Новий метод синтезу 4-нітробензойної кислоти – напівпродукту для виробництва прокаїну

Анотація

Прокаїн – один із найстаріших місцевих анестетиків, який використовують у медицині. При всмоктуванні та надходженні в системний кровообіг знижує збудливість периферичних холінореактивних систем. Виявляє блокувальну дію на вегетативні ганглії, зменшує спазм гладких м’язів, знижує збудливість міокарда та моторних зон кори головного мозку. Його синтезують шляхом окиснення 4-нітротолуолу до 4-нітробензойної кислоти, що надалі реагує з тіонілхлоридом; одержаний хлорид кислоти етерифікують 2-діетиламіноетанолом, отримують нітрокаїн. Нітрогрупу відновлюють гідруванням над нікелевим каталізатором Ренея. Стадія окиснення характеризується утворенням токсичних стічних вод, що складно утилізувати, дорогими мінеральними окисниками або високими температурами, надлишковим тиском у разі використання як окисника кисню повітря. Тому актуальним є пошук нових екологічно чистих і низькотемпературних методів отримання 4-нітробензойної кислоти.

Мета роботи – дослідити продукти, умови та вивчити кінетику реакції озону з 4-нітротолуолом у розчині оцтової кислоти для розроблення нового методу синтезу 4-нітробензойної кислоти.

Матеріали та методи. Льодяну оцтову кислоту кваліфікації «Ч. Д. А.» перед використанням очищували перегонкою під вакуумом за наявності перманганату калію. Солі металів кваліфікації «Ч. Д. А.» і бромистий калій кваліфікації «Х. Ч.» використовували без попереднього очищення. Для кінетичних досліджень застосували безградієнтний за газовою фазою реактор типу «каталітична качка». Змішування газової та рідкої фаз у реакторі відбувалося завдяки струшуванню реактора зі швидкістю, що давала змогу працювати в кінетичній області. Кінетику реакції вивчали за зміною концентрації озону в газовій фазі на виході з реактора спектрофотометричним методом на спектрофотометрі «СФ-46 ЛОМО».

Результати. Дослідили продукти, умови та кінетику реакції озону з 4-нітротолуолом. Показано, що за температури 20–90 °C перебігає переважно озоноліз ароматичного кільця, сумарний вихід продуктів окиснення за метильною групою не перевищує 24,2 %, серед них на ранніх стадіях ідентифіковано 4-нітробензиловий спирт і 4-нітробензальдегід, на глибших – 4-нітробензойну кислоту. Введення в систему каталізатора кобальт (ІІ) ацетату майже повністю запобігає озонолізу, головним продуктом реакції стає 4-нітробензойна кислота з виходом 86,5 %. Додавання до розчину калій броміду сприяє зменшенню концентрації каталізатора всемеро, підвищенню швидкості реакції та виходу 4-нітробензойної кислоти до 95,6 %.

Висновки. Розробили новий екологічно чистий, низькотемпературний метод синтезу 4-нітробензойної кислоти шляхом ведення процесу озонування 4-нітротолуолу в розчині льодяної оцтової кислоти за наявності змішаного кобальтбромідного каталізатора.