CZ293178B6

CZ293178B6 - Způsob výroby esterů kyseliny 2-acetylkarboxylové

Info

Publication number: CZ293178B6
Application number: CZ19984147A
Authority: CZ
Inventors: Wolfgang Huber; Günter Eichberger; Harald Pöschko; Gerhard Burschik
Original assignee: Dsm Chemie Linz Gmbh
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2004-02-18
Also published as: ATE204562T1; DE59801243D1; HUP9803025A1; DK0927713T3; EP0927713A1; CZ414798A3; HU9803025D0; ES2162386T3; US6090975A; ATA219397A; HU225622B1; EP0927713B1; JPH11263753A; AT407249B

Abstract

Způsob výroby esterů kyseliny 2-acetylkarboxylové reakcí esteru kyseliny acetoctové s 1 až 6 atomy uhlíku v alkylové části reakcí s alifatickým aldehydem s 1 až 12 atomy uhlíku za přítomnosti kondenzačního katalyzátoru při teplotě 0 až 40 .degree.C, po kondenzaci se oddělí z reakční směsi vzniklá reakční voda a rovněž nezreagované složky, zbytek se při teplotě 20 až 160 .degree.C hydrogenuje, přičemž se nejprve hydrogenuje při teplotě mezi 20 a 90 .degree.C, načež se hydrogenační teplota zvýší na 50 až 160 .degree.C.ŕ

Description

Oblast techniky

Dosavadní stav techniky

V literatuře je již popsáno více syntetických cest k výrobě esterů kyseliny 2-acetylkarboxylové. Možnou variantou je reakce esterů kyseliny acetoctové s alkylbromidem nebo alkyljodidem. U těchto variant však vznikají lehce dialkylizované sloučeniny nebo estery kyseliny O-alkylacetoctové, které nelze destilačně oddělit od požadovaných koncových produktů. Alternativní metoda spočívá v reakci, podle které se ester kyseliny acetoctové kondenzuje s aldehydem a takto vzniklá směs, bez izolace vzniklých meziproduktů, se hydrogenuje na požadovaný koncový produkt. Při této reakci však vzniká množství vedlejších sloučenin, jako kondenzačních produktů a podobně. Vedle toho je výtěžek esteru kyseliny acetylkarboxylové neuspokojivý, méně než 40 %.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu proto je nalézt zlepšený způsob výroby esterů kyseliny 2-acetylkarboxylové, který zajišťuje požadovaný ester s vysokým výtěžkem a ve vysoké čistotě, při zabránění vzniku vedlejších kondenzačních produktů.

Předmětem vynálezu proto je zlepšený způsob výroby esteru kyseliny 2-acetylkarboxylové reakcí esteru acetoctové kyseliny s aldehydem a následnou hydrogenaci, který je charakterizován tím, že

a) ester kyseliny acetoctové s 1 až 6 atomy uhlíku v alkylové části reaguje s alifatickým aldehydem s 1 až 12 atomy uhlíku za přítomnosti kondenzačního katalyzátoru při teplotě 0 až 40 °C,

b) po nastalé kondenzaci se oddělí z reakční směsí vzniklá reakční voda a rovněž nezreagované složky, dále

c) zůstávající zbytek se za přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru a za tlaku 0,1 až 10 MPa hydrogenuje nejprve při teplotě mezi 20 a 90 °C, načež se po 5 až 120 minutách zvýší hydrogenační teplota na 50 až 160 °C,

d) načež se destilací z reakční směsi izoluje příslušný ester kyseliny 2-acetylkarboxylové.

Při způsobu podle vynálezu se podle kroku a) kondenzuje ester kyseliny acetoctové a aldehyd. Vhodné estery kyseliny acetoctové jsou přitom takové estery, které mají 1 až 6 atomů uhlíku v alkylové části. Příkladem jsou methyl-, ethyl-, propyl-, izo-propyl-, η-butyl-, pentyl- nebo hexylester kyseliny acetoctové. Přednostně se používají C] až C₃ estery. Jako aldehydy se používají alifatické aldehydy s 1 až 12 atomy uhlíku. Alifatické aldehydy jsou přitom aldehydy s přímým řetězcem, větvené nebo cyklické, které mohou být nasycené nebo také jednonásobně nebo vícenásobně nenasycené. Jestliže se používá nenasycený aldehyd, je pozorováno, že jsou vícenásobné vazby při následující hydrogenaci redukovány. Aldehyd může být dále nesubstituovaný nebo může být substituován za reakčních podmínek inertními skupinami, jako fenylovými skupinami, substituovanými fenylovými skupinami, halogenovými skupinami, nitroskupinami, alkoxyskupinami a podobně.

Příklady toho jsou formaldehydy jako takové, nebo v polymemí podobně, acetaldehyd, n-butyraldehyd, izobutyraldehyd, propionaldehyd, valeraldehyd, kapronaldehyd, oktanal, dodekanal, dekanal, 2-propenal a podobně.

Přednostně se používají alifatické nasycené aldehydy s 2 až 10 atomy uhlíku, zvláště přednostně se 3 až 8 atomy uhlíku.

Aldehyd a ester reagují při způsobu podle vynálezu přednostně ekvimolámě nebo s přebytkem esteru, poněvadž přebytek aldehydu může vést k aldolovým adicím.

Kondenzace nastává za přítomnosti kondenzačního katalyzátoru. K tomu jsou vhodné všechny katalyzátory, které se obvykle používají ke kondenzačním reakcím aldehydů.

Příkladem jsou bazické katalyzátory, jako amoniak nebo aminy, například piperidin, pyridin, 15 substituované pyridiny, morpholin, diethylamin, diethanolamin a podobně, které se mohou eventuálně používat ve formě solí s organickými kyselinami, jako kyselinou octovou, kyselinou máselnou, kyselinou šťavelovou, jako piperidinacetát a podobně.

Jiné vhodné katalyzátory jsou například jiné bazické soli, jako acetát sodný nebo bazické 20 iontoměničové pryskyřice a kyselé katalyzátory jako acetát zinku, chlorid hořečnatý a podobně.

Přednostně se jako katalyzátory používají aminy nebo jejich soli. Zvláště přednostně se používá piperidin, acetát piperidinu, pyridin nebo morfolin.

Potřebné množství katalyzátoru závisí na typu katalyzátoru. Bazické katalyzátory se podle vynálezu používají v množstvích mezi 0,1 až 3,0 mol %, přednostně mezi 0,2 a 2 mol %, zatímco kyselé katalyzátory se přidávají ve větších množstvích.

Katalyzátor se případně může použít v kombinaci s rozpouštědlem jako methanol, ethanol nebo 30 kyselina octová.

Kondenzační reakce nastává při teplotách 0 až 40 °C, přednostně při teplotě 0 až 20 °C.

Posloupnost dávkování složek a katalyzátoru se může volit libovolně.

Přednostně se používají ester a aldehyd a katalyzátor se pomalu dávkuje. Poněvadž na začátku probíhá reakce mimořádně rychle a silně exotermně, je reakce dostatečně chlazena tak, že reakční teplota nepřekročí 40 °C, přednostně 20 °C.

Po ukončení dávkování se k provedení kondenzace reakční směs případně ještě 10 až 120 minut, přednostně 30 až 90 minut míchá při teplotě 0 až 40 °C, přednostně při teplotě 10 až 20 °C.

Následně se podle kroku b) z reakční směsi oddělí vzniklá reakční voda a přebývající, nezreagovaný adukt. Při tomto reakčním kroku je podstatné, že se reakční teplota udržuje v reakční 45 aparatuře pokud možno nízká, aby se zabránilo nepožadovaným vedlejším reakcím. Nejméně nákladně se reakční voda oddělí od reakční směsi v případě, že složky jsou nerozpustné ve vodě, pomocí fázového oddělování při 15 až 35 °C, přednostně při teplotě okolí. Zbylá voda se může po fázovém oddělování pokud možno šetrně oddestilovat společně s nezreagovanými složkami. Voda se však také stejně může oddestilovat bez předchozího fázového oddělování společně 50 s nezreagovanými složkami. Co možná nejúspomější destilační podmínky se dosáhnou v krátkém intervalu, přednostně méně než 1 minuta. Přednostními metodami jsou odpařování na krátké dráze a odpařování na tenké vrstvě. Zvláště přednostně se reakční voda a přesahující složky odebírají z reakční směsi kontinuálně.

-2CZ 293178 B6

Získaný destilát tvoří dvě fáze, takže se adukty mohou snadno oddělit od reakční vody a opět se ,* mohou použít.

Kal zůstávající po oddělení reakční vody a přebývajících složek obsahuje příslušný ester kyseliny 2-acetylalkenové, který se v kroku c) hydrogenuje. K tomu se kal vložený do vhodné aparatury a smíchaný s hydrogenačním katalyzátorem hydrogenuje při teplotě 20 až 160 °C a tlaku 0,1 až 10 MPa. Přednostně se hydrogenuje při tlaku 0,5 až 3 MPa. Jako hydrogenační katalyzátory přicházejí do úvahy obvyklé hydrogenační katalyzátory jako palladium, platina, rhodium, kobalt nebo rutheninum na oxidu křemičitém, na oxidu hlinitém nebo na oxidu uhličitém a rovněž Raney niklové katalyzátory. Přednostně se používá palladium na oxidu hlinitém nebo na uhlíku. Hydrogenační katalyzátor se přitom přidává v množství 0,05 až 0,5 % hmotn., vztaženo na ester kyseliny 2-acetyl-2-alkenové.

V první fázi se hydrogenace provádí přednostně při nízkých teplotách, například při 20 až 90 °C. Po 5 až 120 minutách, přednostně po 10 až 80 minutách se potom teplota pomalu zvýší a reakční směs se podrobí následné hydrogenací.

Teplota se přitom, podle výchozí teploty v první hydrogenační fázi, zvýší na 50 až 160 °C, přednostně na 80 až 150 °C. Reakční směs se v této době dále míchá, až po ukončení adsorpce vodíku. Touto druhou fází se zajišťuje, že se vedlejší produkty, které se tvoří Michaelovou adicí, termicky opět rozštěpí.

Po hydrogenačním kroku se reakční směs ochladí na teplotu okolí, odfiltruje se katalyzátor a ze směsi se destilačně izoluje příslušný ester.

Způsobem podle vynálezu se mohou vyrobit příslušné estery kyseliny 2-acetylkarboxylové bez dalšího čištění ve vysokém výtěžku přes 80 % hmotn. a čistotě přes 98 %.

Estery 2-acetylkarboxylové kyseliny vyrobené podle předloženého vynálezu se přitom vyznačují zanedbatelně malým obsahem nečistot, jako kondenzačních produktů a termicky rozložených produktů, takže se tyto produkty výtečně hodí k výrobě oxetanonů, které se používají jako inhibitory pankreatické lipázy a rovněž k výrobě fungicidních nebo insekticidních pyrimidinových sloučenin nebo k výrobě parfumemích výrobků.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Ve dvoulitrové reakční nádobě bylo předloženo 696,8 g (6,0 mol) methylesteru kyseliny acetoctové a 601,0 g (6,0 mol) hexanalu, přičemž se směs ochladila na 5 °C. K této směsi bylo při chlazení a míchání během 15 minut dávkováno 6,5 g (0,076 mol) piperidinu. Následně byly vzniklá reakční voda a rovněž nezreagovaný hexanal a acetoctan oddestilovány přes destilační můstek při tlaku 0,002 MPa (teplota kalu 20 až 150 °C).

Přitom bylo obsaženo 1059,7 g methylesteru kyseliny acetyloktenové jako kalového produktu a 244,2 g nezreagovaných složek a rovněž reakční vody v destilátu.

330 g vyrobeného methylesteru acetyl-2-oktenové kyseliny (kalový produkt) bylo potom vloženo do jednolitrového autoklávu s míchačkou, přidáno 0,33 g 5 % palladia na aktivním uhlí jako katalyzátoru a hydrogenováno 10 minut při teplotě 90 °C a tlaku 1,5 MPa.

Následně byla reakční směs pomalu ohřátá na 150 °C a při této teplotě míchána až k ukončení adsorbce vodíku.

Po hydrogenaci byla reakční směs ochlazena na teplotu okolí, katalyzátor byl odfiltrován a destilován na kloboučkové koloně (6 pater, průměr 3 cm, délka 35 cm) při tlaku 500 Pa.

Přední frakce byla odebrána při poměru refluxu 5:1 (5 dílů refluxu/1 díl destilátu, hlavní frakce byla odebrána při poměru refluxu 3:1.

Přední frakce: (22 až 121 °C) 36,1 g Hlavní frakce: (120 až 123 °C)

Výtěžek: 240,9 g methylesteru kyseliny 2-acetyloctové (=64,5 % teoretického výtěžku)

Čistota (GC): 98,2 % Zbytek kalu: 41,9 g

Oddestilovaný, nezreagovaný edukt se po oddělení reakční vody zavede pro další reakční 15 nasazení a opět se použije, čímž se docílí zvýšení výtěžku na 76 %.

Příklad 2

Celkem bylo produkováno 7 šarží podle stejného postupu. Přitom byly použity methylester kyseliny acetoctové (AEE) a hexanal (HEX) a ochladí se solným roztokem na 8 °C.

Následně bylo přidáno během 2 minut celé množství katalyzátoru (piperidin PIP). Reaktor byl během celé reakce chlazen solným roztokem. Reakční teplota stoupala po přidání katalyzátoru po 25 dobu 5 minut na maximální teplotu mezi 30 a 40 °C a na základě chlazení solným roztokem během jedné hodiny opět poklesla na 14 °C.

Přesná množství šarží a hodnoty teplot jsou patrné z tabulky 1.

U šarží 4 až 7 byl jako vstupní látky přídavně použít recyklát. Recyklát se získal destilací zreagovaných složek po proběhlé kondenzaci předchozích šarží.

Tabulka 1

Šarže	AEE	HEX	PIP	recyklát	°C
	kg	kg	1	kg	start	max.
1	3487	3274	37	-	-16	39
2	3488	3273	30	-	11	37
3	3486	3266	30	-	11	35
4	1420	—	20	4740	10	25
5	1678	291	20	5580	10	27
6	2027	1489	20	2973	10	30
7	1597	667	20	3000	9	36

Po reakční době 5 minut byl již zjištěn obsah esteru kyseliny 2-acetylactenové (ACOEM) 50 až 60 % s 0,1 až 0,2 hmotn. % kondenzačního produktu.

Po 6 hodinách reakční doby se získalo 60 až 70 % hmotn. ACOEM s 0,4 až 0,6 % hmotn. 40 kondenzačního produktu.

Nezreagované produkty a reakční voda byly destilovány destilací na krátké dráze.

Přívod produktu:	500 1/h
45 Tlak ohřáté páry:	0,2 MPa
Podíl kalu:	60%

-4CZ 293178 B6

Výsledek kvality produkce v GC plošných procentech

	ACOEM	AEE	HEX	kond. prod.
na hlavě	10 až 20	20 až 25	50 až 60	0
kal	91 až 93	1 až 3	1 až 2	1 až 1,5

Kond. prod. značí kondenzační produkt

Pro hydrogenaci bylo použito 5 % Pd/C katalyzátoru K-0227 firmy Heraeus, který se po hydrogenaci odfiltroval na dvou filtrech katalyzátoru a použil se pro následující šarže. Celkem bylo použito 5 kg katalyzátoru, který byl na konci výrobní kampaně ještě zcela aktivní.

Podmínky hydrogenace:

1. fáze hydrogenace:

2. fáze hydrogenace: hydrogenační tlak: množství ACEOMu v šarži:

°C až nebyl adsorbován žádný vodík

150 °C 1 hodina

MPa

5000 kg

Methylester kyseliny 2-acetyloktanové byl po odfiltrování katalyzátoru následně kontinuálně destilován.

Teplota na hlavě: teplota kalu: vakuum:

135 až 145 °C

180 až 185 °C

0,005 až 0,0009 MPa výtěžek (součet šarží 1 až 7) 19850 kg (=81 % teoretického výtěžku, vztaženo na hexanal) čistota: 99,2 %

Příklad

1. várka:

Ve dvoulitrové reakční nádobě bylo umístěno 348,4 g methylesteru kyseliny acetoctové (3,00 mol) a 300,5 g hexanalu (3,00 mol), přičemž směs byla ochlazena na 5 °C. K ní bylo dávkováno za ochlazování a míchání během 15 minut 1,5 g piperidinu (0,018 mol) a směs byla dále po dobu 2 hodiny a při teplotě 30 °C míchána.

Následně byla vzniklá reakční voda a rovněž nezreagovaný hexanal a acetoctan destilovány v destilační aparatuře na tenké vrstvě.

(Teplota ohřevu: 130 °C, tlak 0,002 MPa, destilační teplota: 82 až 89 °C)

Bylo získáno 367,1 g methylesteru kyseliny 2-acetyl-2-oktenové jako kalového produktu a 274,6 g nezreagovaných použitých látek a rovněž reakční vody v destilátu.

Kalový produkt (methylester kyseliny 2-acetyl-2-oktenové) byl vložen do litrového autoklávu s míchačkou a přidáno 0,3 g 5 % palladia na aktivním uhlí jako katalyzátoru a hydrogenuje se při teplotě 90 °C po dobu 10 minut.

Následně se reakční směs ochladila na teplotu okolí, odfiltroval se katalyzátor a reakční směs se destilovala ve Vigreuxově koloně (výška 15 cm, průměr 3 cm) s destilačním můstkem při tlaku 0,0001 MPa.

-5CZ 293178 B6

Přední frakce (79 až 82 °C): 7,8 g

Hlavní frakce (82 až 90 °C): 340,1 g (=56,7 % teoretického výtěžku). 97,9 % plochy (GC)

Kal: 18,6 g

2. várka

Reakce a oddestilace nezreagovaných látek a reakční vody byly provedeny analogicky s 1. várkou.

ío Bylo získáno 370,6 g methylesteru kyseliny acetyloktenové jako produktu kalu a 277,2 g nezreagovaných vstupních látek a reakční vody v destilátu.

Hydrogenace a oddělení katalyzátoru a rovněž destilace byly provedeny analogicky s várkou 1.

Množství:

Přední frakce (79 až 82 °C) 10,2 g

Hlavní frakce (82 až 90 °C) 335,5 g (55,9 % teoretického výtěžku) 98,2 % plochy (GC)

Kal: 18,6 g

3. várka

Reakce a oddestilování nezreagovaných látek a reakční vody byly provedeny analogicky s 1. várkou.

Bylo získáno 384,2 g methylesteru kyseliny acetyloktenové jako produktu kalu a 257,8 g nezreagovaných vstupních látek a rovněž reakční vody v destilátu.

Hydrogenace a oddělení katalyzátoru a rovněž destilace byly provedeny analogicky s 1. várkou.

Přední frakce (79 až 82 °C) 6,5 g

Hlavní frakce (82 až 90 °C) 345,8 g (57,6 % teoretického výtěžku) 98,4 % plochy (GC)

Kal: 18,3 g

4. várka (použití nezreagovaných látek z 1 až 3 várky po oddělení vodní fáze fázovým oddělováním)

Do dvoulitrové reakční nádoby bylo vloženo 235,0 g organické fáze z destilátu (1. várka) a 236,6 g organické fáze z destilátu (2. várka) a 216,5 g organické fáze z destilátu (3. várka), 40 přičemž směs byla ochlazena na 5 °C. K tomuto bylo za chlazení a míchání dávkováno během minut 1,6 g piperidinu (0,019 mol) a mícháno další 2 hodiny při 30 °C.

Následně byly vzniklá reakční voda a rovněž nezreagovaný hexanal a acetoctan destilovány na destilačním zařízení na tenké vrstvě.

⁴⁵ (Teplota ohřevu: 130 °C, tlak 0,002 MPa, teplota destilátu: 82 až 89 °C)

Bylo získáno 480,5 g methylesteru kyseliny acetyloktenové jako produktu kalu a 198,9 g nezreagovaných vstupních látek a rovněž reakční vody v destilátu.

Hydrogenace a oddělení katalyzátoru a rovněž destilace byly provedeny analogicky podle várky 1.

Přední frakce (79 až 82 °C): 13,6 g

Hlavní frakce (82 až 90 °C): 429,5 g 98,2 % plochy (GC)

-6CZ 293178 B6

Kal:	31,4g i
Výtěžek (1. až 4. várka): Čistota (GC-% plochy):	1451 g (=80,6 % teoretického výtěžku) 98,1 %

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby esterů kyseliny 2-acetylkarboxylové reakcí esteru acetoctové kyseliny s aldehydem a následnou hydrogenací, vyznačující se tím, že

a) ester kyseliny acetoctové s 1 až 6 atomy uhlíku v alkylové části reaguje s alifatickým aldehydem s 1 až 12 atomy uhlíku za přítomnosti kondenzačního katalyzátoru při teplotě 0až40 °C,

b) po nastalé kondenzaci se oddělí z reakční směsi vzniklá reakční voda a rovněž nezreagované složky, dále

c) zůstávající zbytek se za přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru a za tlaku 0,1 až 10 MPa hydrogenuje nejprve při teplotě mezi 20 a 90 °C, načež se po 5 až 120 minutách zvýší hydrogenační teplota na 50 až 160 °C,

d) načež se destilací z reakční směsi izoluje příslušný ester kyseliny 2-acetylkarboxylové.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se používá acetoctanu s 1 až 3 atomy uhlíku v alkylové části.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jako aldehyd používá aldehyd s přímým řetězcem, rozvětvený nebo cyklický aldehyd, nesubstituovaný nebo substituovaný za reakčních podmínek inertními skupinami, nasycený nebo jedenkrát nebo vícekrát nenasycený.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se jako aldehyd používá alifatický, nasycený aldehyd s 2 až 10 atomy uhlíku.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jako kondenzační katalyzátor používá amoniak, piperidin, pyridin, substituované pyridiny, morpholin, diethylamin, diethanolamin, nebo jejich soli s organickými kyselinami.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se kontinuálně destilují reakční voda a nezreagované látky.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se krok c) provede při tlaku 0,5 až 3 MPa.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se druhá hydrogenační fáze provádí při teplotě 80 až 150 °C.