способ получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона

Формула изобретения

Способ получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона, включающий ацилирование диэтилмалоната ангидридом трифторуксусной кислоты в присутствии каталитических количеств металлического магния в автоклаве при (125±5°С) в течение 15 ч, перегонку реакционной массы, дигидратацию и выделение целевого продукта.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области органической химии и касается способа получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона, являющегося исходным соединением для получения хелатов металлов, полифторированных гетероциклических соединений: пиразолов, изоксазолов, пиримидинов и т.п.

1,1,1,5,5,5-Гексафторацетилацетон получают различными способами, среди которых наиболее часто используемым является конденсация этилтрифторацетата с трифторацетоном в эфирных растворителях в присутствии щелочных металлов, их гидридов или алкоголятов [H.Gilman, R.G. Jones, E. Bindschadler et. al., J. Am. Chem. Soc., V.78, N 12, 2790-2792 (1956). A.L.Henry, M.S.Newman, L.L.Quill, R.A.Staniforth, J. Am. Chem. Soc., V. 69, N 7, 1819-1820 (1947); US 6384286; B2; 07.05.2002; US 6392101; B2; (2002); US 6393101; B2; 21.05.2002; US 20010034462; A1; 20/10.2001; US 20020010373; A1; 24.01.2002]:

B=Na, K, AlkO^-, H^-

Также известен способ получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона дигидратацией дикетона действием двух эквивалентов воды в присутствии каталитических количеств щелочи [E.V.Dikarev, H.Zhang, В.Li; Angew. Chem., Int. Ed; V. 45, N 33, 5448-5451 (2006)].

Известен способ получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона путем аммонолиза перфторпентан-2-ена с последующим кислым гидролизом продукта аммонолиза (О.Е.Петрова, М.А.Курыкин. Изв. РАН, сер. хим., N 1, стр.149-150 (2001)):

Согласно этому способу дигидрат 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона получают в две стадии. На первой стадии 23.5 г (0.1 моль) 3H-перфторпент-2-ена, растворенного в 200 мл ацетона, обрабатывают 39 г (0.57 моль) 25% водного аммиака при 2-5°С в течение 1 часа. Реакционную массу после обработки перегоняют, получают 19.3 г (87%) 2-амино-3-гидро-4-иминоперфторпент-ена. На второй стадии продукт аммонолиза кипятят 3 часа с 60 мл концентрированной соляной кислоты. Продукт экстрагируют серным эфиром, экстракт сушат над сульфатом магния, растворитель отгоняют. Получают 19.2 г (79%) дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона. Суммарный выход дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона в расчете на 3H-перфторпент-2-ен составляет 69%.

Недостатком способа является трудная доступность, дороговизна исходного перфторалкена, использование в качестве растворителей и экстрагентов пожароопасных ацетона и серного эфира, большое количество органических и неорганических отходов, низкий выход целевого продукта - дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона.

Наиболее близким аналогом прелагаемого способа является способ, описанный в [US 6392101; В2; (2002)], в котором дигидрат 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона получают следующим образом. В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 0.5 л, снабженную термометром, капельной воронкой и обратным холодильником, загружают 34.6 г (0.64 м) метилата натрия и 240 мл t-бутилметилового эфира. К полученной суспензии при перемешивании на магнитной мешалке в течение 30 мин при температуре не выше 30°С добавляют по каплям раствор 71.7 г (0.64 м) 1.1.1 -трифторацетона и 90.9 г (0.64 м) этилтрифторацетата в 120 мл t-бутилметилового эфира. После добавления раствора реакционную смесь перемешивают 4 часа при 40°С. Затем растворитель отгоняют при пониженном давлении. К полученной натриевой соли 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона добавляют 120 мл воды и прикапывают при температуре не выше 20°С 160 г 24% серной кислоты. После чего реакционную массу выдерживают при перемешивании 6 ч при 60°С, охлаждают до комнатной температуры и экстрагируют t-бутилметиловым эфиром (2 раза по 100 мл). После отгонки растворителя при пониженном давлении получают 118.8 г (75.6%) технического дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона, к которому добавляют 270 мл толуола, перемешивают 1 час при комнатной температуре, отфильтровывают продукт, сушат его на воздухе. Получают 105 г (67%) дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона. Для очистки дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона в прототипе использовали также гексан, его смеси с t-бутилметиловым эфиром, метанолом, тетрагидрофураном и другие растворители.

Недостатками способа являются его многостадийность, необходимость использования больших количеств пожаро- и взрывоопасных растворителей и реагентов (эфиры, толуол, гексан, тетрагидрофуран, метанол, щелочные металлы, их гидриды или алкоголяты), большое количество органических и неорганических отходов, выход целевого продукта - дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона - не превышает такового в заявляемом способе, большое количество органических и неорганических отходов.

Задачей настоящего изобретения является разработка принципиально нового эффективного малоотходного способа получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона высокой степени чистоты.

Поставленная цель достигается способом получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона, включающим ацилирование диэтилмалоната ангидридом трифторуксусной кислоты в автоклаве при 125±5°С в присутствии катализатора -металлического магния (5 мол.%). Предлагаемый способ характеризуется тем, что полученную при ацилировании реакционную массу перегоняют, собирая фракцию, кипящую до 100°С, которую обрабатывают водой при охлаждении льдом. Выпавший кристаллический продукт - дигидрат 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона -отфильтровывают и сушат на воздухе.

Достижению поставленной цели способствует соблюдение ряда условий.

Поскольку примеси влаги вызывают гидролиз ангидрида трифторуксусной кислоты, последний, а также диэтилмалонат должны использоваться свежеперегнанными, автоклав должен быть хорошо просушен. Температура проведения реакции - 125±5°С - является оптимальной. Проведение процесса при температурном режиме, выходящем за указанные пределы, приводит к снижению выхода целевого продукта. При перегонке реакционной массы не следует собирать продукты, кипящие выше 100°С, поскольку наличие в погоне высококипящих примесей приводит к загрязнению целевого продукта. При осаждении из погона дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона следует в прибавляемую воду добавить каталитические количества щелочи (NaOH или KOH). Добавление воды следует производить по каплям и при охлаждении реакционной массы, так как гидратация 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона происходит с разогревом. Содержание в погоне 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона определяют с помощью ЯМР ¹⁹F, ГЖХ.

В предлагаемом способе в качестве исходного соединения для получения целевого продукта используется относительно дешевый и легкодоступный диэтилмалонат и совсем не используются эфирные и другие растворители и щелочные металлы, что несомненно является преимуществом заявляемого способа.

Нижеследующие примеры иллюстрируют суть изобретения.

Пример 1. Получение дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона.

В сухой вращающийся автоклав из нержавеющей стали объемом 5 л с электрообогревом, манометром, термопарой, штуцером для отвода газа загружают 950 г (5.92 моль) диэтилмалоната, 2677 г (12.74 моль) ангидрида трифторуксусной кислоты (свежеперегнанного над пятиокисью фосфора), 7.2 г (0.3 г·моль) металлического магния в виде стружки. Автоклав герметизируют, нагревают при вращении его до 125±5°С и выдерживают при этой температуре в течение 15 ч. Затем автоклав охлаждают, сбрасывают давление (12-15 атм), открывают, содержимое автоклава (3582 г) - жидкость темно-красного цвета с резким, удушливым запахом - переливают в стеклянную колбу емкостью 4 л. Реакционную массу перегоняют при атмосферном давлении, собирая фракцию с т. кип. 55-80°С. Получают 3160 г погона, содержащего по данным ЯМР ¹⁹ F и ГЖХ 27% 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона, 70% этилового эфира трифторуксусной кислоты. К погону, охлаждаемому ледяной водой, при перемешивании добавляют по каплям 150 г воды, в которой растворен 1 г едкого натра. Сразу начинает выпадать белый зернистый осадок. После окончания добавления воды реакционную массу перемешивают при комнатной температуре 1 час, выдерживают в течение ночи в холодильнике (~5°С), продукт отфильтровывают, хорошо отжимают на фильтре, сушат на воздухе при комнатной температуре до сыпучего состояния. Получают 832 г (67,6%) дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона. Чистота продукта 98% (данные ЯМР ¹⁹F и ¹ H). Т. пл. 88-90°С (с разложением). Спектр ПМР (300 МГц, DMSO-d₆, м.д.): 3,2 (уш. с., CH₂), 5.8 (уш. с., OH). Спектр ЯМР ¹⁹F (300 МГц, DMSO-d ₆, стандарт - C₆F₆, м.д.): 84.0.

Влияние изменения температурного и временного режимов проведения процесса получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона на выход последнего приведено в таблице.

Таблица
Влияние изменения температурного и временного режимов проведения процесса получения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона на выход и чистоту последнего
№ эксперимента	Температура автоклавирования, °С	Продолжительность автоклавирования, ч	Выход, %	Чистота, % (ЯМР 19F)
1	110-115	24	19.5	93
2	140	15	59.6	93
3*	125	15	66	90
*При перегонке продуктов автоклавирования собирали фракцию с т. кип. 55-100°С

Утилизация отходов: куб от перегонки реакционной массы (~415 г) объединяют с фильтратом, полученным после отделения дигидрата 1,1,1,5,5,5-гексафторацетилацетона (~2360 г). К полученной смеси добавляют 500 мл воды, кипятят 1 час и перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 85-100°С. Получают ~2500 г гидрата трифторуксусной кислоты, который сначала обезвоживают, перегоняя над 250 г 98% серной кислоты. Обезвоженную трифторуксусную кислоту (~1600 г, т. кип. 70-75°С) превращают в ангидрид взаимодействием ее с пятиокисью фосфора. Выход ангидрида трифторуксусной кислоты 850-900 г. Полученный при этом куб - полифосфорная кислота - можно также использовать для обезвоживания гидрата трифторуксусной кислоты.