RU2102382C1

RU2102382C1 - Method of preparing 3-bromo-4-methylaniline

Info

Publication number: RU2102382C1
Application number: RU96105444A
Authority: RU
Inventors: С.И. Орлов; В.П. Чернышев; Л.В. Горячева
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Щелковское предприятие "Агрохим"
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: present invention describes method of preparing borminated anilines, more particularly semiproduct or organic synthesis. The claimed method comprises brominating 4-nitrotoluene with bromine at 100-120 C in the presence of iron under vigorous stirring at Re of 1500-2500, introducing bromine under layer of 4-nitrotoluene, subsequently dissolving reaction mixture in benzene and reducing it at boiling temperature, gradually adding of benzene solution of brominated reaction mixture to iron suspension in water. Acid used for reducing 2-bromo-4-nitrotoluene is hydrogen bromide present in brominated reaction mixture. EFFECT: more efficient preparation method. 2 cl

Description

Изобретение относится к способам получения бромированных анилинов, в частности 3-бром-4-метиланилина, являющегося полупродуктом органического синтеза. The invention relates to methods for producing brominated anilines, in particular 3-bromo-4-methylaniline, which is an intermediate in organic synthesis.

Известно, что бромированные анилины получают восстановлением соответствующих нитропроизводных разными восстановителями: железом в водной соляной кислоте и спирте (J.Chem.Soc. 1937, 263-64), спиртовым раствором гидросульфита натрия ( J.Am.Chem.Soc. 50, 245), спиртовым раствором дисульфида натрия (Chem. Zbl 1920, 1, 260), цинком в соляной кислоте (Beilstein, 5, 334) и др. It is known that brominated anilines are obtained by reduction of the corresponding nitro derivatives with various reducing agents: iron in aqueous hydrochloric acid and alcohol (J.Chem.Soc. 1937, 263-64), an alcoholic solution of sodium hydrosulfite (J.Am.Chem.Soc. 50, 245) , an alcoholic solution of sodium disulfide (Chem. Zbl 1920, 1, 260), zinc in hydrochloric acid (Beilstein, 5, 334), etc.

Для получения 3-бром-4-метиланилина в качестве нитропроизводного используют 2-бром-4-нитротолуол. Известны споб получения 2-бром-4-нитротуола бромированием 4-нитротолуола бромом в присутствии железа при 60 70^oC (J.Soc. Chem. Jnd. 65, 124, 1946), при 75 80^oC (Синтезы органических препаратов, 4, 114, 1963), при 95 100^oC(J.Chem.Soc. 1937, 263 264), а также при 120 130^oC (Органикум, Практикум по органической химии. M. Мир, 1979, 413).To obtain 3-bromo-4-methylaniline, 2-bromo-4-nitrotoluene is used as the nitro derivative. There is a known method for producing 2-bromo-4-nitrotuene by bromination of 4-nitrotoluene with bromine in the presence of iron at 60–70 ^° C (J. Soc. Chem. Jnd. 65, 124, 1946), at 75–80 ^° C (Syntheses of Organic Preparations, 4 , 114, 1963), at 95 100 ^o C (J. Chem. Soc. 1937, 263 264), as well as at 120 130 ^o C (Organikum, Workshop on organic chemistry. M. Mir, 1979, 413).

В качестве прототипа выбран способ получения 3-бром-4-метиланилина (J. Chem. Soc. 264, 1937), который заключается в бромировании 4-нитротолуола бромирующим агентом, в частности бромом, с последующим восстановлением полученного 2-бром-4-нитротолуола металлами, в частности железом, в присутствии концентрированной соляной кислоты. As a prototype, a method for producing 3-bromo-4-methylaniline (J. Chem. Soc. 264, 1937), which consists in the bromination of 4-nitrotoluene with a brominating agent, in particular bromine, followed by reduction of the obtained 2-bromo-4-nitrotoluene, was selected metals, in particular iron, in the presence of concentrated hydrochloric acid.

Бромирование проводят в течение 3 часов при температуре 95 100^oC в присутствии железа. Затем смесь выливают в воду, промывают раствором тиосульфата натрия, соляной кислотой и водой. Масло 2-бром-4-нитротолуола закристаллизовывают. Температура плавления продукта 76-77^oC.Bromination is carried out for 3 hours at a temperature of 95 to 100 ^o C in the presence of iron. Then the mixture is poured into water, washed with a solution of sodium thiosulfate, hydrochloric acid and water. 2-Bromo-4-nitrotoluene oil is crystallized. The melting point of the product is 76-77 ^o C.

Выделенный 2-бром-4-нитротолуол восстанавливают в спиртовом растворе при кипячении в течение 9 часов после добавления железа. The isolated 2-bromo-4-nitrotoluene is reduced in an alcohol solution by boiling for 9 hours after the addition of iron.

Недостатком прототипа является трудность использования лабораторной методики получения 3-бром-4-метиланилина при переходе к промышленному условиям из-за нетехнологичности способа, связанной с выделением и очисткой 2-бром-4-нитротолуола, а также дозированием и загрузкой его в реактор для восстановления нитрогруппы. The disadvantage of the prototype is the difficulty of using the laboratory method for producing 3-bromo-4-methylaniline in the transition to industrial conditions due to the low technological level of the method associated with the isolation and purification of 2-bromo-4-nitrotoluene, as well as dosing and loading it into the reactor to restore the nitro group .

Задача предлагаемого изобретения создание более технологичного по сравнению с прототипом процесса получения 3-бром-4-метиланилина, осуществимого в промышленном масштабе. The objective of the invention is the creation of a more technologically advanced compared to the prototype process for producing 3-bromo-4-methylaniline, feasible on an industrial scale.

Способ заключается в бромировании 4-нитротолуола бромом при температуре 100-120^oC в присутствии железа при интенсивном перемешивании при Re=1500-2500, вводя бром под слой 4-нитротолуола, затем реакционную массу растворяют в бензоле и восстанавливают при температуре кипения смеси, постепенно добавляя бензольный раствор реакционной массы бромирования к суспензии железа в воде.The method consists in the bromination of 4-nitrotoluene with bromine at a temperature of 100-120 ^o C in the presence of iron with vigorous stirring at Re = 1500-2500, introducing bromine under a layer of 4-nitrotoluene, then the reaction mass is dissolved in benzene and restored at the boiling point of the mixture, gradually adding a benzene solution of the reaction mixture of bromination to a suspension of iron in water.

Из бензольного экстракта после стадии восстановления отгоняют растворитель, оставшийся технический 3-бром-4-метиланилин перегоняют в вакууме или выделяют другими известными методами (например, в виде соли с кислотами). The solvent is distilled off from the benzene extract after the reduction step, the remaining technical 3-bromo-4-methylaniline is distilled off in vacuo or isolated by other known methods (for example, in the form of a salt with acids).

Предлагаемый способ позволяет упростить технологию получения 3-бром-4-метиланилина, получая на первой стадии бромирования более качественный 2-бром-4-нитротолуол, который можно использовать на стадии восстановления без выделения его из реакционной массы бромирования. The proposed method allows to simplify the technology for the production of 3-bromo-4-methylaniline, obtaining in the first stage of bromination a better 2-bromo-4-nitrotoluene, which can be used in the reduction stage without isolating it from the bromination reaction mass.

Кроме того, не проводят водных промывок реакционной массы бромирования, чтобы сохранить остаточные количества бромистого водорода. Это позволяет исключить добавление концентрированной соляной кислоты на стадии восстановления для активации железа, что также значительно упрощает процесс. In addition, do not carry out water washes of the bromination reaction mass in order to preserve residual amounts of hydrogen bromide. This eliminates the addition of concentrated hydrochloric acid at the reduction stage to activate iron, which also greatly simplifies the process.

Если же использовать 2-бром-4-нитротолуол, выделенный в виде твердого вещества, как описано в прототипе, то при переходе к промышленным условиям этот продукт представляет собой слипшиеся комки, которые очень неудобно дозировать и загружать в реактор на стадии восстановления. If you use 2-bromo-4-nitrotoluene, isolated in the form of a solid, as described in the prototype, then when going to industrial conditions, this product is sticky lumps that are very inconvenient to dose and load into the reactor at the recovery stage.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки, используя на стадии восстановления бензольный раствор реакционной массы бромирования без предварительного выделения 2-бром-4-нитротолуола. The proposed method allows to eliminate these disadvantages, using at the stage of recovery a benzene solution of the reaction mass of bromination without preliminary isolation of 2-bromo-4-nitrotoluene.

Следует также отметить, что существенное значение имеет порядок прибавления компонентов на стадии восстановления. Одноразовая загрузка бензольного раствора реакционной массы бромирования к суспензии железа в воде приведет к чрезмерно бурному прохождению реакции восстановления и может привести к выбросам из реактора. При постепенном же добавлении бензольного раствора реакционной массы после бромирования к суспензии железа в воде, как предлагается в заявляемом способе, можно контролировать течение реакции восстановления, не допуская выбросов из реактора. It should also be noted that the order of addition of the components at the reduction stage is of significant importance. A single loading of a benzene solution of the bromination reaction mass to a suspension of iron in water will lead to an excessively rapid passage of the reduction reaction and can lead to emissions from the reactor. With the gradual addition of a benzene solution of the reaction mass after bromination to a suspension of iron in water, as proposed in the present method, it is possible to control the course of the reduction reaction, avoiding emissions from the reactor.

Обратный порядок прибавления компонентов, т.е. суспензии железа в воде к реакционной массе бромирования, технологически более сложен. The reverse order of adding components, i.e. suspension of iron in water to the reaction mass of bromination, technologically more complex.

Получение более качественного 2-бром-4-нитротолуола на стадии бромирования связано с двумя факторами. Obtaining better 2-bromo-4-nitrotoluene at the bromination stage is associated with two factors.

Во-первых, за счет интенсивного перемешивания реакционной массы при Re= 1500 2500 при температуре 100 120^oC обеспечивается удаление воды из реакционной массы. Это позволяет повысить активность катализатора за счет предотвращения образования комплекса воды и трехбромного железа, который, как предполагается, является катализатором электрофильного замещения водорода бромом. С другой стороны, интенсивное перемешивание способствует улучшению контакта реагирующих молекул и повышение выхода целевого продукта.Firstly, due to intensive mixing of the reaction mass at Re = 1500 2500 at a temperature of 100 120 ^o C, water is removed from the reaction mass. This allows you to increase the activity of the catalyst by preventing the formation of a complex of water and tribromic iron, which is supposed to be a catalyst for the electrophilic substitution of hydrogen with bromine. On the other hand, intensive mixing helps to improve the contact of reacting molecules and increase the yield of the target product.

Наличие влаги в реакционной массе бромирования обусловлено тем, что в промышленных условиях используют технический бром, в котором обязательно присутствует небольшое количество воды (по ГОСТ 454-76 в марке А 0,01% в марке Б 0 0,04% ). Предлагаемый способ позволяет использовать технический бром без дополнительной осушки, что также значительно упрощает технологию. The presence of moisture in the reaction mass of bromination is due to the fact that industrial bromine is used in industrial conditions, in which a small amount of water is necessarily present (according to GOST 454-76 in grade A 0.01% in grade B 0.04%). The proposed method allows the use of technical bromine without additional drying, which also greatly simplifies the technology.

Во-вторых, получение более качественного 2-бром-4-нитротолуола связано с подачей брома под слой расплавленного 4-нитротолуола. По известным методикам эта подача обычно осуществляется над поверхностью реакционной массы (прикапыванием) (например, Органикум. Практикум по органической химии. М. Мир, 1979, 413). При этом неизбежен унос брома вместе с выделяющимся бромистым водородом, особенно при переходе к промышленным условиям. Secondly, obtaining better 2-bromo-4-nitrotoluene is associated with the supply of bromine under a layer of molten 4-nitrotoluene. By known methods, this feed is usually carried out above the surface of the reaction mass (dropping) (for example, Organik. Workshop on organic chemistry. M. Mir, 1979, 413). In this case, the bromine entrainment is inevitable along with the hydrogen bromide released, especially during the transition to industrial conditions.

Из-за уноса брома в результате его недостатка реакция не доходит до конца, что приводит к загрязнению 2-бром-4-нитротолуола исходным компонентом и усложняет выделение 2-бром-4-нитротолуола. Due to the ablation of bromine as a result of its deficiency, the reaction does not reach the end, which leads to contamination of 2-bromo-4-nitrotoluene with the initial component and complicates the isolation of 2-bromo-4-nitrotoluene.

Подача брома под слой расплавленного 4-нитротолуола практически исключает унос брома, что способствует более полному протеканию процесса бромирования даже в промышленных масштабах и получению более качественного 2-бром-4-нитротолуола, который можно использовать на следующей стадии без выделения его из реакционной массы и дополнительной очистки. The supply of bromine under a layer of molten 4-nitrotoluene almost eliminates the bromine entrainment, which contributes to a more complete bromination process even on an industrial scale and to obtain a better 2-bromo-4-nitrotoluene, which can be used in the next step without isolating it from the reaction mass and additional cleaning up.

Пример 1. В реактор, обогреваемый паром, с импеллерной мешалкой загружают 50,4 кг (0,368 кг-м) 4-нитротолуола (99,5%), нагревают до 65 70^oC, включают мешалку таким образом, чтобы Re составил 2000 и через люк постепенно загружают 2,5 кг (0,045 кг-м) порошка железа, что соответствует половине необходимого количества. Суспензию железа в расплаве 4-нитротолуола нагревают до 100 120^oC и начинают дозировку 14,5 л (45,4 кг; 0,252 кг-м) брома технического по сифону под слой жидкого 4-нитротолуола в течение 0,5 1 часа. Смесь перемешивают после добавления брома еще 1 час, добавляют вторую половину железа 2,5 кг (0,045 кг-м) и дозируют 14,5 л (0,252 кг-м; 45,4 кг) брома технического. Смесь перемешивают при том же Re=2000 после завершения добавления брома еще 2 часа при 100 120^oC.Example 1. In a steam-heated reactor with an impeller stirrer, 50.4 kg (0.368 kg-m) of 4-nitrotoluene (99.5%) are charged, heated to 65 ^° -70 ^° C., the stirrer is turned on so that Re is 2000 and 2.5 kg (0.045 kg-m) of iron powder is gradually charged through the hatch, which corresponds to half the required amount. The iron suspension in the 4-nitrotoluene melt is heated to 100 120 ^° C. and a dosage of 14.5 L (45.4 kg; 0.252 kg-m) of technical bromine is siphoned under a layer of liquid 4-nitrotoluene for 0.5 1 hour. The mixture is stirred after adding bromine for another 1 hour, add the second half of iron 2.5 kg (0.045 kg-m) and dose 14.5 l (0.252 kg-m; 45.4 kg) of technical bromine. The mixture is stirred at the same Re = 2000 after completion of the addition of bromine for another 2 hours at 100 120 ^o C.

Полнота конверсии и 4-нитротолуола составляет 98% содержание 2-бром-4-нитротолуола 94,4% (ГЖХ). The completeness of the conversion of 4-nitrotoluene is 98%; the content of 2-bromo-4-nitrotoluene is 94.4% (GLC).

Смесь выливают в 100 л бензола. В реактор, снабженный мешалкой, капельной воронкой, термометром и обратный холодильником, загружают 73,8 кг железных опилок и 73,8 кг воды. Включают мешалку и сливают 10 л бензольного раствора реакционной смеси после бромирования 4-нитротолуола. The mixture is poured into 100 l of benzene. 73.8 kg of iron filings and 73.8 kg of water are charged into a reactor equipped with a stirrer, dropping funnel, thermometer and reflux condenser. The stirrer is turned on and 10 L of the benzene solution of the reaction mixture is drained after bromination of 4-nitrotoluene.

Температуру поднимают до кипения смеси и к кипящей смеси постепенно в течение 2 5 часов добавляют оставшееся количество бензольного экстракта, после чего смесь перемешивают еще 0,5 часа и проводят анализ на полноту конверсии 2-бром-4-нитротолуола (ГЖХ). В случае прохождения реакции более 95 - 97% смесь охлаждают. The temperature was raised to the boiling of the mixture and the remaining amount of benzene extract was gradually added to the boiling mixture over a period of 2–5 hours, after which the mixture was stirred for another 0.5 hours and analysis was carried out for the complete conversion of 2-bromo-4-nitrotoluene (GLC). If the reaction is over 95 - 97%, the mixture is cooled.

Бензольный слой отделяют. Водный дважды экстрагируют бензолом по 30 л. Объединенные вытяжки сушат и отгоняют растворитель. Разгонкой под вакуумом получают 5,13 кг (75% от теории) 3-бром-4-метиланилина. Содержание основного вещества ≈98% (ГЖХ). The benzene layer is separated. Aq. Was extracted twice with 30 L of benzene. The combined extracts were dried and the solvent was distilled off. Vacuum distillation yields 5.13 kg (75% of theory) of 3-bromo-4-methylaniline. The content of the main substance ≈98% (GLC).

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, за исключением интенсивности перемешивания реакционной массы на стадии бромирования при Re=1500. Example 2. Carried out analogously to example 1, except for the intensity of mixing of the reaction mass at the stage of bromination at Re = 1500.

Полнота конверсии 4-нитротолуола составляет 97,5% содержание 2-бром-4-нитротолуола 94% (ГЖХ). Получают 5,12 кг (74,8% от теории) 3-бром-4-метиланилина. Содержание основного вещества 97%
Пример 3. Проводят аналогично примеру 1, за исключением интенсивности перемешивания реакционной массы на стадии бромирования при Re=2500. Полнота конверсии составляет 99% содержание 2-бром-4-нитротолуола 95,5% Получают 5,145 кг (75,2% от теории) 3-бром-4-метиланилина. Содержание основного вещества 98,5%
Увеличение интенсивности перемешивания реакционной массы при Re > 2500 нецелесообразно из-за сложности и даже невозможности его осуществления.The complete conversion of 4-nitrotoluene is 97.5%; the content of 2-bromo-4-nitrotoluene is 94% (GLC). 5.12 kg (74.8% of theory) of 3-bromo-4-methylaniline are obtained. The content of the main substance is 97%
Example 3. Carried out analogously to example 1, except for the intensity of mixing of the reaction mass at the stage of bromination at Re = 2500. The conversion is 99%; 2-bromo-4-nitrotoluene content 95.5%; 5.145 kg (75.2% of theory) of 3-bromo-4-methylaniline are obtained. The content of the main substance of 98.5%
An increase in the intensity of mixing the reaction mass at Re> 2500 is impractical due to the complexity and even the impossibility of its implementation.

Пример 4 (сравнительный). Проводят только стадию бромирования 4-нитротолуола аналогично примеру 1, за исключением интенсивности перемешивания реакционной массы при Re=1000. Полнота конверсии 4-нитротолуола 78% содержание 2-бром-4-нитротолуола 74,6%
Проведение стадии восстановления нецелесообразно из-за низких показателей стадии бромирования.Example 4 (comparative). Only the bromination step of 4-nitrotoluene is carried out analogously to Example 1, except for the intensity of stirring of the reaction mass at Re = 1000. The completeness of the conversion of 4-nitrotoluene 78%, the content of 2-bromo-4-nitrotoluene 74.6%
The recovery stage is impractical due to the low performance of the bromination stage.

Пример 5 (сравнительный). Проводят только стадию бромирования 4-нитротолуола аналогично примеру 1, за исключением подачи брома в реактор, который добавляют над поверхностью реакционной масс. Example 5 (comparative). Only the stage of bromination of 4-nitrotoluene is carried out analogously to example 1, except for the supply of bromine to the reactor, which is added above the surface of the reaction mass.

Полнота конверсии 4-нитротолуола 80% содержание 2-бром-4-нитротолуола 76,8%
Проведение стадии восстановления нецелесообразно из-за низких показателей стадии бромирования.The completeness of the conversion of 4-nitrotoluene 80%, the content of 2-bromo-4-nitrotoluene 76.8%
The recovery stage is impractical due to the low performance of the bromination stage.

Пример 6 (сравнительный). Проводят только стадию бромирования 4-нитротолуола аналогично примеру 1, за исключением интенсивности перемешивания и подачи брома в реактор. Перемешивание проводят при Re=1000, бром в реакцию добавляют над поверхностью реакционной массы. Example 6 (comparative). Only the step of bromination of 4-nitrotoluene is carried out analogously to example 1, with the exception of the intensity of mixing and feeding bromine into the reactor. Stirring is carried out at Re = 1000, bromine is added to the reaction above the surface of the reaction mixture.

Полнота конверсии 4-нитротолуола 52% содержание 2-бром-4-нитротолуола 46%
Проведение стадии восстановления нецелесообразно из-за низких показателей стадии бромирования.The completeness of the conversion of 4-nitrotoluene 52%, the content of 2-bromo-4-nitrotoluene 46%
The recovery stage is impractical due to the low performance of the bromination stage.

Claims

1. The method of producing 3-bromo-4-methylaniline by bromination of 4-nitrotoluene with bromine in the presence of iron, followed by reduction with iron of the obtained 2-bromo-4-nitrotoluene in the presence of acid, characterized in that the bromination is carried out with stirring at Re 1500 2500, introducing bromine under a layer of 4-nitrotoluene, at 100-120 ^{° C.} , then the resulting 2-bromo-4-nitrotoluene is reduced by gradually adding a benzene solution of the bromination reaction mass to a suspension of iron in water at the boiling point of the mixture.

2. The method according to claim 1, characterized in that the acid used in the reduction of 2-bromo-4-nitrotoluene is hydrogen bromide present in the reaction mass of bromination of 4-nitrotoluene.