Способ получения бис(2-гидроксифенил)ового эфира олигоэтиленгликоля в виде моногидрата

Изобретение относится к способу получения бис(2-гидрокси-фенил)ового эфира олигоэтиленгликоля в виде моногидрата - промежуточного продукта для синтеза симметричного и несимметричного дибензо-краун-эфиров, которые используют в качестве селективного экстрагента катионов различных металлов, в том числе радиоактивных, а также в различных областях химии, техники, биологии и медицины. Способ заключается во взаимодействии избытка пирокатехина с дихлорзамещенным олигоэтиленгликолем в присутствии щелочного агента в среде органического растворителя при нагревании. При этом в качестве щелочного агента используют гидроксид натрия, в качестве органического растворителя - ДМФА, а процесс ведут при температуре 100-105°С в присутствии катализатора - оксида кремния или оксида металла (амфотерного или основного), преимущественно наноразмерного. Предлагаемый способ позволяет получить целевые продукты с высоким выходом при значительном упрощении аппаратурного оформления процесса. 7 пр.

 

Изобретение относится к способу получения бис(2-гидрокси-фенил)ового эфира олигоэтиленгликоля формулы 3, промежуточного продукта для синтеза симметричного и несимметричного дибензо-краун-эфиров. Последние находят применение в качестве селективного экстрагента различных катионов металлов, в том числе радиоактивных [Успехи химии, 2000, т.69, №9, с. 769-782].

Описан метод получения соединения формулы 3b,с в две стадии - на первой стадии из монобензилового эфира пирокатехина и дитозилзамещенного олигоэтиленгликоля синтезируют монобензиловый эфир соединения 3b,с, который на второй стадии восстанавливают водородом на Pd-C до соединения 3b,с. Выход составляет 73-74% [J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 1985, р. 607-624]. Недостатком данного способа является сложное аппаратурное оформление процесса.

Описан способ получения соединения формулы 3а-с по реакции Вильямсона [патент РФ №1047917] в одну стадию - взаимодействием эквимолярных количеств пирокатехина 1 и хлорпроизводного олигоэтиленгликоля 2а-с в воде в присутствии щелочи при температуре 95-103°С. Для предотвращения образования побочных продуктов процесс ведут в токе инертного газа. По окончании реакции (продолжительность реакции не указана) целевой продукт очищают хроматографически на оксиде алюминия, а затем перегоняют в вакууме (выход соединений формулы 3а-с не указан). Недостатками данного способа являются сложное аппаратурное оформление процесса и двухстадийная очистка целевых продуктов.

Известен метод синтеза соединения 3а нагреванием пирокатехина 1 и 1,5-дихлор-3-оксапентана (β,β′-дихлорэтилового эфира) 2а в смеси абсолютных метанола и бутанола в присутствии метилата натрия в токе инертного газа с выходом 34% в виде кристаллогидрата [ЖОрХ, 1978, т.14, вып.10, с. 2228]. В патенте РФ №2479567 взаимодействие пирокатехина 1 и 1,5-дихлор-3-оксапентана 2а осуществляют в этаноле при кипении в присутствии воды, с использованием в качестве основания гидроксида натрия, а в качестве катализатора Ν,Ν,Ν-триэтилбензиламмоний хлорид. Время реакции 24 часа. Соединение 3а выделяют экстрагированием технического продукта гексаном. Выход целевого соединения 3а составляет 51%. Недостатками данных способов являются необходимость использования инертного газа, значительная длительность процесса, сложность выделения, и низкий выход целевого продукта 3а.

В патенте РФ №2483055, который выбран в качестве прототипа, описан способ получения 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана 3а взаимодействием пирокатехина 1 с 1,5-дихлор-3-оксапентаном 2а в токе инертного газа в среде глицерина и в присутствии карбоната калия при 145-150°С. Предварительно пирокатехин при интенсивном перемешивании обрабатывают карбонатом натрия в среде глицерина в токе инертного газа при температуре 60-80°С для получения мононатриевой соли пирокатехина (время образования соли не указано). Затем температуру реакции повышают до 145-150°С и в течение 2 часов прибавляют 1,5-дихлор-3-оксапентан 2а. Технический продукт высаживают водой, очищают путем его превращения в калиевую соль (обработка спиртового раствора 3а водным раствором КОН) с последующей ее нейтрализацией (обработка раствором НСl). Выход продукта 3а в виде моногидрата составляет 82.5%. К основным недостаткам этого метода следует отнести необходимость использования инертного газа, сложную очистку целевого продукта, а также использование гигроскопичного глицерина как органического растворителя. Кроме того, нагревание реакционной массы до 145-150°С может способствовать увеличению количества побочных продуктов.

С целью создания способа получения, который сочетал бы экологическую безопасность и возможность его промышленного использования, предлагается новый способ получения соединений 3а-с, отличающийся использованием гетерогенного катализатора - оксида кремния или оксида металла (амфотерного или основного), преимущественно наноразмерного.

Новый способ получения бис(2-гидрокси-фенил)овых эфиров олигоэтиленгликолей 3а-с осуществляют путем взаимодействия пирокатехина 1 с дихлорзамещенным олигоэтиленгликолем 2а-с в присутствии щелочного агента и катализатора - оксида кремния или оксида металла (амфотерного или основного), преимущественно наноразмерного, в среде ДМФА при одновременном добавлении хлорекса при температуре 70°С, дальнейшего нагревания реакционной массы в течение 4-6 часов при 100-105°С с последующим подкислением реакционной массы до рН 3 и высаживанием готового продукта 3а-с водой. Выходы продуктов 3а-с составляют 46.4-85.0%.

Предлагаемый способ отличается от способа-прототипа использованием гетерогенного катализатора - оксида металла или элемента, что значительно повышает хемоселективность процесса.

В работе [Изв. АН Сер. Хим., 2010, №11, с. 2068-2071] показано, что использование наноразмерных оксидов металлов значительно повышает хемоселективность реакции Вильямсона с участием ароматических альдегидов или кетонов и хлорпроизводного олигоэтиленгликоля 2а-с. Это происходит за счет особых свойств нанооксидов - развитой поверхности и наличия активных центров различной природы. Сорбция реагентов способствует их активации и прохождению реакции в нужном направлении, а также ингибированию побочных процессов [Кинетика и катализ, 2010, №4, с. 590-596]. Использование этого явления в заявляемом изобретении позволяет достичь технического результата, заключающегося в увеличении хемоселективности реакции, что выражается в увеличении выхода целевого соединения, а также значительном упрощении аппаратурного оформления процесса.

В предлагаемом способе исходный пирокатехин, так же как и в прототипе, берется в избытке 6-10%, реакция ведется в присутствии гидроксида натрия (щелочного агента), а дихлорзамещенный олигоэтиленгликоль 2а-с вводится в один прием. Основными отличиями от прототипа являются использование в качестве растворителя ДМФА и гетерогенного катализатора - оксида кремния или оксида металла (амфотерного или основного), преимущественно наноразмерного, что позволяет смягчить условия реакции - снизить температуру реакции, отказаться от использования инертного газа, а также упростить выделение и очистку целевого продукта. Реакционную массу разбавляют водой, подкисляют до рН 3, готовый продукт 3а-с отфильтровывают, промывают водой и сушат. Получают чистое соединение 3а-с в виде моногидрата с выходом 46.4-85% (2а - 85%, 2b - 62%, 2с - 46.4%). Содержание основного вещества в соединении 3а-с составляет более 99% по данным газожидкостной хроматографии. Физико-химические свойства соединения 3а-с соответствуют литературным данным. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В реактор загружают 150 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина и 8.8 г (2.20 моль) гидроксида натрия и 4.07 г (0.5 ммоль) наноразмерного ZnO, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 14.30 г (1.0 ммоль) 1,5-дихлор-3-оксапентана (β,β′-дихлорэтилового эфира) 2а, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 26.21 г чистого 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата 3а с выходом 85.0%, считая на 1,5-дихлор-3-оксапентан 2а.

Пример 2. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина и 8.8 г (2.20 моль) гидроксида натрия и 2.02 г (0.5 ммоль) наноразмерного MgO, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 14.30 г (1.0 ммоль) 1,5-дихлор-3-оксапентана 2а, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 26.21 г чистого 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата 3а с выходом 85.0%, считая на 1,5-дихлор-3-оксапентан 2а.

Пример 3. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина и 8.8 г (2.20 моль) гидроксида натрия и 1.40 г (0.5 ммоль) наноразмерного SiO₂, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 14.30 г (1.0 ммоль) 1,5-дихлор-3-оксапентана 2а, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 26.21 г чистого 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата 3а с выходом 84.8%, считая на 1,5-дихлор-3-оксапентан 2а.

Пример 4. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина, 8.8 г (2.20 моль) гидроксида натрия и 5.10 г (0.5 ммоль) наноразмерного Al₂O₃, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до завершения образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 18.70 г (1.0 ммоль) 1,8-дихлор-3,6-диоксаоктана 2b, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4-6 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 21.84 г чистого 1,8-бис(2-гидроксифенокси)-3,6-диоксаоктана моногидрата 3b с выходом 62.0%, считая на 1,8-дихлор-3,6-диоксаоктан 2b.

Пример 5. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина, 8.8 г (2.20 моль) гидроксида натрия и 7.77 г (0.5 ммоль) наноразмерного ВаО, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до завершения образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 18.70 г (1.0 ммоль) 1,8-дихлор-3,6-диоксаоктана 2b, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4-6 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 21.84 г чистого 1,8-бис(2-гидроксифенокси)-3,6-диоксаоктана моногидрата 3b с выходом 62.0%, считая на 1,8-дихлор-3,6-диоксаоктан 2b.

Пример 6. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина, 8.8 г (2,20 моль) гидроксида натрия и 2.39 г (0.5 ммоль) ТiO₂, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до завершения образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 23.10 г (1.0 ммоль) 1,11-дихлор-3,6,9-триоксаундекана 2с, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4-6 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 15.85 г чистого 1,11-бис(2-гидроксифенокси)-3,6,9-триоксаундекана моногидрата 3с с выходом 46.0%, считая на 1,11-дихлор-3,6,9-триоксаундекан 2с.

Пример 7. В реактор загружают 80 мл ДМФА, 23.56 г (2.14 ммоль) пирокатехина, 8.8 г (2,20 моль) гидроксида натрия и 3.98 г (0.5 ммоль) наноразмерного СuО, реакционную массу перемешивают при температуре 60-70°С до завершения образования мононатриевой соли пирокатехина (30 мин). После чего добавляют 23.10 г (1.0 ммоль) 1,11-дихлор-3,6,9-триоксаундекана 2с, температуру реакционной массы поднимают до 100-105°С и продолжают интенсивно перемешивать в течение 4-6 часов. Реакционную массу охлаждают, фильтруют от катализатора, разбавляют водой (300 мл), подкисляют НСl до рН 3. Выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают тремя порциями дистиллированной воды по 50 мл и сушат на воздухе. Получают 15.85 г чистого 1,11-бис(2-гидроксифенокси)-3,6,9-триоксаундекана моногидрата 3с с выходом 46.4%, считая на 1,11-дихлор-3,6,9-триоксаундекан 2с.

Способ получения бис(2-гидроксифенил)ового эфира олигоэтиленгликоля в виде моногидрата взаимодействием избытка пирокатехина с дихлорзамещенным олигоэтиленгликолем в присутствии щелочного агента в среде органического растворителя при нагревании, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют гидроксид натрия, в качестве органического растворителя - ДМФА, а процесс ведут при температуре 100-105°С в присутствии катализатора - оксида кремния или оксида металла (амфотерного или основного), преимущественно наноразмерного.