Способ получения 3,5-ксиленола Российский патент 2022 года по МПК C07C37/20 C07C39/07 

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способу получения 3,5-ксиленола.

3,5-Ксиленол представляет практический интерес в качестве сырья для производства лекарственных препаратов (антибиотики), биологически активных веществ (витамин Е), высококачественных полиэфирных волокон, пленок и покрытий пищевого и технического назначения, высокоэффективных дезинфицирующих средств, красителей. Также, 3,5-ксиленол используется в производстве нетоксичных высокотемпературных фосфатных турбинных масел [Н.В. Лебедева и др. Изв. Высш. Учебн. Завед. Серия Хим. и Хим. Технол., 2020, 63 (3), С. 4-9].

На сегодняшний момент основным способом получения 3,5-ксиленола в промышленности является метод щелочного плавления сульфокислот м-ксилола. Ключевыми проблемами обозначенного подхода являются: необходимость использование сильных кислот и щелочей; образование большого количества сильнозагрязненных сточных вод; высокая энергоемкость процесса получения продукта и его очистки [Во Feng et al. Green Chem., 2021, 23, P. 9640-9645].

В этой связи, одним из альтернативных методов синтеза 3,5-ксиленола может быть газофазная конденсация ацетона.

Ряд работ посвящен изучению конденсации ацетона в газовой фазе на гетерогенных катализаторах, в роли которых выступали оксид магния (II) (температура в реакторе 482°С, давление 3,5 атм) [Patent US №3803249]; смесь оксидов калия (I) и магния (II), инкорпорированные на поверхности α-оксида алюминия (температура в реакторе 480°С, давление 5 атм) [X. Lu et al. Keji Daobao, 2008, 26 (22), P. 63-65]. В первом случае конверсия ацетона составляет 47 мас. %, а селективность по 3,5-ксиленолу 48 мас. %. Во втором случае конверсия ацетона не превышает 33 мас. %, а селективность по 3,5-ксиленолу 35 мас. %.

Недостатками указанных выше способов являются высокая температура процесса; проведение реакции под давлением, что создает сложности в аппаратурном оформлении эксперимента.

Задачей настоящего изобретения является разработка гетерогенно-каталитического способа синтеза 3,5-ксиленола газофазной конденсацией ацетона в более мягких условиях.

Решение поставленной задачи достигается тем, что синтез 3,5-ксиленола осуществляют конденсацией ацетона под действием цеолитсодержащего катализатора La₂O₃/Na-Ymmm. Реакцию проводят в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора в газовой фазе при температуре 425÷450°С, объемной скорости подачи сырья 0,5-2 ч^-1, атмосферном давлении, ацетон растворяют в толуоле, массовое соотношение ацетон : толуол равно 1:1.

Катализатор La₂O₃/Na-Ymmm - модифицированный оксидом лантана (III) гранулированный цеолит структурного типа FAU, высокой степени кристалличности и фазовой чистоты в Na-форме, с микро-мезо-макропористой структурой. Цеолит Na-Ymmm синтезирован в виде гранул без связующих веществ; его гранулы представляют собой единые сростки цеолитных кристаллов и обладают степенью кристалличности, близкой к 100%. Пористая структура гранул состоит из микропористой структуры самого цеолита Y и мезопористой структуры, сформировавшейся между сростками кристаллов. Комбинированная микро-мезо-макропористая кристаллическая структура цеолита Na-Ymmm высокостабильна и не разрушается в процессе термообработок Синтез цеолита Na-Ymmm проводят по методике, приведенной в следующей публикации [O.S. Travkiria et al. RSC Adv., 2017, 7 (52), P. 32581-32590]. Оксид лантана (III) нанесен на цеолит Na-Ymmm методом пропитки в количестве 10 мас. %.

Проведение конденсации ацетона в присутствии катализатора La₂O₃/Na-Ymmm при обозначенных условиях позволяет синтезировать 3,5-ксиленол с селективностью 31÷64 мас. %, при конверсии ацетона 22÷52 мас. %.

Преимущества предлагаемого способа:

1. Используется высокоактивный и селективный катализатор La₂O₃/Na-Ymmm;

2. Умеренный температурный режим проведения эксперимента (≤450°С) при атмосферном давлении, что позволяет повысить экономическую эффективность процесса;

3. Легкость выделения 3,5-ксиленола из реакционной массы с помощью вакуумной перегонки;

4. Введение толуола в сырье позволяет выводить смолистые соединения из зоны реакции, препятствуя образованию отложений на поверхности катализатора, что приводит к увеличению срока службы катализатора.

Способ поясняется примерами:

Пример 1. Получение 3,5-ксиленола.

В проточный реактор, представляющий собой трубку из нержавеющей стали, длинной 300 мм с внутренним диаметром 20 мм загружают 2 г катализатора La₂O₃/Na-Ymmm, содержащего оксид лантана (III) в количестве 10 мас. % и инертную насадку. В течение 1 ч прямотоком с инертным газом (азот) подают смесь ацетона с толуолом при массовом соотношении 1:1 и температуре 425°С, атмосферном давлении и с объемной скоростью 1 ч^-1. Конверсия ацетона составляет 22 мас. %. при селективности процесса по 3,5-ксиленолу, равной 31 мас. %.

Примеры 2-4. Проводят аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.

Настоящее изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения 3,5-ксиленола, представляющего практический интерес в качестве сырья для производства лекарственных препаратов (антибиотики), биологически активных веществ (витамин Е), высококачественных полиэфирных волокон, пленок и покрытий пищевого и технического назначения, высокоэффективных дезинфицирующих средств, красителей, нетоксичных высокотемпературных фосфатных турбинных масел. Способ заключается в конденсации ацетона в присутствии цеолитсодержащего катализатора La₂O₃/Na-Ymmm, в котором содержание La₂O₃ составляет 10 мас. %. Реакцию проводят при температуре 425÷450°С, объемной скорости подачи сырья 0.5-2 ч^-1 и атмосферном давлении. При этом ацетон подают в смеси с толуолом при массовом соотношении компонентов 1:1. Технический результат - разработка гетерогенно-каталитического способа синтеза 3,5-ксиленола газофазной конденсацией ацетона в более мягких условиях. 1 табл., 4 пр.

Способ получения 3,5-ксиленола каталитической конденсацией ацетона, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют цеолитсодержащий катализатор La₂O₃/Na-Ymmm, в котором содержание оксида лантана (III) составляет 10 мас. %, реакцию проводят при температуре 425÷450°С, объемной скорости подачи сырья 0.5-2 ч^-1, атмосферном давлении, ацетон подают в смеси с толуолом при массовом соотношении компонентов 1:1.