способ получения солей галогенсульфофталевых кислот

Формула изобретения

Способ получения солей галогенсульфофталевых кислот путем сульфирования галогензамещенных ароматических соединений с последующей нейтрализацией избытка серной кислоты, отличающийся тем, что в качестве галогензамещенного ароматического соединения используют 4-галогенфталимиды общей формулы



где Hal - Cl, Br,

сульфирование проводят 20 - 30%-ным олеумом при температуре 200 - 210^oC в течение 6 - 7 ч, а выделение целевого продукта проводят путем перевода полученной при нейтрализации кальциевой соли в соответствующую соль галогенсульфофталевой кислоты непосредственно после нейтрализации избытка серной кислоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению солей к получению солей галогенсульфофталевых кислот, являющихся исходными продуктами для синтеза тетрагалогентетрасульфофталоцианинов, которые могут быть использованы в качестве катализаторов ряда окислительно-восстановительных процессов [Симонов А.Д., Кундо Н.Н., Мамаева Е.К. и др. Каталитическая активность хлорированных производных сульфофталоцианина кобальта в реакциях окисления сероводорода и меркаптанов. //Журнал прикл. химии. -1977.- Т.50.- N 2.- С. 307-311], красителей [Химия синтетических красителей. Т.5 / Под ред. Венкатарамана К. Пер. с англ. Л.: Химия. -1977. - 432 с.] и в других областях науки и техники [Fukushima K., Tabata К. , Okura I. Photochemical properties of water-soluble fluorinated zink phthalocyanines and their photocytoxicity against // J. Porphyrins and Phthalocyanines. -1998.- Vol. 2.- N 3.- P. 219-222]. Так, хлорированные сульфозамещенные фталоцианина кобальта, содержащие в молекуле одновременно хлор- и сульфогруппы, обладают высокой каталитической активностью в реакциях окисления сероводорода и меркаптанов [Симонов А.Д., Кундо Н.Н., Мамаева Е.К. и др. Каталитическая активность хлорированных производных сульфофталоцианина кобальта в реакциях окисления сероводорода и меркаптанов. //Журнал прикл. химии. -1977. - Т. 50.- N 2.- С. 307-311]. Бифункциональные галогенсульфозамещенные фталоцианиновые красители должны сочетать положительные качества отдельно галоген- и сульфозамещенных, в частности растворимость в воде и других полярных растворителях и высокую светопрочность [Химия синтетических красителей. Т. 5 / Под ред. Венкатарамана К. Пер. с англ. Л.: Химия.- 1977. -432 с.]. Кроме того, использование солей галогенсульфофталевых кислот позволяет получить соответствующие замещенные фталоцианины с более определенным числом и местом положения функциональных заместителей по сравнению с галогенсульфофталоцианинами, полученными сульфированием тетрагалогензамещенных фталоцианинов [Майзлиш В. Е., Мочалова Н.Л., Снегирева Ф.П., Бородкин В.Ф. Синтез и спектральные свойства сульфокислот макрогетероциклических соединений и их металлокомплексов. //Изв. вузов. Химия и хим.технология. -1986.- Т. 29. - N 1.- С. 3-20] или галогенированием тетрасульфофталоцианинов [Симонов А.Д., Кундо Н.Н., Мамаева Б.К. и др. Каталитическая активность хлорированных производных сульфофталоцианина кобальта в реакциях окисления сероводорода и меркаптанов. //Журнал прикл.химии. 1977.- Т. 50. - N 2.- С. 307-311].

Уровень техники

Известен единственный способ получения солей галогенсульфофталевых кислот, в частности, калиевой соли 4-хлор-5-сульфофталевой кислоты [Кейер Н.П., Мамаева Е.К., Кундо Н.Н., Глазнева Т.В. Исследование влияния природы лиганда на каталитические свойства хелатных комплексов переходных металлов и их полимеров. //Институт катализа СО АН СССР (лаборатория полупроводниковых катализаторов). Отчет за 1967 год. 34 с.], который заключается в сульфировании 4-хлор-o-ксилола концентрированной серной кислотой с последующей нейтрализацией избытка серной кислоты гидроксидом бария и окислением образующейся при нейтрализации бариевой соли 4-хлор-5-сульфо-o-ксилола перманганатом калия в кипящем водном растворе гидроксида калия.

Выход калиевой соли 4-хлор-5-сульфофталевой кислоты, учитывая все стадии процесса, в расчете на исходный 4-хлор-o-ксилол составляет около 10%.

Недостатками этого способа являются:

- низкий выход целевого продукта;

- достаточная сложность процесса из-за необходимости применения стадии окисления бариевой соли 4-хлор-5-сульфо-o-ксилола, требующей большого расхода дорогостоящего перманганата калия;

- наличие в целевом продукте катионов калия, что требует дополнительной очистки от них при использовании в дальнейших синтезах тетрахлортетрасульфофталоцианинов высокой степени чистоты.

Сущность изобретения

Изобретательской задачей является поиск более простого и экономичного способа получения солей галогенсульфофталевых кислот с высоким выходом.

Поставленная задача решена способом получения солей галогенсульфофталевых кислот путем сульфирования галогензамещенных ароматических соединений с последующей нейтрализацией избытка серной кислоты, в котором в качестве галогензамещенных ароматических соединений используют 4-галогенфталимиды общей формулы



где Hal=Cl, Br;

сульфирование проводят 20-30%-ным олеумом при температуре 200-210^oC в течение 6-7 часов, а выделение целевого продукта осуществляют путем перевода полученной при нейтрализации кальциевой соли в соответствующую соль галогенсульфофталевой кислоты непосредственно после нейтрализации избытка серной кислоты.

Полученные после сульфирования 4-галоген-5-сульфофталевые кислоты выделяли из кислого раствора нейтрализацией карбонатом кальция и последующей обработкой кальциевых солей, например, карбонатом аммония, в результате чего получали триаммонийные соли 4- галоген-5-сульфофталевых кислот. Выход, учитывая все стадии процесса, в пересчете на исходный 4-галогенфталимид составляет 82% (Hal=Cl) и 60% (Hal=Br). При обработке кальциевой соли другими карбонатами щелочных металлов получают соответствующие соли галогенсульфофталевых кислот.

Отличительными признаками заявляемого способа являются использование в качестве исходных галогензамещенных ароматических соединений 4-хлор- или 4-бромфталимидов, а также условия их сульфирования и выделения целевых продуктов.

Совокупность именно этих отличительных признаков позволила получить следующие преимущества:

- повысить выход целевых продуктов более чем в 6 раз;

- упростить процесс за счет исключения стадии окисления с использованием дорогостоящего перманганата калия;

- получить и триаммонийные соли, что позволяет при их дальнейшем использовании в синтезе соответствующих комплексов тетрагалогентетрасульфофталоцианинов высокой степени чистоты облегчить условия синтеза и очистки последних.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Исходные продукты получены известным способом [Родионов В.М., Богословский Б.М., Федорова А.М. Лабораторное руководство по химии промежуточных продуктов и красителей. Гос. н.-т. изд. хим. литературы. М.-Л.: 1948. - 212 с.] 4-хлорфталимид - из мононатриевой соли 4-хлорфталевой кислоты, а 4-бромфталимид - из монокалиевой соли 4-бромфталевой кислоты.

Пример 1. Триаммонийная соль 4-хлор-5-сульфофталевой кислоты.

5.5 г (0.03 моль) 4-хлорфталимида добавляют к 15 г 25%-ного олеума. Смесь нагревают до 210^oC в колбе, снабженной мешалкой, термометром и воздушным холодильником, в этом температурном режиме в течение 6 часов постепенно добавляют 10 г 25%-ного олеума. После охлаждения до комнатной температуры реакционную массу выливают в 100 г смеси воды со льдом. При этом сначала выпадает осадок, который при комнатной температуре почти полностью растворяется. Полученный кислый раствор отфильтровывают на фильтре Шотта и нейтрализуют карбонатом кальция до нейтральной среды и прекращения выделения углекислого газа. Осадок сульфата кальция отделяют фильтрованием. В фильтрат добавляют 4.8 г (0.05 моль) карбоната аммония и выдерживают в течение 3-х часов, а выпавший карбонат кальция отфильтровывают и фильтрат упаривают на водяной бане. Полученное вещество имеет светло-бежевый цвет, хорошо растворяется в воде и полярных растворителях. Выход: 8.2 г (82%). Т_разл. > 200^oC.

Найдено, %: C 28.7; H 4.5; N 13.0; Cl 10.9; S 9.4.

C₈H₁₄N₃O₇ClS

Вычислено, %: C 29.0; H 4.3; N 12.7; Cl 10.7; S 9.7.

В таблице 1 приведены результаты использования заявленного способа получения триаммонийной соли 4-хлор-5-сульфофталевой кислоты при различных температурно-временных и концентрационных режимах, но при одинаковых (как в примере 1) соотношениях исходных веществ.

Пример 7. Триаммонийная соль 4-бром-5-сульфофталевой кислоты.

Синтезирована по методике, аналогичной примеру 1, но при использовании в качестве исходного продуктов 6.78 г (0.03 моль) 4-бромфталимида. Полученный проект бежевого цвета хорошо растворяется в воде и полярных растворителях. Выход: 6.8 г (60%). Т_разл. > 200^oC.

Найдено, %: C 26.1; H 3.9; N 12.0; Br 20.7; S 8.3.

C₈H₁₄N₃O₇BrS

Вычислено, %: C 25.5; H 3.8; N 11.2; Br 21.2; S 8.5.

В таблице 2 приведены результаты использования заявленного способа получения триаммонийной соли 4-бром-5-сульфофталевой кислоты при различных температурно-временных и концентрационных режимах, но при одинаковых (как в примере 7) соотношениях исходных веществ.

Пример 13. Тетра-4-хлор-тетра-5-сульфофталоцианин меди.

1.99 г (6 ммоль) триаммонийной соли 4-хлор-5-сульфофталевой кислоты смешивают с 1.44 г (24 ммоль) мочевины, 0.18 г (1.8 ммоль) однохлористой меди и 0.03 г (0.15 ммоль) молибдата аммония. Тщательно перемешанные реагенты помещают в пробирку, расположенную вертикально в электрической печи сопротивления и выдерживают при перемешивании 90 минут при температуре 140-150^oC, 50 минут - при 170-180^oC, 75 минут - при 190-200^oC и 120 минут - при 210-220^oC. После охлаждения реакционную массу измельчают, промывают сначала 17%-ным, затем 5%-ным раствором соляной кислоты до бесцветных фильтратов. Осадок на фильтре растворяют в 0.5%-ном растворе гидроксида натрия и фильтруют. Фильтрат подкисляют концентрированным раствором соляной кислоты. При этом выпадает осадок тетра-4-хлор-тетра-5-сульфофталоцианина меди, который промывают 5-7%-ным раствором соляной кислоты и центрифугируют. Операцию промывки и центрифугирования повторяют несколько раз, пока в промывной жидкости (при нанесении ее капли на предметное стекло) не остается твердого остатка. Продукт сушат при температуре 80-90^oC, промывают этанолом в аппарате Сокслета до бесцветых экстрактов и сушат при 80-90^oC.

Тетра-4-хлор-тетра-5-сульфофталоцианин меди - порошок темно-синего цвета, хорошо растворяется в диметилформамиде, 0.5%-ной щелочи, концентрированной серной кислоте; ограниченно - в метаноле. Выход: 0.63 г (41%).

Найдено, %: C 36.8; H 1.4; N 10.1; Cl 14.5; S 12.2; Си 6.2.

C₃₂H₁₂N₈O₁₂Cl₄S₄Cu.

Вычислено, %: C 37.2; H 1.2; N 10.8; Cl 13.7; S 12.4; Cu 6.1.

ЭСП, _max, нм 676 пл., 602 (0.5% NaOH); 676, 610 сл. (ДМФА).

По методике, аналогичной примеру 13, могут быть получены тетра-4-галоген-тегра-5-сульфофталоцианины других металлов (Co, Ni и др.).