Pierwszenstwo: Opublikowano: 5.1.1967 Twórca wynalazku: mgr Andrzej Zmójdzin 52312 KI. 12 p, 6 MKP UKD 1 C 07 d SAlf<* biblioteka! Ufl$dv Patentowego] Wlasciciel patentu: Chemiczna Spóldzielnia Pracy „Synteza", Poznan (Blska) Sposób wytwarzania chinoksaliny Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania chi¬ noksaliny przez reakcje o-fenylenodwuaminy z glioksalem.Dotychczas znany byl sposób wytwarzania chi¬ noksaliny przez reakcje o-fenylenodwuaminy i po¬ laczenia glioksalu z kwasnym siarczynem sodo¬ wym. To ostatnie polaczenie stosowano w pew¬ nym nadmiarze, zwykle okolo 10%. W ten spo¬ sób otrzymywano roztwór wodny chinoksaliny, zazwyczaj okolo 5-procentowy, z którego nastep¬ nie wydzielono produkt przez wysolenie zimnym, stezonym roztworem lugu sodowego lub potaso¬ wego. Chinoksalina wydzielala sie w warstwie górnej i po pewnym czasie krzepla w postaci twardej skorupy. Sposób ten przy dobrym, sta¬ rannym wykonaniu pozwalal na osiagniecie do 90% wydajnosci teoretycznej. Posiadal on jednak nastepujace wady: wymagal koniecznie uzycia reagentów wyjsciowych, o mozliwie wysokiej czy¬ stosci i dokladnie okreslonej zawartosci procento¬ wej. Otrzymany w ten sposób produkt wymagal dodatkowego oczyszczenia (zwykle stosowano krystalizacje z benzenem), gdyz rozdzielenie chi¬ noksaliny od roztworu macierzystego nie bylo dobre; skorupa chinoksaliny zawierala liczne in¬ kluzje roztworu (byla nimi nasiaknieta, a czesc chinoksaliny (zmienna) wydzielala sie w ogóle po¬ za skorupa w postaci drobnego szlamu. W warun¬ kach produkcyjnych czesc szlamu tracono. Stezo¬ ny lug sodowy, uzyty do wysolenia dzialal odbu¬ dowujaco na chinoksaline, przy czym produkty odbudowy nawet w malej ilosci stanowily bardzo klopotliwe zanieczyszczenia, gdyz posiadaly silne dzialanie emulgujace i dlatego wplywaly nie- 5 korzystnie na rozdzielanie sie faz. Dlatego we wszystkich sposobach podkreslano koniecznosc dodawania zimnego roztworu lugu przy miesza¬ niu i chlodzeniu tak, zeby nie przekroczyc tem¬ peratury 40°C (duzy efekt egzotermiczny), jak- w kolwiek takze w nizszych/ temperaturach, zwlasz¬ cza po dluzszym czasie mozna bylo obserwowac odbudowe chinoksaliny. Rozpuszczanie i dolewa¬ nie duzych ilosci lugu (takze nastepujace po tym odsaczanie) jest operacja klopotliwa i nawet nie- 15 bezpieczna, a takze powoduje dalsze rozciencze¬ nie roztworów i powiekszenie ich i tak duzej objetosci (zawartosc poczatkowa chinoksaliny okolo 5%).Zamiast lugów, stosowano równiez do wydzie- 20 lenia chinoksaliny weglan potasu, który dolewano do zimnego roztworu poreakcyjnego tak samo jak lug, albo tez wprost dosypywano do zimnego roztworu. Znany byl równiez sposób wydziela¬ nia chinoksaliny przy uzyciu tanszego weglanu 25 sodu. Poniewaz jednak rozpuszczalnosc tego ostatniego w zimnym roztworze jest mniejsza (do okolo 10% w 20°C) i nie wystarcza do zupelnego wydzielenia chinoksaliny, dlatego operacje te la¬ czono z kilkakrotna ekstrakcja rozpuszczalnikami 30 organicznymi, na przyklad eterem. Nastepnie 5231252312 3 4 warstwe eterowa suszono (na przyklad bezwod¬ nym MgS04) i destylowano.Obecnie okazalo sie niespodziewanie, ze mozna uzyskac praktycznie ilosciowe wydzielenie chi¬ noksaliny przez wysolenie weglanem sodowym, jezeli wysplenie prowadzi sie w podwyzszonej temperaturze, co umozliwia wprowadzenie do roztworu wiekszej ilosci weglanu sodowego niz 10% (stezenie 10-procentowe odpowiada w przy¬ blizeniu rozpuszczalnosci Na2C03 na zimno). Chi- noksaline oddziela sie przy tym równiez na gora¬ co tak, aby nie dopuscic do krystalizacji weglanu sodowego i zmniejszenia sie jego stezenia w war¬ stwie wodnej.Stwierdzono niespodziewanie, ze podwyzszenie temperatury — podobnie jak zwiekszenie stezenia Na2C03 wplywa na zmniejszenie sie rozpuszczal¬ nosci chinoksaliny w roztworze. Okazalo sie przy tym, ze stosujac ponad 20-procentowe stezenie Na^COs w roztworze i temperature ponad 50°C uzyskuje sie tak zupelne wydzielenie chinoksa¬ liny, ze po jej oddzieleniu z pozostalego roztwo¬ ru nie daje sie juz uzyskac chinoksaliny ani przez wielpkrotna ekstrakcje rozpuszczalnikami, na przyklad eterem, ani przez dodatek jakichkol¬ wiek ilosci wodorotlenku sodowego lub potaso¬ wego. Podobnie zupelne wydzielenie mozna uzy¬ skac w temperaturze 100°C przy okolo 15- -procentowym stezeniu Na2C03 w roztworze, to znaczy im wyzsza temperatura tym latwiej i zu¬ pelniej wydziela sie chinoksalina.W dotychczas znanych sposobach wytwarzania chinoksaliny pewne trudnosci nastreczal prawid¬ lowy dobór ilosci reagentów, gdyz wymagalo to bardzo dlugotrwalej i pracochlonnej analizy sto¬ sowanych surowców, przy czym wykonanie ana¬ lizy znanymi metodami bylo polaczone z popel¬ nieniem znacznego bledu. Z tych wzgledów sto¬ sowano w praktyce okolo 10-procentowy nad¬ miar skladnika tanszego, a wiec zwiazku gliok- salu z kwasnym siarczynem sodowym.Obecnie stwierdzono, ze stosujac sposób wed¬ lug wynalazku mpzna bardzo latwo i dokladnie dobrac potrzebne ilosci reagentów. Okazalo sie bowiem, ze przy wysoleniu chinoksaliny wegla¬ nem sodu w nieobecnosci nadmiaru zwiazku glipksalu z kwasnym siarczynem sodowym zupel¬ nie nie powstaja produkty odbudowy chinoksa¬ liny. Z drugiej strony stwierdzono, ze nawet ma¬ ly nadmiar tego zwiazku powoduje powstanie bardzo ciemnych hydrofilnych zywic o bardzo silnym dzialaniu emulgujacym. W tym przypad¬ ku proces przebiega wiec inaczej niz w przy¬ padku wysolenia chinoksaUny lugiem sodowym, gdzie z nadmiaru glioiksalu powstaje kwas gH- kolowy.W odróznieniu od tego w roztworach po kon¬ densacji, zawierajacych dokladnie stechiome- tryozna ilosc reagentów lub tez niedomiar gliok- salu, po wysoleniu metoda wedlug wynalazku warstwa wodna zachowuje jasno zólta lub jasno brunatna barwe. Stad tez mozna dobrac stosunek ilosciowy skladników przez wykonanie kilku próbnych kondensacji z nastepnym wysoleniem.W tych próbach po przekroczeniu stechiometrycz- nego stosunku pochodnej glioksalu zmienne bar¬ wy sa tak ostre i wyrazne, jak przy bardzo dob¬ rze widocznym procesie miareczkowania, co poz¬ wala na dobór ilosciowy skladników reakcji z 5 dokladnoscia do 0,5—1%.Stwierdzono, ze takie dokladne ilosciowe do¬ branie reagentów i nastepnie wysolenie metoda wedlug wynalazku pozwala na uzyskanie tak dobrego rozdzielania faz, jak tego przedtem w ogóle nie bylo mozna uzyskac. Warstwa chi¬ noksaliny wydziela sie tak ostro i zupelnie, jak warstwa oleju na wodzie. Oddzielenie jej od warstwy roztworu, na przyklad przez lewarowa- nie lub w rozdzielaczu nie nastrecza trudnosci.Otrzymana w ten sposób chinoksalina nie zawie¬ ra przy tym praktycznie zadnych zanieczyszczen, a wiec nie wymaga dalszego oczyszczania.Natomiast w przypadku nadmiaru glioksalu obecnosc emulgujacych zywic w mieszaninie jest przyczyna niedokladnego i nieostrego podzialu faz. Wydzielona chinoksalina nawet przy malym nadmiarze pochodnych glioiksalu jest silnie za¬ nieczyszczona wymienionymi zywicami i zwlasz¬ cza znacznymi ilosciami roztworu macierzystego, natomiast we fazie wodnej pozostaja równiez zmienne ilosci chinoksaliny w postaci szlamu, ewentualnie emulsji. W razie obecnosci wiekszej ilosci tych zanieczyszczen, chinoksaliny w ogóle nie mozna rozdzielic, gdyz tworzy ona calkowi¬ cie nierozdzielajacy sie szlam, ewentualnie emulsje. Przeciwnie — w przypadku uzycia do kondensacji chinoksaliny nadmiaru o-fenyleno- dwuaminy, produkt rozdziela sie dobrze, ale za¬ wiera nadmiar nieprzereagowanej o-fenyleno- dwuaminy. Przy malym nadmiarze o-fenyleno- dwuaminy uzyskuje sie produkt o nieco obnizo¬ nej temperaturze topnienia, przy wiekszym nad¬ miarze — produkt w postaci niekrzepnacego oleju.Prawidlowy stosunek ilosciowy reagentów moz¬ na równiez dobierac w ten sposób, ze najpierw przeprowadza sie kondensacje z przyblizonych ilosci, nastepnie pobiera próbke i po wysoleniu obserwuje barwe fazy wodnej, po czym dodaje odpowiednia ilosc potrzebnego skladnika i znowu pobiera próbke. W ten sposób przez wysolenie kilku próbek i odpowiednie dodawanie skladni¬ ków, mozna dokladnie ustalic ilosci skladników, które maja byc uzyte do kondensacji. Pro¬ wadzenie korekty ilosci skladników stosownie do wyniku próbek jest mozliwe, az do samego wysolenia calej ilosci roztworu. Zwlaszcza istot¬ ne znaczenie ma faikt, ze az do chwili wysolenia mozna tez dodawac o-fenylenodwuamine — ewentualne przedawkowanie glioksalu nie pocia¬ ga szkodliwych skutków, jezeli zostanie skory¬ gowane przed wysoleniem.Dzieki zastosowaniu tej metody mozna z lat¬ woscia i dokladnie dobrac wlasciwe proporcje obu reagentów nawet wtedy, jezeli do reakcji stosuje sie o-fenylenodwuamine i glioksal lub jego pochodne w postaci na przyklad roztworów, w jakich zostaly otrzymane, ewentualnie w mie¬ szaninie z innymi substancjami, niewysuszone itd.W ten sposób mozna nie tylko uniknac operacji wydzielania substratów do kondensacji, ale rów- 15 20 29 90 35 40 49 50 55 6052312 6 niez ilosciowych strat z tym zwiazanych. Jest rzecza oczywista, ze uzycie substratów reakcji wprost na przyklad z roztworów, bez ich uprzed¬ niego wyodrebnienia i oczyszczenia, przyczynia sie wybitnie do potanienia procesu.Przyklad I. Roztwór otrzymany przez kon¬ densacje w temperaturze 70°C 108 g czystej o-fe- nylenodwuaminy i 2)88 g polaczenia kwasnego siarczynu sodowego z glioksalem w 2 litrach wo¬ dy, wysala sie przez rozpuszczenie wprost 450 g sody, przy czym temperature obniza sie do okolo 60°C. Roztwór przelewa sie do rozdzielacza i po 15 minutachj spuszcza dolna warstwe wodna.Otrzymuje sie nieco ponad 130 g chinoksaliny (teoretyczna ilosc) o barwie ciemnej, ale o tem¬ peraturze topnienia 29—i30°C i rozpuszczajaca sie bez pozostalosci w benzenie. Produkt taki moze byc wprost uzyty do dalszych syntez. Po desty¬ lacji prózniowej otrzymuje sie z minimalna stra¬ ta zupelnie czysta, biala chinoksaline.Przyklad II. Z roztworu 400 1 okolo 6-pro- centowej o-fenylenodwuaminy oraz niewysuszo- nego polaczenia kwasnego siarczynu sodowego z glioksalem wprost po odsaczeniu wykonuje sie w kolbach po 200 ml kilka próbnych kondensa¬ cji, nastepnie przeprowadza kondensacje calosci, pobiera znowu kilka próbek w celu oznaczenia potrzebnej korekty i po zupelnie dokladnym uchwyceniu ilosci skladników uzupelnia substrat bedacy w niedomiarze. Nastepnie wysala sie i wydziela chinoksaline jak w przykladzie I. PL