О-Анизидин (2-метоксианилин): Химические свойства, синтез, применение и соображения безопасности

о-Анизидин CAS 90-04-0

О-Анизидин, также известный как 2-метоксианилин, - это ароматический амин с химической формулой C7H9NO. Это бесцветная или желтоватая жидкость с характерным запахом, используемая в основном в качестве промежуточного продукта при синтезе различных красителей, пигментов и фармацевтических препаратов.

1. Химические свойства

Название ИЮПАК: 2-метоксианилин

CAS номер: 90-04-0

Молекулярная формула: C7H9NO

Молекулярная масса: 123,15 г/моль

Структура: Химическая структура состоит из бензольного кольца, замещенного метокси-группой (-OCH3) в орто-положении и аминогруппой (-NH2) в пара-положении.

Внешний вид: Бесцветная или желтоватая жидкость

Температура кипения: 218-219°C

Температура плавления: -2°C

Плотность: 1,088 г/см³ при 20°C

Растворимость: Растворим в органических растворителях, таких как этанол, эфир и хлороформ; слабо растворим в воде.

2. Синтез

1) Восстановление о-нитроанизола

Одним из основных методов синтеза о-анизидина является восстановление о-нитроанизола (2-нитроанизола). Этот процесс может быть осуществлен с использованием различных восстановителей, каждый из которых обладает определенными преимуществами в зависимости от масштаба и специфических требований синтеза.

Каталитическое гидрирование: Этот метод включает в себя восстановление о-нитроанизола с помощью газообразного водорода в присутствии подходящего катализатора. Обычные катализаторы включают палладий на угле (Pd/C), платину (Pt) или никель Рэни.

Условия реакции: Реакцию обычно проводят в соответствующем растворителе, таком как этанол, метанол или уксусная кислота. Смесь подвергается воздействию газообразного водорода при контролируемом давлении и температуре.

Преимущества: Каталитическое гидрирование обеспечивает высокий выход о-анизидина с минимальным количеством побочных продуктов. Процесс эффективен и может быть масштабирован для промышленного производства.

Механизм: Нитрогруппа (-NO2) в о-нитроанизоле восстанавливается до аминогруппы (-NH2) через последовательные стадии с образованием промежуточных нитрозо- и гидроксиламина.

Химическое восстановление: В качестве альтернативы о-нитроанизол можно восстановить с помощью химических восстановителей, таких как железные опилки в присутствии соляной кислоты (восстановление по Бешампу), цинковая пыль или сульфид натрия.

Восстановление по Бешампу: Железные опилки и соляная кислота восстанавливают о-нитроанизол до о-анизидина. Этот метод имеет историческое значение и до сих пор используется в некоторых областях.

Преимущества: Методы химического восстановления экономически эффективны и подходят для крупномасштабного синтеза, особенно в условиях, когда инфраструктура каталитического гидрирования недоступна.

2) Метилирование анилина

Другой подход к синтезу о-анизидина включает метилирование анилина (фениламина) с последующим селективным деметилированием.

Метилирование с помощью диметилсульфата: Анилин может быть метилирован с помощью диметилсульфата с образованием N-метиланилина и впоследствии N,N-диметиланилина.

Условия реакции: Анилин реагирует с диметилсульфатом в присутствии основания, такого как гидроксид натрия или карбонат калия. Реакцию обычно проводят в органическом растворителе, например, в ацетоне или диметилформамиде (DMF).

Деметилирование: Полученный N,N-диметиланилин подвергается селективному деметилированию с получением о-анизидина. Этот этап можно осуществить с помощью таких реагентов, как гидробромовая кислота (HBr) или трибромид бора (BBr3).

3) Прямая этерификация

Менее распространенный, но жизнеспособный метод синтеза о-анизидина включает прямую этерификацию анилина метанолом или диметиловым эфиром в кислых условиях.

Процесс этерификации: Анилин реагирует с метанолом в присутствии кислотного катализатора, такого как серная или соляная кислота.

Условия реакции: Смесь нагревают под рефлюксом, чтобы способствовать образованию метоксигруппы (-OCH3) в орто-положении по отношению к аминогруппе (-NH2).

Преимущества: Этот метод обеспечивает прямой путь к о-анизидину, хотя может потребовать строгого контроля условий реакции для минимизации побочных реакций и достижения высокой селективности.

4) Последовательность нитрования и восстановления

Более сложный синтетический путь включает нитрование анизола с последующим селективным восстановлением.

Нитрование анизола: Анизол (метоксибензол) нитруется с помощью смеси концентрированной азотной и серной кислот с получением смеси изомеров нитроанизола.

Условия реакции: Нитрование проводят при контролируемой температуре, чтобы благоприятствовать образованию орто-нитроанизольного изомера.

Разделение: Изомеры разделяют с помощью таких методов, как фракционная дистилляция или хроматография.

Восстановление до о-анизидина: Затем орто-нитроанизол селективно восстанавливают до о-анизидина с помощью каталитического гидрирования или химических методов восстановления, как описано ранее.

3. Приложения

Красители и пигменты:

О-Анизидин является важнейшим промежуточным продуктом в синтезе различных красителей и пигментов, в частности:

а) Азокрасители: Широко используются в текстильной, кожевенной и бумажной промышленности

б) Трифенилметановые красители: Используются в чернилах, красках и биологических красителях

в) Красители индиго: Используются в джинсовой ткани и других текстильных изделиях

г) Хинолиновые красители: Применяются в различных промышленных и потребительских товарах

Фармацевтическая промышленность:

О-Анизидин служит исходным материалом или промежуточным продуктом в синтезе:

а) Анальгетики и противовоспалительные препараты

б) Антигипертензивные средства

в) Антигистаминные препараты

г) Местные анестетики

д) Антимикробные соединения

Агрохимический сектор:

Соединение используется в производстве:

a) Гербициды: В качестве прекурсора в гербицидах на основе триазина

б) Инсектициды: В частности, в синтезе некоторых фосфорорганических соединений

в) Фунгициды: В качестве промежуточного продукта в некоторых фунгицидах на основе азола

Индустрия вкуса и аромата:

О-Анизидин является ключевым прекурсором в синтезе:

а) Ванилин: Основной компонент ванильного аромата

б) Этилваниллин: Более мощный синтетический ванильный ароматизатор

в) Гваякол: Используется в производстве различных вкусовых и ароматических веществ

Полимерная и резиновая промышленность:

Соединение находит применение в:

a) Антиоксиданты для резины и пластмасс

б) Отвердители для эпоксидных смол

в) Стабилизаторы в производстве полимеров

Ингибиторы коррозии:

Производные о-анизидина используются в качестве ингибиторов коррозии в:

a) Промышленные системы охлаждения

б) Нефте- и газопроводы

в) Металлообрабатывающая промышленность

Исследования и аналитическая химия:

О-Анизидин выполняет следующие функции:

a) Реагент в различных органических синтезах

b) Стандарт по аналитической химии для разработки и валидации методов

Специальные химические продукты:

Соединение используется в производстве:

a) Оптические отбеливатели для текстиля и бумаги

б) УФ-поглотители для пластмасс и косметики

c) Антиоксиданты для горюче-смазочных материалов

4. Безопасность

О-Анизидин классифицируется как опасное вещество из-за своих токсикологических свойств. Он может впитываться через кожу, вдыхаться или проглатываться, вызывая различные последствия для здоровья.

Опасность для здоровья: Воздействие о-анизидина может вызвать раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. Длительное воздействие может привести к метгемоглобинемии - состоянию, при котором гемоглобин не способен эффективно выделять кислород к тканям организма. Он также считается потенциальным канцерогеном.

5. Обращение и хранение

Средства индивидуальной защиты (СИЗ): При работе с о-анизидином необходимо использовать соответствующие СИЗ, такие как перчатки, очки и лабораторные халаты, чтобы минимизировать воздействие.

Хранение: Хранить в прохладном, хорошо проветриваемом месте, вдали от источников возгорания. Контейнеры должны быть плотно закрыты для предотвращения утечки и загрязнения.