СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1,5-БИС(2-ГИДРОКСИФЕНОКСИ)-3-ОКСАПЕНТАНА МОНОГИДРАТА
METHOD OF PRODUCING 1,5-BIS(2-HYDROXYPHENOXY)-3-OXAPENTANE MONOHYDRATE

Изобретение относится к технологии получения эфиров гидроксифенолов, в частности к технологии получения 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата, являющегося промежуточным продуктом при синтезе краун-эфиров, которые обладают комплексообразующими и сольватирующими свойствами и широко применяются в различных областях химии, техники, биологии и медицины.
1,5-Бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентан моногидрат относится к эфирам гидроксифенолов, содержащим в одной молекуле две 2-гидроксифенольные группы. Известно, что основной метод получения эфиров гидроксифенолов основан на взаимодействии гидроксифенолов с моно- либо дигалоидзамещенными алкилами, как это имеет место, например, в известном способе получения моноэфиров пирокатехина, где в качестве исходных продуктов используют пирокатехин и моногалоидзамещенные алкилы (ЕР 52314, С07С 43/223, 1981), либо в способе получения метиленового эфира пирокатехина, где в качестве галоидзамещенного производного используют дихлорметан (SU 54166, С07С 43/23, 1961).
Взаимодействие гидроксифенолов с галоидзамещенными алкилами в обоих рассмотренных выше способах проводится при повышенной температуре (более 100°С), в присутствии щелочного агента и при мольном соотношении пирокатехина к галоидзамещенному алкилу, равном 1:1. Рассматриваемые способы касаются получения эфиров, структуры которых содержат один гидроксифенольный фрагмент.
Синтез эфиров, содержащих в структуре два гидроксифенольных фрагмента, как в случае исследуемого продукта - 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксипентана моногидрата, иначе называемого моногидрат бис(2-гидроксифенокси)-этилового эфира, согласно цитируемому ниже информационному источнику, осуществляют взаимодействием гидроксифенолов с дигалоидпроизводными гликолей (E.P.Kyba et al., J.A.C.S., 1977, 99, р.2564). В качестве исходных продуктов в данной работе используют β,β'-дихлорэтиловый эфир и пирокатехин при их мольном соотношении, равном 1:2, соответственно. Реакцию взаимодействия данных исходных соединений осуществляют по следующей схеме: сначала β,β'-дихлорэтиловый эфир в течение 3-х часов в токе азота прибавляют к раствору пирокатехина, кипящему в водном растворе гидроокиси натрия, затем реакционную смесь выдерживают при перемешивании и кипении в течение 48 часов, охлаждают, выделяют целевой продукт и очищают его двойной перекристаллизацией из бензола. Данным способом целевой продукт получают с выходом 48%.
В другом известном способе (RU 2203882, С07С 43/23, 2003) получение 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата осуществляют аналогично предыдущему способу. Однако в данном случае синтез проводят в среде глицерина и при этом β,β'-дихлорэтиловый эфир добавляют к смеси пирокатехина и щелочного агента, например карбоната натрия, в глицерине поэтапно тремя равными порциями при различных температурных режимах: 20-30°С - на первом этапе, 90-130°С - на втором этапе и 140-150°С - на третьем этапе. Согласно приведенному в описании примеру, пирокатехин используют в небольшом (4,2%) избытке по отношению к стехиометрическому количеству. После окончания взаимодействия реакционную массу охлаждают до 70-80°С, целевой продукт экстрагируют толуолом, экстракт промывают водой при 70-80°С, сушат, отгоняют толуол и очищают кристаллизацией из ацетонитрила. Выход целевого продукта данным способом составляет 78%.
К основным недостаткам данного способа, выбранного в качестве прототипа предлагаемому способу, прежде всего, следует отнести использование для экстракции целевого продукта толуола, признанного довольно токсичным растворителем, особенно при повышенной температуре. Кроме того, в рассматриваемый процесс введены такие технологически трудоемкие стадии, как стадия разделения толуольного и водного слоев, а также последующая отгонка толуола, что усложняет промышленную применимость всего технологического процесса. С целью создания экологически приемлемого и промышленно применимого процесса, обеспечивающего получение чистого продукта с высоким выходом, предлагается новый способ получения 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата, осуществляемый реакцией взаимодействия β,β'-дихлорэтилового эфира с пирокатехином, взятым при 6-10%-ном избыточном количестве от стехиометрического, причем исходный пирокатехин предварительно при интенсивном перемешивании обрабатывают карбонатом натрия в среде глицерина в токе инертного газа при температуре 60-80°С, после чего образовавшийся раствор нагревают до 145-150°С и добавляют к нему β,β'-дихлорэтиловый эфир, перемешивают реакционную массу при этой же температуре, охлаждают и высаживают целевой продукт из реакционного раствора ледяной водой, отфильтрованный продукт промывают водой до нейтральной реакции.
При проведении процесса, предпочтительно, применяют ультразвуковое перемешивание реакционной массы.
Температуру реакционной массы на уровне 145-150°С поддерживают оптимально в течение 4-5 часов.
Для очистки целевой продукт растворяют в этаноле, затем обрабатывают водным раствором гидроокиси калия, выделенный осадок растворяют в воде, подкисляют минеральной кислотой до рН 5-6, фильтруют выпавший целевой продукт, промывают водой и сушат.
Предлагаемый способ отличается от способа-прототипа последовательностью стадий синтеза, температурными и временными режимами процесса, способом выделения продукта из реакционной массы, проведением дополнительной стадии очистки. В предлагаемом способе исходный пирокатехин, также как и в прототипе, подают в токе инертного газа, например азота, и в среде глицерина и смешивают с карбонатом натрия (щелочным агентом). Но в отличие от прототипа, полученную смесь нагревают до 60-80°С, полученный при перемешивании при этой температуре раствор натриевой соли пирокатехина (после растворения твердого карбоната натрия) нагревают до 145-150°С и при этой температуре прибавляют β,β'-дихлорэтиловый эфир. Эти начальные условия проведения процесса, а именно первоначальный нагрев реакционной смеси до 60-80°С (а не при 20-30°С, как в прототипе) и проводимый при интенсивном перемешивании, обеспечивают осуществление реакции исходных продуктов (пирокатехина и карбоната натрия в среде глицерина), идущей с образованием мононатриевой соли пирокатехина. Как показывают дополнительные экспериментальные исследования, при температуре 20-30°С не образуется мононатриевая соль пирокатехина, и реакционная масса представляет собой смесь исходных продуктов, что приводит к увеличению продолжительности процесса и снижает выход целевого продукта.
В отличие от прототипа β,β'-дихлорэтиловый эфир в предлагаемом способе вводят за один прием, а не за три приема, как в прототипе, и только при температуре 140-150°С. Такие температурные режимы в комплексе с другими признаками способа обеспечивают получение целевого продукта с более высоким выходом.
Реакция взаимодействия пирокатехина с β,β'-дихлорэтиловым эфиром как в известном способе-прототипе, так и в рассматриваемом предлагаемом способе проводится при незначительном избыточном от стехиометрии количестве пирокатехина. В прототипе эта величина составляет 4,2% (согласно примеру), а в предлагаемом способе - 6-10%, что положительно влияет на выход целевого продукта.
На эффективность процесса оказывают влияние интенсивность, а также время перемешивания реакционной массы. Рассматриваемый процесс протекает и при обычном механическом перемешивании, но использование ультразвукового перемешивания сокращает время процесса и повышает выход целевого продукта.
Заявляемое оптимальное время перемешивания реакционной массы при температуре 145-150°С подобрано экспериментально и суммарно составляет 4,5-5 часов. Уменьшение продолжительности реакции приводит к снижению выхода целевого продукта, а увеличение не сопровождается увеличением выхода.
Отличается от прототипа и стадия выделения целевого продукта. Вместо охлаждения, экстракции толуолом, обработки толуольного экстракта и кристаллизации из ацетонитрила, как в способе-прототипе, в предлагаемом способе по окончании синтеза реакционный продукт охлаждают, например, до 15-20°С и выливают в ледяную воду. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и выделяют. Возможна и дополнительная очистка целевого продукта. Для этого полученный технический продукт растворяют в этаноле, добавляют к нему нагретый водный раствор гидроокиси калия, перемешивают, охлаждают, отфильтровывают выпавший осадок, растворяют в воде и нейтрализуют до рН 5-6. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и сушат до постоянного веса. Получают чистый 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата с выходом 82,5% (содержание основного вещества ≥99% по данным газожидкостной хроматографии).
Ниже изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
3
3
3
3
3
3
3
В колбу вместимостью 2 дм в токе инертного газа (азота) заливают 378 см глицерина, включают перемешивание и загружают 447,6 г (4,07 моль) пирокатехина (что составляет 6% сверх стехиометрического) и 203,6 г (1,92 моль) безводного карбоната натрия, нагревают реакционную массу до 80°С и выдерживают при этой температуре до растворения карбоната натрия, затем нагревают полученный раствор до 145°С и при этой температуре и в течение 2-х часов прибавляют 274,4 г (1,92 моль) β,β'-дихлорэтилового эфира. По окончании загрузки последнего реакционный раствор размешивают при этой же температуре в течение 2 часов, охлаждают до температуры 15-20°С и выливают в 40 дм ледяной воды. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции. Получают 537,8 г технического продукта. Полученный технический продукт при 70°С растворяют в 1,0 дм спирта, добавляют к нему нагретый раствор 176 г (в пересчете на 100%-ный продукт) гидроокиси калия в 1,5 дм воды, перемешивают 10 минут, охлаждают, отфильтровывают выпавший осадок, переносят в колбу вместимостью 2 дм, добавляют 1,0 дм воды и нейтрализуют до рН 5-6. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и сушат до постоянного веса. Получают 474,8 г чистого 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата с выходом 82,5%, считая на β,β'-дихлорэтиловый эфир.
Пример 2
3
3
3
3
3
3
3
В колбу вместимостью 2 дм в токе инертного газа (азота) заливают 378 см глицерина, включают перемешивание и загружают 464,6 г (4,22 моль) пирокатехина (что составляет 10% сверх стехиометрического) и 203,6 г (1,92 моль) безводного карбоната натрия. Нагревают реакционную массу до 60°С и выдерживают при этой температуре до растворения карбоната натрия, затем нагревают полученный раствор до 150°С и при этой температуре и в течение 2-х часов прибавляют 274,4 г (1,92 моль) β,β'-дихлорэтилового эфира. По окончании загрузки последнего реакционный раствор размешивают при этой же температуре в течение 3 часов, охлаждают до температуры 15-20°С и выливают в 40 дм ледяной воды. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции. Получают 537,8 г технического продукта. Полученный технический продукт при 70°С растворяют в 1,0 дм спирта, добавляют к нему нагретый раствор 176 г (в пересчете на 100%-ный продукт) гидроокиси калия в 1,5 дм воды, перемешивают 10 минут, охлаждают, отфильтровывают выпавший осадок, переносят в колбу вместимостью 2 дм, добавляют 1,0 дм воды и нейтрализуют до рН 5-6. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и сушат до постоянного веса. Получают 474,8 г чистого 1,5-бис(2-гидроксифенокси)-3-оксапентана моногидрата с выходом 82,5%, считая на β,β'-дихлорэтиловый эфир.