Способ получения 2-метил-5-нитроимидазола

 

ОПИСАНИЕ- -:- -Л

Ф (») 50922б

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАеИЙТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 20.04.73 (21) 1914965/23 4 .(23) Приоритет — (32) 1 (51) М. Кл. С07 D239/20

Госудорственньа комитет

Совета Министров СССР оо делан изооретений и открытий (33) (31) (43) Опубликовано 30.03.76. Бюллетень Ме 12 (53) УДК 547.781.785 (088.8) (4б) Дата опубликования описания 05.08.77

Иностранцы

Анджэй Жмуидзин, Казимеж Урбаньски, Эдмунд Утэхт и Владыслав Стэльмаховски (ПНР) (72) Авторы изобретения

Иностранное предприятие Заклады Хэмичнэ "Асэпта " Спулдзельня Працы, Побйедзнска (ПНР) (?1) Заявитель (54} СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2 — МЕТИЛ вЂ” 5ЛНИТРОИМИДАЗОЛА

Изобретение относится к усовершенствованию способа получения 2 - метил - 5 - нитроимидазола, Известен способ получения 2 - метил - 5гнитроимидазола нитрованием 2 - метилимидазола азотной и серной кислотами в присутствии ингибитова В качестве 1ингибитора в известном способе, используют мочевину и серную кислоту.

Добавки этих ингибиторов обеспечивают безопасное ведение процесса, одико, при этом способе необходимо применять добавочное сырье, что в конечном итоге затрудняет выделение целевого продукта и снижает его выход.

С целью регулирования хода реакции по предла, гаемому способу в качестве ингибитора используют часть образующегося в результате ннтрования 2 метил - 5 - нитроимидазола и/или избыток концент" рированной азотной кислоты.

Предлагаемый способ получения 2 - метил - 5L нитроимидазола заключается в нитровании 2 - ме, тил - 5 - нитроимидазола азотной и серной кислотой в присутствии ингнбйтора реакции — части образующегося в результате реакции ннтровання 2- метил 5 - нитроимидазола и/или избытка котщентрнрованной азотной кислоты. Причем, азотную кислоту

2, используют преимущественно с плотностью

/ / ,1,47 — 1,57 и серную кислоту с плотностью 1,84.

Введение нитрогруппы в имидазольное кольцо .проходит с затруднением и требует применения б / жень жестких условий, высокой температуры н

;;, большого избытка концентрированных кислот;

: азотной и серной. Этой реакции;сопутствует интен, сивное выделение окислов азота и 1очень сильный

;:экзотермический эффект, связанный с распадом

1О части молекулы 2- метилимидазола и полным окис пением продуктов распада. Управление этим процессом, связанным с выделением больших коли честв энергии, сложно, так как в любой момент может начаться неконтролируемый, бурный ход

15 реакттии, ведущий даже к взрыву.

Для обеспечения безопасности проведения про: цесса,, реакцию ведут сначала, предпочтительно в течение всего времени, je добавлением реагентов, при

20 температуре до 110 С, причем конденсируют и возвращают в реакционную среду освобождающийся в этот период пар (отчасти и газы), затем после добавления всех реагентов при отчетливом понижении скорости реакции и экзотермического эффекта

3 реакционную смесь выдерживают и, концентрируют

S(l92:((30

40 для охлаждения, разбавляют 40 л воды и при вклю-, ченном охлаждении нейтражсзуют аммиачной водой 4 дорН6, 55 оО нри 130- 15(0 (с онноврсменной от онкой летучих компонентов и выводом их нз реакционной среды.

Реакцию нитрования проводят поэтапно, с различной продолжительностью отдельных этапов, причем на первом этапе в течение добавления реагентов поддерживают температуру 60 — 90 С и лишь затем, желательно после добавления всех реагентов, а особенно по мере отчетливого понижения скорости реакции и экзотермического эффекта, повышают тем1тературу непрерывно или периодически.

При проведении реакции в раствор 2 - метил-имидаэола вводят азотную кислоту и постепенно добавляют серную кислоту до начала экэотермической реакции, причем дальнейший ход реакции регулируют, применяя серную кислоту в качестве ускоряющего агента, а по мере необходимости в качестве замедляющего агента употребляют прореагировавший прежде продукт реакции и азотную кислоту, Пример 1. В эмалированный котел емкостью

75 л, снабженный мешалкой и охлаждающей рубашкой, помещают 10 л азотной кислоты с плотностью

1,40 и постепенно, непрерывно перемешивая и охлаждая, вводят 5кг 2 - метилимидазола таким образом, чтобы температура не превышала 60 С.

Затем приливают в раствор 10 л серной кислоты с плотностью 1,84 с таким расчетом, чтобытемпература в конце добавления достигала 110 С. Постепенно к чинается реакция, которая сопровождается бурным кипением раствора и выделением коричневых дымов.

По мере увеличения скорости реакции в смесь постепенно добавляют еще бл азотной кислоты, соблюдая, чтобы температура удерживалась на постоянном уровне. В случае черезмерного торможения реакции регулируют дальнейший ее ход добавлением серной кислоты, которую вводят (общий объем бл) по мере того, как интенсивность реакции уменьшается. По оконча ии добавления реагентов продолжают перемешивать раствор до полного прекращения реакции и исчезновения экзотермического эффекта, соответствующим образом уменьшая, а затем выключая охлаждение. Раствор оставляют

Вьшавший светло — желтый или почти белый осадок 2 - метил - 5 - нитроимидазола отфильтровывают, тщательно промывают небольшими порциями холодной воды и затем сушат, получая чистый продукт. Выход 4,840 кг, т.е. около o4% от . теоретического.

Пример 2. В котел из кислотоупорной стали емкостью 250л, снабженный мешалкой и охлаждающей рубашкой, помещают прореагировавший раствор, полученный по примеру 1, и при включенных охлаждении и перемешивании растворяют

15кг 2 - метилимидазола таким образом, чтобы температура не превышала 60 С. После этого при(л(вают 50 л азотной кислоты с плотностью 1,40 и!

О

23

35 поступ(.Ht, > ввопят сернун> кианлу с нлоIHocTbIo

1,84, причем сразу на н наекя интенсивная реакцих с выделением окислов азота, а температура повышается до 110 С Температуру поддерживают йа этом уровне путем перемешиваиия и охлаждения, а затем по мере затихания реакции и уменьшения экзотермического эффекта постепенно вводят. небольшими порциями серную кислоту таким образом, чтобы температура удерживалась на постоянном уровне, до общего объема 50 л. После прекращения реакции и охлаждения раствора оставляют

1/4 его часть для переработки следующей загрузки, а из остального количества известным способом получают 15,1кг 2 - метил - 5 - нитроимидазола, что соответствует выходу 65% от теоретического, Пример 3. В стеклянную колбу емкостью

15 л, снабженную эффективно действующим шариковым обратным холодильником, наливают 6 л азотной кислоты с плотностью 1,40 и затем при перемешивании и охлаждении прибавляют 2 кг 2,метилимидазола, наблюдая, чтобы температура не превышала 60 С После этого постепенно добавляют серную кислоту с плотностью 1,84 до начала интенсивной реакции, которая сопровождается выделением окислов азота и повышением температуры до -110 С, после чего добавление серной кисло. ты прекрашают и путем сильного охлаждения и добавки н-большого количества азотной кислоты тормозят дальнейшее увеличение скорости реакции и поддерживают температуру на уровне 110 С, По истечении нескольких минут, когда интенсивность реакции уменьшается, вводят постепенно серную кислоту до общего объема 5 л и затем по окончании основной реакции, протекающей около

55 мин, колбу открывают и приливают в нее сразу

1л серной кислоты, что вызывает быстрый рост температуры до -150 С, а также бурное кипение раствора в течение -5 мин. По охлаждении известным способом отделяют 1,990кг продукта, т.е. около 66% от теоретического, При проведении процесса указанным способом, но с обратным холодильником, оставленным в течение всего времени реакции и дореагированием при постоянной температуре, получают лишь

1,870 кг продукта, при этом необходимо использо-, вать больший объем раствора и больше аммиака для выделения 2 - метил - 5 - нитроимидазола.

Пример 4. В колбу из кислотоупорнсй стали емкостью 75 л, снабженную мешалкой и охлаждающей рубашкой, помещают прореагировавший послеш.трационный раствор, полученный по примеру 1 или 3, и постепенно добавляют, охлаждая и перемешивая, бкг 2 - метилимидазола, а затем 20л азотной кислоты с плотностью 1,40, следя, побы температура не превышала 70 С. Котел закрывают, прибавляя провод к поглощающей аппаратуре, снабженной охлаждаемым приемником, соединенным с котлом через кран, В раствор вводят постепенно серную кислоту, причем сразу начинается интенсивная реакция с выделением окислов азота, а .

509226

15

30

45

60 температура цовьн иется до 10 С. Добавление серной кислоты прекращают и поддерживают температуру на этом уровне путем интенсивного охлаждения и периодического прибавления конденсата из при минка. Чтобы затормозить очень бурную реакцию прибавляют 1 л азотной кислоты с плотностью

1,40. Стабилизировав скорость реакции, подцерживают в дальнейшем ее равномерное протеканче постепенным приливанием серной кислоты до общего ее объема 20 л. В случае более бурной реакции периодически переливают содержимое приемника в интегратор. По,прекращении интенсивной реакции, которая длится около 1 час, выключают охлаждение и через 5 мин постепенно повышают температуру до 140 С, продолжая реакцию при этой температуре до исчезновения экзотермического эффекта, после чего раствор, выпаривают и концентрируют, а летучие компоненты, т.е. выделяющиеся в этот не! иод п;.ры и газы, не возвращают в реакциош ую среду. По охлаждении прореагировавшей смеси оставляют 1/4 ее объема для переработки следующей загрузки. Из остального количества после нейтрализации аммиаком известным способом получают

5,820кг 2 - метил - 5 - нитроимидазола, что соответствует выходу -64% от теоретического.

Пример.5. В ннтраторе из кислотоупорной стали емкостью 75 л, снабженном .обратным холодильником, мешалкой, термометром и охлаждающей рубашкой, растворяют в посленитрационном растворе, полученном по примеру 1, охлаждая и перемешивая, 8 кг 2 - метилимидазола. Затем прибавляют 24л азотной кислоты с плотностью 1,40 дщ поддержания температуры 70 С. Потом прибавляют серную кислоту с плотностью 1,84 таким образом, чтобы при одновременном перемешивании и охлаждении удержать температуру на этом уровне.

После введения 10 л серной кислоты прекращают добавление и затем через 10 мин осторожно продолжают добавлять ее по каплям, пока не будет достигнут общий объем 24 л, причем по мере увеличения интенсивности реакции постепенно увеличивают расход охлаждающей воды. Резервуар, снабженный проводом, дающий возможность доливать в нитратор 10 л прореагировавшего прежде посленитрационного раствора, является добавочным предохранительным средством, Такой предохранитель употребляется во всех реакциях, начинающихся при низкой температуре. После добавления всего количества серной кислоты раствор перемешивают и охлаждают еще в течение 15 мин, а затем после отчетливого замедления реакции и уменьшения экзотермического эффекта допускают медленный рост температуры со скоростью -1 С/мин до достижения температуры 110 С. При этой температуре выдерживают смесь еще в течение 15 мин, а затем выключают обратный холодильник, вводя выделяющиеся пары и газы непосредственно в поглотительную аппаратуру, и прекращают циркуляцию охлаждающей воды, причем температура реагирующей смеси повышается самопроизвольно, достигая в конце

138 С. При этой температуре дают дореагиронать раствору в течение 20 мин, причем он одновременно подвергается концентрированию в результате от. гонки около 3 л, главным образом, воды и азотной кислоты (т.е. разбавленной азотной кислоты), после чего вновь включают охлаждение. В нитраторе оставляют 20 n объема раствора для переработки следующей загрузки, из остального же количества известным способом получают 9,700 кг 2 - метил5 - нитроимидазола, что соответствует выходу -77% от теоретического.

Пример 6. В стеклянно колбу емкостью

750 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 50 г 2 - метилимидазола и затем, перемешивая и охлаждая, добавляют осторожно по кап лям 10мл серной кислоты с плотностью 1,84 с такой скорость.о, чтобы температура не превышала

120 С. (2 - Метилимидазол является свободным основанием, и его превращение в сульфат 2-метилимидазол связано с выделением большого. количества тепла). После этого медленно вводят еще 20 мл серной кислоты, понижая температуру до

-50 С, добавляют 100 мл азотной кислоты с плотпостыл 1,50 и дожидаются самопроизвольного начала реакции. Затем путем охлаждения и перемешивания поддерживают температуру до 1! 0 С, причем в случае необходимости бурный в начальный период ход реакции можно затормозить добавлением нескольких миллилитров азотной кислоты с плотностью 1,50. В дальнейшем, по мере уменьшения интенсивности реакции и экзотермического эффекта — через 10 — 20 мин постепенно добавляют серную кислоту до общего ее количества 50мл.

Добавляя серную кислоту, удаляют обратный холодильник и повышают температуру до 130 — 150" С.

Раствор оставляют для охлаждения и известным способом, нейтрализуя аммиаком, отделяют 42 г 2метил - 5 - нитроимидазола.

40 Пример 7, В нитратор, емкостью 900 л из кислотоупорной стали, снабженный мешалкой, охлаждающей рубашкой и тягой, в поглотительную систему со встроенным охлаждаемым приемником, имеющим спуск в нитратор, вводят 110 л посленитрационного раствора, полученного нитрованием

2 - метилимидазола. Охлаждая и перемешивая, в этом растворе растворяют 75 кг 2 - метилимидазола, работая при таком режиме, чтобы температура не превышала 80 С, а к концу реакции снизилась до

-40 С Затем добавляют 150 л азотной кислоты с плотностью 1,50, температура поднимается до -80 С, после чего постепенно добавляют серную кислоту с плотностью 1,84 до начала интенсивной реакции с повышением температуры до -110 С и поддерживают температуру на этом уровне. В ходе добавления серной кислоты периодически спускают конденсат с приемника, особенно в те моменты, когда реакция станови.;я более интенсив После добавления всего количества серной кисло !около 70 л) и отчетливого уменьшения экзотерм

509226

Составитель Г, Жукова

Техред А. Богдан

Корректор А. Кравченко

Редактор Т. Никольская

Заказ 953/502

Тираж 569 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП " Патент ", r. Ужгороц, ул. Проектная, 4 кого эффекта температуру смеси повышают до

140 С. Через 20 ье1н при общей продолжительности реакции около 30 мин раствор охлаждают, оставляя в иитраторе 110 л жидкости для переработки следующей загрузки, а из остального количества путем нейтрализации послереакционной смеси аммиаком получают известным способом 73,5 кг 2° метил - 5 - нитроимидазола.

Пример 8. В колбу емкостью 1 л помещают неразделенную смесь, полученную нитрованием 2 - 10 метилимидаэола по примерам 1, 3 и 5. Охлаждая и перемешивая, в ней растворяют 100 r 2-метилимидаэола таким образом, чтобы температура не превьш1ала 70 С. После подключения обратного холодильника добавляют 200мл азотной кислоты с 15 плотностью 1,50, после чего постепенно вводят серную кислоту с плотностью 1,84 с повышением температуры до 110 С. Реакция начинается сразу с бурным выделением окислов азота. Затем по мере замедления реакции продолжают вводить серную кислоту до общего количества 100мл и после понижения экзотермического эффекта заменяют обратный холодильник прямым, повышают температуру смеси до -140 С, отгоняя 10 — 20 мл летучих компонентов. 25

По окончании реакции оставляют 1/3 обьема для переработки следующей загрузки, а иэ остального количества известным способом получают 98 г

2 - метил - 5 - нитроимидазола..

Пример 9. В котел из кислотоупорной стали . 30 емкостью 800 л, снабженный мешалкой, охлаждающей рубашкой и эффективным обратным холодильником, помещают 150л азотной кислоты с плотностью .1,50, подогревают до температуры

-85 С и затем, перемешивая и охлаждая так, чтобы удержать постоянную температуру> добавляют по каплям послереакционный раствор, полученный по примеру 1, затем добавляют раствор 80кг 2метилимидаэола в 80 л концентрированной серной: кислоты, Раствор. перемешивают до отчетливого 40 понижения экзотермического эффекта, после чего постепенно повышают температуру, в течение 1 час цо 110 С. Эту температуру поддерживают в течение 25 мин. Затем включают обратный холодильник, поднимают температуру до 140 С, под-, 45

8 держивая такой в течение 30 мин, отгоняя в- этот период летучие компоненты и отводя их из реакционной среды. Послереакционный раствор охлаждают и разделяют, оставляя 1/3 обьема его в реакторе, а из 2/3 известным способом, т.е. путем разбавления водой и нейтрализации аммиамом до рН б выделяют 2 - метил - 5 - нитроимидазол. Выход бО кг продукта, что соответствует выходу 77% от теоретического, Пример 10. В прореагированном посленитрационном растворе„полученном по примеру 3, растворяют 75 кг 2 - метилимидазола, перемешивая и охлаждая. Затем включают обратный холодильник и до. бавляют 120л азотной кислоты с плотностью 1,50E/мл, после чего постепенно вводят серную кислоту так,чтобы при одновременном перемешивании и охлаждении поддерживать постоянную температуру 80 С. В течение 15 мин после добавления всех реагентов начинают постепенно повышать температуру со скоростью до 10.С через каждые четверть часа до

-110 C. Эту температуру поддерживают еще в течение 20 мин, после чего выключают обратный холодильник и повышают температуру реагирующей смеси до -140 С, отгоняя одновременно летучие компоненты и выводя их из реакционной среды.

1/4 обьема раствора оставляют для переработки следующей загрузки, а из 3/4 известным способом выделяют 91 кг 2 - метил - 5 - нитроимидаэола, что составляет примерно 78% от теоретического.

Формула изобретения

1. Способ получения 2 - метил - 5 - нитроимидазола нитрованием 2 - метилимидазола азотной и серной кислотой в присутствии флегматизатора (ингибитор), отличающийся тем, что, с целью регулирования хода реакции, в качестве флегматизатора используют продукт реакции в виде прореагировавшего посленитрационного раствора и/или избыток ко1щентрированной азотной кислоты, 2. Способ по п.1, отличающий ся тем,что для нитрования используют азотную кислоту с плотностью 1,47-1,57 и серную кислоту с плотностью 1,84.