Восстановление на никелевых катализаторах

Никелевые катализаторы (катализатор Сабатье, никель Ренея и др.) и катализаторы на основе никеля (медно-никелевые, карбонат никеля и т.д.) широко применяют в синтезе лекарственных субстанций.

Непирофорный никелевый катализатор получают: разложением формиата никеля в среде парафина при температуре 250—270 °С, восстановлением нитрата никеля водородом при высокой температуре (катализатор Сабатье) и другими методами:

Активность никелевого катализатора Сабатье зависит от температуры его приготовления. Оптимальная температура 300—320 °С.

Восстановление по методу Сабатье и Сендеренаведут в газовой фазе, пропуская над никелем (или через слой катализатора) смесь водорода с парами восстанавливаемого вещества.

Скелетный катализатор никель Ренея готовят из сплава никеля и алюминия, растворением алюминия в водной щелочи в виде алюмината (20 % раствор щелочи, 50 °С). Никель Ренея имеет специфическую пористую структуру и содержит большое количество сорбированного водорода и гидрида никеля. Он пирофорен (способен к самовозгоранию на воздухе), поэтому его хранят под слоем воды. Активность катализатора зависит от способа получения (концентрации щелочи, температуры, продолжительности выщелачивания и способа промывки) и при хранении катализатора уменьшается.

Восстановление водородом в присутствии никеля Ренея проводят под давлением в автоклавах, как правило, в спиртовой среде. Поскольку катализатор имеет большую плотность и быстро оседает на дно реактора, необходимо хорошее перемешивание. После окончания восстановления, о котором судят по количеству поглощенного водорода, катализатор отделяют фильтрованием, а спирт — отгоняют.

Никелевые катализаторы широко используют для восстановления самых разных соединений. Глубина восстановления зависит от условий ведения процесса и активности катализатора. Так, например, при восстановлении нитробензола водородом в присутствии никеля Ренея под давлением 1 атм. получают анилин, а при 95 атм. циклогексиламин:

Примеры применения катализатора никеля Ренея
в синтезе лекарственных веществ. Правильно выбранные условия реакции и активность катализатора никеля Ренея позволяют реализовать самые разные процессы.

Восстановление изолированных кратных связей, не затрагивая ароматическую систему и другие функциональные группы, ведут при 1—3 МПа и температуре до 50 °С. Тройную связь можно восстановить до двойной, как, например, в одном из методов получения пирролидона (а), который является полупродуктом в синтезе ряда лекарственных веществ (пирацетама и др.). В синтезе алкалоидов фенантренизохинолинового ряда, и др. веществ двойные связи легко восстанавливаются до одинарной, при этом сохраняются другие функции (б, в):

Восстановление карбонильных групп до гидроксильной идет легче в альдегидах, чем в кетонах. В качестве примеров приведены реакции гидрирования, которые используются в одном из методов получения средства против паркинсонизма леводопы (а) и в синтезе адренергического препарата эпинефрина (б). Такие группы, как сложноэфирная, в этих условиях не восстанавливаются (в):

Восстановление азотсодержащих групп до аминов на никеле Ренея идет при давлении около 1—2 МПа и температуре около 100 °С. При этих условиях гидрируют нитрогруппу в производствах рентгеноконтрастных веществ (а), оксим кетона в синтезе антиаритмического препарата мексилетина (в), цианогруппу при получении папаверина:

Каталитическое восстановление ароматических нитросоединений проходит гладко и приводит, как правило, к первичному амину. Вместо молекулярного водорода можно использовать и гидразин, который при этом дегидрируется до азота. Преимущество восстановления гидразином состоит в селективности данной реакции. Эта селективность теряется в щелочной среде при повышенной температуре (восстановление по Кижнеру-Вольфу).

Восстановление ароматического кольца ведут при 150 ± 30 °С и давлении выше 7 МПа, например, в синтезе ментола из тимола:

Еще раз следует отметить, что ароматическое кольцо аренов восстанавливается наиболее трудно. Остальные соединения, за исключением карбоновых кислот и спиртов, гидрируются в значительно более мягких условиях.

Восстановительное аминирование (реакция альдегидов и кетонов с аммиаком и водородом в присутствии никеля Ренея) является удобным методом получения аминов и используется в синтезах асалина, изопротана, бутамида, бензамона, фенамина и др.:

В синтезе фенамина метилбензилкетон, 12—15 % водный аммиак и никель Ренея нагревают в автоклаве 1 час при 60—65 °С, пропуская водород под небольшим давлением. Затем водород вытесняют азотом, катализатор отфильтровывают под слоем водного аммиака, фильтрат упаривают и получают техническое основание фенамина. Выход продукта 90—91 %.