Способ получения калиевых солей производных смоляных кислот Российский патент 2024 года по МПК C07C51/41 C07C61/29 C07C61/39 C07C61/40 C07C303/32 

Изобретение относится к области органической химии и состоит в получении калиевых солей канифоли, абиетиновой, 12-сульфо- и 12-бром-дегидроабиетиновой кислот.

Известны два подхода для получения солей смоляных кислот, в частности сульфодегидроабиетиновой кислоты (сульфо-ДеАК): нейтрализация и вытеснение щелочного металла из соли.

В первом случае натриевые и n-толуидиновые соли сульфо-ДеАК получают обычной нейтрализацией указанной абиетиновой кислоты при действии щелочных металлов, щелочей и алкиламинов, причем условия процесса не приводятся (патент США № 2,121,032, опубликовано 21.06.1938).

В наиболее близком к предлагаемому изобретению патенту (патент Великобритании № 2114975 A, опубликовано 21.10.1982) описан второй подход получения солей сульфо-ДеАК путем нейтрализации сульфо-ДеАК гидроксидами щелочных и щёлочноземельных металлов или бикарбонатами натрия и калия в растворителе. В качестве растворителя используется вода, метанол, этанол, тетрагидрофуран, диметилсульфоксид, диметилформамид или их смесь при температуре от 0 до 100°C. Мононатриевая соль сульфо-ДеАК получается обработкой динатриевой соли сульфо-ДеАК соляной кислотой при pH от 2,0 до 5,0. Кроме того, мононатриевую соль получали частичной нейтрализацией сульфо-ДеАК гидроксидом натрия, бикарбонатом натрия, карбонатом натрия или ацетатом натрия. Реакцию частичной нейтрализации проводили суспендированием сульфодегидроабиетиновой кислоты в воде, а затем доводили суспензии до pH от 2,0 до 5,0 с помощью гидроксида, бикарбоната, карбоната или ацетата натрия.

При втором подходе получали соли кальция, алюминия, магния, бария взаимодействием натриевой соли сульфо-ДеАК с галогенидом металла (хлорид кальция, хлорид алюминия), сульфатом магния или нитратом бария в воде при температуре от 0 до 100°C. Кроме того, соли кальция или магния получали взаимодействием серебряной соли с сульфо-ДеАК с хлоридом кальция или магния в воде при температуре от 0 до 100°C.

Аналогично синтезированы соли висмута и цинка, полученные реакцией нейтрализации сульфо-ДеАК солями/гидроксидами цинка или висмута (90°С в течение 0,5-1 часа) или вытеснения щелочного металла из динатриевой соли 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты при 90-100°С в течение 1 часа с последующей процедурой выделения, включающей фильтрацию, промывку водой и сушку при 60°С (Патент США 7,015,343 В2, 21.03.2006).

Основными недостатками рассмотренных способов является то, что процедура получения солей многостадийна (включает в себя вытеснение соли для получения целевого продукта) и трудоемка, кроме того, не контролируется полнота протекания реакции.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке способа получения калиевых солей смоляных кислот, который позволяет повысить выход целевых продуктов и сократить продолжительность синтеза.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения калиевых солей смоляных кислот путем обработки водных растворов/суспензии порошкообразным гидроксидом, карбонатом или бикарбонатом калия при мольном соотношении: смоляная кислота - 1 моль, гидроксид или карбонат или бикарбонат калия - от 1 до 2,2 моль и нагревании без кипячения в условиях ультразвукового воздействия в течение 5-20 минут до полного растворения реагентов с последующим охлаждением реакционной массы и сушкой на воздухе для выделения целевого продукта. Время ультразвукового воздействия контролируют по исчезновению смоляных кислот в реакционной массе методом тонкослойной хроматографии. Выход целевых продуктов (до 99%).

Для синтеза калиевых солей смоляных кислот необходимо получить абиетиновую, 12-сульфо- и 12-бром-дегидроабиетиновые кислоты.

Абиетиновую кислоту выделяют в соответствии с методикой Г.В. Лазурьевский, И.В. Терентьева, А.А. Шамшурин. Практические работы по химии природных соединений. Вып. I. М.: ВШ, 1961. С. 102-103. а): в трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, обратным холодильником и газоотводной трубкой, помещают 25 г предварительно измельченной талловой канифоли, затем при интенсивном перемешивании добавляют 75 мл этанола и 5 мл конц. соляной кислоты под аргоновой подушкой (для контроля за скоростью потока газа используют склянку Тищенко, соединенную с системой через обратный холодильник). Реакционную смесь кипятят в течение 2 часов. По окончании процесса изомеризации реакционная масса становится прозрачной, причем цвет раствора изменяется от светло-желтого до темно-желтых оттенков; б) реакционную колбу с изомеризатом охлаждают до 40°С, затем отсоединяют аргоновую продувку, механическую мешалку, термометр, заменяют обратный холодильник на холодильник Либиха, подсоединяют паровик и с водяным паром, отгоняют растворитель (этанол, пары соляной кислоты). В результате удаления из системы растворителя начинается выделение твердой фазы изомеризата в виде воскообразных комочков желтого цвета. По окончании отгонки установку разбирают, а изомеризованную канифоль отделяют на воронке Бюхнера; в) отфильтрованную канифоль переносят в делительную воронку, добавляют 100 мл диэтилового эфира. Воронку встряхивают до полного растворения изомеризата, после чего эфирный раствор промывают 60 мл дистиллированной воды. Когда эмульсия расслоится, водную фазу (нижний слой) отделяют и повторяют операцию промывки свежей порцией воды еще 2 раза, затем промытый эфирный раствор переносят в колбу Эрленмейера, и сушат над сульфатом натрия; г) после высушивания изомеризованную канифоль со стадии (в) отфильтровывают от сульфата натрия, затем к раствору при комнатной температуре осторожно добавляют 8 мл свежеперегнанного диэтиламина и перемешивают, после чего колбу помещают в морозильную камеру. Примерно через 1 сутки из раствора начинают выпадать игольчатые кристаллы абиетата диэтиламмония; д) выпавшие кристаллы абиетата диэтиламмония отфильтровывают и промывают небольшими порциями охлажденным гексаном до исчезновения запаха диэтиламина. Затем промытую соль переносят в колбу Эрленмейера и перекристаллизовывают абиетат диэтиламмония из горячего петролейного эфира не менее 3-х раз, очищенную соль отделяют от маточного раствора, промывают гексаном и сушат в вакуум-эксикаторе над Р₂О₅; е) высушенную соль абиетата диэтиламмония взвешивают и рассчитывают по уравнению реакции необходимое количество ледяной уксусной кислоты. Затем соль переносят в химический стакан с 700 мл теплой дистиллированной воды и перемешивают до полного растворения, после чего медленно небольшими порциями добавляют ледяную уксусную кислоту. Выпадает белый творожистый осадок абиетиновой кислоты, которую отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат сначала на воздухе, затем в вакуум-эксикаторе над Р₂О₅; ж) высушенную абиетиновую кислоту переносят в круглодонную колбу на 100 мл, снабженную механической мешалкой и обратным холодильником, добавляют небольшое количество этанола и начинают нагревать на водяной бане, постепенно добавляя этанол (около 50 мл) через обратный холодильник до полного растворения всей кислоты. Выпавшие белые кристаллы абиетиновой кислоты отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат сначала на воздухе, затем в вакуум-эксикаторе над Р₂О₅. Выход: 8,6 г (29%), бесцветные кристаллы т.пл. 154…162°С. R_f 0,45 (C₆H₁₂-CH₂Cl₂-CH₃COCH₃, 1:1:0,5). Спектр ИК (пленка), см^-1: 3425 (ν_ОН), 3065-2535 (ν_С-Н), 1695, 1630 (ν_С=О). УФ спектр (EtOH), нм (lg ε): 228 (5,62) 242 (4,64). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 0,83 (с. 3Н, С²⁰Н₃), 1,00, 1,21, 1,26, 1,28, 2,85 (с. 1Н, С¹⁵Н), 2,90 (с. 1Н, С¹⁵Н), 5,38 (с. 1Н, С⁷Н), 5,77 (с. 1Н, С¹⁴Н), 6,88 (с. 1Н, С¹⁴Н), 7,01 (д. 1Н, С¹²Н), 7,15 (д. 1Н, С¹¹Н), 7,17 (д. 1Н, С¹¹Н).

Сульфодегидроабиетиновую кислоту синтезируют по методике, приведенной в работе Fieser L.F., Campbell W.P. // J. Amer. Chem. Soc. 1938. V. 60, N. 11. Р. 2631-2636. В колбу 100 мл, снабженную мешалкой, загружают 40 мл конц. H₂SO₄, охлаждают до минус 5°С, прибавляют 15,0 г (0,05 моль) растертой в порошок диспропорционированной канифоли небольшими порциями в течение 5 мин. Смесь выдерживают при перемешивании в течение 1,5 часа, поддерживая температуру бани не выше 0°С. К полученной массе светло-коричневого цвета осторожно добавляют воду со льдом, охлаждая колбу в ледяной бане. Образуется твердая масса, разрушающаяся в крошку при перемешивании. Массу перегружают в ледяную воду, размешивают и фильтруют на воронке Бюхнера. К остатку добавляют воду, нагревают и выдерживают при ~ 100°С в течение 3 часов. Образуется почти прозрачный раствор и коричневого цвета масло, твердеющее при остывании. Водный раствор фильтруют. При смешивании этого раствора с первым фильтратом происходит образование белого осадка, который после охлаждения фильтруют и сушат при 80-90°С. Выход: 6,95 г (36,5%) сульфокислоты-сырца. Из маточного раствора (общим объемом 800 мл) после упаривания до 400 мл начинают выделяться белые хлопья. Маточник упаривают до 150 мл, фильтруют выделившийся блестящий шелковистый осадок, сушат, выход: 0,7 г. Сырец (6,95 г) растворяют в 500 мл воды, фильтруют, воду упаривают при комнатной температуре до 100 мл объема, выделившийся продукт отфильтровывают, сушат и перекристаллизовывают из 30 мл ледяной уксусной кислоты, получив 3,47 г сульфокислоты (т.пл. 212…217°С). После упаривания фильтрата получают еще 1,01 г продукта. 12-Сульфодегидроабиетиновая кислота, т.пл. 330°C; УФ спектр (EtOH), нм (lg ε): 206 (4.53); ¹Н ЯМР спектр, δ, м.д.: 6.08 (s, 1Н, C_ar.¹⁴Н), 7.64 (s, 1Н, C_ar.¹¹Н).

Получение 12-бромдегидроабиетиновой кислоты базируется на методике, приведенной в работе Campbell W.P., Morgana M. // J. Am. Chem. Soc. 1941. V. 63. P. 1838-1843. В коническую колбу помещают 12,6 г (0,0335 моль) 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты, растворенной в 30 мл воды, добавляют раствор 8,2 г (0,051 моль) Br₂ и 13,0 г (0,109 моль) KBr в 200 мл воды, в течение 1 часа при 90°С при перемешивании выдерживали еще 2 часа, после выделения и очистки выход составил 9,5 г (76%); т. пл. 197…199°С; УФ спектр (EtOH), нм (lg ε): 210 (6.11) 276 (плечо); ЯМР ¹Н ); спектр, δ, м.д.: 6.90 (с. 1Н, С_ар.¹⁴Н), 7.35 (с. 1Н, С_ар.¹¹Н).

Затем производят получение калиевых солей смоляных кислот путем обработки полученных водных растворов/суспензии смоляных кислот порошкообразным гидроксидом, карбонатом или бикарбонатом калия при мольном соотношении: смоляная кислота - 1 моль, гидроксид или карбонат или бикарбонат калия - от 1 до 2,2 моль и нагревании без кипячения в условиях ультразвукового воздействия в течение 5-20 минут до полного растворения реагентов с последующим охлаждением реакционной массы и сушкой на воздухе для выделения целевого продукта. Время ультразвукового воздействия контролируют по исчезновению смоляных кислот в реакционной массе методом тонкослойной хроматографии, получая при этом выход целевых продуктов до 99%.

Изобретение поясняется следующими примерами:

Пример 1. Получение калиевой соли абиетиновой кислоты.

К 0,20 г (0,67 ммоль) абиетиновой кислоты прибавляют 0,05 г (0,36 ммоль) K₂CO₃ и 5 мл дистиллированной воды и нагревают реакционную смесь при ультразвуковом воздействии в течение 10 мин, не доводя до кипения, до полного растворения с последующим охлаждением реакционной массы и сушкой на воздухе и в вакууме над P₂O₅ для выделения целевого продукта. Выход 0,22 г (98%). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 0.83 (с. 3Н, С²⁰Н₃), 1.00, 1.21, 1.26, 1.28, 2.85 (с. 1Н, С¹⁵Н), 2.90 (с. 1Н, С¹⁵Н), 5.38 (с. 1Н, С⁷Н), 5.77 (с. 1Н, С¹⁴Н), 6.88 (с. 1Н, С¹⁴Н), 7.01 (д. 1Н, С¹²Н), 7.15 (д. 1Н, С¹¹Н), 7.17 (д. 1Н, С¹¹Н).

Пример 2. Получение монокалиевой соли 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты.

Смесь 0,18 г (0,47 ммоль) сульфодегидроабиетиновой кислоты, 0,035 г (0,25 ммоль) K₂CO₃ и 5 мл дистиллированной воды подвергают ультразвуковому воздействию в течение 5 мин, при этом реакционную массу нагревают без кипячения. После того, как сульфо-ДеАК израсходовалась, реакционную массу охлаждают и сушат на воздухе, затем в вакууме над P₂O₅ до постоянного веса. Выход 0,20 г (98%).

Пример 3. Получение дикалиевой соли 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты.

Смесь 0,18 г (0,47 ммоль) сульфодегидроабиетиновой кислоты, 0,07 г (0,51 ммоль) K₂CO₃ и 5 мл дистиллированной воды подвергают аналогичной процедуре как в примере 4 получение монокалиевой соли 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты. Выход 0,21 г (98%).

Пример 4. Получение калиевой соли 12-бромдегидроабиетиновой кислоты (12-бром-ДеАК).

Смесь 0,212 г (0,55 ммоль) 12-бромдегидроабиетиновой кислоты, 0,038 г (0,27 ммоль) K₂CO₃ и 5 мл дистиллированной воды подвергают ультразвуковому воздействию в течение 15-20 мин, при этом реакционную массу нагревают без кипячения. После того, как 12-бром-ДеАК израсходовалась, реакционную массу охлаждают и сушат на воздухе в вакууме над P₂O₅ для выделения целевого продукта. Выход 0,23 г (99%).

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения калиевых солей 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты. Способ осуществляют путем обработки водного раствора 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты гидроксидом калия при мольном соотношении, равном 1:(1-2,2). Реакционную смесь нагревают, не доводя до кипения, воздействуют ультразвуком в течение 5-20 минут до полного растворения реагентов. Полученную массу охлаждают и сушат на воздухе. Способ позволяет повысить выход целевых продуктов и сократить продолжительность синтеза. 4 пр.

Способ получения калиевых солей 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты, заключающийся в обработке водного раствора 12-сульфодегидроабиетиновой кислоты гидроксидом калия при мольном соотношении, равном 1:(1-2,2), нагревании реакционной смеси, не доводя до кипения, воздействии ультразвука в течение 5-20 минут до полного растворения реагентов, охлаждении реакционной массы и сушке на воздухе.