Способ получения фенилацетона

 

Изобретение относится к способу получения фенилацетона, являющегося полупродуктом для получения Витамина B₁₂, различные родентициды индандионового ряда. Способ заключается во взаимодействии фенилуксусной кислоты с уксусной кислотой в газовой фазе при температуре не ниже 350°С (температура разложения образующегося фенилуксусного ацетата) на катализаторе, в качестве которого используют окись кобальта на инертном носителе. Способ обеспечивает получение целевого продукта с выходом 80,4%.

Изобретение относится к способу получения фенилацетона, являющегося полупродуктом для получения широкого ряда биологически активных веществ. В частности, на основе фенилацетона получают витамин B₁₂, различные родентициды индандионового ряда.

Известен способ получения фенилацетона путем взаимодействия цианистого бензила с этилацетатом в среде этилата натрия при температуре 45°С (пат. РФ №2144766, автор. свид. СССР №1037441). Основным недостатком способа является низкий выход готового продукта 51-58 мас.% и очень большое количество водносолевых отходов, которые образуются на стадии нейтрализации избытка серной кислоты щелочью.

Известен способ получения фенилацетона путем взаимодействия фенилуксусной кислоты с уксусной кислотой в газовой фазе на различных катализаторах. Так в патентах США №2612524 в качестве катализатора использовали смесь окиси магния и гидроокиси магния. В патенте Германии №2758113 в качестве катализатора использовали диоксид циркония и (или) диоксид тория. Общим недостатком этих способов является прежде всего низкий выход готового продукта - не выше 61%, кроме того, диоксид тория является радиоактивным соединением.

Наиболее близким способом является способ получения фенилацетона путем взаимодействия фенилуксусной кислоты с уксусной кислотой в газовой фазе на катализаторе при температуре процесса 470°С (пат. США №5750795). Исходная смесь состоит из фенилуксусной кислоты - 2 об.%, уксусной кислоты - 20 об.%, азота в качестве инерта - 78 об.%. Катализатором являлась смесь окиси магния с окисью сурьмы в соотношении 1:0,1 соответственно. Катализатор использовали в таблетированном виде либо наносили на носитель сферической или цилиндрической формы. Выход фенилацетона - 68,2%.

Недостатком прототипа является низкий выход фенилацетона, использование большого избытка уксусной кислоты, необходимость разбавления смеси исходных кислот большим количеством азота.

Цель данного изобретения - повышение выхода, уменьшение отходов производства, упрощение технологии получения фенилацетона.

Поставленная цель достигается за счет использования способа получения фенилацетона путем взаимодействия фенилуксусной кислоты с уксусной кислотой в газовой фазе на катализаторе при температуре не ниже ниже 350°С (температура разложения образующегося фенилуксусного ацетата), при этом в качестве катализатора используют окись кобальта СоО (Мол.в. 75 г/моль) на инертном носителе.

Механизм получения фенилацетона из смеси фенилуксусной и уксусной кислоты в газовой фазе сводится к образованию фенилуксусного ацетата, являющегося невыделяемым полупродуктом, который под воздействием температуры разлагается на фенилацетон и карбонат соответствующего металла (в зависимости от вида катализатора). Этим фактором обуславливаются температуры, при котором идет процесс. В патенте США №5750795 указывают на то, что в случае использования катализатора, содержащего окись магния, температура процесса не должна быть ниже 250°С, а в случае катализатора, содержащего окись кальция, не ниже 450°С. Как предполагают авторы, в системе со временем устанавливается декомпозиционное равновесие между окисью металла и его карбонатом. Если не придерживаться данных температур, весь катализатор перейдет в карбонат и тем самым дезактивируется. Этим авторы объясняют отсутствия активности у окиси бария из-за его большой температуры разложения карбоната (1450°С), несмотря на то что он является щелочноземельным металлом. Это утверждение неоправданно. В настоящем изобретении использовалась окись кобальта в качестве катализатора, у которой температура разложения карбоната до окиси равна 910°С, и тем не менее реакция получения фенилацетона идет, причем с выходами, превышающими выходы в вышеописанном патенте. Из этого следует, что процесс может проходить и в том случае, когда в качестве катализатора присутствует только карбонат металла. Окись кобальта показала более высокую активность, чем катализаторы, описанные в вышеупомянутых патентах. Методом дериватографии был исследован процесс разложения образующихся в процессе ацетатов. Было замечено, что у симметричных ацетатов кобальта (уксусного и фенилуксусного) наиболее близкие температуры разложения по отношению к другим видам катализаторов, то есть эти вещества схожи по своей основности. Вероятно, этот фактор сказался и на смешанном фенилуксусном ацетате, позволяя предпочтительнее образовываться фенилацетону по отношению к ацетону и дибензилкетону.

В любом из вышеописанных процессах, и в заявленном тоже, используется избыток уксусной кислоты по отношению к фенилуксусной кислоте (мольном соотношении фенилуксусной кислоты к уксусной от 1:2 до 1:5 моль на моль). Это обусловлено тем, что по механизму, описанному выше, также получается дибензилкетон, образующийся из двух молекул фенилуксусной кислоты. Фенилуксусная кислота значительно более дорогой реагент, нежели уксусная кислота, и исходя из этого, для того чтобы свести образование дибензилкетона к минимуму, используется избыток уксусной кислоты. В нашем случае исходя из экономических соображений (большой избыток уксусной кислоты значительно увеличивает количество образующегося ацетона и диоксида углерода, обременяя тем самым технологическую схему более сложной системой улавливания фенилацетона и ацетона, и понижает производительность установки) брался 3,5 мольный избыток уксусной кислоты, который в достаточной мере гасил реакцию образования дибензилкетона, не обременяя процесс большим количеством побочных продуктов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (использовали окись кобальта в количествах от 0,5-5 мас.% от общего веса катализатора)

Смесь 11,5 г (0,085 моль) фенилуксусной кислоты и 17,70 г (0,295 моль) уксусной кислоты, предварительно испарив, пропустили через контактный реактор при температуре 350-400°С, содержащий окись кобальта в качестве катализатора, нанесенный на окись алюминия, выбранного в качестве инертного носителя. Средний выход фенилацетона (по фенилуксусной кислоте) 80,4% при 100% конверсии исходных кислот.

Пример 2 (сравнительный)

Смесь 16,39 г (0,121 моль) фенилуксусной кислоты и 25,31 г (0,422 моль) уксусной кислоты, предварительно испарив, пропустили через контактный реактор при температуре 400°С, содержащий чистую окись магния в качестве катализатора, нанесенную на окись алюминия. Анализ полученной реакционной смеси показал 64,8% выход фенилацетона (по фенилуксусной кислоте).

Пример 3 (сравнительный).

Смесь 3,11 г (0,023 моль) фенилуксусной кислоты и 4,79 г (0,080 моль) уксусной кислоты, предварительно испарив, пропустили через контактный реактор при температуре 350°С, содержащий чистую окись цинка в качестве катализатора, нанесенную на окись алюминия. Анализ полученной реакционной смеси показал 45,7% выход фенилацетона (по фенилуксусной кислоте).

Формула изобретения

Способ получения фенилацетона путем взаимодействия фенилуксусной кислоты с уксусной кислотой в газовой фазе на катализаторе при температуре не ниже 350°С, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют окись кобальта на инертном носителе.