СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКОКСИФЕНОЛА И АЛКОКСИГИДРОКСИБЕНЗАЛЬДЕГИДА
METHOD FOR ALCOXYPHENOL AND ALCOXYHYDROXYBENZALDEHYDE PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения по меньшей мере одного соединения типа алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола.
Настоящее изобретение относится также к способу получения по меньшей мере одного соединения типа алкоксигидроксибензальдегида из по меньшей мере из одного соединения типа гидроксифенола. Настоящее изобретение более предпочтительно относится к способу синтеза ванилина (VA или 4-гидрокси-3-метоксибензальдегида) и/или этилванилина (EVA или 3-этокси-4-гидроксибензальдегида). Настоящее изобретение относится, в частности, к способу получения ванилина и/или этилванилина из предшественника типа гваякола и/или гветола и, в частности, из пирокатехина.
Предшествующий уровень техники
Алкоксигидроксибензальдегиды представляют собой очень важные соединения, используемые прежде всего в качестве ароматизаторов и отдушек, а также в качестве промежуточных соединений во многих областях, таких как, например, агрохимия, фармацевтика, парфюмерно-косметическая промышленность и другие отрасли промышленности.
В частности, ванилин и этилванилин представляют собой соединения в основном пищевого назначения. Таким образом, важно предложить рынку соединения высокой химической чистоты и хорошего вкусового качества, обеспечивая при этом как можно меньшую стоимость производства.
Таким образом, в способе их синтеза требуется улучшить осуществляемые химические реакции и реализовать эффективные операции разделения и очистки.
Были предложены различные способы синтеза ароматичных альдегидов. Наиболее важные способы основаны на функционализации исходного фенольного соединения, например, фенола, катехола, производного соединения катехола, гваякола (или 2-метоксифенола), гветола (или 2-этоксифенола). При этом, в общем случае, используя в способе такого типа фенольное соединение в солевой форме, например в виде натриевой соли, разными способами присоединяют формильную группу в пара-положении относительно гидроксигруппы, связанной с бензольным циклом.
Для получения гваякола в некоторых способах в качестве исходного соединения выбирают орто-нитрохлорбензол (ONCB).
Эти способы имеют множество недостатков по сравнению со способом с исходным пирокатехином: использование токсичных соединений CMR (канцерогены, мутагены и репротоксины), таких, как о-анизидин; множество стадий; экзотермические и опасные реакции, такие, как нитрование или гидролиз соли диазония; образование значительного количества отходов; образование примесей, таких как 5-хлоргваякол, который оказывается в ванилине в виде 6-хлорванилина, и т.д.
В то же время существует полностью отличающийся путь получения ванилина, состоящий в том, что в щелочной среде гваякол и глиоксиловую кислоту приводят во взаимодействие, ведущее к получению 4-гидрокси-3-метоксиминдальной кислоты, с последующим окислением соединения, полученного конденсацией.
Синтез гваякола или гветола из пирокатехина является существенно более прямым.
Также существуют способы синтеза пара-метоксифенола (PMP или обозначаемого также MEHQ в случае монометилового эфира гидрохинона) из гидрохинона. PMP используют, например, в промышленности в качестве ингибитора полимеризации или в качестве антиоксиданта.
Цели изобретения
Указанные пути получения нуждаются в улучшении, в частности, путь получения из пирокатехина и/или гидрохинона. Целью настоящего изобретения является получение соединения типа алкоксифенола в промышленном масштабе с хорошим выходом, с низкой степенью образования примесей и/или с эффективным удалением их и с высокой конверсией гидроксифенола, при этом с ограничением производственных затрат. Целью изобретения является, в частности, получение соединения типа алкоксифенола из реакции O-алкилирования, в которой используют O-алкилирующий агент. Таким образом можно получать, например, гваякол из пирокатехина, но при этом образуется также вератрол (1,2-диметоксибензол) по реакции вторичного (последовательного) O-метилирования гваякола. В случае способов получения алкоксифенола по настоящему изобретению образуется по меньшей мере одно соединение типа диалкоксибензола. Это соединение может рассматриваться как примесь, но иногда также как соединение, приемлемое для экономически эффективного использования. При этом с учетом потенциального полезного эффекта от параллельного экономически эффективного использования алкоксифенола и соединений типа диалкоксибензола желательно иметь возможность регулировать синтез в пользу одного или другого из соединений в зависимости от рыночного спроса, то есть иметь возможность получать в большей или меньшей степени соединение типа диалкоксибензола по сравнению с алкоксифенолом и наоборот. Например, вератрол в настоящее время может быть экономически эффективно использован отдельно от гваякола. Таким образом, настоящее изобретение нацелено на разработку способа получения по меньшей мере одного алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола, позволяющего контролировать или регулировать производство по соотношению "диалкоксибензол/алкоксифенол".
Целью настоящего изобретения предпочтительно является получение соединения типа диалкоксибензола, такого, как 1,2-диметоксибензол (вератрол), 1,2-диэтоксибензол, 1,4-диметоксибензол (PDMB) или 1,4-диэтоксибензол, при синтезе алкоксифенола, такого, как гваякол, гветол, 4-метоксифенол (PMP) и/или 4-этоксифенол (PEP), в зависимости от соотношения, удовлетворяющего текущим потребностям рынка, то есть в зависимости от соотношения "диалкоксибензол/алкоксифенол" в интервале от 0,001 до 0,9, при этом с ограничением производственных затрат. Целью изобретения является, в частности, разработка способа, при котором максимизируется конверсия исходного гидроксифенола.
В то же время для экономически эффективного использования соединения типа алкоксифенола высокой чистоты необходимо, в частности, отделять его от образовавшегося диалкоксибензола. Целью настоящего изобретения является также удаление соединения типа диалкоксибензола, образовавшегося после получения по меньшей мере одного алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола. В общем случае соединение типа диалкоксибензола трудно отделимо от соединения типа алкоксифенола. Следовательно, это обстоятельство затрудняет получение алкоксифенола, приемлемого для дальнейшего экономически эффективного использования, то есть предпочтительно отделенного от образовавшегося диалкоксибензола с удовлетворительной степенью чистоты, при сохранении производственных затрат, приемлемых на рынке.
Эти проблемы приобретают особое значение при получении ванилина (VA) или этилванилина (EVA) из орто-гидроксифенола (или пирокатехина, обозначаемого по настоящему изобретению как "PC", или называемого также как катехол или пирокатехин), поскольку примесь, называемая "диалкоксилированной", в гваяколе (GA) или гветоле (GE), такая как, в частности, 1,2-диметоксибензол (или вератрол) и/или 1,2-диэтоксибензол, очень трудно отделима от GA и/или GE. Соединения типа диалкоксибензола, такие как вератрол, накапливаются в ходе синтеза алкоксигидроксибензальдегидов, поскольку они не реагируют с глиоксиловой кислотой. Таким образом, важно иметь возможность выделять или удалять соединение типа диалкоксибензола из технологического потока алкоксифенолов и, следовательно, также при производстве алкоксигидроксибензальдегидов.
Те же самые проблемы имеют место в отношении реализации и качественных характеристик реакции O-алкилирования гидрохинона с образованием PMP. При этом желательно регулировать соотношение PDMB/PMP и удалять диалкоксилированное соединение, то есть 1,4-диметоксибензол (PDMB), из образовавшегося PMP.
Таким образом, целью настоящего изобретения является также разработка способа получения из по меньшей мере из одного гидроксифенола по меньшей мере одного алкоксифенола высокой чистоты в отношении присутствия одного или нескольких нежелательных соединений типа диалкоксибензола.
В то же время, получение ванилина и/или этилванилина в целом требует улучшения, в частности, в случае предшественника, представляющего собой пирокатехин. Именно поэтому другая независимая цель способа по настоящему изобретению представляет собой управление количеством вератрола и/или 1,2-диэтоксибензола, образующегося при синтезе ванилина и/или этилванилина из пирокатехина.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение позволяет получать соединение типа алкоксифенола в промышленном масштабе с хорошим выходом, с низкой степенью образования примесей и/или с эффективным удалением их и с высокой конверсией гидроксифенола, при этом с ограничением производственных затрат.
Настоящее изобретение позволяет контролировать или регулировать соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол" в интервале некоторых значений с целью получения обоих соединений в зависимости от количества, удовлетворяющего текущие потребности рынка.
Настоящее изобретение позволяет также удалять диалкоксилированное соединение, образовавшееся при производстве алкоксифенола.
Известен синтез алкоксифенола из гидроксифенола, осуществляемый как в газовой фазе, так и в многофазной среде O-алкилированием при использовании O-алкилирующего агента. Известно также, что в многофазной среде соотношение "основание/алкилирующий агент" и соотношение "алкилирующий агент/гидроксифенол" позволяют оказывать влияние на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол". Эти соотношения оказывают влияние непосредственно на характеристики реакции, то есть на степень конверсии реагентов, выход образовавшихся соединений, в частности алкоксифенола и/или диалкоксибензола, и селективность получения продуктов, в частности на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол".
Авторами неожиданным образом было найдено, что в среде, состоящей по меньшей мере из фазы "жидкость-жидкость", и предпочтительно в трехфазной среде количество органического растворителя также позволяет контролировать или регулировать соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол", при этом с сохранением вполне удовлетворительных, даже возможно оптимальных технологических условий в отношении конверсии гидроксифенола и выхода различных продуктов. На предшествующем уровне техники по сведениям авторов отсутствует информация о каком-либо влиянии количества органического растворителя на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол". По настоящему изобретению было установлено, что количество органического растворителя, обычно используемое согласно предшествующему уровню техники, не влияет на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол". Однако во время экспериментов авторами неожиданно было установлено, что при количестве органического растворителя на моль гидроксифенола, которое в заданных условиях реакции было меньше некоторого значения, количество органического растворителя влияет на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол", так что становится возможным контролировать или регулировать это соотношение в зависимости от рыночного спроса и, таким образом, независимо экономически эффективно использовать диалкоксибензол и алкоксифенол после разделения, при этом минимизируя складской запас соединения в зависимости от потребностей рынка.
Настоящее изобретение не относится к отделению и экономически эффективному использованию соединения типа диалкоксибензола.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения алкоксифенола из гидроксифенола, включающему в себя реакцию O-алкилирования по меньшей мере одного гидроксифенола с образованием по меньшей мере одного алкоксифенола, причем указанную реакцию осуществляют, применяя O-алкилирующий агент, водный растворитель, содержащий основание Бренстеда, и органический растворитель с соотношением "основание/O-алкилирующий агент" в интервале от 0,5 до 1,5 моля основания на моль O-алкилирующего агента, с соотношением "O-алкилирующий агент/гидроксифенол" в интервале от 0,5 до 2 молей O-алкилирующего агента на моль гидроксифенола и с соотношением "органический растворитель/гидроксифенол" меньше 280 мл, предпочтительно в интервале от 10 до 250 мл и более предпочтительно в интервале от 50 до 150 мл органического растворителя на моль гидроксифенола.
Соотношения "основание/O-алкилирующий агент", "O-алкилирующий агент/гидроксифенол", "органический растворитель/гидроксифенол" по настоящему изобретению позволяют регулировать выход соединения типа алкоксифенола и/или соединения типа диалкоксибензола и регулировать конверсию гидроксифенола и, таким образом, осуществлять их оптимизацию. Предпочтительно можно принять, что используемое количество органического растворителя меньше или равно максимальному количеству органического растворителя, влияющего на соотношение "диалкоксифенол/алкоксифенол". Максимальное количество органического растворителя, влияющего на соотношение "диалкоксифенол/алкоксифенол", зависит от самого растворителя и конкретных условий осуществления реакции. Предпочтительно можно принять, что используемое количество растворителя составляет меньше 280 мл, предпочтительно 250 мл и более предпочтительно 150 мл на моль гидроксифенола.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения гваякола и/или гветола из пирокатехина или пара-метоксифенола и/или пара-этоксифенола из гидрохинона O-метилированием и/или O-этилированием одной из гидроксигрупп пирокатехина или гидрохинона.
Настоящее изобретение относится также к способу получения алкоксигидроксибензальдегида из гидроксифенола, включающему в себя реакцию O-алкилирования по меньшей мере одного гидроксифенола с образованием по меньшей мере одного алкоксифенола, причем указанную реакцию осуществляют, применяя O-алкилирующий агент, водный растворитель, содержащий основание Бренстеда, и органический растворитель с соотношением "основание/O-алкилирующий агент" в интервале от 0,5 до 1,5 моля основания на моль O-алкилирующего агента, с соотношением "O-алкилирующий агент/гидроксифенол" в интервале от 0,5 до 2 молей O-алкилирующего агента на моль гидроксифенола и с соотношением "органический растворитель/гидроксифенол" меньше 280 мл, предпочтительно в интервале от 10 до 250 мл и более предпочтительно в интервале от 50 до 150 мл органического растворителя на моль гидроксифенола, причем указанный способ включает в себя реакцию присоединения альдегидной группы к алкоксифенолу для получения соответствующего алкоксигидроксибензальдегида предпочтительно по реакции конденсации между алкоксифенолом и глиоксиловой кислотой с последующим окислением образовавшегося соединения.
Настоящее изобретение независимо относится к способу получения ванилина и/или этилванилина из пирокатехина, включающему в себя реакцию O-метилирования и/или O-этилирования пирокатехина с образованием гваякола и/или гветола, причем указанную реакцию осуществляют, применяя O-алкилирующий агент, водный растворитель, содержащий основание Бренстеда, и органический растворитель, при этом соотношение "основание/O-алкилирующий агент", соотношение "O-алкилирующий агент/гидроксифенол" и соотношение "органический растворитель/гидроксифенол" имеют определенные ранее значения, причем указанный способ включает реакцию присоединения альдегидной группы к гваяколу и/или гветолу для получения ванилина и/или этилванилина предпочтительно по реакции конденсации между гваяколом и/или гветолом и глиоксиловой кислотой с последующим окислением соединения, полученного конденсацией. Эта специфическая последовательность позволяет получать ванилин и/или этилванилин в промышленном масштабе с хорошим выходом, с низкой степенью образования примесей и/или с эффективным удалением их и с высокой конверсией пирокатехина.
На приведенных фигурах представлено:
на фиг. 1 представлена блок-схема предпочтительного варианта способа получения алкоксифенола из гидроксифенола;
на фиг. 2 представлена блок-схема предпочтительного варианта получения алкоксигидроксибензальдегида из алкоксифенола;
на фиг. 3 представлена блок-схема согласно предпочтительному варианту осуществления, включающему в себя удаление соединения типа диалкоксибензола до проведения реакции алкоксифенола с глиоксиловой кислотой.
Пунктирными линиями показаны, в частности, предпочтительные варианты способа по настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Способ по настоящему изобретению более предпочтительно относится к получению алкоксигидроксифенолов, таких, как гваякол и/или гветол, или 1,4-метоксифенол (пара-метоксифенол или PMP), и/или 1,4-этоксифенол (пара-этоксифенол или PEP), но он является приемлемым также в случае других алкоксигидроксифенолов.
Способ по настоящему изобретению более предпочтительно относится к ванилину и этилванилину, но он является приемлемым также в случае других ароматичных альдегидов.
Под термином "гидроксифенол" понимают по меньшей мере соединение типа бензола, необязательно имеющее заместители и содержащее две гидроксигруппы. Гидроксифенол может иметь, например, один или несколько заместителей, выбранных из гидроксигруппы, алкилов, алкоксигрупп, атомов галогенов, нитрогруппы, арилов, причем группировки, содержащие атомы углерода, могут содержать 1 или несколько гетероатомов, предпочтительно выбранных из атомов O, N, и S. Он более предпочтительно соответствует следующей формуле (I):
при этом в указанной формуле (I):
1
- одна или несколько групп R, являющихся одинаковыми или разными, представляют собой атомы водорода, гидроксигруппы, алкилы или алкоксигруппы;
- n означает число от 0 до 3.
При этом соответствующее положение двух гидроксигрупп в формуле (I) не является фиксированным. Они могут находиться в орто-, мета- или пара-положении.
Среди соединений формулы (I) можно назвать пирокатехин ("PC" или орто-гидроксифенол), резорцин ("RS" или мета-гидроксифенол) и гидрохинон ("HQ" или пара-гидроксифенол), которые являются предпочтительными соединениями для способа по настоящему изобретению.
В рамках настоящего изобретения под термином "алкил" понимают линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 1 до 12 атомов углерода и предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода. Предпочтительные примеры алкилов представляют собой метил, этил, пропил, изопропил и трет-бутил.
Под термином "алкоксигруппа" понимают -O-алкил, в котором алкил имеет значения, указанные ранее. Предпочтительные примеры алкоксигрупп представляют собой метокси- или этоксигруппы.
Под термином "алкоксифенол" понимают по меньшей мере соединение типа бензола, содержащее гидроксигруппу и алкоксигруппу (или O-алкил). Оно более предпочтительно соответствует следующей формуле (II):
при этом в указанной формуле (II):
- R представляет собой алкил, предпочтительно содержащий от 1 до 4 атомов углерода и ковалентно связанный с атомом кислорода;
1
- R и n имеют определенные ранее значения со ссылкой на соединение формулы (I).
Соединения типа алкоксифенола получают из соответствующего соединения типа гидроксифенола, так что группа R, приносимая агентом O-алкилирования, замещает атом водорода одной из гидроксильных групп исходного соединения типа дигидроксифенола. Эта реакция называется реакцией O-алкилирования.
Можно назвать, в частности, гваякол, гветол, пара-метоксифенол (PMP) и пара-этоксифенол (PEP).
Под термином "алкоксигидроксибензальдегид" понимают по меньшей мере соединение типа фенола, содержащее гидроксигруппу, алкоксигруппу (или O-алкил) и формильную группу. Оно более предпочтительно соответствует следующей формуле (III):
1
где R, R и n имеют определенные ранее значения со ссылкой на соединение формулы (I).
Алкоксигидроксибензальдегид, предпочтительно используемый в способе по настоящему изобретению, соответствует формуле (III), где R представляет собой метил или этил, а n=0.
В качестве более специфических примеров алкоксигидроксибензальдегидов можно назвать, в частности:
- ванилин;
- этилванилин (3-этокси-4-гидроксибензальдегид);
- изованилин (3-гидрокси-4-метоксибензальдегид);
- о-ванилин (2-гидрокси-3-метоксибензальдегид);
- сиреневый альдегид (3,5-диметокси-4-гидроксибензальдегид).
Реакция O-алкилирования
По настоящему изобретению соединение типа гидроксифенола может быть превращено в моноалкоксилированные производные, то есть в алкоксифенол, взаимодействием с агентом O-алкилирования.
Агент O-алкилирования выбирают преимущественно из соединений, содержащих алкильную группу, замещающую атом водорода, связанный с атомом кислорода соединения типа гидроксифенола. Среди различных агентов O-алкилирования можно назвать, в частности, метилирующие и этилирующие агенты, позволяющие получать соответствующие метоксилированные и/или этоксилированные соединения.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения пирокатехин, резорцин или гидрохинон превращают в простой моноалкиловый эфир взаимодействием гидроксифенола с алкилхлоридом, предпочтительно содержащим от 1 до 4 атомов углерода.
Согласно одному из вариантов способ по настоящему изобретению представляет собой получение гваякола и/или гветола из пирокатехина или пара-метоксифенола и/или пара-этоксифенола из гидрохинона O-метилированием и/или O-этилированием одной из гидроксигрупп пирокатехина или гидрохинона.
Гидроксифенол вводят в реактор алкилирования преимущественно в виде водного раствора.
Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения реакцию осуществляют в трехфазной среде "газ-жидкость-жидкость". Согласно этому варианту агент O-алкилирования содержится по меньшей мере в газовой фазе (трехфазная реакция G/L/L). O-Алкилирующий агент предпочтительно выбирают из алкилгалогенидов и предпочтительно из метил-, этил-, пропил-, изопропил-, бутил-, изобутил-, трет-бутил-, амил-, втор-амил, изоамил- или амилхлорида или -бромида. Давление при реакции O-алкилирования преимущественно находится в интервале от 3 до 15 бар и предпочтительно в интервале от 5 до 10 бар. Настоящее изобретение относится также к варианту с присутствием другой фазы, такой, как, например, одно или несколько твердых веществ, таких, как один или несколько катализаторов на поддерживающем носителе.
Согласно другому варианту осуществления O-алкилирующий агент присутствует по меньшей мере в твердом состоянии (трехфазная реакция S/L/L). O-алкилирующий агент предпочтительно выбирают из алкилкарбоната или алкилсульфата и предпочтительно из диметилсульфата, диметилкарбоната, диэтилсульфата, диэтилкарбоната и любой их смеси.
Для реакции O-алкилирования щелочной агент (или основание) предпочтительно выбирают из гидроксидов щелочных или щелочно-земельных металлов, аммония, алкиламмония и предпочтительно из гидроксида натрия, гидроксида калия, карбонатов или гидрокарбонатов щелочных металлов и предпочтительно из карбоната натрия или калия и любой их смеси.
Предпочтительно используют соотношение "O-алкилирующий агент/гидроксифенол" в интервале от 0,5 до 2 молей и более предпочтительно в интервале от 0,7 до 1,7 моля O-алкилирующего агента на моль гидроксифенола.
Количество прибавляемой воды может быть достаточно большим и может изменяться от 0,5 до 30 молей воды и предпочтительно от 4 до 30 молей воды на моль гидроксифенола. Но важно регулировать не только количество воды в зависимости от количества гидроксифенола. При O-алкилировании гидроксифенола с образованием алкоксифенола в многофазной щелочной среде массовое соотношение "органический растворитель/вода" преимущественно составляет меньше 1,5, предпочтительно меньше 1,2 и более предпочтительно находится в интервале от 0,05 до 0,8.
Для реакции O-алкилирования органический растворитель выбирают, чтобы экстрагировать из водной среды соединение типа алкоксифенола по мере его образования, частично солюбилизировать агент O-алкилирования и ограничивать таким образом образование соединения типа диалкоксибензола для сохранения удовлетворительного соотношения "диалкоксибензол/алкоксифенол". Органический растворитель выбирают также, чтобы частично солюбилизировать агент O-алкилирования в органическом растворителе и ограничивать таким образом разрушение O-алкилирующего агента, контактирующего с основанием, содержащимся в водном растворе, в частности, для увеличения выхода O-алкилирования по соединению типа алкоксифенола. Органический растворитель предпочтительно выбирают из линейных, разветвленных или неразветвленных, или циклических алканов, содержащих от 5 до 10 атомов углерода, таких, как, например, циклопентан, циклогексан, метилциклогексан, циклогептан, н-гептан, октан, галогенированных алканов, таких, как дихлорэтилен и дихлорпропилен, алифатических спиртов, таких, как метанол, органических растворителей, содержащих от 2 до 10 атомов углерода и функциональную группу простого эфира, таких, как, например, диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, метил-трет-бутиловый эфир, растворителей, содержащих от 2 до 10 атомов углерода и функциональную кетогруппу, таких как, например, ацетон и диэтилкетон, метилизобутилкетон, полиолов, таких как гликоль или полиэтиленгликоль, ароматических растворителей, содержащих от 5 до 12 атомов углерода, таких как, например, толуол, ксилолы, бензол, этилбензол. Могут быть использованы растворители пищевого качества.
Известно также получение соединений типа гидроксифенола. Гидроксифенол получают, например, гидроксилированием фенола. Гидроксифенол предпочтительно прибавляют в жидком виде. Таким образом, гидроксифенол предпочтительно растворяют в водной среде до проведения реакции O-алкилирования.
Согласно предпочтительному варианту осуществления реактор, в котором осуществляют реакцию O-алкилирования, содержит средство подачи в реактор раствора по меньшей мере одного гидроксифенола, средство подачи в реактор по меньшей мере одного O-алкилирующего агента, средство подачи в реактор по меньшей мере одного водного щелочного раствора, средство подачи в реактор по меньшей мере одного органического растворителя и по меньшей мере одно средство вывода реакционной смеси, содержащей предпочтительно образовавшиеся алкоксифенол и диалкоксибензол. Согласно одному из вариантов воду подают в реактор помимо воды, содержащейся во вводимом основании (щелочной раствор) и в гидроксифеноле (раствор гидроксифенола).
Условия реакции, установленные для способа по настоящему изобретению, позволяют очень эффективно получать, в частности, в случае синтеза гваякола соотношение "вератрол/гваякол" в интервале от 0,001 от 0,9, при этом максимизируя степень конверсии катехола и в случае промышленного производства ограничивая производственные затраты и количество образующихся примесей.
Условия реакции, установленные для способа по настоящему изобретению, позволяют очень эффективно получать, в частности, в случае синтеза PMP соотношение PDMB/PMP в интервале от 0,001 до 0,9, при этом максимизируя степень конверсии гидрохинона и в случае промышленного производства ограничивая производственные затраты и количество образующихся примесей.
При реакции образуется алкоксифенол с очень хорошим выходом.
Температура при реакции O-алкилирования преимущественно находится в интервале от 80 до 150°C и предпочтительно в интервале от 100 до 140°C.
Реакцию осуществляют предпочтительно в автоклаве.
Значение pH водной среды во время реакции O-алкилирования предпочтительно находится в интервале от 8 до 12.
Время пребывания или время реакции находится в интервале от 15 мин до 3 ч и предпочтительно от 30 до 90 мин.
Настоящее изобретение предпочтительно относится к получению гваякола и/или гветола для их применения в синтезе ванилина и/или этилванилина. Таким образом, оно предпочтительно относится к получению гваякола (Ga) и/или гветола (Ge), но также относится к получению любого алкоксифенола и их смесей, в частности к получению пара-метоксифенола (PMP) и/или пара-этоксифенола (PEP). Настоящее изобретение предпочтительно относится к получению гваякола и/или гветола из пирокатехина.
Более предпочтительно (при этом можно сослаться на фиг. 1) способ получения алкоксифенола (предпочтительно GA и/или GE или PMP и/или PEP) включает в себя следующие стадии:
(a) осуществляемое при необходимости предварительное растворение гидроксифенола (предпочтительно твердого катехола (PC) или гидрохинона (HQ)) в водной среде;
(b) O-алкилирование гидроксифенола (PC или HQ) с образованием алкоксифенола (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP) в многофазной щелочной среде (предпочтительно в трехфазной среде G/L L);
(c) подкисление полученной смеси;
(d) отделение алкоксифенола от гидроксифенола и отделение алкоксифенола от органического растворителя и выделение по меньшей мере одного соединения типа алкоксифенола.
Эти стадии могут быть осуществлены в непрерывном или полунепрерывном или периодическом (партиями) режиме.
Для простоты в данном случае ссылка на образовавшееся соединение типа диалкоксибензола не приведена. Диалкоксибензол образуется при синтезе алкоксифенола.
Основное представляющее интерес соединение, то есть алкоксифенол (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP), находится в основном в органической фракции. Настоящее изобретение позволяет получать две основные качественные формы: в частности, гваякол и/или гветол в жидком виде и гваякол и/или гветол в твердом состоянии.
Подкисление (стадия (c)) реакционной смеси после O-алкилирования предпочтительно осуществляют прибавлением неорганической кислоты. Предпочтительно подкисляют серной кислотой. Цель этого подкисления состоит в перемещении образовавшегося алкоксифенолята (предпочтительно гваяколята и/или гветолята или пара-метоксифенолята и/или пара-этоксифенолята), содержащегося в водной щелочной среде, в органическую среду в форме алкоксифенола (гваякола и/или гветола).
Стадия отделения (стадия d) алкоксифенола от гидроксифенола и отделения алкоксифенола от органического растворителя предпочтительно включает в себя декантацию подкисленной реакционной смеси, образующейся при O-алкилировании, и разделение органической и водной фракций. Органическую фракцию, то есть смесь "органический растворитель-алкоксифенол", перегоняют для отделения соединения типа алкоксифенола от органического растворителя с последующим обезвоживанием (удалением воды). Согласно предпочтительному варианту осуществления органический растворитель, используемый на стадии d), может быть идентичен растворителю, используемому на стадии b), и, следовательно, предпочтительно может быть рециклирован для использования на стадии O-алкилирования и/или на стадии обработки водной фракции.
Водная фракция предпочтительно может быть обработана для выделения гидроксифенола (в частности, PC или HQ) и возможных остатков соединения типа алкоксифенола (Ga и/или Ge или PMP и/или PEP). Эта обработка предпочтительно включает в себя экстракцию из водной среды органическим растворителем, предпочтительно тем же самым растворителем, что и растворитель, используемый для реакции O-алкилирования. Органическая фракция, полученная вследствие этого разделения, предпочтительно может быть прибавлена к органической фракции, полученной после отделения водной фракции.
Разделение согласно стадии (d) способа по настоящему изобретению предпочтительно включает в себя следующие стадии:
(e) декантация водной и органической фракций и/или экстракция остаточного алкоксифенола (Ga и/или Ge или PMP и/или PEP) из водной среды органическим растворителем;
(f) перегонка органической фракции, содержащей органический растворитель и алкоксифенол (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP), и рециклирование органического растворителя;
(g) удаление воды (дегидратация) смеси, содержащей алкоксифенол (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP);
(h) перегонка неочищенного продукта реакции для отделения соединения типа алкоксифенола, соединения типа диалкоксибензола и продуктов осмоления (ср. далее стадию h).
Стадии от e) до g) предпочтительно осуществляют в непрерывном режиме за исключением осуществляемой при необходимости декантации.
После стадии дегидратации (g) способ по настоящему изобретению может включать в себя стадию, работающую в периодическом режиме и включающую в себя стадию перегонки алкоксифенола (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP) для осуществления его очистки.
Таким образом, способ преимущественно является непрерывным за исключением осуществляемой при необходимости перегонки алкоксифенола (предпочтительно Ga и/или Ge или PMP и/или PEP).
Способ может включать в себя стадию h) перегонки неочищенного продукта реакции, при этом органическую фракцию, из которой удален органический растворитель, перегоняют, чтобы отделить соединения типа алкоксифенола, соединения типа диалкоксибензола и продукты осмоления. Продукты осмоления могут быть обработаны для выделения гидроксифенола, который не прореагировал во время реакции и, следовательно, может быть рециклирован. После дегидратации (g) неочищенного алкоксифенола (Ga и/или Ge или PMP и/или PEP) предпочтительно осуществляют перегонку (стадия h) для отделения соединения типа алкоксифенола (Ga и/или Ge или PMP и/или PEP) от других содержащихся органических соединений, таких, как возможные остатки соединений типа гидроксифенола (непрореагировавшего реагента) и диалкоксибензола и продуктов осмоления (димеров, тримеров, олигомеров и других органических соединений с очень высокой молекулярной массой).
Гидроксифенол (непрореагировавший реагент) более предпочтительно отделяют от продуктов осмоления обработкой, известной специалистам в данной области техники. Гидроксифенол предпочтительно рециклируют для подачи на стадию O-алкилирования. Изобретение позволяет максимизировать конверсию гидроксифенола, при этом минимизируя производственные затраты.
Диалкоксибензол (вератрол и/или 1,2-диэтоксибензол или 1,4-диметоксибензол и/или 1,4-диэтиоксибензол) предпочтительно может быть подготовлен для экономически эффективного использования обработкой на стадии дополнительной очистки способом, известным специалистам в данной области техники, таким, как перегонка или одна или несколько промывок, или другими способами очистки.
Соответственно настоящему изобретению используемое количество органического растворителя должно быть предпочтительно меньше или равно максимальному количеству органического растворителя, влияющего на соотношение "диалкоксифенол/алкоксифенол", чтобы позволять изменять соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол" и ограничивать складской запас диалкоксибензола и алкоксифенола в зависимости от потребностей рынка.
Настоящее изобретение относится также к получению по меньшей мере одного алкоксигидроксибензальдегида из гидроксифенола.
Синтез алкоксигидроксибензальдегида
Способ по настоящему изобретению позволяет получать алкоксигидроксибензальдегид присоединением альдегидной группы к соединению типа алкоксифенола, указанному ранее.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно позволяет получать ванилин и/или этилванилин из гваякола и/или гветола. Смесь "гваякол/гветол" получают с любым соотношением. Соотношение Ga/Ge зависит от условий O-алкилирования. Массовое соотношение Ga/Ge может изменяться, например, от 0,1/100 до 100/1. Массовое соотношение "ванилин/этилванилин" изменяется предпочтительно от 80/20 до 40/60 и более предпочтительно от 80/20 до 45/55. Согласно одному из вариантов осуществления молярное соотношение "ванилин/этилванилин" равно по меньшей мере 2. Массовое содержание ванилина преимущественно находится в интервале от 65 до 72% и предпочтительно в интервале от 60 до 70%, а содержание этилванилина находится в интервале от 28 до 35% и предпочтительно в интервале от 30 до 33% масс.
При этом указания относятся к соответствующим соединениям типа алкоксифенола, гваякола, гветола и алкоксигидроксибензальдегидам независимо от того, находятся ли они в солевой или в протонированной форме. Ясное указание на соль позволяет описать особую характеристику этого варианта. Специалисты в данной области техники в состоянии знать, когда речь идет о солевой или протонированной форме, в частности, с учетом указанных литературных источников и собственных общих знаний.
Присоединение альдегидной группы предпочтительно осуществляют по двум основным реакциям, а именно за счет конденсации соединения типа алкоксифенола с глиоксиловой кислотой и окислением соединения, образующегося при реакции конденсации.
Согласно предпочтительному варианту осуществления способ по настоящему изобретению включает в себя, кроме того, следующие стадии:
- конденсация соединения типа алкоксифенола с глиоксиловой кислотой для получения соответствующего производного соединения миндальной кислоты;
- отделение соединения типа алкоксифенола от раствора, содержащего производное соединение миндальной кислоты, предпочтительно с рециклированием соединения типа алкоксифенола;
- окисление производного соединения миндальной кислоты для получения алкоксигидроксибензальдегида;
- отделение алкоксигидроксибензальдегида экстракцией органическим растворителем с последующим отделением алкоксигидроксибензальдегида от органического растворителя предпочтительно с рециклированием органического растворителя, применяемого для экстракции алкоксигидроксибензальдегида;
- выделение алкоксигидроксибензальдегида при необходимости в твердом состоянии.
В случае, когда термины "производное соединение миндальной кислоты", "ванилин" или "этилванилин" употребляются без уточнения, речь идет о производном соединении пара-миндальной кислоты, пара-ванилине или этил-пара-ванилине соответственно, если не указано иное.
Производные соединения пара-миндальной кислоты (формула (IV)), в частности, соединения пара-ванилина, соответствуют следующим формулам:
Стадии и их технологическую последовательность предпочтительно осуществляют в непрерывном режиме за исключением некоторых стадий, таких, как разделение соединений.
Реакции конденсации алкоксифенолов, в частности гваякола, с глиоксиловой кислотой описаны в литературе. Более предпочтительно можно назвать патенты EP 0578550, WO 99/65853 и WO 09077383, ссылка на которые дается в связи с получением соединений по настоящему изобретению.
Последовательность предыдущих стадий может быть осуществлена согласно следующим реакциям на примере гваякола:
- конденсация гваякола и глиоксиловой кислоты для образования пара-миндальной кислоты:
→
2
гваякол + глиоксиловая кислота + NaOH  гваяколят + манделат (фенолят) + HO
- подкисление для выделения непрореагировавшего гваякола:
2
4
→
2
4
гваяколят + манделат (фенолят) + HSO гваякол + манделат + NaSO
- окисление пара-миндальной кислоты для образования пара-ванилина:
2
→
2
3
2
манделат + NaOH + O ванилат + NaCO + HO
- подкисление для образования ванилина:
2
3
2
4
→
2
2
4
ванилат + NaCO + HSO VA + CO + NaSO
При разделении смеси независимо от вида образовавших ее алкоксифенола или алкоксигидроксибензальдегида предпочтительно организуют рецикл, называемый также рециркуляционным контуром. Таким образом, по настоящему изобретению ссылаются на "контур рецикла 1" в случае, когда говорят о рециклировании избытка алкоксифенола во время реакции конденсации, и на "контур рецикла 2" в случае, когда имеют в виду рециклирование растворителя, применяемого для экстракции алкоксигидроксибензальдегида, при реализации стадий разделения.
Алкоксигидроксибензальдегид после отделения может быть обработан для получения в виде очищенного твердого вещества, в данном случае по настоящему изобретению говорят о "блоке получения твердого вещества". Эта обработка может, как правило, включать в себя стадии кристаллизации, отделения от жидкости, сушки или соскабливания. Некоторые из этих стадий, такие, как отделение от жидкости, не могут быть осуществлены в непрерывном режиме. Таким образом, способ предпочтительно является непрерывным за исключением стадии отделения от жидкости.
Ванилин и/или этилванилин, полученный таким образом, может быть использован, в частности, в качестве ароматизатора в промышленности, такой, как, например, пищевая, фармацевтическая или парфюмерно-косметическая промышленность, например, для изготовления отдушек.
Ванилин и/или этилванилин может служить также в качестве промежуточного соединения в синтезе, например, для получения вератрового альдегида (3,4-диметоксибензальдегида) и/или 3,4-диэтоксибензальдегида.
В рамках этого варианта, если способ относится к одновременному получению ванилина и этилванилина, можно: синтезировать ванилин и этилванилин в одном и том же потоке, из потока, содержащего гваякол и гветол, в свою очередь полученные из катехола по параллельным реакциям с O-метилирующим и O-этилирующим агентами; раздельно синтезировать гваякол и гветол и затем смешивать их перед стадией конденсации для синтеза ванилина и этилванилина в одном и том же потоке; раздельно синтезировать производные соединения миндальной кислоты по отдельным реакциям гваякола и гветола с глиоксиловой кислотой и затем смешивать соответствующие производные соединения миндальной кислоты перед стадией окисления; раздельно синтезировать ванилин и этилванилин и затем смешивать их, например, перед кристаллизацией.
Таким образом, можно составить схему реакций соответственно фиг. 2, предпочтительно включающую в себя следующие стадии:
- последовательность стадий от a) до d) (предпочтительно включая стадии от e) до h), описанные ранее со ссылкой на фиг. 1) для выделения по меньшей мере одного алкоксифенола;
- конденсация соединения типа алкоксифенола (AP) с глиоксиловой кислотой для получения соответствующего производного соединения миндальной кислоты после прибавления воды, глиоксиловой кислоты и основания;
- отделение соединения типа алкоксифенола от раствора, содержащего соответствующее производное соединение миндальной кислоты, после прибавления органического растворителя и кислоты и предпочтительно с рециклированием соединения типа алкоксифенола;
- окисление производного соединения миндальной кислоты взаимодействием с введенным окислителем для получения соответствующего алкоксигидроксибензальдегида;
- отделение алкоксигидроксибензальдегида экстракцией после прибавления органического растворителя и кислоты;
- отделение алкоксигидроксибензальдегида от органического растворителя перегонкой предпочтительно с рециклированием органического растворителя;
- выделение алкоксигидроксибензальдегида (AHBA) при необходимости в твердом состоянии.
Реакция конденсации
Согласно предпочтительному варианту алкоксифенол приводят во взаимодействие с глиоксиловой кислотой в присутствии неорганического или органического основания, предпочтительно в присутствии NaOH или KOH и более предпочтительно гидроксида натрия (NaOH) или гидроксида аммония. Согласно этому варианту получают смесь алкилфенолята и производного соединения типа манделата.
Реакция конденсации между алкоксифенолом (в виде фенолята) и глиоксиловой кислотой позволяет синтезировать соответствующее производное соединение пара-миндальной кислоты.
Конденсация может быть осуществлена в каскаде реакторов смешения. Согласно одному из вариантов реакцию осуществляют в реакторе вытеснения, оснащенном при необходимости теплообменником. Такой вариант осуществления описан, например, для случая гваякола в заявке WO 09/077383. Реакция конденсации между алкоксифенолом и глиоксиловой кислотой может быть осуществлена в воде в присутствии щелочного металла, причем указанную реакцию проводят в реакторе вытеснения. Она может быть осуществлена в трубчатом реакторе.
Реакция конденсации предпочтительно может быть катализирована гидроксидом четвертичного аммония подобно, например, реакции, описанной в заявке EP 0578550.
Реакция конденсации предпочтительно может быть осуществлена в присутствии дикарбоновой кислоты подобно, например, реакции, описанной в заявке WO 99/65853.
Поскольку алкоксифенол обычно содержится в избытке по отношению к глиоксиловой кислоте, то фракцию непрореагировавшего алкоксифенола предпочтительно выделяют в контуре рецикла 1. Этот избыток уменьшает вероятность образования соединений типа диминдальной кислоты (то есть соединений, образующихся при конденсации двух молекул глиоксиловой кислоты с молекулой гваякола).
В течение 1-го отрезка времени алкоксифенол и гидроксид натрия преимущественно реагируют с образованием алкоксифенолята натрия. Например, в случае гваякола:
Затем алкоксифенолят взаимодействует с глиоксиловой кислотой с образованием соответствующего пара-манделата:
Две эти реакции получения глиоксилата и гваяколята могут быть осуществлены в виде двух раздельных стадий. Альтернативным образом глиоксиловую кислоту приводят в контакт непосредственно с гваяколятом в присутствии основания.
Раствор алкоксифенолята
Согласно предпочтительному варианту получают раствор алкоксифенолята. Этот раствор алкоксифенолята подпитывают алкоксифенолом из расходного бака, в который поступает алкоксифенол, рециклированный в контуре рецикла 1, и свежий алкоксифенол. Раствор алкоксифенолята предпочтительно подают в реактор для осуществления реакции конденсации.
В раствор алкоксифенолята подают общее количество воды (деминерализованной) и неорганического основания (например, гидроксида натрия), необходимых для реакции.
Температуру реактора при получении раствора алкоксифенолята предпочтительно поддерживают равной температуре реакции конденсации.
Контур рецикла 1
Контур рецикла 1 предназначен для выделения алкоксифенола, непрореагировавшего при реакции конденсации. Таким образом, контур 1 относится к отделению соединения типа алкоксифенола от производных соединений миндальной кислоты и предпочтительно включает в себя следующие стадии:
- выделение смеси, содержащей образовавшееся производное соединение миндальной кислоты в виде манделата и непрореагировавший алкоксифенол в виде алкоксифенолята;
- нейтрализация алкоксифенолята с образованием алкоксифенола при сохранении соответствующего манделата в виде конъюгата с основанием (в форме соли);
- отделение алкоксифенола от манделата;
- подача манделата в реактор окисления;
- рециклирование алкоксифенола, не прореагировавшего в качестве реагента, для осуществления реакции конденсации.
Реакционную смесь, образующуюся при конденсации, предпочтительно нейтрализуют неорганической кислотой, предпочтительно серной кислотой, для превращения непрореагировавшего алкоксифенолята в алкоксифенол в условиях сохранения манделата в солевой форме.
Можно отделять непрореагировавший алкоксифенол, содержащийся в органической фракции, от образовавшегося манделата, содержащегося в водной фракции.
Согласно одному из вариантов алкоксифенол, полученный после нейтрализации, можно извлекать экстракцией, прибавляя органический растворитель, который солюбилизирует алкоксифенол, содержащийся в водной фракции. В данном случае можно сослаться, например, на способ, описанный для случая гваякола в патенте FR 2379501.
Согласно предпочтительному варианту осуществления алкоксифенол, содержащийся в водной фракции, экстрагируют органическим растворителем. Применяют органический растворитель, который является инертным по отношению к манделату. В качестве растворителей, которые могут быть использованы, можно назвать, в частности, алифатические, циклоалифатические, ароматические углеводороды, в том числе галогенпроизводные, спирты, простые эфиры, кетоны и нитрилы. Более предпочтительно можно назвать гептан, циклогексан, метилциклогексан, бензол, толуол в качестве примеров алифатических, циклоалифатических или ароматических углеводородов; дихлорметан, трихлорметан, дихлорэтан, хлорбензол, дихлорбензолы в качестве примеров алифатических, циклоалифатических или ароматических галогенпроизводных углеводородов; метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол в качестве примеров спиртов; диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, метил-трет-бутиловый эфир в качестве примеров простых эфиров; ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, диизобутилкетон, метилизобутилкетон в качестве примеров кетонов; ацетонитрил в качестве примера нитрилов. Можно применять смесь указанных растворителей. Можно использовать растворители пищевого качества.
При этом манделат остается в водной фракции, тогда как алкоксифенол переходит в органическую фракцию.
Алкоксифенол, направляемый на рециклирование, может быть загрязнен остатками органического растворителя. Присутствие органического растворителя в алкоксифеноле ведет к значительному снижению характеристик реакции конденсации. Таким образом, предпочтительным является отделение растворителя, применяемого для экстракции, от алкоксифенола перед повторной подачей алкоксифенола в расходный бак.
После разделения водной и органической фракций смесь "алкоксифенол-органическая фракция" предпочтительно перегоняют для отделения органического растворителя от алкоксифенола, а также от продуктов осмоления, содержащихся в общем случае, для рециклирования органического растворителя. Могут быть предусмотрены также другие способы разделения.
Водную фракцию, содержащую манделат, предпочтительно обрабатывают для удаления остаточного органического растворителя, например, перегонкой. Затем манделат подают на реакцию окисления.
Согласно одному из вариантов непрореагировавший алкоксифенолят можно отделять, используя анионообменные смолы в форме основания или адсорбент, позволяющие селективно фиксировать алкоксифенол и выделять из водного потока содержащиеся производные соединения миндальной кислоты в солевой форме, образующиеся при реакции конденсации. Можно отделять поток алкоксифенола в солевой форме (алкоксифенолят), фиксированный на смоле или адсорбенте, регенерацией смолы или десорбцией. Такие способы разделения описаны, в частности, в заявках WO 09/141280 и WO 11/039331.
Алкоксифенол, не прореагировавший во время реакции конденсации, предпочтительно рециклируют для подачи в раствор алкоксифенолята.
Удаление диалкоксибензола (сокращенно обозначаемого "DAB") в случае его наличия
Как было указано ранее, при реакции O-алкилирования образуется также соединение типа диалкоксибензола. В способе по настоящему изобретению алкоксифенол, полученный по реакции O-алкилирования, находится в смеси с соединением последующего алкоксилирования (диалкоксилирования) типа диалкоксибензола.
В частности, авторами было найдено, что в случае, когда образуется вератрол (1,2-диметоксибензол), в частности в случае, когда гваякол был получен из пирокатехина, то вератрол накапливается в растворе гваякола в силу рециклирования, а также поскольку он не вступает в реакцию конденсации с глиоксиловой кислотой. Концентрация вератрола в расходном баке гваякола (смесь "свежий + рециклированный") может изменяться. Поскольку вератрол не вступает в реакцию конденсации по настоящему изобретению, то, следовательно, вератрол имеет тенденцию накапливаться в растворе гваякола и таким образом понижать содержание гваякола в растворе, подаваемом в реактор конденсации. В способе по настоящему изобретению сделана попытка ограничить накопление вератрола в гваяколе или в растворе гваяколята. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения образовавшийся диалкоксибензол удаляют. Согласно одному из вариантов способа по настоящему изобретению массовая концентрация вератрола в растворе, содержащем AP, перед реакцией конденсации находится в интервале от 0,01 до 25%, предпочтительно в интервале от 0,01 до 10%, более предпочтительно в интервале от 0,01 до 5% и в общем случае составляет около 2%.
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу получения, который может быть независимо патентоспособным, по меньшей мере одного соединения типа алкоксигидроксибензальдегида из по меньшей мере из одного соединения типа гидроксифенола, причем указанный способ отличается тем, что он включает в себя:
(i) - синтез по меньшей мере одного алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола в присутствии по меньшей мере одного O-алкилирующего агента;
(ii) - выделение по меньшей мере одного алкоксифенола и примесей, в число которых входит диалкилированное соединение типа диалкоксибензола (сокращенно обозначаемое "DAB");
(iii) - отделение диалкоксибензола от алкоксифенола;
(iv) - конденсация алкоксифенола с глиоксиловой кислотой и получение соответствующего производного соединения миндальной кислоты;
(v) - окисление производного соединения миндальной кислоты с образованием соответствующего алкоксигидроксибензальдегида;
и
(vi) - выделение алкоксигидроксибензальдегида при необходимости в твердом состоянии.
Настоящее изобретение предпочтительно относится к способу получения из пирокатехина по меньшей мере одного алкоксигидроксибензальдегида, выбранного из ванилина (4-гидрокси-3-метоксибензальдегида), этилванилина (3-этокси-4-гидроксибензальдегида) и любой их смеси.
Согласно предпочтительному варианту осуществления стадию (i) осуществляют в трехфазной среде соответственно описанию настоящего изобретения, включая любые варианты и способы осуществления, описанные без каких-либо ограничений.
Согласно предпочтительному варианту осуществления стадия (iii) отделения диалкоксибензола от алкоксифенола включает в себя, кроме того, получение водного раствора алкоксифенола в солевой форме (фенолята) и отделение остаточного диалкоксибензола из водной смеси, содержащей алкоксифенолят.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, поясненному, например, фиг. 3, способ включает в себя следующие стадии:
- получение раствора алкоксифенола (AP), например, из смеси, образованной свежим алкоксифенолом и алкоксифенолом, поступающим от рециклирования, причем указанный раствор алкоксифенола содержит также примесь типа диалкоксибензола (DAB);
- получение раствора алкоксифенолята прибавлением воды и по меньшей мере одного основания к раствору алкоксифенола;
- отделение диалкоксибензола от алкоксифенола;
- возможное экономически эффективное использование диалкоксибензола;
- конденсация алкоксифенола с глиоксиловой кислотой и получение соответствующего производного соединения миндальной кислоты, например, в форме соли (манделата).
Согласно одному из вариантов отделение диалкоксибензола от алкоксифенола осуществляют перегонкой или декантацией.
Производные соединения миндальной кислоты преимущественно получают в солевой форме. Таким образом, способ по настоящему изобретению включает в себя стадию нейтрализации производного соединения миндальной кислоты в форме соли с образованием производного соединения миндальной кислоты в форме кислоты.
Согласно одному из вариантов гидроксифенол представляет собой пирокатехин, алкоксифенол представляет собой гваякол, полученный на стадии (i) с метилирующим агентом, а диалкоксибензол представляет собой вератрол, при этом способ включает в себя также отделение на стадии (iii) пирокатехина от смеси гваякола и вератрола.
Согласно одному из вариантов гидроксифенол представляет собой пирокатехин, алкоксифенол представляет собой гветол, полученный на стадии (i) с этилирующим агентом, а диалкоксибензол представляет собой 1,2-диэтоксибензол, при этом способ включает в себя также отделение на стадии (iii) пирокатехина от смеси гветола и 1,2-диэтоксибензола.
Часть алкоксифенола (алкоксифенолята) предпочтительно направляют в дистилляционную колонну, предназначенную для ограничения содержания диалкоксибензола в гваяколе перед реакцией конденсации. Диалкоксибензол отгоняется из верхней части колонны в виде гетероазеотропной смеси "диалкоксибензол-вода". Температура в нижней части дистилляционной колонны предпочтительно находится в интервале от 90 до 120°C. Этот способ позволяет, например, в случае гваякола ограничить значением 0,01% массовую концентрацию вератрола в гваяколе (или в гваяколяте), используемом для осуществления реакции конденсации.
Затем гетероазеотропную смесь "диалкоксибензол-вода" предпочтительно разделяют декантацией или другим способом разделения.
Поток из нижней части колонны (содержащий алкоксифенолят) предпочтительно направляют на подачу в реактор конденсации для осуществления конденсации алкоксифенола (алкоксифенолята) и глиоксиловой кислоты.
Окисление производных соединений миндальной кислоты с образованием алкоксигидроксибензальдегида
Стадия окисления позволяет преобразовывать производные соединения миндальной кислоты в требуемые алкоксигидроксибензальдегиды. Производное соединение пара-миндальной кислоты более предпочтительно соответствует приведенной ранее формуле (IV). В частности, можно получать пара-ванилин (в данном случае называемый ванилином) в виде ванилата окислением соответствующего производного соединения пара-миндальной кислоты.
2
Алкоксигидроксибензальдегид получают окислением соответствующего производного соединения миндальной кислоты предпочтительно в атмосфере окислителя, такого, как O или воздух.
2
Согласно одному из вариантов реакционная среда представляет собой щелочную водную среду, предпочтительно неорганического основания и более предпочтительно гидроксида натрия или калия, для образования соответствующего фенолята и для связывания выделяющегося CO в виде карбоната.
Реакцию можно осуществлять в непрерывном или в периодическом режиме, например, в среде, сильно разбавленной водой.
Реакцию можно катализировать. Катализатор этой реакции окисления может быть выбран из катализаторов, содержащих по меньшей мере один металлический элемент, выбранный из группы, в которую входят медь, никель, кобальт, железо, марганец и любые их смеси. В качестве примеров неорганических или органических соединений меди предпочтительно можно назвать такие соединения меди, как бромид меди (I) и меди (II); иодид меди (I); хлорид меди (I) и меди (II); основной карбонат меди (II); нитрат меди (I) и меди (II); сульфат меди (I) и меди (II); сульфит меди (I); оксид меди (I) и меди (II); гидроксид меди (II); ацетат меди (I) и меди (II); трифторметилсульфонат меди (II). В качестве специфических примеров производных никеля, можно назвать галогениды никеля (II), такие, как хлорид, бромид или иодид никеля (II); сульфат никеля (II); карбонат никеля (II); соли органических кислот, содержащих от 1 до 18 атомов углерода, такие, как, в частности, ацетат, пропионат; комплексы никеля (II), такие, как ацетилацетонат никеля (II), дихлоро-бис-(трифенилфосфин)никель (II), дибромо-бис(бипиридин)никель (II); комплексы никеля (0), такие, как бис(циклоокта-1,5-диен)никель (0), бис(дифенилфосфиноэтан)никель (0). В качестве примеров соединений на основе кобальта можно назвать, в частности, галогениды кобальта (II) и (III), такие, как хлорид, бромид или иодид кобальта (II), хлорид, бромид или иодид кобальта (III); сульфат кобальта (II) и кобальта (III); карбонат кобальта (II), основной карбонат кобальта (II); ортофосфат кобальта (II); нитрат кобальта (II); оксид кобальта (II) и кобальта (III); гидроксид кобальта (II) и кобальта (III); соли органических кислот, содержащих от 1 до 18 атомов углерода, такие, как, в частности, ацетат кобальта (II) и кобальта (III), пропионат кобальта (II); комплексы кобальта (II), такие, как хлорид гексаминокобальта (II) или (III), сульфат гексаминокобальта (II) или (III), хлорид пентаминокобальта (III), хлорид триэтилендиаминокобальта (III). Также можно назвать каталитические системы на основе железа в общем случае в форме оксидов, гидроксидов или солей, таких, как хлорид, бромид, иодид, фторид железа (II) и железа (III); сульфат железа (II) и железа (III); нитрат железа (II) и железа (III); оксид железа (II) и железа (III). Реакцию окисления можно катализировать, например, каталитической системой, содержащей два металлических элемента, выбранных из группы, в которую входят медь, никель, кобальт, железо, марганец и любые их смеси. Настоящее изобретение предпочтительно относится к реакциям, описанным в заявке WO 08/148760.
2
В течение 1-го отрезка времени соединение в форме манделата взаимодействует с основанием (предпочтительно с гидроксидом натрия) для перевода в солевую форму фенолятной группы соединения в форме манделата. Затем при окислении в среде окислителя (предпочтительно на воздухе) образуется ванилат и CO (уловленный в виде карбоната).
Окисление производного соединения пара-миндальной кислоты в пара-ванилин происходит почти полностью с очень хорошей селективностью.
После реакции окисления получают предшественник алкоксигидроксибензальдегида (ванилина и/или этилванилина) с гидроксигруппой в солевой форме (в ионной форме) и различные примеси, в число которых входят продукты осмоления.
На следующей стадии осуществляют подкисление алкоксигидроксибензальдегида (ванилина и/или этилванилина) в реакционной смеси сильной кислотой, например серной кислотой. Затем выделяют требуемое соединение, а именно алкоксигидроксибензальдегид (ванилин и/или этилванилин), в присутствии продуктов осмоления способом, который позволяет сохранять целостность соединений, подлежащих разделению, и при этом является экономичным и легко осуществимым в промышленных устройствах и более предпочтительно в устройствах, работающих в непрерывном режиме. Известный способ отделения алкоксигидроксибензальдегида (ванилина и/или этилванилина) от смеси неочищенных продуктов реакции представляет собой экстракция органическим растворителем.
Этот способ предпочтительно включает в себя:
- отделение алкоксигидроксибензальдегида от реакционной смеси экстракцией органическим растворителем;
- выделение и рециклирование органического растворителя, применяемого для экстракции.
Контур рецикла 2
Контур рецикла 2 относится к преобразованию гидроксилата алкоксибензальдегида (ванилата и/или этилванилата), полученного по реакции окисления с образованием соответствующего алкоксигидроксибензальдегида, и к выделению и рециклированию растворителя, применяемого для экстракции алкоксигидроксибензальдегида (ванилина и/или этилванилина) из смеси, образующейся при реакции окисления. Настоящее изобретение предпочтительно относится к получению ванилина и/или этилванилина.
Реакционную смесь, образующуюся при окислении, подкисляют кислой средой, предпочтительно содержащей неорганическую кислоту, например, серную или соляную кислоту, для преобразования соли алкоксигидроксибензальдегида в алкоксигидроксибензальдегид.
Согласно предпочтительному варианту осуществления алкоксигидроксибензальдегид, содержащийся в водной среде, экстрагируют органическим растворителем, который солюбилизирует алкоксигидроксибензальдегид, содержащийся в водной среде. Применяют органический растворитель, который является инертным по отношению к алкоксигидроксибензальдегиду. В качестве растворителей, которые могут быть использованы, можно назвать, в частности, алифатические, циклоалифатические, ароматические углеводороды, в том числе галогенпроизводные, спирты, простые эфиры, кетоны и нитрилы. Более предпочтительно можно назвать гептан, циклогексан, метилциклогексан, бензол, толуол в качестве примеров алифатических, циклоалифатических или ароматических углеводородов; дихлорметан, трихлорметан, дихлорэтан, хлорбензол, дихлорбензолы в качестве примеров алифатических, циклоалифатических или ароматических галогенпроизводных углеводородов; метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол в качестве примеров спиртов; диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, метил-трет-бутиловый эфир в качестве примеров простых эфиров; ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, диизобутилкетон в качестве примеров кетонов; ацетонитрил в качестве примера нитрилов. Можно применять смесь указанных растворителей.
Операцию экстракции осуществляют при температуре, которая зависит от вида растворителя.
Стадия экстракции может быть осуществлена одновременно с подкислением. Однако предпочтительным является вариант, когда сначала смешивают реакционную смесь и органический растворитель, а затем прибавляют кислоту.
Для выделения алкоксигидроксибензальдегида (ванилина и/или этилванилина) из растворителя, применяемого для экстракции, можно осуществлять отделение перекристаллизацией, но предпочтительно осуществляют перегонку указанной смеси, позволяющую получить, например, из верхней части дистилляционной колонны растворитель для экстракции (если он является более летучим соединением в смеси), а из нижней части дистилляционной колонны получить "сырой алкоксигидроксибензальдегид" ("сырые" ванилин и/или этилванилин), а именно смесь, содержащую в основном алкоксигидроксибензальдегид в сочетании с тяжелыми примесями, называемыми "продуктами осмоления", и небольшим количеством легких примесей. Касательно этой стадии предпочтительно можно сослаться на способ, описанный в заявке WO 2010/007161.
Использованный органический растворитель предпочтительно рециклируют. Он может быть вновь введен в технологический процесс для экстрагирования алкоксигидроксибензальдегида из водной среды при подкислении и/или использован для выделения алкоксигидроксибензальдегида из промывных вод.
При необходимости алкоксигидроксибензальдегид может быть обработан для расфасовки в твердом состоянии. Алкоксигидроксибензальдегид предпочтительно очищают перегонкой с последующей кристаллизацией (при применении одного или нескольких растворителей или по технологии соскабливания), например, на следующих стадиях:
- растворение алкоксигидроксибензальдегида в смеси "вода-спирт" (содержащей, например, метанол или этанол);
- кристаллизация в вакууме;
- отделение от жидкости в периодическом режиме;
- сушка алкоксигидроксибензальдегида при температуре 25°C, то есть при температуре ниже температуры плавления алкоксигидроксибензальдегида, предпочтительно в атмосфере инертного газа (как правило, азота).
Можно предусматривать несколько вариантов кристаллизации: например, периодическая кристаллизация (партиями), например, охлаждением или кристаллизация в непрерывном режиме, например, в вакууме.
Полученное вещество при необходимости может быть измельчено для получения более мелких гранул.
ПРИМЕРЫ
В примерах определены значения степени конверсии, выхода и селективности.
Степень конверсии или степень превращения (TT) представляет собой соотношение между числом молей превращенного реагента (например, гидроксифенола) и числом молей использованного реагента (например, гидроксифенола).
Действительный выход (RR) выражается как соотношение между числом молей образовавшегося вещества (например, алкоксифенола) и числом молей использованного реагента (например, гидроксифенола).
Селективность или выход по отношению к превращенному веществу (RT) выражается как соотношение между числом молей образовавшегося вещества (например, алкоксифенола) и числом молей превращенного реагента (например, гидроксифенола).
O-Алкилирование гидроксифенола:
примеры 1-4 (гидрохинон - "HQ")
В реактор из нержавеющей стали 316L вместимостью 150 л, снабженный рубашкой, устройством механического перемешивания, системой охлаждения и подачи инертного газа (азота), в периодическом режиме (партиями) при 80°C вносят:
- 21,9 кг (0,20 кмоль) кристаллического гидрохинона (HQ);
- x кг деминерализованной воды (см. приведенную далее таблицу);
- 2,6 кг (0,02 кмоль) водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 30% масс.;
- y кг метилизобутилкетона (MIBK) (см. приведенную далее таблицу).
В реактор, содержащий указанный ранее водный раствор, в течение 45 минут при 10 бар и температуре 120°C одновременно вводят:
- 28,3 кг (0,21 кмоль) водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 30% масс.;
- 11,1 кг (0,22 кмоль) метилхлорида.
После протекания реакции в течение 1,5 ч реакционную смесь охлаждают до 30°C и перемещают в узел "нейтрализации". Пробу реакционной смеси отбирают для количественного анализа жидкофазной хроматографией соединений, содержащихся в смеси (п-метоксифенола PMP, п-диметоксибензола PDMB и HQ), и определения характеристик реакции.
Примеры
1
2
3
4
Вода (x кг)
43,8
30,7
12,1
0
MIBK (y кг)
12,7
19,1
28,7
39,0
MIBK/HQ (мл/моль)
80
120
180
245
TT (HQ)
85%
87%
89%
89%
RR (PMP)/HQ
65%
70%
71%
71%
RR (PDMB)/HQ
20%
18%
16%
16%
R="диалкоксибензол/ алкоксифенол" (масс./масс.)
0,34
0,29
0,25
0,25
Примечание: водный раствор гидрохинона можно готовить на входе
Этими примерами поясняется влияние количества органического растворителя на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол", в частности на соотношение "п-диметоксибензол/п-метоксифенол". При превышении некоторого количества органического растворителя влияние количества органического растворителя на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол" отсутствует. В противоположность этому, в настоящем изобретении показано, что при некотором меньшем количестве органический растворитель влияет на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол". Это обстоятельство является удивительным для специалистов в данной области техники, которые не ожидали такого эффекта.
Таким образом, можно регулировать синтез в пользу одного или другого из соединений в зависимости от рыночного спроса, то есть имеется возможность получать в большей или меньшей степени соединение типа диалкоксибензола по сравнению с алкоксифенолом и наоборот, используя количество органического растворителя. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения по меньшей мере одного алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола, позволяющему контролировать или регулировать производство по соотношению "диалкоксибензол/алкоксифенол". Кроме того, этот эффект наблюдается и в промышленном процессе, в котором конверсия исходного гидроксифенола максимизирована.
O-Алкилирование гидроксифенола:
примеры 5-7 (пирокатехин - "PC")
В реактор из нержавеющей стали 316L вместимостью 150 л, снабженный рубашкой, устройством механического перемешивания, системой охлаждения и подачи инертного газа (азота), в периодическом режиме (партиями) при 80°C вносят:
- 21,2 кг (0,19 кмоль) кристаллического пирокатехина (PC);
- 30,7 кг деминерализованной воды;
- 2,5 кг (0,019 кмоль) водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 30% масс.;
- x кг метилизобутилкетона (MIBK) (см. приведенную далее таблицу).
В реактор, содержащий указанный ранее водный раствор, в течение 45 минут при 10 бар и температуре 120°C одновременно вводят:
- 21,8 кг (0,164 кмоль) водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 30% масс.;
- 8,9 кг (0,176 кмоль) метилхлорида.
После протекания реакции в течение 1,5 ч реакционную смесь охлаждают до 30°C и перемещают в узел "нейтрализации". Пробу реакционной смеси отбирают для количественного анализа жидкофазной хроматографией соединений, содержащихся в смеси (гваякола GA, вератрола VE и остаточного PC), и определения характеристик реакции.
Примеры
5
6
7
MIBK (x кг)
12,3
18,5
27,8
MIBK/PC (мл/моль)
80
120
180
TT (PC)
79%
79%
80%
RR (GA)/PC
72,1%
72,4%
74,5%
RR (VE)/PC
7,3%
6,6%
5,4%
R = "диметилированное соединение/монометилированное соединение" (масс./масс.)
0,11
0,10
0,08
Примечание: водный раствор пирокатехина можно готовить на входе
Этими примерами поясняется влияние количества органического растворителя на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол", в частности на соотношение "вератрол/гваякол".
Как и в примерах с 1 по 4, при превышении некоторого количества органического растворителя влияние количества органического растворителя на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол" отсутствует. В противоположность этому, в настоящем изобретении показано, что при некотором меньшем количестве органический растворитель влияет на соотношение "диалкоксибензол/алкоксифенол". Это обстоятельство является удивительным для специалистов в данной области техники, которые не ожидали такого эффекта.
Таким образом, можно регулировать синтез в пользу одного или другого из соединений в зависимости от рыночного спроса, то есть имеется возможность получать в большей или меньшей степени соединение типа диалкоксибензола по сравнению с алкоксифенолом и наоборот, используя количество органического растворителя. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения по меньшей мере одного алкоксифенола из по меньшей мере из одного гидроксифенола, позволяющему контролировать или регулировать производство по соотношению "диалкоксибензол/алкоксифенол". Кроме того, этот эффект наблюдается и в промышленном процессе, в котором конверсия исходного гидроксифенола максимизирована.
Конденсация
В первый реактор из нержавеющей стали 316L вместимостью 5 л, снабженный рубашкой, устройством механического перемешивания, электродом pH, системой охлаждения и подачи инертного газа в непрерывном режиме подают:
- 64,8 кг/ч деминерализованной воды;
- 9,3 кг/ч (116 моль/ч) водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 50% масс.;
- 10,1 кг/ч (81,5 моль/ч) гваякола (свежего и рециклированного, отделенного полностью или частично от вератрола).
Эту реакционную смесь выдерживают при температуре 35°C. Затем эту предварительную смесь подают в первый реактор системы из 3 расположенных каскадом реакторов с водным раствором глиоксиловой кислоты с концентрацией 50% масс. (6,04 кг/ч или 40,8 моль/ч).
3 реактора идеального смешения выполнены из нержавеющей стали 316L и имеют вместимость по 80 л каждый; при этом рабочая температура составляет 35°C.
Общее время пребывания составляет 2 часа.
На выходе из последнего реактора отбирают пробу реакционной смеси, и соединения, содержащиеся в смеси, количественно анализируют жидкофазной хроматографией.
Были получены следующие результаты:
- конверсия гваякола (GA): TT=47%;
- 4-гидрокси-3-метоксиминдальная кислота (APM):
RT (APM)/GA = 86%;
- 2-гидрокси-3-метоксиминдальная кислота:
RT (AOM)/GA = 5%;
- 2-гидрокси-3-метокси-1,5-диминдальная кислота:
RT (ADM/GA) = 9%.
Реакционную смесь направляют в контур рецикла 1 для отделения избытка гваякола от производных соединений миндальной кислоты.
Окисление
В реактор окисления из нержавеющей стали 316L, оснащенный самовсасывающим перемешивающим устройством кавитационного типа ("кавитатор") или типа Раштона и рубашкой, обеспечивающей эффективное охлаждение, в непрерывном режиме подают:
- смесь сокатализаторов и водного раствора производных соединений миндальной кислоты, поступающего из контура рецикла 1, в том числе:
77 кг/ч реакционной смеси, которая образуется при реакции конденсации и из которой удаляют избыток гваякола (и затем рециклируют) в контуре рецикла 1. Эту смесь образуют приблизительно 7,2 кг/ч 4-гидрокси-3-метоксиминдальной кислоты, 0,5 кг/ч 2-гидрокси-3-метоксиминдальной кислоты и 0,9 кг/ч 2-гидрокси-3-метокси-1,5-диминдальной кислоты;
2
4
100 г/ч водного раствора CoCl и CuSO в количестве, выраженном в молярных процентах для каждого из металлов по отношению к сумме в молях производных соединений миндальных кислот и равном 0,04%;
- надлежащее количество водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 50% масс., соответствующее по меньшей мере количеству, требуемому по стехиометрическим соотношениям реакции окисления (рассматриваемых в целом);
- количество кислорода при атмосферном давлении, достаточное для достижения почти полной конверсии производных соединений миндальных кислот. Окислитель может представлять собой кислород при атмосферном давлении или воздух под давлением.
Эту реакцию осуществляют при 80°C. На выходе из реактора отбирают пробу реакционной смеси, и соединения, содержащиеся в смеси, количественно анализируют жидкофазной хроматографией.
Были получены следующие результаты:
- конверсия 4-гидрокси-3-метоксиминдальной кислоты: TT>99,5%;
- выход ванилина VA:
RT (VA)/APM = 98%.
Реакционную смесь направляют в контур экстракции ванилата натрия из водной среды (контур рецикла 2).