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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON 5-NITROFURFUROLDiAZETAT Die vorliegende
Lrfin(1img bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofurfuroldiazetat
durch Nitrierung von Furfurol oder Furfuroldiazetat in Gegenwart von Essigsäureannyarid.
Das 5-Nitrofurfuroldiazetat ist der Ausgangsrohstoff für die Synthese von chemotherapeutischen
Präparaten, die in der Medizin und Landwirtschaft breite Verwendung finden.
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Es sind eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofurfuroldiazetat
durch Nitrierung von Furfurol oder Furfuroldiazetat in Gegenwart von Essigsäureanhydrid
bekannt, die folgende Stufen enthalten: a) Bereitung einer Lösung von Azetylnitrat
in einem Überschuß von Essigsäureanhydrid durch Zugabe zum Essigsäureanhydrid von
Salpetersäure unte Rühren und Außenkühlung.
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Die genannte Lösung von Azetylnitrat bereitet man in eines
Temperaturenbereich
von (-10) bis (+40)°C, wobei die folgende Reaktion vor sich geht:
b) Nitrierung von Furfurol oder Furfuroldiazetat durch Zugabe von furfurol oder
einer Lösung von Furfuroldiazetat in Essigsäureanhydrid zu der in der Stufe a) bereiteten
Lösung von Azetylnitrat. Die Nitrierung von Furfurol oder Furfuroldiazetat führt
man bei einer Temperatur von (-10) bis (+42)°C durch, wobei auf 1 jiiol Furfurol
oder Furfurol diazetat 1,2 bis 2 Mol der Ausgangs-Salpetersäure und 2,5 bis 7,6
Mol Essigsäureanhydrid entfallen. Die Bereitung der Lösung von Azetylnitrat und
die Nitrierung von Furfurol ocier Furfuroldiazetat kann in Gegenwart von Katalysatoren,
beispielsweise von konzentrierter Schwefelsäure, p-Toluolsulfosäure u.a.m. durchgeführt
werden. c) Behandlung des in der Stufe b) erhaltenen Reaktionsgemisches, welches
das Zwishchenprodukt der Nitrierung enthält, mit kaltem Wasser bei einem Gewichtsverhältnis
von Wasser und Ausgangs-Essigsäureanhydrid von C,75:1 bis 1,5:1 und einer Temperatur
von 0 bis 2500 zur Zersetzung des überschüssigen Essigsäureanhydrids und des Azetylnitrates;
Neutralisation des Reaktionsgemisches mit Alkali auf einen pH-Wert von 1,8 bis 7
bei einer temperatur von O bis 500C, Halten desselben bei einer Temperatur von 50
bis 800C zur
Umwandlung des Zwischenproduktes der Nitrierung in
das Endprodukt und Abtrennung des Endprodukt es aus dem Reaktionsgemisch durch dessen
Kristallisation unter Kühlen (siehe beispielsweise H.Gilman, G.F.Wright, J.Am,Chem.
Soc., 1930, 52, 2550; USA-Patent t;r.2490006; britisches Patent Nr.797961; französische
Patent Nr.1347092; UdSSR-Urheberschein Nr.97012).
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Ein Nachteil der oben genannten Verfahren ist die potentielle Explosionsgefahr
der Stufe der Bereitung der Lösung von Azetylnitrat und der Nitrierung von Furfurol
oder Furfuroldiazetat, weil sich in der ersten Stufe der Synthese nach dem Vermischen
der Salpetersäure und des Essigsäureanhydrids im Reaktor eine größere Menge des
explosionsgefahrketen und wenig stabilen Azetylnitrats ansammelt.
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In dem Artikel von T.A.Brown, J.A.C.Watt, Chemistry in Britain, 1967,
, 504 wird festgestellt, daß es beim Arbeiten mit in oben geschilderter Weise vorher
bereiteter Lösung von Azetylnitrat in Essigsäureanhydrid ernsthafte Unglücksfälle
gegeben hat, verbunden mit der Explosionsgefahr dieser Lösung, und werden folgende
Angaben über seine Explosionsfähigkeit angeführt (siehe Tabelle 1)
Tabelle
1 enge der Ausgangs-Salpetersäure Explosionsfähigkeit der in Gemisch mit Essigsäureanhyd-
bereiteten Lösung von rid, % Azetylnitrat in Essigsäureanhydrid 26 detoniert nicht
41 detoniert nicht 50 detoniert nicht 55 detoniert 60 detoniert 70 detoniert In
der Praxis verwendet man aus Sicherheitsgründen allgemein mit Essigsäureanhydrid
stark verdünnte Lösungen von Azetylnitrat. Dies führt jedoch zum Verbrauch größerer
Mengen des teueren Essigsäureanhydrids, was die Synthese von 5-Nitrofurfuroldiazetat
als ganzes verteuert.
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Es haben auBerdem kn*«re Untersuchungen ergeben, daß im Fälle einer
irgendwie längeren Lagerung der Azetylnitratlösung bei einer Temperatur von oberhalb
OOC (und dies ist der Fall bei der Durchführung der Synthese unter großtechnischen
Bedingungen) eine Verschlechterung ihrer Nitriereigenschaften beobachtet wird. Das
letztere ist verbunden mit der Veränderung der Zusammensetzung der genannten Lösung
mit
der Zeit infolge sich absptelender unerwünschter Nebenreaktionen
(bei der Lagerung der Lösung von Azetylnitrat im Essigsäureanhydrid verringert sich
der Gehalt der an Lösung Nitriermittel, Azetylnitrat, und nimmt die Konzentration
der Stickstoffoxide zu). So beobachtet man beim nitrieren von Furfurol mit einer
vorher gelagerten Lösung von Azetylnitrat im Essigsäureanhydrid in Gegenwart von
Schwefelsäure als Katalysator eine Senkung der Ausbeute an 5-Nitrofurfuroldiazetat
und eine Verschlechterung seiner Qualität. Die Abhängigkeit der Ausbeute und der
Qualität des erhaltenen 5-Nitrofurfuroldiazetates von der Dauer der vorhergehenden
Lagerung der Lösung von Azetylnitrat im Essigsäureanhydrid ist in der Tabelle 2
angeführt. Dabei waren die Bedingungen der Nitrierung von Furfurol wie folgt: Die
Nitriertemperatur betrug (-5)°C, das Molverhältnis zwischen dem Furfurol, der Ausgangs-Salpetersäure
(spezifisches Gewicht 1,5), der konzentrierten Schwefelsäure (spezifisches Gewicht
1,84) und dem Essigsäureanhydrid 1:1,3:0,0,036:6,5.
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Tabelle 2 Dauer der vorhergehenden Lagerung der Lösung von 5-Nitrofurfuroldiazetat
Azetylnitrat im Essigsäureanhydrid bei einer Tempera- Ausbeute, % Schmp, °C tur
von 15 bis 2000, Stunden 0 71,5 90 bis 92 1 i0,7 90 bis 92 3 40,2 87 bis 90 6 17,0
80 bis 85 24 0 In ähnlicher Weise beobachtet man eine Senkung an 5-Nitrofurfuroldiazetat
im Falle der Nitrierung von Furfuroldiazetat, wovon die Tabelle 3 zeugt. Dabei waren
die Bedingungen der Ti#rierung von Furfuroldiazetat wie folgt: Die Nitriertemperatur
betrug (-5)°C, das Molverhältnis zwischen dem Furfuroldiazetat, der Ausgangssalpetersäure
(spezifisches Gewicht 1,5), der konzentrierten Schwefelsäure (spezifisches Gewicht
1,84) und dem Essigsäureanhydrid 1:2:0,036:8,8.
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Tabelle 3 Dauer der vorhergehenden Lagerung der Lösung van 5-Nitrofurfuroldiazetat
Azetylnitrat im Essigsäureanhydrid bei einer Temperatur Ausbeute, % Schmp., 0C von
15 bis 200C, Stunden 0 75,2 90 bis 92 1 70,2 90 bis 91 7 44,9 90 bis 91 6 42,3 90
bis 91 Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu
vermeiden.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, in dem Verfahren
zur Herstellung von 5-Nitrofurturoldiazetat die Bedingungen des Prozesses der Nitrierung
von Furfurol oder Furfuroldiazetat derart zu verändern, daß die Explosion sicherheit
des genannten Prozesses, eine hohe Ausbeute und hohe Qualität des Endproduktes gewährleistet
und der Verbrauch von Essigsäureanhydrid gesenkt wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Herstellung
von 5-Nitrofurfuroldiazetat vorgeschlagen wird, welches die Verwendung von Furfurol
oder einer Lösung von Furfuroldiazetat im Essigsäureanhydrid, von Essigssureanhydrid,
eines
Gemisches von Salpeter- und Schwefelsäure vorsieht und in der lQitrierung von Furfurol
oder Furfurol diazetat bei einer Temperatur von (-10) bis (+10)°C in Gegenwart von
Essigsäureanhydrid und Schwefelsäure als Katalysator unter Erzielung eines Reaktionsgemisches,
der anschließenden Behandlung des genannten Reaktionsgemisches mit Wasser bei einem
Gewichtsverhältnis von Wasser zu Ausgangs-Essigsäureanhydrid von 1,1:1 bis 1,8,1
und einer Temperatur von 0 bis 15°C, der Neutralisation des Reaktionsgemisches mit
Alkali auf einen pH-Wert von 3,5 bis 5 bei einer Temperatur von 0 bis 25°C, im Halten
desselben bei einer Temperatur von 45 bis 550C und der Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch
des Endproduktes besteht. Dabei wird die genannte i'itrierung erfindungsgemäß unter
allmählichem gleichzeitigem Einleiten des Furfurols bzw. der Lösung des Furfuroldiazetates
in dem Essigsäureanhydrid sowie des Gemisches von Salpeter-und Schwefelsäure in
das Essigsäureanhydrid, welches eine Temperatur von (-10) bis (+10)°C aufweist,
unter ständigem Rühren des erhaltenen Reaktionsgemisches durchgeführt, indem man
ein Molverhältnis von Furfurol bzw. Purfuroldiazetat zu Salpeter- und Schwefelsäure
von 1:1,1 bis 2:0,036 bis 0,041 aufrecht erhält und die genannten Stoffe in das
Essigsäureanhydrid mit Geschwindigkeiten einleitet, daß die Temperatur der Nitrierungsreaktion
auf dem vorgegebenen Niveau gehalten wird.
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Man führt zweckmäßig die Nitrierungsreaktion bei einem Diolverhältnis
von Furfurol bzw. Furfuroldiazetat zu Essi6-säureanhydrid von 1:2,5 bis 1:6,3 durch.
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In dem vorgeschlagenen Verfahren kann das Furfurol in das Essigsäureaniyarid
auch in Form einer Lösung desselben im Essigsäureanhydrid eingeführt werden.
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Zwecks Senkung des Verbrauches von Essigsäureanhydrid führt man zweckmäßig
den Prozeß der Nitrierung von Furfurol-bzw. Furfuroldiazetat durch, indem man das
Furfurol oder seine Lösung im Essigsäureanhydrid bzw. die Lösung von Furfuroldiazetat
im Essigsäureanhydrid sowie das Gemisch der Salpeter- und Schwefelsäure in ein Gemisch
von Essigsäureanhydrid mit einem inerten chlorhaltigen orbanischen Lösungsmittel
bei einem Volumenverhältnis von Essigsäureanhydrid zu dem genannten Lösungsmittel
von 1:1,4 bis 1:2 einführt.
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Bei der beschriebenen Variante der Durchführung der Nitrierung ist
es notwendig, nach der Neutralisation des Reaktionsgemisches mit Alkali vor dessen
Halten bei einer Temperatur von 45 bis 55°C dem genannten Reaktionsgemisch zur Homogenisierung
des letzteren ein mit Wasser mischbares organieines Lösunbsmittel zuzugeben.
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Zur Verbesserung der Bedingungen der Bildung des Endproduktes destilliert
man zweckmäßig vor der Zugabe zum Reaktionsgemisch des mit Wasser mischbaren organischen
Lösungsmittels aus dem genannten Reaktionsgemisch das inerte chlorhaltige
organische
Lösungseittel ab.
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In dem vorgeschlagenen Verfahren verwendet man zweckmäßig als inertes
chlorhaltiges organisches Lösungsmittel Dichlormethan oder Tetrachlorkohlenstoff
und als mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel Äthanol, isopropanol, Tetrahydrofuran
oder Azeton.
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Der Prozeß der Nitrierung von Furfurol bzw. Furfurol diazetat in
den vorgeschlagenen Verfahren kann sowohl nach einem periodischen als auch nach
einem kontinuierlichen Schema, das heißt sowohl ohne Herausleiten als auch unter
kontinuierlichem Herausleiten des erhaltenen Reaktionsgemisches aus der Nitrierungszone
durchgeführt werden. Die nachstehend angeführten beispiele 1 bis 4 und 6 bis 8 illustrieren
die periodische Durchführung des Nitrierun£-sprozesses und das Beispiel 5 die kontinuierliche
Durchführung des Nitrierungsprozesses.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von 5-i'iitrofurfuroldiazetat
gewährleistet die Explosionssicherheit des Prozesses der Nitrierung des Furfurols
bzw. Furfuroldiazetates (in dem genannten Prozeß sammeln sich nämlich nicht oder
bleiben nicht langere Zeit erhalten irgendwie bedeutende Menge des explosionsgefährdeten
Azetylnitrates).
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Das genannte Verfahren macht es möglich, den Verbrauch von Essigsäureanhydrid
zu senken sowie ein Endprodukt in hoher Ausbeute (76 bis 85%o der Theorie) von guter
Qualität (Schmelzpunkt des Produktes 90 bis 92°C) zu erhalten. Zur
Durchführung
des vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung von 5-Nitrofurfuroldiazetat ist keine
komplizierte apparative Gestaltung erforderlich. Es kann in konventionellen Reaktoren,
versehen mit einem mechanischen Rührwerk und einer Vorrichtung zum Kühlen und Beheizen,
durchgeführt werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren wird praktisch wie folgt durchgeführt.
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In auf eine Temperatur von (-10) bis (+10)°C gekühltes Essigsäureanhydrid
führt man allmählich gleichzeitig das Furfurol oder eine Lösung desselben im Essigsäureanhydrid
bzw. eine Lösung von Furfuroldiazetat im Essigsäureanhydrid sowie ein Gemisch von
Salpeter- und Schwefelsäure unter ständigem Rühren des Reaktionsgemisches ein. Es
muß die Proportionalität der Zufuhr der genannten Komponenten streng eingehalten
werden, damit ein Molverhältnis von Furfurol bzw. Furfuroldiazetat zu Salpeter-
und Schwefelsäure von 1:1,1 bis 2:0,036 bis 0,041 aufrechterhalten wird. Die genannten
Stoffe werden in das Essigsäureanhydrid mit Geschwindigkeiten eingeführt, daß durch
die Abfuhr des Reaktionswärme die Temperatur des Nitrierprozesses in einem Bereich
von (-10) bis (+ao)00 liegt. Man führt zweckmäßig die Nitrierung bei einemMolverhältnis
von Furfurol bzw.
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Furfuroldiazetat zu Essigsäureanhydrid von 1:2,5 bis 1:6,3 lurch.
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Wie oben erwähnt, kann din Nitrierung des Furfurols bzw.
des
Furfuroldiazetates sowohl nach einem periodischen als auch nach einem kontinuierlichen
Schema durchgeführt werden.
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Burch die Durchführung der Nitrierung erhält man ein Reaktionsgemisch,
welches das Zwischenprodukt der Nitrierung (5-Nitro-2-azetoxy-2,5-dihydrofurfuroldiazetat)
enthält.
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Das genannte Reaktionsgemisch behandelt man zur Zersetzung des überschüssigen
Essigsäureanhydrids unter Rühren mit Wasser mit einer Temperatur von vorzugsweise
2 bis 400 bei einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Ausgangs-Essigsäureanhydrid
von 1,1:1 bis 1,8:1 Zur Durchführung der genannten Behandlung kann das Wasser sowohl
in flüssiger Form als auch in fester Form (als Eis) verwendet werden. Die Behandlung
des Reaktionsgemisches mit Wasser führt man in einem Teperaturenbereich von 0 bis
1500 durch, indem man die Temperaturin dem genannten Bereich durch Abfuhr der Reaktionswärme
aufrecht erhält.
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Zur Umwandlung des oben genannten Zwischenproduktes der Eitrierung,
das in dem Reaktionsgemisch enthalten ist, in das Endprodukt maß man die Neutralisation
des Reaktionsge misches mit Alkali in einem Temperaturenbereich von 0 bis 25°C bis
zur Erzielung eines pH-Wartes von 3,5 bis 5 durchführen und dann das genannte Reaktionsgemisch
bei einer Temperatur von 50 bis 550C halten.
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Die Behandlung des Reaktionsgemisches mit Wasser und seine Neutralisation
mit Alkali kann man stufenweise (zunächst
mit Wasser behandeln
und dann mit Alkali neutralisieren) oder gleichzeitig durchführen.
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Nach wer Durchführung aller genannten Operationen trennt man aus
dem Reaktionsgemisch nach einer beliebigen bekannten methode, beispielsweise durch
Kristallisation unter Abkühlen, das 5-Nitrofurfuroidiazetat ab.
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Der Prozeß der Nitrierung kann in der Weise durchgeführt werden,
daß man das Furfurol oder seine Lösung im Essigsäureanhydrid bzw. die Lösung von
Furfuroldiazetat in dem Essigsäureanhydrid sowie das Gemisch der Salpeter-) und
Schwefelsäure in ein Gemisch des Essigsäureanhydrids mit einem inerten chlorhaltigen
orbanischen Lösungsmittel, beispielsweise mit Dichlormethan oder Tetrachlorkohlenstoff,
einführt. Die geschilderte maßnahme gewährleistet die Durchführung des Prozesses
der Nitrierung von Furfurol bzw. Burfuroldiazetat bei minimalem Ueberschuß an Essigsäureanhydril,
wodurch der Velbrauch des taueren Reagens sinkt und ein Ausfallen der Nitrierungsprodukte
in Form eines festen Niederschlages, der das Rühren des Reaktionsgemisches erschwert,
verhindert wird.
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Im Halle der Verwendung im Prozeß der Nitrierung inerter chlorohaltiger
organischer Lösungsmittel ist es notwendig, dem Reaktionsgemisch nach seiner Neutralisation
vor dem Halten bei einer Temperatur von 45 bis 550C die mit Wasser mischbaren organischen
Lösungsmittel, beispielsweise Äthanol,
Isopropanol, Azeton oder
Tetrahydrofuran zuzugeben. Die Zugabe der genannten Lösungsmittel gewährleistet
die Erzielung eines homogenen Reaktionsgemisches, was seinerseits eine wirksamere
Umwandlung des Zwischenproduktes der Nitrierung in das Endprodukt bewirkt.
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Da die oben erwähnte Umwandlung des Zwischenproduktes der Nitrierung
in das Endprodukt in Gegenwart von mit Wasser in der Regel nicht Mischbaren inerten
chlorhaltigen organischen Lösungsmitteln recht langsam vor sich geht, ist es zweckmäßig,
vor der Zugabe zu des Reaktionsgemisch des mit Wasser Mischbaren organischen Lösungsmittels
aus dem genannten Reaktionsgemisch das inerte chlorhaltige organische Lösungsmittel
abzudestillieren.
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Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
folgende Beispiele für die Herstellung von 5-Nitrofurfuroldiazetat angeführt.
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Besipiel 1 Für die Durchführung des Prozesses der Nitrierung tropft
man zu 17,5 g (0,171 Mol) Essigsäureanhydrid, das eine Temperatur von 0 bis (-5)°C
aufweist, unter ständigem Rühren gleichzeitig 3,24 g (0,034 lol) Furfurol und ein
Gemisch von 2,8 g (0,044 Mol) rauchender Salpetersäure (d=1,51) und 0,12 g (0,0012
L.ol) Schwefelsäure (d = 1,84) hinzu. @an muß eine strenge Proportionalität der
gleichzeitigen Zugabe der
genannten Komponenten einhalten (es ist
unzulässig ein Vorherrschen der Menge des dem Essigsäureanhydride zugesetz-Len Furfurols).
Die Temperatur des Reaktionsgemisches hält man auf 0 bis (-5)°C, indem man äußere
Abfuhr der Reaktionswärme anwendet. Das Furfurol und das Gemisch der Salpeter-und
Schwefelsäure führt man in das Essigsäureanhydrid mit Geschwindigkeiten ein, daß
die Temperatur der Nitrierung auf dem oben vorgegebenen Nieveau aufrechterhalten
wird.
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Nach der Zugabe zum Essigsäureanhydrid der gesamten zeine des Furfurols
und des Gemisches der Salpeter- und Schwefelsäure rührt man das Reaktionsgemisch
bei einer Temperatur von 0 bis (-5)Or weitere 20 Minuten, gießt dann auf 20 g zerkleinertes
Eis und rührt 30 Minuten, indem die Temperatur des Reaktionsgemisches auf 10 bis
1500 gehalten wird. Die Temperatur wird in dem genannten Bereich durch-Anwendung
äuBerer Abfuhr der Reaktionswärme aufrechterhalten.
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Dann gibt man dem genannten Reaktionsgemisch unter Rühren 6,3 ml 25%ige
wässerige Lösung von Ätznatron (d = 1,27) zu, indem der pH-Wert auf 3,5 bis 4,5
gebracht wird. Die Temperatur des Reaktionsgemisches betragt 15 bis 2500. Das Reaktionsgemisch
mit dem genannten pH-Wert erhitzt man auf eine Temperatur von 50 bis 550C und hält
bei dieser Temperatur unter Rühren 1 Stunde. Dann kühlt man zur Abtrennung des Endproduktes
das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 10 bis 1500 ab und rührt bei dieser
Temperatur 2 Stunden.
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Der kristalline Niederschlag wird abfiltriert, mit kaltem Wasser gewaschen
und bei Zimmertemperatur über Phosphorpentoxid getrocknet. Die Ausbeute an 5-1NitroSurfuroldiazetat
betrug 6,6 g (80,2% der Theorie, bezogen auf die in die Reaktion eingesetzte Purfurolmenge),
der Schmelzpunkt des Produktes 90 bis 9200.
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Beispiel 2.
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Die Nitrierung von 2,4 g (0,025 Mol) Furfurol mit einem Gemisch von
2,0 g (0,032 Mol) rauchender Salpetersäure und 0,1 g (0,001 Mol) Schwefelsäure in
7,7 g (0,075 Mol) Essigsäureanhydrid führt man analog zu der in Beispiel 1 beschriebenen
Methodik durch.
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Die übrigen Stufen, die Behandlung des erhaltenen Reaktionsgemisches
mit zerkleinertem Eis und Alkali und die Abtrennung des Endproduktes werden ebenfalls
analog dem in Beispiel 1 beschriebenen durchgeführt. Der Unterschied besteht nur
darin, daß man zerkleinertes Eis in einer Menge von 11 g und die 25%ige wässerige
Ätznatronlösung in einer Menge von 3,1 ml verwendet. Die Ausbeute an 5-Nitrofurfuroldialzetat
betrug 4,8 g (78,8 der Theorie), der Schmelzpunkt des Produktes 90 bis 920C.
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Beispiel 3 Die Nitrierung von 2,4 g (0,025 ol) Furfurol mit einem
Gemisch von 2,0 g (0,032 ssol) rauchender Salpetersäure und
0,1
g (0,001 Mol) Schwefelsäure in 10,2 g (0,1 Lol) Essigsäureanhydrid wird analog dem
in Beispiel 1 beschriebenen durchgeführt. Das Molverhältnis des Furfurols, der Salpetersäure,
der Schwefelsäure und des Essigsäureanhydrids beträgt 1:1,3:0,041:4.
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Nach der Durchführung der Nitrierung gießt man das erhaltene Reaktionsgemisch
auf 15 g zerkleinertes Eis unit rührt 30 Minuten, indem man die Temperatur des Reaktionsgemisciles
aul 1C bis 1500 hält. Dann gibt man dem genannten Reaktionsgemisch unter Rühren
4,1 ml 25%ige wässerige Lösung von Ätznatron zu, indem man den pH-Wert auf ~ 4 bringt.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches beträgt 15 bis 250C. Das Reaktionsgemisch
mit dem genannten pH-Wert erhitzt man auf eine Temperatur von 50 bis 55 und hält
bei dieser Temperatur unter Rühren 1 Stunde. Die Abtrennung des Endprodukte£ erfolgt
analog zu Beispiel 1. Die Ausbeute an 5-Nitrofurfuroldiazetat betrug 4,9 g (81,4%
der Theorie), der Schmelzpunkt des Produktes 90 bis 91,5°C.
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Bei der Durchführung des Prozesses der Nitrierung analog dem oben
'beschriebenen, jedoch bei verschiedenen Mengen an Salpetersäure, erhielt man folgende
Angaben zur Ausbeute und Qualität des 5-Nitrofurfuroldiazetates, die in der Tabelle
4 angeführt sind.
tabelle 4 jlolverhältnis von Furfurol, Salpetersäure
und Essig- 5-Nitrofurfuroldiazetat säureanhydrid Ausbeute, % Schmelzpunkt, °C 1:1,1:4
73,0 90 bis 91 1:1,2:4 75,6 90 bis 91 1:1,4:4 79,2 90 bis 92 1:1,5:4 77,9 90 bis
91 1:2,0:4 76,8 90 bis 91 Beispiel 4 Für die Durchführung des Prozesses der ifitrierung
tropf man zu 4,3 g (0,042 ol) Essigsäureanhydrid mit einer Temperatur von 0 bis
(-10)°C unter ständigem Rühren gleichzeitig eine Lösung von 5,0 g (0,025 Mol) Furfuroldiazetat
in 8,5 g (0,083 Mol) Essigsäureanhydrid und ein Gemisch von 2,3 g (0,037 irijOl)
rauchender Salpetersäure und 0,1 g (0,001 Mol) Schwefelsäure ninzu. Es ist notwendig,
die Proportionalität der gleichzeitigen Zugabe der genannten Komponenten zu dem
Essigsäureanhydrid streng einzuhalten. Das Xolverhältnis von Furfuroldiazetat, Salpetersäure,
Schwefelsäure und Essigsäureanhydrid beträgt 1:1,5:0,041:5. Die Temperatur des neaktionsgeiuisches
hält man auf 0 bis (-10)°C unter Anwendung der äußeren AbSuhr der Reaktionswärme.
Die Lösung
von Furfuroldiazetat im Essigsäureanhydrid und ein Gemisch
von Salpeter- und Schweielsäure gibt man dem Essigsäureanhydrid mit einer Geschwindigkeit
zu, daß die Temperatur der Nitrierung auf dem oben genannten vorgegebenen Niveau
aufrechterhalten wird.
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Nach der Zugabe zum Essigsäureanhydrid der gesamten senke der Lösung
von Furfuroldiazetat und des Gemisches der Salpeter- und Schwefelsäure rührt man
das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur von 0 bis (-10)Or weitere 20 Minuten,
gießt dann auf 20 g zerkleinertes Eis und rührt 3G Minuten, indem man die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 10 bis 1500 hält. Die Temperatur wird in dem genannten
Bereich durch Anwendung äußerer Abfuhr der Reaktionswärme aufrechterhalten. Dann
gibt man dem genannten Reaktionsgemisch unter Rühren 5,9 ml 25%ige wässerige Ätznatronlösung
unter Erzielung eines pH-Wertes von 3,5 bis 4,5 zu. Die Temperatur des Reaktionsgemisches
beträgt 15 bis 2000. Das Reaktionsgemisch mit dem genannten pH-Wert erhitzt man
auf eine Temperatur von 50 bis 550C und hält bei dieser Temperatur unter Rühren
1 Stunde. Dann kühlt man das Reaktionsgemisch zur Abtrennung des Endproduktes auf
eine Temperatur von 10 bis 15°C ab und rührt bei dieser Temperatur 2 Stunden.
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Die ausgefallenen Kristalle von 5-Nitrofurfuroldiazetat werden abgesaugt,
mit kaltem Wasser gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute an 5-Nitrofurfuroldiazetat betrug 5,3 g
(85,6%
der Theorie), der Schmelzpunkt des Produktes 91 bis 920C.
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Bei der Durctlführung des Prozesses der Nitrierung analog dem oben
beschriebenen, jedoch bei verschiedenen len-en an Salpetersäure erhielt man folgende
Angaben zur Ausbeute und Qualität des 5-Nitrofurfuroldiazetates, die in der Tabelle
5 angeführt sind.
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Tabelle 5 Molverhältnis von Furfurol- 5-Nitrofurfuroldiazetat diazetat,
Salpetersäure und Ausbeute, % Schmelzpunkt, Essigsäureanhydrid C 1:1,1:5 81,6 90
bis 91,5 1:1,3:5 84,5 90 bis 91,5 1:2,0:5 82,9 91 bis 92 Beispiel 5.
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In dem vorliegenden Beispiel erhält man das 5-Nitrofur furoldiazetat
bei der Durchführung des Prozesses der Nitrierung des Furfurols nach kontinuierlicher
Arbeitsweise. Eine laboratoriumsmäßige Anlage zur Synthese von 5-Nitrofurfuroldiazetat
ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt. Gemäß der Zeichnung besteht
die Anlage aus der Nitrierkammer 1 (von 50 ml Famsungsvermçgen), versehen mit dem
Tropftrichter 2 Sir das Gemisch der Salpeter- und
Schwefelsäure,
dem Tropftrichter 3 für die Lösung von Furfurol in dem Essigsäureanhydrid, dem Thermometer
4 und dem Rührer 5, sowie aus dem Kolben 6 (von 500 ml Fassungsvermögen), versehen
mit dem Tropftrichter 7 für Wasser, dem Tropftrichter 8 für die 25%ige wässerige
Ätznatronlösung, dem Thermometer 9 und dem Rühren 10. Die Nitrierkammer 1 und der
Kolben 6 sind miteinander durch die Rohre 11 (von etwa 150 mm Länge, etwa 6 mm Außendurchmesser,
3 bis 4 Innendurchmesser) verbunden, die mit dem llahn 12 versehen ist und zum kontinuierlichen
Ableiten im Selbstfluß aus der Kammer 1 in den Kolben 6 des Reaktionsgemisches dient.
-it der Außenatmosphäre ist die Nitrierkammer 1 durch die Röhre 13, gefüllt mit
wasserfreiem Kalziumchlorid, und der Kolben 6 durch die Röhre 14 verbunden. Die
sitrierkammer 1 ist in dem Behälter 15, gefüllt mit einem Gemisch von fester Kohlensäure
und Azeton, und der Kolben 6 in dem Behälter 16, gefüllt mit zerkleinertem Eis,
untergebracht.
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Vor der Durchführung der Synthese gießt man in die Nitrierkammer
1 5 bis 10 ml Essigsäureanhydrid, in den Kolben 6 10 ml Wasser, in den Tropftrichter
2 ein Gemisch von 8,4 g (0,13 Mol) rauchender Salpetersäure und 0,37 g (0,0038 ol)
Schwefelsäure, in den Tropftrichter 3 eine Lösung von 9,6 g (0,1 Mol Furfurol in
64,8 g (0,63 ol) Essigsäureanhydrid, in den Tropftrichter 7 etwa 60 ml Wasser und
in den Tropftrichter 8 etwa 25 ml 257ge wässerige Ätznatronlösung ein. Dann schaltet
man ciie Rührer 5 und 10 ein
und kühlt das Essigsäureanhydrid in
der Nitrierkammer 1 auf eine Temperatur von (-5) bis (-10)°C und das Wasser in dem
Kolben 6 auf eine Temperatur von 0 bis (+5)°C ab. Dann leitet man bei den arbeitenden
Rühren 5 und 10 und dem geschlossenen Hahn 12 in die Nitrierkammer 1 gleichzeitig
das Gemisch der Salpeter- und Schwefelsäure aus dem Tropftrichter 2 (Zufuhrgeschwindigkeit
gegen 5,8 ml/St) und die Lösung von Furfurol im Essigsäureanhydrid aus dem Trichter
3 (Zufuhrgeschwindigkeit 68 ml/St) tropfenweise ein. Es ist notwendig, die Proportionalität
der gleichzeitigen Einführung der genannten Komponenten in die Nitrierkammer 1 streng
einzuhalten (es ist unzulässig ein Vornerrschen der Menge der in die Kammer 1 eingeleiteten
Furfurollösung). Die Temperatur des Reaktionsgemisches in der Nitrierkammer 1 hält
man auf 0 bis (-10)°C durch äußere Abfuhr der Reaktionswärme unter Verwendung des
oben genannten in dem Behälter 15 befindlichen Kühlmittels.
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Durch die Veränderung des Drehwinkels des Hahns 12 regelt man die
kontinuierliche Ableitung des Reaktionsgemisches aus der Nitrierkammer 1 durch die
Röhre 11 in den Kolben 6 mit einer Geschwindigkeit (gegen 74 ml/St), daß der ursprungliche
Füsstand (5 bis 10 ml) in der Nitrierkammer 1 konstant @@ @@@ @olben @ behandelt
man das in der Nitrierkammer 1 erhaltene Reaktionsgemisch mit wasser und neutralisiert
mit Alkali. Dazu führt man dem genannten Kolben gleichzeitig aus der Nitrierkammer
1 durch mit Röhre 11 das Reaktionsgemisch,
aus dem Tropftrichter
7 Wasser (Zufuhrgeschwindigkeit gegen 60 ml/St) und aus dem Tropftrichter 8 25%ige
wässerige Ätznatronlösung (Zufuhrgeschwindigkeit 25 ml/St) kontinuierlich zu. Die
temperatur in dem Kolben 6 hält man auf 0 bis (+15)°C durch Außenkühlung mit dem
in dem Behälter 16 befindlichen Eis.
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Nach der Behandlung mit Wasser und Neutralisation mit Alkali erhitzt
man das Reaktionsgemisch, das einen pH-Wert von 4 bis 5 aufweist, in dem Kolben
6 auf eine Temperatur von 50 bis 5500 (dazu ersetzt man in dem Behälter 16 das Eis
durch Heißwasser) und hält bei dieser Temperatur unter Ruhren 1 Stunde. Dann kühlt
man zur Abtrennung des Endprodukt es das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von
15 bis 200C ab, rührt bei dieser Temperatur 2 Stunden, saugt die ausgefallenen Kristalle
von 5-SWitrofurfuroldiazetat ab, wäscht mit kaltem Wasser und trocknet. Die Ausbeute
an 5-Nitrofurfuroldiazetat betrug 18,6 g (76,3 der Theorie, bezogen auf die in die
Reaktion eingesetzte Furfurolmenge), der Schmelzpunkt des Produktes 90 bis 9200.
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Beispiel 6 Einem Gemisch von 6,4 g (0,0625 Mol) Essigsäureanhydrid
mit 10 ml Dichlormetban, das eine Temperatur von 0 bis (410)°C aufweist, tropft
man unter ständigem Rühren gleichzeitig 2,40 g (0,025 Mol) Furfurol und ein Gemisch
von 2,02 g (0,032 Mol) rauchender Salpetersäure und 0,09 g
(0,0009
Mol) Schwefelsäure zu. Das Lolverhältnis von Furfurol, Salpetersäure, Schwefelsäure
und Essigsäureanhydrid beträgt 1:1,3:0,036:2,5. Die Temperatur des Reaktionsgemisces
hält man auf 0 bis (-10)°C unter Anwendung der äußeren Abfuhr der Reaktionswärme.
Das Furfurol und das Gemisch der Salpeter- und Schwefelsäure gibt man dem Essigsäureanhydrid
mit Geschwindigkeiten zu, daß die Temperatur der Nitrierung aui dem oben genannten
vorgegebenen Niveau gehalten wird.
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Nach der Zugabe zum Gemisch des Essigsäureanhydrids mit Dichlormethan
der gesamten Menge des Furfurols und des Gemisches der Salpeter- und Schwefelsäure
rührt man das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur von 0 bis (-10)°C weitere 20
Minuten. Dann gibt man dem genannten Reaktionsgemisch 9 ml kaltes Wasser mit einur
Temperatur von 2 bis 400 zu und rührt 20 Minuten, indem die Temperatur des Reaktionsgemisches
auf 0 bis 1500 gehalten wird. Die Temperatur wird in dem genannten Bereich durch
Anwendung der äußeren Abfuhr der Reaktionswärme gehalten. Dann gibt man dem genannten
Reaktionsgemisch unter Rühren 2,0 ml 25ige wässerige Ätznatronlösung zur Erzielung
eines pE-Wertes von 3,5 bis 4,5 zu.
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Eie Temperatur des Reaktionsgemisches beträgt 10 bis 25°C Dann destilliert
man aus dem Reaktionsgemisch das Dichlormethan im Vakuum der Wasserstrahlpumpe (Restdruck
15 bis 25 Torr) bei einer Temperatur des Wasserbades von 20 bis 25°C ab. Den Rückstand
nach dem Abdestillieren wächst man
mit Wasser bis zum Verschwinden
der Narbe der Waschlösung, wonach man aiesem 8 ml 95%iges Äthanol und 1,5 g kristallines
Natriumazetat zugibt (letzteres wird zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes auf dem
genannten Niveau zugegeben). Dann erhitzt man das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur
von 45 bis 50°C und hält bei dieser Temperatur unter Rühren 1 Stunde.
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Dann gibt man zur Abtrennung des Endprodukt es dem Reaktionsgemisch
10 ml kaltes Wasser zu und rührt 2 Stunden bei einer Temperatur von 15 bis 20°C.
Den kristallinen Niederschlag filtriert man ab, wäscht mit 50 ml kaltem Wasser und
trocknet bei Zimmertemperatur im Vakuum-Eksikkator über Phosphorpentoxid. Die Ausbeute
an 5-Nitrofurfuroldiazetat betrug 4,72 g (77,8% der Theorie), der Schmelzpunkt des
Produktes 9U bis 9100.
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Bei der Verwendung anstelle des 95%igen äthanols von Tetrahydrofuran
erhält man 5-Nitrofurfuroldiazetat in einer Ausbeute von 79,4% der Theorie vom Schmelzpunkt
88 bis 9000.
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Beispiel 7.
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Die Nitrierung des Furfurols, die Behandlung des erhaltenen Reaktionsgemisches
mit kaltem Wasser und Alkali und die Abtrennung des Endproduktes wird analog dem
in Beispiel 6 beschriebenen durchgeführt. Der Unterschied besteht lediglich darin,
daß man anstelle des Dichlormethans Tetrachlorkohlenstoff und anstelle des 95%igen
Äthanols Isopropanol verwendet. Die Ausbeute an 5-Nitrofurfuroldiazetat
betrug
4,8 g (79,4% der Theorie), der Schmelzpunkt des Produktes 88 bis 9000.
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Beispiel 8 Einem Gemisch von 7,7 g (0,075 Mol) Essigsäureanhydrid
mit 10 ml Dichlormethan, das eine Temperatur von 0 bis (+10)°C aufweist, tropft
man während 10 bis 15 Minuten unter Rühren gleichzeitig 2,40 g (0,025 Mol) Furfurol
und ein Gemisch von 2,02 g (0,032 Mol) rauchender Salpetersäure und 0,09 g (0,0009
kol) Schwefelsäure zu. Das Molverhältnis von Furfurol, Salpetersäure, Schwefelsäure
und Essigsäureanhydrid beträgt 1:1,3:0,036:3. Die Temperatur des Reaktionsgemisches
hält man auf 0 bis (+10)°C durch äußere Abfuhr der Reaktionswärme.
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Nach der Zugabe dem Gemisch des Essigsäureanhydrids mit Dichlormethan
der besamten Menge des Furfurols und des Gemisches der Salpetersäure und Schwefelsäure
rührt man das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur von 0 bis (+10)°C weitere 20
Minuten. Dann gibt man dem genannten Reaktionsgemisch 11 ml kaltes Wasser mit einer
Temperatur von 2 bis 40C zu und rührt 20 Minuten, indem man die Temperatur des Reaktionsgemisches
auf 0 bis 1500 unter äußerer Abfuhr der Reaktionswärme hält. Dann gibt man dem Reaktionsgemisch
bei derselben Temperatur allmühlich unter Rühren 3,1 ml 25%ige wässerige Ätznatronlösung
zur Erzielung des pH-Wertes von 3,5 bis 4,5 zu. Weiterhin gibt man 8 ml Azeton zu,
erhitzt
danach unter Ihren mit Rückflußkühler auf eine Temperatur
von 50 bis 550C und hält bei dieser Temperatur 1 Stunde. Zur Abtrennung des Endproduktes
kühlt man das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 15 bis 200C ab und rührt
bei der genannten Temperatur 2 Stunden. Das überschüssige Lösungsmittel wird im
Vakuum der Wasserstrahlpumpe (Restdruck 15 bis 25 Torr) bei einer Temperatur des
Wasserbades von 20 bis 250C abdestilliert. Der kristalline Niederschlag wird abfiltriert,
mit 50 ml kaltem Wasser gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute an 5-Nitroturfuroldiazetat betrug 4,8 g (79,470 der Theorie),
der Schmelzpunkt des Produktes 89 bis 91°C.