[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2559356C1 - Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes - Google Patents

Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes Download PDF

Info

Publication number
RU2559356C1
RU2559356C1 RU2014100196/04A RU2014100196A RU2559356C1 RU 2559356 C1 RU2559356 C1 RU 2559356C1 RU 2014100196/04 A RU2014100196/04 A RU 2014100196/04A RU 2014100196 A RU2014100196 A RU 2014100196A RU 2559356 C1 RU2559356 C1 RU 2559356C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitration
phenylindane
catalyst
catalysts
nitro
Prior art date
Application number
RU2014100196/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014100196A (en
Inventor
Усеин Меметович Джемилев
Борис Иванович Кутепов
Нелля Геннадиевна Григорьева
Виталий Александрович Веклов
Марат Радикович Аглиуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук
Priority to RU2014100196/04A priority Critical patent/RU2559356C1/en
Publication of RU2014100196A publication Critical patent/RU2014100196A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559356C1 publication Critical patent/RU2559356C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method of producing 5- and 6-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes by reacting 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane with nitric acid. According to the disclosed method, nitration of 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane is carried out in the presence of a catalyst in the form of amorphous mesoporous aluminosilicate. The reaction is carried out at 100-130°C with molar ratio phenylindane:HNO3=1:6-14 for 8 hours in the presence of 2-4 wt % (with respect to the reaction mixture) catalyst.
EFFECT: method avoids the use of sulphuric acid during nitration, simplifies and lowers the cost of the process.
1 dwg, 1 tbl, 10 ex

Description

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 5- и 6-нитро-1-(4-нитрофенил)-1,3,3-триметилинданов или динитрофенилинданов.The invention relates to the field of organic chemistry, in particular to a method for producing 5- and 6-nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindanes or dinitrophenylindanes.

Динитрофенилинданы используются в качестве исходных соединений при синтезе 5- и 6-амино-1-(4-аминофенил)-1,3,3-триметилинданов, которые служат мономерами для получения полиимидных материалов, применяемых в газоразделительных мембранах [1. Isaac V. Farr. Synthesis and characterization of novel polyimide gas separation membrane material systems. Blacksburg, Virginia, July 26, 1999].Dinitrophenylindanes are used as starting compounds in the synthesis of 5- and 6-amino-1- (4-aminophenyl) -1,3,3-trimethylindanes, which serve as monomers for the production of polyimide materials used in gas separation membranes [1. Isaac V. Farr. Synthesis and characterization of novel polyimide gas separation membrane material systems. Blacksburg, Virginia, July 26, 1999].

В основе промышленных способов получения нитроароматических соединений лежит реакция жидкофазного нитрования аренов и их производных смесью концентрированных HNO3 и H2SO4. Нитрующая смесь, используемая в промышленных процессах нитрования, содержит около 30% HNO3, 60% H2SO4 и 10% H2O [2. Горелик М.В., Эфрос Л.С. Основы химии и технологии ароматических соединений. М.: Химия, 1992. 640 с.].The industrial methods for producing nitroaromatic compounds are based on the reaction of liquid-phase nitration of arenes and their derivatives with a mixture of concentrated HNO 3 and H 2 SO 4 . The nitration mixture used in industrial nitration processes contains about 30% HNO 3 , 60% H 2 SO 4 and 10% H 2 O [2. Gorelik M.V., Efros L.S. Fundamentals of chemistry and technology of aromatic compounds. M.: Chemistry, 1992. 640 p.].

Процесс проводят до тех пор, пока концентрация H2SO4 не снизится до предельной величины, после чего процесс останавливают, поскольку при большем разбавлении серной кислоты процесс идет менее эффективно.The process is carried out until the concentration of H 2 SO 4 is reduced to the limit value, after which the process is stopped, since with a greater dilution of sulfuric acid, the process is less efficient.

Обязательной стадией жидкофазного нитрования нитрующей смесью является регенерация отработанной H2SO4. Для регенерации отработанной H2SO4, которая, кроме воды, содержит также соединения азота и органические вещества, требуется специальная аппаратура и большой расход энергии. Кроме того, образование больших объемов сточных вод, содержащих разбавленную H2SO4, а также растворенные оксиды азота и фенольные примеси, создает серьезную угрозу для окружающей среды. Необходимость регенерации H2SO4 и утилизации больших количеств сернокислотных отходов является основным недостатком жидкофазного нитрования [3. Sheldon R.A., Downing R.S. // Appl. Catal., A: General, 1999, v.189, p.163-183].An obligatory stage of liquid-phase nitration with a nitrating mixture is the regeneration of spent H 2 SO 4 . For the regeneration of spent H 2 SO 4 , which, in addition to water, also contains nitrogen compounds and organic substances, special equipment and high energy consumption are required. In addition, the formation of large volumes of wastewater containing dilute H 2 SO 4 , as well as dissolved nitrogen oxides and phenolic impurities, poses a serious threat to the environment. The need for H 2 SO 4 regeneration and disposal of large amounts of sulfuric acid waste is the main disadvantage of liquid-phase nitration [3. Sheldon RA, Downing RS // Appl. Catal., A: General, 1999, v. 189, p. 163-183].

Все это стимулирует поиск альтернативных способов нитрования, которые позволили бы резко сократить или даже полностью исключить использование в процессах нитрования H2SO4. Одним из решений данной проблемы является нитрование на гетерогенных катализаторах.All this stimulates the search for alternative nitration methods that would dramatically reduce or even completely eliminate the use of H 2 SO 4 in nitration processes. One solution to this problem is nitration on heterogeneous catalysts.

В литературе широко описаны способы газо- и жидкофазного нитрования бензола, толуола, ксилолов и нафталина на гетерогенных катализаторах.The literature describes methods for gas and liquid phase nitration of benzene, toluene, xylenes and naphthalene on heterogeneous catalysts.

Данный метод имеет несомненные преимущества, т.к. не требует применения серной кислоты, и, следовательно, исключает необходимость ее регенерации для последующего возвращения в процесс. В литературных источниках [4-21] катализаторы, применяемые в процессе нитрования бензола и толуола, представлены весьма широко. Если исходить из природы каталитического действия, особенностей состава и строения, то все катализаторы, предлагаемые для процессов нитрования ароматических углеводородов, можно условно разделить на три группы.This method has undoubted advantages, since does not require the use of sulfuric acid, and, therefore, eliminates the need for its regeneration for subsequent return to the process. In the literature [4-21], the catalysts used in the process of nitration of benzene and toluene are very widely represented. If we proceed from the nature of the catalytic effect, the characteristics of the composition and structure, then all the catalysts proposed for the nitration of aromatic hydrocarbons can be divided into three groups.

В первую группу входят катализаторы, представляющие собой различные твердые носители, пропитанные неорганическими кислотами. Данный тип катализаторов можно рассматривать как модификацию жидкофазного процесса, направленную на уменьшение количества H2SO4 за счет нанесения ее на твердый носитель. Подобные каталитические системы подробно описаны в [4. US Patent 5030776, 1991.; 5. Smith А.С., Narvaez L.D., Akins B.G. e. a. Synth. Commun., v.29, №23, p.4187-4192].The first group includes catalysts, which are various solid carriers impregnated with inorganic acids. This type of catalyst can be considered as a modification of the liquid-phase process, aimed at reducing the amount of H 2 SO 4 due to its deposition on a solid carrier. Such catalytic systems are described in detail in [4. US Patent 5,030,776, 1991 .; 5. Smith A.S., Narvaez LD, Akins BG ea Synth. Commun., V.29, No. 23, p.4187-4192].

Для нитрования бензола предлагается [6. US Patent 3928476, 1975] использовать Al2O3 и некоторые алюмосиликаты с нанесенными на них H2SO4 или H3PO4. Подобные каталитические системы описаны также в [7. Kogelbauer A., Vassena D., Prince R., Armor J.N. // Catal. Today, v.55, p.151-160; 8. Riego J.M., Sedin Z., Zaldivar J.M. e. a. // Tetrahedron Lett., 1996, v.37, №4, p.513-516].For nitration of benzene is proposed [6. US Patent 3928476, 1975] use Al 2 O 3 and some aluminosilicates coated with H 2 SO 4 or H 3 PO 4 . Similar catalytic systems are also described in [7. Kogelbauer A., Vassena D., Prince R., Armor JN // Catal. Today, v. 55, p. 151-160; 8. Riego JM, Sedin Z., Zaldivar JM ea // Tetrahedron Lett., 1996, v. 37, No. 4, p. 513-516].

Носитель пропитывают H2SO4 с последующим вакуумированием и сушкой при 130°C. В готовом катализаторе содержится до 70% H2SO4. Нитрование ведут при 25°C в растворе CH2Cl2, нитрующим агентом служит 70-90%-ная HNO3. В выбранных условиях бензол и толуол превращаются в соответствующие нитросоединения с выходом 98-100%; столь высокие выходы продуктов достигаются не более, чем за 1 ч. Процесс высокоселективенThe carrier is impregnated with H 2 SO 4 , followed by evacuation and drying at 130 ° C. The finished catalyst contains up to 70% H 2 SO 4 . Nitration is carried out at 25 ° C in a solution of CH 2 Cl 2 , the nitrating agent is 70-90% HNO 3 . Under the selected conditions, benzene and toluene are converted to the corresponding nitro compounds with a yield of 98-100%; such high yields of products are achieved in no more than 1 hour. The process is highly selective

Известен вариант нитрования толуола HNO3 в паровой фазе при 80-180°C и пониженном давлении [9. US Patent 4112006, 1978]. Здесь в качестве катализаторов выступают SiO2 или Al2O3, пропитанные H2SO4 или H3PO4 и содержащие также добавки солей этих кислот. Выход нитротолуола составляет 76,6%, причем отношение паро-нитротолуол:орто-нитротолуол достигает 1,84. Скорость нитрования замещенных аренов (толуол, ксилолы) удается повысить путем введения в систему небольшого количества безводного CaSO4 или CaO.A known variant of nitration of toluene HNO 3 in the vapor phase at 80-180 ° C and reduced pressure [9. US Patent 4112006, 1978]. Here, the catalysts are SiO 2 or Al 2 O 3 impregnated with H 2 SO 4 or H 3 PO 4 and also containing additives of salts of these acids. The yield of nitrotoluene is 76.6%, and the ratio of steam-nitrotoluene: ortho-nitrotoluene reaches 1.84. The nitration rate of substituted arenes (toluene, xylenes) can be increased by introducing a small amount of anhydrous CaSO 4 or CaO into the system.

Для парофазного нитрования бензола диоксидом азота используют силикагель, пропитанный бензолсульфоновой кислотой (170°C, выход нитробензола составляет 15-11%) [10. Jap. Patent 1-213256, 1989].For vapor-phase nitration of benzene with nitrogen dioxide, silica gel impregnated with benzenesulfonic acid is used (170 ° C, the yield of nitrobenzene is 15-11%) [10. Jap. Patent 1-213256, 1989].

Однако данные катализаторы пока недостаточно пригодны для крупномасштабного применения. Одной из причин является низкая стабильность используемых каталитических систем, которую авторы объясняет вымыванием серной кислоты с поверхности носителя, вследствие чего даже лучшие катализаторы теряют активность в процессе работы.However, these catalysts are not yet suitable for large-scale use. One of the reasons is the low stability of the used catalytic systems, which the authors explain by leaching of sulfuric acid from the surface of the carrier, as a result of which even the best catalysts lose activity during operation.

Ко второй группе относятся катализаторы, основу которых составляют различные оксидные системы. Многие из этих контактов содержат оксиды переходных металлов IV-VI групп периодической системы.The second group includes catalysts based on various oxide systems. Many of these contacts contain transition metal oxides of groups IV-VI of the periodic system.

В качестве катализатора парофазного нитрования ароматических углеводородов диоксидом азота (150-225°C) в патенте [11. US Patent 4347389, 1982] предлагается использовать оксидную фосфорнованадиевую систему. Атомное соотношение фосфора и ванадия в катализаторе варьируется в достаточно широких пределах, от 1:2 до 2:1. При нитровании толуола на этом катализаторе удается получить отношение пара-нитротолуол : отро-нитротолуол = 1:2.As a catalyst for the vapor-phase nitration of aromatic hydrocarbons with nitrogen dioxide (150-225 ° C) in the patent [11. US Patent 4347389, 1982] proposes the use of an oxide phosphonovanadium system. The atomic ratio of phosphorus and vanadium in the catalyst varies over a fairly wide range, from 1: 2 to 2: 1. When nitrating toluene with this catalyst, it is possible to obtain the ratio para-nitrotoluene: otro-nitrotoluene = 1: 2.

В работе [12. Sato Н., Hirose К., Nagai К. е. a. // Appl. Catal., A: Chemical, v. 175, p.201-207. 13. Sato H., Hirose К. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v. 174, p.77-81. 14. US Patent 4551568, 1985. 15. US Patent 5004846, 1991] в качестве катализаторов парофазного нитрования бензола азотной кислотой была протестирована серия бинарных систем: TiO2-WO3, TiO2-MO3, TiO2-ZnO, TiO2-ZrO2, TiO2-Al2O3, TiO2-SnO2, ZrO-WO3. Из всех катализаторов наибольшую активность показали контакты, в которых основными составляющими являются оксиды TO2 или ZrO2, в частности такие, как TiO2-WO3, ZrO2-WO3, TiO2-MoO3, TO2-ZnO. На них удалось получить конверсию HNO3 64,3-82,7% (при 160°C), тогда как на катализаторах TO2-ZrO2, TO2-Al2O3, TO2-SnO2 конверсия HNO3 не превышала 51%. Различие в активности катализаторов авторы связывают с различием в их кислотности.In the work [12. Sato N., Hirose K., Nagai K. e. A. // Appl. Catal., A: Chemical, v. 175, p.201-207. 13. Sato H., Hirose K. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v. 174, p. 77-81. 14. US Patent 4551568, 1985. 15. US Patent 5004846, 1991] a series of binary systems were tested as catalysts for the vapor-phase nitration of benzene with nitric acid: TiO 2 -WO 3 , TiO 2 -MO 3 , TiO 2 -ZnO, TiO 2 - ZrO 2 , TiO 2 -Al 2 O 3 , TiO 2 -SnO 2 , ZrO-WO 3 . Of all the catalysts, the contacts showed the highest activity, in which the main components are TO 2 or ZrO 2 oxides, in particular, such as TiO 2 -WO 3 , ZrO 2 -WO 3 , TiO 2 -MoO 3 , TO 2 -ZnO. They succeeded in obtaining a conversion 64,3-82,7% HNO 3 (at 160 ° C), whereas in catalysts 2 -ZrO 2 TO, TO 2 -Al 2 O 3, TO 2 -SnO 2 HNO conversion did not exceed 3 51% The authors attribute the difference in the activity of the catalysts to the difference in their acidity.

В работе [16. Sato Н., Nagai К, Yoshioka., Nagaoka // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v.175, p.209-213] показано, что высокой активностью в парофазном нитровании бензола азотной кислотой (67%-ной) обладают сульфатированные оксиды металлов. Их готовили, обрабатывая соответствующие оксиды серной кислотой с последующим прокаливанием при 500°C. Полученные таким образом катализаторы S O 4 2 / T i O 2 ( 80 % ) M o O 3 ( 20 % )

Figure 00000001
, S O 4 2 / T i O 2 ( 75 % ) W O 3 ( 25 % )
Figure 00000002
и S O 4 2 / T i O 2
Figure 00000003
проявляли более высокую нитрующую активность (по сравнению с несульфатированными образцами). Данный эффект, по мнению авторов, объясняется увеличением бренстедовской кислотности. Среди изученных катализаторов наилучшим оказался образец S O 4 2 / T i O 2 ( 80 % ) M o O 3 ( 20 % )
Figure 00000004
, выход нитробензола на котором составил 87%, производительность составляла 0,72 кг/кг·ч.In the work [16. Sato N., Nagai K, Yoshioka., Nagaoka // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v.175, p.209-213], sulfated metal oxides are highly active in vapor-phase nitration of benzene with nitric acid (67%). They were prepared by treating the corresponding oxides with sulfuric acid, followed by calcination at 500 ° C. The catalysts thus obtained S O four 2 - / T i O 2 ( 80 % ) - M o O 3 ( twenty % )
Figure 00000001
, S O four 2 - / T i O 2 ( 75 % ) - W O 3 ( 25 % )
Figure 00000002
and S O four 2 - / T i O 2
Figure 00000003
showed higher nitrating activity (compared with non-sulfated samples). This effect, according to the authors, is explained by an increase in Brandsted acidity. Among the studied catalysts, the sample turned out to be the best S O four 2 - / T i O 2 ( 80 % ) - M o O 3 ( twenty % )
Figure 00000004
the yield of nitrobenzene on which was 87%, the productivity was 0.72 kg / kg · h.

Общим недостатком смешанных оксидов переходных металлов является высокая стоимость и сложность приготовления, а также сложность регулирования пористой структуры.A common disadvantage of mixed transition metal oxides is the high cost and complexity of preparation, as well as the difficulty of regulating the porous structure.

Третью группу составляют катализаторы на основе различных цеолитов и алюмосиликатов, природных и синтетических [17. US Patent 4754083, 1988]. В этом случае речь чаще всего идет о газофазном нитровании аренов, где в качестве нитрующих веществ выступают оксиды азота, в частности NO2. Более того, такие цеолиты как H-морденит, H-Y, H-ZSM-5 и H-эрионит, были исследованы даже в газофазном нитровании нитробензола. Правда, они показали сравнительно низкую активность и невысокую стабильность, а продолжительность их непрерывной работы измерялась несколькими часами.The third group consists of catalysts based on various zeolites and aluminosilicates, natural and synthetic [17. US Patent 4,754,083, 1988]. In this case, we are most often talking about gas-phase nitration of arenas, where nitric oxides, in particular NO 2 , act as nitrating substances. Moreover, zeolites such as H-mordenite, HY, H-ZSM-5 and H-erionite have been investigated even in gas-phase nitration of nitrobenzene. True, they showed relatively low activity and low stability, and the duration of their continuous operation was measured for several hours.

Высокоэффективные катализаторы для парофазного нитрования бензола разбавленной HNO3 получаются из модифицированных цеолитов Y [18. Bertea L.E., Kouwenhoven H.W., Prins R. // Studies in Surface Science and Catalysis., 1993, v.78, p.607-614] и морденита [19. Bertea L.E., Kouwenhoven H.W., Prins R. // Appl. Catal., A: Chemical, 1995, v.129, p.229-250]. Последний позволяет получать нитробензол при 170°C с выходом до 80-85% и производительностью 0,6 г/г·ч при стабильной работе в течение 120 ч.Highly effective catalysts for the vapor-phase nitration of benzene with diluted HNO 3 are obtained from modified zeolites Y [18. Bertea LE, Kouwenhoven HW, Prins R. // Studies in Surface Science and Catalysis., 1993, v. 78, p. 607-614] and mordenite [19. Bertea LE, Kouwenhoven HW, Prins R. // Appl. Catal., A: Chemical, 1995, v. 129, p. 299-250]. The latter allows you to get nitrobenzene at 170 ° C with a yield of up to 80-85% and a productivity of 0.6 g / g · h with stable operation for 120 hours

Наиболее активным и стабильным в парофазном нитровании бензола оказался катализатор на основе природного цеолита клиноптилолита [20. Bertea L.E., Kouwenhoven H.W., Prins R. // Stud. Surf. Sci. Catal., 1994, v.84, p.1973-1980]. На нем производительность по нитробензолу составила 0,65 г/г·ч.The most active and stable in vapor-phase nitration of benzene was a catalyst based on the natural clinoptilolite zeolite [20. Bertea L.E., Kouwenhoven H.W., Prins R. // Stud. Surf Sci. Catal., 1994, v. 84, p. 1973-1980]. On it, the nitrobenzene productivity was 0.65 g / g · h.

Японские исследователи [21. Sato Н., Hirose K., Nagai K. е.a. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v.175, p.201-207.; 22. EP 0343048 A1, B1, 1993.; 23. Sato H., Hirose K. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v.174, p.77-81] изучили парофазное нитрование бензола разбавленной HNO3 на катализаторах, полученных из монтмориллонита. Оказалось, что каталитическая активность исходного Н-монтмориллонита сравнительно мала, но после ионного обмена Н-монтмориллонита с многовалентными катионами металлов (группы IIA-IIIA и IB-IVB периодической таблицы) его активность резко повышалась, при этом увеличивалась и кислотность монтмориллонита. Степень повышения нитрующей активности катализатора зависит от типа вводимого в него катиона. Наибольшая конверсия HNO3 (93,4%) достигается на А1-монтмориллоните (160°C): селективность по нитробензолу составляет 97,8%, а производительность катализатора равна 3,65 г/г·ч.Japanese researchers [21. Sato N., Hirose K., Nagai K. e.a. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v. 175, p.201-207 .; 22. EP 0343048 A1, B1, 1993 .; 23. Sato H., Hirose K. // Appl. Catal., A: Chemical, 1998, v.174, p.77-81] studied the vapor-phase nitration of benzene with diluted HNO 3 on catalysts prepared from montmorillonite. It turned out that the catalytic activity of the starting H-montmorillonite is relatively small, but after ion exchange of H-montmorillonite with multivalent metal cations (groups IIA-IIIA and IB-IVB of the periodic table), its activity sharply increased, while the acidity of montmorillonite also increased. The degree of increase in nitrating activity of the catalyst depends on the type of cation introduced into it. The highest conversion of HNO 3 (93.4%) is achieved on A1-montmorillonite (160 ° C): selectivity for nitrobenzene is 97.8%, and the productivity of the catalyst is 3.65 g / g · h.

Существенным недостатком для цеолитов и модифицированных глин является наличие микропористости, что делает невозможным их применение для каталитических превращений объемных молекул с диаметром d≥0.1 нм.A significant drawback for zeolites and modified clays is the presence of microporosity, which makes it impossible to use them for catalytic conversions of bulk molecules with a diameter d≥0.1 nm.

Синтез 5- и 6-нитро-1-(4-нитрофенил)-1,3,3-триметилинданов в присутствии гетерогенных катализаторов, в том числе цеолитов и аморфных алюмосиликатов, в литературе не описан.The synthesis of 5- and 6-nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindanes in the presence of heterogeneous catalysts, including zeolites and amorphous aluminosilicates, is not described in the literature.

Известные способы получения 5- и 6-нитро-1-(4-нитрофенил)-1,3,3-триметилинданов [24. US Patent 1470705, 1974; 25. US Patent 3856752, 1974; 26. US Patent 3983092, 1976; 27. US Patent 1492511, 1976] предусматривают проведение жидкофазного нитрования 1,1,3-триметил-3-фенилиндана (фенилиндан) нитрующей смесью. Как указано в патенте [26.US Patent 3983092, 1976], нитрующая смесь содержит около 25% HNO3 и 75% H2SO4, при этом мольное отношение фенилиндан : HNO3 составляет 1:8. Процесс проводят при 5°C в течение 4 ч. Выход динитрофенилинданов составляет ~70%. В ходе реакции азотная кислота полностью или частично расходуется, а образующаяся вода должна быть тем или иным способом отделена от серной кислоты, служащей катализатором и средой, с целью ее возвращения в процесс нитрования. Возникающий таким образом «кислотооборот» обусловливает существенные аппаратурно-технологические, экономические и экологические недостатки жидкофазного способа нитрования фенилиндана.Known methods for producing 5- and 6-nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindanes [24. US Patent 1,470,705, 1974; 25. US Patent 3,856,752, 1974; 26. US Patent 3983092, 1976; 27. US Patent 1492511, 1976] provide for liquid phase nitration of 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane (phenylindane) with a nitrating mixture. As indicated in the patent [26. US Patent 3983092, 1976], the nitrating mixture contains about 25% HNO 3 and 75% H 2 SO 4 , while the molar ratio phenylindane: HNO 3 is 1: 8. The process is carried out at 5 ° C for 4 hours. The yield of dinitrophenylindanes is ~ 70%. During the reaction, nitric acid is completely or partially consumed, and the water formed must be separated in one way or another from sulfuric acid, which serves as a catalyst and medium, in order to return it to the nitration process. The “acid circulation” that arises in this way causes significant hardware, technology, economic and environmental disadvantages of the liquid-phase method of phenylindane nitration.

Задачей настоящего изобретения является разработка более эффективного способа получения динитрофенилинданов, основанного на использовании гетерогенного катализатора, который позволяет отказаться от применения серной кислоты и избежать значительной части недостатков процесса нитрования.The objective of the present invention is to develop a more efficient method for producing dinitrophenylindanes based on the use of a heterogeneous catalyst, which eliminates the use of sulfuric acid and avoids a significant part of the disadvantages of the nitration process.

Решение указанной задачи достигается тем, что способ получения 5- и 6-нитро-1-(4-нитрофенил)-1,3,3-триметилинданов осуществляют, согласно изобретению, нитрованием 1,1,3-триметил-3-фенилиндана в присутствии аморфного мезопористого алюмосиликата при 100-130°C при мольном соотношении фенилиндан : HNO3 = 1:6÷14, в течение 8 ч, в присутствии 2-4 мас.% (в расчете на реакционную смесь) катализатора.The solution to this problem is achieved by the fact that the method of producing 5- and 6-nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindanes is carried out, according to the invention, by nitration of 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane in the presence of amorphous mesoporous aluminosilicate at 100-130 ° C at a molar ratio of phenylindane: HNO 3 = 1: 6 ÷ 14, for 8 hours, in the presence of 2-4 wt.% (calculated on the reaction mixture) of the catalyst.

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе синтеза динитрофенилинданов вместо серной кислоты используют гетерогенный катализатор, представляющий собой мезопористый алюмосиликат. Процесс осуществляют при 100-130°C, при мольном соотношении фенилиндан : HNO3 = 1:6÷14, в течение 8 ч, в присутствии 2-4 мас.% (в расчете на реакционную смесь) катализатора. Конверсия фенилиндана достигает 100%, выход динитрофенилинданов - 50-95%. После окончания реакции катализатор отделяют фильтрацией. Его можно использовать многократно.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the prototype in that in the synthesis of dinitrophenylindanes instead of sulfuric acid, a heterogeneous catalyst is used, which is a mesoporous aluminosilicate. The process is carried out at 100-130 ° C, with a molar ratio of phenylindane: HNO 3 = 1: 6 ÷ 14, for 8 hours, in the presence of 2-4 wt.% (Calculated on the reaction mixture) of the catalyst. Phenylindane conversion reaches 100%, dinitrophenylindane yield - 50-95%. After completion of the reaction, the catalyst was separated by filtration. It can be used repeatedly.

Реакцию можно проводить как в растворителях (дихлорбензол, алканы), так и без них.The reaction can be carried out both in solvents (dichlorobenzene, alkanes) and without them.

Реакция проходит по схеме:The reaction proceeds according to the scheme:

Figure 00000005
Figure 00000005

Мезопористый алюмосиликат, использованный в изобретении - это аморфный алюмосиликатный материал с развитой пористой структурой. Мезопористый алюмосиликат синтезировали смешением олигомерных эфиров ортокремниевой кислоты с водно-спиртовым раствором Al(NO3)·9H2O при 20-25°C в течение 25-30 мин с последующим нагреванием до 60°C при перемешивании. Полученный гель обрабатывали аммиачным раствором, сушили в атмосфере воздуха при 150°C в течение 8 ч, затем прокаливали в муфельной печи при 650°C в течение 5 ч. Прокаленный аморфный мезопористый алюмосиликат размалывали до порошка с фракционным составом <100 мкм. Пористая структура аморфного алюмосиликата характеризуется наличием мезопор, имеющих широкое распределение объема пор размеру (в интервале 2-5 нм, рис.1). Удельная поверхность мезопористого алюмосиликата по БЭТ составляет 550 м2/г, удельный объем пор 0,9 см3/г. Мольное соотношение SiO2/Al2O3 равно 20. Суммарная кислотность, измеренная методом термопрограммированной десорбции аммиака, составляет 550 мкмоль/г.The mesoporous aluminosilicate used in the invention is an amorphous aluminosilicate material with a developed porous structure. Mesoporous aluminosilicate was synthesized by mixing oligomeric esters of orthosilicic acid with a water-alcohol solution of Al (NO 3 ) · 9H 2 O at 20-25 ° C for 25-30 minutes, followed by heating to 60 ° C with stirring. The resulting gel was treated with an ammonia solution, dried in air at 150 ° C for 8 h, then calcined in a muffle furnace at 650 ° C for 5 h. The calcined amorphous mesoporous aluminosilicate was ground to a powder with a fractional composition <100 μm. The porous structure of amorphous aluminosilicate is characterized by the presence of mesopores having a wide distribution of pore volume size (in the range of 2-5 nm, Fig. 1). The specific surface area of the mesoporous aluminosilicate according to BET is 550 m 2 / g, the specific pore volume is 0.9 cm 3 / g. The molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 20. The total acidity measured by thermally programmed desorption of ammonia is 550 μmol / g.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Нитрование фенилиндана проводят в периодическом изотермическом реакторе при температуре 100-130°C, атмосферном давлении, в присутствии 2-4 мас.% (в расчете на реакционную смесь) катализатора. Мольное отношение фенилиндан : азотная кислота составляет 1:6÷14. Для экспериментов используют 67%-ную азотную кислоту, чистота фенилиндана составляет 99,8%, в качестве растворителя используют дихлорбензол. Начальная концентрация фенилиндана в реакционной массе составляет 0,44 моль/л. По окончании синтеза реакционную массу отфильтровывают от катализатора и отмывают от избытка азотной кислоты. Непрореагировавший фенилиндан и мононитрофенилинданы выделяют из реакционной массы перегонкой при пониженном давлении. Остаток - динитрофенилинданы перекристаллизовывают из CCl4.Phenylindane nitration is carried out in a batch isothermal reactor at a temperature of 100-130 ° C, atmospheric pressure, in the presence of 2-4 wt.% (Calculated on the reaction mixture) of the catalyst. The molar ratio of phenylindane: nitric acid is 1: 6 ÷ 14. For experiments, 67% nitric acid is used, the purity of phenylindane is 99.8%, and dichlorobenzene is used as the solvent. The initial concentration of phenylindane in the reaction mass is 0.44 mol / L. At the end of the synthesis, the reaction mass is filtered off from the catalyst and washed from excess nitric acid. Unreacted phenylindane and mononitrophenylindanes are isolated from the reaction mass by distillation under reduced pressure. The remainder, dinitrophenylindanes, was recrystallized from CCl 4 .

Количественный анализ реакционной массы осуществляют методом газожидкостной хроматографии на приборе HRGS 5300 Mega Series "Carlo Erba" с пламенно-ионизационным детектором; условия анализа: стеклянная капиллярная колонка 25 м, фаза SE-30, программирование температуры 50-280°C (8°C/мин), температура детектора 250°C, температура испарителя 300°C, газ-носитель-гелий - 30 мл/мин.Quantitative analysis of the reaction mass is carried out by gas-liquid chromatography on an HRGS 5300 Mega Series Carlo Erba instrument with a flame ionization detector; analysis conditions: 25 m glass capillary column, SE-30 phase, temperature programming 50-280 ° C (8 ° C / min), detector temperature 250 ° C, evaporator temperature 300 ° C, carrier gas-helium - 30 ml / min

Идентификацию продуктов осуществляют методом ЯМР и масс-спектрометрией высокого разрешения.Product identification is carried out by NMR and high resolution mass spectrometry.

ЯМР спектры регистрировали на спектрометре «Bruker AVANCE-400» с рабочими частотами 400,13 (1H) и 100,62 МГц (13C) в CDCl3.NMR spectra were recorded on a Bruker AVANCE-400 spectrometer with operating frequencies of 400.13 ( 1 H) and 100.62 MHz ( 13 C) in CDCl 3 .

Масс-спектры высокого разрешения получали на приборе фирмы «Fisons» Trio 1000 с капиллярной колонкой DB-5; программирование температуры от: 50 до 320°С со скоростью 4°C/мин; 70 eV.High resolution mass spectra were obtained on a Fisons Trio 1000 instrument with a DB-5 capillary column; temperature programming from: 50 to 320 ° C at a speed of 4 ° C / min; 70 eV.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.

ПРИМЕР 1. В стеклянный обогреваемый реактор с мешалкой, обратным холодильником и термометром загружают 0.5 г фенилиндана (2.1 ммоль), растворенного в 3.5 мл дихлорбензола, 0.85 мл (12,71 ммоль) 67%-ной азотной кислоты, 0.16 г катализатора (аморфный мезопористый алюмосиликат). Реакцию проводят при постоянном перемешивании при температуре 110°C в течение 8 ч. Реакционную массу отфильтровывают от катализатора, непрореагировавший фенилиндан и мононитрофенилинданы выделяют перегонкой в вакууме. Динитрофенилинданы выделяют перекристаллизацией из CCl4. Получают 0.47 г продукта. Конверсия фенилиндана составляет 100 мол.%, селективность по 5(6)-нитро-1-(4-нитрофенила)-1,3,3-триметилиндану - 66 мол.%.EXAMPLE 1. 0.5 g of phenylindane (2.1 mmol) dissolved in 3.5 ml of dichlorobenzene, 0.85 ml (12.71 mmol) of 67% nitric acid, 0.16 g of catalyst (amorphous mesoporous) are charged into a glass heated reactor with a stirrer, reflux condenser and thermometer. aluminosilicate). The reaction is carried out with constant stirring at a temperature of 110 ° C for 8 hours. The reaction mass is filtered off from the catalyst, unreacted phenylindane and mononitrophenylindanes are isolated by vacuum distillation. Dinitrophenylindanes are isolated by recrystallization from CCl 4 . 0.47 g of product is obtained. The phenylindane conversion is 100 mol%, the selectivity for 5 (6) nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindane is 66 mol%.

ПРИМЕРЫ 2-10. Аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.EXAMPLES 2-10 Analogously to example 1. The conditions and results of the examples are presented in the table.

Figure 00000006
Figure 00000006

Время реакции 8 ч.The reaction time is 8 hours

Claims (1)

Способ получения 5- и 6-нитро-1-(4-нитрофенил)-1,3,3-триметилинданов взаимодействием 1,1,3-триметил-3-фенилиндана с азотной кислотой, отличающийся тем, что нитрование 1,1,3-триметил-3-фенилиндана проводят в присутствии катализатора - аморфного мезопористого алюмосиликата - при 100-130°C при мольном соотношении фенилиндан:HNO3=1:6÷14 в течение 8 ч в присутствии 2-4 мас.% (в расчете на реакционную смесь) катализатора. The method of obtaining 5- and 6-nitro-1- (4-nitrophenyl) -1,3,3-trimethylindanes by the interaction of 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane with nitric acid, characterized in that the nitration of 1,1,3 -trimethyl-3-phenylindane is carried out in the presence of a catalyst - amorphous mesoporous aluminosilicate - at 100-130 ° C with a molar ratio of phenylindane: HNO 3 = 1: 6 ÷ 14 for 8 hours in the presence of 2-4 wt.% (calculated on reaction mixture) of a catalyst.
RU2014100196/04A 2014-01-09 2014-01-09 Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes RU2559356C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100196/04A RU2559356C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100196/04A RU2559356C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014100196A RU2014100196A (en) 2015-07-20
RU2559356C1 true RU2559356C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53611259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100196/04A RU2559356C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559356C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111484412A (en) * 2020-05-26 2020-08-04 上海华谊树脂有限公司 Method for synthesizing compound containing indan structure

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3983092A (en) * 1975-01-20 1976-09-28 Ciba-Geigy Corporation Phenylindane diamine mixture and epoxy resin therewith
RU2226187C1 (en) * 2002-11-22 2004-03-27 Козлов Александр Иванович Liquid-phase catalytic aromatics' nitration process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3983092A (en) * 1975-01-20 1976-09-28 Ciba-Geigy Corporation Phenylindane diamine mixture and epoxy resin therewith
RU2226187C1 (en) * 2002-11-22 2004-03-27 Козлов Александр Иванович Liquid-phase catalytic aromatics' nitration process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.T. VIJAYAKUMAR et al., Synthesis and Polymerization of Bismaleimide Derived from 5(6)-amino-1(4'-aminophenyl)-1,3,3'-trimethyl indane, POLYMER-PLASTICS TECHNOLOGY AND ENGINEERING, 2009, 48(2), 141-151. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111484412A (en) * 2020-05-26 2020-08-04 上海华谊树脂有限公司 Method for synthesizing compound containing indan structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014100196A (en) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kogelbauer et al. Solid acids as substitutes for sulfuric acid in the liquid phase nitration of toluene to nitrotoluene and dinitrotoluene
CN106431930B (en) The method for preparing nitrobenzene from benzene
CN100522922C (en) Method of preparing nitrobenzene from benzene by nitric acid nitrating
Dagade et al. Vapor phase nitration of toluene using dilute nitric acid and molecular modeling studies over beta zeolite
Umbarkar et al. Vapor phase nitration of benzene using mesoporous MoO 3/SiO 2 solid acid catalyst
Shiju et al. Cs exchanged phosphotungstic acid as an efficient catalyst for liquid-phase Beckmann rearrangement of oximes
Khazaei et al. An efficient method for the nitration of phenols with NaNO2 in the presence of 3-methyl-1-sulfonic acid imidazolium chloride
You et al. H 3 PW 12 O 40 synergized with MCM-41 for the catalytic nitration of benzene with NO 2 to nitrobenzene
Kalbasi et al. Highly selective vapor phase nitration of toluene to 4-nitro toluene using modified and unmodified H3PO4/ZSM-5
Mane et al. Nitration of benzene using mixed oxide catalysts
CA2048017A1 (en) One step synthesis of methyl t-butyl ether from t-butanol plus methanol using group iv oxides treated with sulfates or sulfuric acid
RU2559356C1 (en) Method of producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes
Li et al. Hydration of cyclohexene to cyclohexanol over SO 3 H-functionalized imidazole ionic liquids
WO2016068061A1 (en) Method for producing acetonitrile
Bertea et al. Catalytic vapour-phase nitration of benzene over modified Y zeolites: influence of catalyst treatment
RU2551672C1 (en) Method for producing 5(6)-nitro-1-(4-nitrophenyl)-1,3,3-trimethylindanes
Kuba et al. Gas-phase nitration of toluene with zeolite beta
Mathew et al. Regioselective nitration of cumene to 4-nitro cumene using nitric acid over solid acid catalyst
JP3126190B2 (en) Method for producing ethers
JPH0525550B2 (en)
US6791000B2 (en) Process for vapor phase nitration of benzene using nitric acid over molybdenum silica catalyst
CS277105B6 (en) Process for preparing nitrobenzenes
JP2019512388A (en) Dehydration reaction catalyst for producing N-substituted maleimide, method for producing the same, and method for producing N-substituted maleimide
SU1759833A1 (en) Method of producing p-nitrotoluene
RU2473536C2 (en) Method for catalytic nitration of aromatic compounds with nitric acid

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160110