Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2461560

(19)

RU

(11)

2461560

(13)

C2

(51) МПК C07D487/22 (2006.01)

C06B25/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.09.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010149405/04, 02.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

02.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 02.12.2010

(43) Дата публикации заявки: 10.06.2012

(45) Опубликовано: 20.09.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2182151 C2, 27.11.2001. ЕР 984015 А1, 08.03.2000. WO 1997000873 А1, 09.01.1997. ЕР 865417 B1, 31.03.2004.

Адрес для переписки:

659322, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН)

(72) Автор(ы):

Ильясов Сергей Гаврилович (RU),

Чикина Майя Викторовна (RU),

Сысолятин Сергей Викторович (RU),

Сакович Геннадий Викторович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) (RU)

(54) СПОСОБ СИНТЕЗА 2,4,6,8,10,12-ГЕКСАБЕНЗИЛ-2,4,6,8,10,12-ГЕКСААЗАТЕТРАЦИКЛО[5,5,0,03,11,05,9]ДОДЕКАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к органической химии, а именно: к способу получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-[5,5,0,0 3,11 ,0 5,9 ]додекана (ГБ), который является промежуточным продуктом в синтезе гексанитрогексаазаизовюрцитана - перспективного мощного взрывчатого вещества. Получают взаимодействием бензиламина с глиоксалем в среде водного ацетонитрила с добавлением каталитического количества муравьиной кислоты в мольном соотношении 1:4. Фильтрат после каждого синтеза используется в качестве растворителя в последующем синтезе ГБ, число которых достигает десяти. Влажность водного ацетонитрила перед введением в следующий синтез поддерживается в пределах 16-20% путем добавления чистого ацетонитрила или водоотнимающего агента. Таким образом, расход ацетонитрила на 1000 г продукта сокращается до 85%. 2 пр., 4 табл.

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0 3,11 ,0 5,9 ]додекана (ГБ), который является промежуточным продуктом в синтезе гексанитрогексаазаизовюрцитана - перспективного мощного взрывчатого вещества.

В настоящее время известны способы получения ГБ, которые основаны на реакции конденсации бензиламина с глиоксалем в полярном растворителе в присутствии каталитических количеств минеральных или органических кислот.

Лучшие результаты были получены при использовании в качестве растворителя - ацетонитрил, катализатора - муравьиную кислоту. При использовании других полярных растворителей выход продукта снижается на 10 15%: метанол [M.R.Crampton, J.Hamid, R.Millar, G.Ferguson., J.Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 923, (1993)], этанол [Y.-X.Ou, Y.-J.Xu, L.Liu, F.Zheng, C.Wang, J.Chen. Energ. Mater. (China), 7, 152 (1999); Chem. Abstr., 132. 154038 (2000)] и изопропиловый спирт [A.Batsanov, J.C.Cole, M.R.Crampton, J.Hamid, J.A.K.Howard, R.Millar. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 421 (1994)].

Аналоги заявляемого способа отличаются друг от друга используемыми в качестве катализатора кислотами и растворителями.

Известен способ [Nielsen A.T., and Robin A. Nissan, and David J. Vanderah, et all., J. Org. Chem., 55 (1990)], в котором 0,5 моля 40%-го водного раствора глиоксаля добавляют по каплям в раствор 1,1 моля бензиламина, 100 мл воды и 0,11 моля 88%-й муравьиной кислоты в 1100 мл ацетонитрила при температуре 20°С. После выдержки при перемешивании в течение 16 18 ч при температуре 25°С выпавший осадок фильтруют и промывают холодным ацетонитрилом. Получают 0,12 0,13 моль ГБ. Выход 75 80%.

Недостатками способа являются большой расход ацетонитрила и низкая производительность процесса.

Известен способ [Пат. США 5723604, опубл. 03.03.1998], по которому 50 ммоль 40%-го водного глиоксаля в 10 мл воды по каплям в течение 30 мин при перемешивании дозируют в раствор 110 ммоль бензиламина и 0,96 мл 70%-ной хлорной кислоты (или 0,49 мл 88%-й муравьиной кислоты) в 110 мл ацетонитрила. После дозирования реакционную массу перемешивают в течение 18 ч при температуре 15°С. Значение рН раствора глиоксаля предварительно корректируют водным раствором какого-либо основания до рН 4 7. После окончания реакции выпавший осадок фильтруют от маточного раствора, промывают 50 мл сухого ацетонитрила и сушат в потоке воздуха в течение нескольких часов. Получают 6,84 8,99 г продукта. Выход 63 76%.

Основными недостатками данного метода являются низкий выход, необходимость охлаждения реакционной массы и корректировка кислотности раствора глиоксаля.

Прототипом заявляемого изобретения является способ [Пат. РФ 2182151, опубл. 14.10.1998], по которому смесь 514 мл ацетонитрила, 78 мл дистиллированной воды, 117,9 г (1,1 моль) бензиламина и 3,2 мл (0,055 моль) уксусной кислоты охлаждают до 20°С. В полученный раствор в течение 30 мин с помощью капельной воронки при перемешивании и постоянной температуре 20°С добавляют 36,28 г 40%-го водного раствора глиоксаля (содержащего 0,25 моль глиоксаля). После добавления глиоксаля реакционную массу нагревают до комнатной температуры, выдерживают при перемешивании в течение 18 ч, выпавший осадок отфильтровывают и диспергируют в смеси 170 мл ацетонитрила и 30 мл дистиллированной воды. Суспензию перемешивают в течение 30 мин, фильтруют, осадок собирают и сушат при комнатной температуре и пониженном давлении. Получают 40,68 г продукта. Выход 69%.

Существенным отличием от предыдущих способов является то, что для синтеза используют раствор ацетонитрила с влажностью 16,3%, для приготовления которого используют чистый ацетонитрил и дистиллированную воду. Поэтому увеличение влажности технологического раствора не снижает расход ацетонитрила, а ведение процесса с высоким значением мольного отношения ацетонитрила к глиоксалю не отличает этот способ от предыдущих.

Реализация описанных способов в промышленном масштабе экономически малоэффективна и нецелесообразна из-за малой производительности процесса, большого расхода ацетонитрила и высокой стоимости продукта.

Задачей заявляемого изобретения является получение ГБ при существенном снижении расхода ацетонитрила.

Поставленная задача решается предложенным способом получения ГБ, особенность которого заключается в том, что фильтрат после каждого синтеза используется в качестве растворителя для получения ГБ еще в десяти таких же следующих синтезах. Влажность водного ацетонитрила перед введением в синтез на каждой операции поддерживается в пределах 16-20% путем добавления чистого ацетонитрила или водоотнимающего агента.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа, приведены в примерах.

ПРИМЕР 1.

В колбу объемом на 250 мл, оснащенную мешалкой, термометром и капельной воронкой, при перемешивании поместили 86 мл ацетонитрила, 8,8 мл дистиллированной воды, 20 г (0,1866 моль) бензиламина и 0,68 мл (0,018 моль) 88%-й муравьиной кислоты. В полученную смесь при перемешивании дозировали 6,77 г (0,0466 моль) 40%-го водного раствора 20 25°С. Затем осадок отфильтровали, промыли на фильтре ацетонитрилом и высушили на воздухе в течение некоторого времени. Получили 7,67 г продукта. Выход 69%. Т пл 155°С. Объем маточного раствора 106 мл. Далее проводят синтез с зацикловыванием этого маточного раствора. В колбу объемом на 250 мл, оснащенную мешалкой, термометром и капельной воронкой, при перемешивании поместили 106 мл вышеуказанного маточного раствора, 13 г (0,1213 моль) бензиламина и 0,68 мл (0,018 моль) 88%-й муравьиной кислоты. В полученную смесь при перемешивании дозировали 6,77 г (0,0466 моль) 40%-го водного раствора глиоксаля. Реакционную массу выдержали в течение 20 ч при температуре 20 25°С. Затем осадок отфильтровали, промыли на фильтре ацетонитрилом и высушили на воздухе в течение некоторого времени. Получили 8,77 г продукта. Выход 79%. Т пл 155°С. Далее проводят синтез с зацикловыванием маточного раствора, как описано выше.

Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Условия получения ГБ с добавлением чистого ацетонитрила

Масса ацетонитрила, г

Масса глиоксаля 40%-го водного, г

Масса бензиламина, г

Влажность ацетонитрила

Выход ГБ

Т пл , °С

масса воды, г

%

г

%

2

67,08

21,1

23,9

8,44

76

155

3

99,06

25,2

20,3

8,27

74,5

155

4

120,12

29,3

19,6

8,18

73,7

156

5

131,32

33,4

20,3

7,75

70

156

6

147,61

6,77

13

37,5

20,3

7,24

65,4

156

7

163,91

41,6

20,2

7,04

63,6

155

8

180,22

45,7

20,2

6,96

62,9

155

9

196,52

49,8

20,2

7,25

65,5

155

10

212,82

53,9

20,2

6,58

59,4

155

Средний выход ГБ с 11 операций 69%.

Реализация данного способа значительно уменьшает трудозатраты и энергозатраты, существенно снижает расход ацетонитрила (таблица 2) и стоимость готового продукта.

Таблица 2

Расход ацетонитрила на 1000 г ГБ

Показатели

Прототип

Заявляемый способ

Расход ацетонитрила на 1000 г продукта, мл

12705

3276

Максимальный выход на одной операции, %

69

79

Средний выход с 11-ти операций, %

69

69

Таким образом, из таблицы 2 видно, что расход ацетонитрила на 1000 г готового продукта сокращается на 74%.

ПРИМЕР 2

В колбу объемом на 250 мл, оснащенную мешалкой, термометром и капельной воронкой, при перемешивании поместили 86 мл ацетонитрила, 8,8 мл дистиллированной воды, 20 г (0,1866 моль) бензиламина и 0,68 мл (0,018 моль) 88%-й муравьиной кислоты. В полученную смесь при перемешивании дозировали 6,77 г (0,0466 моль) 40%-го водного раствора глиоксаля. Реакционную массу выдержали в течение 20 ч при температуре 20 25°С. Затем осадок отфильтровали, промыли на фильтре ацетонитрилом и высушили на воздухе в течение некоторого времени. Получили 7,67 г продукта. Выход 69%. Т пл 155°С. Объем маточного раствора 106 мл. Далее проводят синтез с зацикловыванием этого маточного раствора, предварительно обработав 15 г сульфата магния. Объем маточного раствора после осушения 95 мл. В колбу объемом на 250 мл, оснащенную мешалкой, термометром и капельной воронкой, при перемешивании поместили 95 мл вышеуказанного маточного раствора, 13 г (0,1213 моль) бензиламина и 0,68 мл (0,018 моль) 88%-й муравьиной кислоты. В полученную смесь при перемешивании дозировали 6,77 г (0,0466 моль) 40%-го водного раствора глиоксаля. Реакционную массу выдержали в течение 20 ч при температуре 20 25°С. Затем осадок отфильтровали, промыли на фильтре ацетонитрилом и высушили на воздухе в течение некоторого времени. Получили 8,55 г продукта. Выход 77%. Т пл 155°С. Далее проводят синтез с зацикловыванием маточного раствора, как описано выше. Таким образом провели 4 цикла (таблица 3).

Средний выход ГБ с 6-ти операций 70%.

Реализация данного способа значительно уменьшает трудозатраты и энергозатраты, существенно снижает расход ацетонитрила (таблица 2) и стоимость готового продукта.

Таблица 4

Расход ацетонитрила на 1000 г ГБ

Показатели

Прототип

Заявляемый способ

Расход ацетонитрила на 1000 г продукта, мл

12705

1847

Максимальный выход на одной операции, %

69

77

Средний выход с 6-ти операций, %

69

70

Таким образом, из таблицы 4 видно, что расход ацетонитрила на 1000 г готового продукта сокращается на 85%.

Использование сульфата магния в качестве водоотнимающего средства не является исчерпывающим примером, так как в качестве такого агента можно использовать кальций хлористый, цеолиты, силикагель.

В предлагаемом способе впервые для синтеза ГБ используется маточный раствор после реакции в качестве растворителя на каждой следующей операции, таким образом, расход ацетонитрила на килограмм продукта снижается, и необходимость в регенерации ацетонитрила возникает только после десятого синтеза в случае добавления чистого ацетонитрила и после пятого при использовании сульфата магния в качестве водоотнимающего агента. Это позволяет упростить технологическую схему процесса. По этим признакам способ соответствует критерию новизна.

Сравнение заявляемого способа с прототипом и другими способами получения ГБ, выявленными в уровне техники, показывает, что техническое решение поставленной задачи, в котором бы имело место предложенное сочетание признаков, неизвестно.

Технологическое оформление заявляемого способа значительно проще, чем у ближайшего аналога. Операцию дозировки глиоксаля проводят без предварительной корректировки значения рН реакционной массы и ее охлаждения. Синтез проходит при комнатной температуре без дополнительного охлаждения или нагрева.

Такое улучшение технико-экономических показателей по сравнению с аналогами указывает на то, что предложенное техническое решение соответствует критерию промышленной применимости.

Формула изобретения

Способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,0 3,11 ,0 5,9 ]додекана (ГБ), включающий конденсацию бензиламина с глиоксалем в среде водного ацетонитрила, фильтрацию полученного продукта и его промывку, отличающийся тем, что маточный раствор зацикловывают - фильтрат после первого, а затем после каждого последующего синтеза используют в качестве растворителя для получения ГБ, число циклов достигает десяти, влажность водного ацетонитрила перед введением в синтез каждый раз поддерживается в пределах 16-20% путем добавления чистого ацетонитрила или водоотнимающего агента.