Способ получения бензилбутилового эфира
Владельцы патента RU 2447054:
Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимии и катализа РАН (RU)
Настоящее изобретение относится к способу получения бензилбутилового эфира, который является ароматизатором пищевых продуктов. Способ заключается во взаимодействии толуола с н-бутанолом и CCl4 в присутствии VO(acac)2, активированного Et3N, при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)2]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]=1:5:100:100:1600. Изобретение позволяет простым и дешевым селективным способом получить целевой продукт при меньшем количестве отходов. 11 пр., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения бензилбутилового эфира.
Бензилбутиловый эфир обладает фруктовым запахом и разрешен во многих странах для применения в качестве ароматизатора пищевых продуктов (мороженого, льда, напитков, десертов, печеностей и т.д.).
Бензилбутиловый эфир с выходом 90% был получен из бутанола-1 и бензилбромида в присутствии стехиометрического количества гидрида натрия в среде диметилформамида ([1] B.S.Bal, K.S.Kochhar, H.W.Pinnick // J. Org. Chem. 1981, 46, 1492).
Недостатки метода
1. Применение пожаро- и взрывоопасного гидрида натрия.
2. Использование в качестве исходного реагента дорогостоящего бензилбромида, а в качестве растворителя диметилформамида (ДМФА).
Бензилбутиловый эфир можно получить реакцией н-бутилата натрия с бензилбромидом в присутствии тетрабутиламмонийиодида ([2] M.Ochiai et al. // J. Am. Chem. Soc., 1996, 118 (3), 7716; [3] S.Czemecki, С.Georgoulis, C.Provelenghiou // Tetrahedron Lett., 1976, 3535).
Высокую каталитическую активность в синтезе бензиловых эфиров проявляют третичные амины в сочетании с KJ. Так, бензилбутиловый эфир был получен реакцией бензилхлорида с 1-бутанолом в присутствии KJ и Bu3N (растворитель толуол) при 65°С ([4] D.-H.Hwu, C.Hwang, Y.-P.Shih, NM.-Y.Yeh, C.-L.Chao // Ind. Eng. Chem. Res., 1992, 31, 177).
Синтез бензилбутилового эфира может быть осуществлен в условиях межфазного катализа с использованием полимерной четвертичной аммонийной соли. Указанную соль получают обработкой хлорметилированного полимера с третичными аминами в течение 70 ч при 70°С в толуоле. Реакцию проводили по следующей методике: 16.6 мг катализатора и 2 мл 50% KOH нагревают на водяной бане (40°С) в реакционной трубке с тефлоновой закручивающейся крышкой, затем в трубку дозируют предварительно нагретую смесь, содержащую бензиловый спирт, бутилбромид. Трубку герметично закрывают, реакционную смесь перемешивают на магнитной мешалке в течение 3-4 ч. Выход эфира (I) 80% ([5] Hirofumi Takeuchi, Yoshihisa Miwa, Shushi Morita, Jutaro Okada // Chem. Pharm. Bull. 1985, 33 (8), 3101).
Бензилбутиловый эфир можно получить в условиях трехфазного катализа. Необходимая для проведения реакции трехфазная система состоит из KOH (1.76×104 моль - KOH/м3-Н2О), додекана (неполярная фаза) и органического растворителя, межфазный катализатор состоит из полиэтиленгликоля и тетрагексиламмонийбромида (ПЭГ + (Hex)4NBr). Указанная система отличается большей эффективностью для получения бензилбутилового эфира, чем двухфазная, так как позволяет получить бензилбутиловый эфир с 90% выходом ([5] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Today, 2001, 64, 279).
Синергетический эффект при синтезе бензилбутилового эфира наблюдался в условиях жидкого трехфазного катализа при использовании в качестве катализатора тетрабутиламмонийбромида (Bu)4NBr и ПЭГ ([6] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Letter, 2004, 98(2-3), 107).
Недостатки методов
1. Использование гидрооксида калия (1.76×104 моль - KOH/м3Н2О).
2. Использование в качестве исходного соединения бензилхлорида, получаемого хлорированием толуола.
3. Значительные трудности при выделении целевого продукта.
4. Большой объем сточных вод, содержащих KOH и KCl.
В работе ([7] Yi Liu, Ruimao Hua, Hong-Bin Sun, Xianquing Qui // Organometallics, 2005, 24(11), 2819) описан синтез бензилбутилового эфира реакцией бензилового и бутилового спиртов в присутствии ренийсодержащего катализатора. В лучшем опыте выход целевого эфира (I) достигает 90%.
Недостатки метода
1. Труднодоступность и дороговизна ренийсодержащего катализатора.
2. Использование в качестве исходного соединения бензилового спирта, получаемого в свою очередь из толуола.
Авторами предлагается способ получения бензилбутилового эфира, не имеющий вышеперечисленных недостатков.
Задачей предлагаемого изобретения является удешевление себестоимости бензилбутилового эфира за счет использования в качестве исходного соединения доступного толуола, вместо более дорогостоящих бензилового спирта и бензилхлорида (бензилбромида), отказ от применения оснований (NaH, KOH, BuONa), уменьшение количества отходов и упрощение технологии в целом.
Сущность способа заключается во взаимодействии толуола с бутанолом в присутствии ССl4 под действием VO(acac)2, активированного лигандом триэтиламином Еt3N, при температуре 175°С в течение 8-16 ч при мольном соотношении [VO(acac)2]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]=1-2:0-5:100:50-200:400-1600. В оптимальных условиях ([VO(acac)2]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]=1:5:100:100:1600, 175°С, 10 ч) толуол с 69% конверсией превращается в бензилбутиловый эфир. Общий выход бензилбутилового эфира по предложенному методу 67%:
Существенные отличия предлагаемого способа от прототипов
Исходным сырьем для получения бензилбутилового эфира служит толуол, который реагирует с н-бутанолом под действием каталитической системы: VO(acac)2-Et3N в присутствии CCl4.
Преимущества предлагаемого метода
1. Доступность и дешевизна исходных реагентов - толуола, CCl4 и катализатора (VO(acac)2-Et3N) - и удешевление себестоимости и упрощение технологии.
2. Отсутствие побочных продуктов.
3. Селективность процесса: при конверсии толуола 69%, избирательность реакции по бензилбутиловому эфиру составляет 97%.
Предлагаемый способ поясняется примерами.
ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле (V=12 мл), помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл).
В ампулу под аргоном загрузили 1 ммоль VO(acac)2, 5 ммоль Еt3N, 100 ммоль толуола, 100 ммоль CCl4 и 1600 ммоль BuOH (CCl4, BuOH играют роль реагентов и растворителей одновременно). Запаянную ампулу поместили в автоклав, автоклав герметично закрыли и нагревали при 175°С в течение 10 часов. После окончания реакции автоклав охлаждали до 20°С, ампулу вскрывали, реакционную массу нейтрализовали 10% водным раствором Nа2СО3 (перемешивание на магнитной мешалке в течение 0.5-1 часа), органический слой экстрагировали хлороформом, реакционную массу фильтровали через слой силикагеля (2 грамма). Непрореагировавший толуол отгоняли, бензилхлорид и бензилбутиловый эфир перегоняли под вакуумом.
Общий выход бензилбутилового эфира при проведении реакции при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)2]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]=1:5:100:100:1600 составил 67%.
Выделенный бензилбутиловый эфир имел т.кип. 90-92°С/10 мм рт.ст. (лит. 220-221°/744 мм рт.ст. ([8] Словарь органических соединений. П/р Хейльброна И. и Бэнбери Г.М., т.I. М.: Изд-во иностранной литературы. 1949)).
ЯМР 13С, δ, м.д.: 138.74, 128.34, 127.63, 127.48, 72.87, 70.22, 31.89, 19.42, 13.94. Спектр ЯМР 1H, δ, м.д.: 0.99 (3Н, т, 3JHH=7.6 Гц, СН3), 1.4-1.55 (м, 2Н, СH 2СН3), 1.6-1.75 (м, 2Н, CH 2CH2CH3), 3.52 (2Н, т, 3JHH=6.8 Гц, ОСН 2СН2, 4.54 (2Н, с, СH 2О), 7.25-7.55 (5Н, Аr, СН).
| Результаты опытов по синтезу бензилбутилового эфира реакцией толуола с н-бутанолом и галогенметанами под действием VO(acac)2 | |||||
| №№ п/п | Мольное соотношение [kat]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH] | Температура, °С | Продолжительность реакции, ч | конверсия толуола, % | выход бензилбутилового эфира, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | 1:5:100:100:400 | 175 | 10 | 58 | 34 |
| 2 | -«- | -«- | 16 | 60 | 42 |
| 3 | 1:5:100:100:800 | -«- | 10 | 86 | 60 |
| 4 | -«- | -«- | 8 | 65 | 40 |
| 5 | 1:5:100:100:1200 | -«- | 10 | 67 | 61 |
| 6 | 1:5:100:100:1600 | -«- | -«- | 69 | 67 |
| 7 | 1:5:100:50:400 | -«- | -«- | 55 | 46 |
| 8 | 1:5:100:200:400 | -«- | -«- | 70 | 42 |
| 9 | 2:5:100:100:400 | -«- | -«- | 62 | 41 |
| 10 | 1:10:100:100:400 | -«- | -«- | 61 | 47 |
| 11 | 1:0:100:100:400 | -«- | -«- | 50 | 10 |
Способ получения бензилбутилового эфира формулы
отличающийся тем, что толуол взаимодействует с н-бутанолом и CCl4 в присутствии VO(acac)2, активированного Et3N при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)2]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]=1:5:100:100:1600.
