СКОРОСТЬ И СЕЛЕКТИВНОСТЬ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ 2-НИТРО-2'-ГИДРОКСИ-5'-МЕТИЛАЗОБЕНЗОЛА НА НИКЕЛЕВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ АЛИФАТИЧЕСКИХ СПИРТОВ
Аннотация
Выяснение причин и характера влияния состава и природы растворителя на кинетические закономерности и селективность реакций гидрогенизации соединений, со-держащих несколько реакционноспособных групп, имеет теоретическую и практическую значимость. В представленной работе рассмотрен процесс каталитической гидрогенизации 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола в жидкой фазе с целью получения соответствующего бензотриазола – эффективного УФ-стабилизатора полимерных материалов. Процесс проводили на скелетном никелевом катализаторе в водных растворах с различным содержанием алифатических спиртов, как при атмосферном, так и при повышенном давлении водорода. Экспериментально установлено, что форма кинетических кривых гидрогенизации определяется составом водно-спиртового растворителя и меняется от зависимости с максимумом в средах с низким содержанием спирта до кривой, имеющей ступенчатый вид, в концентрированных растворах. Зависимости скорости реакции от содержания алифатического спирта носят сложный характер, причем максимальные скорости гидрогенизации наблюдаются в растворителях с содержанием 0,6-0,7 м.д. спирта. Изменение скорости процесса связано с изменением растворимости, величины адсорбции и реакционной способности исходного соединения и водорода. Эти факторы определяют также селективность процесса вследствие их влияния на скорости отдельных стадий в схеме превращения 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола, в частности на скорость циклизации поверхностного комплекса «нитроазобензол∙Н2» ассоциативного типа. Продуктом циклизации комплекса является промежуточное соединение – N-оксид бензотриазола, восстановление которого приводит к образованию замещенного бензотриазола. Показано, что максимальный выход целевого продукта составляет 48±3% при атмосферном давлении водорода, и возрастает до 73,5±0,5% при PН2 = 1 МПа.
Для цитирования:
Лефедова О.В., Немцева М.П. Скорость и селективность гидрогенизации 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола на никелевом катализаторе в водных растворах алифатических спиртов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 3. С. 53-62. DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.6932.
Литература
Sheftel V.O. Harmful substances in plastics: Directory. M.: Khimiya. 1991. P. 294 (in Russian).
Tai W.J., Li C.Y., Lin P.H., Li J.Y., Chen M.J., Ko B.T. Synthesis and Characterization of Aluminium Complexes Based on Amino-benzotriazole Phenoxide Ligand: Luminescent properties and Catalysis for Ringopening Polymerization. Appl. Organometal. Chem. 2012. V. 26. P. 518-527.
Machura B., Wolff M., Kruszynski R., Kusz J. Novel Oxorhenium Complexes with 2-(2'-Hydroxy-5'-methyl-phenyl)benzotriazolato Ligand. X-ray Studies, Spectroscopic Characterization and DFT Calculations. Polyhe-dron. 2009. V. 28. P. 1211-1220.
Lefedova O.V., Nemtseva M.P. 2-(2-Hydroxy-5-methyl-phenyl)benzotriazole and Its Hydrogenation Products in Polystyrene Stabilization. Russ. J. Appl. Chem. 2012. V. 85. N 7. P. 1128-1132.
Theory and practice of liquid-phase hydrogenation of substituted nitrobenzenes processes. Ed. by O.I. Koifman. M.: KRASAND. 2016. 528 p. (in Russian).
Peshina T.S., Miroshnikov V.S. Perevalov V.P. Synthe-sis of UV-absorbers on the basis of 2-hydroxyphenyl-2H-benzotriazole. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2008. V. 32. N 5. P. 109-111 (in Russian).
Ivlev A.A., Koldaeva T.Yu., Miroshnikov V.S., Perevalov V.P. Development of a method for obtaining 4-amino-6-(2n-benzotriazol-2-yl)resorcinol for the synthesis of potential UV absorbers. Khim. Prom. Segodnya. 2013. N 7. P. 22-26 (in Russian).
Moor O.D., Dorgan C.R., Johnson P.D., Lambert A.G., Lecci C., Maillol C., Nugent G., Poignant S.D., Price P.D., Pye R.J., Storer R., Tinsley J.M., Vickers R., Well R., Wilkes F.J., Wilson F.X., Wren S.P., Wynne G.M. Discovery and SAR of 2-arylbenzotriazoles and 2-arylindasoles as potential treatments for Duchenne muscular dystrophy. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2011. V. 21. P. 4828-4831.
Gill Jasbir S., Moghadam Shayan, Miller Thomas M. Benzotriazol and tolyltriazole derivatives to reduce corro-sion. RF patent N 2749854. 2021 (in Russian).
Liu G.B., Zhao H.Y., Yang H.J, Gao X., Li M.K., Thiemann T. Preparation of 2-Aryl-2H-benzotriazoles by Zink-Mediated Reductive Cyclization of o-Nitrophenylazophenols in Aqueous Media without the Use of Organic Solvents. Adv. Synth. Catal. 2007. V. 349. Р. 1637-1640. DOI:10.1002/adsc.200700018.
Ivlev A.A., Egorov R.N., Koldaeva T.Yu., Perevalov V.P. Synthesis of 2H-benzotriazoles containing a couma-rin fragment. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2008. V. 22. N 6. P. 42-44 (in Russian).
Wang B., Si L., Yuan Y., Li Y., Chen L., Yan X. Reductive cyclization of 2-nitro-2′-hydroxy-5′-methylazobenzene to benzotriazole over K-doped Pd/γ-Al2O3. RSC Adv. 2016. N 6. P. 16766-16771. DOI: 10.1039/c5ra26800a.
Lefedova O.V., Nemtseva M.P., Sharonov N.Yu. Solvent and substituent nature effect on the 2-nitroazobenzenes hydrogenation selectivity on skeletal nickel. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 5. P. 110-119 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236605.6772.
Anh Hoang, Belova A.V., Lefedova O.V., Latupova A.R., Filippov D.V. Hydrogenation of substituted nitro-, azobenzenes, their mixtures and substituted nitroazoben-zene on skeletal nickel in aqueous solutions of 2-propanol. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 3. P. 50-56 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196203.5942.
Hoang Anh, Nemtzeva M.P., Lefedova O.V. Effect of individual solvents on the rates of hydrogenation for sub-stituted nitro-, azo- and nitroazobenzenes on skeletal nickel. Russ. J. Phys. Chem. A. 2017. V. 91. N 11. P. 2279-2283. DOI: 10.1134/S0036024417110085.
Lefedova O.V., An’ K., Belova A.V., Nemtseva M.P. Hydrogenation of substituted benzenes containing nitro and azo groups over skeletal nickel in aqueous solutions of 2-propanol. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. N 4. P. 720-724. DOI: 10.31857/S0044453720030164.
Osadchaya T.Yu., Afineevsky A.V., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Lukin M.V., Kochetkov S.P. Composition and structure of pyrophoric nickel catalysts according to X-ray spectroscopy data. Zhurn. Fizich. Khim. 2017. V. 91. N 1. P. 34-39 (in Russian). DOI: 10.1134/S0036024417010204.
Rodella C.B. Textural and structural analyses of industri-al Raney nickel catalyst. Indust. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. N 22. P. 8612-8618. DOI: 10.1021/ie800543t.
Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Montgomery Jr. J.A., Vreven T., Kudin K.N., Burant J.C., Millam J.M., Iyengar S.S., Tomasi J., Barone V., Mennucci B., Cossi M., Scalmani G., Rega N.G., Petersson A., Nakatsuji H., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Klene M., Li X., Knox J.E., Hratchian H.P., Cross J.B., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Ayala P.Y., Morokuma K., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Zakrzewski V.G., Dapprich S., Daniels A.D., Strain M.C., Farkas O., Malick D.K., Rabuck A.D., Raghavachari K., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cui Q., Baboul A.G., Clifford S., Cioslowski J., Stefanov B.B., Liu G., Liashenko A., Piskorz P., Komaromi I., Martin R.L., Fox D.J., Keith T., Al-Laham M.A., Peng C.Y., Nanayakkara A., Challacombe M., Gill P.M.W., Johnson B., Chen W., Wong M.W., Gonzalez C., Pople J.A. Gaussian 03, revision B.04; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA. 2003.
Fedorova A.A., Udaltsov A.A., Lefedova O.V. Theoret-ical study of intramolecular proton transfer in the 2-nitro-2'-hydroxy-5'-methylazobenzene molecule. Coll. of presentation of Actual problems of the theory and prac-tice of heterogeneous catalysts and adsorbents. Ivanovo-Suzdal: Izd-vo ISUCT. 2019. Р. 417-419 (in Russian).
Gelder E.A. Jackson S.D., Lok C.M. The hydrogenation of nitrobenzene to aniline: a new mechanism. Chem. Commun. 2005. N 4. Р. 522-524. DOI:10.1039/b411 603h.
Chirkova Zh.V. Synthesis of n-hydroxyindoles. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 4. P. 4-20 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017604.5560.
Efimova T.P., Ozerova O.Yu., Ivanova M.P., Novikova T.A. 1-Amino-2-nitroguanidine in the synthesis of nitro-gen heterocycles. Сoll. of works of the all-russian conference «Chemistry of nitro compounds and related nitro-gen-oxygen systems». M.: 2019. P. 112-118 (in Russian).
Drokin R.A., Gazizov D.A., Tiufiakov D.V., Voinkov E.K., Gorbunov E.B., Ulomsky E.N., Rusinov G.L., Rusinov V.L. Potassium salts of nitrocarbonyl compounds in the synthesis ofnitrogen-containing heterocy-clic compounds. Сoll. of works of the all-russian conference «Chemistry of nitro compounds and related nitro-gen-oxygen systems». M.: 2019. P. 187-189 (in Russian).
Smirnova I.V., Nemtseva M.P., Lefedova O.V. Hydrogenation of substituted nitrobenzenes in 2-propanol-water in the presence of acids and bases. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2010. V. 53. N 11. P. 40-43 (in Russian).
Smirnova I.V., Nemtseva M.P., Lefedova O.V. Influence of the composition of the solvent 2-propanol-water on the rate of hydrogenation of substituted nitrobenzenes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2009. V. 52. N 5. P. 25-28 (in Russian).
Smirnova I.V., Nemtseva M.P., Lefedova O.V., Lukovitsina M.K. Evaluation of the degree of deactivation of a skeletal nickel catalyst under conditions of liquid-phase hydrogenation of substituted nitrobenzenes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2012. V. 55. N 1. P. 51-55 (in Russian).
