способ получения 3-бром-4-метиланилина

Формула изобретения

1. Способ получения 3-бром-4-метиланилина бромированием 4-нитротолуола бромом в присутствии железа с последующим восстановлением железом полученного 2-бром-4-нитротолуола в присутствии кислоты, отличающийся тем, что бромирование проводят при интенсивности перемешивания при Re 1500 2500, вводя бром под слой 4-нитротолуола, при 100 120^oС, затем восстанавливают полученный 2-бром-4-нитротолуол, постепенно добавляя бензольный раствор реакционной массы бромирования к суспензии железа в воде при температуре кипения смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты при восстановлении 2-бром-4-нитротолуола используют бромистый водород, присутствующий в реакционной массе бромирования 4-нитротолуола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения бромированных анилинов, в частности 3-бром-4-метиланилина, являющегося полупродуктом органического синтеза.

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.

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).

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.

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.

Выделенный 2-бром-4-нитротолуол восстанавливают в спиртовом растворе при кипячении в течение 9 часов после добавления железа.

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.

Задача предлагаемого изобретения создание более технологичного по сравнению с прототипом процесса получения 3-бром-4-метиланилина, осуществимого в промышленном масштабе.

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.

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).

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.

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.

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.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки, используя на стадии восстановления бензольный раствор реакционной массы бромирования без предварительного выделения 2-бром-4-нитротолуола.

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.

Обратный порядок прибавления компонентов, т.е. суспензии железа в воде к реакционной массе бромирования, технологически более сложен.

Получение более качественного 2-бром-4-нитротолуола на стадии бромирования связано с двумя факторами.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Полнота конверсии и 4-нитротолуола составляет 98% содержание 2-бром-4-нитротолуола 94,4% (ГЖХ).

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.

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.

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).

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, за исключением интенсивности перемешивания реакционной массы на стадии бромирования при 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.

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.

Пример 5 (сравнительный). Проводят только стадию бромирования 4-нитротолуола аналогично примеру 1, за исключением подачи брома в реактор, который добавляют над поверхностью реакционной масс.

Полнота конверсии 4-нитротолуола 80% содержание 2-бром-4-нитротолуола 76,8%

Проведение стадии восстановления нецелесообразно из-за низких показателей стадии бромирования.

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.

Полнота конверсии 4-нитротолуола 52% содержание 2-бром-4-нитротолуола 46%

Проведение стадии восстановления нецелесообразно из-за низких показателей стадии бромирования.