Способ этинилирования
Изобретение относится к способу получения ацетиленовоненасыщенного спирта, применяемого в получении витаминов и каротеноидов, реакцией карбонильного соединения с ацетиленом в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла и характеризуется тем, что карбонильное соединение представляет собой метилэтилкетон, метилглиоксальдиметилацеталь, 6-метил-5-гептен-2-он, 6-метил-5-октен-2-он, гексагидропсевдоионон, 4-(2,6,6-триметил-1-циклогексен-1-ил)-3-бутен-2-он или 6,10,14-триметил-2-пентадеканон, гидроксид щелочного металла используют в водном растворе и молярное соотношение между этим гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединение составляет меньше 1:200. Способ позволяет получать ацетиленовоненасыщенный спирт с высоким выходом в течение короткого реакционного времени. 10 н.п. ф-лы, 5 табл.
Настоящее изобретение относится к способу этинилирования. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу получения ацетиленовоненасыщенных спиртов (пропаргиловый спирт или его 1-монозамещенные или 1,1-дизамещенные производные), причем в этом способе формальдегид, отличный от формальдегида альдегид или кетон, каждый из которых в дальнейшем упоминается в общем как "карбонильное соединение", вводят в реакцию с ацетиленом (этином) в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла, где молярное соотношение между этим гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет меньше 1:200.
Такие продукты взаимодействия находят применение в качестве промежуточных продуктов в синтезе многих полезных целевых продуктов, в частности в области синтеза, помимо прочего, витаминов и каротеноидов. Так, например, одним таким полезным промежуточным продуктом является дегидролиналоол, который посредством цитраля сам может быть превращен в β-ионон и изофитол, которые сами являются известными исходными материалами для синтеза соответственно витамина А и витамина Е.
Получение ацетиленовоненасыщенных спиртов реакцией кетона с ацетиленом в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла известно, например, из German Auslegeschrift (DAS) 1232573. В соответствии с этой патентной публикацией реакцию этинилирования проводят при температуре от -40 до +40°С в присутствии гидроксида щелочного металла, причем молярное соотношение между этим гидроксидом щелочного металла и кетоном составляет от 1:10 до 1:200. Как следует из технических данных, приведенных в DAS 1232573, когда относительное количество гидроксида щелочного металла уменьшается, выход продукта этинилирования уменьшается.
Было установлено, что ацетиленовоненасыщенные спирты могут быть получены с превосходным выходом в течение короткого реакционного времени реакцией соответствующего карбонильного соединения с ацетиленом в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла, когда молярное соотношение между этим гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет меньше 1:200, т.е. соотношение равно 1:>200. Применение столь малых количеств гидроксида щелочного металла, т.е. намного меньших относительных количеств, чем те количества, которые используют в соответствии с изложенным в DAS 1232573, не только уменьшает количество соли, от которого необходимо избавляться в качестве направляемого в отход побочного продукта, но также неожиданно приводит к образованию уменьшенных количеств диолового побочного продукта. Поскольку в ранее известных способах ацетилирования кетонов по мере повышения температуры образование диоловых побочных продуктов проявляет тенденцию к увеличению, реакцию в соответствии с настоящим изобретением можно проводить при более высоких температурах, т.е. без охлаждения, при одновременном сохранении, тем не менее, образования диоловых побочных продуктов на низких уровнях.
Соответственно, объектом настоящего изобретения является способ получения ацетиленовоненасыщенного спирта, включающий реакцию формальдегида, другого альдегида или кетона (карбонильного соединения) с ацетиленом в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла, характеризующийся тем, что молярное соотношение между гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет меньше 1:200.
Простейшим карбонильным соединением, которое можно вводить во взаимодействие с ацетиленом в соответствии со способом по настоящему изобретению, является формальдегид, НСНО, причем продукт представляет собой пропаргиловый спирт, НС≡ССН2ОН.
Природа любого другого альдегида или кетона, который можно вводить во взаимодействие с ацетиленом в соответствии со способом по настоящему изобретению, решающего значения не имеет, поэтому можно использовать любой альдегид или кетон, с которым ацетилен, как известно, взаимодействует с образованием ацетиленовоненасыщенного спирта, т.е. в соответствии с уравнением
причем неуказанными остатками, присоединенными к "центральному" углеродному атому пунктирными линиями, являются те, которые свойственны известным альдегидам и кетонам или любым другим альдегидам и кетонам, которые могут быть получены аналогично известным. Так, например, альдегид, включая сюда и формальдегид, или кетон может быть одним из соединений формулы "R5-CO-R6", как указано в German Offenlegungsschrift (DOS) 2018971, содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки. В предпочтительном варианте исходное карбонильное соединение представляет собой кетон общей формулы
в которой каждый из R1 и R2 независимо обозначает водородный атом, алкил, алкенил, циклоалкилалкил, циклоалкилалкенил, циклоалкенилалкил или циклоалкенилалкенил, причем каждая из последних четырех упомянутых групп в своем циклоалкильном или циклоалкенильном кольце необязательно соответственно замещена одной-тремя метальными или этильными группами, а общее число углеродных атомов, включая те, которые содержатся в остатке -СН2-СО-СН2-, не превышает 40.
В вышеприведенном описании кетонов общей формулы I приемлемая алкильная группа, обозначенная R1 и/или R2, содержит до 22 углеродных атомов и может быть прямоцепочечной или разветвленной, что также применимо в отношении алкенильной группы. Кроме того, указанной алкенильной группе может быть свойственно наличие до 4 двойных связей. Циклоалкилалкильной, циклоалкенилалкильной, циклоалкилалкенильной или циклоалкенилалкенильной группе, обозначенной R1 и/или R2, характерно соответствующее циклоалкильное или циклоалкенильное кольцо, которое включает от 5 до 12 кольцевых членов; алкильная или алкенильная часть такой группы может включать от 1 до 8 углеродных атомов и может быть прямоцепочечной или разветвленной, а в случае алкенила в качестве части такой группы ей может быть свойственно наличие до 4 двойных связей. Более того и как также сказано в описании формулы I, циклоалкильная или циклоалкенильная кольцевая часть таких групп является либо незамещенной, либо замещенной одной, двумя или тремя метальными или этильными группами, благодаря чему в случае ди- или тризамещения заместители могут быть одинаковыми (метил или этил) или разными (смесь метильных и этильных заместителей). Особенно предпочтительная необязательно замещенная циклоалкенильная группа (в качестве части циклоалкенилалкила или циклоалкенилалкенила) представляет собой хорошо известную 2,6,6-триметил-1-циклогексен-1-ильную группу.
Ясно, что для того чтобы удовлетворять критерию, касающемуся молекулы R1-СН2-СО-СН2-R2, содержащей в общем максимум 40 углеродных атомов, общее число углеродных атомов, включая любой кольцевой метильный или этильный заместитель (заместители), если это уместно, либо у R1, либо у R2, ограничено значением оставшегося соответственно R2 или R1.
Особый интерес способ по настоящему изобретению представляет, когда его применяют для этинилирования метилэтилкетона (2-бутанона), 6-метил-5-гептен-2-она, 6-метил-5-октен-2-она, 6,10-диметил-2-ундеканона (гексагидропсевдоионона), 4-(2,6,6-триметил-1 -циклогексен-1-ил)-3-бутен-2-она и 6,10,14-триметил-2-пентадеканона (все - кетоны формулы I), а также для этинилирования метилглиоксальдиметилацеталя [СН3СОСН(ОСН3)2], не кетона формулы I, но, тем не менее, того кетона среди многих других, который способен взаимодействовать с ацетиленом в соответствии со способом по настоящему изобретению. Из этих конкретно поименованных кетонов 6-метил-5-гептен-2-он является особенно предпочтительным кетоном, который способен взаимодействовать с ацетиленом согласно способу по настоящему изобретению; в этом случае продукт представляет собой 3,7-диметил-6-октен-1-ин-3-ол (дегидролиналоол).
При этом в качестве гидроксида щелочного металла, служащего как основный катализатор в способе по настоящему изобретению, можно применять гидроксид натрия или гидроксид калия, из которых в предпочтительном варианте используют этот последний.
Аммиак, используемый в качестве растворителя в способе по настоящему изобретению, удерживают в жидком состоянии соответствующим выбором температуры и давления, вследствие чего одновременно с этим в реакционном сосуде также необходимо создавать и поддерживать соответствующее давление ацетилена. Целесообразная реакционная температура находится в интервале от примерно 0 до примерно 40°С. В зависимости от реакционной температуры поддерживают соответствующее значение давления, которое в целесообразном варианте составляет от примерно 5 до примерно 20 бар (от примерно 0,5 до примерно 2 МПа). Применение сжиженного аммиака в качестве реакционного растворителя позволяет избежать применения в способе по настоящему изобретению органических растворителей, что является одним из его преимуществ.
В предпочтительном варианте этинилирование осуществляют при температурах от примерно комнатной (примерно 20°С) до примерно 35°С.
Молярное соотношение между ацетиленом и формальдегидом, другим альдегидом или кетоном (карбонильное соединение), например кетоном формулы I, в реакционной смеси для осуществления способа по настоящему изобретению обычно составляет от примерно 2:1 до примерно 6:1. Более того, молярное соотношение между аммиаком и карбонильным соединением в этом способе обычно составляет от примерно 8:1 до примерно 35:1, предпочтительно от примерно 10:1 до примерно 30:1.
Отличительной особенностью способа по настоящему изобретению является относительно крайне небольшое количество гидроксида щелочного металла, используемого в качестве основного катализатора, т.е. молярное соотношение между гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет меньше 1:200(1:>200). Целесообразный интервал соотношений, внутри которого осуществляют предлагаемый способ, равен от примерно 1:500 до 1:200, предпочтительно от примерно 1:300 до примерно 1:220.
Способ по настоящему изобретению можно осуществлять таким путем, который известен при этинилировании карбонильных соединений. Для проведения периодического процесса в реактор как правило вводят целевые количества водного раствора гидроксида щелочного металла, карбонильного соединения и ацетилена. Затем реактор герметично закрывают и инертизируют повторным заполнением аммиаком и вентиляцией. Наконец в реактор вводят необходимое количество аммиака. Далее для начала реакции в необходимом количестве с перемешиванием добавляют также ацетилен. С целью сохранить постоянное молярное соотношение кетон:ацетилен во время реакции можно полунепрерывно добавлять дополнительное количество ацетилена.
По другому варианту способ в соответствии с настоящим изобретением можно осуществлять проведением непрерывного процесса, например непрерывным добавлением в реактор, в частности в реактор с поршневым потоком, смеси ацетилена и аммиака совместно с карбонильным соединением и водным раствором гидроксида щелочного металла и непрерывным извлечением продукта. В предпочтительном варианте способ по настоящему изобретению осуществляют непрерывным путем.
Способ по настоящему изобретению иллюстрируют следующие примеры.
Пример
Этинилирование 6-метил-5-гептен-2-она с получением 3,7-диметил-6-октен-1-ин-3-ола
В реактор вводили 796 мг гидроксида калия (КОН) в виде 45%-ного (масса/объем) водного раствора и 194,5 г 6-метил-5-гептен-2-она (МГ); таким образом, молярное соотношение КОН:МГ составляло 1:250. После четырехкратного удаления из реактора воздуха и последующей продувки азотом (инертизация реактора) вводили 369 г аммиака. Затем добавляли ацетилена с созданием давления 16,1 бара (1,61 МПа) при 30°С, что соответствовало содержанию до 21% (масса/объем) ацетилена в смеси аммиака и ацетилена. Содержимое реактора перемешивали газовым смешением. Через разные интервалы времени отбирали пробы для анализа газовой хроматографией (ГХ) их содержимого. По прошествии 5 ч реакцию окончательно останавливали, после чего устанавливали, что содержалось превалирующее количество целевого продукта, 3,7-диметил-6-октен-1-ин-3-ола (дегидролиналоол, ДЛЛ), и только небольшое количество диолового побочного продукта и не изменившийся МГ. Результаты представлены ниже в таблице 1.
| Таблица 1. Состав продукта в зависимости от времени [мин, ч] | ||||
| 5 мин | 1 ч | 2 ч | 5 ч | |
| МГ | 29,2 | 4,1 | 2,5 | 2,3 |
| ДЛЛ | 67,6 | 92,9 | 94,3 | 94,1 |
| Диол | 1,0 | 1,4 | 1,5 | 1,7 |
Этинилирование 6,10-диметил-2-ундеканона с получением 3,7,11-триметил-1-додецин-3-ола
Аналогично примеру 1 проводили реакцию - 387 мг гидроксида калия в виде 45%-ного (масса/объем) водного раствора, 153,8 г 6,10-диметил-2-ундеканона (гексагидропсевдоионон; ГПИ), 360 г аммиака и ацетилена под давлением 16,3 бара (1,63 МПа) и при 30°С; таким образом, молярное соотношение КОН:ГПИ составляло 1:250. По прошествии 5 ч ГХ устанавливали, что содержалось превалирующее количество целевого продукта, 3,7,11-триметил-1-додецин-3-ола (C15ацетиленовый спирт, C15-AC), и только небольшое количество диолового побочного продукта и не изменившийся ГПИ. Результаты представлены ниже в таблице 2.
| Таблица 2: Состав продукта в зависимости от времени | ||||
| 5 мин | 1 ч | 2 ч | 5 ч | |
| ГПИ | 29,4 | 4,0 | 3,1 | 3,1 |
| C15-AC | 68,5 | 93,7 | 94,2 | 94,4 |
| Диол | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 0,8 |
Этинилирование 6,10.14-триметил-2-пентадеканона с получением 3,7,11,15-тетраметил-1-гексадецин-3-ола
Аналогично примеру 1 проводили реакцию - 358 мг гидроксида калия в виде 45%-ного (масса/объем) водного раствора, 192,3 г 6,10,14-триметил-2-пентадеканона (С18кетон), 351 г аммиака и ацетилена под давлением 16,8 бара (1,68 МПа) и при 30°С; таким образом, молярное соотношение KOH:C18кетон составляло 1:250. По прошествии 5 ч ГХ устанавливали, что содержалось превалирующее количество целевого продукта, 3,7,11,15-тетраметил-1-гексадецин-3-ола (дегидроизофитол, ДИФ), и только небольшое количество диолового побочного продукта и не изменившийся С18кетон. Результаты представлены ниже в таблице 3.
| Таблица 3. Состав продукта в зависимости от времени | ||||
| 5 мин | 1 ч | 2 ч | 5 ч | |
| С18кетон | 32,7 | 4,3 | 3,1 | 2,6 |
| ДИФ | 64,7 | 93,3 | 94,2 | 94,5 |
| Диол | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 0,8 |
Этинилирование 6-метил-5-октен-2-она с получением 3,7-диметил-6-нонен-1-ин-3-ола
Аналогично примеру 1 проводили реакцию - 593 мг гидроксида калия в виде 45%-ного (масса/объем) водного раствора, 166,8 г 6-метил-5-октен-2-она (МО), 381 г аммиака и ацетилена под давлением 16,1 бара (1,61 МПа) и при 30°С; таким образом, молярное соотношение КОН:МО составляло 1:250. По прошествии 5 ч ГХ устанавливали, что содержалось превалирующее количество целевого продукта, 3,7-диметил-6-нонен-1-ин-3-ола (этилдегидролиналоол, ЭДЛЛ), и только небольшое количество диолового побочного продукта и не изменившийся МО. Результаты представлены ниже в таблице 4.
| Таблица 4. Состав продукта в зависимости от времени | ||||
| 5 мин | 1 ч | 2 ч | 5 ч | |
| МО | 29,2 | 3,5 | 2,3 | 2,3 |
| ЭДЛЛ | 68,3 | 93,9 | 95,0 | 95,0 |
| Диол | 0,5 | 0,8 | 0,9 | 1,1 |
Этинилирование метилэтилкетона с получением 2-этил-3-бутин-2-ола
Аналогично примеру 1 проводили реакцию - 740 мг гидроксида калия в виде 45%-ного (масса/объем) водного раствора, 153,7 г метилэтилкетона (МЭК), 388 г аммиака и ацетилена под давлением 16,0 бара (1,60 МПа) и при 30°С; таким образом, молярное соотношение КОН:МЭК составляло 1:359. Уже после 1 ч ГХ устанавливали, что содержалось превалирующее количество целевого продукта - 2-этил-3-бутин-2-ола (ЭБ), и только небольшое количество диолового побочного продукта и не изменившийся МЭК. Результаты представлены ниже в таблице 5.
| Таблица 5. Состав продукта в зависимости от времени | ||
| 5 мин | 1 ч | |
| МЭК | 25,8 | 2,9 |
| ЭБ | 73,6 | 96,3 |
| Диол | 0,3 | 0,4 |
1. Способ получения ацетиленовоненасыщенного спирта реакцией карбонильного соединения с ацетиленом в присутствии аммиака и гидроксида щелочного металла, отличающийся тем, что карбонильное соединение представляет собой метилэтилкетон, метилглиоксальдиметилацеталь, 6-метил-5-гептен-2-он, 6-метил-5-октен-2-он, гексагидропсевдоионон, 4-(2,6,6-триметил-1-циклогексен-1-ил)-3-бутен-2-он или 6,10,14-триметил-2-пентадеканон, гидроксид щелочного металла используют в водном растворе и молярное соотношение между этим гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединение составляет меньше 1:200.
2. Способ по п.1, в котором молярное соотношение между гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет от примерно 1:500 до 1:200.
3. Способ по п.1, в котором молярное соотношение между гидроксидом щелочного металла и карбонильным соединением составляет от примерно 1:300 до примерно 1:220.
4. Способ по п.1, в котором карбонильное соединение представляет собой 6-метил-5-гептен-2-он, а продуктом является дегидролиналоол.
5. Способ по п.1, в котором гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид калия.
6. Способ по п.1, в котором реакцию проводят при температуре от примерно 0 до примерно 40°С, а давление для удержания аммиака в сжиженном состоянии равно соответствующему значению, зависящему от реакционной температуры, от примерно 5 до примерно 20 бар (от примерно 0,5 до примерно 2 МПа).
7. Способ по п.1, в котором реакцию проводят при температуре от примерно комнатной до примерно 35°С.
8. Способ по п.1, в котором молярное соотношение между ацетиленом и карбонильным соединением в реакционной смеси для осуществления этого способа составляет от примерно 2:1 до примерно 6:1.
9. Способ по п.1, в котором молярное соотношение между аммиаком и карбонильным соединением в реакционной смеси для осуществления этого способа составляет от примерно 8:1 до примерно 35:1.
10. Способ по п.1, в котором молярное соотношение между аммиаком и карбонильным соединением в реакционной смеси для осуществления этого способа составляет от примерно 10:1 до примерно 30:1.
11. Способ по одному из пп.1-10, в котором реакцию проводят непрерывным путем.
