Результат интеллектуальной деятельности: Способ ацетилирования гидроксиарилов винилацетатом

Изобретение относится к способу получения ариловых эфиров уксусной кислоты, которые находят широкое применение в органическом синтезе, в частности, для получения гидроксиарилкетонов [Физер, Луис. Реагенты для органического синтеза: в 4 т. / Л. Физер, М. Фризер; под ред. акад. И.Л. Кнунянца, д-ра хим. наук Р.Г. Костяновского. - М.: Мир, 1970-1971. - Пер. изд.: Reagents for Organic Synthesis / L.F. Fieser, M. Fieser. - 1968. Т. 1: A-E / пер. с англ. д-ра хим. наук Н.С. Зефирова [и др.]. - 1970. - С. 46-47. Труды ИРЕА. Методы получения химических реактивов и препаратов. - Вып. 10, - М., - 1964, - С. 87], в медицине и ветеринарии [Экстренная помощь [Электронный ресурс]: Органические ацидемии. Болезни с метаболическими нарушениями / С. Никитин. - 2010. - URL: http://www.oanews.ru/2010-08-30-14-40-41.html (дата обращения 11.09.2016). Композиция, содержащая орнитин и фенилацетат или фенилбутират, для лечения печеночной энцефалопатии: патент Евразийской патентной организации ЕА 011716 В1, №20090428; заявл. 28.11.2005, опубл. 28.04.2009], в парфюмерии [Войткевич С.А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. - М.: Пищевая промышленность. - 1994, - с. 571] и др.

Традиционный способ получения сложных эфиров фенолов и нафтолов заключается во взаимодействии гидроксиарилов с ангидридами или хлорангидридами соответствующих карбоновых кислот в присутствии катализаторов разной природы или без них.

Например, известен способ получения фениловых или нафтоловых эфиров уксусной кислоты путем взаимодействия фенола и α- или β-нафтолов с ангидридом уксусной кислоты при температуре кипения смеси в течение 3 ч в присутствии катализаторов: галогенидов щелочных или щелочноземельных металлов - при молярном соотношении фенол - уксусный ангидрид - катализатор 1:2,4:1 [SU №464576, опубл. 25.03.1975].

Недостатком данного способа являются низкое использование уксусного ангидрида (избыток 1,4 моль ангидрида на 1 моль фенола) и образование в процессе синтеза большого количества уксусной кислоты (1 моль кислоты на 1 моль образующегося эфира). Эти соединения, в том числе и катализаторы, утилизируются без регенерации после нейтрализации раствором гидроксида натрия.

В патенте [Патент Германии 314646, №14, 125, 128; 1928] предложено использовать винилацетат в присутствии катализатора: серной кислоты - как ацилирующий агент для спиртов и фенолов. Однако приведенные в патенте примеры касаются только получения ацетатов алифатических спиртов.

Относительно взаимодействия фенола с винилацетатом в присутствии серной кислоты имеются данные, что конечным продуктом их взаимодействия является о-винилфенол, образующийся в виде полимера [Joseph В. Niederl, Addition of Phenols to the Ethylenic Linkage. Ii. The Action of Phenols of Allyl Alcohol, Allyl Acetate, Vinyl Acetate and Allyl Ethers / Joseph B. Niederl, Richard A. Smith, Martin E. McGreal // J. Am. Chem. Soc., 1931, 53(9), pp. 3390-3396].

Таким образом, известные способы получения ариловых эфиров уксусной кислоты обладают определенными недостатками: жесткими условиями синтеза, образованием большого количества отходов, неполным использованием токсичного и дорогостоящего уксусного ангидрида.

Известен способ ацетилирования монозамещенных фенолов и монозамещенных нафтолов (на примере 2-гидроксинафтойной кислоты), в котором фенольные соединения последовательно нейтрализуют основанием при комнатной температуре и обрабатывают винилацетатом в подходящем растворителе при температуре от 20 до 70°С [US 5136084 A. Process for the acetylation of a mono-substituted phenol or a mono-substituted naphthol / Shu-Chung Lin, Min-Hon Rei; - Publication date 4 Aug 1992]. При этом конверсия незамещенного фенола в обсуждаемой реакции составляет 36%, а конверсия n-гидроксибензойной кислоты не превышает 80% во всех представленных в патенте примерах.

Одним из наиболее близких по химической сущности к предлагаемому изобретению является способ ацилирования спиртов, фенолов, аминов и кислот, описанный в [SU №88847, опубл. 01.01.1950], согласно которому фенол ацилируют труднодоступным изопропенилацетатом в присутствии серной кислоты при нагревании на кипящей водяной бане в течение 2 ч. Выход фенилацетата при этом составляет 78%.

Отличительная особенность заявляемого способа состоит в том, что в качестве ацетилирующего агента фенольных соединений используется значительно более доступный и дешевый винилацетат в присутствии каталитических количеств карбоната или гидроксида калия. Роль катализатора состоит в увеличении нуклеофильности фенолов относительно винилацетата, которая достигается путем перевода их в феноляты, что приводит к увеличению скорости реакции и ее завершению за 1 час, а также фенольные соединения предварительно обрабатываются небольшим количеством основания с целью их активации, а реакция проводится в растворе винилацетата без использования растворителей. Выход сложного эфира при этом достигает 80-90% от теоретического.

Таким образом, цель работы заключается в улучшении технологических параметров и удешевлении процесса синтеза.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в получении фениловых или нафтоловых эфиров уксусной кислоты путем взаимодействия соответствующих фенолов и нафтолов с винилацетатом без вспомогательных растворителей в присутствии катализатора - карбоната или гидроксида калия - с последующей экстракцией органических веществ диэтиловым эфиром и отгонкой легколетучих компонентов.

Таким образом, предлагаемое технологическое решение обладает необходимой новизной, т.к. не описано в патентной и научно-технической литературе.

Пример 1. Синтез фенилового эфира уксусной кислоты в присутствии K₂CO₃.

В фарфоровой ступке растирают 4,7 г (0,05 моль) фенола и 0,69 г (0,005 моль) карбоната калия. В круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 8,6 г (0,1 моль) винилацетата, нагревают до 50°С и при перемешивании на магнитной мешалке в течение 30 мин вносят ранее приготовленную смесь фенола и K₄CO₃. После этого реакционную смесь перемешивают при 50°С еще 30 мин. Затем нагрев прекращают, позволяют смеси охладиться до комнатной температуры и экстрагируют диэтиловым эфиром (3*10 мл). Экстракт высушивают над безводным Na₂SO₄, фильтруют и отгоняют растворитель. Получают 8,4 г остатка - в виде бесцветной жидкости, массовая доля фенилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 63-67% (5,2-5,5 г). Выход фенилацетата 77-82% от теоретического (6,8 г).

Пример 2. Синтез фенилового эфира уксусной кислоты в присутствии KOH.

Аналогично примеру 1, исходя из 4,7 г (0,05 моль) фенола, с использованием 0,28 г (0,005 моль) гидроксида калия вместо карбоната калия. Получают 10,13 г продукта в виде бесцветной жидкости, массовая доля фенилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 55-57% (5,6-5,8 г). Выход фенилацетата 82-86% от теоретического (6,8 г).

Пример 3. Синтез n-крезилового эфира уксусной кислоты в присутствии K₂CO₃.

Аналогично примеру 1, исходя из 5.4 г (0,05 моль) n-крезола, с использованием 0,69 г (0,005 моль) карбоната калия. Получают 8,84 г продукта - в виде бесцветной жидкости, массовая доля n-крезилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 69-77% (6,1-6,8 г). Выход n-крезилацетата 81-90% от теоретического (7,5 г).

Пример 4. Синтез n-крезилового эфира уксусной кислоты в присутствии KOH.

Аналогично примеру 2, исходя из 5.4 г (0,05 моль) n-крезола и 0,28 г (0,005 моль) гидроксида калия. Получают 9,89 г продукта в виде бесцветной жидкости, массовая доля n-крезилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 64-67% (6,3-6,5 г). Выход n-крезилацетата 85-88% от теоретического (7,5 г).

Пример 5. Синтез 4-бифенилового эфира уксусной кислоты в присутствии KOH.

Аналогично примеру 2, исходя из 8,5 г (0,05 моль) 4-фенилфенола, с использованием 0,28 г (0,005 моль) гидроксида калия. Затвердевшую реакционную массу вместо экстракции перекристаллизовывают из этанола. Получают 7,84 г чистого продукта в виде белых игольчатых кристаллов с температурой плавления 88,4-89,7°С. Выход 4-бифенилацетата 74% от теоретического (10,6 г).

Пример 6. Синтез 2-нафтилового эфира уксусной кислоты в присутствии K₂CO₃.

Аналогично примеру 1, исходя из 7,2 г (0,05 моль) 2-нафтола и 0,69 г (0,005 моль) карбоната калия. Получают 10,42 г остатка, массовая доля 2-нафтилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 17-23% (1,8-2,4 г). Выход 2-нафтилацетата 20-26% от теоретического (9,3 г).

Пример 7. Синтез 2-нафтилового эфира уксусной кислоты в присутствии KOH.

Аналогично примеру 2, исходя из 7,2 г (0,05 моль) 2-нафтола и 0,56 г (0,01 моль) гидроксида калия. Получают 9,40 г остатка, массовая доля 2-нафтилового эфира уксусной кислоты в котором составляет 18-24% (1,7-2,3 г). Выход 2-нафтилацетата 18-25% от теоретического (9,3 г).