Восстановление нитростиролов цинком в соляной кислоте.
1. Восстановление "по советскому патенту".
Этот метод есть результат коллективной работы группы людей на Хайве и как нельзя лучше показывает, насколько больше возможностей имеет группа людей, чем суммы их возможностей поодиночке.
Всё началось с голландского паренька по имени Родиум :), который откопал где-то странную ссылку на некий русский патент, в котором утверждалось, что нитростиролы могут восстанавливаться с высокими выходами неамальгамированным цинком в соляной кислоте .
Эта ссылка, будучи опубликована на Улье, привлекла внимание официального Мастера Поиска - PolytheneSam'а, который, не найдя этого патента в своей датабазе, заказал его наложенным платежом из московского патентного бюро, заплатив за него 10$. Через три месяца он пришёл.
Тогда Мастер Поиска обратился к Официальному Переводчику Улья - русскому парню по имени Anonymous, который перевел этот патент на английский язык.
Несколько месяцев спустя испанский Первооткрыватель СанЛайт, живущий у тёплого Средиземного моря, испробовал этот способ и обнаружил, что он работает! Выходы были ниже, чем заявленные в патенте - 56%, но это всё равно был прорыв. После этого СанЛайт провёл ещё по меньшей мере дюжину экспериментов, чтобы определить оптимальные условия реакции.
С оригиналом русского патента вы можете познакомиться здесь.
А вот финальный вариант процедуры от СанЛайта:
Я закончил 10 граммовое восстановление с Zn HCl, проведя все шаги
обработки чтобы избежать любой примеси NaCl в конечном продукте. Отношение
Zn/нитропроизводное - 6:1 по массе, и выход - 5.77 г 2CH
хлоргидрата, 56 % (Примечание - максимальный результат СанЛайта с этим же
соотношением
цинка к нитростиролу был 70 %). Я хотел подтвердить мое первое испытание
потому что в продукте имелось немного NaCl и я был взволнован относительно
большей
ошибки, с меньшим количеством цинка у меня всегда меньший выход. К
счастью моя ошибка не была слишком большой, я буду более серьезным в
следующий раз, если я найду что-то интересное.
Был подготовлен раствор 12 мл воды, 36 мл метанола и 8 мл 36 % НCL.
После охлаждения до комнатной температуры было добавлено 10 граммов 2,5
диметоксинитростирола, максимально измельченного в кофемолке. Далее в
течение 2 часов и 20 минут при помешивании было добавлено 60 граммов
цинковой пыли и 210 мл HCL, удерживая температуру в пределах 25-30 C
с помощью водяной бани, прибавляя лед когда это необходимо.
Было прибавлено:
5 граммов Zn - 16 мл HCl
5 граммов - 16 мл
5 граммов - 16 мл
5 граммов - 18 мл, пока все не было добавлено.
Время прибавления было рассчитано на 2 часа, но контроль температуры
увеличил это время.
Цинк был в форме пыли, но попадались и кусочки, поэтому он также был
измельчен. После этого он имел вид светлой пудры. Идея состояла в
том, чтобы удерживать концентрацию в хорошем диапазоне, так что я действительно
добавлял 2.5 грамма и 8 мл HCL в начале и затем 2.5 грамма и 9 мл до конца.
Реакцию продолжали перемешивать еще 6 часов, и наконец немного
нерастворенного цинка (комплекс?) осталось в прозрачном растворе очень светло-желтого
цвета.
Реакционная смесь была профильтрована, и колба и фильтр промыли 3x5
мл воды.
После этого смесь пробовали промыть дихлорметаном, но его плотность
была подобна и это не сработало, мы использовали 2x20 толуола, но толуол
не работал, дихлорметан растворяется в побочных продуктах.
Обработка заключается в прибавлении с охлаждением охлажденного NaOH
25 %, пока все не растворится, или по крайней мере большая часть
гидроокисей (лучше прибавлять раствор охлажденного NaOH при охлаждении, но
только если
вы не получили пасту и мешалка не работает), затем экстрагируйте 3x15% от
объема эфир / толуол, промойте 25 % NaOH (50 % объема), насыщенным раствором
NaCl и сушите экстракты. Испарите излишек растворителя и насыщайте HCl.
У меня была идея относительно осаждения гидроокисей прибавлением метанола,
но это не сработало с приемлемым его количеством, так что я провел более
сложную обработку с частичным испарением метанола и эмульсий ...
Эмульсии были отделены и разрушены с помощью 25% NaOH.
Реакция, как она есть, работает, и может быть хороша для домашних
количеств 2CH. Проведя ее у вас будет приблизительно 170 мл или больше раствора
основания и 60 мл или больше растворителя на грамм нитропроизводного.
Реакция работает с простой водой, но она пенится, спирт предотвращает
это и делает реакцию более изящной, но я не знаю, оказывает ли он влияние
на выходы (более или менее).
Я сделал различные испытания в различных кислотных средах вприсутствии и
отсутствии спирта и с 3-4 граммами цинка на грамм нитропроизводного,
и выход был 30-36 % в партиях по 3-4 грамма нитропроизводного (это означает,
что выходы вероятно не точны, такие количества очень малы для моих рук), но
я
проводил свой первый опыт с бОльшим количеством цинка , и в нем выход выше.
Цинк
дешев, и вероятно, при добавлении большего количество цинка мы будем иметь
бОльшие выходы, но с тяжелой последующей обработкой. Вероятно, если мы
пробуем пример 1 из патента, мы можем получить очень хороший выход, там
отношение 11:1. Избыток H2 6:1 Zn - 4.84, в то время как в Al/Hg
восстановительном аминировании 50 Al:100 K - 5.13. Избыток - это нормально,
даже
большее количество цинка было бы приемлемо, но мы имеем проблему обработки.
Верное направление улучшения реакции - уменьшать колчество цинка, но
я не знаю, возможно ли это, патент говорит о 4-х замещенных
нитропроизводных, с возможными OCH3 заместителями в 2,3 позициях. Может быть
2,5
диметоксинитростирол не настолько реактивный. Это область для исследований,
я
не был удачлив с этим в этих первых попытках.
Другой путь состоит в том, чтобы найти сокращенный способ обработки,
и может быть 25 % NH3 стал бы хорошей идеей, но работа с NH3 ужасна. Мы можем
испарять начальный раствор, но я не уверен относительно того, что произойдет
с
концентрацией HCL, она формирует азеотроп с водой при 20 % крепости,
и выпаривая раствор (я делал так в другие разы) имел конечную
температуру приблизительно 60 C с аспиратором, может быть слишком много, если
мы
имеем 20 % HCL. Кроме того мы все еще должны расворить все гидроокиси
цинка. Другая идея которую я пробовал и которая, казалось, работала -
использование метанольной H2SO4, соли цинка не очень растворимы в кислом растворе,
и могут быть отфильтрованы, в то время как сульфат амина растворим. Я сделал
это в очень малой порции и, подщелочив, я видел плавающий амин с его
характерным запахом, это работает.
Я пробовал на этом опыте уменьшить количество растворителя (спирт
предотвращает образование пены в начале) но тогда мы имеем плотный
раствор в котором дихлорметан не отделяется, и толуол не работает (эфир?).
Сокращение количества означает что меньшее количество HCl необходимо для
поддержания хорошей концентрацию и обработка меньше (около 2/3 частей от
первого).Кажется, что реакция идет через некоторый комплекс с цинком, который
вступает в реакцию медленнее чем цинк непосредственно с HCL, вы можете
наблюдать это во второй половине прибавления, и существует также побочный
продукт -
интермедиат, желто-оранжевое масло, которое является растворимым в
системе, добавляя большее количество цинка восстанавливает цвет реакции, так
что кажется, что это - промежуточное соединение, которое могло содержать
цинк или нет, и оно восстанавливается до амина. Я видел его в кислых промывных
водах и в кристаллизационной воде.
Реакция сначала оранжевая, затем изменяется к оранжево - коричневому,
коричнево - зеленому, зелено - серому, серому, и затем - суп этих
серых полутвердых тел, взаимодействующих с не очень интенсивным выделением
H2 в прозрачном желтом растворе, который становится более прозрачным при
последующем добавлении цинка.
Я увидел, что с бОльшим количеством HCl реакция быстрее, и выходы
более или менее одинаковы. Реакция может быть проведена за 2 часа или около
того с конечной концентрацией 14-15 %, но вам придется нейтрализовать
большее количество кислоты.
А вот дальнейшие улучшения от Санлайта (оказывается, при использовании чистой цинковой пудры (ранее он использовал старую и грязную) выходы значительно улучшаются!
I'm still playing around the Zn HCl nitrostyrene reduction, and I've got new
results that make me reconsider my previuos especulations. I used the first
times a very cheap Zn with an unknown grade of purity and size, with black
color, and you know what I got, around a 55 % with an excess of 5.5:1 Zn:25DMNS.
As I want to make a standarized and reproductible procedure for this and other
compunds, I bought good Zn, 97 % and 80-200 micros (I'm not absolutely sure
about this point, I read in the printed catalogue 80-200 mesh, and in the
web page 80-200 micros, and now it is not available, they have changed this
Zn with other more pure). This Zn is grey, not black, and it's obvious seeing
it that the other one was quite bad.
I started my tests and got better results, but changing as well the temperature
of rxn, a 56 % with a 2.5:1 ratio around 6 C and same (57 %) at -5 C. I decided
to check if temp was the reason and in micro test was not obvious that temp
had nothing to do. Finally I decided to make a rxn with similar conditions
to the initial ones and this new Zn, and I got a 75 % yield. 20 gr of nitro
in 125 ml of methanol 75 of water and 35 of HCl, added 110 gr of Zn and 440
ml of HCl.
I've had mechanical losses of product in the workup, becuase I made a 20 gr
rxn, and I had to extract 3.3 liters of concentrated NaOH solution, and I
have not adequate vessels, so I guess that is realistic to think in around
a 80 % yield.
With this Zn the rxn behaves different, and I think now that my thoughts about
some Zn complex is bullshit. It is just Zn and HCl reacting and reducing the
nitrostyrene.
This gives a new attractive to the procedure, altough it has the same problems
with workup, a 10 gr batch can be done in a 2 liters extraction using strong
NaOH solution (>30 %). Fine for 2CB.
I believe I have learned the lesson, bad chemicals, bad conclusions. I've
made the same mistake in other research.
2. Восстановление по Леммингеру.
Леммингер, имя которого упоминает Шура в ПиХКАЛе, оказывается, восстанавливал свои нитростиролы именно таким образом. Процедура в принципе та же, однако существует ряд отличий.
К охлажденной льдом и перемешиваемой смеси 42 мл 35 HCL и 42 мл этанола были
поочередно в маленьких частях добавлены 5.31 г 3,5-диметокси-4-аллилокси-нитростирола
(20 mmol) и 16.5 г порошка цинка. Температура была поддержана при 5 C в течение
этого добавления, которое заняло 75 мин. Смесь была тогда перемешана 1ч при
температуре, медленно поднимающейся от 5 до 10 градусов C и 2 ч при 10-12
C. Тогда 12.5 мл 35% HCL были добавлены к смеси в течение 1 ч при 10-15 C.
Затем в течение 1 ч дополнительно 3г цинка были добавлены и перемешивание
было продолжено 1.5 ч при 15-20 C. Смесь отфильтровали 12 ч позже и промыли
водой (23 мл). Прозрачный фильтрат был экстрагирован дважды бензолом 23 мл,
чтобы удалить не-щелочные примеси.
В водную фазу тогда медленно и с охлаждением добавили раствор 75г NaOH в 125мл
воды; сначала выпавший Zn(ОН)2 почти растворился. Амин был экстрагирован четыре
раза бензолом по 25 мл, объединенные экстракты бензола были экстрагированы
дважды водой (25 мл) и отфильтрованы. Прозрачный слегка желтый фильтрат был
упарен, чтобы удалить бензол и затем перегнан при 10 ммHg.
Выход - 4.05 г (85) %,
