Способ получения пара-аминофенолов

Изобретение относится к новому способу получения пара-аминофенолов, которые являются ценными исходными или промежуточными соединениями, используемыми в органическом синтезе, фармацевтике, агрохимии и в производстве красителей. Способ заключается в окислении соответствующих ароматических аминов в водно-органическом растворителе синглетным кислородом, генерируемым при облучении светом видимого диапазона в присутствии замещенных фталоцианинов в качестве фотосенсибилизаторов. Предпочтительно использовать в качестве замещенных фталоцианинов соединения следующей структурной формулы:

как в гомогенной, так и в гетерогенизированной форме. В качестве источника света можно использовать лазер или светодиоды. Используемые фталоцианины являются известными соединениями. Способ обеспечивает селективное получение пара-аминофенолов в одну стадию с высоким выходом и может быть использован для разработки промышленной технологии. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 14 пр.

 

Изобретение относится к органическому синтезу, в частности, оно касается получения пара-аминофенолов, которые являются ценными исходными или промежуточными соединениями, используемыми в органическом синтезе, фармацевтике, агрохимии и в производстве красителей. N-Ацетилпроизводное n-аминофенола - широко известный лекарственный препарат парацетамол (лат. Paracetamolum). 4-Амино-3,5-диметилфенол и его N-ацетилпроизводное являются селективными анальгетическими агентами, блокирующими нечувствительные к тетродотоксину натрия каналы [патент US 6489119 В1].

n-Аминофенол и 4-амино-3,5-диметилфенол образуются в живых организмах под действием ферментов (Р450) в качестве метаболитов анилина и 2,6-диметиланилина [Gan J., Skipper PL, Tannenbaum SR. Chem. Res. Toxicol. 14 (6) (2001) 672-677]. Кроме того, 4-амино-3,5-диметилфенол образуется в печени в качестве метаболита лидокаина и может служить маркером функции печени [М. Oellerich, E. Raude, M. Burdelski, M. Schulz, F.W. Schmidt, В. Ringe, P. Lamesch, R. Pichlmayr, H. Raith, M. Scheruhn, M. Wrenger, Ch. Wittekind. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 25 (1987) 845-853].

n-Аминофенол получают восстановлением нитробензола в присутствии железных опилок в кислой среде в результате перегруппировки промежуточно образующегося фенилгидроксиламина (А.Е. Чичибабин «Основные начала органической химии», том II).

В промышленности n-аминофенол получают из 4-хлорнитробензола. На первой стадии при 170°C и 0,8 МПа в результате взаимодействия с NaOH происходит замена атома галогена на фенолятную группу, затем при 140°C и 0,5 МПа нитрогруппа восстанавливается NaHS до аминогруппы и после подкисления выделяется n-аминофенол. При получении n-аминофенола из фенола последний превращают в n-нитрозофенол, который восстанавливают в этилацетате в присутствии катализатора Pd/C при давлении водорода 2,0-4,0 атм и температуре 20-50°C [патент РФ 2,461,543].

Использование реактива Фентона (пероксид водорода и ионы железа (II)) и фото-Фентон - процессов приводит к деградации анилина [Utset, J. Garcia, J. Casado, X. Domènech. J. Peral. Chemosphere 41 (2000) 1187-1192] и o-толуидина [N. Masomboon, Chien-Wei Chen, J. Anotai, Ming-Chun Lu. Chem. Engineering J. 159 (2010) 116-122]. Впрочем, и все другие варианты взаимодействия анилина с сильными окислителями приводят к «анилиновому черному» - смеси глубокоокрашенных соединений [Б.И. Степанов «Введение в химию и технологию органических красителей», изд. 3-е, перераб. и доп., М.: «Химия», 1984.]

При облучении солнечным светом в присутствии TiO₂ происходит деструкция молекулы анилина вплоть до CO₂ с промежуточным образованием следовых количеств n-аминофенола [S.P. Kamble, S.B. Sawant, J.C. Schouten, V.G. Pangarkar. J. Chem. Technol. Biotechnol. 78 (2003) 865-872].

4-Амино-3,5-диметилфенол получают из 3,5-диметилфенола взаимодействием его с диазотированной сульфаниловой кислотой и последующим восстановлением промежуточного продукта гидросульфитом натрия [патент US 3450745 А (1966)] или нитрованием 3,5-диметилфенола и последующим восстановлением нитросоединения [патент US 6489119 В1]. Недостатком этих способов является их многостадийность, проведение процесса при высокой температуре и давлении, использование дорогостоящего катализатора (палладий), а также экологически небезопасных растворов концентрированных кислот (HCl, HNO₃) и щелочей. При фотоокислении анилина в приведенных условиях происходит деструкция молекулы и образование n-аминофенола лишь в очень небольших количествах.

Эти недостатки частично преодолеваются в способе получения 4-амино-3,5-диметилфенола окислением 2,6-диметиланилина персульфатом калия в щелочной среде до 4-амино-3,5-диметилфенилсульфата (выход 20%) с последующим кислотным гидролизом образующегося эфира [Е. Boyland, P. Sims. J. Chem. Soc. (1958) 4198] - прототип. Однако получение 4-амино-3,5-диметилфенола по этому способу в несколько стадий, использование растворов щелочей и кислот и низкий выход продукта не позволяют считать этот способ перспективным и экологически безопасным.

Задача изобретения состояла в создании простого экологически безопасного способа получения пара-аминофенолов из ароматических аминов с достаточно высоким выходом.

Эта задача решена в предлагаемом способе путем фотоокисления ароматических аминов кислородом при облучении видимым светом в водно-органическом растворителе в присутствии активных и стабильных фотосенсибилизаторов, представляющих собой замещенные фталоцианины.

Задача решается также тем, что используют замещенные фталоцианины следующей структурной формулы:

Задача решается также тем, что фотосенсибилизаторы используют как в гомогенной, так и в гетерогенной форме.

В качестве ароматических аминов использованы анилин и его моно- и диметилпроизводные.

Фотохимическое окисление ароматического амина кислородом проводят в присутствии фотосенсибилизаторов, поглощающих свет в области 660-690 нм, при комнатной температуре с использованием в качестве источников света лазера MRL 250 (λ=671 нм) с мощностью излучения 150 мВт или светодиодов мощностью 0,2 вт каждый (λ=664 нм).

Производные фталоцианина (РсМ), предлагаемые в качестве фотосенсибилизаторов, синтезированы по способу, описанному в патенте РФ №2471715 (2013). Гетерогенизацию РсМ осуществляли методом равновесной адсорбции из раствора в органическом растворителе (толуол) на амберлит XAD7HP (Amb.) - неионный алифатический полимер (РсМ / Amb.) [патент РФ №2471715 (2013)].

Сульфохлориды PcZn (III) - 3-(PhSO₂)₄-(SO₂Cl)₃-PcZn (IIIs) и PcZn (V) 4-(t-Bu)₄-(SO₂Cl)₃-PcZn (Vs) - получены взаимодействием сульфокислотных комплексов PcZn (III) и PcZn (V) с хлористым тионилом в присутствии ДМФА [патент РФ №2,181,736 (2002); Б.И., 12 (2002) 266; К. Венкатараман. Химия синтетических красителей. - Ленинград, «Химия», 1977].

Гетерогенизацию сульфохлоридов проводили путем ковалентной прививки к 3-аминопропилмодифицированному силикагелю (NH₂-SiO₂) в ДМФА. Для этого ZnPc растворяли в ДМФА, прибавляли носитель и полученную смесь встряхивали в шейкере в течение 1 ч. После этого гетерогенизированный фотосенсибилизатор отфильтровывали, промывали водой, затем спиртом и сушили в вакууме.

Образцы гетерогенизированного фотосенсибилизатора PcZn (I) / Amb. с содержанием активной фазы a=0,5·10^-6 и 0,8·10^-6 моль/г показали примерно одинаковую активность, при увеличении величины a до 1,49·10^-6 моль/г наблюдалось замедление фотоокисления, вероятно, из-за присутствия на поверхности носителя менее активных агрегированных форм PcZn.

Фотохимическое окисление ароматических аминов в присутствии полученных фотосенсибилизаторов проводят в стеклянном реакторе при постоянном перемешивании и насыщении реакционной смеси кислородом.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предложенный способ.

Пример 1

В качестве источника света используют лазер MRL 250 (λ=671 нм). В реактор загружают 1,2·10^-4 г (0,9·10^-6 моль) PcZn (I) и 32,4 мл раствора 2,6-диметиланилина (0,01 М) в водном ацетонитриле. Через 240 мин облучения реакционную смесь анализируют методом ВЭЖХ на хроматографе (НР1100, серия Agilent) с UV детектором и колонкой Zorbax Eclipse XDB-C8 с обращенной фазой (4,6×150 mm, 5 µm), стационарная фаза - диметил-н-октилсилан, элюент CH₃CN-вода (40:60 об.), 1 мл/мин, внутренний стандарт - нафталин. Конверсия 97,2%, выход 4-амино-3,5-диметилфенола 76% (по данным ВЭЖХ). Масс-спектр продукта содержит полосы с m/z 136 (M⁺-1) и 107 (M⁺-2CH₃). УФ-спектр: λ_max.=262 нм. Структура продукта подтверждена также хроматографическим сравнением с заведомым образцом 4-амино-3,5-диметилфенола фирмы Sigma.

Примеры 2-4

Процесс осуществляют аналогично примеру 1 с использованием гомогенных замещенных PcAlOH (II) и PcZn (III) и (IV).

Результаты приведены в Таблице.

Пример 5

В качестве источника света используют четыре светодиода мощностью 0,2 вт каждый (λ=664 нм). В реактор загружают 0,109 г гетерогенизованного фотосенсибилизатора PcZn (I) / Amb. (a=0,82·10^-6 моль PcZn/г носителя) и 35 мл раствора 2,6-диметиланилина (0,01 М) в водном ацетонитриле. Через 150 мин облучения фотосенсибилизатор отфильтровывают, реакционную смесь анализируют методом ВЭЖХ. Конверсия 100%, выход 4-амино-3,5-диметилфенола 73,5%. Фотосенсибилизатор был использован в 4-х циклах.

Пример 6

Процесс осуществляют аналогично примеру 5 с использованием в качестве растворителя водного метанола.

Результаты приведены в Таблице.

Пример 7

Процесс осуществляют аналогично примеру 4 с использованием в качестве субстрата анилина. Конверсия анилина 90%, выход n-аминофенола 70%.

Пример 8

Процесс осуществляют аналогично примеру 4 с использованием в качестве субстрата 2-метиланилина.

Результаты приведены в Таблице.

Пример 9

В реактор загружают 0,09 г гетерогенизованного фотосенсибилизатора PcZn (IIIs)-NH₂-SiO₂ (100 Å) (a=1,0·10^-6 моль PcZn/г носителя) и 35 мл раствора 2,6-диметиланилина (0,01 М) в водном ацетонитриле. Через 150 мин облучения сенсибилизатор отфильтровывают, реакционную смесь анализируют методом ВЭЖХ. Конверсия 97%, выход 4-амино-3,5-кдиметилфенола 65,8%.

Примеры 10-14

Процесс осуществляют аналогично примеру 9 с использованием гетерогенизированного фотосенсибилизатора PcZn (IIIs) - NH₂-SiO₂ с различным размером пор носителя (100 Å и 750 Å) в водных ацетонитриле и метаноле, а также гетерогенизированного фотосенсибилизатора PcZn (Vs) - NH₂-SiO₂ (750 Å).

Фотосенсибилизатор PcZn (IIIs) - NH₂-SiO₂ (100 Å) был использован в 3-х циклах фотоокисления 2,6-диметиланилина.

Результаты приведены в Таблице.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает селективное получение пара-аминофенолов в одну стадию из соответствующих анилинов с высоким выходом по безопасной для окружающей среды технологии.

1. Способ получения пара-аминофенолов окислением ароматических аминов, отличающийся тем, что ароматические амины окисляют в водно-органическом растворителе синглетным кислородом, генерируемым при облучении светом видимого диапазона в присутствии замещенных фталоцианинов в качестве фотосенсибилизаторов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве замещенных фталоцианинов используют соединения следующей структурной формулы:

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фотосенсибилизатор используют как в гомогенной, так и в гетерогенизированной форме.