Способ получения ангидрида трифторметансульфокислоты

 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения ангидрида трифторметансульфокислоты, используемого для синтеза производных трифторметансульфокислоты, в тонком органическом синтезе, в производстве лекарств, фунгицидов, экстрагентов, катализаторов. Способ состоит в дегидратации трифторметансульфокислоты оксидом фосфора (V) при пониженном давлении, при температуре смеси 95-130^oС и перегонке образующейся смеси с отбором целевой фракции при изменении давления от 150 до 600 мм рт. ст. Настоящий способ позволяет повысить качество готового продукта, увеличить выход и повысить производительность процесса. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения фторорганических соединений, а конкретно к технологии получения ангидрида трифторметансульфокислоты (в дальнейшем АТФМСК), используемого в тонком органическом синтезе, в производстве фармацевтических препаратов, в биохимии - для сульфонилирования аминогруппы и др.

Известен способ получения АТФМСК путем взаимодействия трифторметансульфокислоты (в дальнейшем ТФМСК) с пентахлоридом фосфора (US Patent 2732398, 1956 г. ). Ангидрид получен как сопродукт при синтезе трифторметансульфохлорида по реакции: Значительно выше выход ангидрида (65-83%) при дегидратации ТФМСК оксидом фосфора (V): (C. D. Beard, К. Ваum, V. Grakauskas, J. Org. Chem. , 38, 1973 г. ). Указанные выходы отвечают лабораторным условиям синтеза.

В промышленных условиях выход ангидрида при обработке ТФМСК оксидом фосфора не превышает 60% (US Patent 5 004 829, 1991 г. - прототип предлагаемого изобретения). В данном способе синтез сырого АТФМСК осуществляют при мольном соотношении ТФМСК к Р₂О₅ равном 1: 0,66 при температуре 75-90^oС с последующей дистилляцией сырого АТФМСК при 250 мм рт. ст. и утилизацией ТФМСК из кубового остатка синтеза АТФМСК.

Указанный способ обладает следующими недостатками: 1) в процессе синтеза используется только 60% от исходного количества ТФМСК; 2) 40% ТФМСК остается сорбированной в твердой реакционной массе полифосфорных кислот, требуется многостадийная переработка этой массы для извлечения из нее ТФМСК; 3) длительность процесса синтеза, что ведет к снижению производительности и ухудшению качества целевого продукта.

Технической задачей изобретения является увеличение выхода АТФМСК, повышение его качества, увеличение производительности.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения АТФМСК, включающем дегидратацию ТФМСК оксидом фосфора (V) при нагревании, перегонку образующейся смеси жидких продуктов при пониженном давлении и утилизацию отходов, дегидратацию проводят при температуре 95-130^oС и давлении 150-250 мм рт. ст. с перемешиванием смеси ТФМСК (или сырой ТФМСК) и оксида фосфора (V), взятых в мольном соотношении ТФМСК: Р₂0₅= 1: 0,7-1: 1, в которую добавляют силикагель, перегонку образующейся смеси жидких продуктов ведут с отбором целевой фракции готового продукта при градиенте давления от 150-250 до 500-600 мм рт. ст. , по окончании процесса перегонки осуществляют напуск в систему инертного газа (например, азота), а кубовый остаток от перегонки подвергают гидролизу в щелочном растворе.

Предлагаемый способ имеет следующее обоснование: 1. Синтез ангидрида трифторметансульфокислоты идет по реакции: 2CF₃SO₃H + P₂O₅ --> (CF₃SO₂)₂O + 2HPO₃. (1)
Теоретическое мольное соотношение ТФМСК: Р₂O₅ = 1: 0,5.

Параллельно идут побочные реакции синтеза трифторметилового эфира трифторметансульфокислоты (ТФМТ):
6CF₃SO₃H + P₂O₅ --> 3CF₃SO₃CF₃ + 2H₃PO₄ + 3SO₂, (2)

(см. J. of Org. Chem. , v. 52, 19, 1987, "Trifluoromethyl Triflate: Synthesis and Reactions", S. L. Taylor, J. C. Martin).

2. Мольное соотношение СF₃S0₃Н: Р₂О₅= 1: 0,7-1: 1 и перемешивание, температура смеси 95-130^oС способствуют ускорению реакции (1). Степень использования ТФМСК достигает 98%, что позволяет исключить из технологии операции извлечения ТФМСК из кубового остатка (в способе по прототипу 40% ТФМСК остается в кубовом остатке). При большем соотношении СF₃S0₃Н: Р₂0₅ снижается выход АТФМСК, при меньшем соотношении (например, CF₃SO₃H: P₂O₅= 1: 2) исходная смесь застекловывается, затрудняется перемешивание, выход АТФМСК также снижается.

Указанное соотношение и перемешивание сводят к минимуму возможность протекания побочной реакции (2) образования ТФМТ. Добавка силикагеля к реакционной смеси позволяет снизить содержание фтор-иона в целевом продукте за счет реакции: 4HF+SiO₂= SiF₄+2H₂0.

3. Использование для дегидратации сырой ТФМСК позволяет исключить из технологического процесса операцию перегонки сырой ТФМСК.

4. Температура реакционной смеси 95-130^oС ускоряет реакцию по уравнению (1) в несколько раз относительно прототипа, что ведет к увеличению производительности, повышению степени использования ТФМСК. При температуре ниже 95^oС замедляется процесс синтеза, при температуре выше 130^oС имеет место повышенный унос паров ТМСК из реакционной зоны.

5. Реакция (3) образования ТФМТ имеет место в начальный момент синтеза АТФМСК и в конце перегонки основной массы АТФМСК, т. е. в случаях, когда в смеси ТФМСК и АТФМСК содержание последнего невелико (чем меньше соотношение АТФМСК к ТФМСК в смеси, тем быстрее ангидрид разлагается с образованием ТФМТ). Поэтому на стадии синтеза АТФМСК необходимо создать условия быстрого прохождения реакции (1), а на стадии перегонки АТФМСК обеспечить удаление ТФМТ из целевой фракции и уменьшить поступление непрореагировавшей ТФМСК в целевую фракцию.

6. Изменение абсолютного давления при перегонке обеспечивает удаление ТФМТ из целевой фракции (при давлении 150-250 мм рт. ст. ) и снижает поступление непрореагировавшей ТФМСК в целевую фракцию (при давлении 500-600 мм рт. ст. ). Это ведет к повышению качества целевого продукта.

7. Гидролиз кубового остатка обеспечивает возврат трифлат-иона в технологический цикл за счет реакций:
(СF₃S0₂)₂О+Ва(ОН)₂= (CF₃SO₃)₂Ba+H₂O
2СF₃SO₃Н+Ва(ОН)₂= (CF₃SO₃)₂Ba+2Н₂О
2СF₃SО₃СF₃+6Ва(ОН)₂= (СF₃S0₃)₂Ва+3BaF₂+2ВаСО₃+6Н₂О
Гидролиз можно провести также гидроксидом кальция - Са(ОН)₂.

8. Наполнение азотом системы после окончания процесса предотвращает контакт продуктов реакции с влагой атмосферного воздуха, исключает возможность загрязнения АТФМСК трифторметансульфокислотой за счет реакции:
(CF₃SO₂)₂O + H₂O = 2CF₃SO₃H (4)
Примеры испытания способа на опытно-промышленных установках представлены в таблице. Из таблицы следует, что предлагаемый способ обеспечивает получение ангидрида трифторметансульфокислоты с более высоким выходом (до 67,7%) и более высокого качества (до 99,8%), чем способ по прототипу (выход - 59%, качество - 98%). Добавка силикагеля к реакционной массе снижает содержание примеси фтор-иона в готовом продукте.

Формула изобретения

1. Способ получения ангидрида трифторметансульфокислоты, включающий дегидратацию трифторметансульфокислоты оксидом фосфора (V) при нагревании, перегонку образующихся жидких продуктов при давлении ниже атмосферного и утилизацию кубового остатка от перегонки, отличающийся тем, что дегидратацию трифторметансульфокислоты проводят при перемешивании смеси трифторметансульфокислоты с оксидом фосфора (V), взятых в мольном соотношении CF₃SO₃H: Р₂О₅, равном 1: 0,7-1: 1, в которую добавляют силикагель, при давлении ниже атмосферного, перегонку ангидрида трифторметансульфокислоты проводят при нарастающем градиенте давления, кубовый остаток от перегонки подвергают гидролизу в водном растворе оксида или гидроксида щелочно-земельного металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе дегидратации температуру реакционной смеси поддерживают в интервале 95-130^oС при давлении 150-220 мм рт. ст.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при перегонке отбор целевой фракции проводят при изменении давления от 150-220 до 600 мм рт. ст.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что по окончании процесса перегонки осуществляют напуск в систему инертного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1