RU2791235C1 - METHOD FOR PRODUCING N-METHYLGLUCOSAMINE BY REDUCTIVE CONDENSATION REACTION USING Ni-Ru CATALYST BASED ON HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING N-METHYLGLUCOSAMINE BY REDUCTIVE CONDENSATION REACTION USING Ni-Ru CATALYST BASED ON HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE Download PDF

Info

Publication number
RU2791235C1
RU2791235C1 RU2022126307A RU2022126307A RU2791235C1 RU 2791235 C1 RU2791235 C1 RU 2791235C1 RU 2022126307 A RU2022126307 A RU 2022126307A RU 2022126307 A RU2022126307 A RU 2022126307A RU 2791235 C1 RU2791235 C1 RU 2791235C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methylglucosamine
hydrogen
temperature
mpa
methylamine
Prior art date
Application number
RU2022126307A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Степан Петрович Михайлов
Наталия Валерьевна Лакина
Валентин Юрьевич Долуда
Михаил Геннадьевич Сульман
Маргарита Евгеньевна Лакина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2791235C1 publication Critical patent/RU2791235C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: method for producing N-methylglucosamine.
SUBSTANCE: method uses a reductive condensation reaction with an aminate agent methylamine in a hydrogen atmosphere using a Ni-Ru catalyst based on hypercrosslinked polystyrene and can be used in medical and pharmaceutical discipline to increase solubilization and stabilize biologically active drugs. obtaining a Ni-Ru catalyst based on hypercrosslinked polystyrene by reacting 10 g of hypercrosslinked polystyrene with 10 g of nickel acetate solution Ni(Ac)2 in 200 ml of deionized water, evaporating the resulting suspension in an evaporator to a free flowing state, followed by drying in a thermostated cabinet at a temperature 90°C, reduction with hydrogen in a glass tube at 300°C for six hours, cooling to room temperature and impregnation with an aqueous solution of 0.3 g of ruthenium hydroxychloride in 100 ml of deionized water, washing with water, evaporation in a vacuum evaporator, drying in a thermostated cabinet at a temperature of 90°C, then reduction with hydrogen and reductive condensation with an aminate agent methylamine, for which an alcoholic solution of D-glucose and methylamine are added to the resulting catalyst in a ratio of 1:1 to 1:1.2, purged three times with nitrogen at a pressure of 0.2 MPa, hydrogen is supplied under pressure from 5 MPa to 10 MPa, heated to a temperature of 60°C to 120°C and incubated for 1 hour to 4 hours in ethanol.
EFFECT: increased yield of N-methylglucosamine, efficiency and stability of the reductive condensation process.
1 cl, 5 dwg, 4 tbl, 9 ex

Description

Данное изобретение относится к способу получения N-метилглюкозамина (по тривиальной номенклатуре аминополиол, глюкозамин), с использованием процесса восстановительной конденсации и может быть использовано в медицинской и фармацевтической практике для повышения солюбилизации и стабилизации биологически активных препаратов.This invention relates to a method for producing N-methylglucosamine (according to the trivial nomenclature aminopolyol, glucosamine), using the reductive condensation process and can be used in medical and pharmaceutical practice to increase solubilization and stabilize biologically active drugs.

Для проведения реакции восстановительной конденсации для получения N-метилглюкамина используют биметаллические катализаторы на основе платиновых металлов переходной группы, такие как Pt, Pd, Ru с использованием различного рода модифицированных носителей (Современное состояние восстановительного аминирования (Михайлов С.П., Долуда В.Ю., Сульман М.Г., Матвеева В.Г. Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2022. №1 (47). С.24-36.). Однако, такие способы восстановительной конденсации отличаются сложностью приготовления катализаторов и высокой стоимостью применяемых металлов.To carry out the reductive condensation reaction to obtain N-methylglucamine, bimetallic catalysts based on platinum transition metals, such as Pt, Pd, Ru, are used using various kinds of modified supports (The current state of reductive amination (Mikhailov S.P., Doluda V.Yu. , Sulman M.G., Matveeva V.G. Bulletin of Tver State University. Series: Chemistry. 2022. No. 1 (47), pp. 24-36. However, such methods of reductive condensation are distinguished by the complexity of preparing catalysts and high cost applied metals.

Для снижения стоимости каталитической системы, используемой для получения N-метиглюкозамина был предложен катализатор на основе никеля Ренея, а также на основе соединений алюминия Ni/Al2O3. Количество металла в таком катализаторе составляет до 44 мас. %, выход N-метилглюкозамина достигает 91% (Исследование синтеза N-метилглюкозимина Михайлов С.П., Сульман A.M., Сульман М.Г., Гребенникова О.В., Сульман Э.М., Долуда В.Ю., Матвеева В.Г. Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2020. №1 (39). С.40-46.).To reduce the cost of the catalytic system used to obtain N-methyglucosamine, a catalyst based on Raney nickel, as well as on Ni/Al 2 O 3 aluminum compounds, was proposed. The amount of metal in such a catalyst is up to 44 wt. %, the yield of N-methylglucosamine reaches 91% (Study of the synthesis of N-methylglucosimine Mikhailov S.P., Sulman AM, Sulman M.G., Grebennikova O.V., Sulman E.M., Doluda V.Yu., Matveeva V G. Bulletin of Tver State University, Series: Chemistry, 2020, No. 1 (39), pp. 40-46.

Также известен способ получения N-метилглюкозамина с применением Ni-катализатора на основе сверхсшитого полистирола (СПС). Количество металла для приготовления катализатора составляет 10-25 мас. %, а выход N-метилглюкозамина 97.6-97.8%. (Ni катализатор на основе сверхсшитого полистирола для высокоэффективного синтеза N-метил-D-глюкозамина Михайлов С.П., Долуда В.Ю., Молчанов В.П., Сульман М.Г. В книге: Роскатализ. Сборник тезисов. Институт катализа СО РАН. 2021. С 738-73; Ресурсосберегающий способ одностадийного синтеза п-метилглюкамина Сульман М.Г., Михайлов С.П., Сульман A.M. В сборнике: Современное состояние экономических систем: экономика и управление. Сборник научных трудов II Международной научной конференции. Под общей редакцией Д.В. Розова, Г.Г. Скворцовой. 2020. С 279-284).Also known is a method for producing N-methylglucosamine using Ni-catalyst based on hypercrosslinked polystyrene (SPS). The amount of metal for the preparation of the catalyst is 10-25 wt. %, and the yield of N-methylglucosamine is 97.6-97.8%. (Ni catalyst based on hypercrosslinked polystyrene for highly efficient synthesis of N-methyl-D-glucosamine S.P. Mikhailov, V.Yu. Doluda, V.P. Molchanov, M.G. Sulman. In the book: Roskatalysis. Collection of abstracts. Institute of Catalysis Sulman M.G., Mikhailov S.P., Sulman A.M. In the collection: The current state of economic systems: economics and management. Collection of scientific papers of the II International Scientific Conference Edited by D. V. Rozov and G. G. Skvortsova, 2020, pp. 279-284).

Из уровня техники известен способ получения N-метилглюкозамина с использованием реакции восстановительной конденсации, включающий смешивание кукурузного сиропа и аммиака в объемном соотношении 1:60 - 1:3 до гомогенного состояния, полученную смесь подвергают гидрированию при температуре 150-200°С, давлении 17 МПа, в течение 20-21 часа, в присутствии катализатора никеля Ренея (US №4540821, кл. С07С 85/08, 10.09.1985).The prior art method for producing N-methylglucosamine using a reductive condensation reaction, including mixing corn syrup and ammonia in a volume ratio of 1:60 - 1:3 to a homogeneous state, the resulting mixture is subjected to hydrogenation at a temperature of 150-200 ° C, a pressure of 17 MPa , for 20-21 hours, in the presence of a Raney nickel catalyst (US No. 4540821, class C07C 85/08, 09/10/1985).

Однако для этого способа характерно образование большого количества продуктов переаминирования и высокие энергетические затраты, связанные с применением высоких температур в процессе реакции восстановительной конденсации.However, this method is characterized by the formation of a large amount of transamination products and high energy costs associated with the use of high temperatures in the process of the reductive condensation reaction.

Известен способ получения N-метилглюкозамина (аминополиолов) путем проведения восстановительной конденсации D-сорбита и аммиака при температуре 100-400°С, давлении 1-40 МПа, в течении 32 часов, в присутствии катализаторов, состоящих из металлов 8-11 группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева (US №9067863 В2, кл. С07С 209/00, С07С 209/16, С04В 24/12, С04В 28/02, С07В 213/02, C07D 241/04, C07D B295/02, C07D B295/023, 30.06.2015).A known method for producing N-methylglucosamine (aminopolyols) by carrying out the reductive condensation of D-sorbitol and ammonia at a temperature of 100-400°C, a pressure of 1-40 MPa, for 32 hours, in the presence of catalysts consisting of metals of 8-11 groups of the periodic system elements D.I. Mendeleev (US No. 9067863 B2, class C07C 209/00, C07C 209/16, C04B 24/12, C04B 28/02, C07B 213/02, C07D 241/04, C07D B295/02, C07D B295/023, 30.06 .2015).

Однако сложность аппаратурного оформления процесса получения аминополиолов и длительное ведение процесса аминирования приводит к удорожанию конечного продукта, что делает способ экономически не эффективным.However, the complexity of the hardware for the process of obtaining amino polyols and the long-term maintenance of the amination process leads to an increase in the cost of the final product, which makes the method economically inefficient.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ получения N-метилглюкозамина (глюкамина) с использованием реакции восстановительной конденсации, включающий смешивание D-глюкозы и алкиламина в объемном соотношении от 1:1 до 1:1.2, полученную в результате смесь подвергали гидрированию при температуре 60-100°С, давлении 5-20 МПа, в течение 1-3 часов, в присутствии скелетного никелевого катализатора, промотированного титаном или хромом. Выход N-метилглюкозамина (глюкамина) составил 90% (SU №1754707 А1, кл. С07С 213/02, С07С 215/12, 15.08.1992).The closest analogue of the claimed invention is a method for producing N-methylglucosamine (glucamine) using a reductive condensation reaction, including mixing D-glucose and alkylamine in a volume ratio of 1:1 to 1:1.2, the resulting mixture was subjected to hydrogenation at a temperature of 60-100 °C, pressure 5-20 MPa, for 1-3 hours, in the presence of a skeletal nickel catalyst promoted with titanium or chromium. The yield of N-methylglucosamine (glucamine) was 90% (SU No. 1754707 A1, class C07C 213/02, C07C 215/12, 15.08.1992).

Однако применение токсичных металлов в способе приготовления катализатора делает процесс неэкологичным, а использование большего количества металла переходной группы повышает стоимость каталитической системы.However, the use of toxic metals in the catalyst preparation process makes the process unfriendly, and the use of a larger amount of a transition group metal increases the cost of the catalyst system.

Задачей изобретения является разработка способа получения N-метилглюкозамина путем проведения реакции восстановительной конденсации в среде водорода с использованием в качестве катализатора никель-рутения, нанесенного на сверхсшитый полистирол.The objective of the invention is to develop a method for producing N-methylglucosamine by carrying out a reductive condensation reaction in a hydrogen atmosphere using nickel-ruthenium deposited on hypercrosslinked polystyrene as a catalyst.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода N-метилглюкозамина, эффективности и стабильности процесса восстановительной конденсации.The technical result of the invention is to increase the yield of N-methylglucosamine, the efficiency and stability of the reductive condensation process.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что способ получения N-метилглюкозамина реакцией восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином в среде водорода с использованием Ni-Ru катализатора на основе сверхсшитого полистирола включает получение Ni-Ru катализатора на основе сверхсшитого полистирола взаимодействием 10 г сверхсшитого полистирола с 10 г раствора ацетата никеля Ni(Ac)2 в 200 мл деионизированной воды, упаривание полученной суспензии в выпарной установке до сыпучего состояния с последующей сушкой в термостатированном шкафу при температуре 90°С, восстановление водородом в стеклянной трубке при 300°С в течение шести часов, охлаждение до комнатной температуры и пропитку водным раствором 0.3 г гидроксихлорид рутения в 100 мл деионизированной воды, промывание водой, упаривание в вакуумной выпарной установке, сушку в термостатированном шкафу при температуре 90°С, затем восстановление водородом и проведение восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином, для чего к полученному катализатору добавляют спиртовой раствор D-глюкозы и метиламин в соотношении от 1:1 до 1:1,2, продувают трижды азотом под давлением 0.2 МПа, подают водород под давлением от 5 МПа до 10 МПа, нагревают до температуры от 60°С до 120°С и выдерживают в течение от 1 часа до 4 часов в среде этанола.The set task and the specified technical result are achieved by the fact that the method of obtaining N-methylglucosamine by the reaction of reductive condensation with an aminating agent methylamine in a hydrogen environment using a Ni-Ru catalyst based on hypercrosslinked polystyrene includes the production of a Ni-Ru catalyst based on hypercrosslinked polystyrene by the interaction of 10 g of hypercrosslinked polystyrene with 10 g of a solution of nickel acetate Ni(Ac) 2 in 200 ml of deionized water, evaporation of the resulting suspension in an evaporator to a free flowing state, followed by drying in a thermostated cabinet at a temperature of 90°C, hydrogen reduction in a glass tube at 300°C for six hours, cooling to room temperature and impregnation with an aqueous solution of 0.3 g of ruthenium hydroxychloride in 100 ml of deionized water, washing with water, evaporation in a vacuum evaporator, drying in a thermostated cabinet at a temperature of 90°C, then reduction with hydrogen and carrying out reductive condensation with an aminating agent methylamine, for which an alcoholic solution of D-glucose and methylamine are added to the resulting catalyst in a ratio of 1:1 to 1:1.2, it is blown three times with nitrogen at a pressure of 0.2 MPa, hydrogen is supplied at a pressure of 5 MPa to 10 MPa, heated to a temperature of from 60°C to 120°C and incubated for 1 hour to 4 hours in an ethanol environment.

Применение рутения в качестве дополнительной добавки в катализатор позволяет увеличивать активность металлических частиц никеля.The use of ruthenium as an additional additive to the catalyst makes it possible to increase the activity of nickel metal particles.

Применение в качестве носителя для катализатора сверхсшитого полистирола обеспечивает равномерное распределение металлических частиц никеля и рутения в активной поливалентной форме и придает катализатору высокую механическую прочность и устойчивость к кислотам и щелочам.The use of hypercrosslinked polystyrene as a support for the catalyst ensures uniform distribution of nickel and ruthenium metal particles in the active polyvalent form and gives the catalyst high mechanical strength and resistance to acids and alkalis.

Использование в качестве носителя для катализатора сверхсшитого полистирола повышает селективность процесса по N-метилглюкозамину за счет его большой сорбционной емкости к различным органическим соединениям, что создает повышенную концентрацию субстрата вокруг реакционных центров катализатора.The use of hypercrosslinked polystyrene as a carrier for the catalyst increases the selectivity of the process for N-methylglucosamine due to its high sorption capacity for various organic compounds, which creates an increased concentration of the substrate around the reaction centers of the catalyst.

Увеличение поверхностной концентрации активного металла приводит к увеличению скорости протекания каталитического синтеза N-метилглюкозамина и селективности к N-метилглюкозамину.An increase in the surface concentration of the active metal leads to an increase in the rate of the catalytic synthesis of N-methylglucosamine and the selectivity to N-methylglucosamine.

Масса катализатора менее 3.0 г, как и повышение массы катализатора выше 7.0 г приводит к снижению селективности процесса восстановительной конденсации с метиламином, что обусловлено увеличением скорости побочных реакций.The catalyst weight less than 3.0 g, as well as an increase in the catalyst weight above 7.0 g, leads to a decrease in the selectivity of the process of reductive condensation with methylamine, which is due to an increase in the rate of side reactions.

Изменение мольного соотношения D-глюкозы к аминирующему агенту метиламину ниже 1:1 или выше 1:1.2 приводит к уменьшению скорости процесса конденсации и уменьшению выхода N-метилглюкозамина.Changing the molar ratio of D-glucose to the aminating agent methylamine below 1:1 or above 1:1.2 leads to a decrease in the rate of the condensation process and a decrease in the yield of N-methylglucosamine.

При уменьшении температуры ниже 60°С происходит замедление процесса восстановительной конденсации D-глюкозы, что приводит к низкому выходу N-метилглюкозамина, а при повышении температуры выше 120°С наблюдается образование большого количества продуктов изомеризации D-глюкозы.When the temperature decreases below 60°C, the process of reductive condensation of D-glucose slows down, which leads to a low yield of N-methylglucosamine, and when the temperature rises above 120°C, the formation of a large amount of D-glucose isomerization products is observed.

При уменьшении давлении ниже 5 МПа происходит замедление процесса восстановительной конденсации D-глюкозы, что приводит к низкому выходу N-метилглюкозамина, а при повышении давления выше 10 МПа наблюдается образование побочных продуктов полного восстановления с образованием сорбита и аммиака.With a decrease in pressure below 5 MPa, the process of reductive condensation of D-glucose slows down, which leads to a low yield of N-methylglucosamine, and with an increase in pressure above 10 MPa, the formation of by-products of complete reduction with the formation of sorbitol and ammonia is observed.

При уменьшении времени реакции менее 1 часа происходит неполная трансформация компонентов реакции с образованием N-метилглюкозамина. При увеличении времени реакции свыше 4 часов наблюдается наличие продуктов гидролитической деструкции N-метилглюкозамина.When the reaction time is reduced to less than 1 hour, incomplete transformation of the reaction components occurs with the formation of N-methylglucosamine. With an increase in the reaction time over 4 hours, the presence of hydrolytic degradation products of N-methylglucosamine is observed.

Использование этанола в качестве среды проведения реакции позволяет обеспечить сдвиг химического равновесия в сторону образования продуктов реакции и возможность проведения синтеза N-метилглюкозамина в одну стадию, без выделения промежуточных соединений.The use of ethanol as a reaction medium makes it possible to shift the chemical equilibrium towards the formation of reaction products and the possibility of carrying out the synthesis of N-methylglucosamine in one stage, without isolation of intermediate compounds.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами. На фиг.1 представлена схема одностадийной реакции получения N-метилглюкозамина; на фиг.2 представлена зависимость выхода N-метилглюкозамина от температуры реакции; на фиг.3 представлена зависимость выхода N-глюкозамина от давления водорода в реакторе; на фиг.4 представлена зависимость выхода N-глюкозамина от массы катализатора в реакции восстановительной конденсации; на фиг.5 представлена зависимость выхода N-глюкозамина от мольного соотношения D-глюкозы к метиламину.The invention is illustrated by the following graphics. Figure 1 shows the scheme of a one-stage reaction for obtaining N-methylglucosamine; figure 2 shows the dependence of the yield of N-methylglucosamine on the reaction temperature; figure 3 shows the dependence of the yield of N-glucosamine on the pressure of hydrogen in the reactor; figure 4 shows the dependence of the yield of N-glucosamine on the mass of the catalyst in the reductive condensation reaction; figure 5 shows the dependence of the yield of N-glucosamine on the molar ratio of D-glucose to methylamine.

Способ получения N-метилглюкозамина реакцией восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином в среде водорода при нагревании осуществляют следующим образом.The method of obtaining N-methylglucosamine by the reaction of reductive condensation with an aminating agent methylamine in a hydrogen atmosphere during heating is carried out as follows.

Предварительно готовят катализатор, для чего 10 г сверхшитого полистирола добавляют в раствор 10 г ацетата никеля Ni(Ас)2 в 200 мл деионизированной воды для того, чтобы сформировать активные никель частицы внутри СПС, упаривают полученную суспензию в выпарной установке до сыпучего состояния, сушат в термостатированном шкафу при температуре 90°С, полученный продукт восстанавливают водородом в стеклянной трубке при 300°С в течение шести часов, охлаждают до комнатной температуры и подвергают пропитке водным раствором 0.3 г гидроксихлорид рутения в 100 мл деионизированной воды для равномерного распределения частиц рутения на поверхности никеля.A catalyst is preliminarily prepared, for which 10 g of hypercrosslinked polystyrene is added to a solution of 10 g of nickel acetate Ni(Ac) 2 in 200 ml of deionized water in order to form active nickel particles inside the SPS, the resulting suspension is evaporated in an evaporator to a free flowing state, dried in thermostated cabinet at a temperature of 90°C, the resulting product is reduced with hydrogen in a glass tube at 300°C for six hours, cooled to room temperature and impregnated with an aqueous solution of 0.3 g of ruthenium hydroxychloride in 100 ml of deionized water to evenly distribute ruthenium particles on the nickel surface .

Полученный катализатор промывают водой, упаривают в вакуумной выпарной установке, сушат в термостатированном шкафу при температуре 90°С затем восстанавливают водородом.The resulting catalyst is washed with water, evaporated in a vacuum evaporator, dried in a thermostated Cabinet at a temperature of 90°and then reduced with hydrogen.

Для проведения реакции восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином в среде водорода используют реактор высокого давления Parr Instruments 4307 (США) с общим объемом колбы 250 см3 и максимальным рабочим давлением 60 МПа.To carry out the reductive condensation reaction with the aminating agent methylamine in a hydrogen atmosphere, a high-pressure reactor Parr Instruments 4307 (USA) with a total flask volume of 250 cm 3 and a maximum operating pressure of 60 MPa is used.

В колбу реактора вносят навеску катализатора от 3.0 г до 7.0 г, добавляют спиртовой раствор D-глюкозы и метиламин в соотношении от 1:1 до 1:1,2, продувают трижды азотом под давлением 0.2 МПа с целью удаления остаточного количества кислорода воздуха для минимизации протекания побочных процессов аминирования. Затем, подают водород под давлением от 5 МПа до 10 МПа. Реактор нагревают до температуры от 60°С до 120°С и выдерживают в течение от 1 до 4 часов.A portion of the catalyst from 3.0 g to 7.0 g is added to the reactor flask, an alcoholic solution of D-glucose and methylamine are added in a ratio of 1:1 to 1:1.2, it is purged three times with nitrogen at a pressure of 0.2 MPa in order to remove the residual amount of atmospheric oxygen to minimize side processes of amination. Then, hydrogen is supplied under pressure from 5 MPa to 10 MPa. The reactor is heated to a temperature of 60°C to 120°C and held for 1 to 4 hours.

Эффективность реакции восстановительной конденсации D-глюкозы и метиламина оценивают по выходу конечного продукта реакции N-метилглюкозамина.The efficiency of the reductive condensation reaction of D-glucose and methylamine is evaluated by the yield of the final product of the reaction of N-methylglucosamine.

Анализ реакционной среды на наличие моносахаридов, полиолов и N-метилглюкозамина проводят с использованием высокоэффективного жидкостного хроматографа (ВЭЖХ, ChromatechkKristall 2014, Россия), оборудованного детектором показателя преломления и полем колонки с колонкой Reprogel-H (Dr. MaischGmbh, Германия), характеризующейся длинной 500 мм, диаметром 10 мм и теоретическим количеством тарелок 40000. Условия разделения: расход элюента (9 Ммоль раствора H2SO4) 0.5 мл/мин; температура колонки 25°С; давление элюента 65 атм; время анализа 30 мин. Качественная идентификация продуктов реакции восстановительной конденсации проводят с использованием эталонов чистых веществ.Analysis of the reaction medium for the presence of monosaccharides, polyols, and N-methylglucosamine is carried out using a high-performance liquid chromatograph (HPLC, ChromatechkKristall 2014, Russia) equipped with a refractive index detector and a column field with a Reprogel-H column (Dr. MaischGmbh, Germany), characterized by a length of 500 mm, 10 mm in diameter, and a theoretical number of plates 40,000. Separation conditions: eluent flow rate (9 Mmol H 2 SO 4 solution) 0.5 ml/min; column temperature 25°C; eluent pressure 65 atm; analysis time 30 min. Qualitative identification of reductive condensation reaction products is carried out using standards of pure substances.

Выход N-метилглюкозамина согласно способу настоящего изобретения, составляет до 94.5%.The output of N-methylglucosamine according to the method of the present invention is up to 94.5%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

Предварительно готовят катализатор, для чего 10 г ацетата никеля Ni(Ас)2 растворяют в 200 мл деионизированной воды и к раствору добавляют 10 г сверхсшитого полистирола. Суспензию упаривают в вакуумной выпарной установке. Затем сушат в термостатированном шкафу при температуре 90°С. Полученный продукт восстанавливают водородом в стеклянной трубке при 300°С в течение шести часов, охлаждают до комнатной температуры и подвергают пропитке водным раствором 0.3 г гидроксихлорид рутения в 100 мл деионизированной воды. Полученный катализатор промывают водой, упаривают в вакуумной выпарной установке, сушат в термостатированном шкафу при температуре 90°С затем восстанавливают водородом.The catalyst is preliminarily prepared, for which 10 g of nickel acetate Ni(Ac) 2 are dissolved in 200 ml of deionized water, and 10 g of hypercrosslinked polystyrene are added to the solution. The suspension is evaporated in a vacuum evaporator. Then dried in a thermostated Cabinet at a temperature of 90°C. The resulting product is reduced with hydrogen in a glass tube at 300°C for six hours, cooled to room temperature and subjected to impregnation with an aqueous solution of 0.3 g of ruthenium hydroxychloride in 100 ml of deionized water. The resulting catalyst is washed with water, evaporated in a vacuum evaporator, dried in a thermostated Cabinet at a temperature of 90°and then reduced with hydrogen.

В колбу реактора высокого давления Parr Instruments 4307 (США) с общим объемом колбы 250 см3 и максимальным рабочим давлением 60 МПа вносят навеску катализатора 5.0 г, 50 мл спиртового раствора D-глюкозы и 12 мл метиламина (мольное соотношение D-глюкозы к метиламину -1:1.2).Into a flask of a Parr Instruments 4307 high-pressure reactor (USA) with a total flask volume of 250 cm 1:1.2).

Реактор трижды продувают азотом под давлением 0.2 МПа, после чего подают водород под давлением 5 МПа. Реактор нагревают до температуры 60°С, и начинают отсчет времени реакции. Реакцию проводят в течение 1-4 часов (60-240 мин). Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 1.The reactor is purged three times with nitrogen at a pressure of 0.2 MPa, after which hydrogen is supplied at a pressure of 5 MPa. The reactor is heated to a temperature of 60°C, and start counting the reaction time. The reaction is carried out for 1-4 hours (60-240 min). The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 1.

Пример 2.Example 2

Способ получения такой же, как описано в примере 1, только температура реакции составляет 100°С. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 1.The method of obtaining the same as described in example 1, only the reaction temperature is 100°C. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 1.

Пример 3.Example 3

Способ получения такой же, как описано в примере 1, только температура реакции составляет 120°С. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 1.The method of obtaining the same as described in example 1, only the reaction temperature is 120°C. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Как видно из таблицы 1 и графика зависимости выхода N-метилглюкозамина от температуры проведения реакции, изображенного на фиг.2, максимальный выход N-метилглюкозамина наблюдается при температуре реакции 60°С, времени проведения реакции восстановительной конденсации 120 минут.As can be seen from Table 1 and the plot of N-methylglucosamine yield versus reaction temperature shown in FIG. 2, the maximum yield of N-methylglucosamine is observed at a reaction temperature of 60°C and a reductive condensation reaction time of 120 minutes.

Пример 4.Example 4

Способ получения такой же, как описано в примере 1, только водород подают под давлением 10 МПа. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 2.The production method is the same as described in example 1, only hydrogen is supplied under a pressure of 10 MPa. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 2.

Пример 5.Example 5

Способ получения такой же, как описано в примере 1, только водород подают под давлением 7 МПа. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 2.The production method is the same as described in example 1, only hydrogen is supplied under a pressure of 7 MPa. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Как видно из таблицы 2 и графика зависимости выхода N-метилглюкозамина от давления водорода, изображенного на фиг.3, максимальный выход N-метилглюкозамина наблюдается при давлении водорода 5 МПа.As can be seen from table 2 and the plot of the yield of N-methylglucosamine from the pressure of hydrogen shown in figure 3, the maximum yield of N-methylglucosamine is observed at a hydrogen pressure of 5 MPa.

Пример 6.Example 6

Способ получения такой же, как в примере 1, только масса катализатора составляет 3 г. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 3.The production method is the same as in example 1, only the mass of the catalyst is 3 g. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in table 3.

Пример 7.Example 7

Способ получения такой же, как в примере 1, только масса катализатора составляет 7 г. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 3.The production method is the same as in example 1, only the mass of the catalyst is 7 g. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Как видно из таблицы 3 и графика зависимости выхода N-метилглюкозамина от количества катализатора, изображенного на фиг.4, максимальный выход N-метилглюкозамина наблюдается при количестве катализатора 5 г, что позволяет рекомендовать именно данное количество катализатора для получения N-метилглюкозаминаAs can be seen from table 3 and the plot of the yield of N-methylglucosamine on the amount of catalyst shown in figure 4, the maximum yield of N-methylglucosamine is observed with a catalyst amount of 5 g, which allows us to recommend this particular amount of catalyst for the production of N-methylglucosamine

Пример 8.Example 8

Способ получения такой же, как в примере 1, только мольное соотношение D-глюкозы к метиламину составляет 1:1.2. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 4.The production method is the same as in example 1, only the molar ratio of D-glucose to methylamine is 1:1.2. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 4.

Пример 9.Example 9

Способ получения такой же, как в примере 1, только мольное соотношение D-глюкозы к метиламину составляет 1:1. Параметры проведения реакции и выход N-метилглюкозамина представлены в таблице 4.The method of obtaining the same as in example 1, only the molar ratio of D-glucose to methylamine is 1:1. The reaction parameters and the yield of N-methylglucosamine are presented in Table 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

Как видно из таблицы 4 и графика зависимости выхода N-метилглюкозамина от мольного соотношения D-глюкозы к метиламину, изображенного на фиг.5, максимальный выход N-метилглюкозамина наблюдается при мольном соотношении D-глюкозы к метиламину 1:1.2, позволяет рекомендовать именно данное мольное соотношение для получения N-метилглюкозамина.As can be seen from table 4 and the graph of the dependence of the output of N-methylglucosamine on the molar ratio of D-glucose to methylamine, shown in Fig.5, the maximum yield of N-methylglucosamine is observed at a molar ratio of D-glucose to methylamine 1:1.2, which makes it possible to recommend this particular molar ratio to obtain N-methylglucosamine.

Как видно из приведенных примеров, таблиц и графиков, при проведении восстановительной конденсации D-глюкозы и метиламина для получения N-метилглюкозамина при использовании никель-рутениевого катализатора максимальный выход продукта реакции (до 94.5%) достигается при мольном соотношении D-глюкозы к метиламину 1:1.2, оптимальной температурой является 60°С, а давление водорода 5.0 МПа.As can be seen from the examples, tables and graphs, during the reductive condensation of D-glucose and methylamine to obtain N-methylglucosamine using a nickel-ruthenium catalyst, the maximum yield of the reaction product (up to 94.5%) is achieved at a molar ratio of D-glucose to methylamine 1: 1.2, the optimum temperature is 60°C, and the hydrogen pressure is 5.0 MPa.

Предлагаемый способ получения N-метилглюкозамина с помощью Ni-Ru катализатора на основе сверхсшитого полистирола обеспечивает также более низкую стоимость процесса получения N-метилглюкозамина, так как оптимальное распределение рутения на поверхности никеля позволяет применять минимальное количество дорогого металла и ускорять процесс получения N-метилглюкозамина.The proposed method for producing N-methylglucosamine using a Ni-Ru catalyst based on hypercrosslinked polystyrene also provides a lower cost for the process of obtaining N-methylglucosamine, since the optimal distribution of ruthenium on the nickel surface allows the use of a minimum amount of expensive metal and accelerates the process of obtaining N-methylglucosamine.

Claims (1)

Способ получения N-метилглюкозамина реакцией восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином в среде водорода с использованием Ni-Ru катализатора на основе сверхсшитого полистирола, включающий получение Ni-Ru катализатора на основе сверхсшитого полистирола взаимодействием 10 г сверхсшитого полистирола с 10 г раствора ацетата никеля Ni(Ас)2 в 200 мл деионизированной воды, упаривание полученной суспензии в выпарной установке до сыпучего состояния с последующей сушкой в термостатированном шкафу при температуре 90°С, восстановление водородом в стеклянной трубке при 300°С в течение шести часов, охлаждение до комнатной температуры и пропитку водным раствором 0.3 г гидроксихлорид рутения в 100 мл деионизированной воды, промывание водой, упаривание в вакуумной выпарной установке, сушку в термостатированном шкафу при температуре 90°С, затем восстановление водородом и проведение восстановительной конденсации с аминирующим агентом метиламином, для чего к полученному катализатору добавляют спиртовой раствор D-глюкозы и метиламин в соотношении от 1:1 до 1:1,2, продувают трижды азотом под давлением 0.2 МПа, подают водород под давлением от 5 МПа до 10 МПа, нагревают до температуры от 60°С до 120°С и выдерживают в течение от 1 часа до 4 часов в среде этанола.A method for producing N-methylglucosamine by a reductive condensation reaction with an aminating agent methylamine in a hydrogen atmosphere using a Ni-Ru catalyst based on hypercross-linked polystyrene, including obtaining a Ni-Ru catalyst based on hyper-cross-linked polystyrene by reacting 10 g of hyper-cross-linked polystyrene with 10 g of Ni(Ac) nickel acetate solution ) 2 in 200 ml of deionized water, evaporation of the resulting suspension in an evaporator to a free-flowing state, followed by drying in a thermostated cabinet at a temperature of 90°C, hydrogen reduction in a glass tube at 300°C for six hours, cooling to room temperature and impregnation with water solution of 0.3 g of ruthenium hydroxychloride in 100 ml of deionized water, washing with water, evaporation in a vacuum evaporator, drying in a thermostated cabinet at a temperature of 90°C, then reduction with hydrogen and carrying out reductive condensation with an aminating agent methylamine, for which the resulting catalyst an alcohol solution of D-glucose and methylamine are added in a ratio of 1:1 to 1:1.2, purged three times with nitrogen at a pressure of 0.2 MPa, hydrogen is supplied at a pressure of 5 MPa to 10 MPa, heated to a temperature of 60 ° C to 120 ° C and incubated for 1 hour to 4 hours in ethanol.
RU2022126307A 2022-10-07 METHOD FOR PRODUCING N-METHYLGLUCOSAMINE BY REDUCTIVE CONDENSATION REACTION USING Ni-Ru CATALYST BASED ON HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE RU2791235C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791235C1 true RU2791235C1 (en) 2023-03-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2016962A (en) * 1932-09-27 1935-10-08 Du Pont Process for producing glucamines and related products
SU1754707A1 (en) * 1990-10-22 1992-08-15 Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" Method of glucamines synthesis
DE4400591A1 (en) * 1994-01-12 1995-07-13 Basf Ag Process for the preparation of amino alcohols
US5625098A (en) * 1991-07-26 1997-04-29 The Procter & Gamble Company Process for preparing N-alkyl polyhydroxyalkyl amines in aqueous/hydroxy solvents
RU2011150431A (en) * 2011-12-13 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" METHOD FOR PRODUCING CATALYST FOR HYDROGENATION OF D-GLUCOSE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2016962A (en) * 1932-09-27 1935-10-08 Du Pont Process for producing glucamines and related products
SU1754707A1 (en) * 1990-10-22 1992-08-15 Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" Method of glucamines synthesis
US5625098A (en) * 1991-07-26 1997-04-29 The Procter & Gamble Company Process for preparing N-alkyl polyhydroxyalkyl amines in aqueous/hydroxy solvents
DE4400591A1 (en) * 1994-01-12 1995-07-13 Basf Ag Process for the preparation of amino alcohols
RU2011150431A (en) * 2011-12-13 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" METHOD FOR PRODUCING CATALYST FOR HYDROGENATION OF D-GLUCOSE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Stepan Mikhailov, Valentin Doluda, Esther Sulman, Natalia Lakina, Valentina Matveeva, Mikhail Sulman. Ni Impregnated into Hypercrosslinked Polystyrene for N-Methyl-D-Glucosamine Synthesis // Chemical Engineering Transactions. 2019, vol.76, 865-879 pp. Esther Sulman, Valentin Doluda, Valentina Matveeva, Maxim Grigorev, Mikhail Sulman, Alexey Bykov. Ru-containing Catalysts in Hydrogenation of D-glucose in Flow-type Microreactor // Chemical Engineering Transactions. 2016, vol.52, 673-678 pp. *
Xingguang Zhang, Karen Wilson, Adam F. Lee. Heterogeneously Catalyzed Hydrothermal Processing of C5-C6 Sugar // Chem.Rev. 2016, 116, 12328-12368 pp. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH026440A (en) Catalytic hydrogenation of aromatic amines and 4, 4'-methylenedianiline
CN104169288B (en) The method manufacturing different iditol
CN102580754A (en) Catalyst for synthesizing methyl acetate as well as preparation method and application
RU2791235C1 (en) METHOD FOR PRODUCING N-METHYLGLUCOSAMINE BY REDUCTIVE CONDENSATION REACTION USING Ni-Ru CATALYST BASED ON HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE
US4885409A (en) Process for the hydrogenation of bis-phenols
CN109678734B (en) Method for preparing 2-methoxy ethylamine by directly catalyzing and aminating ethylene glycol monomethyl ether
JP2022512845A (en) Preparation of 2-substituted 4-methyl-tetrahydropyran from 2-substituted 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran as a starting material
CN115232059B (en) Synthesis method of 6, 6-dimethyl-3-azabicyclo [3.1.0] hexane
CN114950505B (en) Catalyst for preparing beta-phenethyl alcohol by hydrogenation of styrene oxide, and preparation method and application thereof
EP3290401A1 (en) N-substituted acyclic ethylene diamines
JPS63119436A (en) Production of methyl isobutyl ketone
US11365168B2 (en) Preparation of 5-aryl-pentanols
CN112121793B (en) Catalyst for preparing citronellal by citral hydrogenation, preparation method of catalyst, and method for preparing citronellal by citral hydrogenation
CN111217750B (en) Preparation method of caprolactam
AU2575800A (en) Process for producing hydrogenated ester, hydrogenation catalyst for use therein, and process for producing the catalyst
CN103373931A (en) Industrial preparation method of apoxetine and intermediate of apoxetine
CN108602758B (en) Process for preparing trans-4-amino-1-cyclohexanecarboxylic acids and derivatives thereof
CN108129425B (en) Method for synthesizing 2, 5-dimethylamino furan by catalytic hydrogenation of 2, 5-diformyloxime furan
CN114349616B (en) Process for preparing cyclopropanecarboxaldehyde
CN115160210B (en) Method for synthesizing heterobicyclic compounds
CN113912506A (en) N-alkylglucosamine fixed bed continuous synthesis process
CZ2003209A3 (en) Continuous process for preparing optically pure (S)-beta-hydroxy-gamma-butyrolactone
CN111203217B (en) Hydrogenation catalyst, preparation method and application thereof in p-tert-butylphenol hydrogenation
CN117682980B (en) Preparation method of 2-acetyl tetrahydropyridine
RU2058311C1 (en) Method for production of succinic anhydride