Способ получения сложных органических эфиров или амидов

 

Сущность изобретения: продукт-сложные органические эфиры или амиды. Реагент 1: сложный эфир формулы (m-R)(n-OH)R₁C₆H₂-A-C(O)-ORʺ где R и Rʹ C₁-C₆ алкил A-C₁-C₆ алкилен Rʺ-CH₃ или C₂H₅ Реагент 2: линейный или разветвленный C₄-C₂₀ алифатический спирт, содержащий 1 4 ОН-групп: или амин (Rʺʹ)₂N(CH₂)_nRʺʹ где Rʺʹ-H или C₁-C₇ алкил, при условии, что один Rʺʹ-H Rʺʹ-H или NH₂ n 1 3. Условия реакции: при 100 160°С в присутствии полярного апротонного растворителя и основания, взятого в количестве 1 30 мол. на 1 моль спирта или амина. 8 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения сложных органических эфиров или амидов из некоторых органических сложных эфиров. В частности, изобретение относится к способу получения сложных органических эфиров и амидов из сложных эфиров (замещенных-4- гидроксифенил)алкановых кислот с использованием каталитической системы, содержащей основное неорганическое соединение и полярное апротонное органическое соединение.

Известны способы трансэтерификации и амидирования сложных эфиров, например метил 3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата, спиртами, такими как пентаэритритол, дипентаэритритол, стеариловый спирт, 1,6-гександиол, 2,2¹-тиодигликоль и неопентилгликоль, или аминами, такими как N-метиламин, N-циклопропиламин, этилендиамин и тетраметилендиамин, в присутствии основного катализатора, такого как амид лития, трет-бутоксид (трет-бутилат) натрия, гидроксид калия и N-метил, N-фениламид натрия, в присутствии такого растворителя, как тетралин или толуол, в результате чего образуется сложный эфир или амид спирта или амина, соответственно, использованного для проведения реакции, и метанол в качестве побочного продукта.

Известен способ трасэтерификации указанного пропионата в среде инертного растворителя, такого как тетралин, который используется для облегчения удаления метанола, образующегося в качестве побочного продукта реакции. Однако выход реакции в этом способе низкий и он сопровождается образованием перекиси, а в некоторых случаях образованием нерастворимого спирта или амина [2] Известен способ взаимодействия указанного пропионата с пентаэритритом в присутствии растворителя или воды, после чего растворитель отгоняют до осуществления нейтрализации реакционной смеси [1] Известен способ, в котором вместо инертного растворителя используют 15-50 мол. избыток пропионата для облегчения удаления метанола. И хотя выход в этом способе хороший, температура реакции и давление довольно жесткие, например 200^оС при 7 мбар [3] Для того, чтобы достичь высокого выхода конверсии, необходимо осуществлять эти реакции при более высоких температурах, например около 180^оС и больше, что ведет к образованию продукта, характеризующегося значительным обесцвечиванием, или проводить такие реакции в течение длительных периодов или использовать оба приема. Когда применяют более низкие температуры и время, степень конверсии снижается.

Предложен способ получения сложных органических эфиров и аминов путем взаимодействия (а) 5-60 мол. избытка сложного органического эфира, имеющего общую формулу HOAORʺ где радикалы R и R' представляют собой С₁-С₆ линейный или разветвленный алкил, С₅-С₁₂ циклоалкил, С₆-С₁₂ арил или С₇-С₁₂ алкарил или аралкил, и могут иметь одинаковое или различное значение, символ А означает С_1-6 линейный или разветвленный алкилен R'' представляет собой метил или этил, с(в) [1] С₄-С₂₀ линейным или разветвленным алифатическим спиртом или тиоэфирным спиртом, содержащим одну или несколько гидроксильных групп, или [II] амином формулы (R''')₂N/CH₂/nR'''', где R'''' представляет собой атом водорода, С_1-7 алкил, С_5-12 циклоалкил или С_6-12 арил, при условии, что один из радикалов R''' представляет собой атом водорода и R'''' представляет собой атом водорода или N/R'''/₂, где R''' имеет значения те же, что представлены выше, и n представляет целое число от 0 до 8, в присутствии системы катализатора, состоящей из основного неорганического соединения и полярного апротонного органического соединения, при температуре от 60 до 185^оС под вакуумом или потоком инертного газа при атмосферном давлении. Когда R''' отличен от атома водорода, то предпочтительно он представляет собой метил или этил.

При практическом осуществлении изобретения может быть использован избыток сложного органического эфира, составляющий от 5 до 60 мол. но предпочтительно использовать избыток от 15 до 30 мол. наиболее предпочтительно, чтобы избыток составлял от 20 до 30 мол. в расчете на общее количество гидроксильных групп спирта или, когда используют амин, общее число аминогрупп амина. Приемлемые спирты включают н-гексиловый спирт, н-октиловый спирт, стериловый спирт, 1,6-гександиол, 2,2'-тиогликоль, неопентилгликоль, пентаэритрит и дипентаэритрит. Предпочтительным является пентаэритрит. В число приемлемых аминов входят алифатические моноамины, такие как N-метиламин, N,N-диэтиламин и N-циклогексиламин, диамины, такие как этилендиамин, 1,3-диаминопропан, тетраметилендиамин и гексаметилендиамин. Предпочтительным является гексаметилендиамин.

Основными неорганическими соединениями, используемыми при практическом осуществлении изобретения, являются соединения щелочных металлов, такие как гидриды щелочных металлов, гидроксиды щелочных металлов, алкоголяты щелочных металлов, амиды щелочных металлов и алкиламиды щелочных металлов. Щелочные металлы для таких основных соединений включают литий, натрий и калий. Примерами основных неорганических соединений, используемых в изобретении, являются гидрид лития, гидрид натрия, гидроксид лития, гидроксид натрия, гидроксид калия, метилат калия, метилат натрия, метилат лития, этилат калия, этилат натрия, этилат лития, трет-бутилат калия, трет-бутилат натрия, н-бутиллитий, фенилкалий, фенилнатрий, амид лития, амид калия и амид диизопропиллития. Предпочтительным является амид лития. Основное неорганическое соединение обычно присутствует в количестве примерно от 1 до 30 мол. на 1 моль используемого спирта или амина. Предпочтительно основное неорганическое соединение присутствует в количестве примерно от 2 до 15 мол. и наиболее предпочтительно от 5 до 7 мол. на 1 моль спирта или амина.

Для того, чтобы при практическом осуществлении изобретения можно было использовать полярное апротонное органическое соединение в качестве сокатализатора, оно должно обладать достаточной полярностью для растворения конкретных ингредиентов при используемой температуре реакции и должно обладать способностью к комплексообразованию с ионом металла используемого основного неорганического соединения. Такие полярные апротонные органические соединения включают N-метилпирролидинон (NМП) 1,2-диметоксибензол (ДМБ) N,N-диметилацетамид (ДМАЦ), гексаметилтрифосфор амид, тетраметиленсульфон, простой диметиловый эфир тетраэтиленгликоля, простой диметиловый эфир этиленгликоля, диметилформамид (ДМФ), диметиламинопиридин (ДМАП) N,N,N¹, N¹-тетраметилэтилендиамин (ТМЭДА) и 1,3-диметил-2- имидазолидинон (ДМИ) Диметилсульфоксид (ДМСО), тетрагидрофуран (ТГФ) и краун-эфиры, такие как 12-краун-4, также могут быть использованы в качестве растворителей и сокатилизаторов и находятся в самых широких аспектах данного изобретения. Однако ТГФ является токсичным и может оставлять загрязняющие примеси в целевых продуктах, делая их неприемлемыми для использования в производстве пластмассовых изделий, предназначенных для применения в контакте с пищевыми, медицинскими, фармацевтическими и другими материалами, которые идут в пищу, принимаются орально или внутривенно или топически. Карун-эфиры высоко токсичны и будут иметь те же ограничения, что и ТГФ. Предпочтительными являются NМП, ДМИ, ДМБ и ДМАц, из которых наиболее предпочтительным является NМП.

Сложные органические эфиры и амиды, получаемые предлагаемым способом включают н-октил-β-(3,5-ди-трет-бутил-4- оксифенил(пропионат), н-октадецил-β-(3,5-ди-трет- бутил-4- гидроксифенил)пропионат), N-циклогексил-β-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионамид, этилен-бис-β-(3,5-ди- трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионат, 1,2-бис-3-(3-метил-5-изопропил-4- гидроксифенил)пропионамидо) этан тетракис-[3-/3'-метил-5'- трет-бутил-4'-гидроксифенил) пропионат]пентаэритритол N,N-гексаметилен бис) 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси/гидроциннамамид тетракис-(3,5-ди- трет-бутил- 4-гидроксифенил)пропионат пентаэритрата.

Согласно изобретению, избыток сложного органического эфира описанной формулы вступает в реакцию с (I) спиртом или тиоэфирспиртом, или (II) амином в присутствии полярного апротонного органического соединения при температуре от 60 до 130^оС. Добавляют основное неорганическое соединение и реакционную смесь нагревают до температуры 100-185^оС в условиях непрерывного продувания реакционной системы инертным газом, таким как газообразный азот, при атмосферном давлении или под вакуумом. Инертный газ и вакуум облегчают удаление побочного продукта. Предпочтительно процесс осуществляют в потоке инертного газа при атмосферном давлении.

Используемый при описании изобретения термин "побочный продукт" относится к алканолу, образующемуся в процессе реакции трансэтерификации или при синтезе амида, а термин "вторичный продукт" относится к любому продукту, отличному от целевого продукта, который может образоваться в процессе трансэтерификации или синтеза амида. Порядок введения полярного апротонного органического соединения и основного неорганического соединения в реакционную среду, содержащую сложный эфир и спирт или амин, не является определяющим фактором, поскольку реакция между реактантами не начинается до тех пор, пока в сфере реакции не будут находиться все реагенты. Основное неорганическое соединение можно вводить в реакционную среду до введения полярного апротонного органического соединения. Предпочтительно первым в реакционную смесь вводить полярное апротонное органическое соединение, чтобы снизить вязкость реакционной смеси. Если при практическом осуществлении изобретения используют продувку инертным газом, таким как азот, то расход его составляет от 0,2 до 1 л/ мин, предпочтительно от 0,5 до 1 л/мин, наиболее предпочтительно расход составляет примерно 0,2 л/мин при окружающем давлении, до достижения степени завершенности реакции примерно 50-70% а затем расход увеличивают примерно до 0,5-1 л/мин на оставшееся время реакции. Когда извлечение побочного продукта осуществляют под вакуумом, давление должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить эффективное удаление побочного продукта. Давление может быть от 1 до 200 мм рт. ст. предпочтительно от 5 до 150 мм рт. ст. и наиболее предпочтительно от 10 до 30 мм рт. ст. Кроме того, когда реализуют вакуумный способ, существенную роль играет кипение растворителя в колбе с вертикальным холодильником, так как это способствует удалению побочного продукта и ускоряет реакцию трансэтерификации.

Наиболее предпочтительно реакционную смесь интенсивно перемешивать в процессе удаления побочного продукта с целью получения гомогенной смеси и предотвращения попадания побочного продукта в реакционную среду, которая является довольно вязкой. Реакционную смесь обычно мешают со скоростью примерно от 450 до 2000 об/мин при проведении реакции в лабораторном масштабе. При проведении промышленного процесса типичные промышленные турбинные мешалки будет обеспечивать достаточно быстрое смешение. Как только побочный продукт удален, реакционную среду нейтрализуют с помощью кислоты, такой как ледяная уксусная кислота, при температуре от 100 до 110^оС. Примерно через 5-25 мин реакционную массу кристаллизуют из метанола и воды и получают в результате целевой продукт. Температурный диапазон при осуществлении способа изобретения составляет от 60 до 185^оС, предпочтительно от 100 до 155^оС. Способ изобретения можно осуществлять периодическим и непрерывным методом. Более детально изобретение проиллюстрировано в примерах, представленных ниже. Все части и проценты являются массовыми, за исключением специально указанных случаев.

П р и м е р 1. В реакционную емкость, снабженную механической мешалкой, термометром, холодильником, ловушкой и трубкой для подачи азота, ввели 94,5 г (60 мол, избытка) метил 3-(3,5%ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата, 6,8 г пентаэритрита и 13 мл N-метилпирролидона (NМП) и нагрели до 120^оС. Затем при перемешивании добавили 0,083 г амида лития и реакционную смесь нагрели до 140^оС при атмосферном давлении, непрерывно продувая реакционную систему азотом со скоростью 1 л/мин в течение 1,5 ч. Анализ методом жидкостной хроматографии высокого давления показал, что получено 99% тетракис[3-(3,5-ди- трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионилоксиметил) метана в расчете на пентаэритрит.

Контрольный пример 1. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 1, за исключением того, что вместо NМП применили тетралин. Через 3,5 ч было получено 96% тетракис 3-(3,5-ди- трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионилоксиметил метана в расчете на пентаэритрит.

Контрольный пример 1а. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 1, за исключением NМП, другими словами, осуществили чистую реакцию. Через 2,5 ч получили 98% тетракис [3-(3,5-ди- трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионилоксиметил] метана, в расчете на пентаэритрит.

П р и м е р 2. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 1, за исключением того, что для проведения реакции взяли 64,5 г (10 мол. избыток) пропионата и 9 мл NМП. Через 3,0 ч было получено 99% тетракис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионилоксиметил]метана в расчете на пентаэритрит.

Контрольный пример 2. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 2, за исключением того, что вместо NМП взяли тетралин. Через 6,5 ч было получено 90% тетракис [3-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионилоксиметил]метана, в расчете на пентаэритрит.

Контрольный пример 2а. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 2, за исключением того, что не добавляли NМП. Другими словами, осуществляли чистую реакцию. Через 2,5 ч было получено 92% тетракис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил) пропионилоксиметил] метана, в расчете на пентаэритрит.

П р и м е р 3. Использовали методику и ингредиенты, что и в примере 1, за исключением того, что вместо NМП взяли 0,15 г 12-краун-4-эфира. Через 2,0 ч было получено 93% тетракис [3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионилоксиметил] метана, в расчете на пентаэритрит. Как видно из примеров 1 и 2 данного изобретения, хорошие выходы продукта достигаются за меньшее время по сравнению с контрольными примерами 1, 1а, 2 и 2а, при осуществлении которых использовали обычный растворитель или не использовали растворитель совсем.

П р и м е р 4. В реакционную емкость, снабженную холодильником, термометром, ловушкой и механической мешалкой, добавили 76 г (30 мол. избыток) метил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил) пропионата, 6,8 г пентаэритрита и 8 мл N,N-диметилацетамида (ДМАЦ) и нагрели до 120^оС. Затем в реакционную смесь добавили 0,85 г амида лития. При перемешивании и под вакуумом 90 мм рт. ст. реакционную смесь нагрели до 140^оС, что сопровождалось орошением ДМАЦ, стекающим из дефлегматора в реакционную емкость. Через 2,5 ч анализ методом жидкостной хроматографии высокого давления показал, что образовалось 96% тетракис 3-(3,5-ди-трет- бутил-4-гидроксифенил)пропионилоксиметил метана, в расчете на пентаэритрит.

П р и м е р 5. В реакционную емкость, снабженную холодильником, термометром, ловушкой, трубкой для подачи азота и механической мешалкой, ввели 43 г (10 мол. избытка) метил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата, 5 г 1,3-диаминопропана и 5 мл N-метилпирролидона (NМП). Затем при перемешивании добавили 0,1 г амида лития, и реакционную смесь нагрели до 100^оС при атмосферном давлении, непрерывно продувая реакционную емкость азотом со скоростью 0,3 л/мин в течение 2,5 ч. Анализ методом жидкостной хроматографии высокого давления показал, что получено 90% 1,3-бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропиоамидо]пропана.

П р и м е р 6. В реакционную емкость, снабженную холодильником, термометром, ловушкой, трубкой для введения азота и механической мешалкой ввели 307 г (5 мол. избытка) метил-3-(3,5-ди-трет- бутил-4-гидроксифенил)пропионата, 270,5 г промышленного стеарилового спирта и 10 мас. N-метилпирролидинона (NМП). Затем при перемешивании добавили 2 мол. амида лития, и реакционную смесь нагревали при 115-155^оС под атмосферным давлением, в условиях непрерывной подачи азота в систему со скоростью 0,5 л/мин в течение 1,5 ч. Анализ методом газовой хроматографии показал, что получено 99,9% октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионата.

П р и м е р 7. В реакционную емкость, снабженную механической мешалкой, термометром, холодильником, ловушкой и трубкой для подачи азота, ввели 94,5 г (60 мол. избытка) метил 3-(3,5-ди- бутил-4-гидроксифенил)пропионата, 6,8 г пентаэритрита и 13 мл диметоксибензола (ДМБ) и нагрели до 100^оС. Затем при перемешивании добавили 7 мол. амида лития, и реакционную смесь нагревали при 150^оС при атмосферном давлении, в условиях непрерывной подачи азота со скоростью 0,5 л/мин в течение 2 ч. Анализ методом жидкостной хроматографии высокого давления показал, что получено 98,5% тетракис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионил оксиметил]метана, в расчете на пентаэритрит.

Таким образом, изобретение обеспечивает восстановление за время реакции и сопровождается снижением образования нежелательных вторичных продуктов, таких как трис-продукт, когда используют пентаэритрит. Продукты, полученные предлагаемым способом, известны и могут быть использованы в качестве антиоксидантов в материалах, склонных к разрушению, таких как пластмассы, резины и друге полимеры.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЭФИРОВ ИЛИ АМИДОВ путем взаимодействия сложного эфира со спиртом или амином в присутствии основания и полярного апротонного растворителя при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве сложного эфира используют соединение общей формулы где R и Rʹ С₁ С₆-алкил; A С₁ С₆-алкилен; Rʺ метил или этил, взятый в количестве 10 60 мол.

в качестве спирта линейный или разветвленный С₄ - С₂₀-алифатический спирт, содержащий 1 4 гидроксильных групп, в качестве амина амин общей формулы (Rʺʹ)₂N(CH₂)_nRʺʺ, где Rʺʹ водород или С₁ С₇-алкил, при условии, что один Rʺʹ водород;
Rʺʺ водород или группа NH₂;
n 1 -3,
и процесс ведут при соотношении 1 30 мол. основания на 1 моль спирта или амина и температуре 100 160^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный алифатический спирт представляет собой стеариновый спирт и пентаэритрит.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что указанным спиртом является пентаэритрит.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный амин представляет собой диаминопропан.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный полярный апротонный органический растворитель выбирают из группы, включающий N-метилпирролидинон, 1,2-диметоксибензол N,N-диметилацетамид и 12-краун-4-.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанным полярным апротонным растворителем является N-метилпирролидон.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанным основанием является амид лития.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакцию осуществляют под вакуумом.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакцию осуществляют в токе инертного газа.