Способ получения 3-окси-3-метилпентандиовой кислоты

 

Изобретение касается получения кислот, в частности получения 3-окси-3-метилпентандиовой кислоты - природной бифункциональной дикарбоновой кислоты. Цель - повышение выхода целевого продукта и интенсификация процесса. Последний ведут окислением 4-метил-4-(2-оксиэтил)-1,3-диоксана 50 - 70%-ной HNO₃ при 50 - 60^oC в присутствии катализатора - борной кислоты, взятой в количестве 0,05 - 0,1 мас.%, считая на исходный диоксан, в течение 1 - 1,5 ч. Массовое соотношение реагентов 1:10 - 15. Эти условия повышают выход целевого продукта до 97,5 - 98,3% при снижении продолжительности процесса до 1 - 1,5 ч. 1 табл.

Изобретение относится к органической химии, в частности к получению природной бифункциональной дикарбоновой кислоты. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и интенсификация процесса. Пример 1. В трехгорлую стеклянную колбу с мешалкой и обратным водяным холодильником помещают 450 г 50%-ной HNO₃, добавляют 0,015 г H₃BO₃ [0,05 мас.% в расчете на 4-метил-4-(2-оксиэтил)-1,3-диоксан, МОД] и при 15^oC и перемешивании в смесь подают 30 г МОД (соотношение по массе HNO₃ : МОД 15:1) в течение 15 мин. Затем смесь нагревают до 60^oC и выдерживают при этой температуре еще 1 ч. После этого отгоняют под вакуумом азеотропную смесь непрореагировавшей HNO₃ и воды, кристаллический кубовый остаток для удаления следов HNO₃ промывают водой, которую также удаляют разгонкой под вакуумом. Получают 32,65 г кристаллического продукта, в котором содержится 32,45 г 3-окси-3-метилпентандиовой кислоты (ОМПДК), а также 0,1 г 2-окси-2-метилбутандиовой кислоты (ОМБДК) и 0,1 г щавелевой кислоты (ЩК). Выход ОМПДК 97,5% от теоретического (в расчете на исходный спирт). Конверсия МОД 100%. Для выделения ОМПДК колоночной хроматографией для использования в синтезе биологически активных веществ кубовый продукт после удаления HNO₃ растворяют в воде и пропускают через колонку, заполненную силикагелем. На нем сорбируется борная кислота и оксикислоты. Затем силикагель обрабатывают смесью этилацетат : ацетон 3:1, которая вымывает ОМБДК. Оставшуюся на адсорбенте ОМПДК элюируют смесью ацетон : хлороформ 1:1. После удаления растворителей получают индивидуальные ОМПДК, ОМБДК и ЩК. Получают ОМПДК с температурой плавления 180^oC и температурой кипения диметилового эфира ОМПДК 119 - 120^oC/17,3 ГПа (ДМЭ ОМПДК). Потери ОМПДК при очистке 0,1 г. Пример 2. Опыт проводят по примеру 1, но применяют 70%-ную HNO₃. Вводят 45 г МОД и 450 г 70%-ной HNO₃ (соотношение по массе HNO₃ : МОД 10:1, количество Н₃BO₃ 0,045 г (0,1 мас.%, считая на МОД), температура и время приливания МОД 25^oC и 20 мин соответственно, температура процесса 50^oC, время реакции 1,5 ч. При 100%-ной конверсии МОД получают 49,06 г ОМПДК, 0,07 г ОМБДК и 0,1 г ЩК. Выход ОМБДК 98,3% от теоретического, т. пл. ОМПДК 108^oC, т. кип. ДМЭ ОМПДК 119 - 120^oC/17,3 ГПа. Пример 3. Опыт проводят по примеру 1, но применяют 60%-ную HNO₃, соотношение по массе HNO₃ : МОД 12:1, количество Н₃BO₃ 0,07 мас.%, считая на МОД, температура процесса 55^oC, время окисления 1,3 ч. При 100%-ной конверсии МОД получают 32,58 г ОМПДК (выход 97,7% от теоретического), а также 0,08 г ОМБДК и 0,08 ЩК. Пример 4. Опыт проводят по примеру 1, но применяют HNO₃ с концентрацией 45%. Время реакции увеличивают до 1,5 ч. При этом конверсия МОД 96,9%, выход ОМПДК 31,55 г (94,8% от теоретического), ОМБДК 0,15 г, ЩК 0,1 г. Пример 5. Опыт проводят по примеру 2, но применяют соотношение по массе HNO₃ : МОД 9: 1. Температуру окисления поднимают до 60^oC. Конверсия МОД 96,6%, выход ОМПДК 47,19 г (94,6% от теоретического), ОМБДК 0,12 г, ЩК 0,1 г. Пример 6. Опыт проводят по примеру 3, но концентрация Н₃BO₃ составляет 0,03 мас. %, считая на МОД. Конверсия МОД 97,4%, выход ОМПДК 31,72 г (95,3% от теоретического), ОМБДК 0,08 г, ЩК 0,10 г. Пример 7. Опыт проводят по примеру 2, но температура реакции 45^oC. При концентрации HNO₃ 60%, соотношение по массе HNO₃ : МОД 14:1. Конверсия МОД 96,7%, выход ОМПДК 47,24 г (94,7% от теоретического), ОМБДК 0,1 г, ЩК 0,13 г. Пример 8. Опыт проводят по примеру 1, но время окисления уменьшено до 0,8 ч. Конверсия МОД 95,5%. Выход ОМПДК 31,13 г (93,6% от теоретического), ОМБДК 0,08 г, ЩК 0,07 г. Пример 9. Опыт проводят по примеру 1, но соотношение по массе HNO₃ : МОД 17: 1. Конверсия МОД 100%, выход ОМПДК 32,48 г (97,6% от теоретического), ОМБДК 0,13 г, ЩК 0,12 г. Пример 10. Опыт проводят по примеру 2, но при концентрации HNO₃ 80%. Конверсия МОД 100%, выход ОМПДК 48,27 г (96,7% от теоретического), ОМБДК 0,20 г, ЩК 0,20 г. Пример 11. Опыт проводят по примеру 2, но концентрация Н₃BO₃ 0,15 мас.%, считая на МОД. Конверсия МОД 100%, выход ОМБДК 48,86 г (97,9% от теоретического), ОМБДК 0,1 г, ЩК 0,12 г. Пример 12. Опыт проводят по примеру 3, но температура окисления повышена до 70^oC. Конверсия МОД 100%, выход ОМПДК 32,55 г (97,8% от теоретического), ОМБДК 0,1 г, ЩК 0,1 г. Пример 13. Опыт проводят по примеру 3, но время реакции увеличено до 2 ч. Конверсия МОД 100%, выход ОМПДК 32,52 г (97,7% от теоретического), ОМБДК 0,08 г, ЩК 0,1 г. Осуществление способа показано на примерах 1 - 13 (примеры 4 - 13 приведены для сравнения), результаты которых сведены в таблицу. При снижении концентрации азотной кислоты до < 50% происходит уменьшение конверсии МОД и выхода целевого продукта (пример 4), увеличение концентрации кислоты до > 70% ведет к снижению выхода ОМПДК (пример 10). Уменьшение соотношения по массе HNO₃ : МОД до < 10:1 приводит к снижению конверсии МОД и выхода целевого продукта (пример 5), увеличение этого соотношения до > 15:1 не влияет на конверсию и выход (пример 9). При снижении концентрации Н₃BO₃ до < 0,05 мас.% происходит уменьшение конверсии МОД и выхода целевого продукта (пример 6), в то время как увеличение этой концентрации до > 0,1 мас.% практически не изменяет параметры процесса (пример 11). Снижение температуры процесса до < 50^oC влечет за собой уменьшение конверсии МОД и выхода целевой кислоты (пример 7), подъем температуры до > 60^oC не приводит к существенному изменению параметров процесса (пример 12). Снижение времени реакции до < 1,0 ч ведет к уменьшению конверсии МОД и выхода целевой кислоты (пример 8), увеличение времени контакта до > 1,5 ч не влияет на параметры процесса (пример 13). Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход целевого продукта до 97,5 - 93,3% и снизить время реакции до 1,0 - 1,5 ч.

Формула изобретения

Способ получения 3-окси-3-метилпентандиовой кислоты путем окисления 4-метил-4-(2-оксиэтил)-1,3-диоксана 50 - 70%-ной азотной кислоты при 50 - 60^oC, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта и интенсификации процесса, окисление проводят в присутствии катализатора - борной кислоты в количестве 0,05 - 0,1 мас.% на 4-метил-4-(2-оксиэтил)-1,3-диоксан и при массовом соотношении HNO₃ : 4-метил-4-(2-оксиэтил)-1,3-диоксан-10-15 : 1 в течение 1,0 - 1,5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1