Способ получения алифатических -кетокислот Советский патент 1980 года по МПК C07C59/347 C07C51/00 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ оС -КЕТОКИСЛОТ

1

Изобретение относится к органическому синтезу, а именно к способу получения алифатических oi -кетокислот, которые находят применение в фармацевтической, пищевой промышленностях и в промышленности основного органического синтеза для получения растворителей, эмульгаторов, пластификаторов и аминокислот.

Известны способы получения СХ- -кетокислот окислением оксикислот водным раствором марганцевокислого калия l , окислением соответствующего метилкетона C2l, и окислением оксикарбамидов Р1.

Однако данные способы получения ОО -кетокислот представляют в основном теоретический интерес.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения алифатических -кетокислот , например сю -кетооктановой кислоты, путем взаимодействия соответствукядей оо -нитратокислоты с водным раствором щелочи 15%-ной концентрации при ао-ЮО С с последующим выделением СХ/ -кетокислоты в виде натриевой соли, которую отделяют фильтрованием, после чего соль подкисляют сильной минеральной кислотой и выделенную кислоту очищают от раствора минеральной соли. Выход об -кетооктановой кислоты составляет 77% /4 .

5 Недостатками известного способа являются невысокий выход целевого продукта, а также многостадийность процесса. При этом способ, проводимый в жестких условиях, не позволяtO ет получать низише d- -кетокислоты.

Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта, а также упрощение процесса.

Поставленная цель достигается

S тем, что в способе получения алифатических сХ- -кетокислот соответствующая нитратокислота взаимодействует с 1-2 н. (4-11 вес.%) раствором щелочи при 40-70°С с последу20 кяцим подкислением гидролизата до рН 3-7 сильной минеральной кислотой и вьщелением об-кетокислоты в 4-камерном электролизере с ионообменными диафрагмами при 20-25 0, силе тока 0,4-0,5 А и напряжении между платиновыми электродами 5-7 В.

Исходные об-нитратокислоты получают взаимодействием сХ-олефинов с жидкой четырехокисью азота в одну

30 стадию. Выход составляет 60-90 мол.%.

Увеличение выхода целевых продуктов достигают за счет изменения условий гидролиза соответствующих oiнитратокислот и принципиального изменения способа вьщеления 0 -кетокисло

Выход целевого продукта на стадии гидролиза зависит от строения bi-нитратокислоты, температуры и концентрации щелочи. Уменьшение концентрации сильной щелочи до 4-11 вес.% и Iснижение температуры до 40-70 С сО кращает долю вторичных реакций при получении oi. -кетокислот (их конденсацию) , позволяет синтезировать С,,Сд об -кетокислоты с выходом 70-85 мол,%. в предлагаемом способе на стадии вьеделения при проведении электродиализа в указанных условиях сохраняется 90-98% об-кетокислоты, загруженной в электролизер.

Пример 1.о6 -Кетопропионова .(пировиноградная) кислота.

В реакционную колбу загружают 200 мл (3,2 моль) жидкой четырехокиСи азота. ГазообразнЪай пропилен при 10-1 БС вводят в реактор в течение 4 ч. Всего пропускают 0,5 моль пропилена (концентрация пропилена 94,6% пропана 0,65% бутиленов 4,7%). Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20 С. Получают 86 г реакционной массы, содержащей 80 масс.% об-нитратопропионовой кислоты, определяемой полярографически (,65 В, где Ei/2 - потенциал .полуволны, фон: универсальная буферная смесь Бритона-Робинсона рН 11+1М КС1).

Масло 24 г, содержащее 0,14 моль oL -нитратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 450 мл водного 1 н. раствора гидроокиси калия. Сме загружают в реактор и термостатируют при в течение часа. После охлаждения до комнатной температуры к продукту гидролиза, содержащему 12,4 г калиевой соли cL -кетопропионовой кислоты (выход 70% мол.%), добавляют мочевину (для разрушения нитрита калия или натрия) . Концентрированной соляной кислотой подкисляют раствор до рН 3. РН раствора определяется рКд oi -кетокислоты. 120 г водного раствора, содержащего 3 г (Х- -кетопропионовой кислоты, заливают в предкатодную камеру четырехкамерного электролизера. В ячейку с катодом, отделенную катионообменной диафрагмой, помещают 1%-ный водный раствор гидроокиси калия, в анодную и преданодные камеры, разделенные анионообменными диафрагмами, заливают 1%-ный водный раствор соляной кислоты. Электродиализ проводят при 250с и силе тока 0,4-0,5 А. Напряжение между платиновыми электродами 5-7 В. В катодной камере концентрируется гидроокись КсШИЯ, в

анодном пространстве - минеральная кислота.

Из предкатодной камеры выгружают 2,7 г oi-Кетопропионовой кислоты в виде водногораствора. На стадии вьщеления сохраняется 90% а -кетокислоты, загруженной в электролизер. В для of- -кетокислоты. Т.пл/ 2,4-динитрофенилгидразона- oi -кетопропионовой кислоты 217,5°С (из спирта).

Q Литературные данные т. пл. 2,4-ДНФГ-пировиноградной кислоты 218°С.

Пример 2.oi -Кетомасляная кислота. . Аналогично примеру 1 получают

3 jyi. -нитратомасляную кислоту пропусканием газообразного оС -бутилена в жидкую четырехокись азота. Остаток после удаления четырехокиси азота, содержащей 76% cs6 -нитратомасляной

0 кислоты (, в), промывают водой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собирают фракцию oi, -нитратомасляной кислоты при ЮО-ЮЗ с и давлении 3 мм рт.ст.

5 25 г Сб -нитратомасляной кислоты (0,17 моль) смешивают на холоде с 430 мл 1 н. водного раствора гидроокиси натрия. Смесь загружают в реактор, термостатируют при 70 С в

n течение 3 ч. Получают 16,8 г натриевой соли сх -кетобутановой кислоты (выход 80 мол.%) в виде водного раствора. После охлаждения до 25с продукт гидролиза подкисляют конс центрированной соляной кислотой до рН 3 в присутствии мочевины. Водный раствор оС -кетомасляной кислоты подвергают электродиализу аналогично примеру1. Из предкатодной камеры выгружают OL -кетомасляную кислоту

в виде 5%-ного водного раствора. Полярографическим анализом показано, что сохраняется 95% от загруженной в электролизер о -кетомасляной кислоты. В для rt. -кетомасляной

5 кислоты. Т. пл. семикарбазона 0 -кетомасляной кислоты (из ацетона) 21 (Яс.

Литературные данные J2j: т. пл. семикарбазона .

Пример 3. об -Кетовалери-.

0 ановая кислота.

Аналогично примеру 1 получают oi -нитратовалериановую кислоту пропусканием газообразного пентена-1 в жидкую четырехокись азота. Остаток после удаления избыточной четырехокиси азота, содержащий 70% сх -нитратовалериановой кислоты, промывают водой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собирают фракцию (Х- -нитратовалериановой кислоты при 116-118- С и давлении 3 мм рт. ст., которую используют для получения сХ кетовалериановой кислоты. 28 г 0 -нитратовалериановой кислоты (0,17 моль) смешивают на холоде с 430 мл 1 н. водного раствора гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при в течение 3 ч. Продукт гидролиза содержит 21,6 г (выход 80 мол.%) калиевой соли о -нитратовалериановой кислоты, определяемой полярографически (,46 в). раствора 0 -кетовалериановой кислоты элек тродиализом ведут аналогично примеру 1, Т. пл. семикарбазона этилового эфира 0 -кетовалериановой кислоты 139°С (из бензола).. Литературные данные 2 : т. пл. семикарбазона этилового эфира о -кетовалериановой кислоты. 139-140 0. Пример 4.ot -Кетогексановая кислота. В колбу помещают 220 мл (3,37 мол жидкой четырехокиси азота и при 5-15 С, перемешивая, прибавляют 88 м гексена-1 (0,71 моль). Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20-с. Получают 126 г реакционной массы, содержащей 70% Oi -нитратогексановой кислоты, определяемой полярографически (Е,,47 в После отмывки захоложенной до +3-С водой от азотной, щавелевой кислот и других водорастворимых продуктов, сушки над прокаленным сернокислым натрием техническую об-нитратогексановую кислоту перегоняют в вакууме. Собирают фракцию {j -нитратокислоты при 117-118 с и остаточном давлении 3 мм рт. ст. 17,7 г (0,1 моль 0 -нитратогексановой кислоты вводят в 125 мл 2 и. раствора гидроокиси калия при . Нагревают полученную смесь до и задерживают при этой температуре 4,5 ч. После охлаждения до продукт гидролиза, содержащий 13,.4 г (выход 80 мол.%) калиевой соли 0 -кетогексановой кисло ты, подкисляют до рН 7. Полученный водный раствор Qi -кето гексановой кислоты загружают в пред катодную камеру 4-камерного электролизера. Аналогично примеру 1 в анодную камеру заливают 1%-ный водный раствор соляной кислоты, в катодное пространство - 1%-ный водный раствор гидроокиси калия, в преданодную камеру - 2%-ный водный раствор соляной кислоты с добавлением мочевины. К платиновым электродам подается напря жение 5-7 В, ток 0,4-0,5 А. 0 -Кето гексановую кислоту собирают в преданодной камере. Уходящий из предкатодной камеры через анионообменную диафрагму нитрит-ион в преданодной камере разрушается в присутствии мо чевины. Содержимое преданодной каме ры упаривгиот в вакууме, Ot-Кетогексановую кислоту после сушки над прокаленным сернокислым натрием перегоняют при 63, и да лении 4 мм рт. ст. Т. пл. о--кетогексановой кислоты 7, (из гептана). Литературные данные т. пл. кетогексановой кислоты . 1,46 В для (%-кетогексановой кислоты. Пример 5.cxi -Кетогексановая кислота. Аналогично примеру 4 получают о нитратогексановую кислоту. После удаления избыточной четырехокиси азота масло нейтрализуют до рН б водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 0-5с. Отделяют органический слой, включающий нитросоедине-« ния. К 70 мл раствора, содержащего 0,1 моль калиевой соли о -нитратогексановой кислоты, приливают 75 мл 2 н. раствора гидроокиси калия. Полученный раствор нагревают до и выдерживают при этой температуре 4,5 ч. Раствор, содержащий 13,4 г (выход 80%) калиевой соли с -кетогексановой кислоты, после подкисления до рН 7 подвергают электродиализу аналогично примеру 4. Пример б.оС- -Кетогептановая кислота. В колбу помещают 160 мл (2,58 моль) жидкой четырехокиси азота и при 0,5с, перемешивая, прибавляют 60 мл (0,43 моль) гептена-1. Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 25-30 С. Получают 80 г смеси, содержащей 60% Oi -нитра- тогептановой кислоты, определяемой полярографически (Е.(,0,435 в) . Смесь нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 0-5с. Отделяют органический слой, включающий нитросоединения. К 70 мл раствора, содержащего 0,1 моль калиевой соли 0 -нитратогептановой кислоты,приливают 75 мл 2 н. раствора гидроокиси калия. Раствор нагревают до и выдерживают при этой температуре 3,5 ч. Получают 15,5 г (выход 83 мол.%) калиевой соли о; -кетогептановой кислоты. Очистку раствора oi -кетогептановой кислоты проводят аналогично примеру 4. Т. пл. (-кетогептановой кислоты (из гептана), ,46 В. Литературные данные pj: т.пл. С -кетогептановой кислоты 29-30 С. Пример 7.О -Кетооктановая кислота. В колбу помещают 150 мл (2,43моль) жидкой четырехокиси азота и при 10-15с, перемешивая, прибавляют 67 мл (0,42 моль) октена-1. Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20 С. Получают 96 г смеси, содержащей 60 масс.% Ot -нитратооктановой кислоты, определяемой полярографически ( -0,375 в). СмесБ нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при . Отделяют органи- . ческий слой, включающий н-итросоединения. К 70 мл раствора, содерАащего ОД моль калиевой соли о -нитратооктановой кислоты, приливают 75 NOT 2 н. раствора гидроокиси калия. Полу ченный раствор нагревают до ТО-с и выщерживают при этой температуре 3,5 ч. После охлаждения до про дукт гидролиза, содержащий 16,7 г калиевой соли о -кетооктановой кислоты (выход 85 мол,%) подкисляют до рН 7. Раствор соли 0 -кетооктановой кислоты загружают в предкатодную камеру 4 камерного электролизера. УСЛОВИЯ электродиалиэа аналогичны примеру 4, Из преданодной камеры выгружают 13,2 г oS-кетооктановой кислоты. На стадии выделения сохраня ется 98 мол.% о -кетооктановой кислоты, загруженной в электролизер. Ei/2.if46 В для с -кетооктановой кис лоты. Т, пя, с6 -кетооктановой кислоты , т. пл. 2,4-ДНФГ-0{-кетооктановой кислоты 135,5с.(из спирта) Литературные данные И: т. пл. (У. -кетооктгановой кислоты , т.пл 2 ,4-ДНФГ-СЬ -кетооктан.овой кислоты 136,5-137,5°С. Суммарный выходов -кетооктановой кислоты 83 мол.%. Пример Ъ, о1 -Кетопропионовая кислота. 32 г масла, полученного по приме ру 1 и содержащего 0,19 моль d -нит ратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 200 мл 2 н. раствора ги роокиси калия. Смесь загружают в ре актор и термостатируют при 40 С в течение 2 ч. После охлаждения до ко натной температуры к продукту гидро лиза, содержащему 14,4 г (вьцсод 60 мол.%) калиевой соли ск -кетопропионовой кислоты, добавляют мочевину. Концентрированной соляной кисло той подкисляют раствор до рН 3. Выд ленке oi -кетопропионовой кислоты йэ раствора проводят аналогично примеру 1. Упрощение процесса, повышение выхода целевых .продуктов достигается благодаря сокращению числа операций на стадии выделения oi-кетокислот. Предлагаемый способ, прюводимый при 40-70 С и в присутствии 1-2 н. щелочи, позволяет получать низшие и -кетокарбоновые кислоты, например пировиноградную или о -кетомасляную.. Формула изобретения Способ получения алифатических OL -кетокислот путем взаимодействия соответствующей Oi -нитратокислоты с водным раствором щелочи при нагревании с последующим вццелёнием целевого продукта из реакционной массы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и упрощения процесса, используют 1-2 н. раствор щелочи, процесс проводят при 40-7OfС с выделением целевого продукта путем под-. кисления реакционной массы-до рН 37, с последующим электродиализом в четьлрехкамерном электролизере с ионообменными диафрагмами при 2025с, силе тока 0,4-0,5 А и нацряжении между платиновыми электродами 5-7 В. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент СССР № 176288, кл. С 07 С 59/32, 1964. 2.Патент Франции № 2276283, кл. С 07 С 65/20, опублик. 1976. 3.Патент Франции № 2127265, кл. С 07 С 51/00, опублик. 1972. . 4.Патент ФРГ 1618621, кл. 120 О 15, опублик. 1971 (прототип) .