Способ получения хлорацетата натрия Российский патент 2024 года по МПК C07C51/41 C07C53/16 

Изобретение относится к области органической химии, а именно, к способу получения производных карбоновых кислот, в частности, хлорацетата натрия. Большая часть производимого хлорацетата натрия используется для получения карбоксиметилированных производных биополимеров: карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметилкрахмал, карбоксиметилхитозан. Помимо этого, хлорацетат натрия является исходным веществом для синтеза гербицидов на основе арилгидроксиуксусных кислот; тиогликолевой кислоты, которая с успехом используется в косметике для волос, а также в качестве стабилизатора поливинилхлорида; гликолевой кислоты, применяющейся при печати на текстиле, обработке кожи, отделке мехов и как компонент чистящих средств, добавка к краске и пластификаторам.

Известен способ получения хлорацетата натрия путем обработки 15-20% водного раствора хлоруксусной кислоты прикапыванием насыщенного водного раствора карбоната натрия при перемешивании (CN102167694A).

Недостатком способа получения хлорацетата натрия является необходимость приготовления двух растворов в раздельных сосудах, прикапывания насыщенного раствора карбоната натрия, что требует дополнительного сложного оборудования. Кроме того, недостатком является необходимость проведения синтеза в водной среде, что приводит к частичному гидролизу продукта и уменьшает его выход и качество. Существенным недостатком является отсутствие данных по выделению продукта из реакционной смеси, выходу данного продукта и его чистоте, что является необходимыми характеристиками при оценке применимости хлорацетата натрия.

Известен способ получения хлорацетата натрия путем обработки водного раствора хлоруксусной кислоты 50% водным раствором гидроксида натрия при перемешивании при 45°С (CN112898169A).

Недостатком способа получения хлорацетата натрия является необходимость нагревания реакционной смеси, что требует дополнительного сложного оборудования. Кроме того, недостатком является необходимость проведения синтеза в водной среде, что приводит к частичному гидролизу продукта и уменьшению его выхода. Существенным недостатком является отсутствие данных по выделению продукта из реакционной смеси, выходу и оценке качества продукта, что является необходимыми характеристиками при оценке применимости хлорацетата натрия.

Известен способ получения хлорацетата натрия путем обработки расплавленной хлоруксусной кислоты при 65-75°С карбонатом натрия в реакционном сосуде желобообразной формы с осевым валом, оснащенным мешалками в течение 30 мин с протеканием бурной реакции. Образуется мелкоизмельченная соль на выходе с содержанием воды около 1% (DE871890).

Недостатком способа получения хлорацетата натрия является необходимость использования реакционного сосуда желобообразной формы с осевым валом, что подразумевает создание специального коммерчески недоступного оборудования. Кроме того, недостатком является необходимость расплавления хлоруксусной кислоты и поддержания температуры в реакционной смеси, проведения реакции без растворителей, контроля бурно протекающего процесса, что требует дополнительного сложного оборудования.

Известен способ получения хлорацетата натрия путем обработки хлоруксусной кислоты гидрокарбонатом натрия в течение 45 мин в смесителе (US2446233).

Существенным недостатком способа получения хлорацетата натрия является твердофазный характер реакции, который требует высокоизмельчённых исходных реагентов, для чего необходимо использование специального сложного промышленного оборудования и точной характеристики размера частиц хлоруксусной кислоты, гидрокарбоната натрия. Кроме того, недостатком твердофазного синтеза является необходимость в эффективном смесителе, который требует плотного контакта частиц реагентов между собой. Дополнительно недостатком является отсутствие данных по выходу и качеству продукта, что является необходимыми характеристиками при оценке применимости хлорацетата натрия.

Известен способ получения хлорацетата натрия путем обработки расплавленной хлоруксусной кислоты при 60-100°С 50-55% водным раствором гидроксида натрия, или 30-70 % суспензией карбоната натрия при 35-65°С, или мелкодисперсным карбонатом натрия в распылительной сушилке и одновременной продувкой осушающим воздухом при 80-220°С. Получен сухой слабокислый продукт хлорацетата натрия, содержащий 0,400% хлорида (GB782479).

Недостатком способа получения хлорацетата натрия является необходимость расплавления хлоруксусной кислоты и поддержания температуры в реакционной смеси, распылительной сушки, продувки осушающим воздухом, что требует дополнительного сложного оборудования.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения хлорацетата натрия путем обработки хлоруксусной кислоты раствором гидроксида натрия в избытке изоамилового спирта, предварительно выдержанных при 130°С в течение 3 ч с последующей отгонкой избытка изоамилового спирта; нагревании при 110-120°С в течение 30 мин изоамилового спирта и реагентов, добавлении избытка воды, перемешивании, фильтровании и промывании водой. Выход продукта варьируется от 96 до 98 % (CN107556193A).

Недостатком способа получения хлорацетата натрия является необходимость нагревания реакционной смеси, отгонка растворителя, что требует дополнительного сложного оборудования. Существенным недостатком является необходимость проведения двухстадийного синтеза, что затрудняет промышленный процесс и увеличивает количество и объем специального оборудования на производстве. Дополнительно недостатком является необходимость использования большого объема растворителей, в том числе органической природы, что приводит к неэкономичному расходу реагентов и неэффективному использованию оборудования из-за больших объемов используемых веществ. Кроме того, недостатком является необходимость обработки хлорацетата натрия водой, что приводит к частичному гидролизу продукта, уменьшению его выхода и качества. Также недостатком является отсутствие данных по качественным характеристикам продукта, что является необходимыми данными при оценке применимости хлорацетата натрия.

Задачей предполагаемого изобретения является создание экономичного способа синтеза хлорацетата натрия, позволяющего достигнуть высокого выхода продукта.

Поставленная задача получения хлорацетата натрия решается путем обработки хлоруксусной кислоты карбонатом натрия или гидрокарбонатом натрия в этилацетате или ацетонитриле при мольном соотношении хлоруксусная кислота : карбонат натрия или гидрокарбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил 1 : 0.45-0.91 : 0.93-3.48 в течении 3-4 ч при 20-25°С, фильтровании осадка, высушивании при 20-25°С. Предлагаемый способ прост в осуществлении и легко масштабируется. Проведение реакций осуществляют стандартным способом в приборе при атмосферном давлении. Фильтрование смеси проводят с использованием фильтра Шотта при уменьшенном давлении. Проведение реакции нейтрализации в неводной среде позволяет получить продукт с высоким выходом 97-98%. Рекомендуемые условия получения хлорацетата натрия установлены опытным путем, а также определяются изложенными ниже представлениями о процессе. Для получения хлорацетата натрия используют коммерчески доступные хлоруксусная кислота, карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, этилацетат, ацетонитрил. Использование мольного соотношения хлоруксусная кислота : карбонат натрия или гидрокарбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил выше 1 : 0.91 : 3.48 приводит к излишнему и неэффективному расходу реагентов. Использование мольного соотношения хлоруксусная кислота : карбонат натрия или гидрокарбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил ниже 1 : 0.45 : 0.93 неэффективно из-за неполного протекания реакции нейтрализации и уменьшения выхода целевого продукта. Увеличение времени обработки продукта более 4 ч не приводит к увеличению выхода продукта. Уменьшение времени обработки продукта менее 3 ч приводит к неполному протеканию реакции и уменьшению выхода продукта. Нагревание смеси выше 25°С ухудшает качество продукта. Охлаждение смеси ниже 20°С увеличивает время синтеза. Использование других производных уксусной кислоты в качестве растворителя не обеспечивает необходимую растворимость исходных реагентов и продуктов реакции, что приводит к ухудшению качества хлорацетата натрия.

Анализ состава и строения хлорацетата натрия осуществляют с использованием элементного анализа (элементный анализатор «РЕ 2400», Perkin Elmer) и ИК-Фурье спектроскопии (спектрометр «Spectrum One», Perkin Elmer).

Предлагаемое технологическое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Смесь 4.16 г (0.044 моль) хлоруксусной кислоты, 2.12 г (0.020 моль) карбоната натрия и 8 мл (0.082 моль) этилацетата выдерживают при 25°С в течение 4 ч, фильтруют осадок, высушивают при 25°С. Выход продукта - 4.57 г (98%).

Найдено, %: C 20.60; H 1.71; Cl 30.42.

ИК-спектр (см^-1): 771 (C-Cl), 1420 (CH₂), 1604 (COO-), 3007(С-Н), 3426 (COO-H).

Пример 2.

Смесь 4.16 г (0.044 моль) хлоруксусной кислоты, 2.12 г (0.020 моль) карбоната натрия и 8 мл (0.153 моль) ацетонитрила выдерживают при 25°С в течение 4 ч, фильтруют осадок, высушивают при 25°С. Выход продукта - 4.52 г (97%).

Пример 3.

Смесь 4.16 г (0.044 моль) хлоруксусной кислоты, 3.36 г (0.040 моль) гидрокарбоната натрия, и 4 мл (0.077 моль) ацетонитрила выдерживают при 20°С в течение 3 ч, фильтруют осадок, высушивают на воздухе при 20°С. Выход продукта - 4.52 г (97%).

Пример 4.

Смесь 4.16 г (0.044 моль) хлоруксусной кислоты, 3.36 г (0.040 моль) гидрокарбоната натрия, и 4 мл (0.041 моль) этилацетата выдерживают при 20°С в течение 3 ч, фильтруют осадок, высушивают на воздухе при 20°С. Выход продукта - 4.57 г (98%).

Способ получения прост в исполнении. В нем используются коммерчески доступные и устойчивые соединения. Способ позволяет исключить предварительный синтез исходных веществ, не требует сложной и специальной аппаратуры, а также дополнительных вспомогательных устройств, осуществляется на стандартном как лабораторном, так и промышленном оборудовании. Существенным преимуществом заявляемого способа получения хлорацетата натрия является простота и технологичность процесса получения с меньшим количеством стадий, с меньшей продолжительностью, без нагревания, без использования воды в качестве реагента в отличие от известных способов. Заявляемый способ позволяет получать хлорацетат натрия на любом промышленном реакторном оборудовании без дополнительных усовершенствований и поддается эффективному масштабированию. Хлорацетат натрия используется для получения карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилкрахмала, карбоксиметилхитозана. Помимо этого, хлорацетат натрия является исходным веществом для синтеза гербицидов на основе арилгидроксиуксусных кислот; тиогликолевой кислоты, которая с успехом используется в косметике для волос, а также в качестве стабилизатора поливинилхлорида; гликолевой кислоты, применяющейся при печати на текстиле, обработке кожи, отделке мехов и как компонент чистящих средств, добавка к краске и пластификаторам.

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к методу получения хлорацетата натрия, используемого для синтеза производных биополимеров, гербицидов, гликолевой и тиогликолевой кислот, а также в качестве стабилизатора ПВХ. Способ получения хлорацетата натрия путем обработки хлоруксусной кислоты карбонатом натрия или гидрокарбонатом натрия характеризуется тем, что обработку проводят в присутствии этилацетата или ацетонитрила, при мольном соотношении хлоруксусная кислота : карбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил 1:0,45:0,93–3,48 или при мольном соотношении хлоруксусная кислота : гидрокарбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил 1:0,91:0,93–3,48 в течение 3–4 ч при 20–25°С, с последующим фильтрованием и высушиванием осадка. Технический результат - создание экономичного способа синтеза целевого продукта с высоким выходом. 4 пр.

Способ получения хлорацетата натрия путем обработки хлоруксусной кислоты карбонатом натрия или гидрокарбонатом натрия, отличающийся тем, что обработку проводят в присутствии этилацетата или ацетонитрила при мольном соотношении хлоруксусная кислота : карбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил 1:0,45:0,93–3,48 или при мольном соотношении хлоруксусная кислота : гидрокарбонат натрия : этилацетат или ацетонитрил 1:0,91:0,93–3,48 в течение 3–4 ч при 20–25°С, с последующим фильтрованием осадка и высушиванием при 20–25°С.