Способ получения кристаллического литийалюминийдейтерида - RU2700522C1

Описание

Изобретение относится к области получения комплексных дейтеридов металлов, в частности способа получения кристаллического литийалюминийдейтерида (LiAlH₄), для использования в качестве селективного восстановителя в органическом синтезе, для дейтерирования лекарственных препаратов, включая полиненасыщенные жирные кислоты, глюкозу, липиды и белки, с целью последующего использования в медицине и фармацевтике.

Известен способ получения литийалюминийдейтерида, основанный на модификации реакции Шлезенгера (А.Е. Finholt, A.L. Bond, H.J. Shlesinger. JACS, 69, 1199 (1947), заключающийся во взаимодействии раствора бромида алюминия (AlBr₃) с избытком дейтерида лития (LiD) в среде диэтилового эфира или тетрагидрофурана при температуре кипения растворителя, с последующей отгонкой растворителя (A.F. Le С. Holding and W.A. Ross. The laboratory preparation of lithium Aluminum Deuteride. J. appl. Chem., 1958, v. 8 (5), p. 321-324):

4LiD + AlBr₃ → LiAlD₄ + 3LiBr

К существенным недостаткам данного метода можно отнести использование бромида алюминия (AlBr₃), который является крайне активным соединением, которое легко гидролизуется на воздухе, а так же разлагается при нагревании, что приводит к образованию большого количества побочных продуктов, оказывающих существенное влияние на качество конечного продукта. Кроме того высокая стоимость бромида алюминия (AlBr₃) увеличивает стоимость конечного продукта.

В 2017 году запатентован способ получения литиалюминийдейтерида, основанный на взаимодействии раствора хлорида алюминия с дейтеридом лития в среде диэтилового эфира или тетрагидрофурана при температуре кипения растворителя, с последующей отгонкой растворителя (Патент CN 106966364, МПК С01В 6/24).

Основным недостатком данного способа является проведение процесса при температуре кипения растворителя, приводящее к образованию большого количества этоксисоединений, которые способствует частичному разложению целевого продукта.

Наиболее близким к предложенному техническому решению и, взятый в качестве прототипа, является способ получения лийтиалюминийдейтерида, заключающийся во взаимодействии суспензии дейтерида лития (LiD) с сухим хлористым алюминием (AlCl₃) в среде диэтилового эфира в температурном интервале 25-35°С при постоянном перемешивании реакционной массы в течение 5,5÷7 часов, с последующей отгонкой растворителя (Патент CN 108358167 МПК С01В 6/24, G01N 7/18, 2018).

Существенными недостатками данного способа получения литийалюминийдейтерида (LiAlD₄) является проведение процесса при температуре кипения диэтилового эфира в течение длительного времени, приводящее к взаимодействию диэтилового эфира с хлористым алюминием (AlCl3) с образованием этоксисоединений, которые вызывают частичное разложение литийалюминийдейтерида (LiAlD₄) и образование металлического алюминия. Наличие металлического алюминия приводит к снижению выхода и чистоты конечного продукта. Более того использование сухого хлорида алюминия, и проведение процесса при температуре кипения растворителя, создает повышенную взрывопожароопасность и снижение эффективной концентрации литийалюминийдейтерида в растворе. К тому же по известному способу невозможно получить кристаллический литийалюминийдейтерид.

Задачей настоящего изобретения является создание нового более эффективного способа получения чистого крупнокристаллического литийалюминийдейтерида, повышение эффективной концентрации литийалюминийдейтерида, увеличение выхода продукта, снижение взрывопожароопасности процесса.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения кристаллического литийалюминийдейтерида взаимодействием дейтерида лития с раствором хлорида алюминия в среде диэтилового эфира, отличающийся тем, что взаимодействие дейтерида лития с раствором хлорида алюминия, предварительно приготовленного путем растворения AlCl₃ в диэтиловом эфире при охлаждении до температуры 0 ÷ минус 5°C, проводят в температурном интервале 10÷15°C при перемешивании диспергатором со скоростью 3500 об/мин. в течение 30÷60 минут, полученный осветленный раствор декантируют, добавляют к нему толуол в объемном соотношении диэтиловый эфир : толуол 1,5-1,33:1, затем проводят кристаллизацию путем отгонки диэтилового эфира и нагрева до 90÷92°C, а выпавший осадок кристаллического литийалюминийдейтерида сушат под вакуумом при температуре 60°C в течение 2 часов.

С целью снижения содержания вредных примесей, этоксисоединений в реакционной массе, приводящих к снижению выхода и чистоты конечного продукта, предварительно готовят раствор хлорида алюминия путем растворения AlCl₃ в диэтиловом эфире при охлаждении до температуры 0 ÷ минус 5°C, так как процесс растворения протекает с выделением большого количества тепла.

Так как дейтерид лития не растворим в диэтиловом эфире и, реакция является гетерогенной, то ее скорость и полнота протекания реакции зависит от степени измельчения и интенсивности обновления поверхности дейтерида лития. Поэтому для существенного снижения времени протекания процесса и увеличения выхода конечного продукта в качестве перемешивающего тройства применяют диспергатор со скоростью перемешивания 3500 об/мин.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1.

В реактор, содержащий 330 мл диэтилового эфира, снабженный диспергирующим устройством, в токе азота добавляют 19,71 г кристаллического LiD, перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут со скоростью 3500 об/мин., охлаждают до 15°С. При данной температуре дозируют 30% раствор AlCl₃, полученный при растворении 63,55 г хлорида алюминия в 200 мл диэтилового эфира при температуре 0 - минус 5°С, контролируя перепад температуры в интервале от 15 до 20°С количеством подаваемого раствора. После окончания подачи раствора хлорида алюминия, реакционную массу перемешивают при 20°С в течение 30 минут. Осветленный раствор декантируют в кристаллизатор, добавляют 252 мл толуола. Кристаллизацию проводят путем плавного нагрева до 95°С с отгонкой растворителя при постоянном перемешивании и последующей выдержкой в течение 10 минут при данной температуре и декантацией растворителя. Полученный осадок сушат под вакуумом в течение 2 часов при температуре 60°С.

Выход продукта составил 89,5%. Содержание основного вещества составило 99,3%, содержание хлора 0,03%.

Пример 2.

В реактор, содержащий 380 мл диэтилового эфира, снабженный диспергирующим устройством в токе азота добавляют 19,71 г кристаллического LiD, перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут со скоростью 3500 об/мин., охлаждают до 12°С. При данной температуре дозируют 30% раствор AlCl₃, полученный при растворении 63,55 г хлорида алюминия в 200 мл диэтилового эфира при температуре 0 - минус 5°С, контролируя перепад температуры в интервале от 12 до 15°С количеством подаваемого раствора. После окончания подачи раствора хлорида алюминия, реакционную массу перемешивают при 15°С в течение 30 минут. Осветленный раствор декантируют в кристаллизатор и добавляют 386 мл толуола. Кристаллизацию проводят путем плавного нагрева до 90°С с отгонкой растворителя при постоянном перемешивании и последующей выдержкой в течение 10 минут при данной температуре и декантацией растворителя. Полученный осадок сушат под вакуумом в течение 2 часов при температуре 60°С.

Выход продукта составил 92,05%. Содержание основного вещества составило 99,6%, содержание хлора 0,025%.

Пример 3.

В реактор, содержащий 380 мл диэтилового эфира, снабженный диспергирующим устройством в токе азота добавляют 19,71 г кристаллического LiD, перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут со скоростью 3500 об/мин., захолаживают до 8°С. При данной температуре дозируют 30% раствор AlCl₃, полученный при растворении 63,55 г хлорида алюминия в 200 мл диэтилового эфира при температуре 0 - минус 5°С, контролируя перепад температуры в интервале от 8 до 10°С количеством подаваемого раствора. После окончания подачи раствора хлорида алюминия, реакционную массу перемешивают при 10°С в течение 60 минут. Осветленный раствор декантируют в кристаллизатор и добавляют 436 мл толуола. Кристаллизацию проводят путем плавного нагрева до 92°С с отгонкой растворителя при постоянном перемешивании и последующей выдержкой в течение 10 минут при данной температуре и декантацией растворителя. Полученный осадок сушат под вакуумом в течение 2 часов при температуре 60°С.

Выход продукта составил 95,6 %. Содержание основного вещества составило 99,8%, содержание хлора 0,015%.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является способ получения крупнокристаллического литийалюминийдейтерида высокой степени чистоты с содержанием основного вещества 99,6÷99,8% в среде диэтилового эфира с высоким выходом 92÷96% литийалюминийдейтерида при высокой эффективной концентрации получаемых растворов LiAlH₄ с применением в качестве перемешивающего устройства диспергатора, что позволяет существенно сократить время проведения процесса.

Реферат

Изобретение относится к области получения дейтеридов металлов для применения в качестве селективного восстановителя в органическом синтезе, для дейтерирования лекарственных препаратов с целью последующего использования в медицине и фармацевтике. Способ получения кристаллического литийалюминийдейтерида LiAlDвключаетвзаимодействие дейтерида лития с хлоридом алюминия в среде диэтилового эфира в температурном интервале 10÷15°C при перемешивании диспергатором со скоростью 3500 об/мин в течение 30÷60 мин. Полученный осветленный раствор декантируют, добавляют к нему толуол в объемном соотношении диэтиловый эфир : толуол 1,5-1,33:1. Проводят кристаллизацию путем отгонки диэтилового эфира и нагрева до 90÷92°C. Выпавший осадок кристаллического литийалюминийдейтерида сушат под вакуумом при 60°C в течение 2 ч. Раствор хлорида алюминия предварительно готовят путем растворения AlClв диэтиловом эфире при охлаждении до температуры 0 ÷ минус 5°C. Изобретение позволяет получить чистый крупнокристаллический литийалюминийдейтерид, увеличить его выход, снизить взрывопожароопасность процесса. 3 пр.

Формула