Коротко — лучший «зелёный» маршрут: восстановительная аминирование (редуктивное аминирование) через имин с гетерогенным каталитическим восстановлением (водородом или переносом водорода). Ниже — ключевые стадии, выбранные реагенты и методы очистки.
1) Образование имина (конденсация)
- Реакция: $\mathrm{PhCHO}+\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\rightleftharpoons \mathrm{PhCH}=\mathrm{NH}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
- Условия: бензальдегид $1.0$ экв., аммиак (водный или газ) $2.0-3.0$ экв.; растворитель — этанол или смесь этанол/вода (зелёный растворитель). Температура $20-25^{\circ }\mathrm{C}$, время $0.5-2$ ч. По возможности проводить в одной ёмкости «in‑situ» (не выделять имин), чтобы избежать лишних операций.
2) Редукция имина до бензиламина
Вариант A (предпочтительный низкоэнергетичный, без высокого давления):
- Транспорт водорода (transfer hydrogenation) с аммониевой формиатом: добавляют $\mathrm{HCOON}{\mathrm{H}}_4$ $\sim 3.0$ экв. и Pd/C (гетерогенный катализатор, например $5\mathrm{mol}\%$ или $5\mathrm{wt}\%$ относительно субстрата). Условия: $20-40^{\circ }\mathrm{C}$, атмосферное давление. Побочные продукты — $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ и ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
Вариант B (классический, тоже зелёный при низком давлении):
- Прямое гидрирование: ${\mathrm{H}}_2$ при $1-5\mathrm{bar}$, Pd/C $\sim 5\mathrm{mol}\%$, растворитель этанол, $25-40^{\circ }\mathrm{C}$. Низкое давление и температура снижают энергозатраты и побочные реакции.
Реакция (суммарно): $\mathrm{PhCHO}+\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\stackrel{\text{Pd/C}}{}\mathrm{PhC}{\mathrm{H}}_2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
3) Очистка и выделение
- Удаление катализатора: фильтрация через целит/фильтр, промывка этанолом; катализатор промыть и при возможности регенерировать/переработать.
- Если нужен свободный амин: концентрировать раствор (роторный выпар при пониженном давлении), разбавить водой, щелочная обработка до pH $>10$ (NaOH), экстракция органическим растворителем (EtOAc или MTBE), осушка ($\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$), удаление растворителя — получают бензиламин.
- Если предпочтительна соль (легче очистить): перевод в бензиламмоний хлорид добавлением 1 экв. HCl (2 M), осаждение/кристаллизация, фильтрация и перекристаллизация из EtOH/H2O. Это позволяет избежать хроматографии.
4) Зеленые и практические соображения
- Выбор реагентов: избегать стехиометрических гидридов (NaBH4, NaBH(OAc)3) — они дают солевые отходы; аммониевый формиат или H2 + гетерогенный катализатор — предпочтительнее.
- Растворитель: этанол/вода — биодеградируемы и легко восстанавливаемы ректификацией.
- Энергия: реакции проводят при комнатной/умеренной температуре и низком давлении; возможна реализация в непрерывном потоке для безопасности и повышения эффективности.
- Отходы: при выбранных условиях побочные продукты минимальны (вода, $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ при использовании формиата); переработка и повторное использование катализатора и растворителя снижает экологический след.
5) Ожидаемый выход и возможные побочные реакции
- Типичный выход при оптимизированных условиях: $\sim 70-95\%$ в зависимости от чистоты реагентов и условий.
- Побочные пути: восстановление альдегида до бензилового спирта (уменьшается при предварительном формировании имина и избытке аммиака), оверредукция маловероятна при мягких условиях. Контроль стехиометрии, pH и времени реакции минимизирует побочные продукты.
Резюме: оптимально — in‑situ образование имина из бензальдегида и аммиака в этаноле, затем гетерогенная восстановительная аминирование методом transfer hydrogenation с $\mathrm{HCOON}{\mathrm{H}}_4$/Pd‑C или низкодавленным ${\mathrm{H}}_2$/Pd‑C; очистка через фильтрацию катализатора и перевод в соль (HCl) или экстракцию и сушку для получения чистого бензиламина.