Способ получения циклооктанола

Способ получения циклооктанола

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения циклооктанола.

Циклооктанол является исходным сырьем для синтеза циклооктанона, применяемого для получения пробковой кислоты (Mitsui О., Fukuoka Yo., Пат. США №4528409, опубл. 09.07.1985 [1]). Кроме того, циклооктанол используется в фармацевтической и парфюмерной промышленности (Kaufhold M., Köhler G., Paulczynski R., Beuth M., Евр. пат. №1085007, опубл. 21.03.2001 [2]).

В лабораторной практике циклооктанол получают β',β-анионным элиминированем Li-, Mg- и Al-енолятов изобутиратов циклооктанола. Выходы циклооктанола зависят от природы металла и применяемого растворителя, и они более высокие в менее полярной среде (Соrinnе A., Jean-Pierre В., Jean-Francois В. Tetrahedron, V. 42, №20, 5581-5590(1986) [3]). Кроме того, для синтеза циклооктанола применяют фотоокисление циклооктена с помощью Н₂O₂ в ацетонитриле (ртутная лампа, 200w, выход 95%) (Sonawane H.R., Nanjundiah B.S., Kelkar R.G. Tetrahedron, V. 42, №24, 6673-6682(1986) [4]). Циклооктанол можно также получить, электрохимически анодным окислением циклооктена (Shono Т., Chuankamnerdkam M., Maekawa H., Ishifune M., Kashimura Sh. Synthesis, №9, 895-897 (1994) [5]).

Один из способов получения циклооктанола основан на взаимодействии циклооктена (1) с ацетатом ртути, последующем омылении и гидрировании цис-циклооктен-1,2-ола-3 (3). Стадию гидрирования можно осуществить до омыления ацетоксициклооктана (4) в циклооктанол (6) (Требоганов А.Д., Астахова Р.С., Краевский А.А., Преображенский Н.А. ЖОрХ, Т. 2., №12., 2178-2181(1966) [6]). Смесь 20 г циклооктена (1) и 33.4 г ацетата ртути нагревают 2 часа при 145-150°С и перемешивании. Реакционную массу фильтруют, отгоняют непрореагировавший циклооктен, а остаток перегоняют. Выход цис-3-ацетоксициклооктена-1,2 (2) составляет 30%. К раствору (2) в метаноле за 10 мин приливают КОН в метаноле (5 мин). Реакционную массу нагревают при кипении, охлаждают, разбавляют водой и вещество извлекают эфиром. Соединенные экстракты промывают водой и сушат сернокислым натрием. Выход цис-циклооктен-1,2-ола-3 (3) составляет 92.9%. Затем (3), растворенный в метаноле, гидрируют в присутствии PdCl₂/C (1:1). Катализатор отделяют, растворитель удаляют, остаток перегоняют. Общий выход циклооктанола (6) составляет 25%. Ацетоксициклооктан (4) получают гидрированием 3-ацетоксициклооктена-1 в метаноле в течение 25 мин в присутствии PdCl₂/C (1:1). Катализатор отделяют, растворитель удаляют, остаток перегоняют. Образующийся ацетоксициклооктан (4) омыляют с помощью КОН в метаноле при 50°С в течение 10 мин. Циклооктанол (6) извлекают эфиром. Органический экстракт промывают водой, сушат сернокислым натрием, растворитель отгоняют, остаток перегоняют. Суммарный выход спирта (6) составил 24%.

Существенные недостатки метода:

1. Использование ядовитого ацетатата ртути.

2. Значительные трудности при выделении 3-ацетоксициклооктена-1 из-за неполной конверсии циклооктена (30%)и использования большого количества Hg(CH₃CO₂)₂.

3. Образование большого количества неорганических отходов и сточных вод вследствие применения Hg(CH₃CO₂)₂ и КОН.

4. Взрывоопасность процесса гидрирования.

5. Необходимость использования токсичного растворителя -метанола.

6. Низкий выход целевого продукта.

Циклооктанол можно получить в 2 стадии из циклооктена через промежуточный цис-эпоксициклооктан (5) [6]. При эпоксидировании 22 г циклооктена (1) с помощью 30.5 г 33% Н₂О₂ и 5 г муравьиной кислоты при перемешивании в течение 4 ч при 8-10°С и 20 ч при 20-25°С образуется цис-1,2-эпоксициклооктан (5). Эпоксид (5) экстрагируют хлороформом, промывают водой, насыщенным раствором Na₂S₂O₃ и 10% раствором К₂СО₃, затем сушат Na₂SO₄. Растворитель и непрореагировавший циклооктен отгоняют, остаток перегоняют. К суспензии LiAlH₄ в ТГФ при интенсивном перемешивании приливают раствор цис-1,2-эпоксициклооктана (5) в ТГФ. Реакционную массу перемешивают при кипении в течение 20 ч, затем, постепенно отгоняя ТГФ, доводят температуру до 120°С и перемешивают еще 7 ч. Реакционную массу охлаждают, приливают воду и тетрагидрофуран, затем за 15 мин - 30 мл 10% H₂SO₄. Целевой продукт извлекают диэтиловым эфиром. Эфирный остаток промывают водой, сушат. Растворитель отгоняют, а остаток хроматографируют на колонке с Al₂O₃. Суммарный выход циклооктанола составляет 76%.

Существенные недостатки метода:

1. Использование большого количества взрывоопасного окислителя (H₂O₂).

2. Пожароопасность алюмогидрида лития.

3. Необходимость использования абсолютно сухих растворителей.

4. Необходимость утилизации продуктов гидролиза LiAlH₄ (LiOH и Al(ОН)₃).

5. Трудность выделения целевого продукта.

Циклооктанол можно синтезировать восстановлением 1,2-эпокси-5-циклооктена (8) с помощью катализатора - никеля-Ренея с добавкой титана при давлении водорода 60 атм (Симанов И.А., Круков С.И., Фарберов М.И., Кошель Г.И., Глазырина И.Г. Нефтехимия, Т. 25, №1, 141-145(1975) [7]). В результате гидрирования 1,2-эпокси-5-циклооктена при 100°С, давлении водорода 60 атм в течение 3 ч образуется циклооктанол (выход 86%) при полной конверсии 1,2-эпокси-5-циклооктена.

Существенные недостатки метода:

1. Труднодоступность исходного реагента.

2. Взрыво- и пожароопасность процесса гидрирования под

высоким давлением водорода.

Циклооктанол (6) из циклооктена (1) получают в две стадии через циклооктилформиат (7) (Kaufhold M., Köhler G., Paulczynski R., Beuth M., Евр. пат., №1085007, опубл. 21.03.2001 [2]). На I стадии при взаимодействии 0.2 кмоль циклооктена (1) и 0.6 кмоль муравьиной кислоты при интенсивном перемешивании в течение 6 ч при 80°С образуется циклооктилформиат (7). Затем циклооктилформиат омыляют, используя метанол и 30% метилат натрия при 53°С в течение 6 ч. Суммарный выход циклооктанола (6) составляет 25%.

Существенные недостатки метода:

1. Многостадийность процесса.

2. Использование большого избытка муравьиной кислоты.

3. Необходимость использования ядовитого метанола в качестве растворителя.

4. Использование большого количества метилата натрия, который синтезируется реакцией металлического натрия с обезвоженным метанолом.

5. Образование неорганических отходов и сточных вод, которые необходимо утилизировать.

6. Трудность выделения и низкий выход целевого продукта.

Циклооктанол (6) получен гидратацией циклооктена (1) в присутствии n-толуолсульфокислоты и фосфорномолибденовой кислоты как катализатора [1]. Реакцию проводили в стеклянном автоклаве при перемешивании при 100°С в течение 3 ч. Конверсия (1) - 45%, а общий выход циклооктанола не превышает 40%.

На основании сходства по трем признакам (исходный реагент - циклооктен, использование воды и катализатора, образование в результате реакции циклооктанола) за прототип взят метод гидратации циклооктена в присутствии катализаторов: n-толуолсульфокислоты и фосфорномолибденовой кислоты как смеси двух катализаторов [1].

Прототип имеет следующие недостатки:

1. Необходимость использования коррозионно-стойкого оборудования.

2. Низкий выход циклооктанола (40%).

3. Использование большого количества катализатора (мольное соотношение [циклооктен]:[n-толуолсульфокислота]=1:1.86).

4. Образование большого количества отходов и сточных вод,

которые необходимо утилизировать.

Авторами предлагается способ получения циклооктанола, не имеющий указанных недостатков.

Сущность способа заключается в гидратации циклооктена в среде CCl₄ под действием Cr(асас)₃-CuCl₂ при температуре 150°С в течение 6-12 ч при мольном соотношении [Cr(асас)₃]:[CuCl₂]:[C₈H₁₄]:[H₂O]:[CCl₄]=1:1:100:(2000÷2500):100

В оптимальных условиях выход циклооктанола достигает 95%.

Существенные отличия предлагаемого способа от прототипа:

1. Для получения циклооктанола гидратацией циклооктена используется система Cr(асас)₃-CuCl₂ в присутствии CCl₄, который претерпевает частичный гидролиз с выделением хлороводорода HCl, являющегося совместно с комплексами Cr и Cu катализатором присоединения Н₂О к кратной связи.

Преимущества предлагаемого метода:

1. Высокий выход целевого продукта - циклооктанола.

2. Доступность и дешевизна катализатора.

3. Доступность реагентов (вода и CCl₄), необходимых для проведения реакции гидратации циклооктена.

4. Одностадийность процесса.

5. Удешевление себестоимости и упрощение технологии в целом за счет уменьшения энерго- и трудозатрат.

Способ поясняется примерами:

ПРИМЕР 1. В микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл) или стеклянную ампулу (V=20 мл) (результаты параллельных опытов не отличаются) помещали 0.1 ммоль Cr(асас)₃, 0.1 ммоль CuCl₂, 10 ммоль циклооктена, 200 ммоль воды и 10 ммоль четыреххлористого углерода (CCl₄), автоклав закрывали (ампулу запаивали) и нагревали при 150°С в течение 12 ч при постоянном перемешивании. После окончания реакции микроавтоклав (ампулу) охлаждали до комнатной температуры, вскрывали, органический слой отделяли, водный экстрагировали диэтиловым эфиром (5 мл × 3), экстракты объединяли с основным слоем, фильтровали через слой Al₂O₃ (II степени активности), растворитель отгоняли, остаток перегоняли в вакууме. Выход циклооктанола (6) 95%, Т_кип 104-105°С/15 Торр. ИК-спектр (υ, см^-1): 1150, 3600 (ОН). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 72.03(С¹), 34.80(C², C⁸), 22.95(С³, С⁷), 27.64 (С⁴, С⁶), 25.48 (С⁵). Масс-спектр, m/z (I_отн, %) [M]⁺ (отсут.), 29(19), 31(8), 39(15), 41(45), 42(19), 43(23), 44(24), 45(7), 54(23), 55(27), 56(20), 57(100), 66(7), 67(41), 68(43), 69(20), 81(34), 82(38), 95(12), 110(10). Найдено, %: С 74.63; Н 12.44. C₈H₁₆O. Вычислено, %: С 74.94; Н 12.58; Cl 12.48.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

Результаты опытов по синтезу циклооктанола гидратацией циклооктена под действием каталитической системы Cr(асас)3-CuCl2 в присутствии CCl4
№ п/п	Мольное соотношение [Cr(асас)3]:[CuCl2]:[C8H14]:[H2O]:[CCl4]	Температура, °С	Продолжительность, ч	Выход циклооктанола, %
1.	1:1:100:2000:100	150	6	45
2.	1:1:100:2000:100	-//-	12	95
3.	1:1:100:2500:100	-//-	6	68
4.	1:1:100:2000:100	-//-	8	62
5.	-//-	-//-	10	87

Способ получения циклооктанола формулы каталитической гидратацией циклооктена, отличающийся тем, что гидратацию проводят в среде CCl₄ в присутствии Cr(асас)₃ и CuCl₂, при температуре 150°С в течение 6-12 ч при мольном соотношении [Cr(асас)₃]:[CuCl₂]:[C₈H₁₄]:[Н₂О]:[CCl₄]=1:1:100: (2000÷2500): 100.