196948. lajstromszámú szabadalom • Eljárás az l,2-di(2-nitro-fenil)-etán előállítására
1 196 S48 2 A találmány tárgya eljárás az 1,2 - di(2 - nitro - fenil) - etán előállítására apoláros oldószerben o-nitro-toluol, etilformiát és fém nátrium reagáltatásával oly módon, hogy a reagensek mólarányának helyes megválasztásával a melléktermékek képződését minimális értéken tartjuk és így jelentősen csökkentjük a környezetszennyező hulladékok mennyiségét, ugyanakkor az 1,2 - di(2 - nitro - fenil) - etán (továbbiakban: termék) kiindulási anyagokra vonatkoztatott termelése az eddig ismerteknél jelentősen nagyobb. Az 1,2 - di(2 - nitro - fenil) - etán típusű vegyületek származékai jelentős biológiai aktivitással rendelkeznek. így például a nagy mennyiségben előállított Melipramin márkanevű pszichoterápikum, továbbá más gyógyszerek és növényvédő szerek intermedieijeként kerül felhasználásra. A vegyület előállítására az alábbi módszerek ismertek. A termék előállítható o-nitro-toluol és difenilamin-nátrium reakciójával (J. Org. Chem. 7, 98) mintegy 36%-os termeléssel. Ismert a tennék direkt nitrálással, 1,2-difenil-etánból kiinduló előállítása is (Bull. Inst. Phys. Chem. Research, Tokyo 21, 238), de ekkor izomerek keveréke keletkezik, így ez a módszer nem lehet ipari szintézis alapja. Elméleti jelentőségű csupán a folyékony ammóniában vagy éterben lítiumamid, vagy nátriumamid jelenlétében történő előállítás o-nitro-toluolból kiindulva [Naturwissenschaften 49, 420 (1962)]. A termelés alacsony (51%) és a módszer nagyipari alkalmazása a reagensek és az oldószer ára miatt is gazdaságtalan lenne. Apoláros oldószerben o-nitro-toluolból kiindulva alkáli alkoholátok és alkílformiát felhasználásával nyerik a terméket több eljárásban. így például nátrium-metiláttal ciklohexánban végzik a reakciót az US 2764580 számú amerikai egyesült államokbeli találmányi leírás szerint. Kálium-tereier-butilátot alkalmaznak az Ann. Chira. 1973, 8 (6), 391 közleményben leírt módszernél és így 57% körüli termelést érnek el. Ugyanezen közlemény szerint a reakció éteres közegben is megvalósítható, de minden esetben jelentős mennyiségű melléktermék képződik. Az Fr 2161286 számú francia találmányi leírásban a kálium-tercier-butilát mellett még szerves peroxidokat is adnak a reakcióelegyhez. Ezen eljárások hátránya, hogy a nagy feleslegben (2-3 mólnyi az o-nitro-toluolra számítva) alkalmazott alkáli-alkoholátok előállítása körülményes, a vegyület erősen nedvszívó, a reakcióhoz szükséges alkoholmentesség csak nehezen biztosítható. Emiatt a reakció nehezen irányítható, a termelés erősen ingadozik. Az eljárások további hátránya, hogy mellékreakcióként minden esetben erős kátrányosodás lép fel, ami nemcsak a termék minőségét rontja, hanem jelentős problémát okoz tárolása, illetve megsemmisítése is. A reakcióelegyek feldolgozásakor a nagy mennyiségben használt alkáli-alkoholátot vizes savval közömbösíteni kell, és az így keletkező szennyvíz jelentős szervetlen só és szervesanyag-tartalma, valamint savassága miatt ugyancsak környezetre ártalmas hulladék. A 149 380 számú magyar szabadalmi leírás szerint úgy járnak el, hogy az o-nitro-toluolt nagy nátriumfelesleggel és ugyancsak nagy mennyiségű etilformiáttal reagáltatják. Megjegyzendő, hogy az idézett szabadalmi leírás k iviteli példáiban a reagensek megadott tömege és a mellette megadott mólnyi mennyiségek nem egyeznek. A példák szerint az o-nitro-toluolra számítva két mólnyi nátriumot és két mólnyi etilformiátot használnak, a megadott tömegek alapján egy mól o-nitro-toluolra egymólnyi nátriumot és etilformiátot vesznek. Az eljárás előnye, hogy elkerüli a nátrium-alkoholát külön előállításából adódó technológiai, munkavédelmi és környezetvédelmi problémákat. Azonban a nagy reagensfelesleg miatt a reakció során a hőmérsékle- v tét szigorúan 0 °C köze lében kell tartani, különben erős kátrányosodás lép fel, így az igen kedvező 78% körüli termelés üzemi körülmények között meg sem közelíthető, csak 58—62%-os termelés érhető el. Az o-nitro-toluol mintegy negyven százaléka elkátrányosodik, ami jelentős kömyezetszenynyezést jelent és megsemmisítése is költséges. A kátrányosodás mértéke még laboratóriumi körülmények között is meghaladja a 20%-ot. A reakcióelegy feldolgozásakor keletkező szennyvíz szervetlen só és elsősorban az etilformiátból származó szervesanyag-tartalma és -mennyisége igen nagy, hasonlóan az alkáli alkoholátos módszernél tapasztaltakkal. Célul tűztük ki ezért a reakció részletes vizsgálatát, olyan módszer kidolgozását, amivel a gyártás során keletkező kátrányos melléktermékek mennyisége csökkenthető. Kísérletünk alapján feltételezhető, hogy o-nitrotoluolból kiindulva apoláros oldószerben fém nátriummal és etilfonniáttal gyökanionos mechanizmusú reakcióban keletkezik az 1,2 - di(2 - nitro - fenil) - etán. Kísérleti tapasztalataink az alábbiak: a folyamat katalitikus mennyiségű alkanol hozzáadására indul. A reakcióban gázfejlődést, formaldehid képződést nem tapasztaltunk. Az etilformiátból etanol és a savmaradé <ból metanol keletkezik, a fém nátrium pedig oldatba megy, nátrium-alkoholáttá alakul. A reakcióelegy vizes bontása után a folyadék fázisban metanol, etanol és nátriumhidroxíd található. A termék keletkezéséhez vezető fő reakció sztöchiometriája tehát feltehetőleg a következő: egy mólnyi termék képződéséhez két mól o-nitro-toíuolt 2/3 mól etilformiátot és 2/3 mól fém nátriumot kell reagáltatni. Ez a megállapításunk azért is újszerű, mert a szakirodalomból a folyamat mechanizmusa és sztöchiometriája nem ismert. A nátrium-alkoholátot alkalmazó eljárásokban sokszor külön gyök keltőket (peroxidok, levegő átbuborékoltatás) használnak és tisztán gyökös mechanizmust tételeznek fel. Kísérleti tapasztalataink szerint a fém nátríumos reakcióban inert atmoszférában kapunk jobb eredményeket, míg levegő jelenlétében a kátrányosodás mértéke nő. Megállapítottuk továbbá, hogy előre nem várható módon a termék eg/ mól nátrium-alkoholáttal képzett, apoláros közegben stabil komplex formájában válik ki az oldatból. (Két mólnyi nátrium-alkoholáttal képzett komplex keletkezése sztérikus okok miatt nem kedvezményezett.) Mivel a komplex az alkalmazott apoláros oldószerben, mely előnyösen hexán, vagy valamely más benzin frakció, gyakorlatilag nem oldódik a reakció megvalósír, 10 16 2C 25 30 35 40 45 50 55 60 65
