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°С в течение 1 ч при перемешивании. Реакционную смесь экстрагировали хлороформом. Выход продукта не указан [Заявка US 2010/0009421 A1, 2010].
Известен ряд работ, относящихся к способу получения производного бензальацетона 4-(4-гидроксифенил)-бутен-2-она (II), в литературе называемого также «бензальацетон» [Н.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-KoA(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°С. 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, утилизация больших объемов сточных вод, коррозию оборудования и т.д.
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 цеолита Beta в Н-форме. Реакцию проводят при 80-130°С, количестве катализатора 10-50% мас. (в расчете на смесь стирола с уксусным ангидридом, взятых в мольном отношение 1:1) и мольном соотношении стирол: уксусный ангидрид, равном 1:2÷8. Конверсия стирола составляет 40-98,5%. Селективность образования целевого продукта 61,2-96%. Реакция проходит по схеме:
7
7
57
128
Цеолит типа Beta - это алюмосиликатный материал с типичной элементарной ячейкой, описанной формулой Na[AlSiO] и четкой кристаллической структурой. Относится к высококремнеземным цеолитам. Пористая структура цеолита Beta представляет собой 3-мерную систему соединенных между собой прямолинейных каналов двух видов, образованных 12-членными кольцами с диаметром входного окна 0,55 нм и 0,64-0,76 нм.
Преимущества предлагаемого способа:
1. Использование доступных, выпускаемых в промышленных масштабах реагентов.
2. Катализатор - цеолит Н-Beta легко отделяется от реакционной массы и регенерируется, может использоваться многократно.
3. Отсутствие стадии нейтрализации и отмывки кислотного или основного катализатора, которые приводят к образованию большого количества стоков.
4. Снижение себестоимости и упрощение технологии за счет уменьшения энерго- и трудозатрат.
Предлагаемый способ получения бензальацетона (I) осуществляют следующим образом.
4
Используют цеолит Beta в NH-форме, синтезированный в ОАО "Ангарский завод катализаторов и органического синтеза".
4
2
2
3
Характеристики цеолита NH-Beta: мольное соотношение SiO/AlO=18; массовая доля оксида натрия в пересчете на прокаленное при 650°С вещество - не более 0,2%; массовая доля железа в пересчете на прокаленное при 650°С вещество - не более 0,12%; массовая доля оксида алюминия в пересчете на прокаленное при 650°С вещество - не менее 5,0%. В Н-форму цеолит Beta переводят термообработкой в атмосфере воздуха при 540°С в течение 4 ч.
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 и холодильником. В колбу помещали 1,2 мл (0,01 моль) стирола, 3,8 мл (0,04 моль) уксусного ангидрида, 0,21 г цеолита H-Beta и нагревают до 100°С. Реакционную массу непрерывно перемешивали в течение 7 ч. После окончания реакции реакционную массу отделяют от катализатора фильтрованием и перегоняют под вакуумом. Целевой продукт выделяют при 90°С/5 мм рт.ст. Конверсия стирола составляет 61,5%, селективность образования бензальацетона 67,9%.
Примеры 2-7 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, °С
τ, ч
стирол: уксусный ангидрид, моль
1
10
100
7
1:4
61,5
67,9
2
10
130
7
1:4
82,2
79,8
3
20
80
10
1:4
40,0
96,0
4
20
130
5
1:2
76,1
61,2
5
20
130
7
1:4
83,5
80,8
6
20
130
7
1:8
89,4
82,3
7
50
130
7
1:4
98,5
95,4