RU2556222C1 - Method of producing o-chloroaniline (versions) - Google Patents

Method of producing o-chloroaniline (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2556222C1
RU2556222C1 RU2014118722/04A RU2014118722A RU2556222C1 RU 2556222 C1 RU2556222 C1 RU 2556222C1 RU 2014118722/04 A RU2014118722/04 A RU 2014118722/04A RU 2014118722 A RU2014118722 A RU 2014118722A RU 2556222 C1 RU2556222 C1 RU 2556222C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
palladium
chloroaniline
phosphorus
nitrochlorobenzene
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2014118722/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Петровна Степанова
Никита Игоревич Скрипов
Людмила Борисовна Белых
Федор Карлович Шмидт
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет"
Priority to RU2014118722/04A priority Critical patent/RU2556222C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2556222C1 publication Critical patent/RU2556222C1/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: in each of the versions of the method, o-chloroaniline is obtained via catalytic reduction of o-nitrochlorobenzene with molecular hydrogen in the presence of modified palladium-containing nanoparticles in a liquid dispersion medium. According to the first version, o-chloroaniline is obtained at temperature of 30-80°C (303-353 K) and hydrogen pressure of 1 atm (excess); the palladium catalyst precursor used is palladium bis(acetylacetonate); the modifying additive is elementary phosphorus, with the following ratio of components: palladium bis(acetylacetonate)/phosphorus = 1:0.3 to 1:2; and the liquid dispersion medium is N,N-dimethyl formamide. In the second version of the method, o-chloroaniline is obtained at temperature of 30°C (303K) and hydrogen pressure of 1 atm (excess); the palladium catalyst precursor used is palladium dichloride; the modifying additive is elementary phosphorus, with the following ratio of components: palladium dichloride/phosphorus = 1:0.15 to 1:1; and the liquid dispersion medium is N,N-dimethyl formamide.
EFFECT: disclosed versions of the method of producing o-chloroaniline increase selectivity of o-chloroaniline when conducting the process in mild conditions.
2 cl, 4 tbl, 16 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области каталитической химии, в частности разработке способа получения хлоранилинов путем каталитического восстановления нитрохлораренов, и может быть использовано в тонком органическом синтезе.The present invention relates to the field of catalytic chemistry, in particular the development of a method for producing chloranilines by catalytic reduction of nitrochloroarenes, and can be used in fine organic synthesis.

Синтез ароматических галогенанилинов путем каталитического восстановления соответствующих нитропроизводных молекулярным водородом относится к технологически чистым процессам по сравнению с получением их по реакции Бешама, характеризующимся большим содержанием токсичных отходов, вызывающих серьезные загрязнения окружающей среды. В качестве катализаторов восстановления нитрогалогенаренов обычно используют металлы платиновой группы [X. Wang, M. Liang, J. Zhang, Y. Wang. Selective Hydrogenation of Aromatic Chloronitro Compounds // Current Organic Chemistry. - 2007. - Vol. 11. - PP. 299-314]. Применение немодифицированных металлических катализаторов для восстановления водородом нитроаренов, содержащих наряду с нитрогруппой другие функциональные группы или атом галогена, является проблематичным, поскольку реакция часто сопровождается восстановлением этих функциональных групп или гидрогенолизом связи C-Hal. Одним из способов подавления процесса гидродегалогенирования при синтезе ароматических галогенаминов восстановлением соответствующих нитрогалогенаренов водородом является применение частично дезактивированных металлических катализаторов в результате введения различных модификаторов.The synthesis of aromatic halogenanilines by catalytic reduction of the corresponding nitro derivatives with molecular hydrogen refers to technologically pure processes compared to their preparation by the Becham reaction, which is characterized by a high content of toxic wastes that cause serious environmental pollution. Platinum group metals are commonly used as catalysts for the reduction of nitrohaloarenes [X. Wang, M. Liang, J. Zhang, Y. Wang. Selective Hydrogenation of Aromatic Chloronitro Compounds // Current Organic Chemistry. - 2007. - Vol. 11. - PP. 299-314]. The use of unmodified metal catalysts for hydrogen reduction of nitroarenes containing, along with the nitro group, other functional groups or a halogen atom, is problematic, since the reaction is often accompanied by the reduction of these functional groups or hydrogenolysis of the C-Hal bond. One of the ways to suppress the process of hydrodehalogenation in the synthesis of aromatic halogenamines by reduction of the corresponding nitrohalogenarenes with hydrogen is the use of partially deactivated metal catalysts as a result of the introduction of various modifiers.

Среди металлов платиновой группы палладиевые катализаторы, являясь относительно более дешевыми по сравнению с платиновыми катализаторами, характеризуются более высокой активностью в восстановлении нитрогруппы, но меньшей селективностью по целевому продукту - галогенанилинам по сравнению с платиновыми, родиевыми или рутениевыми катализаторами [X. Wang, M. Liang, J. Zhang, Y. Wang. Selective Hydrogenation of Aromatic Chloronitro Compounds // Current Organic Chemistry. - 2007. - Vol. 11. - PP. 299-314]. Ингибирование палладиевых катализаторов различными фосфор-, азот- и серосодержащими соединениями позволяет повысить их селективность по галогенамину. Например, известен способ получения ароматических галогенаминов путем жидкофазного восстановления водородом соответствующих ароматических нитрогалогенпроизводных общей формулы:Among the metals of the platinum group, palladium catalysts, being relatively cheaper compared to platinum catalysts, are characterized by higher activity in the reduction of the nitro group, but lower selectivity for the target product - halogenanilines compared to platinum, rhodium or ruthenium catalysts [X. Wang, M. Liang, J. Zhang, Y. Wang. Selective Hydrogenation of Aromatic Chloronitro Compounds // Current Organic Chemistry. - 2007. - Vol. 11. - PP. 299-314]. Inhibition of palladium catalysts by various phosphorus, nitrogen, and sulfur compounds allows one to increase their halogenamine selectivity. For example, a method is known for producing aromatic halogenamines by liquid phase reduction with hydrogen of the corresponding aromatic nitrohalogen derivatives of the general formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где X=Cl, n=1, катализируемого нанесенными на уголь палладиевыми катализаторами (Pd/C), в присутствии ингибиторов. В качестве ингибиторов используют трифенилфосфит P(OPh)3; гидротрифенил- или гидротриалкилсилан HSiR3 (R=C1-C4) или их смесь (EP №0292682 A2; Bul. №88/48 от 30.11.1988).where X = Cl, n = 1, catalyzed by carbon supported palladium catalysts (Pd / C), in the presence of inhibitors. As inhibitors, triphenylphosphite P (OPh) 3 is used ; hydrotriphenyl- or hydrotrialkylsilane HSiR 3 (R = C 1 -C 4 ) or a mixture thereof (EP No. 0292682 A2; Bul. No. 88/48 of 11/30/1988).

Восстановление 4-хлоро-3-нитробензотрифторида при температуре 60-70°C и давлении водорода 15-18 кг·с/см2 (14.5-17.4 атм) в течение 10-12 ч в присутствии 0.5 мол. % ингибитора - P(OPh)3 приводит к резкому подавлению реакции гидродехлорирования: образование 3-аминобензотрифторида не превышает 0.6%. Недостатком данного способа получения является необходимость проведения процесса под давлением водорода (15-18 кг·с/см2 или 14.5-17.4 атм) и низкий выход 4-хлоро-3-аминобензотрифторида, который не превышает 62.4% из-за невысокой конверсии исходного субстрата в результате ингибирования P(OPh)3 каталитически активных центров. Восстановление 4-хлоро-3-нитробензотрифторида при температуре 60-70°C и давлении водорода 15-18 кг·с/см2 (14.5-17.4 атм), катализируемого Pd/C, в присутствии 0.1 мол.% гидротрифенилсилана HSiPh3 в течение 4-6 ч повышает выход 4-хлоро-3-нитробензотрифториду до 95.3%, однако при этом возрастает вклад процесса гидродехлорирования (3.3% 3-аминобензотрифторида). Восстановление 4-хлоро-3-нитробензотрифторида в указанных выше условиях в присутствии смеси модификаторов (P(OPh)3 и HSiPh3) позволяет повысить селективность по хлоранилинам до 99%. Недостатком данного способа получения галогеналининов является необходимость проведения процесса под давлением водорода (15-18 кг·с/см2 или 14.5-17.4 атм), использование одновременно двух модификаторов (фосфорсодержащих и кремнийорганических соединений), а также многостадийность синтеза фосфорсодержащих и кремнийорганических ингибиторов.The reduction of 4-chloro-3-nitrobenzotrifluoride at a temperature of 60-70 ° C and a hydrogen pressure of 15-18 kg · s / cm 2 (14.5-17.4 atm) for 10-12 hours in the presence of 0.5 mol. % of the inhibitor - P (OPh) 3 leads to a sharp suppression of the hydrodechlorination reaction: the formation of 3-aminobenzotrifluoride does not exceed 0.6%. The disadvantage of this method of obtaining is the necessity of carrying out the process under hydrogen pressure (15-18 kg · s / cm 2 or 14.5-17.4 atm) and a low yield of 4-chloro-3-aminobenzotrifluoride, which does not exceed 62.4% due to the low conversion of the starting substrate as a result of the inhibition of P (OPh) 3 catalytically active centers. The reduction of 4-chloro-3-nitrobenzotrifluoride at a temperature of 60-70 ° C and a hydrogen pressure of 15-18 kg · s / cm 2 (14.5-17.4 atm), catalyzed by Pd / C, in the presence of 0.1 mol.% Hydrotriphenylsilane HSiPh 3 for 4-6 hours increases the yield of 4-chloro-3-nitrobenzotrifluoride to 95.3%, however, the contribution of the hydrodechlorination process (3.3% 3-aminobenzotrifluoride) increases. The reduction of 4-chloro-3-nitrobenzotrifluoride under the above conditions in the presence of a mixture of modifiers (P (OPh) 3 and HSiPh 3 ) allows to increase the selectivity for chloranilines to 99%. The disadvantage of this method of producing halogenalinins is the need to carry out the process under hydrogen pressure (15-18 kg · s / cm 2 or 14.5-17.4 atm), the use of two modifiers at the same time (phosphorus-containing and organosilicon compounds), as well as the multi-stage synthesis of phosphorus-containing and organosilicon inhibitors.

Известен способ получения хлоранилинов путем восстановления соответствующих нитрохлораренов в присутствии нанесенных на уголь металлических катализаторов платиновой группы, модифицированных органическими и неорганическими фосфорсодержащими соединениями: фосфинами P(Ra)3-n(H)n; фосфинистыми HO-P(H)m(Ra)2-m фосфористой (H3PO3), гипофосфористой (H3PO2) кислотами и их эфирами (O=P(OH)(H)m(Ra)2-m; O=P(OH)2Ra; m=0, 1, 2; n=0, 1, 2; 3; Ra=Alk (C1-C12) или Ar (C6-C16) и соединениями ванадия (0, II, III, IV, V) или соединениями ванадия (V) (VOCI3, VCI6-, [VO(SCN)4]2-, VOSO4, NH4VO3, VCI3, VOCI, VCI2) (ЕР 0842920 B1, 07.04.2004, Bulletin 2004/15). Например, при использовании платинового катализатора (Pt/C), модифицированного одновременно гипофосфористой кислотой (H3PO2) и VO(acac)2 (мольные соотношения P/Pt=6.3:1; V/Pt=2.4:1) в восстановлении о-нитрохлорбензола при 100°C и давлении водорода 5 бар селективность по о-хлоранилину в течение 2 ч составила 96.6%. Недостатком данного способа получения галогеналининов является необходимость проведения процесса под давлением водорода и применение одновременно двух модификаторов: фосфор- и ванадийсодержащих соединений.A known method for producing chloranilines by reducing the corresponding nitrochloroarenes in the presence of supported on a coal metal catalysts of the platinum group, modified with organic and inorganic phosphorus-containing compounds: phosphines P (R a ) 3-n (H) n ; phosphinic HO-P (H) m (R a ) 2-m phosphorous (H 3 PO 3 ), hypophosphorous (H 3 PO 2 ) acids and their esters (O = P (OH) (H) m (R a ) 2 -m ; O = P (OH) 2 R a ; m = 0, 1, 2; n = 0, 1, 2; 3; R a = Alk (C 1 -C 12 ) or Ar (C 6 -C 16 ) and vanadium compounds (0, II, III, IV, V) or vanadium compounds (V) (VOCI 3 , VCI 6 - , [VO (SCN) 4 ] 2 -, VOSO 4 , NH 4 VO 3 , VCI 3 , VOCI, VCI 2 ) (EP 0842920 B1, 04/07/2004, Bulletin 2004/15) For example, when using a platinum catalyst (Pt / C), modified simultaneously with hypophosphorous acid (H 3 PO 2 ) and VO (acac) 2 (molar ratios P / Pt = 6.3: 1; V / Pt = 2.4: 1) in the reduction of o-nitrochlorobenzene at 100 ° C and a hydrogen pressure of 5 bar, selectivity for o-chlorine aniline for 2 hours was 96.6%. The disadvantage of this method of producing halogenalinins is the need to carry out the process under hydrogen pressure and the use of two modifiers simultaneously: phosphorus and vanadium compounds.

Известен способ получения о-хлоранилина путем каталитического восстановления о-нитрохлорбензола в присутствии катализатора Pd/C в суперкритической среде - сжиженном диоксиде углерода (scCO2) (С. Xi, H. Cheng, J. Hao, S. Cai, F. Zhao. Hydrogenation of o-chloronitrobenzene to o-chloroaniline over Pd/C in supercritical carbon dioxide // J. Molec. Catal. A: Chem. - 2008. - V. 282. - PP. 80-84). В результате восстановления о-нитрохлорбензола водородом в присутствии катализатора Pd/C при оптимальных условиях: Т=308 К, давление CO2 8-10 МПа (80-100 атм), давление H2 4 МПа (40 атм) селективность по целевому продукту (о-хлоранилину) не превышает 93-94%. Недостатком данного способа получения являются жесткие условия проведения процесса и необходимость соответствующего автоклавного оборудования.A known method of producing o-chloroaniline by catalytic reduction of o-nitrochlorobenzene in the presence of a Pd / C catalyst in a supercritical fluid - liquefied carbon dioxide (scCO 2 ) (C. Xi, H. Cheng, J. Hao, S. Cai, F. Zhao. Hydrogenation of o-chloronitrobenzene to o-chloroaniline over Pd / C in supercritical carbon dioxide // J. Molec. Catal. A: Chem. - 2008. - V. 282. - PP. 80-84). As a result of the reduction of o-nitrochlorobenzene with hydrogen in the presence of a Pd / C catalyst under optimal conditions: T = 308 K, CO 2 pressure of 8-10 MPa (80-100 atm), pressure of H 2 4 MPa (40 atm), selectivity for the target product ( o-chloroaniline) does not exceed 93-94%. The disadvantage of this production method is the harsh process conditions and the need for appropriate autoclave equipment.

Известен способ получения о-хлоранилина путем восстановления о-нитрохлорбензола водородом, катализируемого находящимися в коллоидном растворе нанокластерами платины, стабилизированными поливинилпирролидоном (Pt-PVP), в присутствии солей щелочных (NaX, KX, LiX), щелочноземельных (ВаХ2) и переходных металлов (CoX2, NiX2, CuX2). Коллоидный раствор платинового катализатора получали восстановлением H2PtCl6 водородом in situ в присутствии PVP. В результате восстановления о-нитрохлорбензола водородом в присутствии нанокластеров платины, стабилизированных PVP, при температуре 303 К и давлении Н2 0.1 МПа (1 атм) селективность по целевому продукту (о-хлоранилину) при практически полной конверсии исходного субстрата составляет 44.7%. Модифицирование коллоидных растворов платины солями никеля повышает селективность по о-хлоранилину при практически полной конверсии о-нитрохлорбензола до 82.9% (X. Yang, H. Liu. Influence of metal ions on hydrogenation of o-chloronitrobenzene over platinum colloidal clusters // Applied Catalysis A: General. 1997. - V. 164. - PP. 197-203). Недостатком данного способа получения о-хлоранилина является низкая селективность, проявляемая коллоидными растворами платины в мягких условиях, которые обычно характеризуются более высокой селективностью по сравнению с палладиевыми катализаторами при проведении процесса в аналогичных условиях.A known method for producing o-chloraniline by reducing o-nitrochlorobenzene with hydrogen, catalyzed by colloidal solution of platinum nanoclusters stabilized with polyvinylpyrrolidone (Pt-PVP), in the presence of alkali salts (NaX, KX, LiX), alkaline earth (BaX 2 ) and transition metals ( CoX 2 , NiX 2 , CuX 2 ). A platinum catalyst colloidal solution was prepared by in situ reduction of H 2 PtCl 6 with hydrogen in the presence of PVP. As a result of the reduction of o-nitrochlorobenzene with hydrogen in the presence of platinum PVP stabilized nanoclusters at a temperature of 303 K and a pressure of Н 2 0.1 MPa (1 atm), the selectivity for the target product (o-chloroalanine) at almost complete conversion of the initial substrate is 44.7%. Modification of colloidal solutions of platinum with nickel salts increases the selectivity for o-chloroaniline with almost complete conversion of o-nitrochlorobenzene to 82.9% (X. Yang, H. Liu. Influence of metal ions on hydrogenation of o-chloronitrobenzene over platinum colloidal clusters // Applied Catalysis A : General. 1997. - V. 164. - PP. 197-203). The disadvantage of this method of producing o-chloroaniline is the low selectivity exhibited by colloidal solutions of platinum under mild conditions, which are usually characterized by higher selectivity compared to palladium catalysts when carrying out the process under similar conditions.

Ближайшим известным решением аналогичной задачи по технической сущности и достигаемому эффекту является восстановление о-нитрохлорбензола водородом, катализируемого наночастицами палладия, находящимися в коллоидном водно-масляном растворе и стабилизированными полиоксиэтиленовым эфиром октадециламина (ОАРЕ-5) (С. Liang, J. Han, К. Shen, L. Wang, D. Zhao, H.S. Freeman. Palladium nanoparticle microemulsions: Formation and use in catalytic hydrogenation of o-chloronitrobenzene // Chemical Engineering Journal. - 2010. - V. 165. - PP. 709-713). При восстановлении о-нитрохлорбензола водородом, катализируемого наночастицами палладия, при давлении 0.6 МПа и температуре 50°C основными продуктами являются нитробензол (44.19%) и анилин (36.48%). Селективность по о-хлоранилину при 84% конверсии субстрата составляет 3.42%. Основным недостатком данного метода получения о-хлоранилина является низкая селективность данного палладиевого катализатора и наличие большого количества продуктов гидрогенолиза о-хлоранилина.The closest known solution to a similar problem in terms of technical nature and the achieved effect is the reduction of o-nitrochlorobenzene with hydrogen, catalyzed by palladium nanoparticles in a colloidal oil-water solution and stabilized with octadecylamine polyoxyethylene ether (OAPE-5) (C. Liang, J. Han, K. Shen, L. Wang, D. Zhao, HS Freeman. Palladium nanoparticle microemulsions: Formation and use in catalytic hydrogenation of o-chloronitrobenzene // Chemical Engineering Journal. - 2010 .-- V. 165. - PP. 709-713). In the reduction of o-nitrochlorobenzene with hydrogen, catalyzed by palladium nanoparticles, at a pressure of 0.6 MPa and a temperature of 50 ° C, the main products are nitrobenzene (44.19%) and aniline (36.48%). The selectivity for o-chloraniline at 84% substrate conversion is 3.42%. The main disadvantage of this method for producing o-chloraniline is the low selectivity of this palladium catalyst and the presence of a large number of products of hydrogenolysis of o-chloraniline.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа синтеза о-нитрохлорбензола в присутствии коллоидных растворов палладиевого катализатора, позволяющего получать целевой продукт с высоким выходом. Выход продукта рассчитывался методом ГЖХ. Численное значение выхода о-хлоранилина соответствует селективности катализатора по о-хлоранилину.The objective of the invention is to develop an effective method for the synthesis of o-nitrochlorobenzene in the presence of colloidal solutions of a palladium catalyst, which allows to obtain the target product in high yield. The product yield was calculated by GLC. The numerical value of the yield of o-chloroaniline corresponds to the selectivity of the catalyst for o-chloroaniline.

Поставленная задача достигается тем, чтоThe task is achieved by the fact that

по варианту 1 способ получения о-хлоранилина заключается в каталитическом восстановлении о-нитрохлорбензола (о-НХБ) молекулярным водородом в присутствии модифицированных палладийсодержащих наночастиц в жидкой дисперсионной среде в интервале температур 30-80°C (303-353 К) и давлении водорода 1 изб. атм, при этом в качестве прекурсора палладиевого катализатора используют бис(ацетилацетонат) палладия; в качестве модифицирующей добавки - элементный фосфор при следующем атомарном соотношении компонентов: Pd/P = от 1:0.3 до 1:2; а в качестве жидкой дисперсионной среды - N,N-диметилформамид (ДМФА);according to option 1, the method for producing o-chloroaniline consists in the catalytic reduction of o-nitrochlorobenzene (o-HCB) with molecular hydrogen in the presence of modified palladium-containing nanoparticles in a liquid dispersion medium in the temperature range 30-80 ° C (303-353 K) and a hydrogen pressure of 1 h . atm, while palladium bis (acetylacetonate) palladium is used as a precursor of the palladium catalyst; as a modifying additive, elemental phosphorus in the following atomic ratio of components: Pd / P = from 1: 0.3 to 1: 2; and as a liquid dispersion medium, N, N-dimethylformamide (DMF);

по варианту 2 способ получения о-хлоранилина заключается в каталитическом восстановлении о-нитрохлорбензола молекулярным водородом в присутствии модифицированных палладийсодержащих наночастиц в жидкой дисперсионной среде при температуре 30°C (303 К) и давлении водорода 1 изб. атм, при этом в качестве прекурсора палладиевого катализатора используют дихлорид палладия; в качестве модифицирующей добавки - элементный фосфор при следующем атомарном соотношении компонентов: Pd/P = от 1:0.15 до 1:1; а в качестве жидкой дисперсионной среды - N,N-диметилформамид (ДМФА).according to option 2, the method for producing o-chloroaniline consists in the catalytic reduction of o-nitrochlorobenzene with molecular hydrogen in the presence of modified palladium-containing nanoparticles in a liquid dispersion medium at a temperature of 30 ° C (303 K) and a hydrogen pressure of 1 h. atm, while palladium dichloride is used as a precursor of the palladium catalyst; as a modifying additive, elemental phosphorus in the following atomic ratio of components: Pd / P = from 1: 0.15 to 1: 1; and as a liquid dispersion medium, N, N-dimethylformamide (DMF).

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Отличительной особенностью настоящего изобретения является использование в качестве катализатора восстановления о-нитрохлорбензола палладийсодержащих наночастиц, модифицированных элементным (белым) фосфором, формируемых в системе PdX2-P-H2.A distinctive feature of the present invention is the use of palladium-containing nanoparticles modified with elemental (white) phosphorus formed in the PdX 2 -PH 2 system as a catalyst for the reduction of o-nitrochlorobenzene.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».The applicant has not found any sources of information containing information about the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This, according to the applicant, indicates that this technical solution meets the criterion of "inventive step".

Предлагаемый способ получения о-хлоранилина в присутствии палладиевого катализатора, модифицированного белым фосфором, заключается в следующем.The proposed method for producing o-chloroaniline in the presence of a palladium catalyst modified with white phosphorus is as follows.

К раствору бис(ацетилацетоната) палладия в N,N-диметилформамиде (ДМФА), помещенному в термостатируемый сосуд типа «утка», при комнатной температуре в токе водорода добавляют раствор белого фосфора в бензоле. Реакционную смесь перемешивают в атмосфере водорода при температуре 80°C (353 К) и давлении 1 изб. атм в течение 15 мин. Затем полученный раствор палладийсодержащего катализатора охлаждают до 30°C и вводят субстрат - о-нитрохлорбензол.A solution of white phosphorus in benzene is added to a solution of palladium bis (acetylacetonate) in N, N-dimethylformamide (DMF) placed in a thermostatted duck-type vessel at room temperature in a stream of hydrogen. The reaction mixture was stirred in a hydrogen atmosphere at a temperature of 80 ° C (353 K) and a pressure of 1 gig. atm for 15 minutes Then, the resulting solution of the palladium-containing catalyst is cooled to 30 ° C and the substrate, o-nitrochlorobenzene, is introduced.

Оптимальные условия восстановления о-нитрохлорбензола (о-НХБ) до о-хлоранилина (о-ХА): температура эксперимента 30°C (303 К) (см. табл. 1, 3); соотношение модификатор/палладий = 1:0.7 (табл. 1).Optimal conditions for the reduction of o-nitrochlorobenzene (o-HCB) to o-chloroaniline (o-XA): experiment temperature 30 ° C (303 K) (see tables 1, 3); the ratio modifier / palladium = 1: 0.7 (table. 1).

Способ восстановления о-нитрохлорбензола в присутствии наноразмерного палладийсодержащего катализатора, модифицированного элементным фосфором, позволяет повысить селективность по о-хлоранилину с 56% для Pd-черни (образующейся при восстановлении Pd(acac)2 водородом в отсутствии фосфора) до 94% при 100% конверсии о-нитрохлорбензола (табл. 1, примеры 1, 4).The method of reduction of o-nitrochlorobenzene in the presence of a nanosized palladium-containing catalyst modified with elemental phosphorus makes it possible to increase the selectivity for o-chloroaniline from 56% for Pd-black (formed during the reduction of Pd (acac) 2 with hydrogen in the absence of phosphorus) to 94% at 100% conversion o-nitrochlorobenzene (table. 1, examples 1, 4).

Его преимуществом по сравнению с прототипом является более высокая селективность по о-хлоранилину в мягких условиях проведения процесса.Its advantage compared to the prototype is a higher selectivity for o-chloroaniline under mild process conditions.

Пример 1: Раствор Pd(acac)2 (5·10-5 моль, 0.01522 г) в 10 мл ДМФА, помещенный в реакционный сосуд типа «утка» нагреть до 80°C и перемешивать в атмосфере водорода в течение 10 мин. В результате гидрогенолиза Pd(acac)2 образуется Pd-чернь. Далее температуру реакционной смеси понизить до 30°C и ввести субстрат - о-нитрохлорбензол. Восстановление водородом проводить при интенсивном перемешивании, исключающем протекание реакции в диффузионной области. Контроль за протеканием процесса осуществлять по падению давления водорода на манометре и анализируя пробы методом ГЖХ на хроматографе, снабженным капиллярной колонкой длиной 30 м (фаза - (фаза - 5% дифенил, 95% диметилполисилфениленсилоксан)) и пламенно-ионизационным детектором (ДИП) (табл.1).Example 1: A solution of Pd (acac) 2 (5 · 10 -5 mol, 0.01522 g) in 10 ml of DMF, placed in a duck-type reaction vessel, heated to 80 ° C and stirred in a hydrogen atmosphere for 10 min. As a result of the hydrogenolysis of Pd (acac) 2 , Pd black is formed. Next, lower the temperature of the reaction mixture to 30 ° C and introduce the substrate, o-nitrochlorobenzene. Hydrogen reduction is carried out with vigorous stirring, which excludes the reaction in the diffusion region. The process can be monitored by a drop in the hydrogen pressure on the manometer and analyzing the samples by GLC on a chromatograph equipped with a 30 m long capillary column (phase - (phase - 5% diphenyl, 95% dimethylpolysilphenylene siloxane)) and a flame ionization detector (DIP) (table .one).

Пример 2: К раствору Pd(acac)2 (5·10-5 моль, 0.01522 г) в 9 мл ДМФА, помещенному в реакционный сосуд типа «утка», в токе водорода прикапать 1 мл раствора белого фосфора в бензоле, содержащего 1.5·10-5 моль белого фосфора (расчеты даны на атомарную форму фосфора). Реакционную смесь перемешивать в течение 5 мин при комнатной температуре. Затем сосуд закрыть тефлоновой пробкой с резиновой прокладкой, создать давление водорода 1 избыточная атмосфера, нагреть до 80°C и перемешивать реакционную смесь в течение 10-15 мин до образования раствора темно-коричневого цвета. Далее температуру реакционной смеси понизить до 30°C и ввести о-нитрохлорбензол. Восстановление водородом проводить при интенсивном перемешивании, исключающем протекание реакции в диффузионной области. Контроль за протеканием процесса осуществлять по падению давления на манометре и анализируя пробы методом ГЖХ на хроматографе, снабженным капиллярной колонкой длиной 30 м (фаза - (фаза - 5% дифенил, 95% диметилполисилфениленсилоксан)) и пламенно-ионизационным детектором (ДИП). Состав интермедиатов и продуктов восстановления о-нитрохлорбензола идентифицирован методом хроматомасс-спектрометрии на масс-спектрометре GCMS-QP-2010 («Shimadzu», Япония). Селективность по о-хлоранилину рассчитывать по уравнению:Example 2: To a solution of Pd (acac) 2 (5 · 10 -5 mol, 0.01522 g) in 9 ml of DMF placed in a duck-type reaction vessel, add 1 ml of a solution of white phosphorus in benzene containing 1.5 · in a stream of hydrogen 10 -5 mol of white phosphorus (calculations are given for the atomic form of phosphorus). Stir the reaction mixture for 5 minutes at room temperature. Then close the vessel with a Teflon stopper with a rubber gasket, create a hydrogen pressure of 1 excess atmosphere, heat to 80 ° C and stir the reaction mixture for 10-15 minutes until a dark brown solution forms. Next, lower the temperature of the reaction mixture to 30 ° C and introduce o-nitrochlorobenzene. Hydrogen reduction is carried out with vigorous stirring, which excludes the reaction in the diffusion region. The process can be monitored by the pressure drop on the manometer and analyzing the samples by GLC on a chromatograph equipped with a 30 m long capillary column (phase - (phase - 5% diphenyl, 95% dimethylpolysilphenylene siloxane)) and a flame ionization detector (DIP). The composition of the intermediates and reduction products of o-nitrochlorobenzene was identified by chromatography-mass spectrometry on a GCMS-QP-2010 mass spectrometer (Shimadzu, Japan). Selectivity for o-chloroaniline calculated by the equation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где CXA - концентрация о-хлоранилина; C0(НХБ) и C(НХБ) - начальная и текущая концентрация о-нитрохлорбензола (табл. 1).where C XA is the concentration of o-chloroaniline; C 0 (HCB) and C (HCB) are the initial and current concentrations of o-nitrochlorobenzene (Table 1).

Примеры 3-6: Данные примеры иллюстрируют влияние соотношения P/Pd на селективность палладиевого катализатора восстановления о-нитрохлорбензола до о-хлоранилина и частоту оборотов (TOF) палладийсодержащих наночастиц, формируемых в системе на основе Pd(acac)2 - nP (табл. 1). Процедура проведения опытов аналогична примеру 2.Examples 3-6: These examples illustrate the effect of the P / Pd ratio on the selectivity of the palladium catalyst for the reduction of o-nitrochlorobenzene to o-chloroaniline and the rotational speed (TOF) of palladium-containing nanoparticles formed in the system based on Pd (acac) 2 - nP (Table 1 ) The procedure for conducting experiments is similar to example 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

Примеры 7-9: Данные примеры иллюстрируют влияние температуры восстановления о-нитрохлорбензола водородом в присутствии палладийсодержащих наночастиц, формируемых в системе на основе Pd(acac)2 - 0.3 Р, на селективность по о-хлоранилину и каталитическую активность (табл. 2). Процедура проведения опытов аналогична примеру 2.Examples 7-9: These examples illustrate the effect of the reduction temperature of o-nitrochlorobenzene with hydrogen in the presence of palladium-containing nanoparticles formed in a system based on Pd (acac) 2 - 0.3 P on o-chloroaniline selectivity and catalytic activity (Table 2). The procedure for conducting experiments is similar to example 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Примеры 10-12: Данные примеры иллюстрируют влияние температуры восстановления о-нитрохлорбензола в присутствии палладийсодержащих наночастиц, формируемых в системе на основе Pd(acac)2 - 0.7 Р, на их селективность по о-хлоранилину и частоту оборотов (табл. 3). Процедура проведения опытов аналогична примеру 2.Examples 10-12: These examples illustrate the effect of the reduction temperature of o-nitrochlorobenzene in the presence of palladium-containing nanoparticles formed in a system based on Pd (acac) 2 - 0.7 P on their selectivity for o-chloroaniline and speed (Table 3). The procedure for conducting experiments is similar to example 2.

Figure 00000005
Figure 00000005

Примеры 13-16 иллюстрируют влияние природы ацидолиганда в прекурсоре PdX2 на селективность каталитической системы PdCl2 - 0.3 Р по о-хлоранилину при восстановлении о-нитрохлорбензола водородом и частоту оборотов палладиевого катализатора в мягких условиях (табл. 4). Процедура проведения опытов следующая.Examples 13-16 illustrate the influence of the nature of the acidoligand in the PdX 2 precursor on the selectivity of the PdCl 2 - 0.3 P catalytic system for o-chloroaniline during the reduction of o-nitrochlorobenzene with hydrogen and the palladium catalyst speed under mild conditions (Table 4). The experimental procedure is as follows.

К раствору PdCl2 (5.10-5 моль, 0.0087 г) в 9 мл ДМФА, помещенному в сосуд Шленка, в атмосфере аргона прикапать 1 мл раствора белого фосфора в бензоле и перемешать в течение 5 мин при комнатной температуре. Затем реакционную смесь перенести в термостатируемый сосуд типа «утка», закрыть сосуд тефлоновой пробкой с резиновой прокладкой, создать давление водорода 1 избыточная атмосфера и перемешать в течение 5 мин при температуре 30°C. После формирования катализатора ввести субстрат (о-нитрохлорбензол, 0.5 мл). Восстановление проводить при интенсивном перемешивании, исключающем протекание реакции в диффузионной области. Контроль за протеканием процесса осуществлять по падению давления на манометре и анализируя пробы методами ГЖХ и хроматомасс-спектрометрией.To a solution of PdCl 2 (5.10 -5 mol, 0.0087 g) in 9 ml of DMF placed in a Schlenk vessel, add 1 ml of a solution of white phosphorus in benzene in an argon atmosphere and mix for 5 min at room temperature. Then transfer the reaction mixture to a temperature-controlled duck-type vessel, close the vessel with a Teflon stopper with a rubber gasket, create a hydrogen pressure of 1 excess atmosphere and mix for 5 minutes at a temperature of 30 ° C. After the formation of the catalyst, introduce the substrate (o-nitrochlorobenzene, 0.5 ml). The recovery is carried out with vigorous stirring, excluding the reaction in the diffusion region. Monitoring the progress of the process is carried out by the pressure drop on the manometer and analyzing the samples by GLC and gas chromatography-mass spectrometry.

Figure 00000006
Figure 00000006

Предлагаемый способ получения о-хлоранилина путем восстановления о-нитрохлорбензола молекулярным водородом в присутствии палладийсодержащих наночастиц, модифицированных элементным фосфором, характеризуется более высокой селективностью катализатора по целевому продукту - о-хлоранилину при проведении процесса в мягких условиях (при комнатной температуре и давлении водорода 1 изб. атм).The proposed method for producing o-chloroaniline by reduction of o-nitrochlorobenzene with molecular hydrogen in the presence of palladium-containing nanoparticles modified with elemental phosphorus is characterized by a higher selectivity of the catalyst for the target product - o-chloroaniline during the process under mild conditions (at room temperature and a hydrogen pressure of 1 h. atm).

Claims (2)

1. Способ получения о-хлоранилина путем каталитического восстановления о-нитрохлорбензола молекулярным водородом в присутствии модифицированных палладийсодержащих наночастиц в жидкой дисперсионной среде в интервале температур 30-80°C (303-353 К) и давлении водорода 1 изб. атм, отличающийся тем, что в качестве прекурсора палладиевого катализатора используют бис(ацетилацетонат) палладия; в качестве модифицирующей добавки - элементный фосфор при следующем соотношении компонентов: бис(ацетилацетонат) палладия/фосфор = от 1:0.3 до 1:2; а в качестве жидкой дисперсионной среды - N,N-диметилформамид.1. A method of producing o- chloroaniline by catalytic reduction of o- nitrochlorobenzene with molecular hydrogen in the presence of modified palladium-containing nanoparticles in a liquid dispersion medium in the temperature range 30-80 ° C (303-353 K) and a hydrogen pressure of 1 h. atm, characterized in that palladium bis (acetylacetonate) palladium is used as a precursor of the palladium catalyst; as a modifying additive, elemental phosphorus in the following ratio of components: bis (acetylacetonate) palladium / phosphorus = from 1: 0.3 to 1: 2; and as a liquid dispersion medium, N, N-dimethylformamide. 2. Способ получения о-хлоранилина путем каталитического восстановления о-нитрохлорбензола молекулярным водородом в присутствии модифицированных палладийсодержащих наночастиц в жидкой дисперсионной среде при температуре 30°C (303 К) и давлении водорода 1 изб. атм, отличающийся тем, что в качестве прекурсора палладиевого катализатора используют дихлорид палладия; в качестве модифицирующей добавки - элементный фосфор при следующем соотношении компонентов: дихлорид палладия/фосфор = от 1:0.15 до 1:1; а в качестве жидкой дисперсионной среды - N,N-диметилформамид. 2. A method of producing o- chloroaniline by catalytic reduction of o- nitrochlorobenzene with molecular hydrogen in the presence of modified palladium-containing nanoparticles in a liquid dispersion medium at a temperature of 30 ° C (303 K) and a hydrogen pressure of 1 h. atm, characterized in that palladium dichloride is used as a precursor of the palladium catalyst; as a modifying additive, elemental phosphorus in the following ratio of components: palladium dichloride / phosphorus = from 1: 0.15 to 1: 1; and as a liquid dispersion medium, N, N-dimethylformamide.
RU2014118722/04A 2014-05-07 2014-05-07 Method of producing o-chloroaniline (versions) RU2556222C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014118722/04A RU2556222C1 (en) 2014-05-07 2014-05-07 Method of producing o-chloroaniline (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014118722/04A RU2556222C1 (en) 2014-05-07 2014-05-07 Method of producing o-chloroaniline (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2556222C1 true RU2556222C1 (en) 2015-07-10

Family

ID=53538723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014118722/04A RU2556222C1 (en) 2014-05-07 2014-05-07 Method of producing o-chloroaniline (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2556222C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606394C1 (en) * 2015-10-02 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" Method of producing o-chloroaniline

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0842920A2 (en) * 1996-11-19 1998-05-20 Novartis AG Process for the production of aromatic halogen-amino compounds
RU2323776C2 (en) * 2006-06-05 2008-05-10 ГОУ ВПО Иркутский государственный университет Palladium hydrogenation catalyst and method to manufacture thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0842920A2 (en) * 1996-11-19 1998-05-20 Novartis AG Process for the production of aromatic halogen-amino compounds
RU2323776C2 (en) * 2006-06-05 2008-05-10 ГОУ ВПО Иркутский государственный университет Palladium hydrogenation catalyst and method to manufacture thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.LIANG et al., Palladium nanoparticle microemulsions: Formation and use in catalytic hydrogenation of o-chloronitrobenzene, CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 2010, vol.165, pp.709-713. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606394C1 (en) * 2015-10-02 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" Method of producing o-chloroaniline

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Della Pina et al. Gold-catalyzed oxidation in organic synthesis: a promise kept
Tran-Thuy et al. Spectroscopic studies of how moisture enhances CO oxidation over Au/BN at ambient temperature
KR20020025731A (en) Catalyst for the hydrogenation of aromatic nitro compounds
KR101578071B1 (en) Preparation method of high dispered novel metal catalyst
US20200001370A1 (en) Multicomponent solid solution microparticles and method for producing same, and catalyst
Moore et al. Rapid aqueous ‘click chemistry’using Cu (I)-loaded dendrimers as macromolecular catalysts
KR20190091280A (en) Substances containing isolated precious metal atoms that are stable in solution
RU2556222C1 (en) Method of producing o-chloroaniline (versions)
Demidova et al. Promoting effect of alcohols and formic acid on Au-catalyzed one-pot myrtenol amination
Koutsopoulos et al. Synthesis and characterization of supported Pt and Pt alloys nanoparticles used for the catalytic oxidation of sulfur dioxide
Samanta et al. Direct oxidation of H2 to H2O2 over Pd/Ga2O3 catalyst under ambient conditions: Influence of halide ions added to the catalyst or reaction medium
JP2021030117A (en) Agent for improving activity of catalyst for methanol synthesis
Meric et al. Pressure-dependent product distribution of citral hydrogenation over micelle-hosted Pd and Ru nanoparticles in supercritical carbon dioxide
JP7185214B2 (en) Hydrogenation catalyst for hydrogenation of amide compound and method for producing amine compound using the same
Reetz et al. Chemoselective reduction of halo-nitro aromatic compounds by β-cyclodextrin-modified transition metal catalysts in a biphasic system
KR101404597B1 (en) Nitrate reduction by maghemite supported Cu-Pd bimetallic catalyst
JP2012143742A (en) Selective contact reduction catalyst, method for producing the same, and selective hydrogenation contact reduction method using the catalyst
RU2606394C1 (en) Method of producing o-chloroaniline
JP2000281631A (en) Method for catalytic hydrogenation of dinitrotoluene, and catalyst
Bai et al. Solvent-free selective hydrogenation of o-chloronitrobenzene to o-chloroaniline over alumina supported Pt nanoparticles
Teevs et al. Model study on the aqueous-phase hydrodechlorination of clopyralid on noble metal catalysts
Faria et al. Iridium nanoparticles supported in polymeric membranes: a new material for hydrogenation reactions
WO2020050160A1 (en) Hydrogenation catalyst for use in hydrogenating amide compound and method for producing amine compound using same
Trammell et al. Photo-enhanced hydrolysis of bis (4-nitrophenyl) phosphate using Cu (II) bipyridine-capped plasmonic nanoparticles
Contreras et al. Effect of support and second metal in catalytic in-situ generation of hydrogen peroxide by Pd-supported catalysts: application in the removal of organic pollutants by means of the Fenton process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160508