Способ получения триметилгидрохинона

 

О Г1 И С А Н И E „„573124

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 17.09.73 (21) 1960138/04 (23) Приоритет — (32) 18.09.72 (31) 92842/72 (33) Япония (43) Опубликовано 15.09.77 Бюллетень ¹ 34 (45) Дата опубликования описания 05.08.77 (51} М, Кл, С 07 С 39/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений

И OTKPbiTHH (53) У jjK 547.565.2.07 (088.8) Иностранцы

Ятаро И вткава, Есиюки Яманака и Хидеки Цурута (Япония) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Тейдзин Лимитед" (Япония) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИМЕТИЛГИДРОХИНОНА

Изобретение относится к усовершенствованию способа получения триметилгидрохинона, ценного промежуточного продукта в синтезе витаминов.

Известен способ получения триметилгидрохинона (ТМГХ) внутримолекулярной перегруппиров- кой 4 - окси -2,4,6- триметилциклогексадиен -2,5-o«a - 1 (ОТЦШ) при нагревании последнего на водяной бане в жидкой щелочной среде (1) .

Выход ТМГХ 49% от теоретического.

Однако по известному способу целевой про- 10 дукт получается с низким выходом; он имеет коричневую или черную окраску, что свидетельствует о значительной степени загрязненности целевого продукта.

По предлагаемому способу для увеличения выхода триметилгидрохинона, а также повышения его качества процесс ведут при 150 — 300 С. 8 качестве щелочного агента предпочтительно приметгяют соединения щелочных или щелочнозе- 20 мельных металлов при концентрации их в реакционной смеси 0,0001 — 0,1 н. Жидкая среда представляег собой метанол, воду или водный раствор органического растворителя. Содержание 4 - окси° 2 4 6- триметил -2 9- циклогексадиен -1- она 25 составляет 0,1 — 20 вес.% от веса реакционной смеси, рН реакционной среды 7,7 — 14.

По предлагаемому способу выход целевого продукта повышается до 80 — 90%, продукт имеет светло-желтую или белую окраску.

В соответствии с изобретением ОТЦД нагревают в некислой жидкой среде с рН не менее 6, выбранной из группы, включающей метанол и водную среду, при температуре минимум 100 С; в этих условйях осуществляется внутримолекулярная перегруппировка ОТЦД, Под термином "некислая жидкая среда" подразумевается, что рН среды не менее 6.

В качестве среды используют воду или водный раствор органического растворителя.

Воду можно употреблять любую: колодезную, речную, водопроводную, обработанную ионообменниками, дистиллированную и т.п. Колодезная и водопроводная вода обычно имеет рН 6,0 — 6,8.

В качестве органического растворителя можно использовать любой водорастворимый органический растворитель, рН водного раствора которого не падает ниже 6 и, кроме того, стойкий в условиях реакции. В качестве жидкой среды может быть

3, 573124 использован водный раствор органического растворителя в любом процентном соотношении.

К подобным органическим растворителям относятся например, — одноатомные спирты с 1 — 10 углеродными атомами, например метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, трет.бутанол, амиловый спирт, октанол, метилцеллозольв и этилцеллозольв: — двухатомные спирты с 2 — 10 углеродными атомами, например этиленгликоль, пропиленгликоль, бутандиол-1,2 и такие многоатомные спирты, как глицерин;

-кетоны, например ацетон, метилэтилкетон и метилнзобутилкетон; — простые эфиры, как тетрагидрофуран и диоксан, сложные эфиры, как метилацетат, этилацетат, пропиолактон и метилбенэоат, и

-амины, например трнметиламин, триэтиламин, пиридин и пирролидон.

Наиболее пригодны одноатомные спирты с 1 — 4 углеродными атомами, кетоны с 2 — 6 углеродными атомами и циклические эфиры.

Водный раствор органических растворителей содержит воду в количестве минимум 10 вес.% и, предпочтительно минимум 20 вес.%. Лучше испольэовать водные растворы с повышенным содержанием воды.

Исключение из этих органических растворител и составляет метанол, который можно испольэовать в качестве жндкой среды независимо от того, безволен ли он или содержит воду в любом количестве.

В качестве оснований используют соединения щелочных металлов, например натрия, калия, лития, рубидия и цезия; из щелочноземельных— например кальция, магния, бария и стронция, а также основные соединения, содержащие, по крайнеь мере, один из этих металлов в своей молекуле.

В качестве основных соединений применяют:

--гидроокиси щелочных или щелочноземельных металлов, например, едкий натр, едкий калий, гидроокись лития, гидроокись кальция, магниФ и бария;

-карбонаты и бикарбонаты щелочных или щелочноэемельных металлов, например соду, бикарбонаэ натрия, поташ, бикарбонат калия, карбонат кальция, углекислый барий и углекислый магний;

--окислы щелочноземельных металлов, например окись кальция, магния и бария; и

-соединения, содержащие щелочные и щелочноэемельные металлы, используемые в качестве буферов, например смесь однозамещенного (монокалийфосфата) и двухзамещенного фосфатов (дикапийфосфат), или щелочнометаллические соли таких кислот„как борная, лимонная, молочная, впнпокаменнан и уксусная. Наиболее предпочтигельнс:апач:ние рН реакционной среды 7 — 14. Если ;новани брать в избытке, то образующийся ТМГХ нмл. бол е гемную окраску и его выход умень5

/

i0

60 шается. Поэтому целесообразно верхний предел количества вносимого основания устанавливать таким, чтобы его концентрация в реакционной смеси была бы не выше 1 н. и, предпочтительно

0,1 н.

Из оснований предпочтительны те, которые хорошо растворимы в реакционной среде. В частности, при использовании в качестве среды метанола в качестве основания целесообразно использовать гидроокисй щелочных металлов, Концентрация исходного ОТПД в жидкой среде также имеет большое значение для получения высоких выходов целевого ТМГХ и должна быть

0,1 — 20 вес.%, предпочтительно 1 — 7 вес.%.

Так, при ведении реакции в orтнмальных условиях, т.е. при концентрации основания 0,.1 н., концентрации ОТЦЦ 0,5 — 10 вес.% (и лучше 1 — 7 вес,%) можно получить ТМГХ с хорошим выходом и незначительной окраской.

Важным требованием при осуществлении предлагаемого способа являются также температурные условия. Верхний предел температуры следует устанавливать с учетом такого фактора, как продолжительность нагревания исходного ОТЦД и продолжительность пребывания образующегося

ТМГХ в реакционной системе с тем, чтобы не вызвать протекания побочных реакций, и не привести к повышенному разложению и изменению окраски образующегося ТМГХ.

Для получения высокочистого светло-окрашенного ТМГХ с хорошим выходом нагревание исходного ОТПД в реакционной системе целесообразно вести при 120 — 350 С; оптимальные пределы

180 — 270 С.

Реакцию ведут предпочтительно в присутствии восстановителя, так как при этом ТМГХ получается с еще более слабой окраской. В качестве восстановителей можно испольэовать сульфит, бисульфит, гидросульфит и гипосульфит натрии.

При осуществлении предлагаемого способа реакцию ведут в атмосфере инертного газа, например в среде азота, гелия, аргона, метана и т.п. Как правило, присутствие кислорода не только мешает протеканию реакции, снижая выход, но и вызывает изменение окраски (обесцвечивание) продукта.

Триметилгидрохинов при выделении на воздухе во влажном состоянии и, тем более в присутствии щелочного вещества, приобретает бурую или темную окраску, поэтому для вьщеления и извлечения триметилгидрохинона из реакционной смеси в нее добавляют кислоту, например соляную, серную или уксусную цо полной нейтрализации содержащегося в реакционной смеси основания, и конверсии щелочнометаллической и/или щелочноземельнометаллической соли ТМГХ в свободный ТМГХ, после чего ТМГХ вьщеляют и извлекают иэ реакционной смеси.

При проведении реакции в водной среде ТМГХ, не растворимый в водной среде, можно выделить и извлечь из реакционной смеси известными спосо573124 >я|ми разделения твердого вещества и жидкости, яанрнмер фильтрацией, футованием и тд. !

1 р и м е р 1, 0,06 вес.ч. 4-окси -2,№,6- триме и>логклогексадиен -2,5- она -1 (ОТЦД) помещают в трубку (л»обирку), вносят 3 вес.ч. 3%-ного водного расгвора едкого патра, продувают азотом и рубку эацаивают. Трубку помещают на масляную баню и нагревают при 160 С в течение 10 мин, после чего тут же вскрывают в атмосфере азота и реакционную смесь нодкисляют 2 н. серной кислотой.

11олучаюг 0,057 вес.ч. триметилгидрохинона, выход 95%.

Пример 2. аерут несколько сосудов и помещают в них по 0,Обвес.ч, 4 - окси -2.4,6-триметилциклогексадиен -2,5- она -1, затем вносят по 3 вес,ч. продутого азотом водного раствора едкого патра. Трубки тщательно продувают азотом и запаивают. Концентрация ОТЦД в исходной смеси составляет 2 вес,%, концентрация едкого наг ра

0,75н. Трубки взбалтывают на масляной бане нри температуре и в течение времени, указанных в

T86Jl.1, EIo orcoma реакции н ду р в обрабатывают и анализируют так, как указано н примере 1. Данные результатов опытов приведены н табл. 1.

573324

1Х

Я. М

bc й:

0 оо О M О 4/) Q lA °,- lA ю О

Ж с1eг-с-ооcoслo ОО гчeмм т О ., О О О О О О О .ч 1-ч ° с/1 О„О О

C O C 0 О О О О 0 О Q О O C» 0 0 О м "> г-. с- со м со оо O e гч гч г1 e l-„o, гоо м сч л;о оо сч сч v оо оо гХ с.1 сл г-- rt г со-"осюоооооосооососло ooo o oo

t - О О г4 м Ch Ch м м ю 41 «Ф оо Ch сф г4 4 ) 4 1 4 1 ю сс ф и с/) М и Ф i ю v>

О 0 О Q О О О О О О О Q О. О O„O О

ОООО ООООООООООООО с1

С 0 t

О О О

О О

О О О

О

C юона О

О 0

О О м 4 м

AРA лg

Q О О О О О О О с-) О О О 0 0 О> О О сч N г 4 м ф со ч ч О О

О Я О Я Q О Я О О О О О О Я О О

< с ч г) г! .а о.с вч- св.с ---- с- Е с о а t7 ! ! I I I I I I ! I I I ! сч гч гч с1 сч сч сч гч г4 г4 гч г сч гч гч гч е

573124

10 масляной бане в течение 10 мин >три 250 С, По окончании реакции реакционную смесь обрабатывают, как указано в примере 1. Банные резу>)>ь п>. тов опытов приведены в табл. 2.

1! р и м е р 3. Берут несколько трубок и пиме>дают в ннх по 0,06 вес.ч. ОТЦД, 3 вес.ч. прону>с го азотом водного раствора соединения метал»а, как указано в табл. 2. Трубки тщательно процуиаю> азотом и эапанвают. Их взбалтывают на 5

Таблица 2

Опыт номер

3 — а -.12

3-в ) !2

3- с — 12

3-d ) !2

0,076

0,17

0,04

0,25

0,01

0,02

0,01

0,03

0,054

0,057

0,058

0,050

89,5

94,7

93,8

83,0

0,)60 КОН

0,091 Са (01 !), 0,085 Ва (ОН)

0,008 СНз СОО)ча бане при 250 С в течение )0 мин. По окончании реакции реакционную смесь обрабатыванп >и> ме>одике примера 1 и анализ»руюг. Результа>ь> онл>ю>1 приведены в табл. 3, 1! р н м е р 4. В трубки вносят по 0,12вес.ч.

01ЦД и по 3 вес.ч. продутого азотом водного раствора сое>в>>>ения металла различных классов, указаннь>х в табл. 3. Трубки тщательно продувают азотом и з>пюивают. Их взбалтывают на масляной

Таблица 3

Опь», I рН Соед> номер ме ая ть

4 а ",9 Na СОз

4 4 7,7 NaНСОз

0,038

0,038

4 0,111 92,3

4 0 ) 17 97).5

0,02

0,01

0,075

0,050 указанных в табл. 4. По окончании реакцп».уе>>кционную смесь анализируют. Резу>>ьтать> опы>1в приведены в табл. 4.

П 1) и м е р 5. Ьеруг 0,09 вес.ч. ОТО, раствор ,,>к >го 11>1 l. рв и веду I реакцию, как указано в

1)! Иь«! "!, НРИ тЕЬ>ПЕ)Н>>УРЕ И В ТЕЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ, Таблица4

ГЕ МЦ1. р >ура Г

Опы>!

1!1ем» ми и ческая !)). ъ>» гсть при ммкм...А а Iбо

) )3

\.3

5" д

5-а

5г

) (4

) 1!

5 >) -)3 .1 7

i 60 о0 ! (i0 (?О, );(!

)Т{

I (?

l ()

I0

I0 (О ((i

2,5

3,8

3,8

6,3

)2,7

0)()76 (),76

0,076

0,5

0,75

0,75

),25

> )5

0,01

0,1

0,0!

0,0 78

0,08(!

0,077

0,079

0,075

0,084

0,079

0)(>87

86,4

8)-?,0

85,9

87 5

83,5 ? 3

8з 7

)(>,7

0,195

0 24(?

О, )(1

О, (?0

О.I 3(!

0,(>35 (!.(> -)! >

0,034

573124

11 !

1 р и м е р6. Реакцию ведут в условиях, указанных в табл. 5, используя 0,12 вес,ч. ОТЦД, раглвор едкого натра в количестве, указанном в табл. 5. По окончании реакции реакционную смесь анализируют. Результаты опытов приведены в табл. 5.

Таблица5

Онь ном

6 — а 160

6-Ь 60

6-с l 60

6-б !60.

6 — е 200

6- 230

6-g 250

> 14

-12

Пример 1. Реакцию ведут в условиях, указанных в табл.6, используя 0,15вес.ч. ОТЦЦ, раствор едкого натра в количестве и концентрации, указанных в табл. 6. По окончании реакции реек. ционную смесь анализируют. Результаты опытов приведены в табл. 6.

Таблицами

1,25

1,25

1,25

2,50

2,50

2,50

2,50

0,01

0,01

3,8

30 " 38

3,8

7,6

20 " 76

30 " 76

40 " 7,6

10 -! 2 0,076

10 " 0076

l1 р и м е р 8. Реакцию ведут в условиях, указанных в табл.7, используя 0,18вес.ч. ОТЦД, едкий натр в количестве, указанном в табл. 7, и воду. По окончании реакции реакционную смесь анализируют, Резул ьтаты опытов приведены и табл. 7.

Таблица7

0,840

0,740

0,990

0,550

0,140 78,0

0,141 78,4

0,159 88,1

0,149 83,0

0,75

1,25

2,50

3,75

1,9

3,2

6,3

9,5

10 > 14 !

О ) 14

10 ) 14

8-1з 160

8-с 160

8-д 160

7 — ь

7--с

7 — d

7 — е

7 — f

7 — g

7 — h

7.— i!

160 !

l60

250

l0

l02,9

4,8

9,5

14,3

0,076

0,076

0,076

0,75

1,25

2,50

3,75

0,01

0,01

0,01

0,107

0,097

0,102

0,104

0,110

0,117

0,107

О,! 18

0,120

0,119

0,126

0,125

0,120

0,120

0,136

0,125

89,3

8l,1

85,4

86,7

91,5

97,5

89,2

78,9

80,0

79,0

84,2

83,3

79,7

79,7

90,7

86,0

0,2 3

P 3.5

0,2! 5

O, l 45

0,033

0,033

0,060

0,760 !,200

0,720

0,470

0,440

0,850

O„850

0,065

0 08"

573124

i6

1 а б ji и il, а 10

12-в

NaOM

0,057

12,2

l0

NaOH

0 057

12,2

0,1

7,36

92

0,015

7,44

93

0,006

Составитель Р. Маоголина

Техр ед А. Богда н

Вдактор Л. Емельянова

Корректор A. Кравченко

Заказ 2344/697

Тираж 553 Подписное

11ПИИПИ Государственного комитета Совета Министров С(СР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д, 4/5

Филиал ППП 11ате п", r. Ужгород, ул. Прог кi иаа, 4

Продолжительность реакции, мин

Катализатор

Катализатор/материал, моли рН

Концентрация сульфита натрия, вес. %

Содержание исходного продукта в среде, вес.%

Выход, в ес.ч.

Выход, %

Оптическая плотность при 400 ммкм

Формула изобретения

1. Способ получения триметил1 идрохинона нагреванием 4 - окси -2,4,6- триметил -2,5- циклогексадиен -1- она в жцдкой щелочной среде с последующим выделением целевого продукта, отли ча ющий с я тем, что, с целью увеличения выхода и чистоты целевого продукта, процесс ведут прн 150 — 300 С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента применяют соединения щелочного или щелочноземельного металла, при концентрации их в реакционной смеси 0 0001 — 0,1 н.

3. Способ iio nn. l и 2, о т и и ч а ю шийся тем, что процесс ведут в жидкой среде представляющей собой метанол, воду или водный раствор органи20 ческого растворителя.

4. Способ по пп. 1 — 3, о тли ча ющи йс я тем, что 4 - окси -2,4,6- триметил -2,5- циклогексадиен-1 - он использукгг в количестве 0,1 — 20 вес.% от веса реакционной смеси.

5. Способ по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что процесс ведут при рН среды 7,7 — 14

Источники информации, принятые во внимание при экспе ртизе:

1. Вег.1900, 33, crP 3641 °

573124

14

Таблкца8

Ош,п, номеI) 0,060

0,337

0.326

0,545

0,5 24

0,310

0,250

92,3

86,7

90,8

85,3

88,3

92,7

90,5

0,055

0,052

0,054

0,051

0,051

0,056

0,054

0,001

0,076

0,076

0,25

0,25

0,15

0,12

0,12

NaOH

КОН

СНз COONa

СНз СООК йаНСОз

Мз СОз

КНСОз

9 — Ь

9 — с

9 вЂ

9 — е

9-f

Таблица9

Ацетон-вода

Пиридин-в ода

Метанол- вода ,Тетрагидрофуран-в ода

Лиоксан-вола .Бутандиол - 1,4-, - вода грет. бутанол.-вода

0,049 81,5

0,053 88,3

0,055 92,3

0,100

0,210

0,060

10 — Ь

10 — с

101

0,053 87,8

0,052 92,0

0,246

0,145

l0 — е

10 — f

0,076

ЪЪ

0,056 93,3

0,057 95,0

0,1 88

0,275

10-g

II р и м е р 9. Реакцию ведут в метаноле в ус. овиях, указанных в табл. 8, используя 0,05 вес.ч.

ОП1Е1 и катализатор, указанный в таблице. По

Пример 10. В трубку помещают 0,06 вес.ч.

ОТЦИ и 0,0012 вес.ч. едкого натра, затем вносят

3 вес.ч. продутой азотом смеси растворителей.

Трубку тщательно продувают азотом и запаивают.

Пример 11. В стальной автоклав, снабженный мешалкой, линией подачи газа и термометром, загружают 8,Овес.ч. ОТЦИ и 200 вес.ч. растзора едкого натра (рН 12,3), после чего продувают азотом и повышают температуру. При достижении

250 Сдают десятиминутную выдержку при указанной температуре. По окончании реакции реакционную смесь охлаждают и при пропускании азота осаждают разбавленной серной кислотой. Отфильтровывают, осадок сушат и получают 6,1 вес.ч. В фильтрате содержится 1 вес.ч. ТМГХ, выход достигает 88,8%.

Оптическая плотность полученного ТМГХ 0,39 при 400 ммкм, т.пл. 171,5 С. окончании реакции реакционную смесь анализируют, результаты опытов приведены в табл. Ь .

20 о

Взбалтывают 10 мин на масляной бане при 250 С.

По окончании реакции анализируют реакшгонную смесь. Результаты опытов приведены в табл. 9.

Пример 12. В стальной автоклав, снабженный мешалкой, линией подачи газа и термометром, загружают 8 вес.ч. ОТЦИ, 192 вес.ч. водного ралвора едкого патра (рН12,2) и О," вес.ч. сульфита

50 натрия. Автоклав продувают азотом и по достижении температуры внутри аппарата 250 С дают десятиминутную выдержку при этой температуре.

Затем реакционную смесь охлаждают, осаждают разбавленной серной кислотой при пропускании

55 через реакционную массу азота. Отфильтровывают, осадок сушат и получают 7,4 вес.ч. продукта.

Фильтрат содержит 1 вес.ч. ТМГХ, т.е. выход составляет 92%. В табл. 10 приведены результаты опыта в сравнении с контрольным примером.