Способ получения 1,5,8-пара-ментатриена
Владельцы патента RU 2522434:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к способу получения 1,5,8-n-ментатриена в реакциях превращения карвона или карвеола в присутствии катализатора. Способ характеризуется тем, что реакцию превращения карвона или карвеола осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе, который включает в себя CO2 и изопропиловый спирт при температуре 220-300°C и давлении 150-200 атм на гетерогенном катализаторе оксиде алюминия Al2O3. Использование настоящего способа позволяет увеличить скорость химического процесса, позволяет непрерывно получать целевой продукт и контролировать селективность его образования. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.
Изобретение относится к области синтеза органических соединений, а именно к способам их получения в новых реакционных средах-растворителях с участием гетерогенных катализаторов, выбору условий проведения реакций, в частности превращений терпеновых соединений и их кислородсодержащих производных.
1,5,8-n-Ментатриен формулы 1 [2-метил-5-(проп-1-ен-2-ил)циклогекса-1,3-диен] {схема 1) используется в синтезе природных соединений и их аналогов (М.Roenn, P.G.Andersson, J.-E.Baeckvall, Acta Chemica Scandinavica, 1998, 52, 524), в том числе обладающих ценными органолептическими свойствами (S.Serra, I.Nobile, Tetrahedron: Asymmetry, 2011, 22, 1455) или высокой биологической активностью (К.С.Nicolaou, T.R.Wu, D.Sarlah, D.M.Shaw, E.Rowcliffe, D.R.Burton, J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 11114).
Соединение 1 может быть синтезировано из карвона 2 в соответствии со Схемой 1 (S.Serra, I.Nobile, Tetrahedron: Asymmetry, 2011, 22, 1455; M.Roenn, P.G.Andersson, J.-E.Baeckvall, Acta Chemica Scandinavica, 1998, 52, 524). Недостатками этого метода являются его двухстадийность, необходимость применения пожароопасных литийорганических соединений, а также необходимость использования абсолютных растворителей и инертных газов
Схема 1
В работе (U.Kobold, О.Vostrowsky, H.J.Bestmann, K.H.Kubeczka, Lieb. Ann. Chem., 1987, 557) было зафиксировано образование соединения 1 из карвеола 3 в испарителе газового хроматографа, куда предварительно был помещен Al2O3, однако основным продуктом превращения был n-цимол 4 (Схема 2), содержание которого превышало содержание 1,5,8-n-ментатриена 1 в два раза
Схема 2
Изобретение решает задачу эффективного синтеза 1,5,8-n-ментатриена 1 из карвона 2 или карвеола 3 с высокой производительностью в непрерывном режиме за времена контакта в несколько минут в одну препаративную стадию.
Для решения этой задачи используются:
1) сверхкритический двухкомпонентный растворитель, включающий в себя CO2 и изопропиловый спирт;
2) гранулированный оксид алюминия Al2O3 в качестве катализатора, обеспечивающий и проведение восстановления карвона 2 в карвеол 3, и дегидратацию карвеола 3 в 1,5,8-n-ментатриен 1;
3) трубчатый реактор проточного типа, что позволяет проводить превращения за короткие времена контакта.
Способ получения 1,5,8-n-ментатриена 1 из карвона 2 осуществляют в сверхкритическом растворителе с применением экспериментальной установки на основе трубчатого реактора проточного типа, содержащего гранулированный гетерогенный катализатор Al2O3. Исходную смесь подают в реактор двумя потоками. Первый поток - сверхкритический CO2 (расход 5.0 мл/мин) - при помощи шприцевого насоса подают в смеситель, расположенный на входе в реактор, через теплообменник, где нагревают до температуры реакции. Второй поток (расход 3.0 мл/мин) - раствор карвона 2 в изопропиловом спирте - подают в тот же смеситель при помощи поршневого насоса. Применение CO2 в качестве компонента комплексного растворителя позволяет проводить превращения при более низких температурах за счет снижения критических параметров.
Реакцию проводят в интервале температур T=220-300°C, предпочтительно 260°C и давления P=150-200 атм. Время контакта составляет менее 6 мин. Реакционную смесь на выходе реактора охлаждают и собирают. Состав жидких продуктов реакции анализируют методом хроматомасс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent 6890N с квадрупольным масс-анализатором Agilent 5973N в качестве детектора. Для анализа используют кварцевую колонку HP-5MS (сополимер 5%-дифенил-95%-диметилсилоксана) длиной 30 м, внутренним диаметром 0.25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 мкм. Развертка - от m/z 29 до m/z 500. Качественный анализ продуктов реакции осуществляют сравнением полных масс-спектров с соответствующими литературными данными и с данными библиотек NIST (190825 соединений) и Wiley7 (375000 масс-спектров). Состав смесей рассчитывают, исходя из площадей пиков компонентов в хроматограммах.
Конверсия карвона составляет 83%, селективность по 1,5,8-n-ментатриену 1 составляет 46%, дигидрокарвеолу 5-37% и карвеолу 3-17% (схема 3). Учитывая значительную разницу в температурах кипения, соединение 1 может быть легко отделено от исходного карвона 2 и спиртов 3 и 5.
Очевидно, на первой стадии реакции протекает восстановление карвона 2 в карвеол 3 по реакции Меервейна-Пондорфа-Верлея, в качестве восстановителя выступает изопропиловый спирт, который превращается в ацетон. Далее карвеол 3 подвергается дегидратации в 1,5,8-n-мептатриен 1
Схема 3
Образующийся в качестве промежуточного продукта карвеол 3 также может быть превращен в 1,5,8-n-ментатриен 1. Например, при проведении реакции с использованием в качестве исходного соединения карвеола 3 в описанной выше установке при 260°C, конверсия карвеола 3 составляет 87%, а селективность по 1,5,8-n-ментатриену 1-47%.
Для получения (4S)- или (4R)-энантиомера соединения 1 нужно использовать в качестве исходных соединений соответствующие энантиомеры карвона 2 или карвеола 3.
Таким образом, предложенный метод позволяет получать 1,5,8-n-ментатриен 1 из карвона 2 с приемлемым выходом в одну препаративную стадию за времена контакта менее 6 мин без использования дорогостоящих реагентов и взрывоопасных растворителей.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Синтез 1,5,8-n-ментатриена 1 исходя из карвона 2.
Превращение карвона 2 в 1,5,8-n-ментатриен 1 осуществляют с применением экспериментальной установки с использованием трубчатого проточного реактора (6.0×8.0 мм, длина 3.0 м), загруженного гранулированным гетерогенным катализатором оксидом алюминия Al2O3 объемом 42 см (39.1 г) В реактор загружают Al2O3 (Macherey-Nagel, pH 7±0.5, свободная поверхность по BET - 130 м2/г) с размером зерна 50-200 мкм.
Исходную смесь подают в реактор двумя потоками. Первый поток - сверхкритический CO2 (расход 5.0 мл/мин) - при помощи шприцевого насоса подают в смеситель, расположенный на входе в реактор, через теплообменник, где нагревают до температуры реакции. Второй поток (расход 3.0 мл/мин) - 1%-ный раствор карвона 2 в изопропиловом спирте подают в тот же смеситель при помощи поршневого насоса.
Реакцию проводят в интервале температур T=220-300°C и давления P=150-200 атм. Время контакта составляет ~ 5.3 мин. Реакционную смесь на выходе реактора охлаждают, собирают и отправляют на анализ.
Конверсия карвона составляет 83%, селективность по 1,5,8-n-ментатриену 1 составляет 46%, дигидрокарвеолу 5 - 37% и карвеолу 3 - 17% (схема 3).
Пример 2. Синтез 1,5,8-n-ментатриена 1 исходя из карвеола 3.
Превращение карвона 3 в 1,5,8-n-ментатриен 1 осуществляют с применением экспериментальной установки с использованием трубчатого проточного реактора (6.0×8.0 мм, длина 3.0 м), загруженного гранулированным гетерогенным катализатором оксидом алюминия Al2O3 объемом 42 см (39.1 г). В реактор загружают Al2O3 (Macherey-Nagel, pH 7±0.5, свободная поверхность по BET ~ 130 м/г) с размером зерна 50-200 мкм.
Исходную смесь подают в реактор двумя потоками. Первый поток - сверхкритический CO2 (расход 5.0 мл/мин) - при помощи шприцевого насоса подают в смеситель, расположенный на входе в реактор, через теплообменник, где нагревают до температуры реакции. Второй поток (расход 3.0 мл/мин) - 1%-ный раствор карвеола 3 в изопропиловом спирте подают в тот же смеситель при помощи поршневого насоса.
Реакцию проводят в интервале температур T=220-300°C и давления P=150-200 атм. Время контакта составляет ~ 5.3 мин. Реакционную смесь на выходе реактора охлаждают, собирают и отправляют на анализ.
Конверсия карвеола составляет 87%, селективность по 1,5,8-n-ментатриену 1 составляет 47%, дигидрокарвеолу 5 - 5% и n-цимолу 4 - 18%.
Как видно из описания, изобретение решает задачу контролируемого одностадийного получения 1,5,8-n-ментатриена 1 в реакциях превращения карвона 2 или карвеола 3 в выбранном сверхкритическом растворителе на гетерогенном катализаторе Al2O3 и направлено на получение ценного промежуточного соединения для парфюмерно-косметического и фармацевтического применения.
Осуществление химических превращений в сверхкритических флюидах-растворителях может быть положено в основу современных технологий получения широкого класса промышленно важных органических соединений, лекарственных и душистых веществ.
1. Способ получения 1,5,8-n-ментатриена в реакциях превращения карвона или карвеола в присутствии катализатора, отличающийся тем, что реакцию превращения карвона или карвеола осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе, который включает в себя CO2 и изопропиловый спирт при температуре 220-300°C и давлении 150-200 атм на гетерогенном катализаторе оксиде алюминия Al2O3.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ осуществляют в трубчатом реакторе проточного типа.
