Оптимизация промышленных методов получения 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола и 5-амино-3-метилтио-1,2,4-триазола (стр. 2 )

Проведение оптимизации процесса на этой стадии имело целью выяснение влияния повышения температуры реакционной массы на выход 5-амино-3-меркапто-1,2,4-триазола. При высокой концентрации исходных соединений, а также бикарбоната аммония, образующегося в процессе реакции, максимальная температура, достигаемая в реакционной массе при кипении воды, составляет 105 оС.

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.

Согласно полученным данным, повышение температуры первой стадии до температуры кипения реакционной 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 промышленного 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 с применением соляной кислоты. 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 использовании двукратного переосаждения продукта. 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 явля-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-меркапто-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).