Табл. 2. Выходы 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола, полученные
при различных температурных режимах на первой стадии процесса
Температура, оС | Выходы, % | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | средний | |
90-95 | 53.5 | 51.6 | 51.3 | 52.2 | 52.1 |
95-100 | 55.5 | 55.8 | 53.4 | 54.5 | 54.1 |
100-105 | 57.2 | 56.5 | 57.9 | 56.5 | 57.0 |
Кипение | 59.2 | 61.2 | 59.6 | 59.0 | 59.8 |
Таким образом, исследования по оптимизации температурного режима первой стадии синтеза 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола были ограничены диапазонами: 90-95, 95-100, 100-105 оС и температура кипения реакционной массы. Результаты приведены в табл. 2.
Таким образом, повышение температуры первой стадии до температуры кипения реак-ционной смеси приводит к некоторому стабильному повышению выхода 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола, не нуждается в специальном терморегулировании и, таким образом, является наиболее предпочтительным температурным режимом первой стадии процесса для промыш-ленного использования.
Влияние природы используемой кислоты на выход 5-амино-3-меркапто-1,2,4-три-азола. В первичном прототипе методики для нейтрализации было предложено использовать соляную кислоту, обуславливающую ряд факторов опасности для персонала и коррозии металлических конструкций технологического оборудования.
С этой точки зрения оптимизация метода состоит в замене соляной кислоты серной, что позволяет исключить действие паров HCl на персонал и оборудование. В экспериментах по оптимизации процесса было использовано количество двухосновной серной кислоты, эквивалентное количеству соляной кислоты, применяемому в методе – первичном прототипе с учетом количества воды, присутствующему в серной и соляной кислотах. Результаты экспериментов приведены в табл. 3.
Табл. 3. Выходы 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола, полученные
при использовании соляной и серной кислот на первой химической стадии синтеза
Выход, % | |||||||||
Соляная кислота | Серная кислота | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | Сред. | 1 | 2 | 3 | 4 | Сред. |
56.3 | 55.8 | 56.8 | 57.1 | 56.5 | 56.2 | 56.7 | 55.5 | 56.5 | 56.2 |
Результаты исследования показали, что при переходе от соляной к серной кислоте имеет место незначительное снижение выхода продукта, однако, с точки зрения безопасности работы персонала и сохранности оборудования данная замена является важным параметром оптимизации процесса получения 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола.
Оптимизация температурного режима второй стадии синтеза. Первичный прототип методики синтеза рекомендует температурные условия щелочной циклизации 4-тиокарба-моиламиногуанидина в пределах 100 оС. Исследование влияния температуры реакционной смеси на выход целевого полупродукта проводилось в двух условиях: при 100-110 оС и при кипении реакционной массы (110 оС). Результаты синтеза при этих условиях приведены в табл. 4.
Табл. 4. Выходы 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола, полученные
при различных температурных режимах на второй стадии процесса
Температура, оС | Выходы, % | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | Средний | |
100-105 | 55.7 | 55.0 | 55.2 | 54.4 | 55.0 |
Кипение (110) | 59.4 | 60.0 | 60.3 | 59.7 | 59.9 |
Из приведенных результатов видно, что проведение второй стадии синтеза при кипении стабильно повышает производительность процесса. Таким образом, проведение второй стадии процесса при кипячении оказалось более предпочтительным.
Оптимизация стадии очистки 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола. В методике-про-тотипе описано с целью очистки однократное переосаждение целевого продукта. Данные элементного анализа полученного таким образом 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола показали недостаточность такого метода очистки для получения продукта удовлетворительного качества. Оптимизация стадии очистки заключается в двукратном переосаждении продукта при использовании 30%-ной серной кислоты вместо концентрированной соляной кислоты. Данные элементного анализа полученных образцов представлены в табл. 5.
Табл. 5. Данные элементного анализа 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола
при одно - и двукратном переосаждении
Количество переосаждений | Найдено, % | ||
C | H | N | |
Вычислено | 20.68 | 3.47 | 48.24 |
Однократное | 21.25 | 3.67 | 48.56 |
Однократное | 22.20 | 3.94 | 48.28 |
Однократное | 20.93 | 4.02 | 49.10 |
Однократное | 21.40 | 4.40 | 48.82 |
Однократное, среднеее | 21.45 | 4.01 | 48.69 |
Δ (выч. – средн.) | -0.77 | -0.54 | -0.45 |
Двукратное | 20.75 | 3.54 | 48.43 |
Двукратное | 20.84 | 3.61 | 48.33 |
Двукратное | 20.51 | 3.66 | 48.21 |
Двукратное | 20.60 | 3.37 | 48.18 |
Двукратное, среднее | 20.68 | 3.55 | 48.29 |
Согласно приведенным данным, двукратное переосаждение 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола является достаточным для получения продукта требуемого качества.
2. Оптимизация синтеза 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола
Представленные ранее методы синтеза 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола предполагали алкилирование 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола йодистым метилом в присутствии основа-ния [23, 28]:
Наиболее важными для оптимизации синтеза 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола являя-ются следующие факторы:
- природа основания для алкилирования, природа растворителя и алкилирующего реагента.
Выбор основания для проведения синтеза 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола. Вы-бор основания для алкилирования 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола определяет региосе-лективность реакции, поскольку данное соединение находится в нескольких таутомерных формах, из которых основной является структура (6) [38].
Табл. 6. Результаты титрования щелочного раствора 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола
V (HCl), мл | рН | Д рН | Д V | Д рН/ДV (HCl) | V (HCl), мл | рН | Д рН | Д V | Д рН/ДV (HCl) |
0 | 12.53 | - | - | - | 6.7 | 7.70 | 0.41 | 0.7 | 0.586 |
0.3 | 12.55 | -0.02 | 0.3 | -0.067 | 6.9 | 7.61 | 0.09 | 0.2 | 0.450 |
0.7 | 12.56 | -0.01 | 0.4 | -0.025 | 7.0 | 7.56 | 0.05 | 0.1 | 0.500 |
1.6 | 12.48 | 0.08 | 0.9 | 0.089 | 7.1 | 7.52 | 0.04 | 0.1 | 0.400 |
1.8 | 12.45 | 0.03 | 0.2 | 0.150 | 7.4 | 7.42 | 0.10 | 0.3 | 0.333 |
2.0 | 12.42 | 0.03 | 0.2 | 0.150 | 7.6 | 7.31 | 0.11 | 0.2 | 0.550 |
2.2 | 12.39 | 0.03 | 0.2 | 0.150 | 7.7 | 7.26 | 0.05 | 0.1 | 0.500 |
2.4 | 12.35 | 0.04 | 0.2 | 0.200 | 7.8 | 7.20 | 0.06 | 0.1 | 0.600 |
2.6 | 12.31 | 0.04 | 0.2 | 0.200 | 7.9 | 7.15 | 0.05 | 0.1 | 0.500 |
2.8 | 12.25 | 0.06 | 0.2 | 0.300 | 8.1 | 7.03 | 0.12 | 0.2 | 0.600 |
2.9 | 12.22 | 0.03 | 0.1 | 0.300 | 8.2 | 6.97 | 0.06 | 0.1 | 0.600 |
3.0 | 12.18 | 0.04 | 0.1 | 0.400 | 8.3 | 6.92 | 0.05 | 0.1 | 0.500 |
3.2 | 12.08 | 0.10 | 0.2 | 0.500 | 8.4 | 6.87 | 0.05 | 0.1 | 0.500 |
3.4 | 11.89 | 0.19 | 0.2 | 0.950 | 8.8 | 6.55 | 0.32 | 0.4 | 0.800 |
3.6 | 11.64 | 0.25 | 0.2 | 1.250 | 9.2 | 6.20 | 0.35 | 0.4 | 0.875 |
3.7 | 11.46 | 0.18 | 0.1 | 1.800 | 9.4 | 6.00 | 0.20 | 0.2 | 1.000 |
3.8 | 11.23 | 0.23 | 0.1 | 2.300 | 9.5 | 5.80 | 0.20 | 0.1 | 2.000 |
3.9 | 11.00 | 0.23 | 0.1 | 2.300 | 9.6 | 5.60 | 0.20 | 0.1 | 2.000 |
4.0 | 10.79 | 0.21 | 0.1 | 2.100 | 9.7 | 4.66 | 0.94 | 0.1 | 9.400 |
4.1 | 10.61 | 0.18 | 0.1 | 1.800 | 9.8 | 3.09 | 1.57 | 0.1 | 15.700 |
4.2 | 10.44 | 0.17 | 0.1 | 1.700 | 9.9 | 2.70 | 0.39 | 0.1 | 3.900 |
4.3 | 10.29 | 0.15 | 0.1 | 1.500 | 10.0 | 2.50 | 0.20 | 0.1 | 2.000 |
4.4 | 10.15 | 0.14 | 0.1 | 1.400 | 10.1 | 2.30 | 0.20 | 0.1 | 2.000 |
4.5 | 10.01 | 0.14 | 0.1 | 1.400 | 10.3 | 2.17 | 0.13 | 0.2 | 0.650 |
4.6 | 9.86 | 0.15 | 0.1 | 1.500 | 10.5 | 2.07 | 0.10 | 0.2 | 0.500 |
4.7 | 9.69 | 0.17 | 0.1 | 1.700 | 10.6 | 1.98 | 0.09 | 0.1 | 0.900 |
5.0 | 8.95 | 0.74 | 0.3 | 2.467 | 10.9 | 1.87 | 0.11 | 0.3 | 0.367 |
5.3 | 8.70 | 0.25 | 0.3 | 0.833 | 11.0 | 1.84 | 0.03 | 0.1 | 0.300 |
5.5 | 8.52 | 0.18 | 0.2 | 0.900 | 11.3 | 1.78 | 0.06 | 0.3 | 0.200 |
5.6 | 8.44 | 0.08 | 0.1 | 0.800 | 11.6 | 1.73 | 0.05 | 0.3 | 0.167 |
6.0 | 8.11 | 0.33 | 0.4 | 0.825 | 12.0 | 1.65 | 0.08 | 0.4 | 0.200 |
Создание оптимальных кислотно-основных условий является важным фактором избирательного алкилирования. С целью выявления оптимальных условий алкилирования, было проведено кислотно-основное титрование иминотиоуразола (рис. 2, табл. 6).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
