способ получения 6-метил-5-гептен-2-она

Формула изобретения

Способ получения 6-метил-5-гептен-2-она взаимодействием 3-метил-1-бутен-3-ола с ацетоуксусным эфиром в вазелиновом масле при нагревании, отличающийся тем, что к смеси ацетоуксусного эфира в вазелиновом масле, нагретой до 160 165^oС, добавляют 3-метил-1-бутен-2-ол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к органической химии, конкретно к усовершенствованному способу получения 6-метил-5-гептен-2-она, который находит широкое применение в органическом синтезе, являясь основой для производства витаминов A и E и душистых веществ, таких как цитраль, линалоол, - и --иононы, нерол и неролидол [1-3]

Известны промышленные способы получения 6-метил-5-гептен-2-она, разработанные и применяемые такими зарубежными фирмами, как "La Roche", BASF, "SNAM-Progetti", заключающиеся в том, что 3-метил-1-бутен-3-ол подвергают взаимодействию с дикетеном при температуре не более 30^oC в растворителе (обычно ксилоле) в присутствии катализаторов (в основном третичных аминов или пиридина [1] приводящему к образованию ацетоацетоната 3-метил-1-бутен-3-ола (выход 90 95%), последующее разложение которого при температуре 160 - 180^oC дает 6-метил-5-гептен-2-он (выход 80 90%) [4] Несмотря на высокий суммарный выход 6-метил-5-гептен-2-она (75 85%), существенным недостатком большинства этих способов является использование чрезвычайно токсичного и неустойчивого дикетена, получаемого, в свою очередь, разложением ацетона или уксусного ангидрида до кетена при температуре 500 700^oC с последующей димеризацией в дикетен, протекающей с невысоким выходом (50 55%) [5]

Известны также способы получения 6-метил-5-гептен-2-она, заключающиеся в том, что 3-метил-1-бутен-3-ол подвергают взаимодействию с ацетоуксусным эфиром как в растворителе, так и без растворителя, в присутствии катализаторов и без них с выходом целевого продукта до 60% [4] В двухстадийных синтезах через промежуточные пренилгалогениды удалось получить 6-метил-5-гептен-2-он из 3-метил-1-бутен-3-ола с выходом 60 5% [6] В последней случае их недостатками являются наличие галогенсодержащих примесей, невысокий выход целевого 6-метил-5-гептен-2-она, сложность проведения процесса и обработки реакционной смеси, а также образование побочных продуктов [2]

Наиболее близким к заявляемому является способ получения 6-метил-5-гептен-2-она, заключающийся в том, что 3-метил-1-бутен-3-ол подвергают взаимодействию с ацетоуксусным эфиром в вазелиновом масле, добавляя в разогретое до 210^oC вазелиновое масло смесь 3-метил-1-бутен-3-ола с ацетоуксусным эфиром в мольном соотношении 10:1, проводя реакцию при температуре 160 180^oC [6] Этот способ характеризуется недостаточно высоким выходом целевого 6-метил-5-гептен-2-она (60% ) за счет побочной реакции разложения 3-метил-1-бутен-3-ола до изопрена [6]

Технической задачей изобретения является повышение выхода 6-метил-5-гептен-2-она за счет максимальной конверсии реагентов и минимального образования побочных продуктов.

Эта задача решается описываемым способом получения 6-метил-5-гептен-2-она, заключающемся в изменении порядка смешения и соотношения реагентов, а также температурного режима реакции: вместо одновременного прибавления 3-метил-1-бутен-3-ола и ацетоуксусного эфира, взятого с 10%-ным избытком по отношению к первому реагенту, к нагретому до 210^oC вазелиновому маслу, предлагается сразу смешивать ацетоуксусный эфир с вазелиновым маслом при комнатной температуре, затем нагревать эту смесь до 160 165^oC и только после этого медленно вводить в реактор 3-метил-1-бутен-3-ол с одновременным удалением из сферы реакции этанола, диоксида углерода и ацетона.

Выход 6-метил-5-гептен-2-она по предлагаемому способу составляет 83% при конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола 96%

Столь существенное повышение выхода (на 23% по сравнению с прототипом (6) достигаются за счет указанного совокупного изменения всех параметров процесса, но главным образом за счет многократного повышения эффективной концентрации ацетоуксусного эфира по отношению к 3-метил-1-бутен-3-олу: в каждый момент времени в реакционной среде сохраняется огромный избыток ацетоуксусного эфира (сразу введенного в реакцию)) по отношению к 3-метил-1-бутен-3-олу, медленно добавляемому к реакционной смеси. Это обеспечивает максимальную конверсию реагентов и минимальное образование побочных продуктов. Любые отклонения от предлагаемого комплекса условий, найденного широким варьированием всех параметров, ведут к перерасходу реагентов, усложнению операции выделения целевого 6-метил-5-гептен-2-она (в частности, увеличивается продолжительность стадии ректификации) и удорожанию себестоимости продукта. Тем более что при соблюдении порядка смешения реагентов, предлагаемого в прототипе [6] целевой продукт всегда загрязнен ацетоуксусным эфиром, от которого продукт очень трудно очистить. Для этого вводится дополнительная стадия щелочной обработки.

Рекомендуемый интервал температур (160 65^oC) обусловлен физико-химическими особенностями системы и механизмом реакции: при более низкой температуре реакция практически не идет, а при более высокой основным направлением реакции является образование побочной дегидроацетовой кислоты, а также усиливается процесс разложения 3-метил-1-бутен-3-ола до изопрена.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого способа являются медленное добавление 3-метил-1-бутен-3-ола к смеси ацетоуксусного эфира и вазелинового масла (в прототипе реагенты прибавляются одновременно), разогретой до 160 165^oC (в прототипе до 210^oC).

Процесс проводят следующим образом: смесь вазелинового масла с ацетоуксусным эфиром нагревают до 160 165^oCзатем в реакционную смесь медленно (в течение 7 ч) добавляют эксимольное количество 3-метил-1-бутен-3-ола, поддерживая температуру в интервале 160-165^oC с одновременной отгонкой дистиллята, содержащего в основном этанол и ацетон. По окончании процесса из реакционной смеси под вакуумом отгоняют целевой 6-метил-5-гептен-2-он, из остатка регенерируют вазелиновое масло (например, промывкой ацетоном).

Приведенные ниже примеры подтверждают обоснованность указанных выше параметров: интервалов температур (примеры 1-6), соотношения 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир (примеры 7-10) и порядка смешения реагентов (пример 11).

Пример 1 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 162 165^oC).

В нагретую до 160^oC смесь, состоящую из 25 мл вазелинового масла и 65 г (0,5 моль) ацетоуксусного эфира, прикапывают 43 г (05 моль) 3-метил-1-бутен-3-ола в течение 7 ч. (165^oC) с одновременным отгоном дистиллята (23,1 г), содержащего 15% ацетона, 78% этанола и 7% 3-метил-1-бутен-3-ола. Из остатка вакуумной отгонкой выделяют 50,5 г (80%) чистого метилгептенона. Выход метилгептенона 83,4% считая на прореагировавший 3-метил-1-бутен-3-ол (96%).

Пример 2 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 162 162^oC).

Реакцию проводят в 10-литровом реакторе, снабженном мешалкой, термопарой, капельной воронкой и ректификационной колонкой. В нагретую до 162^oC смесь 1,875 л вазелинового масла и 4,875 кг (37,5 моль) ацетоуксусного эфира прикапывают 3,225 кг (37,5 моль) 3-метил-1-бутен-3-ола в течение 21 ч, поддерживая температуру реакционной смеси в пределах 162 165^oC. В ходе реакции отгоняют 2592 г легкокипящих продуктов, содержащих 384 г ацетона, 1682 г этанола и 516 г (6 моль) 3-метил-1-бутен-3-ола, не вступившего в реакцию. Из остатка вакуумной отгонкой выделяют 3780 г (80%) чистого метилгептенона. Выход метилгептенона составляет 95% считая ан прореагировавший 3-метил-1-бутен-3-ол (84%).

Пример 3 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:4, температура реакции 173^oC).

Реакцию проводят аналогично предыдущему синтезу (пример 2), но при температуре 173^oC в течение 18 ч. Выделяют 1180 г (25%) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (78,1%) выход метилгептенона составляет 32%

Пример 4 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 180^oC).

Реакцию проводят аналогично предыдущему синтеза (пример 2), но при температуре 180^oC в течение 15 ч. Выделяют 900 г (19%) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (62%) выход метилгептенона составляет 31%

Пример 5. (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 155^oC).

Реакцию проводят аналогично предыдущему синтезу (пример 2), но при температуре 155^oC в течение 27 ч. Выделяют 1740 г (37%) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (56%) выход метилгептенона составляет 66%

Пример 6 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 145^oC).

Реакцию проводят аналогично предыдущему синтезу (пример 2), но при температуре 145^oC в течение 7 ч. Целевой метилгептенон практически не образуется, его выход не превышает 5%

Пример 7 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1,1, температура реакции 162 165^oC).

Реакцию проводят аналогично синтезу, описанному в примере 2, но при мольном соотношении 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир, равном 1:1, 1. Выделяют 2870 г смеси, содержащей 8% ацетоуксусного эфира, после обработки которой КОН и вакуумной дистилляции получают 2540 г (53,7%) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (96%) выход метилгептенона составляет 56%

Пример 8 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1,2, температура реакции 162 162^oC).

Реакцию проводят аналогично синтезу, описанному в примере 7, но при мольном соотношении 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир, равном 1:1,2. Выделяют 3110 г смеси, содержащей 5% ацетоуксусного эфира. После обработки смеси КОН и вакуумной дистилляции получают 2490 г (52,7%) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (97%) выход метилгептенона составляет 54,3%

Пример 9 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1,1:1, температура реакции 162 165^oC).

Реакцию проводят аналогично синтезу, описанному в примере 7, но при мольном соотношении 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир, равном 1,1:1. Выделяют 3190 г (67,6% ) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (86%)):его выход составляет 78,6%

Пример 10 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1,2:1, температура реакции 162 165^oC).

Реакцию проводят аналогично синтезу, описанному в примере 7, но при мольном соотношении 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир, равном 1,2:1. Выделяют 2850 г (52,7% ) метилгептенона. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (80%) его выход составляет 65,9%

Пример сравнения 11 (мольное соотношение 3-метил-1-бутен-3-ол: ацетоуксусный эфир составляет 1:1, температура реакции 162 168^oC).

В разогретое до 160^oC вазелиновое масло (25 мл) прикапывают эквимольную смесь, состоящую из 43 г (0,5 моль) 3-метил-1-бутен-3-ола и 65 г (0,5 моль) ацетоуксусного эфира в течение 7 ч (165^oC) с одновременным отгоном дистиллята, состоящего из ацетона, этанола и 3-метил-1-бутен-3-ола. Из остатка вакуумной отгонкой выделяют 36,6 г (58%) чистого метилгептенона, т.кип. 61 62^oC 10 мм рт.ст. n²_D⁰ 1,441. С учетом конверсии 3-метил-1-бутен-3-ола (96%) его выход составляет 604%

Таким образом, разработанный нами способ позволяет на 23% увеличить выход 6-метил-5-гептен -2-она по сравнению с прототипом за счет подавления побочной реакции разложения 3-метил-1-бутен-3-ола до изопрена.