СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ (Е)-4-ФЕНИЛ-3-БУТЕН-2-ОНА
METHOD OF PRODUCING (E)-4-PHENYL-3-BUTEN-2-ONE

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к синтезу (Е)-4-фенил-3-бутен-2-она (бензальацетона) (I).
Бензальацетон (I) имеет широкий спектр промышленного применения и используется в качестве вкусовых и ароматических добавок в пищевой промышленности и в парфюмерии [J-M Sauer et al. Drug Metabolism and disposition, vol.25, №.10, p.1184-1190, 1997]; применяется в качестве промежуточного продукта для получения коричной кислоты и бензилацетона (ценный парфюмерный продукт с запахом земляники и жасмина) [Заявка US 2002/0055656 A1, 2002]. Замещенные (Е)-4-фенил-3-бутен-2-оны проявляют противовоспалительную, противовирусную и антиоксидантную активность и применяются в фармацевтической промышленности [G.Elias and M.N.A.Rao. European Journal of Medicinal Chemistry, vol.23 (4), p.379-380, 1988; P.C.Kuo et al. Arch. Pharm. Res, vol.28, №5, p.518-528, 2005; M.L.Edwards et al. J. Med. Chem., vol. 26, №3, 1983].
Известен способ получения бензальацетона ферментативным восстановлением 4-фенил-3-бутин-2-она, при помощи редуктазы OYE в присутствии никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADPH), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в изопропаноле при рН 6,8, 30°C в течение 1 ч при перемешивании. Реакционную смесь экстрагировали хлороформом. Выход продукта не указан [Заявка US 2010/0009421 А1, 2010].
Известен ряд работ, относящихся к способу получения производного бензальацетона 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-она (II), в литературе называемого также «бензальацетон» [H. Morita et al. PNAS, vol. 107, №2, p.669-673, 2010; Y. Shimokawa et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, Vol.20, (17), p.5099-5103, 2010; Патент GB 2416770, 2006; D. Zheng, G. Hrazdina. Archives of Biochemistry and Biophysics, 470, p.139-145, 2008.]. Синтез 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-она (II) осуществляют ферментативными методами, а именно конденсацией ферментов 4-кумарил-КоА и молонил-КоА, где 4-кумарил-КоА - остаток кумаровой кислоты + кофермент А, состоящей из остатка адениловой кислоты (1), которая связана пирофосфатной группой (2) с остатком пантотеновой кислоты с молонил-КоА(malonyl-CoA); молонил-КоА - остаток малоновой кислоты + Кофермент А. Образовавшийся в ходе конденсации дикетид (III) далее декарбоксилируют и получают 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-он (II).
Ферментативные методы синтеза могут быть альтернативой химическим методам, но в настоящее время эти методы недостаточно разработаны.
Известен способ получения бензальацетона по реакции Кляйзена-Шмидта - конденсацией бензальдегида с ацетоном в присутствии сильных оснований.
Согласно методике, приведенной в [A.Sethi. Systematic Lab Experiments in organic Chemistry, p.699, 2003; S.Gokksu et al. Turk J. Chem., vol.27, p.31-34, 2003; M.L.Edwards et al. J. Med. Chem., vol.26, №3, 1983] синтез бензальацетона (I) осуществляют следующим образом: в колбу емкостью 100 мл, снабженную мешалкой и термометром, приливают 10 мл свежеперегнанного бензальдегида и 20 мл ацетона (значительный избыток ацетона приливают для уменьшения образования дибензальацетона). Колбу с реакционной массой держат в холодной водяной бане, затем по каплям при перемешивании добавляют 2,5 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, так чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше 30°C. Потом смесь перемешивают в течение 2 ч при комнатной температуре. После окончания реакции реакционную массу нейтрализуют и разделяют перегонкой в вакууме. Выход целевого продукта составляет 10 г (68,4%).
К недостаткам данного способа можно отнести использование растворов едкого натра и соляной кислоты, необходимость стадии нейтрализации, отмывки реакционной смеси, утилизацию больших объемов сточных вод, коррозию оборудования и тд.
В работе [S.Handayani, I.S.Arty. Journal of Physical Science, vol.19, p.61-68, 2008] бензальацетон (I) получают также конденсацией Кляйзена-Шмидта, но по другой методике, которая заключается в том, что в предварительно подготовленный спиртовый раствор (этанол:вода = 1:1) гидроксида натрия, содержащего 0,05 моль NaOH, добавляют бензальдегид (0,02 моль) и перемешивают 10 мин, после этого в смесь приливают по каплям ацетон (0,02 моль) и перемешивают в течение 30 мин. Затем к реакционной массе приливают воду и фильтруют. Дальше продукт очищают перекристаллизацией в этаноле и высушивают. Выход продукта (I) составляет 82%.
Недостатки этого метода: использование большого количества щелочи, что приводит к появлению стадии нейтрализации и отмывки продукта реакции, а также применение большого количества растворителя (этанола) и необходимость его регенерации.
Задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения бензальацетона (I).
Решение этой задачи достигается тем, что способ получения бензальацетона (I) осуществляют взаимодействием стирола и уксусного ангидрида в присутствии мезопористого алюмосиликатного катализатора. Реакцию проводят при 120-130°C, количестве катализатора 10-50% мас. (в расчете на смесь стирола с уксусным ангидридом, взятых в мольном отношении 1:1) и мольном соотношении стирол:уксусный ангидрид, равном 1:2÷4. Конверсия стирола составляет 86,2-99%. Селективность образования целевого продукта 56,5-100%. Реакция проходит по схеме:
2
2
3
Катализатор представляет собой мезопористый алюмосиликат с мольным соотношением SiO/AlO=80.
Элементосиликаты известны как активные катализаторы разнообразных реакций: изомеризации парафинов и нафтенов, алкилирования ароматических соединений, гидрокрекинга и др.
Титаносиликатный катализатор, известный как TS-1, используется в промышленном процессе окисления фенола пероксидом водорода.
Использование элементосиликатов для получения бензальацетона не известно.
Преимущества предлагаемого способа:
1. Малостадийность.
2. Отсутствие гидроксида натрия.
3. Отсутствие кислых и щелочных стоков.
4. Отсутствие растворителей.
5. Алюмосиликатный катализатор легко отделяется от реакционной массы и регенерируется, может использоваться многократно.
6. Снижение себестоимости и упрощение технологии за счет уменьшения энерго- и трудозатрат.
Предлагаемый способ получения бензальацетона (I) осуществляют следующим образом.
Используют мезопористый алюмосиликатный катализатор, синтезированный по методике, описанной в патенте [пат. РФ 2422361, 2011].
Для получения катализатора смешивают раствор нитрата алюминия в этаноле со спиртовым раствором этилсиликата-40; упаривают раствор с образованием суспензии; обрабатывают полученный продукт аммиачной водой; образовавшуюся пасту сушат вначале на воздухе при 100-150°C, а затем при 500-650°C. Получают мезопористый алюмосиликатный катализатор, характеристики которого приведены в таблице.
Атомное соотношение элементов
Si:Al=100:2,5
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
0,26
Удельная поверхность, м<sup>2</sup>/г
397,0
Объем пор по парам бензола, см<sup>3</sup>/г
0,71
Объем пор по парам гептана, см<sup>3</sup>/г
0,98
Объем пор по парам воды, см<sup>3</sup>/г
0,06
Распределение пор по радиусу
4 нм
Синтез бензальацетона проводят в периодическом термостатированном реакторе. В реактор помещают стирол, уксусный ангидрид и катализатор, после чего нагревают до заданной температуры при непрерывном перемешивании реакционной массы. После окончания реакции реакционную массу отделяют от катализатора фильтрованием и перегоняют под вакуумом.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Синтез проводят в трехгорлой колбе, снабженной термометром, мешалкой, холодильником. В колбу помещают 1,2 мл (0,01 моль) стирола, 3,8 мл (0,04 моль) уксусного ангидрида, 0,41 г катализатора и нагревают до 120°C. Реакционную массу непрерывно перемешивают в течение 10 ч. После окончания реакции реакционную массу отделяют от катализатора фильтрованием и перегоняют под вакуумом. Целевой продукт - бензальацетон выделяют при 90°C/5 мм рт.ст. Конверсия стирола составляет 95,6%, селективность образования бензальацетона 86,7%.
Примеры 2-6 аналогично примеру 1. Условия и результаты примеров представлены в таблице.
Таблица
Получение бензальацетона
№ п/п
Условия реакции
Конверсия стирола, мас.%
Селективность, %
Количество катализатора, мас.%
Т, °C
τ, ч
стирол:уксусный ангидрид, моль
1
20
120
10
1:4
95,6
86,7
2
20
130
7
1:4
92,0
100
3
20
130
10
1:4
97,5
88,9
4
50
130
7
1:4
99,0
95,1
5
20
130
7
1:2
87,2
56,5
6
10
130
10
1:4
86,2
63,4