×
29.06.2020
220.018.2ccd

Результат интеллектуальной деятельности: Способ электрохимического окисления спиртов в нитрилы

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов в нитрилы, включающему предварительное приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, водного раствора гидрокарбоната натрия, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидина, пиридина, а также добавки фторида аммония в качестве источника азота, проведение электролиза при температуре 25-30ºС, который заканчивают после пропускания 5 F электричества. Технический результат заключается в снижении энерго- и трудозатрат, создании способа, позволяющего получать нитрилы в одну стадию, при комнатной температуре и атмосферном давлении без предварительного выделения промежуточных продуктов. 3 пр.

Изобретение относится к способу получения нитрилов непрямым электрохимическим окислением первичных алифатических спиртов под действием постоянного тока на электролит, представляющего собой двухфазную систему (хлористый метилен-вода).

Нитрилы являются перспективными продуктами для химической промышленности. Они представляют интерес в качестве промежуточных звеньев в синтезе фармацевтических препаратов, агрохимикатов и других полезных молекул. В последние годы замечен подъем интереса к комплексам нитрилов с солями металлов, относящихся к d-элементам. Установлено, что эти комплексы обладают выраженными антимикробными свойствами, являются полифункциональными присадками к нефтяным маслам, придавая последним противоизносные, противозадирные и антикоррозионные свойства.

Классическим способом их получения является реакция цианирования (Koelscha, C.F. The rosenmund-von braun nitrile synthesis /C.F. Koelscha. G. Whitney// J. Org. Chem. 1941.Vol. 06. № 6. P. 795-803). Данный способ основан на цианировании спиртов, с помощью таких реагентов, как CuCN, TsCN, Zn(CN)2 и Me3SiCN, однако, несмотря на эффективность данного способа и дешевизну используемых реагентов, он имеет и существенный недостаток, а именно их отравляющее действие на человека и окружающую среду.

Существует способ окисления спиртов до нитрилов (Z. Fan, X. Yang, C.Chen, Z. Shen, M. Li One-pot electrochemical oxidation of alcohols to nitriles mediated by TEMPO, Journal of The Electrochemical Society, 2017, Vol. 164, №4, G54-G58). Способ основан на использовании в качестве электролита раствора перхлората натрия в ацетонитриле (NaClO4-CH3CN) в присутствии нитроксильного радикала, с добавкой ацетатаммония в качестве источника азота. Недостатками данного метода являются применение агрессивного окислителя нитроксильного радикала - перхлората натрия, а также проведение синтеза в только в органической фазе.

Известен способ получения нитрилов карбоновых кислот (А.с. SU 1 498 755, C07C 120/00, C07C 121/14, C07C 121/52, опубл. 07.08.1989), включающий приготовление реакционной смеси, состоящей из гексанамида, ацетонитрила и трифторуксусной кислоты (молярное соотношение 1:10:5). Данную смесь нагревают при 100ºС в течение 2 ч. Затем отгоняют смесь трифторуксусной кислоты и ацетонитрила, капронитрил и ацетамид в вакууме.

К недостаткам данного способа можно отнести необходимость поддерживать температуру синтеза равную 100ºС, также используемая трифторуксусная кислота в жидком и газообразном виде может вызывать сильные ожоги кожных покровов и слизистых оболочек.

Наиболее близким техническим решением является (патент RU 2671827, C25B 3/02, C07C 47/02, опубл. 07.11.2018) способ электрохимического окисления спиртов, включающий приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, воды, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин с добавкой пиридина, после чего проводят электролиз при температуре 25-30ºС и заканчивают его после пропускания 2 F электричества, по окончании которого наблюдалось образование альдегида в количестве 95,2% по данным ГХМС.

Однако в описанном выше способе нет возможности расширить качественный состав продуктов окисления спиртов.

Задачей изобретения является создание экологически выгодного процесса окисления спиртов до карбонильных соединений, в частности нитрилов в энерго- и трудоэкономическом отношении.

Сущность изобретения заключается в том, что способ электрохимического окисления спиртов в нитрилы, включающий приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, водного раствора гидрокарбоната натрия, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин, пиридина, а также добавки фторида аммония в качестве источника азота, проведение электролиза при температуре 25-30ºС и заканчивают после пропускания 5 F электричества.

Для проведения синтеза используется бездиафрагменная электрохимическая ячейка, снабженная водяной рубашкой для охлаждения. При указанной конструкции электролизера снижаются энергозатраты, так как не создается дополнительное сопротивление проходящему через ячейку электрическому току.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются сокращение времени превращения спирта, снижение энергозатрат, а также создание способа, позволяющего получать нитрилы в одну стадию при комнатной температуре и атмосферном давлении без выделения промежуточных соединений. Окисление спиртов до соответствующих нитрилов происходит в одном реакторе, без образования побочных продуктов, после пропускания 5 F электричества.

Результат достигается совмещением двух параллельно протекающих процессов, а именно электрохимического и химического. Электрохимически на аноде образуется первичный окислитель - йод, а в объеме электролита химически происходит окисление йодом 4-ацетиламино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила до оксоаммониевого катиона, который далее окисляет спирт, а сам восстанавливается до нитроксильного радикала, который после регенерации возвращается в процесс. Вследствие наличия в зоне реакции источника азота происходит превращение альдегида в нитрил, что позволяет качественно изменить продукт синтеза.

В качестве первичного окислителя применяется йодид калия, который является безопасным и не токсичным реагентом в сравнении с йодом, а также не оказывает действие на другие легкоокисляющиеся группы.

Ниже приведены примеры реализации способа электрохимического окисления спиртов до нитрилов непрямым электрохимическим окислением первичных алифатических спиртов.

Пример 1. Электрохимическое окисление спирта постоянным током на примере окисления октанола до октанитрила.

Электролиз проводят в бездиафрагменном электролизере емкостью 150 мл, снабженном водяной рубашкой, термометром и механической мешалкой. Анод и катод платиновые пластинки, площадь анода ~ 8 см2, площадь катода ~ 3 см2.

В электролизер помещают 0,04 моль октанола, 0,004 моль пиридина и 0,004 моль нитроксильного радикала – 4-ацетиламино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила (мольное соотношение спирт: НР - 1:0,1), растворенных в 40 мл хлористого метилена соответственно. Затем добавляют 0,06 моль NaHCO3, 0,04 моль KJ, 0,04 моль NH4F, растворенных в 80 мл дистиллированной воды. Синтез проводят при постоянном токе плотностью 0,05 А/см2. Продолжительность электролиза 5,3 часа (количество пропущенного электричества 5 F).

Меньшее время синтеза приводит к снижению выхода продукта, поскольку происходит неполное превращение исходного спирта, при пропускании более 5F электричества, в реакционной смеси, кроме нитрила наблюдаются побочные продукты окисления спирта. Было замечено, что оптимальной температурой для проведения синтеза является 25-30°С, использование более низкой температуры приводит к снижению скорости процесса, а вследствие и выхода, а применение более высокой температуры приводит к снижению выхода целевого продукта, в результате ускорения процессов окисления, ведущих к образованию побочных продуктов (эфиров, кислот). В качестве источника азота рассматривались хлорид и фторид аммония, а также солянокислый гидроксиламин. В ходе проведенных опытов было выявлено, что наилучшими выходами обладают синтезы, где в качестве азотсодержащей добавки использовался фторид аммония. После окончания синтеза водный и органический слои обрабатывают Na2S2O3 для устранения избытка йода (йод - крахмальная проба) и разделяют. Водный слой дополнительно экстрагируют хлористым метиленом, органические вытяжки объединяют, сушат безводным сульфатом натрия и отгоняют хлористый метилен в роторном испарителе. Содержание нитрила определяют методом ГХМС. Степень конверсии спирта составила 95%. Выход нитрила составил 88%.

Пример 2. Опыт проводили, как в примере 1, но без добавки пиридина. Степень превращения спирта 25%. Выход нитрила составил 24%.

Пример 3. Опыт проводили, как в примере 1, но в качестве пиридинового основания был взят 2,6-диметилпиридин был взят в количестве 0,04 моль. Степень превращения спирта 68%. Выход нитрила составил 56,3%.

Важными характеристиками предлагаемого способа являются одностадийное превращение спирта в нитрил, простота аппаратурного оформления процесса, доступность и экологичность реагентов, относительно низкая стоимость используемой медиаторной системы. Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить выход целевого продукта, а также уменьшить время проведения синтеза.

Способ электрохимического окисления спиртов в нитрилы, включающий предварительное приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, водного раствора гидрокарбоната натрия, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидина, пиридина, а также добавки фторида аммония в качестве источника азота, проведение электролиза при температуре 25-30ºС, который заканчивают после пропускания 5 F электричества.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 51 items.
31.05.2019
№219.017.711f

Позиционный пневматический привод

Привод предназначен для многокоординатных перемещений исполнительных механизмов машин. Привод включает пневматический двигатель, пневмораспределители и адаптивную систему управления, образуемую инверсным пневмомеханическим тормозным устройством, многофункциональным пневматическим датчиком с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689662
Дата охранного документа: 28.05.2019
31.05.2019
№219.017.719f

Ветроэнергетическая установка

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка, содержащая раструб, выполненный в виде усечённого конуса или цилиндра, переходящего в усечённый конус, и расположенный в нём по его вертикальной оси ротор, выполненный в виде вала с закреплёнными на нём посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689661
Дата охранного документа: 28.05.2019
13.06.2019
№219.017.8151

Устройство измерения и оценки технического состояния оборудования машиностроительного комплекса

Изобретение относится к устройствам измерительной техники, а именно к устройствам мониторинга технического состояния объекта. Устройство состоит из корпуса, включающего модуль мониторинга на плате с микроконтроллером, модулем хранения информации, модулем анализа информации, модулем ввода/вывода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691225
Дата охранного документа: 11.06.2019
23.07.2019
№219.017.b74a

Защитный кожух для режущего инструмента с системой пылеотсоса

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к устройствам для обеспыливания рабочей зоны оператора. Защитный кожух для режущего инструмента содержит внутренний и внешний пылеотсасывающие элементы, выполненные в виде незамкнутых цилиндров с возможностью сборки, поворота и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694939
Дата охранного документа: 18.07.2019
12.08.2019
№219.017.be73

Способ экспресс-анализа жидких фасованных продуктов и установка для его осуществления

Изобретение относится к способам исследования текучих сред, преимущественно к измерению кинематической вязкости, и может быть использовано при контроле качества авиационных керосинов и дизельных топлив в лабораторных условиях на местах производства. Способ экспресс-анализа жидких фасованных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696810
Дата охранного документа: 06.08.2019
17.10.2019
№219.017.d6cc

Способ импрегнирования абразивных инструментов

Изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано при их ипрегнировании. Способ включает пропитку инструмента в ёмкости с водным раствором, содержащим 20-25 г дийодида хрома на литр воды, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703063
Дата охранного документа: 15.10.2019
24.10.2019
№219.017.d9e7

Способ пожаровзрывозащиты индивидуальных жилых домов и квартир с помощью сплит-систем

Предлагаемое изобретение относится к области газоснабжения, вентиляции, кондиционирования и пожарной безопасности квартир в многоэтажных зданиях и индивидуальных жилых домах, а также к взрывобезопасности газовых приборов и сетей в них. Заявлен способ использования сплит-систем в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703884
Дата охранного документа: 22.10.2019
10.11.2019
№219.017.e06b

Устройство подбора идентичных по времени срабатывания однотипных электромагнитных реле

Устройство относится к области неразрушающей диагностики и неразрушающего контроля электромагнитных аппаратов с переключающейся магнитной системой. Кроме того, устройство может использоваться на предприятиях для организации входного контроля электромагнитных реле и ускоренного выделения группы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705558
Дата охранного документа: 08.11.2019
14.11.2019
№219.017.e1a6

Устройство индукционного нагрева для обработки поверхностей резанием

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механической обработке материалов резанием, и предназначено для обработки деталей разной конфигурации с предварительным индукционным нагревом обрабатываемой поверхности до требуемой температуры, предпочтительно на токарных, расточных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705825
Дата охранного документа: 12.11.2019
01.12.2019
№219.017.e929

Кератопротез комбинированный епихина а.н.

Изобретение относится к медицине. Кератопротез комбинированный состоит из оптической части, выполненной из насыщенного ультрафиолетовым адсорбентом прозрачного упругого полимера в виде съемного болта с грибовидным передним торцом и резьбой на боковой поверхности, и гаптической части,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707646
Дата охранного документа: 28.11.2019
Showing 1-2 of 2 items.
09.11.2018
№218.016.9be6

Способ электрохимического окисления спиртов

Настоящее изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов, включающему приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, воды, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671827
Дата охранного документа: 07.11.2018
20.04.2023
№223.018.4ac4

Способ электрохимического окисления спиртов в нитрилы

Изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов в нитрилы. Предлагаемый способ включает предварительное приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, водного раствора гидрокарбоната натрия, органического растворителя, в качестве которого используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002778929
Дата охранного документа: 29.08.2022
+ добавить свой РИД