RU2789155C2 - Method for obtaining high-purity tetraisobutyrates and tetrapivalates of pentaerythritol - Google Patents

Method for obtaining high-purity tetraisobutyrates and tetrapivalates of pentaerythritol Download PDF

Info

Publication number
RU2789155C2
RU2789155C2 RU2021113725A RU2021113725A RU2789155C2 RU 2789155 C2 RU2789155 C2 RU 2789155C2 RU 2021113725 A RU2021113725 A RU 2021113725A RU 2021113725 A RU2021113725 A RU 2021113725A RU 2789155 C2 RU2789155 C2 RU 2789155C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pentaerythritol
tetrapivalate
purity
acid
products
Prior art date
Application number
RU2021113725A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021113725A (en
Inventor
Евгений Леонидович Красных
Владимир Владимирович Емельянов
Александр Борисович Соколов
Светлана Васильевна Леванова
Владимир Андреевич Шакун
Original Assignee
Евгений Леонидович Красных
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Леонидович Красных filed Critical Евгений Леонидович Красных
Publication of RU2021113725A publication Critical patent/RU2021113725A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2789155C2 publication Critical patent/RU2789155C2/en

Links

Abstract

FIELD: organic synthesis.
SUBSTANCE: invention relates to a method for obtaining high-purity esters of pentaerythritol and saturated monocarboxylic acid: pivalic acid, characterized by the fact that the isolation of the target product after synthesis is carried out by crystallization of ether, and the post-purification of the target product from acid residues, products of incomplete substitution of pentaerythritol and other impurities is carried out by recrystallization from an acetonitrile solution to obtain pentaerythritol tetrapivalate from a mixture of tetrapivalate in acetonitrile in a mass ratio of 1 to 15-20, for 10-12 hours at a temperature of -25 to -30°C.
EFFECT: method for obtaining effective isolation and purification of pentaerythritol esters used as plasticizing compositions and fixed phases for gas-liquid chromatography and making it possible to remove, in addition to the products of incomplete substitution of hydroxyl groups, residues of unreacted carboxylic acids.
1 cl, 2 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения сложных эфиров пентаэритрита и насыщенных монокарбоновых кислот (нормального и изо-строения), которые могут использоваться в качестве высокочистых пластифицирующих композиций, а также перспективных неподвижных фаз для газожидкостной хроматографии.The present invention relates to a process for the preparation of esters of pentaerythritol and saturated monocarboxylic acids (normal and iso) that can be used as high-purity plasticizing compositions, as well as promising stationary phases for gas-liquid chromatography.

Последние десятилетия, несмотря на смену трендов в промышленности, прослеживается устойчивый спрос и рост производства полимерных конструкционных материалов, основой для которых служат различные термопластичные полимеры [1, 2]. Пластифицирующие композиции на основе сложных эфиров органических кислот являются неотъемлемыми компонентами таких систем. Но доступные и широко распространенные пластификаторы на основе фталатов – токсичны, относятся ко второму классу опасности и их применение во всем мире значительно сократилось, особенно в странах Евросоюза [3-5].In recent decades, despite the change in industry trends, there has been a steady demand and growth in the production of polymeric structural materials, which are based on various thermoplastic polymers [1, 2]. Plasticizing compositions based on esters of organic acids are integral components of such systems. But the available and widespread plasticizers based on phthalates are toxic, belong to the second hazard class, and their use throughout the world has significantly decreased, especially in the EU countries [3-5].

Нетоксичные пластификаторы на основе алифатических многоосновных кислот (адипинаты, себацинаты), имея 4 класс опасности и проявляя более высокие, чем фталаты, эксплуатационные характеристики, в РФ практически не производятся из-за отсутствия сырьевой базы. Non-toxic plasticizers based on aliphatic polybasic acids (adipinates, sebacates), having hazard class 4 and showing higher performance characteristics than phthalates, are practically not produced in the Russian Federation due to the lack of a raw material base.

Второй областью применения предлагаемых в изобретении сложных эфиров пентаэритрита и насыщенных монокарбоновых кислот является аналитическая химия, в части хроматографического анализа. В хроматографии неподвижная фаза – это «основа», определяющая взаимодействие между компонентами анализируемой пробы и материалом носителя хроматографической колонки, т.е вещество, используемой фазы по сути, определяет последовательность выхода из колонки и отношения времен удерживания анализируемых компонентов и поэтому выбор неподвижной фазы - наиболее важный шаг для получения требуемых хроматографических данных, особенно для высококипящих компонентов.A second field of application of the esters of pentaerythritol and saturated monocarboxylic acids according to the invention is analytical chemistry, in terms of chromatographic analysis. In chromatography, the stationary phase is the “basis” that determines the interaction between the components of the analyzed sample and the carrier material of the chromatographic column, i.e. the substance of the phase used essentially determines the sequence of exit from the column and the ratio of the retention times of the analyzed components and therefore the choice of the stationary phase is the most an important step to obtain the required chromatographic data, especially for high-boiling components.

Также они представляют интерес, как перспективные синтетические смазочные материалы различного назначения. Данные соединения обладают отличной термоокислительной стабильностью и хорошими смазывающими свойствами. [6, 7], обладающих при этом низкой коррозионной активностью.They are also of interest as promising synthetic lubricants for various purposes. These compounds have excellent thermal and oxidative stability and good lubricating properties. [6, 7], which at the same time have low corrosion activity.

Задача изобретения заключается в разработке способа получения, эффективного выделения и очистки сложных эфиров пентаэритрита, предлагаемые к использованию в качестве пластифицирующих композиций и неподвижных фаз для газожидкостной хроматографии и позволяющий удалить помимо продуктов неполного замещения гидроксильных групп остатки непрореагировавших карбоновых кислот. The objective of the invention is to develop a method for obtaining, effectively isolating and purifying pentaerythritol esters, proposed for use as plasticizing compositions and stationary phases for gas-liquid chromatography, and allowing to remove, in addition to the products of incomplete substitution of hydroxyl groups, the remains of unreacted carboxylic acids.

Прототипом изобретения можно считать метод получения тетраизобутирата пентаэритрита [8], проводимый следующим образом: в стеклянный реактор с мешалкой, холодильником и термометром в токе азота загружают 2 моль монопентаэритрита и 8 моль изомасляной кислоты. В качестве азеотропного растворителя используется ксилол - 4% по массе. Смесь нагревается до 220°C при перемешивании. Вода, образующаяся в процессе этерификации выпаривается, и после выделения 80% от ее теоретического количества, реакционная смесь охлаждается до 150°C, и добавляется 0,1 масс.% изопропоксида титана (IV) (Tyzor TPT) (катализатор). Далее смесь вновь нагревается до 220°C и выдерживается до достижения желательного значения кислотного числа; после чего реакционная смесь охлаждается, растворитель и непрореагировавшая изомасляная кислота удаляется медленным повышением температуры до 180°C. После охлаждения реакционная масса нейтрализуется раствором гидроксида кальция, затем следует перегонка в вакууме при 140°C и фильтрация готового продукта при комнатной температуре. Полученный продукт представляет собой пентаэритрит-изобутират с чистотой 94%. [8].The prototype of the invention can be considered a method for obtaining pentaerythritol tetraisobutyrate [8], carried out as follows: 2 mol of monopentaerythritol and 8 mol of isobutyric acid are loaded into a glass reactor with a stirrer, refrigerator and thermometer in a stream of nitrogen. Xylene is used as an azeotropic solvent - 4% by weight. The mixture is heated to 220°C with stirring. The water formed during the esterification process is evaporated, and after separating 80% of its theoretical amount, the reaction mixture is cooled to 150°C, and 0.1 wt.% titanium (IV) isopropoxide (Tyzor TPT) (catalyst) is added. Next, the mixture is again heated to 220°C and maintained until the desired value of the acid number is reached; after which the reaction mixture is cooled, the solvent and unreacted isobutyric acid are removed by slowly raising the temperature to 180°C. After cooling, the reaction mass is neutralized with a solution of calcium hydroxide, followed by vacuum distillation at 140°C and filtration of the finished product at room temperature. The resulting product is pentaerythritol isobutyrate with a purity of 94%. [8].

Недостатками данного метода являются:The disadvantages of this method are:

- многостадийность, большое количество операций по выделению готового продукта и вовлечению в процесс отмывки водного раствора гидроксида кальция, что несомненно повлечет за собой потери продукта и увеличение количества сточных вод;- multi-stage, a large number of operations to isolate the finished product and involve an aqueous solution of calcium hydroxide in the washing process, which will undoubtedly entail product losses and an increase in the amount of wastewater;

- готовый продукт представляет собой недостаточно очищенное вещество (94% мас.), что ограничивает его использование в качестве высокоэффективного пластификатора для полимерных композиций; - the finished product is an insufficiently purified substance (94% wt.), which limits its use as a highly effective plasticizer for polymer compositions;

- использование в синтезе гомогенного катализатора (изопропоксид титана (IV)), в результате чего не предусмотрено его выделение из реакционной массы, что в дальнейшем может негативно сказаться на качестве получаемого пластификатора, в особенности на цветности.- the use of a homogeneous catalyst (titanium (IV) isopropoxide) in the synthesis, as a result of which its isolation from the reaction mass is not provided, which in the future may adversely affect the quality of the resulting plasticizer, especially color.

Предлагаемый метод, позволяет проводить процесс при температуре кипения изомасляной кислоты (163°С) в отсутствие катализатора, и азеотропообразующего агента, что позволяет снизить выход побочных продуктов, в т.ч. в смол, тем самым повышая селективность процесса. Очистка продукта перекристаллизацией позволяет получить продукты высокой степени чистоты (не менее 99% масс.), а также полностью удалить остатки непрореагировавшей кислоты и побочные продукты (моно-, ди-, три изобутираты). Выделение кислот фильтрацией из субстрата позволяет вернуть непрореагировавшую кислоту в процесс этерификации.The proposed method makes it possible to carry out the process at the boiling point of isobutyric acid (163°C) in the absence of a catalyst and an azeotrope-forming agent, which makes it possible to reduce the yield of by-products, incl. into resins, thereby increasing the selectivity of the process. Purification of the product by recrystallization makes it possible to obtain products of high purity (at least 99 wt.%), as well as to completely remove the remains of unreacted acid and by-products (mono-, di-, tri-isobutyrates). The separation of acids by filtration from the substrate allows the unreacted acid to be returned to the esterification process.

Синтез проходит по следующим уравнениям реакций:Synthesis proceeds according to the following reaction equations:

Тетраизобутират пентаэритрита:Pentaerythritol tetraisobutyrate:

Figure 00000001
Figure 00000001

Тетрапивалат пентаэритрита:Pentaerythritol tetrapivalate:

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример 1:Example 1:

Тетраизобутират пентаэритритаPentaerythritol tetraisobutyrate

В трёхгорлую колбу на 250 мл, снабженную насадкой Дина-Старка загружали 20 г пентаэритрита и 105 г изомасляной кислоты. Полученную реакционную массу нагревали до полного растворения пентаэритрита и поддерживали кипение в течении 30 часов. Далее, субстрат оставляли на 10-12 часов остывать при комнатной температуре, в результате чего, целевой тетраизобутират пентаэритрита выкристаллизовался из реакционной массы. Содержимое колбы отфильтровывали от избытка изомасляной кислоты, растворяли в метаноле в соотношении 1 ÷ 20,5 (масс.) и оставляли на 10 – 12 часов при температуре -25 – (-30

Figure 00000003
. Выпавшие кристаллы отфильтровывали и сушили при комнатной температуре около 10 часов. Выход очищенного тетраизобутирата пентаэритрита (чистотой >99% масс.) 40,2 г (65,7% от теоритического). С целью повышения выхода, маточный раствор подвергался частичной отгонке растворителя (до 15% масс.) и дальнейшей перекристаллизации (чистота продукта >98%, масс.), с помощью чего, удается повысить выход до готового эфира до 91% от теоретического.A 250 ml three-necked flask equipped with a Dean-Stark tube was charged with 20 g of pentaerythritol and 105 g of isobutyric acid. The resulting reaction mass was heated until complete dissolution of pentaerythritol and kept boiling for 30 hours. Further, the substrate was left to cool for 10-12 hours at room temperature, as a result of which the target pentaerythritol tetraisobutyrate crystallized out of the reaction mass. The contents of the flask were filtered from excess isobutyric acid, dissolved in methanol in a ratio of 1 ÷ 20.5 (mass) and left for 10–12 hours at a temperature of -25 - (-30
Figure 00000003
. The precipitated crystals were filtered off and dried at room temperature for about 10 hours. Yield of purified pentaerythritol tetraisobutyrate (purity >99 wt %) 40.2 g (65.7% of theory). In order to increase the yield, the mother liquor was subjected to partial distillation of the solvent (up to 15% wt.) and further recrystallization (product purity> 98%, wt.), with the help of which it was possible to increase the yield to the finished ester up to 91% of theoretical.

Пример 2:Example 2:

Тетрапивалат пентаэритритаPentaerythritol tetrapivalate

В трёхгорлую колбу на 250 мл, снабженную насадкой Динна-Старка загружали 20 г. пентаэритрита и 120 г. пивалевой кислоты. Полученную реакционную массу нагревали до полного растворения пентаэритрита и поддерживали кипение 35 часов. Далее, субстрат оставляли на 10-12 часов остывать при комнатной температуре, в результате чего, целевой тетрапивалат пентаэритрита выкристаллизовывается из реакционной массы. Содержимое колбы отфильтровывали от избытка пивалевой кислоты и растворяли в ацетонитриле в соотношении 1 ÷ 20 (масс.), охлаждали до температуры -25 – (-30)ОС в течение 10-12 часов.

Figure 00000004
Выпавшие кристаллы отфильтровывали и высушивали при комнатной температуре около 10 часов. Выход очищенного тетрапивалата пентаэритрита (чистотой >99% масс.) 51,4 г. (74,06% от теоретического). С целью повышения выхода, маточный раствор подвергался частичной отгонке растворителя (до 15% масс.) и дальнейшей перекристаллизации, в результате чего, удается повысить выход до 94% от теоретического.A 250 ml three-necked flask equipped with a Dinn-Stark tube was charged with 20 g of pentaerythritol and 120 g of pivalic acid. The resulting reaction mass was heated until complete dissolution of pentaerythritol and kept boiling for 35 hours. Further, the substrate was left to cool for 10-12 hours at room temperature, as a result of which the target pentaerythritol tetrapivalate crystallized out of the reaction mass. The contents of the flask were filtered from excess pivalic acid and dissolved in acetonitrile in a ratio of 1 ÷ 20 (wt.), cooled to a temperature of -25 - (-30) ° C for 10-12 hours.
Figure 00000004
The precipitated crystals were filtered off and dried at room temperature for about 10 hours. Yield of purified pentaerythritol tetrapivalate (purity >99 wt %) 51.4 g (74.06% of theory). In order to increase the yield, the mother liquor was subjected to partial distillation of the solvent (up to 15% wt.) and further recrystallization, as a result of which it was possible to increase the yield to 94% of the theoretical one.

Идентификация и количественный состав полученных соединений проводилась методом хроматомасс-спектрометрии. Identification and quantitative composition of the obtained compounds was carried out by chromatography-mass spectrometry.

Реализация данной идеи позволит:The implementation of this idea will allow:

Создать отечественную технологию получения высокоэффективного экологически чистого пластифицирующего компонента для применения в инженерных и строительных термопластичных пластиках и композитах на их основе.To create a domestic technology for producing a highly efficient environmentally friendly plasticizing component for use in engineering and construction thermoplastic plastics and composites based on them.

Создать отечественную технологию получения высокоэффективной неподвижной жидкой фазы для селективного газохроматографического анализа.To create a domestic technology for obtaining a highly efficient stationary liquid phase for selective gas chromatographic analysis.

Создать отечественную технологию получения высокочистых компонентов синтетических базовых масел для газотурбинных двигателей.To create a domestic technology for obtaining high-purity components of synthetic base oils for gas turbine engines.

Получить продукты, востребованные на отечественном рынке, по цене и качеству сравнимые с отечественными и зарубежными аналогами и обладающих минимальной токсичностью.Get products that are in demand on the domestic market, comparable in price and quality to domestic and foreign counterparts and with minimal toxicity.

Список цитируемой литературы:List of cited literature:

1. Каблов Е.Н. Современные материалы – основа инновационной модернизации России //Металлы Евразии. 2012. №3. С. 10–15.1. Kablov E.N. Modern materials - the basis of innovative modernization of Russia // Metals of Eurasia. 2012. №3. pp. 10–15.

2. Ноздрина Л.В., Короткова В.И., Бейдер Э.Я. Термопластичные полимеры для конструкционных материалов. Обзор //Технология. Сер. «Конструкции из композиционных материалов». 1991. №1. С. 3–10.2. L. V. Nozdrina, V. I. Korotkova, and E. Ya. Thermoplastic polymers for structural materials. Overview //Technology. Ser. "Constructions from composite materials". 1991. No. 1. pp. 3–10.

3. Барштейн Р.С., Пластификаторы для полимеров/ Барштейн Р.С., Кириллович В.И., Носовский Ю.Е. - М.: Химия, 1982. – 200 с.3. Barshtein R.S., Plasticizers for polymers / Barshtein R.S., Kirillovich V.I., Nosovsky Yu.E. - M.: Chemistry, 1982. - 200 p.

4. Wypych A. Plasticizers Databook / A. Wypych. – Toronto: ChemTecPublishing, 2013.4. Wypych A. Plasticizers Databook / A. Wypych. – Toronto: ChemTecPublishing, 2013.

5. MustafizurRahman, Christofer S. Brazel. The plasticizer market: an assessment of traditional plasticizers and research trends to meet new challenges / MustafizurRahman, Christofer S. Brazel / Progress in polymer science. – 2004. –5. Mustafizur Rahman, Christopher S. Brazel. The plasticizer market: an assessment of traditional plasticizers and research trends to meet new challenges / MustafizurRahman, Christofer S. Brazel / Progress in polymer science. – 2004. –

V.29. – p. 1223-1248.V.29. – p. 1223-1248.

6. Громова В.А., Мамарасулова З.В. // Изв. СПбГТИ (ТУ). 2013. № 20(46). С. 64. 6. Gromova V.A., Mamarasulova Z.V. // Izv. SPbGTI (TU). 2013. No. 20(46). S. 64.

7. Кязимова Н.С. // ХТТМ. 2008. № 3 (547). С. 29.7. Kazimova N.S. // HTTM. 2008. No. 3 (547). S. 29.

8. Нефталатный пластификатор // Патент ПЕРСТОРП АБ (SE) № 0002559449. 2015. / ЭХГРЕН ГРЕДЕГАРД Карин (SE)., МАГНУССОН Андерс (SE)., БЬЁРНБЕРГ Хокан (SE)., ПЕРССОН Никлас (SE)., ПЕТЕРСОН Мария (SE)., СЁРЕНСЕН Кент (SE).8. Non-phthalate plasticizer // Patent PERSTORP AB (SE) No. 0002559449. 2015 SE)., SÖRENSEN Kent (SE).

Claims (1)

Способ получения высокочистых сложных эфиров пентаэритрита и насыщенной монокарбоновой кислоты - пивалевой кислоты, отличающийся тем, что выделение целевого продукта после синтеза проводится кристаллизацией эфира, а доочистка целевого продукта от остатков кислоты, продуктов неполного замещения пентаэритрита и других примесей осуществляется перекристаллизацией из раствора ацетонитрила, для получения тетрапивалата пентаэритрита из смеси тетрапивалата в ацетонитриле в массовом соотношении 1 к 15-20, в течение 10-12 часов при температуре -25…-30 °С.A method for obtaining high-purity esters of pentaerythritol and a saturated monocarboxylic acid - pivalic acid, characterized in that the target product after synthesis is isolated by crystallization of the ester, and the target product is further purified from acid residues, products of incomplete replacement of pentaerythritol and other impurities by recrystallization from an acetonitrile solution, to obtain tetrapivalate pentaerythritol from a mixture of tetrapivalate in acetonitrile in a mass ratio of 1 to 15-20, for 10-12 hours at a temperature of -25 ... -30 ° C.
RU2021113725A 2021-05-14 Method for obtaining high-purity tetraisobutyrates and tetrapivalates of pentaerythritol RU2789155C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021113725A RU2021113725A (en) 2022-11-14
RU2789155C2 true RU2789155C2 (en) 2023-01-30

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559449C2 (en) * 2010-08-23 2015-08-10 Персторп АБ Naphthalate plasticiser

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559449C2 (en) * 2010-08-23 2015-08-10 Персторп АБ Naphthalate plasticiser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В. Емельянов, Е.Л. Красных "Синтез и выделение высокочистых сложных эфиров пентаэритрита и карбоновых кислот С2-С5", Часть 1, Сборник материалов конференции, Ярославль, Издательский дом ЯГТУ 2018, с. 345-34. Т.А. Ермакова, В.В. Акатьев "Методы выделения и очистки органических соединений: Методическое пособие" Волгоград: Изд-во ВолГУ,2007.49 с. Kopyshev M.V., Khasin A.V., Minyukova T.P., Khassin A.A., Yurieva T.M. Esterification of pentaerythritol by carboxylic acids. Reac. Kinet. Mech. Cat. 2016;117(2):417-427. Громова В.В., Мамарасулова З.В. Термическая этерификация пентаэритрита алифатическими монокарбоновыми кислотами. Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. 2013;20(46):64-67. Файзуллина С.Р., Буйлова Е.А., Недопекин Д.В., Аминова Г.К. Синтез и свойства некоторых эфиров пентаэритрита. Башкирский химический журнал. 2016;23(3):41-44. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2566826C1 (en) Method of producing 1-palmitoyl-3-acetylglycerine and method of producing 1-palmitoyl-2-linoleoyl-3-acetylglycerine using said compound
KR20170015381A (en) Preparation of 2,6- and 2,7-disubstituted anthraquinone derivates
PL130559B1 (en) Process for preparing pure isosorbite 5-nitrate
CN113024489A (en) Preparation method of oseltamivir synthesis process impurity
RU2789155C2 (en) Method for obtaining high-purity tetraisobutyrates and tetrapivalates of pentaerythritol
JP2013227345A (en) Synthesis of half ester
US20230150917A1 (en) Process for the preparation of alpha,omega-alkanediol mononitrate
US2862957A (en) Method of manufacturing alkyl, hydroxyalkyl esters of terephthalic acid
RU2616004C1 (en) Method for processing of high-boiling by-products of trimethylpropane production process
CN101735284B (en) Method for preparing 4, 6-O-benzylidene-D-glucopyranose
KR102333606B1 (en) Method for producing 1-palmitoyl-2-linoleoyl-3-acetyl glycerol
JP2003261490A (en) NEW CHIRAL ZIRCONIUM CATALYST AND METHOD FOR PRODUCING OPTICALLY ACTIVE ANTI-alpha-METHYL-beta-AMINOCARBONYL COMPOUND
JP5105825B2 (en) Method for producing 4-hydroxy-2-adamantanone compound
US2698341A (en) Acidolysis of methylal with carboxylic acid anhydroides
RU2069655C1 (en) Method for production of c7 - c9-alkyl esters of chlorine-substituted phenoxyacetic acids
CN118791461A (en) Method for preparing thiophene ester compound from levulinate ester compound
US2809975A (en) Process for the preparation of endovinylene cyclohexane tetracarbonic acid and anhydride
JPS61263950A (en) Manufacture of 2-(4-isobutylphenyl)-propiohydroxamic acid
RU2612956C1 (en) Method for producing 1-adamantyl acetaldehyde
SU734192A1 (en) Method of preparing dimethylterephthalate
JP4002083B2 (en) Dimethyl terephthalate composition and method for producing the same
JP6518512B2 (en) Purification method of 4-hydroxybenzoic acid long chain ester
RU2510629C1 (en) Method of obtaining pentaerythrite trichlorohydrin
JP5525216B2 (en) Method for producing trimellitic anhydride diester
CN116621762A (en) 3-nitroindole analogue and preparation method thereof