PL90743B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kwa¬ su 3-ketoglutarowego przez karboksylacje acetonu w obecnosci fenolanu metalu alkalicznego z zastosowa¬ niem glinu jako rozpuszczalnika.

Konwencjonalna nazwa „glim" oznacza znane alkilowe estry (poli)-etylenoglikoli o wzorze R-0-(CH2-CHrO)-n- R, w którym Roznacza rodnik alkilowy, otrzymywane zna¬ nymi sposobami, np. z alkoholanu sodu i siarczanu dwual- kilowego zgodnie z reakcja Williamson'a.

, Kwas 3-ketoglutarowy jest stosowany jako pólprodukt w reakcjach chemicznych, na przyklad do otrzymywania kwasu cytrynowego.

Kwas cytrynowy ma w przemysle wiele waznych zasto¬ sowan, np. jako substacja dyspergujaca w przemysle spo¬ zywczym, w przemysle wlókienniczym jako skladnik za¬ prawy, do zywic aikidowych itp.

Wiadomo, ze do wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowego mozna stosowac karboksylowanie acetonu w obecnosci fenolanów metali alkalicznych, prowadzone w obojetnym polarnym rozpuszczalniku, takim jak alkiloamidy, np. dwumetyloformamid, alkilosulfotlenki, laktam itd.

Proces ten ma niedogodnosci w etapach wydzielania i oczyszczania produktu, zawracania nadmiaru reagentów oraz rozpuszczalnika itp.

Ponizej, w celu opisania wlasciwosci i bardziej jasnego okreslenia zakresu wynalazku, przedstawiono znany spo¬ sób wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowego, stosowanego nastepnie do otrzymania kwasu cytrynowego.

Znany sposób wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowego polega na tym, ze pierwszy etap reakcji dwukarboksylacji acetonu dwutlenkiem wegla prowadzi sie w zasadniczo bezwodnym, aprotycznym, obojetnym, dwupolarnym roz¬ puszczalniku, takim jak N-dwualkilo podstawione amidy kwasów organicznych, zwlaszcza dwumetyloformamid, N-alkilolaktamy lub dwumetylosulfotlenek i w obecnosci co najmniej 4 moli fenolanu metalu alkalicznego, na przy¬ klad Na, K, na 1 mol acetonu, w temperaturze 0-60°C, zasadniczo pod cisnieniem atmosferycznym.

Podczas przeprowadzania fenolanu metalu alkalicznego w fenol otrzymuje sie, obok niewielkiej ilosci soli metali alkalicznych kwasu acetooctowego i weglanów, sól metalu alkalicznego, kwasu 3-ketoglutarowego. Z soli metalu al¬ kalicznego kwasu 3-ketoglutarowego, znanym sposobem, np. przez ekstrakcje eterem z wodnego roztworu kwasu siarkowego, otrzymuje sie kwas 3-ketoglutarowy.

Jesli chce sie otrzymac kwas cytrynowy, wytworzony roztwór wodny soli metalu alkalicznego kwasu 3-ketoglu¬ tarowego przeprowadza sie w drugim etapie w odpowied¬ nia cyjanohydryne na drodze reakcji z nadmiarem HCN w temperaturze 0-10°C.

Nastepnie, przez zmydlenie cyjanohydryny nadmiarem H2SO4, otrzymuje sie kwas cytrynowy, który wydziela sie przez wytracenie w postaci soli metalu ziem alkalicznych (Ca, Ba).

Stwierdzono, ze sól metalu alkalicznego wydzielonego kwasu 3-ketoglutarowego mozna stosowac sama lub w po¬ staci roztworu wodnego, który przez zakwaszenie mozna przeprowadzic w roztwór wodny wolnego kwasu.

Wedlug znanej technologii pod koniec karboksylacji acetonu mieszaninereakcyjnawymywa siewodadla otrzy- 9074390743 .4* mania roztworu soli metalu alkalicznegokwasu3-ketoglu¬ tarowego i nastepnie ekstrahuje rozpuszczalnik, zazwy¬ czaj N, N-dwumetyloformamid, oraz fenol i zawraca je oddzielnie do reakcji. Fenol zawracasiewpostaci fenolanu metalu alkalicznego i dodawaniekoniecznych alkaliów nie 5 moze byc prowadzone w obecnosci rozpuszczalnika, który ulega przez nie rozkladowi.

Wyzej wymienione operacje komplikuja prowadzenie opisanego powyzej sposobu. Ponadto w celu zastosowania dowytwarzania kwasu cytrynowego na skale przemyslowa 10 otrzymanego roztworu wodnego soli metalu alkalicznego kwasu 3-ketoglutarowego nalezy go zatezac dla polepsze¬ nia wydajnosci cyjanurowania itp.

Z tego wzgledu poszukiwano korzystnego sposobu kar- boksylacji, który dostarczalby soli metalu alkalicznego , kwasu 3-ketoglutarowego w postaci stalej w stopniu ula¬ twiajacym nastepne zastosowanie, np. do wytwarzania kwasu cytrynowego itp.

Zastosowanie znanych,stosowanych dotad rozpuszczal¬ ników, zwlaszcza dwumetyloformamidu, stosowanego najczesciej do karboksylacji nie daje takich mozliwosci, poniewaz sólmetalualkalicznegokwasu 3-ketoglutarowe¬ go otrzymuje sie w mieszaninie z duza iloscia trudnego do oddzielenia NaHC03, a pochodzacego z nadmiaru fenola¬ nu metalu alkalicznego i z nastepnegowymywania miesza¬ niny reakcyjnej woda, która powoduje, ze otrzymuje sie rozcienczony roztwór wodny.

Celem wynalazku jest opracowanie selektywnego i pros¬ tego sposobu wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowtgo. 30 Sposób wedlug wynalazku wytwarzania kwasu 2-keto- , glutarowego przez karboksylacje acetonu w obecnosci fe¬ nolanu metalu alkalicznego, polega na tym, ze reakcje prowadzi sie w obecnosci rozpuszczalnika z klasy glimów, czyli polietylenoalkiloeterów o wzorze R-0-(CH2-CH2- 35 0)tiR, w.którymR oznacza rodnik alkilowy 0 1-4 atomach wegla, korzystnie rodnik metylowy, a n oznacza liczbe calkowita 1-10, korzystnie 3-4, lub mieszaniny tych zwiazków, a pod koniec karboksylacji mase reakcyjna odgazowuje sie od CO2 rozpuszczonego i/lub tworzacego 40 kompleks z fenolanem metalu alkalicznego przez dodanie pod zmniejszonym cisnieniem zasadniczo stechiometrycz- nej w stosunku do z nadmiarem fenolanu metalu alkalicznego.

Z wydzielonej soli metalu alkalicznego uzyskuje sie 45 kwas 3-ketoglutarowy znanymi, opisanymi wyzej sposo¬ bami.

W sposobie wedlug wynalazku jako rozpuszczalnik sto¬ suje sie korzystnie czteroglim o wyzej podanym wzorze, w którym Roznacza rodnik metylowya n oznacza liczbe 4. 50 Zastosowanie glimów jako rozpuszczalnika eliminuje CO2, który wiaze sie w postaci zwiazku kompleksowego z fenolanem stosowanym w nadmiarze podczas karboksy¬ lacji i który w zasadzie wytwarza NaHC03, powodujace w znanym procesie trudnosci w wydzielaniu oraz zuzycie 55 NaOH itd.

W sposobie wedlug wynalazku wady te eliminuje sie przez dodanie fenolu, który stosuje sie w ilosci stechiome- trycznej w stosunku do metalu alkalicznego (sodu)tworza¬ cego fenolan. Usuniety z kompleksu z fenolanem C02 60 wydziela sie przez odgazowywanie mieszaniny reakcyjnej pod zmniejszonym cisnieniem, przy czym oddestylowuje sie fenol i zawraca go do odgazowywania.

W tym czasie wedlug dalszego nieoczekiwanegoaspektu tego wynalazku nastepuje dekarboksylacja tylko jedno- 65 karboksylowanego produktu to jest kwasu acetooctowego zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku.

Bikarboksylowany produkt, to jest kwas 3-ketoglutaro¬ wy nie jest objety tym procesem.' Dwumetyloformamid, znany rozpuszczalnik stosowany do karboksylacji, nie jest odpowiedni dostosowania w tym procesie ze wzgledu na ograniczona chemiczna stabilnosc w stosunku do alkalii, jak równiez lotnosc i na koniec ze wzgledu na wystepowanie z fenolem w postaci mieszaniny azeotropowej, co przeszkadza oddzielnemu wydzielaniu fenolu przez destylacje i w ten sposób przeszkadza zawra¬ caniu go do procesu odgazowywania CO2.

Jednoczesnie z odgazowywaniem wydziela sie nieprze- reagowany aceton, który zawraca sie do reakcji. Na koniec regeneracje zuzytych alkalii przeprowadza siew obecnosci rozpuszczalnika - glimu, który nie ulega zniszczeniu i dla¬ tego moze byc zawracany razem ze zregenerowanym feno¬ lanem metalu alkalicznego. < Korzystnie sposób wedlug wynalazku stosuje sie do wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowego przez karboksyla¬ cje acetonu za pomoca CO2 w obecnosci fenolanu sodu, co szczególowo opisano ponizej. * Do reaktora zaopatrzonego w mieszadlo, termometr i przyrzady dozujace dla stalych reagentów oraz przewód doprowadzajacy CO2, po wydmuchaniu powietrza za po¬ moca CO2, wprowadza sie fenolan sodu rozpuszczony w glinie (czteroglinie). Nastepnie utrzymujac temperature okolo 25°C wkrapla sie w ciagu ponad 1 godziny aceton w atmosferze doplywajacego CO2. Reakcja konczy sie po okolo 2 godzinach. Nastepnie rozpuszczony CO2 odgazo¬ wuje sie pod zmniejszonym cisnieniem wynoszacym 50 mm Hg, a fenol zmieszany w stechiometrycznej ilosci do ilosci kompleksu CO2 z fenolanem sodu tworzy kompleks, który w ciagu okolo 2 godzin w wiekszosci rozklada sie. Jedno¬ czesnie oddestylowuje sie i zawraca do reakcji aceton.

Nastepnie dodaje sie H2O, która hydrolizuje pozostaly zwiazek kompleksowy do kwasnego weglanusodu i fenolu, przy czym ulatwia sie wydzielanie w przesaczu osadu w postaci przesaczalnej soli sodawej kwasu 3*-ketoglutaro- wego z mala iloscia NaHC03.

Nastepnie sól saczy sie, po dodaniu do przesaczu NaOH w ilosci odpowiadajacej ilosci sodu, który wydziela sie z sola, destyluje sie go w celu regeneracji wyjsciowego fenolanu. Po czym najpierw z czesci fenolu (zawracanego do hydrolizy) wydziela sie H2O, a nastepnie wydzielony wolny fenol, który byl dodany do procesu odgazowywania, zawraca sie powtórnie do odgazowywania. Pozostalosc stanowi fenolan sodu w glimie (czteroglimie) i obydwie te substancje razem zawraca sie do etapu karboksylacji.

Z otrzymanej w ten sposób soli sodowej kwasu 3-keto¬ glutarowego otrzymujesieznanym sposobem kwas3-keto¬ glutarowy, przez zakwaszenie i ekstrakcje eterem etylo¬ wym itd.

W przypadku gdy kwas 3-ketoglutarowy stosuje sie do wytwarzania znanym sposobem kwasu cytrynowego przez kolejne cyjanurowanie, zmydlanie itcj., sól sodowa rozpu¬ szcza sie w malej ilosciwody, a nastepnie chlodzacpodczas mieszania cyjanuruje sie otrzymujac cyjanohydryne, która hydrolizuje sie H2SO4 do kwasu cytrynowego. Po zobojet¬ nieniu pozostalosci kwasu mineralnego za pomoca CaC03, mase odparowuje sie do sucha, a nastepnie wymywa odpo¬ wiednim rozpuszczalnikiem, na przyklad alkoholem izo- propylowym. Z roztworu, po osuszeniudo sucha otrzymuje sie przez prosta krystalizacje z H2O kwas cytrynowy o czystosci odpowiedniej do .losowania w farmakopei.90743 Opisany powyzej sposób dzieki prostym warunkom pro¬ wadzenia procesji w porównaniu ze znanymi tego typu technologiami jest szczególnie korzystny.

Ze wzgledu na to mozna otrzymac sól metalu alkaliczne- gp kwasu 3-ketoglutarowego, która jest juz czysta i odpo¬ wiednia do stosowania.

W ten sposób, na przyklad1mozna otrzymana sól prze¬ prowadzac w kwas cytrynowy zselektywnoscia wynoszaca 95% z uwzglednieniem tego, ze wydajnosc karboksylacji w dwumetyloformamidzie wedlug znanego procesu wyno¬ sila okolo 75% Tak wysoka selektywnosc otrzymuje sie dzieki wysokie¬ mu stezeniu wyjsciowego roztworu wodnego, cyjanurowa- nia przeprowadzanego ze stalej soli i w zasadzie wyelimi¬ nowania zanieczyszczen reprezentowanych przez sól me¬ talu alkalicznego kwasu cytryno-jablkowego, pochodzace¬ go z acetooctanu, który ulega dekarboksylacji podczas odgazowywania C02 z fenolem.

Ponadto unika,sie konwersji do NaHC03 praktycznie calego, bo az do 90% fenolanu metalu alkalicznego, stoso¬ wanego do karboksylacji, odpowiednio do hydrolizy woda z wymywania, co przewidziano w znanych sposobach.

Ze wzgledu na fakt, ze fenolan wydziela sie i zawraca razem ze stosowanym glimem, który ponadto nie zmienia sie i nie ulega zniszczeniu w przeciwienstwie do dwumety- loformamidu i do innych rozpuszczalników stosowanych w znanych sposobach, tylko dodanie NaOH dla regeneracji Na odbieranego z ukladu w postaci soli wytworzonego kwasu 3-ketoglutarowego daje powazne oszczednosci alkalii.

Ponizsze przyklady ilustruja bardziej szczególowo przedmiot wynalazku, nie ograniczajac jego zakresu.

Przyklady te w celu zilustrowania korzysci wynalazku uzupelniono otrzymywaniem kwasu cytrynowego z zasto¬ sowaniem kwasu 3-ketoglutarowego wytworzonego spo¬ sobem wedlug wynalazku.

Przyklad I. Do kolby 5 szyjkowej o pojemnosci 500 cms, zaopatrzonej w mieszadlo, termometr, przyrzad do wprowadzania stalych reagentów i przewód wlotowy na gaz, po wydmuchiwaniu powietrza suchym CO2 wprowa- x dza sie 45 g fenolanu sodu w 140 cm* czteroglimu i utrzy¬ muje w temperaturze 25°C w ciagu 1 godziny wkraplajac ,3 g acetonu. Reakcje prowadzi sie w ciagu dalszych 2 godzin przepuszczajac CO2. Nastepnie rozpuszczony CO2 odgazowuje siepod zmniejszonym cisnieniem wynoszacym 50 mm Hg, po czym dodaje sie 60 g fenolu, który podczas nastepnych 2 godzin pod cisnieniem 50 mm Hg rozklada wiekszosc kompleksu fenolan sodu i CO2 obecnego po karboksylacji i wiekszosc wytworzonego acetooctanu sodu.

W tym momencie dodaje sie 12 g H2O, która hydrolizuje mala ilosc nieprzereagowanego kompleksu do kwasnego weglanu sodu i fenolu sprzyjajac wytraceniu soli sodo¬ wych. Przez saczenie i przemycie 7 g H2O otrzymuje sie 9,1 g soli 3-ketoglutarowej razem z 0,24 g soli acetooctowej i2,0gNaHCO:*.

Konwersja acetonu wynosila 55%, a selektywnosc soli 3-ketoglutarowej w odniesieniu do przeksztalconego ace¬ tonu wynosila 96%.

Popluczki wodne zawraca sie sukcesywnie do procesu saczenia. Przesacz po dodaniu NaOH w ilosci odpowiada¬ jacej ilosci Na zawartej w solach, poddaje sie destylacji, w celu wydzielenia H2O przechodzacego z przemywania soli i H2O, który wytworzyl sie w czasie wytwarzania soli fenolu uwolnionego podczas karboksylacji. Wolny fenol, 40 45 50 55 60 65 który takze zawraca sie sukcesywnie do procesu dodajesie podczas odgazowywania.

Pozostalosc podestylacyjna stanowi roztwór fenolanu w czteroglimie gotowy dozastosowania w nowej karboksy¬ lacji.

Z otrzymanej surowej soli sodowej kwasu 3-ketogluta¬ rowego otrzymuje sie kwas przez zakwaszenie nadmiarem stezonego H2SO4 i przez ekstrakcje eterem etylowym, we¬ dlug znanej technologii. W ten sposób otrzymuje sie 4,9 gpraktycznie czystego kwasu 3-ketoglutarowego, z wydaj¬ noscia 67% obliczona w stosunku do przeksztalconego acetonu.

Ewentualnie w celu otrzymania kwasu cytrynowego wytworzona surowa sól sodowa kwasu 3-ketoglutarowego rozpuszcza sie w 14 g H2O, nastepnie chlodzi do tempera¬ tury od O do -5°C i dodaje 1,62 g HCN.

Po dwóch godzinach podczas mieszania wprowadza sie 9,7 g 94% H2SO4 w 10% nadmiarze w stosunku do ilosci obliczonej teoretycznie i mieszanineutrzymuje siew stanie wrzenia pod chlodnica zwrotna w ciagu 4 godzin. Naste¬ pnie obecny jeszcze kwas mineralny zobojetnia sie za pomoca CaC03. Mase odparowuje sie do sucha w tempera¬ turze 80°C i pod zmniejszonym cisnieniem. Nastepnie mie¬ szanine reakcyjna wymywa sie powtórnie za pomoca 150 cma alkoholu. Pozostalosc zawierajaca CaS04, Na2S04 i (NH4)2S04 wydziela sie a roztwór kwasu cytrynowego z mala iloscia kwasu cytryno-jablkowego odparowuje sie do sucha, po czym otrzymuje sie 9,1 g surowego kwasu cytrynowego wolnego od jonów nieorganicznych. Kwas cytrynowy o czystosci odpowiedniej do zastosowania w farmakopei otrzymuje sie przez krystalizacje z H2O.

Po krystalizacji otrzymuje sie 8,27 g czystego kwasu cytrynowego z selektywnoscia 86% obliczona w odniesie¬ niu do przeksztalconego acetonu. Ponadto z lugu macie¬ rzystego wydziela sie 0,83 g mieszaniny kwasów cytryno¬ wego i cytryno-jablkowego w stosunku wagowym 2:1, co odpowiada 9,5% konwersji acetonu.

Przykladu. Postepujac w sposób analogiczny do opi¬ sanego w przykladzie I i stosujac 5,3 gacetonu, 45 gfenola¬ nu sodu i 140 g dwuglimu otrzymuje sie mieszanine soli sodowych, zawierajaca 7,9 g soli 3-ketoglutarowej, 0,16 g soli acetooctowej i 2,0 g kwasnego weglanu. Odpowiada to 42% konwersji acetonu i 97% selektywnosci obliczonej analogicznie jak w przykladzie I (3% pozostalosci stanowi acetooctan).

Z surowej soli sodowej kwasu 3-ketoglutarowego w spo¬ sób analogiczny do opisanego w przykladzie I otrzymuje sie 3,8 g praktycznie czystego kwasu 3-ketoglutarowego z wydajnoscia 67% w stosunku do przeksztalconego acetonu.

Ewentualnie, postepujac w sposóbanalogiczny doopisa¬ nego w przykladzie I przez cyjanurowanie surowej soli sodowej w roztworze wodnym, zmydlenie, wydzielanie otrzymuje sie 6,34 g czystego kwasu cytrynowego z selek¬ tywnoscia 86% obliczona w odniesieniu do przeksztalcot- nego acetonu.

Z lugu macierzystego wydziela sie 0,64 g mieszaniny kwasów cytrynowego i cytryno-jablkowego w stosunku wagowym 2:1, co odpowiada 9,5% konwersji acetonu.

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kwasu 3-ketoglutarowego przez karboksylacje acetonu w obecnoscifenolanów metalialka-90743 8 licznych, znamienny tym, ze jako rozpuszczalnik stosuje sie co najmniej jeden glim o ogólnym wzorze R-0-(CH2- CH2-)nR, w którym R oznacza rodnik alkilowy o 1 - 4 atomach wegla korzystnie rodnik metylowy, a n oznacza liczbe 1-10, korzystnie 3, przy czym po zakonczeniu karboksylacji mase reakcyjna odgazowuje sie z C02 rozpu¬ szczonego i/lub tworzacego kompleks z fenolanem metalu alkalicznego przez dodanie pod zmniejszonym cisnieniem fenolu zasadniczo w ilosci stechiometrycznej w stosunku do kompleksu i wydziela sie sól metalualkalicznegokwasu 3-ketoglutarowegot z której otrzymuje sie zadany kwas znanymi metodami.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako glim stosuje sie czteroglim o przedstawionym w zastrz. 1 wzo¬ rze, w którym n oznacza liczbe 4, a R oznacza rodnik metylowy. CH3-CO-CH2-COONa 0^ ONa >CH3-CO-CH3*C02 Sklad wykonano w DSP, zam. 1230 Druk wUPPRL, naklad 125 + 20 agz. Cena zl 10,-