Дослідження каталітичного окиснення 4-нітроетилбензену озоном до 4-нітроацетофенону – напівпродукту синтезу антибіотиків

Автор(и)

  • А. Г. Галстян ДЗ «Луганський державний медичний університет», м. Рубіжне, Україна
  • А. С. Бушуєв ДЗ «Луганський державний медичний університет», м. Рубіжне, Україна

DOI:

https://doi.org/10.14739/2409-2932.2021.2.230051

Ключові слова:

окиснення, 4-нітроетилбензен, 4-нітроацетофенон, кислота оцтова, кінетика, озон

Анотація

4-Нітроацетофенон – важливий напівпродукт для виготовлення антибіотиків широкого спектра дії, як-от левоміцетину. Сучасні методи синтезу кетону недосконалі. Найпростіший із них – окиснення 4-нітроетилбензену киснем повітря при атмосферному тиску й температурі 135 °С за наявності манган (IV) оксиду, але його недолік – низький вихід і необхідність проведення процесу в гетерогенному середовищі. Тому актуальним завданням є розроблення доступних і дешевих способів одержання 4-нітроацетофенону.

Мета роботи – дослідити продукти та кінетику реакції каталітичного окиснення 4-нітроетилбензену озоном у кислоті оцтовій і розробити новий низькотемпературний синтез 4-нітроацетофенону.

Матеріали та методи. Під час експерименту застосовували 4-нітроетилбензен, 4-нітроацетофенон та 1-(4-нітрофеніл)етанол фірми Acros organics кваліфікації «х.ч.»; манган (ІІ) ацетат кваліфікації «х.ч.»; розчинник – льодяна кислота оцтова фірми Sigma кваліфікації «х.ч.».

Для безперервного контролю поточної концентрації озону в газовій фазі використовували спектрофотометричний метод. У вимірювальну камеру спектрофотометра СФ-46 ЛОМО вмонтували тефлонову проточну кювету з кварцовими вікнами, що дало змогу вимірювати оптичну щільність газового потоку в УФ-ділянці. Концентрацію озону на вході та виході з реактора визначали шляхом запису результатів на потенціометрі КСП-4 як озонограму під час проходження озоновмісного газу через кювету за довжини хвилі монохроматичного джерела світла 254–256 нм. Кількісний уміст реакційної суміші визначали за допомогою газорідинної хроматографії, розрахунки концентрації компонентів виконали методом внутрішнього стандарту.

Результати. Вивчили продукти та кінетику реакції озону з 4-нітроетилбензеном за наявності каталізатора – манган (ІІ) ацетату. Встановили, що за температури 20 °С процес окиснення перебігає переважно за бічним ланцюгом, вихід 4-нітроацетофенону досягає 98,5 %. У системі ідентифікували також слідові кількості 1-(4-нітрофеніл)етанолу. Цей факт пояснюється тим, що озон в умовах каталізу переважно реагує не з субстратом, а з Mn (II) з утворенням активної форми Mn (IV), що відновлюється за реакцією з 4-нітроетилбензеном, ініціюючи окиснення субстрату за бічним ланцюгом.

Висновки. Каталітичне окиснення 4-нітроетилбензену озоном у розчині кислоти оцтової перебігає переважно за бічним ланцюгом з утворенням 4-нітроацетофенону з виходом 98,5 %. Оптимальна температура реакції – 20–30 °С; її підвищення сприяє поглибленню процесу окиснення, і кетон починає перетворюватися на кислоту 4-нітробензойну.

Біографії авторів

А. Г. Галстян, ДЗ «Луганський державний медичний університет», м. Рубіжне, Україна

 д-р хім. наук, професор каф. промислової фармації

А. С. Бушуєв, ДЗ «Луганський державний медичний університет», м. Рубіжне, Україна

канд. техн. наук, доцент, зав. каф. промислової фармації

Посилання

Maiofis, L. S. (1958). Tekhnologiya khimiko-farmatsevticheskikh preparatov [Technology of chemical and pharmaceutical preparations]. Leningrad: Medgiz. [in Russian].

Panarin, E. F., & Shul'tsev A. L. (2014). Sposob polucheniya para-nitroaczetofenona [Method of obtaining 4-nitroacetophenone]. Russian Federation Patent 2518894 RU. [in Russian]. http://www.freepatent.ru/patents/2518894

Galstyan, G. A., Tyupalo, N. F., & Galstyan, A. G. (2009). Zhidkofaznoe kataliticheskoe okislenie aromaticheskikh soedinenii ozonom [Liquid-phase catalytic oxidation of aromatic compounds by ozone]. Lugansk: VNU. [in Russian].

Pan, H., Li, S., Shu, M., Ye, Y., Cui, Q., & Zhixiang, Z. (2018). p-Xylene catalytic oxidation to terephthalic acid by ozone. ScienceAsia, 44(3), 212-217. https://doi.org/10.2306/scienceasia1513-1874.2018.44.212

Ku, Y., Ji, Y. S., & Chen, H. W. (2008). Ozonation of o-cresol in aqueous solutions using a rotating packed-bed reactor. Water environment research, 80(1), 41-46. https://doi.org/10.2175/106143007x220905

Hwang, K. C., Sagadevan, A., & Kundu, P. (2019). The sustainable room temperature conversion of p-xylene to terephthalic acid using ozone and UV irradiation. Green Chem, 22, 6082-6088. https://doi.org/10.1039/c9gc02095k

Razumovskyi, S. D., Halstian, H. A., & Tiupalo M. F. (2000). Ozon ta yoho reaktsii z alifatychnymy spolukamy [Ozone and its reactions with aliphatic compounds]. Luhansk: SUDU. [in Ukrainian].

Romanovskii, B. V. (2006). Osnovy khimicheskoi kinetiki [Fundamentals of chemical kinetics]. Moscow: Ekzamen. [in Russian].

Galstyan, A., Galstyan, G., & Timoshyna, L. (2018). Research of the process of liquid phase selective oxidation of 4-aminotoluene with ozone. Chemistry and Chemical Technology, 12(3), 341-345. https://doi.org/10.23939/chcht12.03.341

Bailey, P. S. (1982). Ozonation in organic chemistry. Vol. 2. Nonolefinic Compounds. N.-Y.: Academic Press.

Emanuel', N. M., Denisov, E. T., & Maizus, Z. K. (1965). Tsepnye reaktsii okisleniya uglevodov v zhidkoi faze [Chain reactions of oxidation of carbohydrates in the liquid phase]. Moscow: Nauka. [in Russian].

Bushuiev, A. S., Halstian, A. H., & Kotova, V. V. (2020). Ridynnofazne okysnennia 2-khlortoluenu ozonom do 2-khlorbenzoinoi kysloty – napivproduktu dlia vyrobnytstva natrii dyklofenaku [Liquid-phase oxidation of 2-chlorotoluene with ozone to 2-chlorobenzoic acid – an intermediate for diclofenac sodium production]. Current issues in pharmacy and medicine: science and practice, 13(3), 324-329. https://doi.org/10.14739/2409-2932.2020.3.216168

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-01

Номер

Розділ

Оригінальні дослідження