способ получения 1-алкокси-1-фенилэтанов

Формула изобретения

Способ получения 1-алкокси-1-фенилэтанов формулы I



где R=СН₃, С₂Н₅ , n-С₃Н₇, n-С₄Н₉, n-С₅Н₁₁, n-С₆Н₁₃, n-С₇Н₁₅, n-С₈Н₁₇,

каталитическим взаимодействием стирола со спиртами нормального строения ROH, где R - такое же, как указано выше, при температуре 80-120°С, отличающийся тем, что реакцию проводят в присутствии цеолитсодержащего катализатора, полученного формованием цеолита Y в Н-форме с аморфным алюмосиликатом со структурой каолина в соотношении 70:30 (мас.), при мольном соотношении стирол:спирт=1:1-3 и количестве катализатора 5-10 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 1-алкокси-1-фенилэтанов общей формулы I:

где R=СН₃, С₂Н ₅, n-С₃Н₇, n-С₄Н₉ , n-С₅Н₁₁ n-С₆Н₁₃ , n-С₇Н₁₅, n-С₈Н₁₇ .

Соединения ArCH(CH₃)OR (где R, например, алкил-, алкенил-, арил-, алкарил- и циклоалифатическая группа) обладают высокой термической стабильностью и могут быть использованы в качестве пластифицирующих агентов в хлорсодержащих полимерах [Пат. США № 2575444]. Эфиры I (где R=СН₃, С₂Н ₅) предложено применять в качестве компонента катализаторов в процессах полимеризации и соолигомеризации олефинов [Пат. США № 4762898]. Установлено, что 1-этокси-1-фенилэтан более эффективен, чем хлорбензолы, в качестве инсектицида для защиты от моли [Пат. Японии № 57062202].

В работах [H.C.Brown, J.T.Kurek, M.H.Rei, K.L.Thomson // J.Org.Chem. 1984. 49. 2551-2557; H.C.Brown, J.T.Kurek, M.H.Rei, K.L.Thomson // J.Org.Chem. 1985. 50. 1171-1174] описано получение 1-алкокси-1-фенилэтанов реакцией алкоксимеркурирования-демеркурирования стирола в спиртах ROH (где R=Me, Et, i-Pr, t-Bu). Алкоксимеркурирование осуществляется различными ртутными солями

(Hg(OAc) ₂, Hg(CF₃COO)₂, Hg(NO₃ )₂ и др.) при 22°С. Последующее демеркурирование проводят in situ щелочным раствором NaBH₄:

Конверсия стирола максимальна в случае взаимодействия с метиловым спиртом (до 99%); с изопропиловым и трет-бутиловым спиртами конверсия стирола ниже и составляет 40-90%, кроме того, наряду с эфиром образуется спирт АrСН(СН ₃)ОН.

Недостатками этого способа является многостадийность, использование в качестве катализатора высокотоксичных солей ртути. Кроме того, процесс проводят с использованием больших количеств щелочи (NaOH), в результате чего образуются значительные объемы стоков.

В патенте [Пат. США № 2248518] описано получение 1-алкокси-1-фенилэтанов взаимодействием стирола со спиртами в присутствии кислот (H₂SО ₄, НСlO₄, СlСН₂СООН) в растворе изопропилбензола:

где R=СН₃, С₂ Н₅, i-C₃H₇, n-С₄Н ₉.

Реакцию проводят при температуре от 50 до 150°С в автоклаве (в случае метанола и этанола) или в колбе. Концентрация катализатора составляет не более 5%, время реакции 6-10 часов. Сложность осуществления данной реакции состоит в том, что в присутствии кислотных катализаторов с высокой скоростью протекает олигомеризация стирола. Авторы отмечают, что параллельно с эфирами образуется значительное количество олигомеров стирола. Для уменьшения выхода олигомеров предложено использовать ингибитор полимеризации - пирогаллол. Конверсия стирола составляет 50-90%, выходы эфиров 60-80%.

К недостаткам способа относится: невысокие выходы эфиров; необходимость стадий нейтрализации кислотного катализатора, отмывки и осушки реакционной массы; использование растворителя, который необходимо регенерировать по окончании реакции; большая длительность реакции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является описанный в [S.P.Verevkin, A.Heintz // J.Chem.Eng.Data. - 2001. - 46. - № 4. - Р.984-990] способ получения алкил-фенилэтиловых эфиров взаимодействием стирола со спиртами нормального строения - метиловым, этиловым, пропиловым, бутиловым - в присутствии катионообменной смолы Amberlyst-15 в Н-форме. Реакцию проводили в жидкой фазе при температурах 70-150°С, количество катализатора составляет 10 мас.%. В опытах с максимальным выходом эфира (77-87 мол.%) конверсия стирола составляла 78-87 мол.%.

К недостаткам этого способа можно отнести недостаточно высокую активность катализатора в реакции получения эфиров стирола. Кроме того, известна низкая термическая стабильность катионообменных смол при повышенных температурах (120-150°С).

Задачей настоящего изобретения является увеличение выхода 1-алкокси-1-фенилэтанов.

Это достигается тем, что способ получения 1-алкокси-1-фенилэтанов формулы C₆H₅CH(CH₃)OR (R=СН ₃, С₂Н₅, n-С₃Н₇ , n-С₄Н₉, n-С₅Н₁₁ , n-С₆Н₁₃, n-С₇Н₁₅ , n-C₈H₁₇) взаимодействием стирола со спиртами нормального строения ROH (R=СН₃, С₂Н ₅, n-С₃Н₇, n-С₄Н₉ , n-С₅Н₁₁, n-C₆H₁₃ , n-C₇H₁₅, n-С₈Н₁₇ ) в присутствии кислотных катализаторов осуществляют, согласно изобретению, в присутствии цеолитсодержащего катализатора, полученного формованием цеолита Y в Н-форме с аморфным алюмосиликатом со структурой каолина в соотношении 70:30 (маc). Реакцию проводят при мольном соотношении стирол:спирт 1:1-3, температуре 80-120°С и количестве катализатора 5-10 маc.% (в расчете на реакционную смесь).

После окончания реакции катализатор отделяют фильтрованием. Его можно использовать многократно без потери активности. Полученные 1-алкокси-1-фенилэтаны выделяют из реакционной массы вакуумной перегонкой.

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что взаимодействие стирола с н-спиртами проводят в присутствии цеолитсодержащего катализатора, полученного формованием цеолита Y в Н-форме с аморфным алюмосиликатом со структурой каолина в соотношении 70:30 (мас.). Процесс этерификации осуществляют при мольном соотношении стирол:спирт 1:1-3, температуре 80-120°С и количестве катализатора 5-10 маc.% (в расчете на реакционную смесь). Конверсия стирола составляет 78,7-92,8 мол.%, селективность образования 1-алкокси-1-фенилэтанов - 90,1-100 мол.%, димеров стирола - 0-9,9 мол.%.

В указанных условиях олигомеры стирола или вообще не образуются, или присутствуют в небольших количествах (не более 9,9 мол.%). Максимальная степень олигомеризации стирола (n) составляет 2. Тримеры и более высокомолекулярные соединения отсутствуют.

Можно отметить, что несмотря на уменьшение концентрации активного компонента (цеолита Y) в катализаторе при его формовании с аморфным алюмосиликатом активность и селективность катализатора не только не уменьшаются (по сравнению с цеолитом Y), но даже возрастают.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Цеолитсодержащий катализатор готовили формованием цеолита Y в H-форме с аморфным алюмосиликатом со структурой каолина в соотношении 70:30 (мас.). Образцы цеолита Y (мольное соотношение SiO₂/Al ₂O₃=4,8; 5,1; 5,5), использованные для приготовления катализатора, синтезировали в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Кроме того, синтезировали образец цеолита Y с SiO₂ /Al₂O₃=6,0 по методике, приведенной в [Пат. 2090502 РФ, 1997]. Образцы NaY двух(трех)-кратным декатионированием переводили в NH₄-форму, а затем последующим прокаливанием при 540°С в Н-форму. Степень обмена Na⁺ на Н ⁺ составляла 80-97%. Перед опытами катализатор прокаливают в атмосфере воздуха при 540°С в течение 4 ч. Взаимодействие стирола со спиртами проводят в термостатированных металлических автоклавах или стеклянных реакторах. В автоклав (колбу) загружают стирол и спирт в мольном соотношении 1:1-3, 5-10 мас.% катализатора (на реакционную массу). Реакцию проводят при постоянном перемешивании при температуре 80-120°С в течение 2-4 ч. После окончания реакции фильтрованием отделяют катализатор. Реакционную массу разгоняют в вакууме. Анализ реакционной массы и продуктов осуществляют методом ГЖХ на хроматографе марки HRGS 5300 Mega Series "Carlo Erba" с пламенно-ионизационным детектором (капиллярная колонка 25 м, фаза SE-30, программирование температуры от 50 до 280°С со скоростью подъема 8°С/мин, температура детектора 250°С, температура испарителя 300°С, газ-носитель - гелий, 30 мл/мин).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами (таблица).

ПРИМЕР 1. В автоклав загружают 5,7 мл (0,05 моль) стирола и 5,7 мл 4,0 мл (0,10 моль) метилового спирта, 0,84 г катализатора (мольное соотношение SiO₂ /Al₂O₃ в цеолите Y составляет 6,0). Автоклав помещают в термостат. Реакцию проводят при постоянном перемешивании при температуре 110°С в течение 3 ч. Реакционную массу отфильтровывают от катализатора и разделяют вакуумной разгонкой. Получают 5,2 г продукта I (R=СН₃). Конверсия стирола составляет 78,7 мол.%, димеры стирола отсутствуют, селективность по 1-метокси-1-фенилэтану - 100% (т.кип. 78,6°С/50 мм рт.ст.; спектр ЯМР ¹ Н ( , м.д.):1.36 (d, 3, СН₃), 3.18 (s, 3, ОСН ₃), 4.17 (q, 1, СН), 7.3 (m, 5, АrН); спектр ЯМР ¹³ С ( , м.д.): 19.00 (С-10), 55.67 (С-9), 69.00 (С-7), 125.51-127.32 (С-2-6), 144.05 (С-1)).

ПРИМЕР 2. В термостатируемую колбу загружают 5,7 мл (0,05 моль) стирола и 9,1 мл (0,10 моль) бутилового спирта, 1,26 г катализатора (мольное соотношение SiO ₂/Al₂O₃ в цеолите Y составляет 6,0). Реакцию проводят при постоянном перемешивании при температуре 110°С в течение 2 ч. Реакционную массу отфильтровывают от катализатора и разделяют вакуумной разгонкой. Получают 8,1 г продукта I (R=n-С₄Н₉). Конверсия стирола составляет 92,5 мол.%, селективность по 1-бутокси-1-фенилэтану - 96,3% (т.кип. 95,1°С/10 мм рт.ст.; спектр ЯМР ¹ Н ( , м.д.): 0.86 (t, 3, СН₃), 1.33 (m, 2, СН ₂), 1.35 (т, 2, СН2), 1.45 (d, 3, СН₃), 3.42 (q, 2, ОСН₂), 4.30 (q, 1, СН), 7.3 (m, 5, АrН); спектр ЯМР ¹³С ( , м.д.): 13.78 (С-12), 18.90 (С-11), 21.15 (С-13), 32.65 (С-10), 69.75 (С-7), 72.86 (С-9), 24.19 (С-12), 124.97-127.04 (С-2-6), 143.03 (С-1)).

ПРИМЕРЫ 3-4. Аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.

ПРИМЕРЫ 5-16. Аналогично примеру 2. Условия и результаты примеров представлены в таблице.

Взаимодействие стирола со спиртами в присутствии цеолитсодержащего катализатора
Пример	Спирт	SiO2/Al2O3	Условия реакции	Конверсия стирола, мол.%	Селективность, %
[kt], мас.%	стирол:спирт, моль	Т, °С	, ч	эфир	димеры стирола
3	С2Н5ОН	6	10	1:2	110	3	79,2	100	0
4	С3Н7ОН	6	10	1:2	110	3	89,3	100	0
5	С4Н9ОН	6	5	1:2	110	3	91,6	96,5	3,5
6	С4Н9ОН	6	10	1:1	110	3	92,0	96,2	3,8
7	С4Н9ОН	6	10	1:3	110	3	92,7	96,3	3,7
8	С4Н9ОН	4,8	10	1:2	110	3	89,0	96,1	3,9
9	С4Н9ОН	5,1	10	1:2	110	3	91,2	96,4	3,6
10	С4Н9ОН	5,5	10	1:2	110	3	91,7	96,4	3,6
11	С4Н9ОН	6	5	1:2	80	4	89,9	96,8	3,2
12	С4Н9ОН	6	5	1:2	120	2	92,8	96,6	3,4
13	С5Н11ОН	6	10	1:2	110	3	90,8	94,6	5,4
14	С6Н13ОН	6	10	1:2,5	110	4	87,3	94,4	5,6
15	С7Н15ОН	6	5	1:2,5	100	4	80,3	90,1	9,9
16	С8Н17ОН	6	5	1:2,5	110	4	79,8	91,2	8,8