Способ получения алифатических -кетокислот

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 030379 (21) 2599419/23-04 Кз С 07 С 59/347 С 07 С 51/00 с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликовано 231280, Бюллетень Ио 47 Дата опубликования описания 30. 12. 80(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ Ю -КЕТОКИСЛОТИзобретение относится к органическому синтезу, а именно к способу получения алифатических Ос -кетокислот, которые находят применение в фармацевтической, пищевой промышленностях и в промышленности основного оргайического синтеза для получения растворителей, эмульгаторов, пластификаторов и аминокислот.Известны способы получения О -кетокислот окислением оксикислот водным раствором марганцевокислого калия 11, окислением соответствующего метилкетона 23, и окислением оксикарбамидов Я .Однако данные способы получения Ок-кетокислот представляют в основном теоретический интерес.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения алифатических о" -кетокислот, например о -кетооктановой кислоты, путем взаимодействия соответствующей оь -нитратокислоты с водным раствором щелочи 15 Ъ-ной концентрации при 80-1000 С с последующим выделением О -кетокислоты в виде натриевой соли, которую отделяют фильтрованием, после чего соль подкисляют сильной минеральной кислотой и выделенную кислоту очищают от раствора минеральной соли. Выход Ж -кетооктановой кислоты составляет 77 5 Недостатками известного способаявляются невысокий выход целевогопродукта, а также многостадийностьпроцесса, При этом способ, проводимый в жестких условиях, не позволя О ет получать низшие с -кетокислоты.Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта, а также упрощение процесса.Поставленная цель достигается 15 тем, что в способе получения алифатических Сб -кетокислот С-Св соответствующая нитратокислота взаимодействует с 1-2 н, (4-11 вес.Ъ) раствором щелочи при 40-70 С с последуо20 ющим подкислением гидролиэата дорН 3-7 сильной минеральной кислотой и выделением о -кетокислоты в4-камерном электролизере с ионообменными диафрагмами при 20-25 оС, си ле тока 0,4-0,5 А и напряжении между платиновыми электродами 5-7 В.Исходные СХ -нитратокислоты получают взаимодействием СК -олефинов сжидкой четырехокисью азота в одну ЗО стадию. Выход составляет 60-90 мол.В.Увеличение выхода целевых продуктов достигают эа счет изменения условий гидролиэа соответствующих Ф "нитратокислот и принципиального изменения способа выделения о -кетокислот.Выход целевого продукта на стадии гидролиза зависит от строения о.-нитратокислоты, температуры и концентрации щелочи. Уменьшение концентрации сильной щелочи до 4-11 вес. и снижение температуры до 40-70 оС сокращает долю вторичных реакций при получении о -кетокислот (их конденсацию), позволяет синтезировать С " СВ с 6 -кетокислоты с выходом 70 85 мол. . В предлагаемом способе на стадии выделения при проведении электродиализа в укаэанных условиях сохраняется 90-98 с 6 -кетокислоты, загруженной в электролиэер.П р и м е р 1, Ф -Кетопропионовая(пировиноградная) кислота.В реакционную колбу загружают200 мл (3,2 моль) жидкой четырехокиси азота, ГазообразнЫй пролилен при10-15 ОС вводят в реактор в течение4 ч. Всего пропускают 0,5 моль пропилена (концентрация пропилена 94,6,пропана 0,65 бутиленов 4,7). Избыточную четырехокись азота удаляютпродувкой воздуха при 18-200 С. Получают 86 г реакционной массы, содержащей 80 масс. сС -нитратопропионовой кислоты, определяемой полярографически (Ер=0,65 В, где Е 1/2 - потенциал .полуволны, фон: универсальнаябуферная смесь Бритона-РобинсонарН 11+1 М КС 1),Масло 24 г, содержащее 0,14 моль О -нитратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 450 мл водного 1 н, раствора гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 60 С в течение часа. После охлаждения до комнатной температуры к продукту гидролиза, содержащему 12,4 г калиевой соли СБ -кетопропионовой кислоты (выход 70 мол.), добавляют мочевину (для разрушения нитрита калия или натрия). Концентрированной соляной кислотой подкисляют раствор до рН 3. РН раствора определяется рК сЮ -кетокислоты.120 г водного раствора, содержащего 3 г О -кетопропионовой кислоты, заливают в предкатодную камеру четырехкамерного электролизера. В ячейку с катодом, отделенную катионообменной диафрагмой, помещают 1-ный водный раствор гидроокиси калия, в анодную и преданодные камеры, разделенные анионообменными диафрагмами, заливают 1-ный водный раствор соляной кислоты. Электродиалиэ проводят при 25 ОС и силе тока 0,4"0,5 А, Напряжение между платиновыми электродами 5.-7 В. В катодной камере концентрируется гидроокись калия, в анодном пространстве - минеральнаякислота.Из предкатодной камеры выгружают2,7 г Ф -кетопропионовой кислотыв виде водного раствора. На стадиивыделения сохраняется 90 ск -кетокислоты, загруженной в электролизер.Е=1,44 В для о -кетокислоты. Т.пл.2,4-динитрофенилгидразона-с-кетопропионовой кислоты 217,5 С (из спирта), ц Литературные данные Я : т. пл.2,4-ДНФГ-пировиноградной кислоты218 С.П р и м е р 2. о -Кетомаслянаякислота.Аналогично примеру 1 получаютФ -нитратомасляную кислоту пропусканием газообразного сб -бутилена вжидкую четырехокись азота. Остатокпосле удаления четырехокиси азота,содержащей 76 с 6 -нитратомасляной Ю кислоты (Ер=0,67 В), промываютводой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собираютфракцию Ы -нитратомасляной кислотыпри 100-103 оС и давлении 3 мм рт.ст.2 25 г С -нитратомасляной кислоты(0,17 моль) смешивают на холоде с430 мл 1 н. водного раствора гидроокиси натрия. Смесь загружают в реактор, термостатируют при 70 С втечение 3 ч. Получают 16,8 г натриевой соли о-кетобутановой кислоты(выход 80 мол.) в виде водного раствора. После охлаждения до 25 Сопродукт гидролиэа подкисляют концентрированной соляной кислотой дорН 3 в присутствии мочевины. Водныйраствор сй -кетомасляной кислоты подвергают электродиализу аналогичнопримеру 1. Из предкатодной камерывыгружают 0 -кетомасляную кислоту 40 в виде 5-ного водного раствора. Полярографическим анализом показано,что сохраняется 95 от загруженнойв электролизер с( -кетомасляной кислоты, Ещ =1,46 В для Ы -кетомасляной 45 кислоты. Т, пл, семикарбазона С -кетомасляной кислоты (иэ ацетона) 21(РС.Литературные данные 12): т. пл.семикарбазона 210 С.РП р и м е р 3. об -Кетовалерир ановая кислота.Аналогично примеру 1 получаютЫ -нитратовалериановую кислоту пропусканием газообразного пентена в жидкую четырехокись азота. Остатокпосле удаления избыточной четырехокиси азота, содержащий 70 Ф -нитратовалериановой кислоты, промываютводой, сушат над сернокислым натрием и перегоняют в вакууме. Собираютфракцию Ф -нитратовалериановой кис лоты при 116-118 оС и давлении 3 ммрт. ст которую используют для получения с -кетовалериановой кислоты, 28 г Ф -нитратовалериановой кислоты (0,17 моль) смешивают на холо де с 430 мл 1 н. водного растворагидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 70 С в течение 3 ч. Продукт гидролиза содержит 21,6 г (выход 80 мол.Ъ) калиевой соли о -нитратовалериановой кислоты, определяемой полярограФически (Ещ=-1,46 В). Очистку раствора 06 -кетовалериановой кислоты электродиализом ведут аналогично примеру 1. Т. пл. семикарбазона этилового эфира 0 -кетовалериановой кислоты 139 дС (из бензола). 10Литературные данные Т 23: т. пл. семикарбазона этилового эфира Ф -кетовалериановой кислоты.139-140 С.П р и м е р 4. с 6 -Кетогексановая кислота. , 15В колбу помещают 220 мл (3,37 моль) жидкой четырехокиси азота и при 5-15 С, перемешивая, прибавляют 88 млОгексена(0,71 моль). Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой 20 воздуха при 18-20 С. Получают 126 г реакционной массы, содержащей 70 0 -нитратогексановой кислоты, определяемой полярографически (Е у,47 В) После отмывки захоложенной до +3 С водой от азотной, щавелевой кислот и других водорастворимых продуктов,. сушки над прокаленным сернокислым натрием техническую О -нитратогексановую кислоту перегоняют в вакууме. Собирают Фракцию ф -нитратокислоты при 117-118 оС и остаточном давлении 3 мм рт. ст. 17,7 г (0,1 моль) 0( -нитратогексановой кислоты вводят в 125 мл 2 н. раствора гидроокиси калия при 0-5 С. Нагревают полученОную смесь до 60 С и выдерживают при этой температуре 4,5 ч. После охлаждения до 25 оС продукт гидролиза, содержащий 13,.4 г (выход 80 мол.Ъ) калиевой соли 06 -кетогексановой кисло, ты, подкисляют до рН 7.Полученный водный раствор В -кетогексановой кислоты загружают в предкатодную камеру 4-камерного электролизера. Аналогично примеру 1 в анодную камеру заливают 1-ный водный раствор соляной кислоты, в катодное пространство - 1-ный водный раствор гидроокиси калия, в преданодную камеру - 2-ный водный раствор соляной кислоты с добавлением мочевины. К платиновым электродам подается напряжение 5-7 В, ток 0,4-0,5 А. Ф -Кетогексановую кислоту собирают в преданодной камере. Уходящий из предкатодной камеры через анионообменную диафрагму нитрит-ион в преданодной камере разрушается в присутствии мочевины. Содержимое преданодной камеры упаривают в вакууме.Ф -Кетогексановую кислоту после сушки над прокаленным сернокислым натрием перегоняют при 63,50 С и дав" лении 4 мм рт. ст. Т. пл. Ф -кетогексановой кислоты 7,5 бС (из гептана). 65 Литературные данные 2; т, пл,кетогексановой кислоты 7-8 оС.Ед=1,46 В для О -кетогексановойкислоты.П р и м е р 5. Ы -Кетогексановаякислота.Аналогично примеру 4 получают онитратогексановую кислоту. Послеудаления избыточной четырехокиси азота масло нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 0-5 С. Отделяют органичесокий слой, включающий нитросоедине-ния. К 70 мл раствора, содержащего0,1 моль калиевой соли о -нитратогексановой кислоты, приливают 75 мл2 н. раствора гидроокиси калияПолученный раствор нагревают до 60 Си выдерживают при этой температуре4,5 ч. Раствор, содержащий 13,4 г(выход 80) калиевой соли е -кетогексановой кислоты, после подкисления до рН 7 подвергают электродиализу аналогично примеру 4.П р и м е р 6. о -Кетогептановаякислота.В колбу помещают 160 мл (2,58 моль)жидкой четырехокиси азота и при0,5 С, перемешивая, прибавляют 60 мл(0,43 моль) гептена. Избыточнуючетырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 25-ЗООС. Получают80 г смеси, содержащей 60 С -нитратогептановой кислоты, определяемойполярографически (Ер=0,435 В). Смесьнейтрализуют до рН 6 водным 2 н.раствором гидроокиси калия при 0-5 С.Отделяют органический слой, включающий нитросоединения, К 70 мл раствора, содержащего 0,1 моль калиевойсоли 0 -нитратогептановой кислоты;приливают 7.5 мл 2 н. раствора гидроокиси калия, Раствор нагревают до70 С и выдерживают при этой температуре 3,5 ч. Получают 15,5 г (выход83 мол.Ъ) калиевой соли о -кетогептановой кислоты. Очистку раствораФ -кетогептановой кислоты проводятаналогично примеру 4. Т. пл. о -кетогептановой кислоты 29 С (из гептана), Ещ =1,46 В.Литературные данные 2: т.пл.С 6 -кетогептановой кислоты 29-30 С.ОП р и м е р 7. О -Кетооктановаякислота,В колбу помещают 150 мл (2,43 моль) жидкой четырехокиси азота и при 10-150 С, перемешивая, прибавляют 67 мл (0,42 моль) октена. Избыточную четырехокись азота удаляют продувкой воздуха при 18-20 ОС. Получают 96 г смеси, содержащей 60 масс.Ъ 06 в . нитратооктановой кислоты, определяемой полярографически (Ец= =-0,375 В). Смесь нейтрализуют до рН 6 водным 2 н. раствором гидроокиси калия при 30 С. Отделяют органический слой, включающий нитросоединения. К 70 мл раствора, содерйащеЗаказ 8972 25 Тираж 495 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 го 0,1 моль калиевой соли о- -нитратооктановой кислоты, приливают 75 мл2 н. раствора гидроокиси калия. Полу-,ченный раствор нагревают до 70 оС ивыдерживают при этой температуре3,5 ч. После охлаждения до 25 оС продукт гидролиза, содержащий 16,7 гкалиевой соли а 6 -кетооктановой кислоты (выход 85 мол.%) подкисляютдо рН 7. Раствор соли Ф -кетооктановой кислоты загружают в предкатодную камеру 4-камерного электролизера. Условия электродиализа аналогичны примеру 4. Из преданодной каМерывыгружают 13,2 г 6 -кетооктановойкислоты. На стадии выделения сохраняется 98 мол.% Ы-кетооктановой кислоты, загруженной в электролизер,Ер=1,46 В для Ы -кетооктановой кислоты. Т. пл. С 6 -кетооктановой кислоты 32 ОС т. пл. 2 4-ДНФГ-Ф -кетоокртановой кислоты 135,5 С,(из спирта).Литературные данные 21: т. пл.Ю -кетооктановой кислоты 32 ОС, т.пл.2,4-ДНФГ-С 6 -кетооктаовой кислоты136,5-137,5 С.Суммарный выходО -кетооктановойкислоты 83 мол.%,П р и м е р 8. Ф "Кетопропионовая кислота.32 г масла, полученного по приме- ЗО ру 1 и содержащего 0,19 моль Ф -нит-ратопропионовой кислоты, смешивают на холоде с 200 мл 2 н.раствора гидроокиси калия. Смесь загружают в реактор и термостатируют при 40 С в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры к продукту гидро- лиза, содержащему 14,4 г (вцход60 мол.Ъ) калиевой соли о-кетопропионовой кислоты, добавляют мочевину. Концентрированной соляной кисло той подкисляют раствор до рН 3. Выделенке Ф -кетопропионовой кислоты иэ раствора проводят аналогично примеру 1.Упрсщение процесса, повышение выхода целевых продуктов достигается благодаря сокращению числа операций на стадии выделения Ю -кетокислот.Предлагаемый способ, проводимый при 40-70 ОС и в присутствии 1-2 н. щелочи, позволяет получать низшие С -кетокарбоновые кислоты, например пировиноградную или 0 -кетомасляную ФормУла изобретенияСпособ получения алифатическихЖ -кетокислот С 3-Св путем взаимодей"ствия соответствующей Ф -нитратокислоты с водным раствором щелочи при фнагревании с последующим выделениемцелевого продукта из реакционной массы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения выхода целевого продукта и упрощения процесса,используют 1-2 н. раствор щелочи,процесс проводят при 40-70 ОС с выделением целевого продукта путем под-.кисления реакционной массы до рН 37, с последующим электродиализомв четырехкамерном электролизере с,ионообменными диафрагмами при 2025 ОС, силе тока 0,4-0,5 А и нацряжении между платиновыми электродами5-7 В.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СССР Р 176288,кл. С 07 С 59/32, 1964.2. Патент Франции Р 2276283,кл, С 07 С 65/20, опублик. 1976.3. Патент Франции Р 2127265,кл. С 07 С 51/00, опублик. 1972.,4, Патент ФРГ М 1618621,кл. 120 О 15, опублик. 1971 (прототип).