Способ получения бензилбутилового эфира

Способ получения бензилбутилового эфира

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения бензилбутилового эфира.

Бензилбутиловый эфир обладает фруктовым запахом и разрешен во многих странах для применения в качестве ароматизатора пищевых продуктов (мороженого, льда, напитков, десертов, печеностей и т.д.).

Бензилбутиловый эфир с выходом 90% был получен из бутанола-1 и бензилбромида в присутствии стехиометрического количества гидрида натрия в среде диметилформамида ([1] B.S.Bal, K.S.Kochhar, H.W.Pinnick // J. Org. Chem. 1981, 46, 1492).

Недостатки метода

1. Применение пожаро- и взрывоопасного гидрида натрия.

2. Использование в качестве исходного реагента дорогостоящего бензилбромида, а в качестве растворителя диметилформамида (ДМФА).

Бензилбутиловый эфир можно получить реакцией н-бутилата натрия с бензилбромидом в присутствии тетрабутиламмонийиодида ([2] M.Ochiai et al. // J. Am. Chem. Soc., 1996, 118 (3), 7716; [3] S.Czemecki, С.Georgoulis, C.Provelenghiou // Tetrahedron Lett., 1976, 3535).

Высокую каталитическую активность в синтезе бензиловых эфиров проявляют третичные амины в сочетании с KJ. Так, бензилбутиловый эфир был получен реакцией бензилхлорида с 1-бутанолом в присутствии KJ и Bu₃N (растворитель толуол) при 65°С ([4] D.-H.Hwu, C.Hwang, Y.-P.Shih, NM.-Y.Yeh, C.-L.Chao // Ind. Eng. Chem. Res., 1992, 31, 177).

Синтез бензилбутилового эфира может быть осуществлен в условиях межфазного катализа с использованием полимерной четвертичной аммонийной соли. Указанную соль получают обработкой хлорметилированного полимера с третичными аминами в течение 70 ч при 70°С в толуоле. Реакцию проводили по следующей методике: 16.6 мг катализатора и 2 мл 50% KOH нагревают на водяной бане (40°С) в реакционной трубке с тефлоновой закручивающейся крышкой, затем в трубку дозируют предварительно нагретую смесь, содержащую бензиловый спирт, бутилбромид. Трубку герметично закрывают, реакционную смесь перемешивают на магнитной мешалке в течение 3-4 ч. Выход эфира (I) 80% ([5] Hirofumi Takeuchi, Yoshihisa Miwa, Shushi Morita, Jutaro Okada // Chem. Pharm. Bull. 1985, 33 (8), 3101).

Бензилбутиловый эфир можно получить в условиях трехфазного катализа. Необходимая для проведения реакции трехфазная система состоит из KOH (1.76×10⁴ моль - KOH/м³-Н₂О), додекана (неполярная фаза) и органического растворителя, межфазный катализатор состоит из полиэтиленгликоля и тетрагексиламмонийбромида (ПЭГ + (Hex)₄NBr). Указанная система отличается большей эффективностью для получения бензилбутилового эфира, чем двухфазная, так как позволяет получить бензилбутиловый эфир с 90% выходом ([5] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Today, 2001, 64, 279).

Синергетический эффект при синтезе бензилбутилового эфира наблюдался в условиях жидкого трехфазного катализа при использовании в качестве катализатора тетрабутиламмонийбромида (Bu)₄NBr и ПЭГ ([6] G.Jin, C.Zhaang, T.Ido, S.Goto // Catalysis Letter, 2004, 98(2-3), 107).

Недостатки методов

1. Использование гидрооксида калия (1.76×10⁴ моль - KOH/м³Н₂О).

2. Использование в качестве исходного соединения бензилхлорида, получаемого хлорированием толуола.

3. Значительные трудности при выделении целевого продукта.

4. Большой объем сточных вод, содержащих KOH и KCl.

В работе ([7] Yi Liu, Ruimao Hua, Hong-Bin Sun, Xianquing Qui // Organometallics, 2005, 24(11), 2819) описан синтез бензилбутилового эфира реакцией бензилового и бутилового спиртов в присутствии ренийсодержащего катализатора. В лучшем опыте выход целевого эфира (I) достигает 90%.

Недостатки метода

1. Труднодоступность и дороговизна ренийсодержащего катализатора.

2. Использование в качестве исходного соединения бензилового спирта, получаемого в свою очередь из толуола.

Авторами предлагается способ получения бензилбутилового эфира, не имеющий вышеперечисленных недостатков.

Задачей предлагаемого изобретения является удешевление себестоимости бензилбутилового эфира за счет использования в качестве исходного соединения доступного толуола, вместо более дорогостоящих бензилового спирта и бензилхлорида (бензилбромида), отказ от применения оснований (NaH, KOH, BuONa), уменьшение количества отходов и упрощение технологии в целом.

Сущность способа заключается во взаимодействии толуола с бутанолом в присутствии ССl₄ под действием VO(acac)₂, активированного лигандом триэтиламином Еt₃N, при температуре 175°С в течение 8-16 ч при мольном соотношении [VO(acac)₂]:[Et₃N]:[толуол]:[CCl₄]:[BuOH]=1-2:0-5:100:50-200:400-1600. В оптимальных условиях ([VO(acac)₂]:[Et₃N]:[толуол]:[CCl₄]:[BuOH]=1:5:100:100:1600, 175°С, 10 ч) толуол с 69% конверсией превращается в бензилбутиловый эфир. Общий выход бензилбутилового эфира по предложенному методу 67%:

Существенные отличия предлагаемого способа от прототипов

Исходным сырьем для получения бензилбутилового эфира служит толуол, который реагирует с н-бутанолом под действием каталитической системы: VO(acac)₂-Et₃N в присутствии CCl₄.

Преимущества предлагаемого метода

1. Доступность и дешевизна исходных реагентов - толуола, CCl₄ и катализатора (VO(acac)₂-Et₃N) - и удешевление себестоимости и упрощение технологии.

2. Отсутствие побочных продуктов.

3. Селективность процесса: при конверсии толуола 69%, избирательность реакции по бензилбутиловому эфиру составляет 97%.

Предлагаемый способ поясняется примерами.

ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле (V=12 мл), помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл).

В ампулу под аргоном загрузили 1 ммоль VO(acac)₂, 5 ммоль Еt₃N, 100 ммоль толуола, 100 ммоль CCl₄ и 1600 ммоль BuOH (CCl₄, BuOH играют роль реагентов и растворителей одновременно). Запаянную ампулу поместили в автоклав, автоклав герметично закрыли и нагревали при 175°С в течение 10 часов. После окончания реакции автоклав охлаждали до 20°С, ампулу вскрывали, реакционную массу нейтрализовали 10% водным раствором Nа₂СО₃ (перемешивание на магнитной мешалке в течение 0.5-1 часа), органический слой экстрагировали хлороформом, реакционную массу фильтровали через слой силикагеля (2 грамма). Непрореагировавший толуол отгоняли, бензилхлорид и бензилбутиловый эфир перегоняли под вакуумом.

Общий выход бензилбутилового эфира при проведении реакции при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)₂]:[Et₃N]:[толуол]:[CCl₄]:[BuOH]=1:5:100:100:1600 составил 67%.

Выделенный бензилбутиловый эфир имел т.кип. 90-92°С/10 мм рт.ст. (лит. 220-221°/744 мм рт.ст. ([8] Словарь органических соединений. П/р Хейльброна И. и Бэнбери Г.М., т.I. М.: Изд-во иностранной литературы. 1949)).

ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 138.74, 128.34, 127.63, 127.48, 72.87, 70.22, 31.89, 19.42, 13.94. Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 0.99 (3Н, т, ³J_HH=7.6 Гц, СН₃), 1.4-1.55 (м, 2Н, СH ₂СН₃), 1.6-1.75 (м, 2Н, CH ₂CH₂CH₃), 3.52 (2Н, т, ³J_HH=6.8 Гц, ОСН ₂СН₂, 4.54 (2Н, с, СH ₂О), 7.25-7.55 (5Н, Аr, СН).

Результаты опытов по синтезу бензилбутилового эфира реакцией толуола с н-бутанолом и галогенметанами под действием VO(acac)2
№№ п/п	Мольное соотношение [kat]:[Et3N]:[толуол]:[CCl4]:[BuOH]	Температура, °С	Продолжительность реакции, ч	конверсия толуола, %	выход бензилбутилового эфира, %
1	2	3	4	5	6
1	1:5:100:100:400	175	10	58	34
2	-«-	-«-	16	60	42
3	1:5:100:100:800	-«-	10	86	60
4	-«-	-«-	8	65	40
5	1:5:100:100:1200	-«-	10	67	61
6	1:5:100:100:1600	-«-	-«-	69	67
7	1:5:100:50:400	-«-	-«-	55	46
8	1:5:100:200:400	-«-	-«-	70	42
9	2:5:100:100:400	-«-	-«-	62	41
10	1:10:100:100:400	-«-	-«-	61	47
11	1:0:100:100:400	-«-	-«-	50	10

Способ получения бензилбутилового эфира формулы отличающийся тем, что толуол взаимодействует с н-бутанолом и CCl₄ в присутствии VO(acac)₂, активированного Et₃N при температуре 175°С в течение 10 ч при мольном соотношении [VO(acac)₂]:[Et₃N]:[толуол]:[CCl₄]:[BuOH]=1:5:100:100:1600.