Способ получения калиевой соли 6-метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2-диоксида Советский патент 1990 года по МПК C07D291/06 A23L1/236 

Изобретение относится к способам получения калиевой соли 6-метил-З,4- -дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2- -диоксида (Ацесульфама К), которая обладает сладким вкусом и находит применение в пищевой промышленности.;

Целью изобретения является повышение нистоты целевого продукта.

Указанна цель достигается тем, что в способе получения калиевой соли 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3-оксати- азин-4-он-2,2-диоксида циклизацией раствора яммониевой соли ацетоацета- мид-М-сульфокислоты в несмешивающемся с водой органическом растворителе таком, как метиленхлорид, под действием избытка серного ангидрида, растворенного в указанном растворителе, гидролизом образующегося аддукта 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- -4-он-2,2-диоксида с серным ангидридом, отделением органической фазы и перед тем, как переводить растворенный в ней 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3- -оксатиазин-4-он-2,2-диоксид в его калиевую соль, органическую фазу непосредственно после ее отделения очищают экстракцией водой, взятой в ко ы

личестве 0,05-0,2 от объема органической фазы.

Использованную после очистки органической фазы воду далее можно напра- вить на стадию гидролиза аддукта 6- -метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- -4-ОН-2,2-диоксида с серным ангидридом.

Перевод 6-метил-3,4 дигидро-1,2,3 оксатиазин-4-он-2,2-диоксида в его калиевую соль можно осуществить путем Обработки очищенной органической фазы водным раствором гидроокиси калия при перемешивании, либо путем выпари- вания очищенной органической фазы с одновременным добавлением воды с последующей обработкой остатка выпаривания органической фазы в виде его раствора в воде водным раствором гид- роокиси калия, .либо путем выпаривания очищенной органической фазы с одновременным добавлением водного раствора гидроокиси калия, причем выпари- |йание очищенной органической фазы с одновременным добавлением воды или Водного раствора гидроокиси калия можно вести в тонкослойном выпарном аппарате,

Для экстремальных требований.чистоты можно перекристаплизовывать аце- сульфам К еще дополнительно из воды, а конкретном случае в присутствии активированных углей.

В примерах 6-метил-3,4-дигидро- 1 , 2 5,3-оксатиазин-4-он-2„ 2-диоксид Сокращенно именуют ASH, а его калиевую соль - ASK.

Получение исходного ацетоацетамид- №-сульфоната„

97,1 г (1,0 моль) амидосульфокис- лоты суспендируют в 1,0 л метиленхло- рида. При перемешивании добавляют 106 г (1,05 моль) триэтиламина, причем амидосульфокислота поступает в раствор в виде соли триэтиламмония. После добавления 6 г (0,1 моль) ледяной уксусной кислоты добавляют по каплям в пределах 1 ч с перемешиванием при внутренней температуре 15°С 93,8 г (1,08 моль) 97%-ного дикетена. Согласно анализу по HPLC (жидкостной хроматографии под высоким давлением) выход ацетоацетамид-К-сульфоната составляет 90%. Полученный таким образом раствор используют непосредственно для последующего взаимодействия.

Пример и гидролиз.

1 „ Замыкание цикла

g 5 0 5

5

0

5

0

5

0

В круглую колбу с азотной накладкой предварительно помещают 400 мл 15%-ного раствора S03 в СН2С12 при внутренней температуре -30°С (охлаждение изопропанолом/сухим льдом от -40 до -60°С), добавляют по каплям при перемешивании в пределах 25 мин 1850 мл раствора S03 в СН2С12 (15%- ного) и одновременно раствор ацето- ацетамид-К-сульфоната в СН2 С12.

Для гидролиза при сильном наружном охлаждении, начиная с -30°С;в пределах около 30 мин добавляют по каплям 500 мл воды. Температура при этом быстро поднимается от -30 до 0е С, а далее ее удерживают на уровне до +5°С,

Получение раствора ASH в метилен- хлориде.

При 5- С органическую фазу отделяют и водную серно-кислую фазу еще дважды экстрагируют, каждый раз по 1,0 л СН2С12. Получают раствор 132 г ASH в 5,0 л метиленхлорида (1,9%-ный раствор) .

Выход 81% (по отношению к амидо- сульфокислоте).

Получение ASK. 2,5 л раствора ASH в метиленхлориде в течение 2 ч перемешивают с 250 мл водЫо Затем органическую фазу выпаривают в вакууме. Остаток растворяют в том же весовом количестве метанола и после этого доводят с помощью 20%-ной КОН в метаноле до рН 8-10 (осаждению КОН в метаноле) . После отфильтровывания и сушки выделяют 69,5 г ASK (выход 85% по отношению к 66 г использованного ASH),

Анализ, %: ASK 99,6; K2S040,4.

Сравнение. 2,5 г полученного 1,9%- ного раствора ASH в метиленхлориде выпаривают без дальнейших очистных операций в вакууме. Остаток растворяют в том же весовом количестве метанола и после этого доводят с помощью 20%-ной КОК в метаноле до рН 8- 10, После отфильтровывания и сушки изолируют 96,5 г сырого ASK (выход 98% по отношению к 66 г использованного ASH), состоящего на 83% из ASK с содержанием K2S04 8,8% (по отношению к ASK),

Пример 2. Возврат водной фазы, образующейся при экстракции органической фазы ASH водой, на ступень гидролиза. Для реакции замыкания цикла применяют соответственно 1/10 количества используемых продук51

тов, как описано в примере 1. Образующийся раствор ASH в метиленхлориде (500 мл) затем в течение 2 ч перемешивают соответственно с 50 мл воды. Образующуюся при этом водную фазу употребляют далее для гидролиза при следующем опыте. После 10 опытов с 9 возвратами водной фазы с помощью осаждения КОН в метаноле аналогично примеру 1 выделяют приведенные в таблице пробы ASK,

Определение содержания ASK в продукте осуществляют титрометрически с помощью хлорной кислоты в ледяной уксусной кислоте с относительной погрешностью примерно 0,5%, Определение KjSO осуществляют через содержание сульфата путем осаждения с помощью водного раствора ВаС12 и обратного

титрования избыточного ВаС12 с помощью стандартизированного раствора комплексообразователя при относительной погрешности примерно ±1%.

Выход и чистота Ацесульфама К,

Пример 3. Экстрактивная нейтрализация фазы ASH в метиленхлориде с помощью 7%-ного калийного щелока, 5,0 л полученного по примеру 1 1,9%-ного раствора ASH в метиленхлориде перемешивают в течение 2 ч с 500 мл воды. Органическую фазу (содержащую 112 г ASH) отделяют и перемешивают с 600 г 7%-ного калийного щелока в течение 1,5 ч. Вслед за этим отделяют водную фазу. Из этого раствора отгоняют в вакууме (60 мбар) 490 г воды. После охлаждения остатка до 0°С, отфильтровывания и сушки выт- деляют 115,7 г ASK..

Выход 84% (по отношению к 112 г ASH).

Анализ, % ASK 99, K2SO« 0,05.

0

5

0

После продолжения выпаривания кри - сталлизационного маточного раствора выделяют еще 13,0 г ASK.

Выход 9% (по отношению к 112 г ASH).

Анализ, %: ASK 99,8; K2S04 0,3.

Пример 4. Экстрактивная . нейтрализация фазы ASH в метиленхлориде посредством 30%-ного калийного щелока в колбе с мешалкой.

5,0 л полученного по примеру 1 раствора ASH в метиленхлориде перемешивают в течение 2 ч с 500 мл воды. Ор- ган ческую фазу (112 г ASH) отделяют и перемешивают в течение ч с 144,0 г 30%-ной КОН. Вслед за этим реакционную смесь фильтруют. После сушки получают 112,8 г ASH .

Выход 31,5% (по отношению к 112 г ASH) .

Анализ, %: ASK 99,8; К2S04 0,1.

Пример 5. Экстрактивная нейтрализация фазы ASH в метиленхло- 5 риде с помощью 30%-ного калийного щелока в тонкопленочном реакторе. Аппаратура состоит из обычного лабораторного тонко слойного выпарного аппарата с эффективной длиной 22 см и 0 эффективной поверхностью 160 см2, который используют в качестве тонкопленочного реактора. В этот реактор накачивают в пределах 1 ч 2,5 л обработанного аналогично примеру 4 водой раствора ASH в метиленхлориде и одновременно 65,4 г 30%-ной КОН (число оборотов ротора около 800 об/мин). Посредством всасывающего нутча из уходящей из реактора реакционной смеси непрерывно отфильтровывают получа-, ющуюся ASK. После сушки получают 56,1 г ASK.

Выход 81% (по отношению к 56 г ASH. 5 Анализ, %: ASK 99,7; К2S04 0,3.

Из мертвого объема реактора и объемных потоков использованных продуктов получают путем вычисления сред- нее время обработки 2,5 с. 0 Пример 6. Отгонка СН2С12 в тонкослойном выпарном аппарате.с добавлением воды. Аппаратура состоит из обычного лабораторного тонкослойного выпарного аппарата с эффектив- 5 ной длиной 22 см и эффективной поверхностью 160 см2. При температуре нагревательной рубашки 115 С в выпарной аппарат вводят потоком 5,0 л/ч обработанного аналогично примеру 3

5

0

посредством 500 в СН.С1. (112 г

715

мл воды раствора ASH

ASH) и одновременно воды 180 г/ч. Стекающий из выпарного аппарата приблизительно 60%-ный раст вор ASH в воде после охлаждения до температуры помещения нейтрализуют с помощью 78,5 г 50%-ного калийного щелока при перемешивании. После охлаждения до 0°С выделяют 110,7 г ASK

Выход,.80% (по отношению к 112 г ASH).

Анализ, %: ASK 99,9; К2S04 0,2.

После дальнейшего выпаривания кристаллизационного маточного раствора выделяют еще раз 12„О г ASK.

Выход 9% (по отношению к 112 г ASH).

Анализ, %: ASK 99,7; K2S04 0,3.

Пример 7. Отгонка СН2С тонкослойном выпарном аппарате с добавлением калийного щелока, В ту же аппаратуру аналогично примеру 6 при температуре нагревательной среды 115°С вводят 5,0 л/ч такого же раствора ASH в СН2С12, как в примере 6,и одновременно 250 г 16%-ного калийного щелока. Из выпарного.аппарата стекает однородный водный раствор ASK

в

1. Способ получения калиевой соли 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- -4-он-2,2-диоксида циклизацией раст- вора аммониевой соли ацетоацетамид-М- -сульфокислоты в несмешивающемся с водой органическом растворителе таком, как метиленхлорид, под действием избытка серного ангидрида, растворенного в указанном растворителе, гидролизом образующегося аддукта 6(температура 105 С). После охлаждения 30 -метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2-диоксида с серным ангидридом, отделением органической фазы и переводом растворенного в ней 6-метил-З ,4-дигидро-1,2,З-оксатиазин-4- 35 -он-2,2-диоксида в его калиевую соль обработкой органической фазы или смеси органической фазы с водой или остатка выпаривания органической фазы раствором гидроокиси калия, о т л иэтого раствора до О С выкристаллизованную ASK отфильтровывают и сушат в вакууме.

Выход 127,2 г (92% по отношению к 112 г ASH).

Анализ, %: ASK 99,9; 0,1.

Пример 8. Поступают аналогично примеру 1, однако при получении ASK 2,5 л раствора ASH в метиленхло- риде перемешивают с 500 ш воды. Затем органическую фазу отделяют и выпаривают при пониженном давлении. Полученный сырой ASK растворяют в таком же весовом количестве метанола и с

до чающийся тем, что, с целью повышения чистоты целевого продукта, органическую фазу после ее отделения очищают экстракцией водой, взятой в количестве 0,05-0,2 от объема оргапомощью 20%-ного метанольного раство- ра гидроокиси калия доводят до рН 8- 10. Осаждается калиевая соль ASK. По- cyie отфильтровывания и высушивания иыделяют 66,8 г продукта (выход 83%)

е содержанием ASK 99,8%,с содержаниям K2S04 0,2%.

Пример 9. Поступают аналогично примеру 8, однако раствор ASH метиленхлориде перемешивают вместо 500 мл с 125 мл воды. После отфильт- ровывания и высушивания продукта осаж- дения раствором КОН в метаноле выделяют 70,8 г продукта (выход 88%), который имеет содержание ASK 99,4% и

8

5

0

5

содержание К2SCK 0,6%. Целевой продукт Ацесульфам калия, получаемый во всех примерах 1-9, имеет следующие спектральные характеристики:

Н-РМР (Д20), rf (ppm): 2,10-2,11 (дублет, ЗН, СН3-группа); 5,64-5,68 (квадруплет, 1Н, СН-группа).

ИК-спектр в Квг, у макс. (сми): 1650, 1580, 1170.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать Афесульфам К с чистотой 99,9%, что значительно превышает возможности известного способа, по которому чистота продукта до перекристаллизации обычно не достигает 90%;

Формула изобретения

1. Способ получения калиевой соли 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- -4-он-2,2-диоксида циклизацией раст- вора аммониевой соли ацетоацетамид-М- -сульфокислоты в несмешивающемся с водой органическом растворителе таком, как метиленхлорид, под действием избытка серного ангидрида, растворенного в указанном растворителе, гидролизом образующегося аддукта 60 -метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазиннической фазы,

чающийся тем, что, с целью повышения чистоты целевого продукта, органическую фазу после ее отделения очищают экстракцией водой, взятой в количестве 0,05-0,2 от объема органической фазы,

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что использованную после очистки органической фазы воду направляют на стадию гидролиза аддукта 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3- -оксатиазин-4-оч-2,2-диоксида с серным ангидридом.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перевод 6-метил-З,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- -4-он-2,2-диоксида в его калиевую соль ведут обработкой очищенной органической фазы водным раствором гидроокиси калия при перемешивании.

9 158298810

4.Способ по пп. 1 и 2, о т л и-6-метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин- чающийся тем, что перевод-4-он-2,2-диоксида в его калиевую 6-метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-соль ведут путем выпаривания очищен- -4-он-2,2-диоксида в его калиевую ., ной органической фазы с одновремен- соль ведут путем выпаривания очищен-ным добавлением водного раствора гид- ной органической фазы с одновременнымроокиси калия.

добавлением воды с последующей обра-6. Способ по пп. 4 и 5, о т л иботкой остатка выпаривания органичес-чающийся тем, что выпаривакой фазы в виде его раствора в водеJQ ние очищенной органической фазы с од.

водным раствором гидроокиси калия.повременным добавлением воды или вод

5.Способ по пп. 1 и 2, о т л и-ного раствора гидроокиси калия ведут чающийся тем, что переводв тонкослойном выпарном аппарате.

Изобретение относится к гетероциклическим соединениям, в частности к получению калиевой соли 6-метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2-диоксида, которая используется в пищевой промышленности. Цель - повышение чистоты целевого продукта. Получение ведут циклизацией раствора аммониевой соли ацетоацетамид-N-сульфокислоты в несмешивающемся с водой органическом растворителе (метиленхлорид) серным ангидридом (избыток). Образующийся аддукт подвергают гидролизу, органическую фазу отделяют и растворенную в ней 6-метил-3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2-диоксида переводят в его калиевую соль обработкой органической фазы с водой, или остатка выпаривания органической фазы раствором гидроокиси калия. Органическую фазу после ее отделения очищают экстракцией водой (0,05 - 0,2 от объема органической фазы). Способ позволяет получить целевой продукт с чистотой 99,9% (против 90% по известному способу). 5 з.п. ф-лы, 1 табл.