Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИТАМИНОВ СЕРИИ K

Изобретение относится к синтезу витаминов серии К₃, к которым относятся менадиона натрия бисульфит (MSB) и менадиона никотинамида бисульфит (MNB), с использованием в качестве промежуточного продукта менадиона (2-метил-1,4-нафтохинона) получаемого в режиме окисления 2-метилнафталина соединениями Cr(VI).

Большинство способов получения 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона) основано на окислении 2-метилнафталина. Известен способ получения менадиона путем окисления 2-метилнафталина солями шестивалентного хрома в серной кислоте [US 3751437, С07С 49/66, 07.08.1973]. 2-метилнафталин предварительно растворяют в четыреххлористом углероде, затем последовательно смешивают с водным раствором соли хрома. Смесь нагревают до 65-70°С и выдерживают при постоянном перемешивании 45 мин. Затем добавляют 76% серную кислоту и выдерживают смесь еще 90 мин при той же температуре. Далее четыреххлористый углерод с растворенным менадионом декантируют и отгоняют под вакуумом. Конверсия составляет 94%, общий выход составляет 57-61%. В качестве инертного растворителя допускается брать уксусную кислоту, хлороформ, дихлорэтан, бензол и т.д.

Известен способ получения натриевой соли 1,2,3,4-тетрагидро-2-метил-1,4-диоксо-2-нафталин-2-сульфокислоты [Патент РФ №2126792, кл.С07С 309/26, 1999], включающий взаимодействие 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона) с водным раствором бисульфита натрия (NaHSO₃). Реакцию проводят в двухфазной системе, состоящей из водной фазы и фазы негорючего органического растворителя. Водная фаза представляет собой раствор бисульфита натрия с концентрацией от 4 до 6,5 моль/л, органическая фаза - раствор менадиона. Реакцию проводят при температуре не выше 40°С.

Производство другой разновидности витамина К₃ осуществляют за счет взаимодействия раствора менадиона натрия бисульфита с никотинамидом [US 4577019, С07С 49/66, 18.03.1986] в присутствии сильной минеральной кислоты, такой как серная, хлороводородная, фосфорная, либо органической такой как уксусная.

Известен способ получения витаминов серии К₃, включающий окисление 2-метилнафталина соединениями шестивалентного хрома в кислой среде при нагревании с получением 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона), окисление проводят при 48-55°С, полученный менадион переводят в менадиона натрия бисульфит (MSB), синтезированный MSB подвергают первичной кристаллизации, а затем изогидрической перекристаллизации в водном растворе в диапазоне температур 80-0°С, с последующим возвратом маточного раствора от первичной кристаллизации на обработку никотинамидом в кислой среде с получением менадиона никотинамида бисульфита (MNB) или на стадию синтеза MSB, а маточного раствора от перекристаллизации - на стадию растворения MSB. [Патент РФ №2681847, С07С 50/12, 13.11.2017]. Данный метод может быть использован для переработки некондиционного MSB, в том числе с высоким содержанием хрома.

Технической проблемой применения соединений шестивалентного хрома в синтезе менадиона - является повышенное содержание хрома и органических примесей в менадиона никотинамида бисульфите. Менадиона натрия бисульфит, менадиона никотинамида бисульфит как наиболее ценные конечные продукты могут содержать повышенные количества хрома, превышающие 45 и 142 мг/кг соответственно (требования регламента ЕС №1831/2003). Нарушение технологического режима на стадии синтеза менадиона могут приводить к росту содержания 2-метилнафталина в менадионе, который переходит в товарный MNB и придает ему характерный нефтехимический запах. Отсутствие технологии переработки приводит к накоплению продукции несоответствующего качества, снижая технико-экономические показатели производства.

Решаемой проблемой заявляемого технического решения является переработка менадиона никотинамида бисульфита с высоким содержанием примесей в товарный продукт с регламентируемыми показателями и повышение технико-экономических показателей производства в целом.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в способе получения витаминов серии К₃, включающем окисление исходного 2-метилнафталина соединениями шестивалентного хрома в кислой среде при нагревании с получением 2-метил-1,4-нафтохинона (менадиона) на первой стадии, взаимодействие менадиона с водным раствором бисульфита натрия в двухфазной системе, состоящей из водной фазы и органического растворителя с кристаллизацией менадиона натрия бисульфита (MSB) на второй стадии, использование маточного раствора после отделения MSB либо раствора без выделения кристаллов MSB в реакции с никотинамидом при подкислении с получением MNB на третьей стадии, отличающийся тем, что полученный на третьей стадии MNB репульпируют в воде и органическом растворителе с расщеплением на MSB и никотинамид под действием щелочных агентов при значении рН в интервале 4,5-7,0, затем добавляют водорастворимые соединения алюминия (в весовом соотношении сухой MNB к Al₂O₃ как 1:0,01-1) при поддержании рН раствора 4,0-5,0, с последующим поднятием рН до 5,0-6,0, фильтруют раствор от нерастворимых частиц и свежеосажденной гидроокиси алюминия, подкисляют раствор до значения рН 2,0-2,2 с последующим осаждением, фильтрацией, промывкой и сушкой полученного MNB.

Необходимые пояснения при этом состоят в том, что для очистки MNB от соединений хрома и органических примесей, менадиона никотинамида бисульфит расщепляется под действием щелочных агентов в диапазоне рН 4,5-7,0, предпочтительно 5,5-5,7, на исходные MSB и никотинамид, которые хорошо растворимы в воде. Дальнейшее повышение рН нежелательно вследствие снижения выхода MNB.

При подкислении раствора до рН 4,0-5,0, предпочтительно 4,4-4,6, хромсодержащие соединения осаждаются из раствора, с возможностью их отделения известными методами. Снижение рН ниже 4,0 нежелательно вследствие начала осаждения MNB и его потерь при отделении осадка хромсодержащих примесей. Добавление водорастворимых солей алюминия при поддержании рН раствора в интервале 4,4-4,6 более полно связывает хромсодержащие соединения с получением MNB с наименьшим содержанием хрома. В качестве водорастворимых солей алюминия наилучшие результаты достигаются при использовании полиоксихлорида алюминия либо сульфата алюминия. Добавление серной кислоты в очищенный раствор позволяет получить MNB с высоким выходом и низким содержанием хрома и органических примесей.

Обработка маточного раствора после отделения MNB щелочными агентами, в частности гидрокарбонат натрия, кальцинированную соду, гидроксид натрия, до рН более 9,5 приводит к разложению растворенного в воде MNB до менадиона, который практически не растворяется в воде и выделяется в виде твердой фазы. Отделение менадиона из раствора известными методами позволяет вернуть его на вторую стадию производства для получения раствора MSB.

Сущность заявляемого технического решения поясняется следующими примерами.

Пример 1

50 г MNB с содержанием хрома 2250 мг/кг репульпировали в 125 мл воды и 12 мл бутанола-1. В полученную суспензию медленно, небольшими порциями задавали кальцинированную соду до стабильного значения рН в интервале 5,5-5,7. Выдерживали реакционный объем до полного растворения MNB. В полученный раствор медленно добавляли 2,5 г полиоксихлорида (ПОХА) алюминия (Al₂O₃=30%) до достижения рН 4,4-4,6. Дальнейшее добавление полиоксихлорида алюминия совмещалось с добавками кальцинированной соды для удержания заданного интервала рН. Если после добавления всего количества ПОХА, рН раствора получался выше 4,6, то добавляли 65%-ую серную кислоту. После подачи всего полиоксихлорида алюминия реакционный объем выдерживался в течение 10 минут, с последующим поднятием рН кальцинированной содой до 5,2-5,5, выдержкой суспензии в течение 10 минут, отделением осадка гидроксида алюминия. Полученный раствор обрабатывали 65%-ой серной кислотой до достижения значения рН в интервале 2,0-2,2, выдержкой в течение 15 минут, фильтрацией, промывкой и сушкой MNB. Выход MNB составил 72,18% от заданного, содержание хрома 26,01 мг/кг.

Пример 2

Все также как в примере 1, за исключением того, что фильтрат после отделения MNB обработали кальцинированной содой до рН 10,0, с последующей фильтрацией менадиона. Выход MNB составил 73%, содержание хрома 23,5 мг/кг, выход менадиона 3,08 г.

Пример 3

100 г MNB с содержанием хрома 2250 мг/кг репульпировали в 250 мл воды с добавкой 24 мл бутанола-1. Поднимали рН реакционного объема кальцинированной содой до 5,5-5,7. Полученный раствор делили на две равные части. В одну часть добавили 2,5 г ПОХА с удержанием рН 5,2-5,5 с помощью добавок кальцинированной соды. Выдержали раствор в течение 10 минут и отфильтровали полученную суспензию. Раствор обработали 65%-ой серной кислотой, с последующей фильтрацией, промывкой водой, сушкой MNB. В другую часть после добавления всего количества ПОХА довели рН раствора до 4,5 серной кислотой с концентрацией 65%. Выдержали реакционный объем в течение 10 минут, с последующим поднятием рН до 5,2-5,5 кальцинированной содой, выдержкой в течение 10 минут. Дальнейшие действия были аналогичны переработке первой части раствора. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 4

50 г MNB с содержанием хрома 2250 мг/кг репульпировали в 125 мл воды и 12 мл бутанола-1. В полученную суспензию медленно, небольшими порциями задавали кальцинированную соду до стабильного значения рН в интервале 5,5-5,7. Выдерживали реакционный объем до полного растворения MNB, с последующей фильтрацией нерастворенных частиц. Отфильтрованный раствор обрабатывали 65%-ой серной кислотой до рН 2,0-2,2, с последующим отделением осажденного MNB, промывкой, сушкой.

Проверку влияния рН среды на фракционирование хромсодержащих примесей проводили аналогично первой методике, за исключением того, что перед фильтрацией рН раствора снизили до 4,5 с добавкой 5 г диатомита для улучшения фильтрации. Результаты представлены в таблице 2.

Таким образом, при реализации заявленного технического решения достигается чистота менадиона никотинамида бисульфита по хрому согласно требований регламента ЕС №1831/2003.