способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она

Классы МПК:C07C49/217 с ненасыщенными связями вне ароматических колец
C07C45/69 присоединением к углерод-углеродным двойным и(или) тройным связям
C07C45/65 отщеплением атомов водорода или функциональных групп; гидрогенолизом функциональных групп
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимии и катализа РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-24
публикация патента:

Изобретение относится к способу получения (Е)-4-фенил-3-бутен-2-она (бензальацетона) (I), который может быть использован в качестве вкусовой и ароматической добавки в пищевой промышленности и в парфюмерии. Способ заключатся во взаимодействии стирола и уксусного ангидрида в присутствии мезопористого аморфного оксидного алюмо-кремний-циркониевого катализатора при мольном соотношении стирол:уксусный ангидрид=1:2÷8, температуре 80-130°С, массовом содержании катализатора 10-50% (в расчете на смесь стирола с уксусным ангидридом, взятых в мольном отношении 1:1). Предлагаемое изобретение позволяет простым и малозатратным способом получить целевой продукт. 1 табл., 8 пр.

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Формула изобретения

Способ получения (Е)-4-фенил-3-бутен-2-она, характеризующийся тем, что взаимодействие стирола и уксусного ангидрида проводят в присутствии мезопористого аморфного оксидного алюмо-кремний-циркониевого катализатора при мольном соотношении стирол : уксусный ангидрид = 1:2-8, температуре 80-130°С, массовом содержании катализатора 10-50% (в расчете на смесь стирола с уксусным ангидридом, взятых в мольном отношении 1:1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к синтезу (E)-4-фенил-3-бутен-2-она (бензальацетона) (I).

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Бензальацетон (I) имеет широкий спектр промышленного применения и используется в качестве вкусовых и ароматических добавок в пищевой промышленности и в парфюмерии [J-М Sauer et al. Drug Metabolism and disposition, vol.25, № .10, p.1184-1190, 1997]; применяется в качестве промежуточного продукта для получения коричной кислоты и бензилацетона (ценный парфюмерный продукт с запахом земляники и жасмина) [Заявка US 2002/0055656 A1, 2002]. Замещенные (E)-4-фенил-3-бутен-2-оны проявляют противовоспалительную, противовирусную и антиоксидантную активность и применяются в фармацевтической промышленности [G.Elias and M.N.A.Rao. European Journal of Medicinal Chemistry, vol.23 (4), p.379-380, 1988; P.C.Kuo et al. Arch. Pharm. Res, vol.28, № 5, p.518-528, 2005; M.L.Edwards et al. J. Med. Chem., vol.26, № 3, 1983].

Известен способ получения бензальацетона, ферментативным восстановлением 4-фенил-3-бутин-2-она, при помощи редуктазы OYE; в присутствии никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADPH), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в изопропаноле при pH 6,8, 30°C в течение 1 ч при перемешивании. Реакционную смесь экстрагировали хлороформом. Выход продукта не указан [Заявка US 2010/0009421 A1, 2010].

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Известен ряд работ, относящихся к способу получения производного бензальацетона 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-она (II), в литературе называемого также «бензальацетон» (Н.Morita et al. PNAS, vol.107, № 2, p.669-673, 2010; Y. Shimokawa et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, Vol 20, (17), p.5099-5103, 2010; Патент GB 2416770, 2006; D.Zheng, G.Hrazdina. Archives of Biochemistry and Biophysics, 470, p.139-145, 2008]. Синтез 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-она (II) осуществляют ферментативными методами, а именно конденсацией ферментов 4-кумарил-КоА и молонил-КоА, где 4-кумарил-КоА - остаток кумаровой кислоты + кофермент A, состоящей из остатка адениловой кислоты (1), которая связана пирофосфатной группой (2) с остатком пантотеновой кислоты с молонил-KoA(malonyl-CoA); молонил-КоА - остаток малоновой кислоты+Кофермент A. Образовавшийся в ходе конденсации дикетид (III) далее декарбоксилируют и получают 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-он (II).

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Ферментативные методы синтеза могут быть альтернативой химическим методам, но в настоящее время эти методы недостаточно разработаны.

Известен способ получения бензальацетона по реакции Кляйзена-Шмидта - конденсацией бензальдегида с ацетоном в присутствии сильных оснований.

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Согласно методике, приведенной в [A.Sethi. Systematic Lab Experiments in organic Chemistry, p.699, 2003; S.Gokksu et al. Turk J. Chem., vol.27, pp.31-34, 2003; M.L.Edwards et al. J. Med. Chem., vol.26, № 3, 1983] синтез бензальацетона (I) осуществляют следующим образом: в колбу емкостью 100 мл, снабженную мешалкой и термометром, приливают 10 мл свежеперегнанного бензальдегида и 20 мл ацетона (значительный избыток ацетона приливают для уменьшения образования дибензальацетона). Колбу с реакционной массой держат в холодной водяной бане, затем по каплям при перемешивании добавляют 2,5 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, так, чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше 30°C. Потом смесь перемешивают в течение 2 ч при комнатной температуре. После окончания реакции реакционную массу нейтрализуют и разделяют перегонкой в вакууме. Выход целевого продукта составляет 10 г (68,4%).

К недостаткам данного способа можно отнести использование растворов едкого натра и соляной кислоты, необходимость стадии нейтрализации, отмывки реакционной смеси, утилизация больших объемов сточных вод, коррозию оборудования и т.д.

В работе [S.Handayani, I.S.Arty. Journal of Physical Science, vol.19, p.61-68, 2008] бензальацетон (I) получают также конденсацией Кляйзена-Шмидта, но по другой методике, которая заключается в том, что в предварительно подготовленный спиртовой раствор (этанол:вода=1:1) гидроксида натрия, содержащего 0,05 моль NaOH, добавляют бензальдегид (0,02 моль), и перемешивают 10 мин, после этого в смесь приливают по каплям ацетон (0,02 моль) и перемешивают в течение 30 мин. Затем к реакционной массе приливают воду и фильтруют. Дальше продукт очищают перекристаллизацией в этаноле и высушивают. Выход продукта (I) составляет 82%.

Недостатки этого метода: использование большого количества щелочи, что приводит к появлению стадии нейтрализации и отмывки продукта реакции, а также применение большого количества растворителя (этанола) и необходимость его регенерации.

Задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения бензальацетона (I).

Решение этой задачи достигается тем, что способ получения бензальацетона (I) осуществляют взаимодействием стирола и уксусного ангидрида в присутствии оксидного алюмо-кремний-циркониевого катализатора. Реакцию проводят при 80-130°C, количестве катализатора 10-50% мас. (в расчете на смесь стирола с уксусным ангидридом, взятых в мольном отношение 1:1) и мольном соотношении стирол:уксусный ангидрид, равном 1:2÷8. Конверсия стирола составляет 53,8-99%. Селективность образования целевого продукта 65-89%. Реакция проходит по схеме:

способ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321

Катализатор представляет собой мезопористый аморфный смешанный элементосиликат, в составе которого содержится алюминий и цирконий, равномерно распределенные в силикатной матрице.

Элементосиликаты известны как активные катализаторы разнообразных реакций: изомеризации парафинов и нафтенов, алкилирования ароматических соединений, гидрокрекинга и др.

Титаносиликатный катализатор, известный как TS-1, используется в промышленном процессе окисления фенола пероксидом водорода.

Использование элементосиликатов для получения бензальацетона не известно.

Преимущества предлагаемого способа

1. Малостадийность.

2. Отсутствие гидроксида натрия.

3. Отсутствие кислых и щелочных стоков.

4. Отсутствие растворителей.

5. Оксидный алюмо-кремний-циркониевый катализатор легко отделяется от реакционной массы и регенерируется, может использоваться многократно.

6. Снижение себестоимости и упрощение технологии за счет уменьшения энерго- и трудозатрат.

Предлагаемый способ получения бензальацетона (I) осуществляют следующим образом.

Используют мезопористый аморфный оксидный алюмо-кремний-циркониевый катализатор, синтезированный по методике, описанной в патенте [пат. РФ 2420455, 2011].

Для получения катализатора смешивают растворы солей алюминия и циркония в этаноле, со спиртовым раствором этилсиликата-40: обрабатывают полученную смесь аммиачной водой; образовавшуюся массу сушат вначале на воздухе при 100-150°C, а затем при 500-650°C. Получают мезопористый алюмоциркониевый катализатор, характеристики которого приведены в таблице.

Атомное соотношение элементовSi:Zr:Al=100:3,3:l,5
Насыпная плотность, г/см3 0,59
Удельная поверхность, м2 657
Объем пор по парам бензола, см3 0,44
Объем пор по парам гептана, см3 0,46
Объем пор по парам воды, см3 0,12
Распределение пор по радиусу3-50 нм

Синтез бензальацетона проводят в периодическом термостатированном реакторе. В реактор помещают стирол, уксусный ангидрид и катализатор, после чего нагревают до заданной температуры при непрерывном перемешивании реакционной массы. После окончания реакции реакционную массу отделяют от катализатора фильтрованием и перегоняют под вакуумом.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Синтез проводят в трехгорлой колбе, снабженной термометром, мешалкой, холодильником. В колбу помещают 1,2 мл (0,01 моль) стирола, 3,8 мл (0,04 моль) уксусного ангидрида, 0,21 г катализатора и нагревают до 80°C. Реакционную массу непрерывно перемешивают в течение 10 ч. После окончания реакции реакционную массу отделяют от катализатора фильтрованием и перегоняют под вакуумом. Целевой продукт - бензальацетон выделяют при 90°C/5 мм рт.ст. Конверсия стирола составляет 53,8%, селективность образования бензальацетона 86,2%.

Примеры 2-8 аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.

Таблица
Получение бензальацетона
№ п/п Условия реакции Конверсия стирола, мас.% Селективность,%
Количество катализатора, мас.% T, °Cспособ получения (е)-4-фенил-3-бутен-2-она, патент № 2481321 , чстирол:уксусный ангидрид, моль
120 8010 1:453,8 86,2
2 20 10010 1:458,5 83,4
3 20 13010 1:270,9 65,0
4 20 13010 1:496,3 83,5
5 20 1307 1:887,5 86,1
6 10 13010 1:470,2 67,0
7 30 1307 1:498,9 86,3
8 50 1307 1:499,0 89,0

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2481321

patent-2481321.pdf

Класс C07C49/217 с ненасыщенными связями вне ароматических колец

Класс C07C45/69 присоединением к углерод-углеродным двойным и(или) тройным связям

Класс C07C45/65 отщеплением атомов водорода или функциональных групп; гидрогенолизом функциональных групп

Наверх