Способ получения 2-метил-5-нитроимидазола

(11) 50922 б Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет - (32 осудорственньа комнтоСовета Министров СССоо делам изооретенийи открытийб) Дата опубликования описания 05,08.77 Иностранцы дзин, Казимеж Урбаньски, Эдмунд Утэхт и Владыслав Стэльмаховски(ПНР) Иностранное предприятие мичнэ "Асэпта" Спулдзельня Працы, Побй(1) Заявител аклады Хэ и СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2 - МЕТИЛ - 5 ЛНИТРОИМИДАЗОЛА, используют мочевину и серную кислоту,Добавки этих ингибиторов обеспечивают безо.пасное ведение процесса, одико, при этом способенеобходимо применять добавочное сырье, что вконечном итоге затрудняет выделение целевогопродукта и снижает его выход,С целью регулирования хода реакции по предла, гаемому способу в качестве ингибитора используют 1 часть образующегося в результате нитрования 2. метил - 5. нитроимидазола и/или избыток концепт. "рированной азотной кислоты,Предлагаемый способ получения 2 - метил5- нитроимидазола заключается в нитровании 2ме, тил - 5 - нитроимидазола азотной и серной кислотой в присутствии ингибйтора реакции - части образую. щегося в результате реакции нитрования 2метил. 5нитроимидазола и/или избытка котщентрирован. ной азотной кислоты, Причем, азотную кислоту используют преимущественно с плотностью; большого избытка концентрированных кислот;, сивное выделение окислов азота и 1 очень сильный;экзотермический эффект, связанный с распадом 10части молекулы 2- метилимидазола и полным окис пением продуктов распада. Управление этим про.цессом, связанным с выделением больших количеств энергии, сложно, так как в любой моментможет начаться неконтролируемый, бурный ход 15 реакттии, ведущий даже к взрыву.Для обеспечения безопасности проведения процессареакцию ведут сначала, предпочтительно втечение всего времени, с добавлением реагентов, при 20 температуре до 110 С, причем конденсируют ивозвращают в реакционную среду освобождающийся в этот период пар (отчасти и газы), затем последобавления всех реагентов при отчетливом понижении скорости реакции и экзотермического эффектареакционную смесь выдерживают и, концентрируют509, при30- 150 С с очповрсменной отгонкой летучихкомпонентов и выводом их из реакционной среды.1 еакцвю нитрования проводят поэтапно, с различной продолжительностью отдельных этапов, при.чем на первом этапе в течение добавления реагентовподдерживают температуру 60 - 90 С и лишь затем,желательно после добавления всех реагентов, аособенно по мере отчетливого понижения скоростиреакции и экзотермического эффекта, повышаюттемпературу непрерывно или периодически.При проведении реакции в раствор 2 - метил-имидаэола вводят азотную кислоту и постепеннодобавляют серную кислоту до начала экэотермической реакции, причем дальнейший ход реакции регулируют, применяя серную кислоту в качествеускоряющего агента, а по мере необходимости вкачестве замедлякяцего агента употребляют прореагировавший прежде продукт реакции и азотнуюкислоту,П р и м е р 1. В эмалированвый котел емкостью75 л, снабженный мешалкой и охлаждающей рубашкой, помещают 10 л азотной кислоты с плотностью1,40 и постепенно, непрерывно перемешивая и охлаждая, вводят 5 кг 2 - метилимидазола такимобразом, чтобы температура не превьппала 60 С,Затем приливают в раствор 10 л серной кислоты сплотностью 1,84 с таким расчетом, чтобытемпера.тура в конце добавления достигала 110 С. Постепенно начинается реакция, которая сопровождаетсябурным кипением раствора и выделением коричне.вых дымов.По мере увеличения скорости реакции в смесьпостепенно добавляют еще 6 л азотной кислоты,соблюдая, чтобы температура удерживалась на постоянном уровне. В случае чрезмерного торможе.ния реакции регулируют дальнейший ее ход добав.лением серной кислоты, которую вводят (общийобъем 6 л) по мере того, как интенсивность реакции уменьшается, По оконча ии добавления реагентов продолжают перемешивать раствор до полногопрекращения реакции и исчезновения экзотермичес.кого эффекта, соответствующим образом уменыпая,а затем выключая охлаждение. Раствор оставляютдля охлаждения, разбавляют 40 л воды и при вклю,ченном охлаждении нейтрализуют аммиачной водойдорН 6,Вьшавший светло-желтый или почти белыйосадок 2 . метил . 5 . нитроимидазола отфильтро.вьвают, тщательно промывают небольшими порциями холодной воды и затем сушат, получаячистый продукт, Выход 4,840 кг, т,е, около о 4% оттеоретического,П р и м е р 2. В котел из кислотоупорной сталиемкостью 250 л, снабженный мешалкой и охлаж.дающей рубашкой, помещают прореагировавшийраствор, полученный по примеру 1, и при включенных охлаждении и неремешивании растворяют15 кг 2 . метилимидазола таким образом, чтобытемпература не превышала 60 С, После этого при.глвают 50 л азотной кислоты с плотностью 1,40 и5 О 15 29 ,3 3035 40 45 50 5560 постепеш,о вволят серную кислоту с плотностью1,84, причем сразу начд нае вся интенсивная реакцихс выделением окислов азота, а температура повышается до 110 С Температуру поддерживают Йаэтом уровне путем перемешиваиия и охлаждения, азатем по мере затихания реакции н уменьшенияэкзотермического эффекта постепенно вводят. не.большими порциями серную кислоту таким обра.зом, чтобы температура удерживалась на постояи.ном уровне, до общего объема 50 л. После прекращения реакции и охлаждения раствора оставляют1/4 его часть для переработки следующей загрузки,а из остального количества известным способомполучают 15,1 кг 2 - метил - 5 . нитроимидазола,что соответствует выходу 65% от теоретического,П р и м е р 3, В стеклянную колбу емкостью15 л, снабженную эффективно действующим шари.ковым обратным холодильником, наливают 6 лазотной кислоты с плотностью 1,40 и затем приперемешивании и охлаждении прибавляют 2 кг 2,метилимидаэола, наблюдая, чтобы температура непревышала 60 С После этого постепенно добавля.ют серную кислоту с плотностью 1,84 до началаинтенсивной реакции, которая сопровождается выделением окислов азота и повышением температуоры до -110 С, после чего добавление серной кислоты прекращают и путем сильного охлаждения идобавки н-большого количества азотной кислотытормозят дальнейшее увеличение скорости реакциии поддерживают температуру на уровне 110 С,По истечении нескольких минут, когда интен.сивность реакции уменьшается, вводят постепенносерную кислоту до общего объема 5 л и затем поокончании основной реакции, протекающей около55 мин, колбу открывают и приливают в нее сразу1 л серной кислоты, что вызывает быстрый росттемпературы до -150 С, а также бурное кипениераствора в течение -5 мин. По охлаждении известным способом отделяют 1,990 кг продукта, т.е,около 66% от теоретического,При проведении процесса указанным способом,но с обратным холодильником, оставленным втечение всего времени реакции и дореагированиемпри постоянной температуре, получают лишь1,870 кг продукта, при этом необходимо использо-,вать больший объем раствора и больше аммиакадля выделения 2 - метил - 5 - нитроимидазола,П р и м е р 4. В колбу из кислотоупорнсй сталиемкостью 75 л, снабженную мешалкой и охлаждающей рубашкой, помещают прореагировавший поспею.трационный раствор, полученный по примеру 1или, и постепенно добавляют, охлаждая и пере 3мешивая, 6 кг 2 . метилимидазола, а затем 20 лазотной кислоты с плотностью 1,40, следя, чтобытемпература не превышала 70 С. Котел закрывают,прибавляя провод к поглощающей аппаратуре,снабженной охлаждаемым приемником, соединен.ным с котлом через кран, В раствор вводят постепенно серную кислоту, причем сразу начинаетсяинтенсивная реакция с выделением окислов азота, а15 25 ЗО 35 55 60 температура повьнпается до10 С, Добавление сер. ной кислоты прекращают и поддерживают темпера. туру на этом уровне путем интенсивного охлаждения и периодического прибавления конденсата из приминка. Чтобы затормозить очень бурную реакцию прибавляют 1 л азотной кислоты с плотностью 1,40, Стабилизировав скорость реакции, подцерживают в дальнейшем ее равномерное протеканче постепенным приливанием серной кислоты до об. щего ее объема 20 л. В случае более бурной реакции периодически переливают содержимое приемника в интегратор. По,прекращении интенсивной реакции, которая длится около 1 час, выключают охлажде. ние и через 5 мин постепенно повышают температу. ру до 140 С, продолжая реакцию при этой темпе. ратуре до исчезновения экзотермического эффекта, после чего раствор ,выпаривают и концентрируют, а летучие компоненты, т,е. выделяющиеся в этот неиод п;.ры и газы, не возвращают в реакциошую среду. По охлаждении прореагировавшей смеси оставляют 1/4 ее объема для переработки следующей загрузки. Из остального количества после нейтрализации аммиаком известным способом получают 5,820 кг 2 метил5нитроимидазола, что соответствует выходу -64% от теоретического.П р и м е р.5, В ннтраторе из кислотоупорной стали емкостью 75 л, снабженном .обратным холодильником, мешалкой, термометром и охлаждаю. щей рубашкой, растворяют в посленитрационном растворе, полученном по примеру 1, охлаждая и перемешивая, 8 кг 2метилимидазола. Затем при. бавляют 24 л азотной кислоты с плотностью 1,40 дщ поддержания температуры 70 С. Потом при. бавпяют серную кислоту с плотностью 1,84 таким образом, чтобы при одновременном перемешивании и охлаждении удержать температуру на этом уров. не.После введения 10 л серной кислоты прекраша ют добавление и затем через 10 мин осторожно продолжают добавлять ее по каплям, пока не будет достигнут общий объем 24 л, причем по мере увели. чения интенсивности реакции постепенно увеличивают расход охлаждающей воды. Резервуар, снаб. женный проводом, дающий возможность доливать в нитратор 10 л прореагировавшего прежде посленитрационного раствора, является добавочным предохранительным средством, Такой предохранитель употребляется во всех реакциях, начинающихся при низкой температуре. После добавления всего количества серной кислоты раствор перемешивают и охлаждают еще в течение 15 мин, а затем после отчетливого замедления реакции и уменьшения экзотермического эффекта допускают медленный рост температуры со скоростью -1 С/мин до достижения температуры 110 С. При этой температуре выдер. живают смесь еще в течение 15 мин, а затем выключают обратный холодильник, вводя выделяющиеся пары и газы непосредственно в поглотительную аппаратуру, и прекращают циркуляцию охлаждающей воды, причем температура реагирующей смеси повьппается самопроизвольно, достигая в конце 138 С. При этой температуре дают дореагиронать раствору в течение 20 мин, причем он одновременно подвергается концентрированию в результате от гонки около 3 л, главным образом, воды и азотной кислоты (т.е. разбавленной азотной кислоты), пос. ле чего вновь включают охлаждение. В нитраторе оставляют 20% объема раствора для переработки следующей загрузки, из остального же количества известным способом получают 9,700 кг 2метил 5 . нитроимидазола, что соответствует выходу -77% от теоретического.П р и м е р 6. В стеклянно колбу емкостью 750 мл, снабженную обратным холодильником, по. мешают 50 г 2метилимидазола и затем, перемешивая и охлаждая, добавляют осторожно по кап лям 10 мл серной кислоты с плотностью 1,84 с такой скорость:о, чтобы температура не превышала 120 С, (2 . Метилимидазол является свободным основанием, и его превращение в сульфат 2-метилимидазол связано с выделением большого количества тепла). После этого медленно вводят еще 20 мл серной кислоты, понижая температуру до -50 С, добавляют 100 мл азотной кислоты с плот. постыл 1,50 и дожидаются самопроизвольного начала реакции, Затем путем охлаждения и перемешивания поддерживают температуру до 1 0 С, причем в случае необходимости бурный в начальный период ход реакции можно затормозить добавлением нескольких миллилитров азотной кислоты с плотностью 1,50. В дальнейшем, по мере уменьшения интенсивности реакции и экзотермического эф. фекта - через 10 - 20 мин постепеннс добавляют серную кислоту до общего ее количества 50 мл, Добавляя серную кислоту, удаляют обратный холодильник и повышают температуру до 130 - 150" С. Раствор оставляют для охлаждения и известнымспособом, нейтрализуя аммиаком, отделяют 42 г 2 метил. 5- нитроимидазола,40 П р и м е р 7, В нитратор, емкостью 900 л из кислотоупорной стали, снабженный мешалкой, ох. лаждаюшей рубашкой и тягой, в поглотительную систему со встроенным охлаждаемым приемником, имеющим спуск в нитратор, вводят 110 л после. нитрационного раствора, полученного нитрованием 2 - метилимидазола, Охлаждая и перемешивая, в этом растворе растворяют 75 кг 2 . метилимидазо. ла, работая при таком режиме, чтобы температура не превышала 80 С, а к концу реакции снизилась до 50 -40 С Затем добавляют 150 л азотной кислоты с плотностью 1,50, температура поднимается до-80 С, после чего постепенно добавляют сернуюкислоту с плотностью 1,84 до начала интенсивной реакции с повышением температуры до -110 С и поддержиаают температуру на этом уровне. В ходе добавления серной кислоты периодически спускают конденсат с приемника, особенно в те моменты, когда реакция станови.гя более интенсив После добавления всего количества серной кисло . око.ло 70 л) и отчетливого уменьшения экзотерм509226 8держивая такой в течение ЗО мин, отгоняя в. этотпериод летучие компоненты и отводя их из реакционной среды, Послереакционный раствор охлаждают и разделяют, оставляя 1/3 обьема его в реакто.ре, а из 2/3 известным способом, т.е, путем разбавления водой и нейтрализации аммиыом до рН бвыделяют 2 - атил 5 нитроимидазол. ВыходбО кг продукта, что соответствует выходу 77% оттеоретического,П р и м е р 10, В ирореагированном посленитра.ционном раствореполученном по примеру 3, растворяют 75 кг 2метилимидазола, перемешивая и ох.лаждая, Затем включают обратный холодильник и добавляют 120 л азотной кислоты с плотностью 1,50 г/мл,после чего постепенно вводят серную кислоту так,чтобыпри одновременном перемешивании и охлажденииподдерживать постоянную температуру 80 С. В те.чение 15 мин после добавления всех реагентов начинают постепенно повышать температуру со ско.ростью до 10.С через каждые четверть часа до-110 С. Эту температуру поддерживают еще в тече.ние 20 мин, после чего выключают обратный холо.дильник и повышают температуру реагирующейсмеси до -140 С, отгоняя одновременно летучиекомпоненты и выводя их из реакционной среды,1/4 обьема раствора оставляют для переработкиследующей загрузки, а из 3/4 известным способомвыделяют 91 кг 2 . метил - 5 - нитроимидаэола, чтосоставляет примерно 78% от теоретического. 1. Способ получения 2- метил. 5 - нитроимида. зола нитрованием 2 . метилимидазола азотной и серной кислотой в присутствии флегматизатора (ингибитор), о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью регулирования хода реакции, в качестве флегмати. затора используют продукт реакции в виде прореа. гировавшего посленитрационного раствора и/или избыток ко 1 щентрированной азотной кислоты,2. Способ поп.1, отличающийся тем,что для нитрования используют азотную кислоту с плотностью 1,47-1,57 и серную кислоту с плотностью 1,84. Составитель Г, ЖуковаРедактор Т. Никольская Техред А. Богдан Корректор А. Кравченко Тираж 569 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Заказ 953/502 Филиал ППП " Патент ", г. Ужгороц, ул. Проектная, 4 кого эффекта температуру смеси повышают до ".140 С. Через 20 ыщ при общей продолжительное. ти реакции около 30 мин раствор охлаждают, остав.ляя в иитраторе 110 л жидкости для переработки следующей загрузки, а из остального количества путем нейтрализации послереакционной смеси аммиаком получают известным способом 73,5 кг 2 .метил 5нитроимидазола.П р и м е р 8. В колбу емкостью 1 л помещают неразделенную смесь, полученную нитрованием 2 - 10 метилимидаэола по примерам 1, 3 и 5. Охлаждая и перемешивая, в ней растворяют 100 г 2-метилимидаэола таким образом, чтобы температура не пре. вьпдала 70 С. После подключения обратного холо. дильника добавляют 200 мл азотной кислоты с 15 плотностью 1,50, после чего постепенно вводят серную кислоту с плотностью 1,84 с повышением температуры до 110 С. Реакция начинается сразу с бурным выделением окислов азота. Затем по мере замедления реакции продолжают вводить серную 29 кислоту до общего количества 100 мл и после понижения экзотермического эффекта заменяют об. ратный холодильник прямым, повышают темпера. туру смеси до 140 С, оттоняя 10 - 20 мл летучих компонентов. 25По окончании реакции оставляют 1/3 обьема для переработки следующей загрузки, а иэ осталь. ного количества известным способом получают 98 г 2. метил - 5 - нитроимидазола,П р и м е р 9, Вкотелиз кислотоупорной стали30 емкостью 800 л, снабженный мешалкой, охлаждающей рубашкой и эффективным обратным холодильником, помещают 150 л азотной кислоты с плотностью 1,50, подогревают до температуры -85 С и затем, перемешивая и охлаждая так, чтобы 35 удержать постоянную температуру добавляют покаплям послереакционный раствор, полученный по примеру 1, затем добавляют раствор 80 кг 2метилимидаэола в 80 л концентрированной серной кислоты, Раствор. перемешивают до отчетливого 40 понижения экзотермического эффекта, после чего постепенно повышают температуру, в течение 1 час цо 110 С, Эту температуру поддерживают в течение 25 мин, Затем включают обратный холодильник, поднимают температуру до 140 С, под., 45 Формула изобретения