stringtranslate.com

Фталевый ангидрид

Фталевый ангидрид — органическое соединение формулы C 6 H 4 ( CO) 2 O. Это ангидрид фталевой кислоты . Фталевый ангидрид является основной коммерческой формой фталевой кислоты. Это был первый ангидрид дикарбоновой кислоты, который использовался в коммерческих целях. Это белое твердое вещество является важным промышленным химикатом, особенно для крупномасштабного производства пластификаторов для пластмасс. В 2000 году мировой объем производства оценивался примерно в 3 миллиона тонн в год. [4]

Синтез и производство

Фталевый ангидрид впервые был описан в 1836 году Огюстом Лораном . Ранние методы включали жидкофазное окисление нафталина , катализируемое ртутью . [5] Современный промышленный вариант процесса вместо этого использует пентоксид ванадия (V 2 O 5 ) в качестве катализатора в газофазной реакции с нафталином с использованием молекулярного кислорода . [4] Общий процесс включает окислительное расщепление одного из колец и потерю двух атомов углерода в виде диоксида углерода .

Альтернативный процесс включает окисление двух метильных групп о - ксилола , более экономичный процесс. Эта реакция протекает при температуре около 320–400 ° C и имеет следующую стехиометрию:

C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 ( CO) 2 O + 3 H 2 O

Реакция протекает с селективностью около 70%. Около 10% малеинового ангидрида производится также:

С 6 Н 4 (СН 3 ) 2 + 7+1/2 О 2 → С 4 Н 2 О 3 + 4 Н 2 О + 4 СО 2

Фталевый ангидрид и малеиновый ангидрид извлекают путем перегонки с помощью серии переключаемых конденсаторов.

Путь нафталина ( процесс фталевого ангидрида Гиббса или реакция окисления нафталина Гиббса-Воля ) пришел в упадок по сравнению с маршрутом о -ксилола.

Предлагаемые ранние стадии катализируемого ванадием окисления нафталина во фталевый ангидрид, где V 2 O 5 представлен в виде молекулы, а не в его истинной расширенной структуре. [6]

Фталевый ангидрид также можно получить из фталевой кислоты простой термической дегидратацией при температуре выше 210°С. [4]

Использование

Пластификаторы на основе фталатных эфиров

Основное применение фталевого ангидрида — это предшественник фталатных эфиров , используемых в качестве пластификаторов в винилхлориде. Эфиры фталевой кислоты получают из фталевого ангидрида реакцией алкоголиза . [4] В 1980-х годах ежегодно производилось около 6,5 миллионов тонн этих эфиров, и масштабы производства увеличивались с каждым годом, все из фталевого ангидрида. Процесс начинается с реакции фталевого ангидрида со спиртами, дающей моноэфиры:

C 6 H 4 (CO) 2 O + ROH → C 6 H 4 (CO 2 H)CO 2 R

Вторая этерификация более сложна и требует удаления воды:

C 6 H 4 (CO 2 H)CO 2 R + ROH ⇌ C 6 H 4 (CO 2 R) 2 + H 2 O

Наиболее важным диэфиром является бис(2-этилгексил)фталат («ДЭГФ»), используемый в производстве поливинилхлоридных соединений.

Прекурсор красителей

Хинолиновый желтый SS — популярный краситель, полученный конденсацией фталевого ангидрида и 2-метилхинолина .

Фталевый ангидрид широко используется в промышленности для производства некоторых красителей . Хорошо известным применением этой реакционной способности является получение антрахинонового красителя хинизарина путем реакции с пара -хлорфенолом с последующим гидролизом хлорида. [7] Фенолфталеин можно синтезировать путем конденсации фталевого ангидрида с двумя эквивалентами фенола в кислых условиях (отсюда и название). Он был открыт в 1871 году Адольфом фон Байером . [8] [9] [10]

Синтез фенолфталеина [11]

Фармацевтика

Фталевый ангидрид, обработанный ацетатом целлюлозы, дает ацетатфталат целлюлозы (CAP), распространенный наполнитель энтеросолюбильного покрытия , который, как также было показано, обладает противовирусной активностью. [12] Фталевый ангидрид является продуктом разложения CAP. [13]

Реакции

Фталевый ангидрид является универсальным промежуточным продуктом в органической химии , отчасти потому, что он бифункционален и дешев.

Гидролиз, алкоголиз, аммонолиз

При гидролизе горячей водой образуется ортофталевая кислота : [14]

C 6 H 4 (CO) 2 O + H 2 O → C 6 H 4 ( CO 2 H) 2

Гидролиз ангидридов обычно не является обратимым процессом. Однако фталевая кислота легко дегидратируется с образованием фталевого ангидрида. При температуре выше 180 °C происходит повторное образование фталевого ангидрида.

Хиральные спирты образуют полуэфиры (см. выше), и эти производные часто разрешимы, поскольку они образуют диастереомерные соли с хиральными аминами, такими как бруцин . [15] Родственная реакция раскрытия цикла включает пероксиды с образованием полезной пероксикислоты : [16]

C 6 H 4 (CO) 2 O + H 2 O 2 → C 6 H 4 (CO 3 H)CO 2 H

Фталимид можно получить нагреванием фталевого ангидрида с водным раствором аммиака с выходом 95–97%. Альтернативно его можно получить обработкой ангидрида карбонатом аммония или мочевиной . Его также можно получить аммоксидированием о - ксилола . [4] Фталимид калия коммерчески доступен и представляет собой калиевую соль фталимида. Его можно получить добавлением горячего раствора фталимида к раствору гидроксида калия ; желаемый продукт выпадает в осадок. [17]

Получение алифатических нитроалкенов

Фталевый ангидрид применяют для дегидратации короткоцепочечных нитроспиртов с получением нитроалкенов — соединений с высокой склонностью к полимеризации . [18]

Безопасность

Наиболее вероятным воздействием фталевого ангидрида на человека является контакт с кожей или вдыхание во время производства или использования. Исследования показывают, что воздействие фталевого ангидрида может вызвать ринит , хронический бронхит и астму . Реакция фталевого ангидрида на здоровье человека обычно представляет собой синдром астмы-ринита- конъюнктивита или отсроченную реакцию и гриппоподобные симптомы с повышением уровня иммуноглобулинов ( Е и G ) в крови.

Рекомендации

  1. ^ abc "Передняя часть". Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 835. дои : 10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ abcdef Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0512». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ «Фталевый ангидрид». Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ abcde Лорц, Питер М.; Товаэ, Фридрих К.; Энке, Уолтер; и другие. (2007). «Фталевая кислота и производные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a20_181.pub2. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ Лоран, август (1836 г.). «Sur l'acide naphtalique et ses combinisons» [О нафталевой кислоте и ее соединениях]. Annales de Chimie et de Physique . 2-я серия (на французском языке). 61 : 113–125.
  6. ^ «Окисление нафталина Гиббса-Воля». Комплексные органические реакции и реагенты . 2010. дои : 10.1002/9780470638859.conrr270. ISBN 9780470638859.
  7. ^ Л. А. Бигелоу и Х. Х. Рейнольдс (1941). «Хинизарин». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 1, с. 476
  8. ^ Байер, А. (1871). «Ueber eine neue Klasse von Farbstoffen». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 4 (2): 555–558. дои : 10.1002/cber.18710040209.
  9. ^ Байер, А. (1871). «Ueber die Phenolfarbstoffe». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 4 (2): 658–665. дои : 10.1002/cber.18710040247.
  10. ^ Байер, А. (1871). «Ueber die Phenolfarbstoffe». Политехнический журнал . 201 (89): 358–362.
  11. ^ Макс Хубахер, патент США 2 192 485 (1940 г., Ex Lax Inc.)
  12. ^ Нейрат А.Р. (2000). «Микробицид для профилактики заболеваний, передающихся половым путем, с использованием фармацевтического вспомогательного вещества». Уход за больными СПИДом . 14 (4): 215–9. дои : 10.1089/108729100317830. ПМИД  10806641.
  13. ^ Мэйхью Дж.В., Гидеон Л.Т., Эриксен Б. и др. (2009). «Разработка метода гель-проникающей хроматографии для достижения массового баланса в исследованиях стабильности ацетатфталата целлюлозы». J Pharm биомедицинский анал . 49 (2): 240–6. дои : 10.1016/j.jpba.2008.10.039. ПМК 2859192 . ПМИД  19070984. 
  14. ^ Ноллер, Карл Р. (1965). Химия органических соединений (3-е изд.). Филадельфия: У. Б. Сондерс. п. 602.
  15. ^ Джозеф Кеньон (1941). «д- и л-октанол-2». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 1, с. 418
  16. ^ Джордж Б. Пейн (1973). «Моноперфталевая кислота». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 5, с. 805
  17. ^ PL Salzberg и JV Supniewski (1941). «β-Бромэтилфталимид». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 1, с. 119
  18. ^ Ранганатан, Даршан; Рао, Бхушан; Ранганатан, Субрамания; и другие. (1980). «Нитроэтилен: стабильный, чистый и реакционноспособный агент для органического синтеза». Журнал органической химии . 45 (7): 1185–1189. дои : 10.1021/jo01295a003.

Внешние ссылки