способ получения терпингидрата

Формула изобретения

1. Способ получения терпингидрата, включающий обработку -пинена или скипидара водным раствором минеральных кислот, отличающийся тем, что в качестве катализатора используется 2,5 - 40,0%-ный водный раствор хлорной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что -пинен и водный раствор хлорной кислоты берут в массовом соотношении 1 : 2, а процесс ведут в течение 6 - 7 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при 30 - 35^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения терпингидрата и может быть использовано в лесохимической, фармацевтической промышленности, в производстве душистых веществ и др.

Известно, что терпингидрат применяется как сырье для получения парфюмерного терпинеола и для приготовления лекарственных препаратов. К терпингидрату как к субстанции предъявляются высокие требования по качеству, которые регламентируются Фармакопейной Статьей РФ (ст. 659 ГФ, Х изд.).

Согласно ФС терпингидрат должен удовлетворять следующим показателям качества: внешний вид - бесцветный, прозрачный, без запаха, слабогорького вкуса; растворимость - малорастворим в воде, хлороформе, эфире и скипидаре. Трудно растворим в кипящей воде, растворим в 95% спирте, легко растворим в кипящем 95% спирте; подлинность - от прибавления к 5 мл горячего раствора (1:50) нескольких капель концентрированной серной кислоты жидкость мутнеет и приобретает ароматный запах терпинеола; температура плавления в пределах 115-117^oC; прозрачность и цветность раствора - 0,3 г препарата должны полностью растворяться в 3 мл кипящего 95% спирта, образуя прозрачный и бесцветный раствор; кислотность или щелочность - нейтральный по бромтимоловому синему; сульфатная зола - не более 0.1%; тяжелые металлы - не более 0.001%

Для получения терпингидрата используются способы, в основу которых положена кислотно-каталитическая реакция гидратация пиненов, входящих в состав скипидара, преимущественно - живичного.

Известен способ [1], по которому терпингидрат получают применяя в качестве кислотного катализатора 20%-ную HNO₃. К смеси 400 кг 20%-ной HNO₃ с 1 кг эмульгатора "альфенол-8" и 0,012 кг гидрохинона прибавляли в течение 1 часа при температуре 25-30^oC и интенсивном 1 перемешивании 120 кг 96%-ного -пинена, предварительно промытого 10 кг 2%-ного водного р-ра NaHSO₃. Смесь перемешивали 36 ч при 30 - 35^oC, осадок отделяли на центрифуге, промывали водой до нейтральной реакции, сушили при 35^oC и получили 110 кг терпингидрата с т.пл. 113 - 115^oC.

Однако данный способ не обеспечивает получения продукта требуемого состава и качества. Кроме того, процесс достаточно длителен и требует добавок эмульгатора, гидрохинона, а также предварительной промывки -пинена.

Все другие известные способы относятся к сернокислотным методам получения терпингидрата [2-4] . Согласно одному из них [2], в освинцованный или красномедный аппарат, снабженный мешалкой (250-300 об/мин) и змеевиками для подачи охлаждающего рассола от холодильной установки, загружали 150 кг 65%-ной H₂SO₄ и, охладив ее до температуры -10^oC - -15^oC, постепенно приливали 100 кг скипидара, поддерживая температуру реакционной смеси не выше - 5^oC. Когда весь скипидар прилит, для чего требуется около 3-6 часов, смесь перемешивали еще 0.5-1 ч, затем прибавляли столько льда, чтобы довести концентрацию серной кислоты до 45%. При этом выделялась основная масса непрореагировавшего скипидара, который отделяли, а нижний слой спускали в кристаллизаторы, в которые налито достаточно воды для того, чтобы довести концентрацию серной кислоты до 25%. Полное выделение терпингидрата достигалось при стоянии реакционной массы в кристаллизаторах в течение 24 часов. Выделившийся терпингидрат нейтрализовали, промывали и центрифугировали. Выход терпингидрата достигал 45-55% от массы взятого скипидара. При этом качество полученного продукта не указано.

Данный известный способ обладает существенными недостатками, главными из которых являются высокие расходы сырья (скипидара) и вспомогательных материалов (серной кислоты). Способ требует больших затрат времени, использования холодильного оборудования и сопряжен со значительными экологическими и техническими трудностями (неутилизируемые сточные воды, коррозия оборудования).

Известен также способ [3] получения терпингидрата с использованием в качестве гидратирующего агента смеси серной и паратолуолсульфокислоты. В гидрататор - деревянный чан, снабженный мешалкой (450-500 об/мин), свинцовым змеевиком для охлаждения водой, термометром и нижним спуском, загружали: 900 л 31%-ной серной кислоты, 300 л 45,3%-ного водного раствора паратолуолсульфокислоты и такое количество скипидара, чтобы содержание пиненов в нем составляло 360 кг. Реакционную смесь перемешивали в течение 24 часов. Температурный режим 25-28^oC. По окончании реакции реакционную смесь переносили на нутчфильтр, где отсасывали терпингидрат, нейтрализовали его содой и передавали на обесскипидаривание. Фильтрат, представляющий собой смесь отработанной серной и паратолуолсульфоновой кислоты скипидара, поступал в разделитель. Кислотный слой возвращался в гидрататор, где используется для новой операции. Скипидар поступал на склад для реализации в качестве растворителя и флотоагента. Выход терпингидрата составлял 50-60% (а в лабораторных опытах до 85%), считая на загруженное количество пиненов.

Однако и данный способ имеет высокую продолжительность. Кроме того, необходим большой избыток водно-кислотной смеси по отношению к скипидару (около 3: 1 по объему), что уменьшает выход целевого продукта на реакторооборот. Не указана также возможность получения терпингидрата требуемого качества.

Наиболее близким по достигаемому выходу терпингидрата в сочетании с его высокими качественными показателями является известный способ [4] (прототип), где в качестве гидратирующего агента использовали 50%-ный водный раствор H₂SO₄. К 300 г 50%-ной H₂SO₄ при температуре около 0^oC добавляли 100 -пинена и 1,5 г Ag₂SO₄, перемешивали 5 часов и после нейтрализации содой получали 104,9 г терпингидрата и 6,7 г непрореагировавшего -пинена. После перекристаллизации из спирта терпингидрат имел температуру плавления 115-116^oC. В отсутствие Ag₂SO₄ гидратация -пинена в тех же условиях приводила к образованию терпингидрата с выходом всего лишь около 22% от загруженного -пинена и для возрастания выхода терпингидрата до 88% продолжительность процесса увеличивали с 5 часов до 15.

Однако и данный способ не лишен недостатков, главным из которых является то, что в нем используется значительное количество гидратирующего агента - серной кислоты (отношение по массе к -пинену 3:1). Кроме того, способ достаточно продолжителен и требует использования специального оборудования, обеспечивающего поддержание низкой, близкой к 0^oC температуры, а также добавок соли, содержащей серебро, и, следовательно, подлежащей специальной переработке по окончании процесса гидратации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности процесса получения терпингидрата и выхода продукта с заданными составом и свойствами.

Решение задачи достигается тем, что в качестве катализатора используется 2,5-40%-ный водный раствор хлорной кислоты (HClO₄). При массовом отношении -пинена к раствору кислоты, равном 1:2, и температуре процесса 30-35^oC в течение 6-7 часов получают терпингидрат требуемого качества, выделяя его общепринятым методом - перекристаллизацией, а выход субстанции составляет не ниже 68% от исходного -пинена.

Ниже следуют примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ.

Пример 1.

В реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 200 г 26,5%-ного водного раствора хлорной кислоты и при температуре (332)^oC и постоянном перемешивании добавляют 100 г -пинена (массовая доля -пинена 95%). Смесь тщательно перемешивают в течение 6 часов при этой же температуре. Затем выключают мешалку и отфильтровывают образовавшийся терпингидрат, нейтрализуют его 34 г 10%-ного водного раствора NaOH, промывают 53 г воды. Получают 86 г терпингидрата-сырца, выход 90% (от -пинена).

После перекристаллизации из изопропанола получают 68,5 г терпингидрата (выход 72% от -пинена) со следующими физико-химическими показателями: внешний вид - бесцветные прозрачные кристаллы без запаха, слабогорького вкуса; растворимость - малорастворим в воде, хлороформе и скипидаре эфире. Трудно растворим в кипящей воде, растворим в 95% спирте, легко растворим в кипящем 95% спирте; подлинность - от прибавления к 5 мл горячего раствора (1:50) нескольких капель концентрированной серной кислоты жидкость мутнеет и приобретает ароматный запах терпинеола; массовая доля основного вещества - 99%; температура плавления - 116,5^oC; прозрачность и цветность раствора - 0,3 г препарата полностью растворяются в 3 мл кипящего 95% спирта, образуя прозрачный и бесцветный раствор; кислотность или щелочность - нейтральный по бромтимоловому синему; сульфатная зола - 0,05%; тяжелые металлы - 0,0001%,

Пример 2.

В реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 200 г 25,5%-ного водного раствора хлорной кислоты и при температуре (332)^oC и постоянном перемешивании добавляют 100 г -пинена (массовая доля -пинена 95%). Смесь тщательно перемешивают в течение 6 часов при этой же температуре. Затем выключают мешалку и отфильтровывают образовавшийся терпингидрат, нейтрализуют его 34 г 10%-ного водного раствора NaOH, промывают 53 г воды. Получают 81 г терпингидрата-сырца, выход 85% (от -пинена).

После перекристаллизации из изопропанола получают 64,5 г терпингидрата (выход 68% от -пинена) с физико-химическими показателями такими же, как в примере 1.

Пример 3.

В реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 200 г 28%-ного водного раствора хлорной кислоты и при температуре (332)^oC и постоянном перемешивании добавляют 100 г -пинена (массовая доля -пинена 95%). Смесь тщательно перемешивают в течение 6 часов при этой же температуре. Затем выключают мешалку и отфильтровывают образовавшийся терпингидрат, нейтрализуют его 34 г 10%-ного водного раствора NaOH, промывают 53 г воды. Получают 81 г терпингидрата-сырца, выход 85% (от -пинена).

После перекристаллизации из изопропанола получают 64,5 г терпингидрата (выход 68% от -пинена) с физико-химическими показателями такими же, как в примере 1.

Как видно из приведенных примеров 1-3, показатели качества выделенного терпингидрата полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым Государственной Фармакопеей РФ к субстанции терпингидрата.

Аналогичным образом процесс вели и в других примерах. При этом изменяли концентрацию хлорной кислоты, температуру ведения процесса, его продолжительность, а также массовое соотношение -пинен: раствор хлорной кислоты.

Результаты примеров сведены в таблицу.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ в заявленных пределах обеспечивает получение терпингидрата требуемого качества с выходом 68-72% (примеры 1-3).

Примеры 4; 5; 6; 7; 14 и 15 показывают, что во всем диапазоне концентраций хлорной кислоты от 2,5-40% происходит образование терпингидрата. Отношение массы -пинена к водному раствору хлорной кислоты как 1:2 и ведение процесса в течение 6-7 часов увеличивает выход терпингидрата (примеры 1-7; 10-11).

Уменьшение массы катализатора ниже заявленного предела ведет к снижению выхода целевого продукта (пример 8). Увеличение же массы катализатора не оказывает влияния на выход терпингидрата (пример 9), однако использование количества катализатора выше заявленного предела нецелесообразно из-за экономических соображений.

Повышение температуры выше заявленного предела приводит к снижению выхода терпингидрата (пример 10). В случае понижения температуры процесса относительно заявленного предела выход целевого продукта также значительно уменьшается (пример 11).

Оптимальная продолжительность ведения процесса составляет 6-7 часов. При меньшей длительности реакции выход целевого продукта невысок (пример 12). Увеличение продолжительности процесса выше заявленного предела не оказывает влияния на выход терпингидрата (пример 13) и также нецелесообразно из экономических соображений.

Ведение процесса при температуре 30-35^oC является оптимальным и выход продукта высокий (примеры 1-7).

Таким образом, предлагаемый способ получения терпингидрата в заявленных пределах обеспечивает получение продукта требуемого качества с выходом не ниже 68%.

Преимущество данного способа состоит в том, что применение в качестве катализатора 2,5-40%-ного водного раствора HClO₄ позволяет получить терпингидрат при сравнительно низком расходе катализатора. Процесс не требует добавок специальных активаторов. Остающийся в маточном растворе после перекристаллизации продукт может быть использован для получения монотерпеновых спиртов технического назначения. Возможность многократного использования раствора катализатора позволяет осуществлять процесс с минимальным образованием сточных вод (только на стадии нейтрализации и промывки терпингидрата). Все эти обстоятельства позволяют организовать практически безотходный процесс получения терпингидрата из -пинена, живичного или очищенного от серы сульфатного скипидаров.

Реализация предлагаемого способа не требует использования нестандартного оборудования и легко может быть осуществлена в промышленных условиях.

Источники информации

(1). Пат. 127765 (1975). ПНР // РЖ Хим. 1978. 9Р463 П.

(2). Шумейко А. //ЖПХ. 1930. С. 541

(3). Исагулянц В. И. Синтетические душистые вещества. Ереван; Изд. АН Армянской ССР, 1947 г. С. 162-163

(4). Пат. 1168 (1950). Япония //С.А. 1953. 2211.