Способ получения левулиновой кислоты

 

Изобретение относится к способу получения левулиновой кислоты, которая находит применение для получения пестицидов, клеевых композиций для полипропилена, в парфюмерной, фармацевтической, металлообрабатывающей промышленности, а также как полупродукт для органического синтеза. Левулиновую кислоту получают путем гидролиза гексозусодержащего сырья разбавленной соляной кислотой в присутствии двуокиси марганца, взятой в количестве 0,19-0,3% от массы гексозусодержащего сырья, в течение 30-35 ч при атмосферном давлении и температуре 105-107^oС. Технический результат - повышение выхода целевого продукта и упрощение процесса. 2 табл.

Изобретение относится к химии органических соединений, а именно к способу получения левулиновой (4-оксо-пентановой) кислоты, которая находит применение для получения пестицидов, клеевых композиций для полипропилена, в парфюмерной, фармацевтической, металлообрабатывающей промышленности, а также как полупродукт для органического синтеза.

Известен способ получения левулиновой кислоты (ЛК) путем гидролиза разбавленной соляной кислотой сахарозы при атмосферном давлении и температуре 105-107^oC в течение 24 часов. [Препаративная органическая химия, под. ред. Н. С. Вульфсона, Л.-М.: Химия, 1964 г., с. 784]. Недостатком этого способа является использование дефицитного сырья и низкий выход (43%, рассчитано из предположения, что ЛК получается только из фруктозного фрагмента сахарозы) целевого продукта.

Наиболее близким по исходному сырью и достигаемым результатам является способ получения ЛК путем гидролиза разбавленной соляной кислотой еловых опилок при температуре 190^oC. [Пат. 3258481 США, 28.06.66]. Недостатком последнего способа является низкий выход (36%) целевого продукта и использование аппаратуры, рассчитанной на давление 15195 - 19247 гПа, что создает технические трудности для организации промышленного получения ЛК и требует соблюдения специальных мер безопасности.

Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается получением ЛК путем гидролиза при атмосферном давлении гексозусодержащего сырья нагретой до кипения разбавленной соляной кислотой в присутствии двуокиси марганца. Проведение реакции при атмосферном давлении позволяет упростить процесс, а применение двуокиси марганца позволяет повысить выход целевого продукта до 56%.

Отличительным признаком изобретения является использование двуокиси марганца в количестве 0,19 - 0,30% от массы сырья и проведение процесса в течение 30 - 35 часов при температуре 105-107^oC и атмосферном давлении.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В колбу загружают 43,2 г сухих древесных опилок, 215 мл воды, 140 мл соляной кислоты ρ = 1,17) и 0,08 г двуокиси марганца. Реакционную смесь нагревают до 105-107^oC и выдерживают при этой температуре и атмосферном давлении (960 - 1013 гПа) 35 часов. Остывшую реакционную массу фильтруют под вакуумом. Остаток на фильтре промывают 50 мл горячей воды, промывные воды объединяют с фильтратом и упаривают под вакуумом (26,6 - 39,9 гПа). Остаток после упаривания перегоняют под вакуумом (5,32 - 8 гПа), собирая фракцию с Т. кип. 123 - 127^oC. После повторной перегонки получено 7,7 г ЛК с Т. пл. 30 - 31^oC. Выход составляет 50% от теоретического, считая на 50% содержание целлюлозы в опилках. Указанный выход ЛК получен из опилок древесины хвойных пород.

По результатам независимых экспериментов установлено оптимальное время проведения реакции (табл. 1), которое составляет 35 часов и оптимальное количество двуокиси марганца (табл. 2), которое составляет 0,28 - 0,30% от массы опилок.

Пример 2.

В колбу загружают 67,5 г целлюлозы, 270 мл соляной кислоты ρ = 1,17), 60 мл воды и выдерживают двое суток при комнатной температуре. Затем в колбу добавляют 0,16 г двуокиси марганца и 400 мл воды. Колбу нагревают до 105 - 107^oC и выдерживают при этой температуре и атмосферном давлении (960 - 1013 гПа) 30 часов. Остывшую реакционную массу фильтруют под вакуумом, остаток промывают 100 мл горячей воды. Промывные воды объединяют с фильтратом. Дальнейшая обработка, как в примере 1. Получено 24,8 г ЛК с Т. пл. 30 - 31^oC. Выход 50% от теоретического. Указанный выход получен при использовании целлюлозы марки ХБ-7 (сульфатная, беленая из хвойных пород, ГОСТ 9571-84).

По результатам 76 независимых экспериментов установлено оптимальное время проведения реакции - 30 часов и оптимальное соотношение основных компонентов целлюлоза : соляная кислота : вода, которое составляет (по весу) 1 : 6,2 : 6,8 соответственно. Оптимальное количество двуокиси марганца - 0,23% от массы целлюлозы.

Пример 3.

В колбу загружают 68 г сахарозы, 32 мл соляной кислоты ρ = 1,17), 136 мл воды и 0,16 г двуокиси марганца. Реакцию ведут, как в примере 2. Выделено продукта, как в примере 1. Получено 15,3 г ЛК с Т. пл. 30 - 31^oC. Выход 31,1% от теоретического, считая на сахарозу.

Предлагаемый способ позволяет повысить выход целевого продукта за счет применения двуокиси марганца и упростить процесс, за счет проведения реакции при атмосферном давлении.

Формула изобретения

Способ получения левулиновой кислоты путем гидролиза гексозусодержащего сырья разбавленной соляной кислотой при повышенной температуре, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии двуокиси марганца, взятой в количестве 0,19-0,30% от массы гексозусодержащего сырья в течение 30-35 ч при атмосферном давлении и температуре 105-107^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1