Синтез метил [2-аминофенил] сульфона

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Российский Химико Технологический Университет

имени Д.И. Менделеева

Кафедра химии и технологии органических красителей

Учебная научно-исследовательская работа по теме:

Получение метил [2-аминофенил] сульфона

Студента VI курса

Максимова М.В.

Научный руководитель

доц. Желтов А.Я.

Москва 1998

Оглавление___________________________________________________

1. Введение___________________________________________________

2. Общая часть_______________________________________________

2.1 Схема синтеза__________________________________________________________

2.2 2,2’-динитродифенилдисульфид___________________________________________

2.3 2-нитротиофенол________________________________________________________

2.4 Метил [2-нитрофенил] сульфид, о-нитротиоанизол._________________________

2.5 Метил [2-нитрофенил] сульфон___________________________________________

2.6 Метил [2-аминофенил] сульфон__________________________________________

3. Экспериментальная часть___________________________________

3.1 2,2’-динитродифенилдисульфид (2)________________________________________

3.2 2-нитротиофенол (3)_____________________________________________________

3.3 Метил[2-нитрофенил]сульфид, 2-нитротиоанизол (4)________________________

3.4 метил [2-нитрофенил] сульфон (5)_________________________________________

3.5 метил [2-аминофенил] сульфон (6)________________________________________

4. Выводы____________________________________________________

5 Литература________________________________________________

6 Приложения______________________

1. Введение

Целью данной работы является получение целевого продукта - метил [2-амино-фенил] сульфона, который может быть использован в качестве исходного соединения в синтезе азокрасителей.

2. Общая часть

2.1 Схема синтеза

В результате анализа научной литературы, приведенной в разделе 5, на основании доступности исходных реагентов и простоты методики был выбран следующий путь синтеза метил-[2-аминофенил]-сульфона:

2.2 2,2’-динитродифенилдисульфид

Первым этапом нашей работы было получение 2,2’-динитродифенилдисульфида. В литературе [1] достаточно подробно описан метод его получения.

При смешении кипящего раствора 2-хлорнитробензола (1) в спирте со спиртовым раствором дисульфида натрия получили 2,2’-динитродифенилдисульфид (2), который очистили от неорганических солей, исходного вещества и побочно образующегося о-хлоранилина, последовательно промывая водой, спиртом и разбавленной соляной кислотой. Выделенный продукт желтого цвета перекристаллизовывают из ледяной уксусной кислоты.

Полученный с выходом 40% динитродисульфид представлял собой хроматографически индивидуальное вещество с т. пл., соответствующей литературным данным [1] и [2]. Из этого опыта было выявлено, что на выход продукта оказывает большое влияние чистота дисульфида натрия. Так при переходе на дисульфид натрия из другой чистоты, реакционная масса, при добавлении к спиртовому раствору нитрохлорбензола полученного раствора  сульфида, приобретала черный цвет, в отличии от  красновато-коричневого в случае с более чистым дисульфидом. Также увеличивалось содержание тиофенола в реакционной смеси (появлялся характерный запах). Для выделения продукта (2) приходилось медленно при перемешивании добавлять раствор перекиси водорода, контролируя процесс по цвету и механическим характеристикам реакционной смеси: цвет раствора красный, продукт в виде мелких желтых частичек.

2.3 2-нитротиофенол

В изученной литературе есть различные методики  синтеза данного соединения. Например в диссертации [2] и статье [3] приведен метод получения 2-нитротиофенола из 2,2’-динитродифенилдисульфида с использованием спиртового раствора дисульфида натрия. Очистка перекристаллизацией из уксусной кислоты. Выход по данной методике получился незначительный, возможно из-за недостаточной чистоты дисульфида натрия. В работе [6] в качестве восстанавливающего агента предлагается использовать гидросульфид натрия. В статьях [4] и [5] описаны методы с использованием сульфида натрия и гидроксида натрия в водно-спиртовой среде при кипении. Причем в статье [5] 2-нитротиофенол метилируют без выделения.

Мы проводили восстановление полученного в предыдущем опыте динитродифенилдисульфида по методике, описанной в статьях [4] и [5]. К кипящему спиртовому раствору (2) прибавляют водный раствор дисульфида натрия и гидроксида натрия, после чего реакционную массу, окрасившуюся в черный цвет выдерживают при кипении, а затем в десять раз разбавляют холодной водой.

В результате серии опытов было выявлено, что сильное влияние на выход продукта (3) оказывают чистота дисульфида натрия, время контакта с атмосферой, скорость подкисления раствора нитротиофенолята. При проведении работы в предыдущем семестре именно эта стадия вызвала наибольшие затруднения. В итоге различные факторы, мешающие получению целевого продукта были учтены и продукт выделен. После фильтрации десятикратно разбавленного раствора нитротиофенолята натрия от непрореагировавшего дисульфида (2), причем, ввиду того, что, благодаря малому размеру частиц дисульфида, фильтр быстро забивался, его приходилось менять 2-3 раза за время фильтрации, фильтрат медленно разбавляют при перемешивании соляной кислотой, при этом выпадают желто-рыжие частички нитротиофенола, а раствор меняет цвет с темно-вишневого на ярко желтый. После этого системе для образования частиц более крупного размера дают немного отстояться, и фильтруют. Полученный после фильтрации тиофенол перекристаллизовывают из спирта и либо сразу метилируют, либо сушат в вакуум эксикаторе над щелочью. Во втором случае перед метилированием нитротиофенол (3) переводят в щелочной раствор и отфильтровывают динитродисульфид (2).

Выход нитротиофенола после перекристаллизации составил 38%. На хроматограмме обнаружены следы динитродисульфида, возможно за счет окисления раствора тиофенола на хроматографической пластинке. Т. пл. соответствует описанной в литературе [2], [3], [4].

2.4 Метил [2-нитрофенил] сульфид, о-нитротиоанизол.

Во всех из изученных методик о-нитротиоанизол (4) получали метилированием 2-нитротиофенола (3). Различие в метилирующих агентах. В статье [4] использовался йодистый метил в щелочной водно-спиртовой среде. В статьях [5] и [6] в качестве метилирующего агента использовался диметилсульфат, существенно более дешевый чем метилйодид. Во всех статьях среда щелочная.

К щелочному раствору нитротиофенола (3) через медленно прибавляют избыточное количество диметилсульфата. При этом раствор из темно вишневого постепенно превращается в прозрачно желтый. Выпадают желтые частички нитротиоанизола (4).Их отфильтровывают, промывают водой и высушивают. После перекристаллизации из спирта выход хроматографически индивидуального продукта составил 50% в виде светло-желтых пластинок. Температура плавления соответствует литературным источникам [3], [4], [7].

2.5 Метил [2-нитрофенил] сульфон

Данное соединение получают окислением метил [2-нитрофенил] сульфида (4) в водной среде. В качестве окислителя в статье [4] выбрана смесь хромовой и уксусной кислот. В статье [5] предложен метод окисления перекисью водорода в среде ледяной уксусной кислоты. В обоих случаях очистка перекристаллизацией из смеси спирт-вода.

К раствору нитротиоанизола (4) в ледяной уксусной кислоте, нагретому на кипящей водяной бане, приливаю по каплям раствор перекиси водорода. Затем продолжают нагрев при этой температуре. Через пару часов охлаждают, разбавляют водой и отфильтровывают метил [2-нитрофенил] сульфон (5). Следует отметить медленную скорость прибавления перекиси водорода, так же как и то, что сама перекись должна быть в необходимом количестве. В первый раз было добавлено много перекиси, причем неустановленного состава, что привело к выбросу части реакционной массы, а также к ее недоокислению. Во втором случае были учтены ошибки первой попытки и перекись добавлялась через капельную воронку по каплям.

Выход хроматографически индивидуального продукта после перекристаллизации из смеси спирт-вода составил 48% в виде белых кристаллов. Температура плавления соответствует литературным источникам [3], [4], [7].

2.6 Метил [2-аминофенил] сульфон

Конечное вещество получают восстановлением метил [2-нитрофенил] сульфона. В статье [7] приводятся методы восстановления цинком в серной кислоте различной концентрации. В работе [4] предложен метод восстановления железным порошком в водной среде в присутствии уксусной кислоты. После восстановления подщелачивают, фильтруют и экстрагируют бензином. Затем экстрагент отгоняют, а вещество перекристаллизовывают из воды. В работе [5] восстановление ведут железными стружками в 50% этаноле с добавлением соляной кислоты в течении 24 часов, после чего фильтруют, упаривают, экстрагируют хлороформом и перекристаллизовывают из петролельного эфира.

В результате анализа различных методик был выбран метод восстановления нитрогруппы железом в среде электролита. К железному порошку, протравленному соляной кислотой добавляют  спиртовой раствор метил [2-нитрофенил] сульфона (5). Смесь перемешивают при нагревании около 8 часов, затем фильтруют, фильтрат упаривают, затем осадок и упаренное вещество экстрагируют хлороформом, который в последствии отгоняют. Полученную после экстракции маслянистую массу перекристаллизовывают из петролельного эфира. На хроматограмме по мимо пятна основного вещества, обнаружено еще два пятна. При обкуривании пластинки оксидом азота с последующим сочетанием с b-нафтолом проявляется интенсивная красная окраска у пятна основного вещества и слабая окраска у пятен побочных продуктов. Возможно, побочные вещества есть продукты окисления целевого амина.

Выход после перекристаллизации из петролельного эфира составил 27%. Температура плавления отличается от литературной. Так в [6] указывается т. пл. 90-92 °С, в [7] 65-66°С, в [4] 53,5-54,5 °С. В нашем случае полученное вещество плавится при 73-78 °С.

3. Экспериментальная часть

Электронные спектры поглощения всех соединений регистрировали на спектрофотометре “Specord M400” (Karl Zeiss Jena). Инфракрасные спектры поглощения соединений регистрировали на спектрофотометре “Specord M80” (Karl Zeiss Jena) в вазелиновом масле.

3.1 2,2’-динитродифенилдисульфид (2)

В круглодонную колбу вместимостью 300 мл, снабженную обратным холодильни­ком, помещают 36 г (0.15 моль) кристаллического дисульфида натрия ( Na₂S×9H₂O) и 150 мл 95%-го этилового спирта. Смесь нагревают на водяной бане до растворения сульфида натрия. Затем добавляют 4.8 г (0.15 моль) порошкообразной серы и нагревание продолжают до ее растворения, при этом образуется буровато-красный раствор дисульфида натрия. После этого в круглодонной колбе вместимостью 500 мл, снабженной обратным холодильником, приготовляют раствор 31.5 г (0.20 моль) 2-хлор­­нит­ро­бензола в 50 мл 95%-го этилового спирта. К этому раствору медленно приливают горячий раствор дисульфида натрия. Пока реакция идет бурно, прибавление дисульфида ведут медленно. Когда весь дисульфид прибавлен смесь нагревают в течении двух часов на водяной бане, поддерживая слабое кипение реакционной смеси. Затем содержимое колбы охлаждают до 20°С, осадок отфильтровывают, промывают несколько раз водой для удаления NaCl, один раз 20 мл этилового спирта для удаления непрореагировавшего 2-хлорнитробензола и один раз 20 мл разбавленной соляной кислоты, отжимают на фильтре и высушивают в вакуум эксикаторе над NaOH.

По этой методике из 210 г нитрохлорбензола получено 105 г продукта. После перекристаллизации из ледяной уксусной кислоты выход 2,2’-динитродифенилдисульфида составляет 84,2 г (41%). Rf  0.75 (бензол). Т. пл. 194-197 °С. Лит т. пл. 198-199 °С [1].

По этой методике из 52,3 г динитродифенилдисульфида (2) было получено 22,3 г (3)  После перекристаллизации из спирта выход 20,1 г (38%). Т. пл. 57-59°С. Лит т. пл. 58°С  [3],  57-58°С [4]. Rf 0,7 элюент хлороформ : гексан 1:1.

3.3 Метил[2-нитрофенил]сульфид, 2-нитротиоанизол (4)

В круглодонной колбе с обратным холодильником готовят раствор 20 г (0,129 моль) 2-нитротиофенола, 15 г (0,375 моль) гидроксида натрия в 100 мл воды и нагревают его до 50°С. К полученному раствору медленно прибавляют через капельные воронки 40 мл (d 1,35 г/мл, 54 г, 0,42 моль) диметилсульфата и 10 г (0,25 моль) гидроксида натрия. После прибавления перемешивают 30 мин. В это время раствор меняет цвет с темно вишневого на прозрачно-желтый. Отфильтровывают выпавший 2-нитротиоанизол.

Получают 13 г (60%) После перекристаллизации из смеси спирт-вода выход 12,4 г      Т. пл. 59-61°С. Лит т. пл. 92-94°С [6], 59-60°С [4] 58-60°С [7], 61,5-62°С [5]. Rf 0.6 элюент хлороформ : гексан 1:1.

3.4 метил [2-нитрофенил] сульфон (5)

В круглодонной колбе на 200 мл нагревают до кипения раствор 7,5 г (0,044 моль) 2-нитротиоанизола в 50 мл ледяной уксусной кислоты. После этого к нему медленно, через капельную воронку, добавляют 20 мл 30% перекиси водорода. Затем раствор нагревают в течении двух часов на водяной бане. После охлаждения и разбавления 75 мл воды отделяется метил [2-нитрофенил] сульфон в виде белых кристаллов. Их отфильтровывают, промывают водой и высушивают.

После перекристаллизации из смеси спирт-вода выход 4,7 г (48%) Т. пл. 104-106°С Лит. т. пл. 105-106°С [7], 104-105°С [4], 105-106°С [5].

Rf 0,3 элюент хлороформ : гексан 1:1.

3.5 метил [2-аминофенил] сульфон (6)

Перед восстановлением 6 г железного порошка протравляют раствором 1 мл (0.032 моль) 35%-ной соляной кислоты в 10 мл воды при 5-ти минутном кипячении. Затем прибавляют раствор 4,5 г (0,0225 моль) метил [2-нитрофенил] сульфона в 115 мл 50% этанола. После прибавления всего раствора нитросоединения реакционную массу нагревают ещё 8 часов. Затем охлаждают до комнатной температуры, добавляют 2 г кальцинированной соды и 25 мл этанола. Реакционную смесь нагревают и отфильтровывают от железного шлама, который экстрагируют хлороформом. Фильтрат упаривают, насыщают поваренной солью и экстрагируют хлороформом. Экстракты объединяют, осушают безводным сульфатом магния, фильтруют и отгоняют хлороформ на роторном испарителе. Получившееся коричневое масло перекристаллизуют из петролельного эфира.

Выход 1 г с т. пл. 73-78 °С. Лит Т. пл.: 90-92°С [7], 53.5-54.5°С [5], 65-66°С [6].

Rf 0,7 элюент - хлороформ. Побочно получены еще 2 пятна с Rf  0,15 и 0,25 соответственно.

4. Выводы

1.   Изучена и отработана схема получения метил [2-нитрофенил] сульфона из о-нитрохлорбензола.

2.   Выявлено, что в данной схеме синтеза сильное влияние оказывает чистота реагентов.

3.   При получении метил [2-аминофенил] сульфона обнаружены побочные продукты, дающие окраску при диазотировании и сочетании с b-нафтолом.

5 Литература

1.   Синтезы органических препаратов сб.1 с. 49.

2.   Т.А.Чибисова. Синтез и УФ-спектры поглощения несимметричных дифенилдисульфидов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.// М. 1971. 161с.

3.   A.Chrzaszczewska, B.Bielawski, Lodz. Towarz. Nauk, Wydzial III, Acta chim., 1958, vol 3, p. 87.

4.   D.G.Foster, E.E.Raid.  The influence of sulfur on the color of azo dyes further investigations.// The Jornal of the American Chemical Society, 1924, vol 46, p.1936-1948.

5.   M.P.Cava, C.E.Blake. // The Jornal of the American Chemical Society, 1956, vol 78, p.5444-5446.

6.   K.Brand. // Berichte, 1909, vol. 42, p. 3465.

7.   F.Claasz. // Berichte, 1912, vol. 45, p.1022-1030.