SE513222C2 - Sätt att framställa dinitrometansalter - Google Patents

Description

20 25 30 35 513 222 2 eller \N-;< .......... ..[3] X1 och tautomerer därav, där X, och X2 är lika eller olika och valda ur en grupp bestå- ende av =O, =S, -OH, -SH, halogen, =H-OH, -NH2, -NH-R där R=a|kyl och k; är vald ur en grupp bestående av -H, alkyl, -N02, =O, =S, -OH, -SH, -N3, -CN, -CNO, -NCO, -CHO, -COOH, -COOR', -C(O)-R', -C(S)-R', -C(O)-S-R', -C(S)-S-R', -C(O)-N(R')-R" där R' och R" är alkyl eller aryl, med ett nitrerrnedel för att bilda en gem-dinitroförening innehållande strukturele- mentet 02N N02 .......... ..[4] .... ø' i den heterocykliska ringstrukturen; hydrolysering av nämnda gem-dinítroförening i ett vattenhaltígt medium för att avspjälka dinitrometan, och neutralisering av nämnda dinitrometan med ett neutraliserande agens för att bilda motsvarande dinitrometansalt.

Lämpliga utgàngsföreningar är t.ex barbitursyra HN NH .......... ..[5] 4,S-dihydroxy-Z-metylpyrimidin .......... ..[6] och 10 15 2D 25 30 35 513 222. 1,2,4-triaz0|-5-0n Vid nitreringen används ett konventionellt nitrersystem bestående av salpetersyra eller salpetersyra och/eller nitratsalter i kombination med en annan syra. l första hand föredras salpetersyra/svavelsyra (HNO3/H2SO4) men andra tänkbara nitrersy- ror är salpetersyra/perklorsyra (HNOa/HCIOJ, salpetersyra/fosforsyra (HNO3/H¿A,PO4), salpetersyra/difosforpentoxid (HNO3/P2O5), salpetersyra/åttiksyra, salpetersyra/ättiksyraanhydrid, salpetersyra/trifluorättiksyra och salpeter- syra/trifluorättiksyraanhydrid.

Nitreringen utföres vid låg temperatur, t.ex. -20-+50°C, och med en moderat acidi- tet hos nitrersystemet, t.ex 70-100%ig salpetersyra och 70-100%ig svavelsyra.

Under dessa förhållanden bildas i reaktionsblandningen en produkt som innehåller strukturelementet [4]. Beroende på utgångsförening och använd nitrersyra kan temperatur och aciditet behöva justeras för att ge optimalt utbyte av produkten.

Speciellt goda resultat har erhållits med salpetersyra (90-100%) och svavelsyra (90- 100%), en temperatur av 10-50°C och ett lmolärt förhållande mellan salpetersyra och substrat på 2,0-6,0:1, företrädesvis 2,0-3,0:1.

Beroende på om den bildade gem-dinitoprodukten [4] är löslig i nitreringsbland- ningen eller inte utförs den fortsatta processen på lite olika sätt.

När gem-dinitroprodukten [4] bildar en fällning i nitreringsblandningen kan produk- ten enkelt avskiljas, lösas i ett vattenhaltigt medium och hydrolyseras med vatten, eventuellt efter tillsats av lämplig bas. Wd hydrolysen avspjälkas dinitrometan som med tillsatt neutraliserande agens ger motsvarande dínitrometansalt. För vissa utgångsföreningar hydrolyserar produkten [4] spontant och avspjälkar dinitrometan när den löses i vatten. En andra fällning kan därvid bildas som härrör från den res- terande delen av produkten [4. Denna andra fällning avskiljs från vattenlösningen innan det neutraliserande agenset tillsätts." Vid tillsatsen av bas kan salter av dinitrometanjonen erhållas antingen som löst salt eller fast fällning beroende på de 10 15 20 25 30 35 513 22.2 4 bildade saltemas löslighet i vatten. När en fällníng bildas kan den lätt avskiljas och vid behov renas genom omkristallisation.

Vattenlösliga dinitrometansalter kan t.ex. separeras från övriga salter i blandningen genom ett den bringas i kontakt med ett adsorptionsmedel som adsorberar dinitro- metansaltet. Lämpliga adsorptíonsmedel är aktivt kol, kiselgel och zeoliter. Dinitro- metansalter har en högre affinitet till dessa adsorptionsmedel än t.ex. nitrater, sulfa- ter etc i den neutraliserade vattenlösningen. Adsorptionsmaterialet är lämpligen anordnat l en kolonn genom vilken vattenlösningen leds. Dinitrometansaltet kan därefter elueras med varmvatten och/eller ett polärt organiskt lösningsmedel, t.ex. aceton, 2-propanol, acetonitil, metanol, etanol, och utkristalliseras genom indunst- ning av elueringsmedlet.

Fri dinitrometan i vattenlösning kan även extraheras med ett lämpligt organiskt lös- ningsmedel, t.ex. etyleter, diklormetan etc., varefter det neutraliserande agenset sätts till den erhållna organfasen för utfällning av motsvarande dinitrometansalt.

I de fall då produkten [4] inte faller ut som en fast förening utan stannar i lösning, kan hela nitreringsblandningen spädas med vatten, och ev. neutraliseras, för att hydrolysera och spjälka produkten [4]. Lösningen kan därefter surgöras med lämp- lig syra för att överföra all dinitrometan i fri form, varefter dinitrometanen extraheras med ett organiskt lösningsmedel. Den erhållna organfasen neutraliseras därefter med ett neutraliserande agens och motsvarande dinitrometansalt faller ut.

Som neutraliserande agens används en organisk eller oorganisk bas. Lämpliga neutraliserande agens som kan användas âr ammoniak NH3, hydrazin N2H4, en pn- mär amin RNHz, en sekundär amin RR'NH eller ett salt AX där A är en metalljon eller en kväveinnehållande katjon och X är fluorid-, klorid-, hydroxyl-, karbonat-, alkoxid- eller karbonyl-jon. R och R' i aminema kan vara lika eller olika och utgöra alkylgrupper med 1-6 kolatomer.

De respektive neutraliseringsreaktionema kan åskådliggöras med följande reaktionsformlen Hzcmoz), + NH, -----> Niipci-KNOZ), + N2H4 """""""> N2H5+ íl 10 15 20 25 30 513 222 5 Hzcruoz), + RNH2 Hzcruoz), + RRNH Hzcrrvogz + Ax > RrvHgcHruogz > RRwrrg-cruuogz > rvcr-unoz), Metalljoner som kan utgöra A i saltet AX inkluderar en-, två- och trevärda metalljo- ner som bildar lösliga salter med fluorid-, klorid-, hydroxyl-, karbonat-, alkoxid- eller karbonyl-joner. Typiska metaller inkluderar alkalimetaller Li, Na, K, Rb och Cs; jordalkalimetaller Be, Ca, Ba, Sr och Mg; grupp lb-metaller Cu, Ag och Au; grupp llb-metaller Zn, Cd och Hg; grupp lll-metallerAl, Sc, Y, Ga, ln och Lantanidsenens element 57-71; grupp IV-metaller Ti, Zr, Hf, Ge och Sn; grupp V-metaller V, Nb och Ta; grupp Vl-metaller Cr, Mo och W: grupp Vlla-metaller Mn,Tc och Re; och grupp Vlll-metaller Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, lr och Pt. Föredragna metaller är Li, Na, K, se och Mg, speciellt K. i När A är en kväveinnehållande katjon kan den utgöras av en jon med formeln (R",(H,,,N,,)*=, där n=1-8, k=O till 2+n+z, z-š1 till n, m=2+n+z-k och R" är en rak eller grenad alkyl med 1-6 kolatomer. Exempel på sådana joner inkluderar NH4*, CH3NH3*, (CH3)2NH2*, (CH3)3NH*, (CH3)4N*, CzHsNHaf, (C2H5)2NH2*, (C2H5)3NH*, (C2H5)4N*, (C2H5)(CH3)NH2*, (C2H5)(CH3)¿NH*, (C2H5)2(CH3)2N*, (C3H7)4N*, (C4H9)4N*, N2H5*, CHsNzHj, (CH3)2N2H3*, (CH3)3N2H2*, (CH3)4N2H*, (CHgsNzf, etc.

A kan även utgöras av en kuban-1 A-bisammoniumjon; kuban-1,2,4,7-tetraammo- niumjon; kuban-1,3,5,7-tetraammoniumjon; kuban-1,2,3,4-tetraammoniumjon; kuban-1,2,3,4,7-pentaammoniumjon; kuban-1,2,4,6,8-penatammoniumjon; guanídium (C(NH2)3*); triaminoguanidinium (C(N2H3)3*); guanylureajon (H2NC(=NH)NHCONH3*); nitronium (NO2*); nitrosonium (NO*) eller en 1-10000 kvävepolymer av etylenimin. uppfinningen skall i det följande belysas med exempel.

Exempel 1. a) Nitrering. 10 15 20 25 30 35 513 222 6 6 g barbitursyra [4] löstes i 40 ml 95% H2SO4 . Salpetersyra (8,5 g 100%) tillsattes.

Temperaturen hölls vid ca. 40°C. En produkt började falla ut efter 30 minuter och efter 3-4 timmar filtrerades den av. Fällningen tvâttades med trifluorättiksyra och torkades under vakuum. Utbytet blev 80%. Fällningen bestod av en gem-dinitro- förening med formeln O2N N02 O HN NH .......... ..[8] O Den kvarvarande syrablandningen kunde återanvändas för fömyad nitrering genom tillsats av ytterligare barbitursyra och eventuell ”make up” av oleum.

Nitreringen enligt a) upprepades ett flertal gånger vid temperaturer mellan 0 och 50 °C och med mindre överskott av salpetersyra (ner till 3,0 g 100% HNOg). I samtliga fall erhölls en fällning av gem-dinitroföreningen [8]. b) Neutralisation. 3,3 g av produkten [8] från nitreringen löstes i vatten och is (30 ml) och lösningen neutraliserades med en 20%ig KOH lösning. Blandningen värrndes därefter till 80°C under 2 timmar. Kaliumdinitrometan, KCH(NO2)2, föll ut vid kylning till rumstempera- tur och omkristalliserades därefter för att rena saltet från sulfater. Utbytet blev 70%.

Neutralisationen kunde följas med hjälp av UV-spektroskopi. Startmaterialet (gem- dinitroföreningen [8]) absorberar vid 200, 310 och 358 nm och produkten, KCH(NO2)2, vid 363 nm.

Exempel 2. 3,0 g av gem-dinitroföreningen [8] från nitrering enligt exempel 1 löstes i vatten och is (30 ml) och lösningen neutraliserades med en 25%ig ammoniaklösning. Bland- ningen värmdes till 80°C under 1,5 timmar. Ammoniumdinitrometan, NH4CH(NO2)2 , föll ut. Utbytet blev 62%.

Exempel 3. qi 10 513 222 7 4,6-dihydroxy-Z-metylpyrimidin [6] (7 g) löstes i svavelsyra (30 ml 95-100%).

Blandningens temperatur steg till 40°C och kyldes i ett vattenbad till 4°C. Rykande salpetersyra (11,8 ml) tillsattes därefter under 10 minuter. Temperaturen i reak- tionsblandningen hölls under denna tillsats vid 4-10°C. Reaktionsblandníngen fick därefter anta rumstemperatur. Under reaktionen bildades en fällning av en gem- dinitroförening och efter 2 timmar avbröts reaktionen genom att denna fällning filtre- rades av. Fällningen sattes till en blandning av 100 g vatten och 100g is under omröming. Vid tillsatsen utvecklades gasoch efter en timme bildades en andra fällning. Denna andra fällning filtrerades 'av och bestod av 1,1-diamino-2,2-dinitro- etylen (6,7 g). Filtratet extraherades med 3x6O ml etyleter. Eterfasen sattes till en lösning bestående av kaliumhydroxid (3 g) i etanol (50 ml). Kaliumdinitrometan föll då ut, filtrerades av och omkristalliserades i 50 ml vatten. Utbyte 6,2 g.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 515 222 Patentkrav:

1. Sätt att framställa salter av dinitrometan kännetecknat av nitrering av en heterocyklisk förening med den allmänna formeln N\(N ............[1] .......... _12] eller /\ N NH \ »J-__ X1 .......... ..[3] och tautomerer därav, där X, och X2 är lika eller olika och valda ur en grupp bestå- ende av =O, =S, -OH, -SH, halogen, =H-C l-l, -NH2, -NH-R där R=alkyl och X3 är vald ur en grupp bestående av -H, alkyl, -NO2, =O, =S, -OH, -SH, -N3, -CN, -CNO, -NCO, -CHO, -COOH, -COORfl -C(O)-R', -C(S)-R', -C(O)-S-R', -C(S)-S-R', -C(O)-N(R')-R" där R' och R" är alkyl eller aryl, med ett nitrennedel för att bilda en gem-dinitroförening innehållande stmkturele- mentet OZN N02 .......... \_.-' iden heterocykliska ringstrukturen; hydrolysering av nämnda gem-dinitroförening i ett vattenhaltigt medium för att avspjälka dinitrometan, och 10 15 20 25 30 35 -513 222 9 neutralisering av nämnda dinitrometan med ett neutraliserande agens för att bilda motsvarande dinitrometansalt.

2. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att den heterocykliska föreningen är barbitur- syra.

3. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att den heterocykliska föreningen är 4,S-dihydroxy-Z-metylpyrimidin.

4. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att den heterocykliska föreningen är triazolon.

5. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att nitrerrnedlet är valt ur en grupp bestående av salpetersyra, salpetersyra/svavelsyra (HNO3/H2SO4), salpetersyra/perklorsyra (HNO3IHCIO4), salpetersyra/fosforsyra (HNO3/H3PO4), salpetersyra/difosforpentoxid (HNOa/PZOS), salpetersyra/åttiksyra, salpetersyra/ättiksyraanhydrid, salpeter- syra/trifluorättiksyra och saIpetersyra/trifluorättiksyraanhydrid.

6. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att nitreringen genomförs vid en temperatur av -20-4-50°C.

7. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att nämnda dinitrometan extraheras från det vattenhaltiga mediet med ett organiskt lösningsmedel och att nämnda neutralisation genomförs i det organiska lösningsmedlet.

8. Sätt enligt krav 7 kännetecknat av att det organiska lösningsmedlet är etyleter.

9. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att neutralisationen genomföres i vattenlösning och att dinitrometansaltet separeras från nämnda vattenlösning medelst ett adsorp- tionsmedel som adsorberar dinitrometansaltet.

10. Sätt enligt krav 9 kännetecknat av att adsorptionsmedlet är valt ur en grupp bestående av aktivt kol, kiselgel och zeoliter.

11. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att nämnda neutraliseande agens är valt ur en grupp bestående av ammoniak, hydrazin, en primär amin med formeln RNHZ, en sekundär amin med formeln RR'NH och ett salt med formeln AX, där R och R'är 513 222 10 lika eller olika alkylgrupper med 1-6 kolatomer och A år en metallkatjon eller en kväveinnehållande katjon och X är en anjon vald ur en grupp bestående av fluorid, klorid, hydroxyl, karbonat, alkoxid och karboxyl.

12. Sätt enligt krav 11 kännetecknat av att det neutraliserande agenset är en alkalimetallhydroxid eller en jordalkalimetallhydroxid.

13. Sätt enligt krav 12 kännetecknat av att alkalimetallhydroxiden är kaliumhydroxid. ~m 1!