Способ получения алифатических -кетокислот

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕИИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030379 (21) 2599419/23-04

«i>789504

К„з

С 07 С 59/347

С 07 С 51/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2>1280, Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 30. 12. 80 (53) УДК 547.484. .2.07(088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Подгорнова, М. С. Русакова, Т. Г. Г рохОвак- и тБ.-Ф. Уста

1I

r йа .

1 г исполинский политехнический институт : ., ( иков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ

® -КЕТОКИСЛОТ

Изобретение относится к органическому синтезу, а именно к способу получения алифатических о -кетокислот, которые находят применение в фармацевтической, пищевой промышленностях и в промышленности основного оргайического синтеза для получения растворителей, эмульгаторов, пластификаторов и аминокислот.

Известны способы получения О -кетокислот окислением оксикислот водным раствором марганцевокислого калия (1), окислением соответствующего метилкетона (.23, и окислением оксикарбамидов p) .

Однако данные способы получения

О -кетокислот представляют в основном теоретический интерес.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения алифатических о" -кетокислот, например о -кетооктановой кислоты, путем взаимодействия соответствующей оь -нитратокислоты с водным раствором щелочи 15Ú-ной концентрации при 80-1000С с последующим выделением 0ь -кетокислоты в виде натриевой соли, которую отделяют фильтрованием, после чего соль подкисляют сильной минеральной кислотой и выделенную кислоту очищают от раствора минеральной соли. Выход с6 -кетооктановой кислоты составляет 771 (4) .

5 Недостатками известного способа являются невысокий выход целевого продукта, а также многостадийность процесса. При этом способ, проводимый в жестких условиях, не позволяет получать низшие + -кетокислоты.

Цель изобретения — повышение выхода целевого продукта, а также упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения алифатических N -Keno>

20 ющим подкислением гидролиэата до рН 3-7 сильной минеральной кислотой и выделением N -кетокислоты в

4-камерном электролизере с ионообменными диафрагмами при 20-25оС силе тока 0,4-0,5 А и напряжении между платиновыми электродами 5-7 В.

Исходные СХ -нитратокислоты получают взаимодействием Q -олефинов с жидкой четырехокисью азота в одну

39 стадию. Выход составляет 60-90 мол.В.

789504

Увеличение выхода целевых продуктов достигают эа счет изменения условий гидролиэа соответствующих 0 -° нитратокислот и принципиального изменения способа выделения о -кетокислот.

Выход целевого продукта на стадии гидролиза зависит от строения о -нитратокислоты, температуры и концентрации щелочи. Уменьшение концентрации сильной щелочи до 4-11 вес.% и снижение температуры до 40-70оС сокращает долю вторичных реакций при получении о -кетокислот (их конденсацию), позволяет синтезировать С—

СВ о4 -кетокислоты с выходом 70 85 мол.%. В предлагаемом способе на стадии выделения при проведении электро диализа в укаэанных условиях сохраняется 90-98% с6 -кетокислоты, загруженной в электролиэер.

Пример 1. N -Кетопропионовая (пировиноградная) кислота.

В реакционную колбу загружают

200 мл (3,2 моль) жидкой четырехокиси азота. ГазообразнЫй пралилен при

10-15 С вводят в реактор в течение

4 ч. Всего пропускают 0,5 моль пропилена (концентрация пропилена 94,6%, пропана 0,65% бутиленов 4,7%). Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20 C. Получают 86 г реакционной массы, содержащей 80 масс.% сС -нитратопропионовой кислоты, определяемой полярографически (Е р=0,65 В, где Е 2 — потенциал .полуволны, фон: универсальная буферная смесь Бритона-Робинсона рН 11+1М КС1).

Масло 24 г, содержащее 0,14 моль оС -нитратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 450 мл водного

1 н. раствора гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 60 С в течение часа. После охлаждения до комнатной температуры к продукту гидролиза, содержащему 12,4 r калиевой соли с6 -кетопропионовой кислоты (выход 70% мол.%), добавляют мочевину (для разрушения нитрита калия или натрия). Концентрированной соляной кислотой подкисляют раствор до рН 3. РН раствора определяется рК о6 -кетокислоты.

120 r водного раствора, содержащего 3 r Ф -кетопропионовой кислоты, заливают в предкатодную камеру четырехкамерного электролизера. В ячейку с катодом, отделенную катионообменной диафрагмой, помещают 1%-ный водный раствор гидроокиси калия, в анодную и преданодные камеры, разделенные анионообменными диафрагмами, заливают 1%-ный водный раствор соляной кислоты. Электродиалиэ проводят при 25ЦС и силе тока 0,4-0,5 А °

Напряжение между платиновыми электродами 5-7 В. В катодной камере концентрируется гидроокись калия, в анодном пространстве — минеральная кислота.

Из предкатодной камеры выгружают

2,7 г Ф -кетопропионовой кислоты в виде водного раствора. На стадии выделения сохраняется 90% cv -кетокислоты, загруженной в электролизер.

Е„ =1,44 В для <х -кетокислоты. T.ëë:

2,4-динитрофенилгидразона-с -кетопропионовой кислоты 217,5 С (из спирта). g Литературные данные (2): т. пл.

2,4-ДНФГ-пировиноградной кислоты

218 С.

Пример 2. с -Кетомасляная кислота.

Аналогично примеру 1 получают о -нитратомасляную кислоту пропусканием газообразного сС -бутилена в жидкую четырехокись азота. Остаток после удаления четырехокиси азота, содержащей 76% с6 -нитратомасляной

26 кислоты (Е ю=0,67 В), промывают водой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собирают фракцию Ы -нитратомасляной кислоты при 100-103 С и давлении 3 мм рт.ст.

25 г С -нитратомасляной кислоты (0,17 моль) смешивают на холоде с

430 мл 1 н. водного раствора гидроокиси натрия. Смесь загружают в реактор, термостатируют при 70 С в течение 3 ч. Получают 16,8 г натриевой соли QC кетобутановой кислоты (выход 80 мол.%) в виде водного ра5 створа. После охлаждения до 25 С а продукт гидролиэа подкисляют концентрированной соляной кислотой до рН 3 в присутствии мочевины. Водный раствор a(-кетомасляной кислоты подвергают электродиализу аналогично примеру 1. Из предкатодной камеры выгружают О -кетомасляную кислоту

40 в виде 5%-ного водного раствора. Полярографическим анализом показано, что сохраняется 95% от загруженной в электролизер Ф -кетомасляной кислоты. Ещ =1,46 В для Ы -кетомасляной

4 кислоты. Т, пл. семикарбазона С -кетомасляной кислоты (иэ ацетона) 21(PC.

Литературные данные f2): т. пл. семикарбазона 210 С.

Пример 3. с6 -Кетовалери р ановая кислота.

Аналогично примеру 1 получают

Ы -нитратовалериановую кислоту пропусканием газообразного пентена-1 в жидкую четырехокись азота. Остаток после удаления избыточной четырехокиси азота, содержащий 70% О -нитратовалериановой кислоты, промывают водой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собирают фракцию N -нитратовалериановой кис44 лоты при 116-118 C и давлении 3 мм рт. ст., которую используют для получения с -кетовалериановой кислоты. 28 г оС -нитратовалериановой кислоты (0,17 моль} смешивают на холо$5 де с 430 мл 1 н. водного раствора

789504 гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 70 С в течение 3 ч. Продукт гидролиза содержит 21,6 г (выход 80 мол.Ъ) калиевой соли Ф -нитратовалериановой кислоты, определяемой полярографически (Ещ=-1,46 В). Очистку раствора 0С -кетовалериановой кислоты электродиализом ведут аналогично примеру 1. Т. пл. семикарбазона этилового эфира 0 -кетовалериановой кислоты

139 С (из бензола). 10

Литературные данные Т23 : т. пл. семикарбазона этилового эфира Ф -кетовалериановой кислоты.139-140 С.

Пример 4. с6 -Кетогексановая кислота. . 15

В колбу помещают 220 мл (3,37 моль) жидкой четырехокиси азота и при

5-15 С, перемешивая, прибавляют 88 мл

О гексена-1 (0,71 моль). Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой 29 воздуха при 18-20 С. Получают 126 r реакционной массы, содержащей 70% ф -нитратогексановой кислоты, определяемой полярографически (Е у-0,47 В)

После отмывки захоложенной до +3 С водой от азотной, щавелевой кислот и других водорастворимых продуктов,. сушки над прокаленным сернокислым натрием техническую о -нитратогексановую кислоту перегоняют в вакууме. Собирают фракцию ф -нитратокислоты при 117-118 С и остаточном давлении 3 мм рт. ст. 17,7 г (0,1 моль)

0(-нитратогексановой кислоты вводят в 125 мл 2 н. раствора гидроокиси калия при 0-5 С. Нагревают получен0 ную смесь до 60 С и выдерживают при этой температуре 4,5 ч. После охлаждения до 25 С продукт гидролиза, содержащий 13,.4 r (выход 80 мол.Ъ) калиевой соли ОБ -кетогексановой кисло- 49, ты, подкисляют до рН 7.

Полученный водный раствор ф -кетогексановой кислоты загружают в предкатодную камеру 4-камерного электролизера. Аналогично примеру 1 в анодную камеру заливают 1В-ный водный раствор соляной кислоты, в катодное пространство — 1%-ный водный раствор гидроокиси калия, в преданодную камеру — 2Ъ-ный водный раствор соляной кислоты с добавлением мочевины. К платиновым электродам подается напряжение 5-7 В, ток 0,4-0,5 A. (Ф -Кетогексановую кислоту собирают в преданодной камере. Уходящий из предкатодной камеры через анионообменнуо диафрагму нитрит-ион в преданодной камере разрушается в присутствии мочевины. Содержимое преданодной камеры упаривают в вакууме.

О -Кетогексановую кислоту после сушки над прокаленным сернокислым натрием перегоняют при 63 5 С и давлении 4 мм рт. ст. Т. пл. Ф -кетогексановой кислоты 7,5 С (из гептана). 65

Литературные данные 2 : т. пл. кетогексановой кислоты 7-8оС.

Е д=1,46 В для C -кетогексановой кислоты.

Пример 5. Ы -Кетогексановая кислота.

Аналогично примеру 4 получают о нитратогексановую кислоту. После удаления избыточной четырехокиси азота масло нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 0-5 С. Отделяют органичесО кий слой, включающий нитросоедине- ния. К 70 мл раствора, содержащего

0,1 моль калиевой соли о -нитратогексановой кислоты, приливают 75 мл

2 н. раствора гидроокиси калия ° Полученный раствор нагревают до 60 С и выдерживают при этой температуре

4,5 ч. Раствор, содержащий 13,4 г (выход 80%) калиевой соли Ф -кетогексановой кислоты, после подкисления до рН 7 подвергают электродиализу аналогично примеру 4.

Пример 6.о -Кетогептановая кислота.

В колбу помещают 160 мл (2,58 моль) жидкой четырехокиси азота и при

0,5 С, перемешивая, прибавляют 60 мл (0,43 моль) гептена-1. Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 25-ЗООС. Получают

80 г смеси, содержащей 60Ъ С -нитратогептановой кислоты, определяемой полярографически (Е р=0,435 В). Смесь нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 0-5 С.

Отделяют органический слой, включающий нитросоединения. К 70 мл раствора, содержащего 0,1 моль калиевой соли 0 -нитратогептановой кислоты; приливают 7.5 мл 2 н. раствора гидроокиси калия. Раствор нагревают до

70 С и выдерживают при этой температуре 3,5 ч. Получают 15,5 г (выход

83 мол.%) калиевой соли о -кетогептановой кислоты. Очистку раствора

cd -кетогептановой кислоты проводят аналогично примеру 4. Т. пл. о -кетогептановой кислоты 29 С (из гептана), Ещ =1,46 В.

Литературные данные j2): т.пл.

С6 -кетогептановой кислоты 29-30 С.

О

Пример 7. Cd -Кетооктановая кислота.

В колбу помещают 150 мл (2,43моль) жидкой четырехокиси азота и при

10-15 С, перемешивая, прибавляют

67 мл (0,42 моль) октена-1. Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20ОС. Получают 96 г смеси, содержащей 60 масс.Ъ

g6 †. нитратооктановой кислоты, определяемой полярографически (Е ц=

=-0,375 В). Смесь нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 30С. Отделяют органический слой, включающий нитросоединения. К 70 мл раствора, содерйаще789504

Составитель Е.уткина

Редактор И.Михеева Техред Е.Гаврилешко . Корректор H.Швыдкая

Заказ 8972 25 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ro 0,1 моль калиевой соли о- -нитра тооктановой кислоты, приливают 75 мл

2 н. раствора гидроокиси калия. Полу-. ченный раствор нагревают до 70 С и выдерживают при этой температуре

3,5 ч. После охлаждения до 25оС продукт гидролиза, содержащий 16,7 r калиевой соли с6 -кетооктановой кислоты (выход 85 мол.%) подкисляют до рН 7. Раствор соли Ф -кетооктановой кислоты загружают в предкатодную камеру 4-камерного электролизера. Условия электродиализа аналогичны примеру 4. Из преданодной каМеры выгружают 13,2 г и -кетооктановой кислоты. На стадии выделения сохраняется 98 мол.% Q-кетооктановой кислоты, загруженной в электролизер.

E t1=1 46 В для Ы -кетооктановой кислоты. Т. пл. С6 -кетооктановой кислоты 32 С т. пл. 2 4-ДНФГ-Ф -кетоок-I тановой кислоты 135,5 С.(из спирта).

Литературные данные 2 : т. пл.

0 -кетооктановой кислоты 32ОС, т.пл.

2,4-ДНФГ-С6 -кетоокта овой кислоты

136,5-137,5 С.

Суммарный выходОб -кетооктановой кислоты 83 мол.%.

Пример 8. С6 -Кетопропионовая кислота.

32 r масла, полученного по приме- у ру 1 и содержащего 0,19 моль Ф -нит- ратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 200 мл 2 н. раствора гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 40 С в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры к продукту гидролиза, содержащему 14,4 г (вцход

60 мол.Ъ) калиевой соли о -кетопропионовой кислоты, добавляют мочевину. Концентрированной соляной кисло- 4О той подкисляют раствор до рН 3. Выделенке Ф -кетопропионовой кислоты иэ раствора проводят аналогично примеру 1.

Упрощение процесса, повышение выхода целевых продуктов достигается благодаря сокращению числа операций на стадии выделения сМ -кетокислот.

Предлагаемый способ, проводимый при 40-700С и в присутствии 1-2 н. щелочи, позволяет получать низшие

С -кетокарбоновые кислоты, например пировиноградную или О -кетомасляную.

ФормУла изобретения

Способ получения алифатических

Ж -кетокислот C3-Cg путем взаимодействия соответствующей Ф -нитратокислоты с водным раствором щелочи при нагревании с последующим выделением целевого продукта из реакционной массы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта-и упрощения процесса, используют 1-2 н. раствор щелочи, процесс проводят при 40-70ОС с выделением целевого продукта путем под-. кисления реакционной массы до рН 37, с последующим электродиализом в четырехкамерном электролизере с ,ионообменными диафрагмами при 2025 С, силе тока 0,4-0,5 A и напряжении между платиновыми электродами

5-7 В.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР 9 176288, кл. С 07 С 59/32, 1964.

2. Патент Франции Р 2276283, кл. С 07 С 65/20, опублик. 1976.

3. Патент Франции Р 2127265, кл. С 07 С 51/00, опублик. 1972., 4. Патент ФРГ М 1618621, кл. 120 О 15, опублик. 1971 (прототип).