PL200685B1 - Sposób wytwarzania eterów arylowoalkilowych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania eterów arylowoalkilowych polegaj acy na reakcji zwi azku hydroksyaroma- tycznego z alkoholem w obecno sci katalizatora, przy czym homogeniczn a pod ci snieniem atmosfe- rycznym mieszanin e zawieraj ac a zwi azek hydroksyaromatyczny, alkohol oraz katalizator wprowadza sie do reaktora i poddaje reakcji w przedziale temperatury od 250°C do 370°C utrzymuj ac w miesza- ninie reakcyjnej stezenie produktu na takim poziomie, aby nie nast epowa lo wytr acanie katalizatora nawet podczas przerobu na drodze destylacji, przy czym sposób realizuje si e w wariancie ci ag lym stosunek molowy katalizatora do zwi azku hydroksyaromatycznego wynosi 1:32 - 1:60. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania eterów arylowoalkilowych w wyniku reakcji związków hydroksyaromatycznych z alkoholem w obecności katalizatora.

Etery arylowoalkilowe, takie jak anizol (eter metylowo-fenylowy) są wymagane, na przykład, między innymi jako związki pośrednie w syntezach leków oraz środków zapachowo/smakowych.

W europejskim opisie patentowym nr 76 221 A1 przedstawiono reakcji eteryfikacji zwią zków hydroksyaromatycznych alkoholami w obecności soli kwasu karboksylowego i halogenku metalu.

Innego tego rodzaju procesu dotyczy japoński opis patentowy nr 43-45852, zgodnie z którym proces realizuje się w wariancie periodycznym. Mianowicie, w toku 10-godzinnej reakcji przebiegającej w autoklawie w temperaturze 240°C stężenie produktu wzrasta do 20,6% po pierwszej godzinie i do 93% po 10 godzinach. Reakcję prowadzi się w przedziale temperatury 180 - 280°C, korzystnie w temperaturze około 240°C, przy czym alkohole korzystnie stosuje się w co najmniej identycznych ilościach jak fenole. Zgodnie z przykładami, katalizator wprowadza się w ilości wynoszącej około 1,75 części wagowych na 1 część wagową fenolu. Po upływie 2 godzin reakcji wydajność anizolu osiąga około 42,6%, a po trwającej 10 godzin reakcji z zastosowaniem dużego nadmiaru metanolu wydajność można zwiększyć do około 87%.

Wadę tego sposobu, zwłaszcza w razie obecności dużego nadmiaru alkoholu wymaganego w celu zwiększenia wydajności, stanowi niepożądane powstawanie produktów alkilowanych w pierścieniu oraz eterów dialkilowych. Ponadto, stosowane stężenie katalizatora jest tak duże, to wyklucza ono możliwość uzyskania homogenicznego roztworu zarówno w mieszaninie wyjściowej, jak i w przypadku katalizy pod ciśnieniem atmosferycznym.

Takich dwufazowych układów zawierających jako składnik sól nie można zastosować w ciągłym wariancie reakcji. W dodatku, przed destylacją, w celu oddzielenia soli, wymagane jest wprowadzenie dalszego etapu procesu obejmującego filtracje i ekstrakcję.

Celem wynalazku było więc opracowanie sposobu wytwarzania eterów arylowoalkilowych pozwalającego na osiąganie znacznie większych wydajności i wyraźnie ograniczającego powstawanie produktów alkilowanych w pierścieniu oraz eterów dialkilowych.

Cel ten osiąga się dzięki sposobowi wytwarzania eterów arylowoalkilowych polegającemu na tym, że związek hydroksyaromatyczny poddaje się reakcji z alkoholem w obecności katalizatora, przy czym homogeniczną pod ciśnieniem atmosferycznym mieszaninę zawierającą związek hydroksyaromatyczny, alkohol oraz katalizator wprowadza się do reaktora i poddaje reakcji w przedziale temperatury od 250°C do 370°C utrzymując w mieszaninie reakcyjnej stężenie produktu na takim poziomie, aby nie następowało wytrącanie katalizatora nawet podczas przerobu na drodze destylacji, przy czym sposób realizuje się w wariancie ciągłym i stosunek molowy katalizatora do związku hydroksyaromatycznego wynosi 1:32 - 1:60.

Korzystnie według wynalazku stosunek molowy związku hydroksyaromatycznego do alkoholu utrzymuje się na poziomie około 0,5:1, w szczególności około 1:1.

Korzystnie związek hydroksyaromatyczny wybiera się z grupy obejmującej fenol, p-krezol, 2-naftol, rezorcynę, pirokatechinę i hydrochinon.

Korzystnie alkohol wybiera się z grupy obejmującej metanol, etanol, izopropanol, butanol, tert-butanol, propanol, pentanol i/lub alkohol benzylowy.

W porównaniu z procesem przedstawionym w japońskim opisie patentowy m nr 43-45852, zgodnie ze sposobem według wynalazku uzyskuje się w przybliżeniu trzykrotne zwiększenie wydajności przestrzenno/czasowej w wariancie periodycznym a ponad 9-krotne w wariancie ciągłym. Aczkolwiek reakcja przebiegająca w stosunkowo wysokiej temperaturze prowadzi zwykle do zwiększenia wydajności związków alkilowanych w pierścieniu, to zjawisko takie nie występuje w przypadku sposobu według wynalazku. Okazało się też, co było trudne do przewidzenia, iż selektywność sposobu według wynalazku jest na tyle zwiększona, że w zasadzie Me obserwuje się powstawania eterów dialkilowych. Ponadto, obecności katalizatora w mieszaninie reakcyjnej nie wywiera szkodliwego wpływu na prowadzoną następnie destylację.

Związkami hydroksyaromatycznymi, które można stosować według wynalazku, są związki o wzorze ogólnym HO-Ar-(R)n, gdzie Ar oznacza podstawiony lub niepodstawiony pierś cień benzenowy albo podstawiony lub niepodstawiony aromatyczny układ pierścieniowy, taki jak naftalen, antracen bądź fenantren; podstawniki R albo podstawnik R są identyczne albo różne i oznaczają/oznacza grupę hydroksylową, liniową lub rozgałęzioną grupę alkilową albo alkenylową o 1-6 atomach węgla,

PL 200 685 B1 ewentualnie podstawioną grupę fenylową, ewentualnie podstawioną grupę cykloalkilową, grupę fenyloalkilową, w której rodnik alkilowy zawiera 1 - 4 atomy węgla oraz n jest liczbą całkowitą od 1 do 5. Zwłaszcza korzystny jest, na przykład, fenol, p-krezol, ksylenol, 2-naftol, pirokatechina, rezorcyna i hydrochinon. Należ y też podkreś lić , ż e grupa alkilowa w związkach hydroksyaromatycznych jest w opisanych warunkach reakcji całkowicie trwała.

Alkoholami znajdującymi zastosowanie zgodnie ze sposobem według wynalazku są alkohole pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe, takie jak metanol, etanol, n-propanol, izopropanol, butanole: 1-butanol, 2-butanol i tert-butanol, n-pentanol oraz jego rozgałęzione izomery jak również alkohol benzylowy.

Stosunek molowy związku hydroksyaromatycznego do alkoholu może korzystnie wynosić około 0,5:1, zwłaszcza korzystnie około 1:1.

Odpowiednimi katalizatorami według wynalazku są aromatyczne kwasy karboksylowe, takie jak kwas benzoesowy i kwas ftalowy oraz ich alkilowane pochodne jak również alifatyczne kwasy karboksylowe, takie jak kwas octowy, kwas propionowy i podstawione kwasy tłuszczowe oraz ich sole. Podstawione kwasy tłuszczowe to, na przykład, te, które zawierają 8-20 atomów węgla. Przydatne są takie kwasy aryloalkilokarboksylowe, takie jak kwas fenylobenzoesowy. Przeciwjonami są, na przykład, jony metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, korzystnie sodu, potasu, litu, wapnia, magnezu oraz baru.

Stężenie katalizatora można korzystnie dobrać tak, aby stosunek molowy katalizatora do związku hydroksyaromatycznego był korzystnie w przybliżeniu < 1:30, w szczególności mieścił się w przedziale od 1:32 do 1:60, na przykład wynosił 1:40.

Sposób według wynalazku można realizować w wariancie periodycznym albo ciągłym, przy czym korzystny jest wariant ciągły. Stwierdzono, że w wariancie ciągłym następuje znacznie lepsze wykorzystanie objętości ponieważ, w porównaniu z wariantem periodycznym, zwłaszcza w przypadku stosowania metanolu, jego stężenie w fazie ciekłej jest znacznie większe niż w fazie gazowej.

Proces korzystnie realizuje się w reaktorze rurowym. Mieszanina zasilająca reaktor stanowi pod ciśnieniem atmosferycznym homogeniczny roztwór. Temperatura w reaktorze, w którym przebiega reakcja, może mieścić się w przedziale od około 250°C do 370°C; korzystnie wynosi ona co najmniej około 275°C.

Czas przebywania w reaktorze związków wyjściowych lub produktu jest regulowany ilością wprowadzanych substancji wyjściowych. Ilość zasilającą korzystnie dobiera się tak, aby katalizator nie ulegał wytrąceniu albo tak, aby uzyskiwać konwersję wynoszącą najwyżej około 40% produktu reakcji w przeliczeniu na ciężar użytego związku alkiloaromatycznego. Korzystna konwersja wynosi około 3540% produktu w przeliczeniu na związek hydroksyaromatyczny. Takie postępowanie jest szczególnie korzystne z tego względu, że produkt można jeszcze poddać destylacji. Stanowi to zaletę w porównaniu ze znanymi sposobami, ponieważ na tym etapie procesu nie występuje konieczność oddzielenia katalizatora, destylację można bowiem przeprowadzić natychmiast. Ponadto, wydajność przestrzenno/czasowa w procesie ciągłym jest wyraźnie większa niż uzyskiwana w warunkach większej konwersji.

Poniżej przedstawiono sposób otrzymywania anizolu jako przykład realizacji sposobu według wynalazku. Przedstawiony tu opis metody postępowania dotyczy jednak w zasadzie również syntezy innych produktów, które można wytwarzać zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Substancje wyjściowe, czyli fenol, metanol i benzoesan potasu, miesza się ze sobą uzyskując homogeniczny roztwór, który następnie pompuje się w sposób ciągły przez reaktor rurowy objętości 1520 ml. Mieszanina wyjściowa zawiera, na przykład, 71,27% masowych fenolu, 24,26% masowych metanolu, 2,92% masowych kwasu benzoesowego i 1,56% masowych wodorotlenku potasu.

Temperatura w reaktorze wynosi 340°C a ciśnienie około 80 barów (8 MPa). W toku reakcji tworzą się bardzo niewielkie ilości produktów gazowych: eteru dimetylowego oraz ditlenku węgla; zbiera się je w pułapce na gazy odlotowe i następnie spala. Stężenie produktu w reaktorze nastawia się na 40% wagowych w przeliczeniu na ilość zasilającego fenolu. Odbierana z reaktora mieszanina zawierająca produkt jest na tyle polarna, że katalizator nie wytrąca się w niej. Chłodzi się ją do temperatury około 50°C, poddaje dekompresji i zbiera w zbiorniku przejściowym.

Katalizator przerabia się w procesie destylacji. Najpierw odzyskuje się nieprzereagowany metanol. Następnie jako frakcję szczytową destylacji odbiera się azeotrop anizol/woda i po rozdziale faz na anizol i wodę fazę anizolową zawraca się w sposób ciągły do głowicy destylacyjnej. Operację tę prowadzi się aż do całkowitego azeotropowego usunięcia wody. W rezultacie uzyskuje się jako frakcję szczytową bezwodny anizol o czystości 99,9%. Po oddzieleniu możliwie największej ilości anizolu

PL 200 685 B1 kończy się destylację. Homogeniczna pozostałość zawiera całą ilość katalizatora, nieprzereagowany fenol oraz ślady anizolu. Po uzupełnieniu metanolem i fenolem, roztwór ten w całości zawraca się do obiegu w charakterze surowca do wytwarzania anizolu.

P r z y k ł a d 1

Wytwarzanie 2-metoksynaftalenu (neroliny)

Substancje wyjściowe, czyli 2-naftol, metanol oraz benzoesan potasu, miesza się ze sobą do utworzenia homogenicznego roztworu, który następnie pompuje się w sposób ciągły przez reaktor rurowy objętości 1520 ml. Mieszanina wyjściowa zawiera 49,4% masowych 2-naftolu, 49,3% masowych metanolu, 0,92% masowych kwasu benzoesowego oraz 0,49% masowych wodorotlenku potasu. Temperatura w reaktorze wynosi 320°C a ciśnienie około 100 barów (10 MPa). Szybkość zasilania dobiera się tak, aby czas przebywania w reaktorze wynosił około 5 godzin. Produkt opuszczający reaktor chłodzi się w dochładzaczu do temperatury około 60°C i poddaje dekompresji do ciśnienia otoczenia.

W podanych powyżej warunkach doświadczalnych otrzymuje się produkt, w którym zawartość 2-metoksynaftalenu wynosi około 35,5% masowych. Ponadto produkt ten zawiera nieprzereagowany metanol, 2-naftol, benzoesan potasu oraz wodę pochodzącą z reakcji eteryfikacji. Podobnie jak w przypadku anizolu, katalizator przerabia się destylacyjnie. Najpierw usuwa się nieprzereagowany metanol, po czym oddestylowuje się wodę, a następnie zawierający wodę przedgon 2-metoksynaftalenu, który można wykorzystać do redestylacji. Kolejną frakcję stanowi 2-metoksynaftalen o czystoś ci wynoszącej co najmniej 99% masowych. Po oddestylowaniu moż liwie najwię kszej iloś ci 2-metoksynaftalenu destylację kończy się. Homogeniczna pozostałość zawiera całą ilość katalizatora, nieprzereagowany 2-naftol oraz ślady 2-metoksynaftalenu. Po uzupełnieniu metanolem i 2-naftolem roztwór ten w całości zawraca się do obiegu jako surowiec do wytwarzania 2-metoksynaftalenu.

P r z y k ł a d 2

Wytwarzanie 4-metyloanizolu

Substancje wyjściowe, czyli p-krezol, metanol oraz benzoesan potasu, miesza się ze sobą do utworzenia homogenicznego roztworu, który następnie pompuje się w sposób ciągły przez reaktor rurowy objętości 1520 ml. Mieszanina wyjściowa zawiera 73,7% masowych p-krezolu, 21,9% masowych metanolu, 2,9% masowych kwasu benzoesowego oraz 1,55% masowych wodorotlenku potasu. Temperatura w reaktorze wynosi 340°C a ciśnienie około 80 barów (8 MPa). Szybkość zasilania dobiera się tak, aby czas przebywania w reaktorze wynosił około 5 godzin. Produkt opuszczający reaktor chłodzi się w dochładzaczu do temperatury około 50°C i poddaje dekompresji do ciśnienia otoczenia.

W podanych powyżej warunkach doświadczalnych otrzymuje się produkt, w którym zawartość 4-metyloanizolu wynosi około 36,3% masowych. Ponadto, produkt ten zawiera nieprzereagowany metanol, p-krezol, benzoesan potasu oraz wodę pochodzącą z reakcji eteryfikacji. Podobnie jak w przypadku anizolu, katalizator przerabia się destylacyjnie. Najpierw usuwa się nieprzereagowany metanol, po czym oddestylowuje się wodę, a następnie zawierający wodę przedgon 4-metyloanizolu, który można wykorzystać do redestylacji. Kolejną frakcję stanowi 4-metyloanizol o czystości wynoszącej co najmniej 99% masowych. Po oddestylowaniu możliwie największej ilości 4-metyloanizolu destylację kończy się. Homogeniczna pozostałość zawiera całą ilość katalizatora, nieprzereagowany p-krezol oraz ślady 4-metyloanizolu. Po uzupełnieniu metanolem i p-krezolem roztwór ten w całości zawraca się do obiegu jako surowiec do wytwarzania 4-metyloanizolu.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania eterów arylowoalkilowych w wyniku reakcji związku hydroksyaromatycznego z alkoholem w obecności katalizatora, znamienny tym, że homogeniczną pod ciśnieniem atmosferycznym mieszaninę zawierającą związek hydroksyaromatyczny, alkohol oraz katalizator wprowadza się do reaktora i poddaje reakcji w przedziale temperatury od 250°C do 370°C utrzymując w mieszaninie reakcyjnej stężenie produktu na takim poziomie, aby nie nastę powało wytrącanie katalizatora nawet podczas przerobu na drodze destylacji, przy czym sposób realizuje się w wariancie ciągłym i stosunek molowy katalizatora do związku hydroksyaromatycznego wynosi 1:32 - 1:60.

PL 200 685 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek molowy związku hydroksyaromatycznego do alkoholu utrzymuje się na poziomie około 0,5:1, w szczególności około 1:1.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że związek hydroksyaromatyczny wybiera się z grupy obejmującej fenol, p-krezol, 2-naftol, rezorcynę, pirokatechinę i hydrochinon.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że alkohol wybiera się z grupy obejmującej metanol, etanol, izopropanol, butanol, tert-butanol, propanol, pentanol i/lub alkohol benzylowy.