[go: up one dir, main page]

RU2789409C1 - METHOD FOR OBTAINING QUINOLINES IN THE PRESENCE OF HIERARCHICAL ZEOLITE H-ZSM-5mmm - Google Patents

METHOD FOR OBTAINING QUINOLINES IN THE PRESENCE OF HIERARCHICAL ZEOLITE H-ZSM-5mmm Download PDF

Info

Publication number
RU2789409C1
RU2789409C1 RU2021135568A RU2021135568A RU2789409C1 RU 2789409 C1 RU2789409 C1 RU 2789409C1 RU 2021135568 A RU2021135568 A RU 2021135568A RU 2021135568 A RU2021135568 A RU 2021135568A RU 2789409 C1 RU2789409 C1 RU 2789409C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aniline
ethylene glycol
zsm
5mmm
catalyst
Prior art date
Application number
RU2021135568A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анна Сергеевна Артемьева
Алсу Ваидовна Байбуртли
Резеда Зигатовна Куватова
Нелля Геннадьевна Григорьева
Сергей Владимирович Бубеннов
Борис Иванович Кутепов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2789409C1 publication Critical patent/RU2789409C1/en

Links

Abstract

FIELD: organic chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of organic chemistry, namely to a method for producing mono-methylquinolines, widely used in the manufacture of medicines, fungicides and herbicides, metal corrosion inhibitors, extractants and sorbents, dyes and high-boiling solvents. The method consists in the interaction of ethylene glycol with aniline in the presence of granular zeolite H-ZSM-5mmm of a high degree of crystallinity having a hierarchical (micro-meso-macro-porous) structure at 280-450°C, atmospheric pressure, volumetric feed rate (w) 3.0 h-1, molar ratio of aniline:ethylene glycol equal to 1:3, ethylene glycol is fed into the reactor without a solvent or in the form of a 20% solution in alcohol.
EFFECT: a simple effective heterogeneous-catalytic method for the synthesis of mono-methylquinolines has been developed, which reduces the energy and material consumption of the heterocyclization process.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности, к способу получения метил- и диметилхинолинов.The present invention relates to the field of organic chemistry, in particular, to a method for producing methyl and dimethylquinolines.

Практический интерес к производным хинолина вызван широким спектром свойств, проявляемых данным классом соединений. Так, хинолин и его производные нашли широкое применение в качестве исходных соединений для получения высокоэффективных лекарственных препаратов в медицине [Nainwal L. М, Tasneem S, Akhtar W, Verma G, Khan M. F, Parvez S, Shaquiquzzaman M, Akhter M, Alam M.M. European Journal of Medicinal Chemistry, 2019; 164: 121-170], фунгицидов и гербицидов в сельском хозяйстве [Collin G, Нökе H in: Elvers В, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol. A14, VCH, Weinheim, p.167; Larsen R. D, Corley E. G, King A. O, Carroll J. D, Davis P, Verhoeven T. R, Reider P. J, Labelle M, Gauthier J. Y, Xiang Y. B, Zamboni R. J. The Journal of Organic Chemistry, 1996; 61(10), 3398-3405; Chauhan P. M. S, Srivastava S. К Current medicinal chemistry, 2001; 8: 1535-1542], ингибиторов коррозии металлов [Ebenso E. E, Kabanda M. M, Arslan T, Saracoglu M, Kandemirli F, Murulana L, Singh A. K, Shukla S. K, Hammouti B. and Khaled К Int. J. Electrochem. Set, 2012, 7, 5643-5676], экстрагентов [Collin G, Нökе H, in: Elvers B, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol.A14, VCH, Weinheim, p.167], сорбентов [Pozharskii A.F, Soldatenkov A. T, Katritzky A.R. Heterocycles in Life and Society, Wiley, New York, 1997], красителей в промышленности [Collin G, Нökе H, in: Elvers В, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol. A14, VCH, Weinheim, p.167], высококипящих растворителей [Gilchrist T.L. Heterocyclic Chemistry, 1993; Chap.5; Frank HG, Stadelhofer J.W, Industrial Aromatic Chemistry, 1988; Berlin].Practical interest in quinoline derivatives is caused by a wide range of properties exhibited by this class of compounds. Thus, quinoline and its derivatives are widely used as starting compounds for the production of highly effective drugs in medicine [Nainwal L. M, Tasneem S, Akhtar W, Verma G, Khan M. F, Parvez S, Shaquiquzzaman M, Akhter M, Alam M.M. European Journal of Medicinal Chemistry, 2019; 164: 121-170], fungicides and herbicides in agriculture [Collin G, Höke H in: Elvers B, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol. A14, VCH, Weinheim, p. 167; Larsen R. D, Corley E. G, King A. O, Carroll J. D, Davis P, Verhoeven T. R, Reider P. J, Labelle M, Gauthier J. Y, Xiang Y. B, Zamboni R. J. The Journal of Organic Chemistry, 1996; 61(10), 3398-3405; Chauhan P. M. S, Srivastava S. K Current medicinal chemistry, 2001; 8: 1535-1542], metal corrosion inhibitors [Ebenso E. E, Kabanda M. M, Arslan T, Saracoglu M, Kandemirli F, Murulana L, Singh A. K, Shukla S. K, Hammouti B. and Khaled K Int . J. Electrochem. Set, 2012, 7, 5643-5676], extractants [Collin G, Höke H, in: Elvers B, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol.A14, VCH, Weinheim, p.167], sorbents [Pozharskii A.F, Soldatenkov A.T, Katritzky A.R. Heterocycles in Life and Society, Wiley, New York, 1997], dyes in industry [Collin G, Höke H, in: Elvers B, Hawkins S, Ravenscroft M, Schulz G. (Eds.). Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1989; Vol. A14, VCH, Weinheim, p.167], high-boiling solvents [Gilchrist T.L. Heterocyclic Chemistry, 1993; Chap.5; Frank HG, Stadelhofer J.W, Industrial Aromatic Chemistry, 1988; Berlin].

Классическим методом получения метилхинолинов является реакция Дебнера-Миллера - конденсация анилина с альдегидами.The classic method for obtaining methylquinolines is the Debner-Miller reaction - the condensation of aniline with aldehydes.

Взаимодействием анилина с кротоновым альдегидом в присутствии серной кислоты в качестве катализатора получали 2-метилхинолин с выходом 77% при мольном соотношении реагентов [анилин] : [кротоновый альдегид] : [H2SO4] = 1:3:4, при 140°С [First Examples of Doebner-Miller Reaction in Flow: Efficient Production of 2-Methylquinoline Derivatives in Water / Hasret Yalgin, Denis Luart and Christophe Len //J. Flow Chem. - 2016. - V.6 (2). - P. 80-85]:The interaction of aniline with crotonic aldehyde in the presence of sulfuric acid as a catalyst gave 2-methylquinoline with a yield of 77% at a molar ratio of reagents [aniline] : [crotonic aldehyde] : [H 2 SO 4 ] = 1:3:4, at 140°C [First Examples of Doebner-Miller Reaction in Flow: Efficient Production of 2-Methylquinoline Derivatives in Water / Hasret Yalgin, Denis Luart and Christophe Len //J. flow chem. - 2016. - V.6(2). - P. 80-85]:

Figure 00000001
Figure 00000001

Недостатком способа является использование серной кислоты в большом количестве.The disadvantage of this method is the use of sulfuric acid in large quantities.

В работе [Получение хинолиновых оснований на основе ароматических аминов реакцией с карбонильными соединениями получения гетероциклов в паровой фазе // Universum: Технические науки: электрон, научн. журн. Хошимов Ш.М. [и др. - 2019. - №11(68). - URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_42311724_76495797.pdf] описано получение 2- и 4-метилхинолинов взаимодействием анилина с кротоновым альдегидом в присутствии смешанного полифункционального катализатора следующего состава: CdF2/ZnO/Cr2O3/Al2O3/бентонит. Выход 2-метилхинолина при 380-400°С, 0.2 ч-1 и мольном соотношении [анилин] : [альдегид] = 2:1 составил 35%, его изомера 4-метилхинолина - 42%:In [Obtaining quinoline bases based on aromatic amines by reaction with carbonyl compounds to obtain heterocycles in the vapor phase // Universum: Technical sciences: electron, scientific. magazine Khoshimov Sh.M. [and others - 2019. - No. 11(68). - URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_42311724_76495797.pdf] describes the preparation of 2- and 4-methylquinolines by the interaction of aniline with crotonaldehyde in the presence of a mixed polyfunctional catalyst of the following composition: CdF 2 /ZnO/Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 /bentonite. The yield of 2-methylquinoline at 380-400°C, 0.2 h -1 and the molar ratio [aniline] : [aldehyde] = 2:1 was 35%, its isomer 4-methylquinoline - 42%:

Figure 00000002
Figure 00000002

Реакцией анилина с ацетальдегидом в присутствии цеолита NH4F-Beta получали смесь хинолинов (хинолин, 2-метилхинолин, 4-метилхинолин) с селективностью по метилхинолинам, равной 77% [Vapour-phase synthesis of 2-methyl- and 4-methylquinoline over BEA zeolites / R. Brosius, D. Gammon, F. Van Laarandetc. //J. of Catalysis. - 2006. - V 239. -P. 362-368]:The reaction of aniline with acetaldehyde in the presence of NH 4 F-Beta zeolite gave a mixture of quinolines (quinoline, 2-methylquinoline, 4-methylquinoline) with a methylquinoline selectivity of 77% [Vapour-phase synthesis of 2-methyl- and 4-methylquinoline over BEA zeolites / R. Brosius, D. Gammon, F. Van Laarandetc. //J. of catalysis. - 2006. - V 239. -P. 362-368]:

Figure 00000003
Figure 00000003

Общим недостатком указанных выше методов получения метилхинолинов является применение в качестве реагентов альдегидов. Последние токсичны, склонны к полимеризации, нестабильны при хранении, дороги.A common disadvantage of the above methods for the preparation of methylquinolines is the use of aldehydes as reagents. The latter are toxic, prone to polymerization, unstable during storage, and expensive.

Известен способ получения 2-метилхинолина в смеси с N-этиланилином (в соотношении от 3:1 до 1:2) реакцией анилина с этиленом в присутствии катализатора RhCl3⋅3H2O -PPh3 при 200°С, давлении 100 атм, мольном соотношении [анилин] : [катализатор] : [PPh3] = 400:1:2, в течение 72 ч [Diamond S.E., Szalkiewicz A., F. Mares. Reactions of Aniline with Olefins Catalyzed by Group 8 Metal Complexes: N-Alkylation and Heterocycle Formation // J. Am. Chem. Soc. 1979. V. 101. P. 490-491]:A known method of obtaining 2-methylquinoline in a mixture with N-ethylaniline (in a ratio of 3:1 to 1:2) by the reaction of aniline with ethylene in the presence of a catalyst RhCl 3 ⋅3H 2 O -PPh 3 at 200°C, a pressure of 100 atm, molar ratio [aniline] : [catalyst] : [PPh 3 ] = 400:1:2, for 72 h [Diamond SE, Szalkiewicz A., F. Mares. Reactions of Aniline with Olefins Catalyzed by Group 8 Metal Complexes: N-Alkylation and Heterocycle Formation // J. Am. Chem. soc. 1979. V. 101. P. 490-491]:

Figure 00000004
Figure 00000004

Синтез 2- метилхинолина в присутствии родиевых, палладиевых катализаторов характеризуется следующими недостатками:The synthesis of 2-methylquinoline in the presence of rhodium, palladium catalysts is characterized by the following disadvantages:

1) использованием дорогих катализаторов;1) the use of expensive catalysts;

2) длительностью реакции (72 ч);2) the duration of the reaction (72 h);

3) использованием высокого давления (100 атм);3) using high pressure (100 atm);

4) низкой селективностью образования хинолинов.4) low selectivity for the formation of quinolines.

При взаимодействии анилина с этиленом в присутствии 0.3 мол % платиносодержащего катализатора (PtCl2, PtCl4 и др.) и водного раствора галогенида натрия в качестве промотора авторы [Dub Р.А., Rodriguez-Zubiri М, Baudequin С., Poli R. Hydroamination of ethylene by aniline: catalysis in water // Green Chem. - 2010. - V. 12. - P. 1392-1396] получали 2-метилхинолин с выходом 8%.When aniline interacts with ethylene in the presence of 0.3 mol % of a platinum-containing catalyst (PtCl 2 , PtCl 4 , etc.) and an aqueous solution of sodium halide as a promoter, the authors [Dub P.A., Rodriguez-Zubiri M, Baudequin C., Poli R. Hydroamination of ethylene by aniline: catalysis in water // Green Chem. - 2010. - V. 12. - P. 1392-1396] obtained 2-methylquinoline with a yield of 8%.

К недостаткам способа относится низкий выход хинолина, использование дорогих платиновых солей.The disadvantages of the method include the low yield of quinoline, the use of expensive platinum salts.

В работе [Reddy P. Ram, Subba Rao K. V. and Subrahmanyam M. Selective synthesis of 2-methylquinoline over zeolites // CATAL LETT. 1998. №56. P. 155-158] 2-метилхинолин синтезировали, алкилируя хинолин метанолом в присутствии цеолитных катализаторов структурного типа FAU и MFI в реакторе с неподвижным слоем катализатора при атмосферном давлении:In [Reddy P. Ram, Subba Rao K. V. and Subrahmanyam M. Selective synthesis of 2-methylquinoline over zeolites // CATAL LETT. 1998. No. 56. P. 155-158] 2-methylquinoline was synthesized by alkylating quinoline with methanol in the presence of zeolite catalysts of the FAU and MFI structural type in a reactor with a fixed catalyst bed at atmospheric pressure:

Figure 00000005
Figure 00000005

Максимальный выход 2-метилхинолина составил 61% при селективности 92% на катализаторе LaKHY (350°С, мольное соотношение [хинолин] : [метанол] = 1:3, объемная скорость подачи сырья 0.5 ч-1, время работы катализатора 1 ч).The maximum yield of 2-methylquinoline was 61% at a selectivity of 92% on the LaKHY catalyst (350°С, molar ratio [quinoline] : [methanol] = 1:3, feed space velocity 0.5 h -1 , catalyst operation time 1 h).

Недостатками метода являются:The disadvantages of the method are:

1) использование в качестве реагентов токсичного метанола;1) use of toxic methanol as reagents;

2) использование в качестве реагентов дорогостоящего хинолина.2) the use of expensive quinoline as reagents.

Авторы [Синтез N-алкиланилинов и замещенных хинолинов по реакции анилина со спиртами и CCl4 под действием Ni-содержащих катализаторов / Р.И. Хуснутдинов, А.Р. Байгузина, Р.И. Аминов, У.М. Джемилев // ЖОрХ. - 2012. - Т.48. - Вып. 5. - С. 693-696] осуществляли синтез 2-метилхинолина взаимодействием анилина с этанолом в присутствии катализаторов на основе соединений никеля: NiF2, NiCl2⋅6H2O, Ni(OAc)2⋅4H2O, Ni(acac)2, Ni(NO3)2⋅6H2O, Ni(BF4)2. Наиболее эффективными катализаторами являются ацетат никеля(II) Ni(OAc)2⋅4H2O и ацетилацетонат никеля Ni(acac)2, активированные триэтиламином:Authors [Synthesis of N-alkylanilines and substituted quinolines by the reaction of aniline with alcohols and CCl 4 under the action of Ni-containing catalysts / R.I. Khusnutdinov, A.R. Baiguzin, R.I. Aminov, U.M. Dzhemilev // ZHORH. - 2012. - T.48. - Issue. 5. - S. 693-696] carried out the synthesis of 2-methylquinoline by the interaction of aniline with ethanol in the presence of catalysts based on nickel compounds: NiF 2 , NiCl 2 ⋅6H 2 O, Ni(OAc) 2 ⋅4H 2 O, Ni(acac) 2 , Ni(NO 3 ) 2 ⋅6H 2 O, Ni(BF 4 ) 2 . The most efficient catalysts are nickel(II) acetate Ni(OAc) 2 ⋅4H 2 O and nickel acetylacetonate Ni(acac) 2 activated with triethylamine:

Figure 00000006
Figure 00000006

В присутствии катализатора Ni(OAc)2⋅4H2O выход 2-метилхинолина составил 86% при нагревании в течение 8 ч при 140°С и мольном соотношении [катализатор] : [триэтиламин] : [анилин] : [CCl4] : [спирт] = 1:5:100:100:200.In the presence of the Ni(OAc) 2 ⋅4H 2 O catalyst, the yield of 2-methylquinoline was 86% upon heating for 8 h at 140°C and the molar ratio [catalyst] : [triethylamine] : [aniline] : [CCl 4 ] : [ alcohol] = 1:5:100:100:200.

Реакцией анилина с этиловым спиртом получали 2-метилхинолин с выходом 94% в присутствии катализатора FeCl3⋅6H2O в среде CCl4 при мольном соотношении [катализатор] : [анилин] : [CCl4] : [спирт] = 1:100:100:200 при 140°С [Способ получения 2- и 2,3-замещенных хинолинов // Патент России №2504540. 2014. Бюл. №2. /Джемилев У.М., Хуснутдинов Р.И., Байгузина А.Р. и др.]:The reaction of aniline with ethyl alcohol gave 2-methylquinoline with a yield of 94% in the presence of a FeCl 3 ⋅ 6H 2 O catalyst in a CCl 4 medium at a molar ratio of [catalyst] : [aniline] : [CCl 4 ] : [alcohol] = 1:100: 100:200 at 140°C [Method for obtaining 2- and 2,3-substituted quinolines // Patent of Russia No. 2504540. 2014. Bull. No. 2. / Dzhemilev U.M., Khusnutdinov R.I., Baiguzina A.R. and etc.]:

Figure 00000007
Figure 00000007

Описанные способы характеризуются:The described methods are characterized by:

1) многостадийностью при выделении целевого продукта;1) multi-stage in the selection of the target product;

2) использованием высокотоксичного четыреххлористого углерода;2) using highly toxic carbon tetrachloride;

3) сложностью отделения катализаторов;3) the complexity of the separation of catalysts;

4) 2-х этапной загрузкой исходных реагентов.4) 2-stage loading of initial reagents.

В работе [Fe(CrO2)2-catalyzed, photoactivated oxidative one-pot tandem synthesis of substituted quinolines from primary alcohols and arylamines / A.R. Makhmutov, A. G. Mustqfin, S. M. Usmanov // Chemistry of Heterocyclic Compounds. - 2015. - V.54(3). - P. 369-374.] 2-метилхинолин синтезировали фотокаталитически с выходом 95% реакцией анилина с большим избытком этанола в присутствии катализатора Fe(CrO2)2 и окислителя пероксида водорода:In [Fe(CrO 2 ) 2 -catalyzed, photoactivated oxidative one-pot tandem synthesis of substituted quinolines from primary alcohols and arylamines / AR Makhmutov, AG Mustqfin, SM Usmanov // Chemistry of Heterocyclic Compounds. - 2015. - V.54(3). - P. 369-374.] 2-methylquinoline was synthesized photocatalytically with a yield of 95% by the reaction of aniline with a large excess of ethanol in the presence of a catalyst Fe(CrO 2 ) 2 and an oxidizing agent hydrogen peroxide:

Figure 00000008
Figure 00000008

Взаимодействием анилина с этиленгликолем при 175°С в присутствии смешанного катализатора Pt/Al2O3 и ZnO получали индол с выходом 43% [Straight Access to Indoles from Anilines and Ethylene Glycol by Heterogeneous Acceptorless Dehydrogenative Condensation / Pedro Juan Llabres-Campaner, Rafael Ballesteros-Garrido, Rafael Ballesteros, and Belen Abarca// J. Org. Chem. - 2018. - V.83. - P.521-526]:The interaction of aniline with ethylene glycol at 175°C in the presence of a mixed catalyst Pt/Al 2 O 3 and ZnO gave indole with a yield of 43% [Straight Access to Indoles from Anilines and Ethylene Glycol by Heterogeneous Acceptorless Dehydrogenative Condensation / Pedro Juan Llabres-Campaner, Rafael Ballesteros -Garrido, Rafael Ballesteros, and Belen Abarca // J. Org. Chem. - 2018. - V.83. - P.521-526]:

Figure 00000009
Figure 00000009

Авторы работы [Campanati M, Vaccari A. and Piccolo O. Catalysis Today, 2000: 60 (3-4), 289-295] использовали в реакции анилина с этиленгликолем в качестве гетерогенного катализатора кислую глину К10. В изученных условиях (330°С, мольное соотношение анилин : этиленгликоль = 1:2, объемная скорость подачи сырья 0.1 ч-1) получали 2-метил-8-этилхинолин с выходом 41%. При более низких температурах 225-250°С авторы получали индолы и алкилиндолы.[Campanati M, Vaccari A. and Piccolo O. Catalysis Today, 2000: 60 (3-4), 289-295] used K10 acidic clay as a heterogeneous catalyst in the reaction of aniline with ethylene glycol. Under the conditions studied (330°С, aniline : ethylene glycol molar ratio = 1:2, feed space velocity 0.1 h -1 ), 2-methyl-8-ethylquinoline was obtained in 41% yield. At lower temperatures of 225-250°C, the authors obtained indoles and alkylindoles.

Катализатор - кислую глину К10 - получают обработкой монтмориллонита кислотами. Известно [Gales W.P., Anderson J.S., Raven M.D., Churchman G.J. Ibid. - 2002. - V.20. - P. 189-197], что жесткая обработка кислотами может приводить к полному разрушению исходной кристаллической структуры монтмориллонита. Более того, использование кислот в синтезах нерационально с экологической точки зрения.The catalyst - acid clay K10 - is obtained by treating montmorillonite with acids. It is known [Gales W.P., Anderson J.S., Raven M.D., Churchman G.J. Ibid. - 2002. - V.20. - P. 189-197] that severe treatment with acids can lead to complete destruction of the original crystal structure of montmorillonite. Moreover, the use of acids in syntheses is irrational from an ecological point of view.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного гетерогенно-каталитического способа синтеза метилхинолинов.The objective of the present invention is to develop an efficient heterogeneous catalytic method for the synthesis of methylquinolines.

Решение этой задачи достигается тем, что синтез метилхинолинов осуществляют взаимодействием анилина с этиленгликолем в присутствии гранулированного цеолита ZSM-5 в Н-форме высокой степени кристалличности, имеющего микро-мезо-макропористую структуру (H-ZSM-5mmm). Реакцию проводят в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора H-ZSM-5mmm при 280-450°С, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья (w) 3ч-1, мольном соотношении анилин : этиленгликоль, равном 1:3, в токе азота. Этиленгликоль подают в реактор без растворителя или в виде 20%-ного раствора в спирте (метанол, этанол).The solution to this problem is achieved by the fact that the synthesis of methylquinolines is carried out by the interaction of aniline with ethylene glycol in the presence of granular zeolite ZSM-5 in the H-form of a high degree of crystallinity, having a micro-meso-macroporous structure (H-ZSM-5mmm). The reaction is carried out in a flow reactor with a fixed catalyst bed H-ZSM-5mmm at 280-450°C, atmospheric pressure, feed space velocity (w) 3 h -1 , aniline : ethylene glycol molar ratio equal to 1:3, in a stream of nitrogen. Ethylene glycol is fed into the reactor without solvent or as a 20% solution in alcohol (methanol, ethanol).

Основными продуктами реакции анилина с этиленгликолем в присутствии цеолитного катализатора H-ZSM-5mmm являются 2- и 4-метилхинолины:The main products of the reaction of aniline with ethylene glycol in the presence of the H-ZSM-5mmm zeolite catalyst are 2- and 4-methylquinolines:

Figure 00000010
Figure 00000010

Кроме 2- и 4-метилхинолинов, в реакционной массе идентифицированы диметилхинолины и алкиланилины (N-метиланилин, N-этиланилин, N-пропиланилин).In addition to 2- and 4-methylquinolines, dimethylquinolines and alkylanilines (N-methylaniline, N-ethylaniline, N-propylaniline) were identified in the reaction mass.

Цеолит Na-ZSM-5mmm синтезировали в виде гранул без связующих веществ [Патент РФ 2739350. Гранулированный цеолит H-ZSM-5 без связующего и способ его получения/ Травкина О.С., Куватова Р.З., Кутепов Б.И., и др. // 2020]; его гранулы представляют собой единые сростки цеолитных кристаллов и обладают степенью кристалличности, близкой к 100%. Пористая структура гранул состоит из микропористой структуры самого цеолита ZSM-5 и мезо- и макропористой структуры, сформировавшейся между сростками кристаллов. Цеолит Na-ZSM-5mmm переводили в Н-форму ионным обменом в растворе NH4NO3 с последующей прокалкой.Zeolite Na-ZSM-5mmm was synthesized in the form of granules without binders [RF Patent 2739350. Granular zeolite H-ZSM-5 without binder and method for its preparation/ Travkina O.S., Kuvatova R.Z., Kutepov B.I., and others // 2020]; its granules are single aggregates of zeolite crystals and have a degree of crystallinity close to 100%. The porous structure of the granules consists of the microporous structure of the ZSM-5 zeolite itself and the meso- and macroporous structure formed between the intergrowths of crystals. Zeolite Na-ZSM-5mmm was converted into the H-form by ion exchange in a solution of NH 4 NO 3 followed by calcination.

Комбинированная микро-мезо-макропористая кристаллическая структура цеолита H-ZSM-5mmm высокостабильна и не разрушается в процессе ионного обмена катионов Na+ на H+.The combined micro-meso-macroporous crystal structure of the H-ZSM-5mmm zeolite is highly stable and does not break down during the ion exchange of Na + for H + cations.

Использование предлагаемого способа имеет следующие преимущества перед известными:The use of the proposed method has the following advantages over the known ones:

1) Катализатор цеолит H-ZSM-5mmm используется в виде гранул, что гораздо технологичнее, чем использование высокодисперсных материалов.1) H-ZSM-5mmm zeolite catalyst is used in the form of granules, which is much more technologically advanced than the use of fine materials.

2) В известных способах синтеза в качестве реагентов используются нестабильные альдегиды, окислители, дорогие токсичные растворители. В предлагаемом способе в качестве реагента используется стабильный и доступный этиленгликоль, не используются окислители.2) In known synthesis methods, unstable aldehydes, oxidizing agents, expensive toxic solvents are used as reagents. In the proposed method, stable and available ethylene glycol is used as a reagent, oxidizing agents are not used.

3) В известных способах реакцией анилина с этиленгликолем получают или индол (на катализаторе Pt/Al2O3 и ZnO), или 2-метил-8-этилхинолин с выходом 41% (глина К-10).3) In known methods, the reaction of aniline with ethylene glycol produces either indole (on a Pt/Al 2 O 3 and ZnO catalyst) or 2-methyl-8-ethylquinoline with a yield of 41% (clay K-10).

Катализатор H-ZSM-5mmm позволяет эффективно, с высокой конверсией анилина синтезировать 2- и 4-метилхинолины, диметилхинолины.The H-ZSM-5mmm catalyst makes it possible to efficiently synthesize 2- and 4-methylquinolines and dimethylquinolines with a high aniline conversion.

4) Синтез метилхинолинов в присутствии цеолита H-ZSM-5mmm проходит при меньшей температуре и более высокой объемной скорости подачи сырья, чем на глине К10.4) The synthesis of methylquinolines in the presence of zeolite H-ZSM-5mmm takes place at a lower temperature and a higher volumetric feed rate than on K10 clay.

Гранулированный цеолитный катализатор H-ZSM-5mmm синтезируют следующим образом. Смешивают порошкообразный цеолит ZSM-5 и предварительно полученный аморфный алюмосиликат с мольным соотношением SiO2/AlO3 = 30, увлажняют полученную смесь водой, формуют гранулы, затем их сушат и прокаливают в атмосфере воздуха. Полученные гранулы помещают в автоклав, в котором осуществляют гидротермальную кристаллизацию из реакционных смесей состава (3,0-4,0)Na2O⋅(0,5-2,3)R⋅Al2O3 (60-90)SiO2⋅(450-900)H2O, где R - органический темплат, при 115±5°С в течение 48-72 часов.Granular zeolite catalyst H-ZSM-5mmm was synthesized as follows. Powdered zeolite ZSM-5 and previously obtained amorphous aluminosilicate with a molar ratio of SiO 2 /AlO 3 = 30 are mixed, the resulting mixture is moistened with water, granules are formed, then they are dried and calcined in air. The resulting granules are placed in an autoclave, in which hydrothermal crystallization is carried out from reaction mixtures of composition (3.0-4.0)Na 2 O⋅(0.5-2.3)R⋅Al 2 O 3 (60-90)SiO 2 ⋅(450-900)H 2 O, where R is an organic template, at 115±5°C for 48-72 hours.

Полученные в результате гидротермальной кристаллизации цеолитные гранулы Na-ZSM-5mmm дважды промывают водой, сушат и прокаливают при 550-600°С в течение 3-4 часов. Затем гранулы подвергают ионному обмену и последующему прокаливанию с использованием стандартных методик.The Na-ZSM-5mmm zeolite granules obtained as a result of hydrothermal crystallization are washed twice with water, dried and calcined at 550-600°C for 3-4 hours. The pellets are then subjected to ion exchange and subsequent calcination using standard techniques.

Реакцию анилина с этиленгликолем проводят в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора H-ZSM-5mmm при 280-450°С, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья (w) 3 ч-1, мольном соотношении [анилин] : [этиленгликоль] = 1:3, в инертной атмосфере. Этиленгликоль подают в реактор без растворителя или в виде 20%-ного раствора в спирте.The reaction of aniline with ethylene glycol is carried out in a flow reactor with a fixed catalyst bed H-ZSM-5mmm at 280-450°C, atmospheric pressure, feed space velocity (w) 3 h -1 , molar ratio [aniline] : [ethylene glycol] = 1 :3, in an inert atmosphere. Ethylene glycol is fed into the reactor without solvent or as a 20% solution in alcohol.

Продукты реакции, собранные в охлаждаемый льдом приемник, экстрагируют хлористым метиленом и анализируют с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на приборе HP-1090 («Hewlett Packard», США) с ультрафиолетовым детектором. Условия съемки: прибор-SFHMADZU LC-20AT, колонка - Agilent С18 (4,6*250 мм), элюент-CH3CN/H2O - 80/20, скорость подачи элюента-1 мл/мин.The reaction products collected in an ice-cooled receiver are extracted with methylene chloride and analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) on an HP-1090 instrument (Hewlett Packard, USA) with an ultraviolet detector. Recording conditions: instrument-SFHMADZU LC-20AT, column - Agilent C18 (4.6 * 250 mm), eluent-CH3CN / H2O - 80/20, eluent flow rate - 1 ml / min.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

ПРИМЕР 1. Сырье - смесь анилина и этиленгликоля в мольном соотношении анилин : этиленгликоль (20%-ый раствор в этаноле) = 1:3 - подают в проточный реактор с неподвижным слоем цеолитного катализатора H-ZSM-5mmm (1 г) с помощью шприцевого микро-насоса при 350°С, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 3 ч-1, в токе азота. Продукты собирают в охлаждаемый льдом приемник, расположенный в нижней части установки. По окончании синтеза реактор продувают азотом в течение 30 минут. Из реакционной массы, состоящей из водного и органического слоев, продукты экстрагируют хлористым метиленом. Органический слой сушат и анализируют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.EXAMPLE 1. Raw material - a mixture of aniline and ethylene glycol in a molar ratio of aniline : ethylene glycol (20% solution in ethanol) = 1: 3 - is fed into a flow reactor with a fixed bed of zeolite catalyst H-ZSM-5mmm (1 g) using a syringe micro-pump at 350°C, atmospheric pressure, feed space velocity of 3 h -1 in a stream of nitrogen. The products are collected in an ice-cooled receiver located at the bottom of the unit. At the end of the synthesis, the reactor was purged with nitrogen for 30 minutes. From the reaction mass, consisting of aqueous and organic layers, the products are extracted with methylene chloride. The organic layer is dried and analyzed by high performance liquid chromatography.

Конверсия анилина составляет 86%. Суммарная селективность образования хинолинов составляет 92%.The aniline conversion is 86%. The total selectivity for the formation of quinolines is 92%.

ПРИМЕРЫ 2-6. Аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.EXAMPLES 2-6. Similar to example 1. The conditions and results of the examples are presented in the table.

Figure 00000011
Figure 00000011

Claims (2)

1. Способ получения монометилхинолинов каталитическим взаимодействием анилина с этиленгликолем, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют гранулированный цеолит H-ZSM-5mmm высокой степени кристалличности с иерархической пористой структурой, реакцию проводят в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора при 280-450°С, объемной скорости подачи сырья 3 ч-1, мольном соотношении анилин : этиленгликоль, равном 1:3, в азоте, при атмосферном давлении, этиленгликоль подают в реактор без растворителя или в виде 20%-ного раствора в спирте.1. A method for producing monomethylquinolines by catalytic interaction of aniline with ethylene glycol, characterized in that granular zeolite H-ZSM-5mmm of a high degree of crystallinity with a hierarchical porous structure is used as a catalyst, the reaction is carried out in a flow reactor with a fixed catalyst bed at 280-450 ° C, feed space velocity 3 h -1 molar ratio of aniline : ethylene glycol, equal to 1:3, in nitrogen, at atmospheric pressure, ethylene glycol is fed into the reactor without solvent or in the form of a 20% aqueous solution in alcohol. 2. Способ получения монометилхинолинов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве спирта используют метанол или этанол.2. A method for producing monomethylquinolines according to claim 1, characterized in that methanol or ethanol is used as alcohol.
RU2021135568A 2021-12-02 METHOD FOR OBTAINING QUINOLINES IN THE PRESENCE OF HIERARCHICAL ZEOLITE H-ZSM-5mmm RU2789409C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789409C1 true RU2789409C1 (en) 2023-02-02

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103904A (en) * 1997-07-17 2000-08-15 Basf Corporation Skraup reaction process for synthesizing quinolones
RU2614251C2 (en) * 2015-07-06 2017-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук Method for substituted quinolines production from aniline, 1,2-diols and ccl4 under iron catalysts
RU2740912C1 (en) * 2020-02-18 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук Method of producing quinoline by skraup reaction in presence of hierarchical zeolite h-zsm-5mmm

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103904A (en) * 1997-07-17 2000-08-15 Basf Corporation Skraup reaction process for synthesizing quinolones
RU2614251C2 (en) * 2015-07-06 2017-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук Method for substituted quinolines production from aniline, 1,2-diols and ccl4 under iron catalysts
RU2740912C1 (en) * 2020-02-18 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук Method of producing quinoline by skraup reaction in presence of hierarchical zeolite h-zsm-5mmm

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMINOV RISHAT et al. Quinoline Synthesis by the Reaction of Anilines with 1,2-diols Catalyzed by Iron Compounds. Journal of Heterocyclic Chemistry, 2016, 53(4), p.1022-1029. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7847129B2 (en) Method for dehydrogenating alcohols
EA021623B1 (en) Supported catalyst and method for producing an amine
MXPA03000083A (en) Zeolite support loaded with a base material for use in the coupling of aniline and nitrobenzene.
Poreddy et al. Silver nanoparticles supported on alumina–a highly efficient and selective nanocatalyst for imine reduction
CN103214392A (en) Synthetic method of N-benzylideneaniline compound
RU2671215C2 (en) Method and catalyst for producing pyridine and alkyl derivatives thereof
KR101988374B1 (en) Method of preparation of ethylamine or acetonitrile by reductive amination of ethanol
RU2789409C1 (en) METHOD FOR OBTAINING QUINOLINES IN THE PRESENCE OF HIERARCHICAL ZEOLITE H-ZSM-5mmm
RU2786740C1 (en) Method for producing quinolines
RU2789408C1 (en) METHOD FOR OBTAINING QUINOLINES IN THE PRESENCE OF HIERARCHICAL ZEOLITE H-Y-mmm
KR960016524B1 (en) Synthesis for pyridine and alkylpyridine
EP0069242B1 (en) Process for the preparation of indoles
CN101805287B (en) Method for one-pot liquid phase synthesis of quinoline and derivative thereof
CN107537559B (en) A kind of titanium-containing silicon molecular sieve catalyst and its preparation method and application
RU2740912C1 (en) Method of producing quinoline by skraup reaction in presence of hierarchical zeolite h-zsm-5mmm
RU2831365C1 (en) Method of producing 2-methyl-3-propylindole
JP2862257B2 (en) Method for producing pyridine bases
JP4427116B2 (en) Production of pyridine bases
RU2840574C2 (en) Method for selective and continuous production of 2-methylpyridine and diphenylamine from aniline
EP1648869B1 (en) Process for the production of pyridine and picolines
RU2808560C1 (en) Method for producing 3-methyl-2-ethyl-n-phenyl-1,2,3,4-tetrahydrochynoline-4-amine
RU2799071C1 (en) Nanostructured catalyst for oxidative dehydrogenation of propane in the presence of carbon dioxide
US7365204B2 (en) Process for the production of pyridine and picolines
RU2644164C2 (en) Method for obtaining 2-ethyl-3,5-dimethyl pyridine
RU2243217C2 (en) Method for preparing pyridine bases