способ получения эфиров алкинилкарбоновых кислот

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭФИРОВ АЛКИНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ общей формулы

RC CCOOR,

где R - низший алкил, фенил;

R- низший алкил,

путем азаимодействия алкинов RC=CH с оксидом углерода, оксилителем, одноатомным спиртом в присутствии катализатора, содержащего хлориды палладия и меди, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют кислород, в качестве хлорида меди - ее монохлорид и процесс проводят при 11 - 26^oС, концентрациях PdCl₂ - 0,0014 - 0,0064 моль/л, CuCl - 0,2 - 0,5 моль/л и отношении PCO/PO₂ 0,67 - 2,1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии органического синтеза, а именно к способу получения эфиров алкинилкарбоновых кислот (эфиров , -ацетиленкарбоновых кислот) общей формулы RCCCOOR". Эфиры алкинилкарбоновых кислот применяются в производстве медицинских препаратов, пестицидов и других веществ, проявляющих биологическую активность. Кроме того, указанные продукты являются ценными синтонами тонкого органического синтеза.

Известен способ получения эфиров алкинилкарбоновых кислот трехстадийным способом, включающим бромирование ненасыщенных кислот, дегидробромирование 2,3-дибромкарбоновых кислот нагреванием в растворе щелочи и этерификацию

HCHBrCHBrCOOH RC CCOONa

[Абботт Синтезы органических препаратов, 1953, сб.2, с.71, 191, 520, сб.4. с.106]

Недостатками способа являются многостадийность, низкий выход целевого продукта из-за сложности выделения промежуточных соединений, высокие расходные коэффициенты по Br₂, NaOH, ненасыщенной кислоте. Способ имеет значение только как препаративный метод в лабоpатоpной практике. Известен способ получения эфиров алкинилкарбоновых кислот, заключающийся во взаимодействии алкинов с диалкилкарбонатом

RCCH+O= C RCCCOOR+ROH (Заявка Франции 2408575, 1977, кл. C 07 C 69/57). Реакцию проводят в присутствии сильных оснований (алкоголята, амидов, ацетиленидов) и образующийся спирт удаляют непрерывной отгонкой. Например, для получения PhC CCOOCH₃ нагревают смесь финилацетилена, диметилкарбоната, третбутилата калия c отгонкой метанола (65-100^оС). Получают целевой продукт с выходом 80% на фенилацетилен при производительности 0,16 моль/л ч.

Недостатками способа являются использование оснований, относительно сложная технология (температура 100^оС, ректификационная отгонка спирта) и недостаточно высокая производительность процесса по целевому продукту.

Кроме того, этот способ по сути также является многостадийным, поскольку диалкилкарбонаты в промышленности получают из спиртов и оксида углерода в достаточно жестких условиях

ROH+CO+2 Cu(OR)x (RO)₂CO+CuX+HX (x-галогенид)

[Европейская заявка N 365083, 1990, кл. C 07 C 69/96, CA 1990. V. 113. 97039]

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к изобретению является способ получения эфиров алкинилкарбоновых кислот в одну стадию взаимодействием ацетиленового соединения, оксида углерода, спирта, дихлорида меди, ацетата натрия в присутствии хлористого палладия

CH₃+2CuCl₂ RC CCOOR+

[Tsuji I. Takahashi M. Takahashi T. Tetrahedron Let. 1980, v.21, p.846] Tsuji I. Японская заявка N 56-97250, 1980, кл. C 07 C 69/00, C 07 C 67/36, РЖХ 1982, 21Н45П.

Этот способ является наиболее простым (одна стадия, мягкие условия синтеза, простое и доступное сырье) из известных и позволяет получать целевые продукты с выходом до 74% на ацетиленовое соединение и производительностью 0,035 моль/л ч. К недостаткам способа относится низкая производительность и недостаточно высокая селективность, низкая концентрация целевого продукта в конечном растворе ( 1%), невозможность организации непрерывного проведения процесса.

Целью изобретения является повышение производительности при увеличении выхода целевого продукта и упрощении технологии и создание условий для организации непрерывного процесса синтеза и увеличение концентрации целевого продукта в контактном растворе.

Поставленная цель достигается изменением окислителя и состава каталитической системы.

Суть изобретения состоит во взаимодействии алкина RC СH с оксидом углерода, одноатомным спиртом, окислителем в присутствии каталитической системы, содержащей соединения палладия и меди. Согласно изобретению в качестве окислителя используют кислород, а в качестве соединения меди ее монохлорид.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить производительность процесса до 0,3 моль/л ч при выходе на ацетилен до 87% и упростить технологию за счет исключения из числа исходных реагентов ацетата натрия и дихлорида меди, а из числа продуктов трудноотделяемой уксусной кислоты.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет получать концентрацию целевого продукта до 11 мас. в контактном растворе и осуществлять процесс непрерывно, отделяя продукт экстракцией.

Предлагаемый способ осуществляют в присутствии новой каталитической системы PdCl₂-CuCl в соответствии с уравнением (1)

RCCH+CO+ROH+(1/2)O₂ RC CCOOR+H₂O где R арил или алкил, R" алкил.

Процесс можно проводить на стандартном оборудовании реакторах "газ жидкость" (барботажные реакторы, эр-лифты с механическим перемешиванием фаз). Компоненты каталитической системы в необходимых количествах загружают в любой последовательности в реактор, перемешивают до растворения солей и начинают подавать газовую смесь оксида углерода и кислорода в нужном соотношении и ацетиленовое соединение в виде газа или жидкости. При непрерывном проведении процесса после достижения концентрации целевого продукта 7-8% часть раствора отводят из реактора для отделения продуктов экстракцией. В качестве экстрагентов используют в зависимости от природы радикала R-бензол или парафины (например, гептан). Раствор после отделения продуктов возвращают в реактор.

В случае небольшой потребности в целевом продукте более экономически целесообразной может быть периодическая схема его получения.

В этом случае процесс проводят в течение 2-3 ч, затем выделяют продукт экстракцией. Отгоняют экстрагент и перегоняют продукт.

Анализ состава газовой и жидкой фаз проводят методом ГЖХ. Продукты идентифицируют методами ИК, ЯМР (¹Н и ¹³С) и хромато-масс-спектроскопии.

Необходимо отметить, что введение кислорода в реакционную систему при осуществлении способа по прототипу не только не приводит к повышению показателей процесса, но наоборот, ведет к снижению производительности на 30% и выхода на 20% (пример 2). При этом воспроизведении условий прототипа полученные результаты соответствуют результатам, приведенным в прототипе.

Таким образом, изобретение содержит принципиально новое, не тривиальное решение, обеспечивающее существенное повышение показателей процесса.

П р и м е р 1. В стеклянный термостатируемый при 19^оС, заполненный аргоном реактор загружали 10,5 мг (5,9 10^-2 ммоль, 0,6 10^-2 моль/л) PdCl₂, 299,8 мг (3,0 ммоль, 0,3 моль/л) CuCl, заливали 10 мл метанола и перемешивали. Затем подавали в реактор смесь оксида углерода (45%) и кислорода (55%) при скорости подачи газовой смеси 15 мл/мин. Фенилацетилен подавали порциями по 50 мг по мере расходования. Поглощение оксида углерода и кислорода определяли по разности потоков этих газов на входе и выходе из реактора.

В реактор подано 9,57 ммоль PhC Ph C CH CH поглощено 201 мл (8,97 ммоль) CO и 101 мл (4,51 ммоль) O₂. По окончании опыта к контактному раствору добавили 10 мл бензола и 10 мл воды, перемешали и разделили образовавшиеся два слоя. Верхний слой содержал по данным ИК, ЯМР и хромато-масс-спектроскопии бензол, продукты карбонилирования фенилацетилена: Ph C CCOOCH₃, Ph C C __ C CPh следы CIPh C CCl и метанол. Нижний слой кроме воды содержал компоненты катализатора и метанол. После разделения слоев и разгонки органического слоя получено 7,8 ммоль Ph C CCOOCH₃ и 0,51 моль PhC C C CPh Степень превращения фенилацетилена 100% выход метилового эфира фенилпропиоловой кислоты 81,5% на фенилацетилен, производительность 0,26 моль/л ч (41 г/л ч).

П р и м е р 2. (Влияние введения кислорода в реакционную систему прототипа).

В стеклянный реактор, термостатируемый при 19^оС и заполненный аргоном загрузили 10 мг (5,6 10^-2 ммоль) PdCl₂, 270 мг (2 ммоль) CuCl₂, 16 мг (2 ммоль) NaOOCCH₃, 10 мл СН₃ОН, перемешивали 20 мин, продули реактор смесью оксида углерода 70% и кислорода (30%) и ввели 102 мг (1 ммоль) фенилацетилена. Через 3 ч поглощение газа прекратилось. Степень превращения фенилацетилена была 100% Получено по данным ГЖХ 0,54 ммоль Ph C CCOOCH₃ (86,4 мг), 0,10 ммоль PhC C C CPh (20,2 мг).

Выход метилового эфира фенилпропиоловой кислоты составил 54% а производительность 0,024 моль/л ч.

П р и м е р ы 3-11. Синтез проводят, как в примере 1 при различных загрузках PdCl₂, CuCl, температурах и соотношении оксида углерода и кислорода в газовой фазе, времени опыта и скорости подачи фенилацетилена. Объем метанола во всех опытах был 10 мл. Состав конечного раствора определяют методом ГЖХ.

П р и м е р 12. В реактор, термостатированный при 19^оС и заполненный аргоном, загружают 19 мг (5,6 10^-3 ммоль) PdCl₂, 299 мг (3,0 ммоль) CuCl и 10 мл метанола, перемешивают 30 мин и начинают пропускать газовую смесь содержащую 50% кислорода, 35% оксида углерода, 15% метилацетилена. Длительность опыта 2 ч. За это время поглощено 6,5 ммоль метилацетилена. После окончания опыта методом ГЖХ обнаружено в контактном растворе 5,0 ммоль эфира CH₃C CCOOCH₃ и 0,4 ммоль диметилдиацетилена. Выход метилового эфира метилпропиоловой кислоты и диметилдиацетилена на прореагировавший метилацетилен составляет, соответственно, 77 и 12,3% Производительность процесса по метиловому эфиру метилпропиоловой кислоты составляет 0,26 моль/л ч.