Синтех метил сульфона (2-аминофенил)

10 Государ ственный комитет РФ по высшему образованию Российский Химик ?о Технологический Университет имен ?и Д. И . Менд елеева Кафедра химии и технологии органических красителей Уч ебная научно-исследовательская работа по т еме : Получение метил [2- аминофени л ] сульфона Студента VI курс а Максимова М.В. Научный руководитель доц . Желтов А.Я. Москва 1998 Оглавление Огла ?вление 1. Введение 2. Общая часть 2.1 Схема синтеза 2.2 2,2 ’ -динитродифенилдисульфид 2.3 2-нитротиофенол 2.4 Метил [2-нитрофенил ] сульфид , о-нитротио анизол. 2.5 Метил [2-нитрофенил ] сульфон 2.6 Метил [2-аминофенил ] сульфон 3. Экспериментальная ч асть 3.1 2,2 ’ -дин итродифенилдисульфид (2) 3.2 2-нитротиофенол (3) 3.3 Метил [2-нитрофенил ]сульфид , 2-нитротиоанизол (4) 3.4 метил [2-нитрофенил ] сульфон (5) 3.5 метил [2-аминофенил ] сульфон (6) 4 . Вывод ы 5 Литература 6 Приложения 1. Введение Целью данной работы является получение целевого продукта - метил [2-амино-фенил ] сульфона , который может быть использован в качестве исходного соединения в синтезе азокрасителей. На кафедре проводились работы со сходными веществами , например получение N,N-д иметиламида и N,N-диэтиламида ортаниловой кислоты исходя из 2-хлорнитробензола , через дисульфид , с дальнейшим исс ледованием кинетики азосочетания N,N-диалкиламидов ортаниловой кислоты с N-ацетил-И-кисло той проводилось Смирновой Т. 2. Общая часть 2.1 Схема с интеза В результате анализа научной литературы , приведенной в разделе 5, на основан ии доступности исходных реагентов и п ростоты методики был выбран следующий путь синтеза метил -[2-аминофенил ]-сульфона : 2.2 2,2 ’ -динитрод и фенилдисульфид Первым этапом нашей работы бы ло получение 2,2 ’ -динитродифенилдисульфида . В литер атуре [1] достаточно подробно описан метод его получения . При смешении кипящего раствора 2-хлорнитро бензола (1) в спирте со спиртовым раствором дис ульфи да натрия получили 2,2 ’ -динитродифенилдисульфид (2) , который очистили от неорганических солей , исх одного вещества и побочно образующегося о-хло ранилина , последовательно промывая водой , спиртом и разбавленной соляной кислотой . Выделенный продукт желтог о цвета перекристаллизовыв ают из ледяной уксусной кислоты . Полученный с выходом 40% динитродисульфид пр едставлял собой хроматографически индивидуальное вещество с т . пл ., соответствующей литературным данным [1] и [2]. Из этого опыта было выявл ено , что на выход продукта оказывает большое влияние чистота дисульфида натрия . Так при переходе на дисульфид натрия из другой чистоты , реакционная масса , при добав лении к спиртовому раствору нитрохлорбензола полученного раствора сульфида , приобретала черный цвет , в отличии от красновато-кори чневого в случае с более чистым дисульфид ом . Также увеличивалось содержание тиофенола в реакционной смеси (появлялся характерный за пах ). Для выделения продукта (2) приходилось медленно п ри перемешивании добавлять раствор перекиси водорода , контролируя процесс по цвету и механическим характеристикам реакционной с меси : цвет раствора красный , продукт в вид е мелких желтых частичек. 2.3 2-нитротиоф енол В изученной литературе есть р азличные методики синтеза д анного соедин ения . Например в диссертации [2] и статье [3] пр иведен метод получения 2-нитротиофенола из 2,2 ’ - динитродифенилдисульфида с использованием спиртового раствора дисульфида натрия . Очистка перекрис таллизацией из уксусной кислоты . Выход по данной м етодике получился незначительны й , возможно из-за недостаточной чистоты дисуль фида натрия . В работе [6] в качестве восстана вливающего агента предлагается использовать гидр осульфид натрия . В статьях [4] и [5] описаны мет оды с использованием сульфида натрия и гидроксида натрия в водно-спиртовой сре де при кипении . Причем в статье [5] 2-нитротио фенол метилируют без выделения . Мы проводили восстановление полученного в предыдущем опыте динитродифенилдисульфида по методике , описанной в статьях [4] и [5]. К кип ящем у спиртовому раствору (2) прибавляют водный раст вор дисульфида натрия и гидроксида натрия , после чего реакционную массу , окрасившуюся в черный цвет выдерживают при кипении , а затем в десять раз разбавляют холодной водой . В результате серии опытов было выя влено , что сильное влияние на выход продукта (3) оказывают чистота дисульфида натрия , время ко нтакта с атмосферой , скорость подкисления рас твора нитротиофенолята . При проведении работы в предыдущем семестре именно эта стадия в ызвала наибольшие затруднения. В итоге р азличные факторы , мешающие получению целевого продукта были учтены и продукт выделен . П осле фильтрации десятикратно разбавленного раств ора нитротиофенолята натрия от непрореагировавше го дисульфида (2) , причем , ввиду того , что , благодаря м алому ра змеру частиц дисульфида , фильтр быстро забивался , его приходилось менять 2-3 р аза за время фильтрации , фильтрат медленно разбавляют при перемешивании соляной кислотой , при этом выпадают желто-рыжие частички н итротиофенола , а раствор меняет цвет с тем но-ви ш невого на ярко желтый . После этого системе для образования частиц бол ее крупного размера дают немного отстояться , и фильтруют . Полученный после фильтрации тиофенол перекристаллизовывают из спирта и л ибо сразу метилируют , либо сушат в вакуум эксикаторе над щелочью . Во втором случае перед метилированием нитротиофенол (3) переводят в щелочной раствор и отфильтровывают динитроди сульфид (2) . Выход нитротиофенола после перекристаллизаци и составил 38%. На хроматограмме обнаружены след ы динитродисульфида , возможно за счет ок исления раствора тиофенола на хроматографической пластинке . Т . пл . соответствует описанной в литературе [2], [3], [4]. 2.4 Метил [2- нитрофенил ] сульфид , о-нитротиоанизол. Во всех из изученных методик о-нитротиоанизол (4) получали метилированием 2-нитротиофенола (3) . Различие в метилирующих агентах . В статье [4] использовался йодистый метил в щелочной водно-спиртовой среде . В статьях [5] и [6] в качестве метилир ующего агента использовался диметилсульфат , сущес твенно более дешевый чем метилйодид . Во всех статьях среда щелочная. К щелочному раствору нитротиофенола (3) через медлен но прибавляют избыточное количество диметилсульф ата . При этом раствор из темно вишневого постепенно превращается в прозрачно желтый . Выпадают желтые частички нитротиоанизола (4) .Их отфиль тровывают , промывают водой и высушивают . После перекристаллизации из спирта выход хроматогр афически индивидуального продукта составил 50% в виде светло-желтых пластинок . Температура плавл ения соответствует литературны м источникам [3], [4], [7]. 2.5 Метил [2- нитрофенил ] сульфон Данное соединение получают окисле нием метил [2-нитрофенил ] сульфида (4) в водной среде . В качестве окислителя в статье [4] выбрана смес ь хромовой и уксусной кислот . В ст атье [5] предложен метод окисления перекисью вод орода в среде ледяной уксусной кислоты . В обоих случаях очистка перекристаллизацией из смеси спирт-вода . К раствору нитротиоанизола (4) в ледяной уксусной кислоте , нагретому на кипящей водяной бане , приливаю по каплям раствор перекиси водорода . Затем продолжают нагрев при этой температуре . Через пару часов охлаждают , раз бавляют водой и отфильтровывают метил [2-нитроф енил ] сульфон (5) . Следует отметить медленную скорость пр ибавления перекиси водорода , так же к а к и то , что сама перекись должна быть в необходимом количестве . В первый раз было добавлено много перекиси , причем неуст ановленного состава , что привело к выбросу части реакционной массы , а также к ее недоокислению . Во втором случае были учтены ошибки пе р вой попытки и пере кись добавлялась через капельную воронку по каплям. Выход хроматографически индивидуального прод укта после перекристаллизации из смеси спирт- вода составил 48% в виде белых кристаллов . Те мпература плавления соответствует литературным и сточ никам [3], [4], [7]. 2.6 Метил [2- аминофенил ] сульфон Конечное вещество получают восста новлением метил [2-нитрофенил ] сульфона . В стать е [7] приводятся методы восстановления цинком в серной кислоте различной концентрации . В работе [4] предложен метод восстановления желе зным порошком в водной среде в присутстви и уксусной кислоты . После восстановления подщ елачивают , фильтруют и экстрагируют бензином . Затем экстрагент отгоняют , а вещество перекри сталлизовывают из воды . В работе [5] в о сстановление ведут железными стружками в 50% этаноле с добавлением соляной кислоты в течении 24 часов , после чего фильтруют , упар ивают , экстрагируют хлороформом и перекристаллизо вывают из петролельного эфира . В результате анализа различных методик был выб ран метод восстановления нитрог руппы железом в среде электролита . К желез ному порошку , протравленному соляной кислотой добавляют спиртовой раствор метил [2-нитрофенил ] сульфона (5) . Смесь перемешивают при нагревании около 8 часо в , затем фильтруют , фильтра т упаривают , затем осадок и упаренное вещество экстрагиру ют хлороформом , который в последствии отгоняю т . Полученную после экстракции маслянистую ма ссу перекристаллизовывают из петролельного эфира . На хроматограмме по мимо пятна основного вещества , обнаруж е но еще два пятна . При обкуривании пластинки оксидом азот а с последующим сочетанием с -нафтолом проявляется интенсивная красная окраска у пятна осно вного вещества и слабая окраска у пятен побочных продуктов . Возможно , побочные вещ ества есть продукты окисления целевого амина . Выход после перекристаллизации из петроле льного эфира составил 27%. Температура плавления отличается от литературной . Так в [6] указываетс я т . пл . 90-92 С , в [7] 65-66 С , в [4] 53,5-54,5 С . В нашем случае полученно е вещество плавится при 73-78 С . 3. Эксперим ентальная часть Электронные спе ктры поглощени я всех соединений регистрировали на спектрофо тометре “ Specord M400” (Karl Zeiss Jena). Инфракрасные спектры погл ощения соединений регистрировали на спектрофотом етре “ Specord M80” (Karl Zeiss Jena) в вазелиновом масле. 3.1 2,2 ’ -ди нитродифенилдисульфид (2) В круглодонную колбу вместимостью 300 мл , снабженную обратным холодильни ком , помещ ают 36 г (0.15 моль ) кристаллического дисульфида нат рия ( Na 2 S 9H 2 O) и 150 мл 95 -го этилового спи рта . Смесь нагревают на водяной бане до растворения сульфида натрия . Затем добавляют 4.8 г (0.15 моль ) порошкообразной серы и нагревани е продолжают до ее растворения , при этом образуется буровато-красный раствор дисульфида натрия . П осле этого в круглодонной колбе вместимостью 500 мл , снабженной обратным х олодильником , приготовляют раствор 31.5 г (0.20 моль ) 2-хлор нит ро бензола в 50 мл 95 -го этилового спирта . К этому рас твору медленно приливают горячий раствор дисульфида натрия . Пока реакция идет бурно , прибавление дисульфида ведут медленно . Когда весь дисульфид прибавлен смесь нагревают в течении двух часов на водяной бане , поддерживая слабое кипение реакционной смеси . Затем содержимое колбы охлаждают до 20 С , осадок отфильтровывают , промывают неско лько раз водой для удаления NaCl, один раз 20 мл этилового спирта для удаления непрореа гировавшего 2-хлорнитробензола и один раз 20 мл разбавленной соляной кислоты , отжимают на ф ильтре и высушивают в вакуум экси каторе над NaOH. По этой методике из 210 г нитрохлорбензо ла получено 105 г продукта . После перекристаллиз ации из ледяной уксусной кислоты выход 2,2 ’ - динитродифенилдисул ьфида составляет 84,2 г (41%). R f 0.75 (бензол ). Т . пл . 194-197 С . Лит т . пл . 198-199 С [1]. 3.2 2-нитротиофе нол (3) К кипящей суспензии 25 г (0,081 моль ) 2,2 ’ - динитродифен илдисульфида в 100 мл спирта добавляют водный раст вор 10 г (0,041 моль ) водного сульфида натрия и 7 г (0,175 моль ) гидроксида натрия , пере мешивая при кипении 20 мин . Затем раствор вы ливают в 1 литр холодной дистиллированной воды и фильтруют . Фильтрат медленно при помеши вании подкисляют 65 мл концентриров а нно й соляной кислоты (раствор из красно-коричнево го превращается в желтый ), дают чуть-чуть о тстояться и отфильтровывают досуха выпавший 2- нитротиофенол и сразу высушивают в вакуум эксикаторе с NaOH. По этой методике из 52,3 г динитродифенил дисульфида (2) было получено 22,3 г (3) После перекристаллизации из сп ирта выход 20,1 г (38%). Т . пл . 57-59 С . Лит т . пл . 58 С [3], 57-58 С [4]. R f 0,7 элюент хлороформ : гексан 1:1. 3.3 Метил [2-н итрофенил ]сульфид , 2-нитротиоанизол (4) В круглодонной колбе с обратн ым холодильником готовят раствор 20 г (0,129 моль ) 2-нитротиофенола , 15 г (0,375 моль ) гидроксида натрия в 100 мл воды и нагревают его до 50 С . К пол ученному раствору медленно прибавляют через к апельные воронки 40 мл (d 1,35 г /мл , 54 г , 0,42 моль ) диметилсульфата и 10 г (0,25 моль ) гидроксида натрия . После прибавления перемешивают 30 мин . В эт о время раствор меняет ц вет с тем но вишневого на прозрачно-желтый . Отфильтровывают выпавший 2-нитротиоанизол. Получают 13 г (60%) После перекристаллизации из смеси спирт-вода выход 12,4 г Т . пл . 59-61 С . Лит т . пл . 92-94 С [6], 59-60 С [4] 58-60 С [7], 61,5-62 С [5]. R f 0.6 элюент хлороформ : гексан 1:1. 3.4 метил [2- нитрофенил ] сульфон (5) В круглодонн ой колбе на 200 мл нагревают до кипения раствор 7,5 г (0,044 м оль ) 2-нитротиоанизола в 50 мл ледяной уксусной кислоты . После этого к нему медленно , че рез капельную воронку , добавляют 20 мл 30% перекиси водорода . Затем раствор нагревают в течен ии двух часо в на водяной бане . После охлаждения и разбавления 75 мл воды отделяется метил [2-нитрофенил ] сульфон в вид е белых кристаллов . Их отфильтровывают , промыв ают водой и высушивают. После перекристаллизации из смеси спирт-в ода выход 4,7 г (48%) Т . пл . 104-106 С Лит . т . пл . 105-106 С [7], 104-105 С [4], 105-106 С [5]. R f 0,3 элюе нт хлороформ : гексан 1:1. 3.5 метил [2- аминофенил ] су льфон (6) Перед восстановлением 6 г железного порошка протравляют раствором 1 мл (0.032 моль ) 35%-ной соляной кислоты в 10 мл воды при 5- ти минутном кипячении . Затем прибавляют раств ор 4,5 г (0,0225 моль ) метил [2-нитрофенил ] сульфона в 115 мл 50% этанола . После прибавления всего раствора нитросоединения реакционную массу наг ревают ещё 8 часов . Затем охлаждают до комн атной температуры , добавляют 2 г кальцинированной соды и 25 мл этанола . Реакционную смесь нагревают и отфильтровывают от железно г о шлама , который экстрагируют хлороформо м . Фильтрат упаривают , насыщают поваренной сол ью и экстрагируют хлороформом . Экстракты объе диняют , осушают безводным сульфатом магния , фи льтруют и отгоняют хлороформ на роторном испарителе . Получившееся коричневое м а сло перекристаллизуют из петролельного эф ира . Выход 1 г с т . пл . 73-78 С . Лит Т . пл .: 90-92 С [7], 53.5-54.5 С [5], 65-66 С [6]. R f 0 ,7 элюент - хлороформ . Побочно получены еще 2 пятна с R f 0,15 и 0,25 соответственно . 4. Выводы 1. Изучена и отработана схема получения метил [2-нитрофенил ] сульфона из о-нитрохлорбензола. 2. Выявлено , что в данн ой схеме синтеза сильное влияние оказыв ает чистота реагентов . 3. При получении метил [2-аминофенил ] сульфона обнаружены побочные продукт ы , дающие окраску при диазотировании и соч етании с -нафтолом. 5 Литерату ра 1. Синтезы органических препаратов сб .1 с . 49. 2. Т.А.Чибисова . Синтез и УФ-спектры поглощения несиммет ричных дифенилдисульфидов . Диссертация на соискан ие ученой степени кандидата химических наук .// М . 1971. 16 1с. 3. A.Chrzaszczewska, B.Bielawski , Lodz. Towarz. Nauk, Wydzial III, Acta chim., 1958, vol 3, p. 87. 4. D.G.Foster, E.E.Raid . The influence of sulfur on the color of azo dyes further investigations.// The Jornal of the American Chemical Society, 1 924, vol 46, p.1936-1948. 5. M.P.Cava, C.E.Blake. // The Jornal of the American Chemical Society, 1956, vol 78, p.5444-5446. 6. K.Brand . // Berichte, 1909, vol. 42, p. 3465. 7. F.Claasz . // Berichte, 1912, vol. 45, p.1022-1030.