СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА β-(4-ГИДРОКСИ-3,5-ДИ-ТРЕТ-БУТИЛ-ФЕНИЛ)-ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2002 года по МПК C07C67/28 C07C69/22 

Изобретение относится к органическому синтезу, а именно способу получения метилового эфира β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, являющегося промежуточном продуктом в синтезе высокоэффективных термо- и светостабилизаторов.

Известны способы получения метилового эфира β- (4-гидpoкcи- -3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты конденсацией 2,6-ди-трет-бутилфенола с метиловым эфиром акриловой кислоты в присутствии алкоголятов (Пат. США 3364250, МПК C 07 C 69/732, 1965 г. ) и гидроокисей щелочных металлов (Пат. Японии 1611350, МПК C 07 C 69/732, 1966 г. ).

Выходы целевого продукта достигают 96%.

Известен способ получения метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты (Пат. США 4228297, МПК C 07 C 69/732, 1979 г. ), по которому с целью уменьшения образования побочных продуктов метилакрилат добавляют к фенолу в присутствии щелочного катализатора в среде алифатического спирта или без него либо в среде биполярного растворителя. Выход эфира составляет 84 - 87%.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения метилового эфира β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, заключающийся в алкилировании 2,6-ди-трет-бутилфенола метиловым эфиром акриловой кислоты (мольное соотношение 1: 1-1,15) при температуре 90 - 150^oC в присутствии основного катализатора, состоящего из 4-(β-метилкарбоксиэтил)- 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия, 2,6-ди-трет-бутилфенолята калия и 2,6-ди-трет-бутилфенола (А. С. СССР 11685919, МПК C 07 C 69/732, 1989 г. ).

Выход целевого продукта достигает 99% при селективности 99,8%.

К недостаткам метода следует отнести:
- образование побочного продукта β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты;
- трудность получения многокомпонентного катализатора заданного состава, что предполагает предварительное получение индивидуальных составляющих каталитической системы либо сложный аналитический контроль на стадии приготовления катализатора.

Технической задачей предлагаемого способа является упрощение технологии с одновременным улучшением качества и сохранением высокого выхода целевого продукта.

Техническая задача достигается предлагаемым способом получения метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5- ди-трет-бутил-фенил)-пропионовой кислоты алкилированием 2,6-ди-трет-бутил-фенола метиловым эфиром акриловой кислоты, при повышенных температурах, мольном соотношении фенол: метилакрилат 1: (1-1,1), температуре 90-150^oC с использованием основного катализатора, содержащего кроме 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и 2,6-ди-трет-бутилфенола натриевую соль β- (4-окси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: 2,6-ди-трет-бутилфенолят натрия 1,4-11,0; β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионат натрия 0,4-3,0; 2,6-ди-трет-бутилфенол 86,0-98,2.

Щелочные компоненты используют в количестве 1,5-13% (мол) от 2,6-ди-трет-бутилфенола в пересчете на сумму 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты.

Катализатор готовят либо путем смешивания индивидуальных 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5 ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты с 2,6-ди-трет-бутилфенолом, либо получают нагреванием смеси метанола, гидроокиси натрия, метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил) пропионовой кислоты или β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты) с 2,6-ди-трет-бутилфенолом в токе инертного газа при 100-120^oC, в течение 30-60 мин с отгонкой метанола и воды. В среде метанола метиловый эфир β- 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты реагирует с водой и гидратом окиси натрия, количественно образуя натриевую соль β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты.

Неожиданным оказалось то, что побочный продукт реакции (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)пропионат натрия в количестве 0,3 - 3% в смеси с 2,6-ди-трет-бутилфенолятом натрия ускоряет реакцию.

Если содержание (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)пропионата натрия менее 0,3%, синергического эффекта не наблюдается, выход целевого продукта уменьшается. При концентрации (4-окси-3,5-ди-трет-бутилфенил)пропионата натрия более 3% нарушается гомогенность катализатора, вследствие чего понижается активность катализатора. К полученному таким образом катализатору добавляют расчетное количество 2,6-ди-трет-бутилфенола и метилакрилата.

Выделяют метиловый эфир β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, обрабатывая реакционную смесь водным метиловым спиртом, охлаждают до 5-10^oC и фильтруют.

Водно-спиртовую фракцию обрабатывают углекислотой или соляной кислотой, получают пропионовую кислоту, которую можно использовать для приготовления катализатора.

Для проведения синтеза исходные реагенты должны соответствовать следующим требованиям:
метанол - ГОСТ 6995-77;
2,6-ди-трет-бутилфенол - ТУ-38.103378-86;
гидроокись натрия - ГОСТ-432877;
акриловая кислота - ТУ 6.09-131-83;
метилкрилат - ТУ 6-09-08-156-85.

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Получение β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)пропионата натрия
Пример 1. В металлическую ампулу загружают 5,84 г (0,02 мол) метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 0,8 г (0,02 моль) гидроокиси натрия 10 мл метанола и 0,36 мл (0,02 моль) воды. Ампулу выдерживают при 100-120^oC в течение 1 ч. Затем ампулу охлаждают, вскрывают. Реакционную смесь упаривают и промывают петролейным эфиром. Получают 5,95 г светло-серых кристаллов. Выход 99,2%.

Найдено: C 67,50 H 8,23% Вычислено: C - 67,98, H 8,39;
ИК-спектр, см^-1: v(CO2) 1540-1560, v(C-O) 1100v(O-H) 3620, 3640.

ЯМР ¹H-спектр снимали на приборе Tesla (100 МГц) (в (CO3)2CO, ГМДС м. д. 7,2 с. (2H, аром. Н), 5,2 с. (1H, O-P), 3,0 т. (2H, CH2), 2,5 т. (2H, CH2), 1,35 с. 18H, (CH3)3C.

При нейтрализации 3 г натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты соляной кислотой выделено 2,7 г β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты с Т. плавления 178^oC (Лит данные 178^oC) (Прототип).

Пример 2. В колбу с мешалкой загружают 5,56 г (0,02 мол) β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 20 мл метанола и 0,8 г (0,02 мол) гидроокиси натрия.

Реакционную смесь выдерживают при перемешивании до полного растворения щелочи. Отгоняют метанол, остаток сушат под вакуумом при 100^oC в течение 1 ч. Получают 5,97 г натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход 99,5%.

ИК-спектры образцов из примеров 1 и 2 идентичны.

Приготовление катализаторного комплекса и получение метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты
Пример 3. В стальной автоклав емкостью 64 л загружают 20,6 кг (0,1 кмоль) 2,6-ди-трет-бутил-фенола, 2,05 кг (9 моль) 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия, 0,3 кг (1 моль) β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионата натрия. Смесь нагревают до 100-120^oC и получают 22,95 кг катализаторного комплекса. Затем к полученному комплексу в течение 15-30 мин дозируют 9,85 л (1,1 кмол) метилакрилата, не допуская повышения температуры выше 145^oC. Через 30-40 мин после дозировки (остаточное содержание 2,6-ди-трет-бутилфенола в реакционной смеси составляет 0,5%) отгоняют избыток метилакрилата.

Далее реакционную смесь обрабатывают соляной кислотой, водный слой сливают. К реакционной смеси приливают 20 л водного метанола (1: 9 по объему), захолаживают до 10-12^oC и через 1-1,5 ч фильтруют. Получают 28,0 кг целевого продукта. Из маточного раствора дополнительно выделяют 0,9 кг целевого продукта и 0,4 кг β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход целевого продукта 99,0%.

Пример 4. В стальной автоклав емкостью 64 л загружают 20,6 кг (0,1 кмоль) 2,6-ди-трет-бутилфенола, 0,28 кг (1 моль) β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 0,4 кг (10 моль) гидроокиси натрия и 5 л метанола. Смесь нагревают до 100^oC и в течение 30-60 мин отгоняют метанол и воду.

В результате получают катализаторный комплекс, состав которого указан в таблице.

Полученный комплекс нагревают до 130^oC и в течение 15-30 мин дозируют 8,95 л (1,0 кмоль) метилакрилата, не допуская повышения температуры выше 145^oC. Реакционную массу охлаждают до 80^oC, приливают 10 л конденсата и перемешивают в течение 30 мин. Нижний водный слой сливают, а к верхнему органическому слою приливают 15 л водного метанола (1: 9). Раствор реакционной смеси охлаждают до 15-20^oC, выпавшие кристаллы фильтруют, сушат на фильтре в токе азота. Получают 28,5 кг целевого продукта.

Маточник обрабатывают углекислотой и дополнительно получают 0,5 кг целевого продукта 0,74 кг β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход 99.3%.

Пример 5. В стальной автоклав емкостью 64 л загружают 20,6 кг (0,1 кмоль) 2,6-ди-трет-бутилфенола, 0,15 кг (0,5 моль) метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 0,2 кг (5 моль) гидроокиси натрия и 5 л метанола. Смесь нагревают до 100^oC и в течение 30-60 мин отгоняют метанол и воду. В результате получают катализаторный комплекс, состав которого указан в таблице.

К полученному катализаторному комплексу в течение 15-30 мин дозируют 8,95 л метилакрилата (0,1 кмоль), не допуская повышения температуры реакционной смеси выше 145^oC. По данным хроматографического анализа через 15 мин содержание 2,6-ди-трет-бутилфенола и метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты в реакционной смеси составляет 3 и 93%, что соответствует 90% конверсии фенола жидкостной хроматографии ДЗ-205 (Чехия) с УФ-детектором (д= 254 нм), колонка длиной 15 см, элюент - гексан: изопропанол (9: 1), скорость элюирования 0,6 мл/мин. Реакционную массу охлаждают до 80^oC, приливают 10 л конденсата и перемешивают в течение 30 мин. Нижний водный слой сливают, а к верхнему органическому слою приливают 15 л водного метанола (1: 9). Раствор реакционной смеси охлаждают до 15-20^oC, выпавшие кристаллы фильтруют, сушат на фильтре в токе азота. Получают 28,0 кг целевого продукта. Из маточного раствора дополнительно получают 0,9 кг целевого продукта и 0,42 кг натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход 99,0%.

Пример 6. В стальной автоклав емкостью 64 л загружают 20,6 кг (0,1 кмоль) 2,6-ди-трет-бутилфенола, 0,21 кг (0,1 моль) метилового эфира β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 0,2 кг (5 моль) гидроокиси натрия и 5 л метанола. Смесь нагревают до 100^oC и в течение 30-60 мин отгоняют метанол и воду. В результате получают катализаторный комплекс, состав которого указан в таблице. К полученному катализаторному комплексу в течение 15-30 мин дозируют 8,95 л метилакрилата (0,1 кмоль), не допуская повышения температуры реакционной смеси выше 145^oC. Реакционную массу охлаждают до 80^oC, приливают 10 л конденсата и перемешивают в течении 30 мин. Нижний водный слой сливают, а к верхнему органическому слою приливают 15 л водного метанола (1: 9). Раствор реакционной смеси охлаждают до 15-20^oC, выпавшие кристаллы фильтруют, сушат на фильтре в токе азота. Получают 26,6 кг целевого продукта. Из маточного раствора дополнительно получают 1,1 кг целевого продукта и 1,1 кг натриевой соли β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход целевого продукта 95%.

Пример 7. В металлическую ампулу загружают 5,15 г (0,025 мол) 2,6-ди-трет-бутилфенола, 0,09 г (3,25•10^-4 мол) β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты, 0,133 г (3,32•10^-3 мол) гидроокиси натрия и 3 мл метанола. Смесь нагревают до 100^oC и в течение 30-60 мин отгоняют в токе азота метанол и воду. В результате получают катализаторный комплекс, состав которого указан в таблице.

Полученный катализаторный комплекс охлаждают до 40-50^oC, добавляют 2,2 мл (0,025 моль) метилакрилата. Ампулу закрывают, опускают в баню с силиконовым маслом, нагретым до 130^oC, и выдерживают в течение 15-30 мин.

Затем ампулу охлаждают до 70-80^oC, вскрывают, подкисляют соляной кислотой, нижний водный слой сливают. Остаток реакционной смеси перекристаллизовывают из водного метанола (1: 9 по объему). Получают 6,2 г целевого продукта. Из маточника дополнительно получают 0,9 г продукта и 0,25 г β- (4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Выход 97,3%.

Примеры 8-13.

Проведение синтезов и выделение целевого продукта аналогично примеру 7. Составы катализаторного комплекса и способы его приготовления указаны в таблице.

Изобретение относится к получению метилового эфира фенилзамещенной пропионовой кислоты. Способ предусматривает взаимодействие 2,6-ди-трет-бутилфенола с метилакрилатом при их мольном соотношении 1: (1-1,1) соответственно, при повышенных температурах с использованием щелочного катализатора из трех компонентов при следующем соотношении, мас. %: 2,6-ди-трет-бутилфенолят натрия 1,4-11,0; натриевая соль β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты 0,3-3,0; 2,6-ди-трет-бутилфенол - остальное (до 100). Указаны щелочные компоненты катализатора в пересчете на сумму 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и натриевой соли β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты. Технический результат - высокий выход с улучшенным качеством конечного продукта. 1 табл.

Способ получения метилового эфира β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты взаимодействием 2,6-ди-трет-бутилфенола с метилакрилатом при мольном соотношении 1: (1-1,1), при повышенных температурах с использованием в качестве катализатора смеси 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и 2,6-ди-трет-бутилфенола, отличающийся тем, что катализатор дополнительно содержит натриевую соль β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)пропионовой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:
2,6-ди-трет-Бутилфенолят натрия - 1,4 - 11,0
Натриевая соль β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты - 0,3 - 3,0,
2,6-ди-трет-Бутилфенол - Остальное
при этом указанные щелочные компоненты катализатора используют в количестве 1,5-13,0 мол. % от 2,6-ди-трет-бутилфенола в пересчете на сумму 2,6-ди-трет-бутилфенолята натрия и натриевой соли β-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил)пропионовой кислоты.