хромато-масс-спектрометрии.

Пример 4. В условиях, аналогичных указанным в примере 3, помещали хорошо перемешанную смесь фенилозазон глиоксаля 2 г (8,4 ммоль) и трифлата меди Cu(OSO₂CF₃)₂ 0.1 г (0.28 ммоль) и 20 мл о-ксилола. Реакционную смесь кипятили при 145°С. Время реакции 6.5 ч. Контроль за ходом реакции осуществляли методами тонкослойной хроматографии, используя пластинки с закрепленным слоем «Silufol», элюент: гексан-серный эфир (1:2), а также хромато-масс-спектрометрии. После окончания циклизации из реакционной смеси отфильтровывали катализатор, о-ксилол отогнали на ротадесте. Выделение 2-фенил-1,2,3-триазола проводили аналогично примеру 3. Получили 0,98 г (74.0%) 2-фенил-1,2,3-триазола, т.кип. 96°С/10 мм рт.ст., n _d ²⁰=1.5880. Чистота продукта 99.98% по данным хромато-масс-спектрометрии.

Пример 5. В условиях, аналогичных указанным в примере 3, помещали хорошо перемешанную смесь фенилозазона глиоксаля 1 г (4.2 ммоль) и трифлата меди Cu(OSO₂CF₃)₂ 0.05 г (0.14 ммоль) и 10 мл н-бутанола. Реакционную смесь кипятили при 117°С. Время реакции 7.5 ч. После окончания циклизации из реакционной массы отфильтровывали катализатор, бутанол отогнали на ротадесте. Выделение 2-фенил-1,2,3-триазола проводили аналогично примеру 3. Выход 0.47 г (68.0%) 2-фенил-1,2,3-триазола, т.кип. 94°С/8 мм рт.ст., n _d ²⁰=1.5880. Чистота продукта 99.98% по данным хромато-масс-спектрометрии.

1. Способ получения 2-фенил-1,2,3-триазола путем циклизации фенилозазона глиоксаля при нагревании в присутствии соли меди в качестве катализатора, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве соли меди используют трифлат меди и процесс проводят как без растворителя при 130°С в течение 50 мин, так и в среде высококипящих растворителей при температурах их кипения в течение 6,5-7,5 ч, а для выделения 2-фенил-1,2,3-триазола используют метод колоночной хроматографии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высококипящих растворителей используют толуол, о-ксилол, бутанол.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для колоночной хроматографии в качестве неподвижной фазы используют силикагель марки ЛСЛ₂₅₄ 5/40 μ, а в качестве элюента - смесь гексан:серный эфир в соотношении 1:2.