СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗИЛБУТИЛОВОГО ЭФИРА
METHOD OF PRODUCING BENZYL BUTYL ETHER

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения бензилбутилового эфира.
Бензилбутиловый эфир обладает фруктовым запахом и разрешен во многих странах для применения в качестве ароматизатора пищевых продуктов (мороженого, льда, напитков, десертов, печеностей и т.д.).
Бензилбутиловый эфир с выходом 90% был получен из бутанола-1 и бензилбромида в присутствии стехиометрического количества гидрида натрия в среде диметилформамида ([1] B.S.Bal, K.S.Kochhar, H.W.Pinnick // J. Org. Chem. 1981, 46, 1492).
Недостатки метода
1. Применение пожаро- и взрывоопасного гидрида натрия.
2. Использование в качестве исходного реагента дорогостоящего бензилбромида, а в качестве растворителя диметилформамида (ДМФА).
Бензилбутиловый эфир можно получить реакцией н-бутилата натрия с бензилбромидом в присутствии тетрабутиламмонийиодида ([2] M.Ochiai et al. // J. Am. Chem. Soc., 1996, 118 (3), 7716; [3] S.Czemecki, С.Georgoulis, C.Provelenghiou // Tetrahedron Lett., 1976, 3535).
3
Высокую каталитическую активность в синтезе бензиловых эфиров проявляют третичные амины в сочетании с KJ. Так, бензилбутиловый эфир был получен реакцией бензилхлорида с 1-бутанолом в присутствии KJ и BuN (растворитель толуол) при 65°С ([4] D.-H.Hwu, C.Hwang, Y.-P.Shih, NM.-Y.Yeh, C.-L.Chao // Ind. Eng. Chem. Res., 1992, 31, 177).
Синтез бензилбутилового эфира может быть осуществлен в условиях межфазного катализа с использованием полимерной четвертичной аммонийной соли. Указанную соль получают обработкой хлорметилированного полимера с третичными аминами в течение 70 ч при 70°С в толуоле. Реакцию проводили по следующей методике: 16.6 мг катализатора и 2 мл 50% KOH нагревают на водяной бане (40°С) в реакционной трубке с тефлоновой закручивающейся крышкой, затем в трубку дозируют предварительно нагретую смесь, содержащую бензиловый спирт, бутилбромид. Трубку герметично закрывают, реакционную смесь перемешивают на магнитной мешалке в течение 3-4 ч. Выход эфира (I) 80% ([5] Hirofumi Takeuchi, Yoshihisa Miwa, Shushi Morita, Jutaro Okada // Chem. Pharm. Bull. 1985, 33 (8), 3101).
4
3
2
4
Бензилбутиловый эфир можно получить в условиях трехфазного катализа. Необходимая для проведения реакции трехфазная система состоит из KOH (1.76×10 моль - KOH/м-НО), додекана (неполярная фаза) и органического растворителя, межфазный катализатор состоит из полиэтиленгликоля и тетрагексиламмонийбромида (ПЭГ + (Hex)NBr). Указанная система отличается большей эффективностью для получения бензилбутилового эфира, чем двухфазная, так как позволяет получить бензилбутиловый эфир с 90% выходом ([5] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Today, 2001, 64, 279).
4
Синергетический эффект при синтезе бензилбутилового эфира наблюдался в условиях жидкого трехфазного катализа при использовании в качестве катализатора тетрабутиламмонийбромида (Bu)NBr и ПЭГ ([6] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Letter, 2004, 98(2-3), 107).
Недостатки методов
4
3
2
1. Использование гидрооксида калия (1.76×10 моль - KOH/мНО).
2. Использование в качестве исходного соединения бензилхлорида, получаемого хлорированием толуола.
3. Значительные трудности при выделении целевого продукта.
4. Большой объем сточных вод, содержащих KOH и KCl.
В работе ([7] Yi Liu, Ruimao Hua, Hong-Bin Sun, Xianquing Qui // Organometallics, 2005, 24(11), 2819) описан синтез бензилбутилового эфира реакцией бензилового и бутилового спиртов в присутствии ренийсодержащего катализатора. В лучшем опыте выход целевого эфира (I) достигает 90%.
Недостатки метода
1. Труднодоступность и дороговизна ренийсодержащего катализатора.
2. Использование в качестве исходного соединения бензилового спирта, получаемого в свою очередь из толуола.
Авторами предлагается способ получения бензилбутилового эфира, не имеющий вышеперечисленных недостатков.
Задачей предлагаемого изобретения является удешевление себестоимости бензилбутилового эфира за счет использования в качестве исходного соединения доступного толуола, вместо более дорогостоящих бензилового спирта и бензилхлорида (бензилбромида), отказ от применения оснований (NaH, KOH, BuONa), уменьшение количества отходов и упрощение технологии в целом.
4
2
3
2
3
4
2
3
4
Сущность способа заключается во взаимодействии толуола с бутанолом в присутствии ССl под действием VO(acac), активированного лигандом триэтиламином ЕtN, при температуре 175°С в течение 8-16 ч при мольном соотношении [VO(acac)]:[EtN]:[толуол]:[CCl]:[BuOH]=1-2:0-5:100:50-200:400-1600. В оптимальных условиях ([VO(acac)]:[EtN]:[толуол]:[CCl]:[BuOH]=1:5:100:100:1600, 175°С, 10 ч) толуол с 69% конверсией превращается в бензилбутиловый эфир. Общий выход бензилбутилового эфира по предложенному методу 67%:
Существенные отличия предлагаемого способа от прототипов
2
3
4
Исходным сырьем для получения бензилбутилового эфира служит толуол, который реагирует с н-бутанолом под действием каталитической системы: VO(acac)-EtN в присутствии CCl.
Преимущества предлагаемого метода
4
2
3
1. Доступность и дешевизна исходных реагентов - толуола, CCl и катализатора (VO(acac)-EtN) - и удешевление себестоимости и упрощение технологии.
2. Отсутствие побочных продуктов.
3. Селективность процесса: при конверсии толуола 69%, избирательность реакции по бензилбутиловому эфиру составляет 97%.
Предлагаемый способ поясняется примерами.
ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле (V=12 мл), помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл).
2
3
4
4
2
3
В ампулу под аргоном загрузили 1 ммоль VO(acac), 5 ммоль ЕtN, 100 ммоль толуола, 100 ммоль CCl и 1600 ммоль BuOH (CCl, BuOH играют роль реагентов и растворителей одновременно). Запаянную ампулу поместили в автоклав, автоклав герметично закрыли и нагревали при 175°С в течение 10 часов. После окончания реакции автоклав охлаждали до 20°С, ампулу вскрывали, реакционную массу нейтрализовали 10% водным раствором NаСО (перемешивание на магнитной мешалке в течение 0.5-1 часа), органический слой экстрагировали хлороформом, реакционную массу фильтровали через слой силикагеля (2 грамма). Непрореагировавший толуол отгоняли, бензилхлорид и бензилбутиловый эфир перегоняли под вакуумом.
2
3
4
Общий выход бензилбутилового эфира при проведении реакции при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)]:[EtN]:[толуол]:[CCl]:[BuOH]=1:5:100:100:1600 составил 67%.
Выделенный бензилбутиловый эфир имел т.кип. 90-92°С/10 мм рт.ст. (лит. 220-221°/744 мм рт.ст. ([8] Словарь органических соединений. П/р Хейльброна И. и Бэнбери Г.М., т.I. М.: Изд-во иностранной литературы. 1949)).
13
1
3
3
HH
3
2
3
2
2
3
HH
2
2
2
СH
CH
Н
H
ЯМР С, δ, м.д.: 138.74, 128.34, 127.63, 127.48, 72.87, 70.22, 31.89, 19.42, 13.94. Спектр ЯМР H, δ, м.д.: 0.99 (3Н, т, J=7.6 Гц, СН), 1.4-1.55 (м, 2Н, СН), 1.6-1.75 (м, 2Н, CHCH), 3.52 (2Н, т, J=6.8 Гц, ОССН, 4.54 (2Н, с, СО), 7.25-7.55 (5Н, Аr, СН).
Результаты опытов по синтезу бензилбутилового эфира реакцией толуола с н-бутанолом и галогенметанами под действием VO(acac)<sub>2</sub>
№№ п/п
Мольное соотношение [kat]:[Et<sub>3</sub>N]:[толуол]:[CCl<sub>4</sub>]:[BuOH]
Температура, °С
Продолжительность реакции, ч
конверсия толуола, %
выход бензилбутилового эфира, %
1
2
3
4
5
6
1
1:5:100:100:400
175
10
58
34
2
-«-
-«-
16
60
42
3
1:5:100:100:800
-«-
10
86
60
4
-«-
-«-
8
65
40
5
1:5:100:100:1200
-«-
10
67
61
6
1:5:100:100:1600
-«-
-«-
69
67
7
1:5:100:50:400
-«-
-«-
55
46
8
1:5:100:200:400
-«-
-«-
70
42
9
2:5:100:100:400
-«-
-«-
62
41
10
1:10:100:100:400
-«-
-«-
61
47
11
1:0:100:100:400
-«-
-«-
50
10