Способ получения мезитальдегида

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рубинов Дмитрий Брониславович Рубинова Ирина Леоновна Желдакова Татьяна Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения мезитальдегида формулы путем формилирования мезитилена в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве агента для формилирования используют реакционную смесь, полученную при взаимодействии метилформиата и пятихлористого фосфора в растворе хлористого метилена, в качестве катализатора - безводный хлорид цинка, и процесс ведут при комнатной температуре. Изобретение относится к области органической химии, а именно к усовершенствованному способу получения мезитальдегида (2,4,6-триметилбензальдегид) формулы 1, который является полупродуктом в синтезе тралкоксидима - активного начала противозлакового гербицида граспа 1. Известно несколько эффективных способов синтеза альдегидов типа 3 (1-5) из метилзамещенных бензолов 2 (Схема 1) с использованием различных формилирующих реагентов и катализаторов 2-4. В способе 2 формилирующим реагентом выступает 10831 1 2008.06.30 цианистый водород либо цианид цинка в присутствии хлористого водорода и хлорида алюминия и выходы альдегидов составляют 75-80 . Существенный недостаток этого способа - необходимость применения токсичных (тетрахлорэтан) и высокотоксичных (синильная кислота или цианиды) веществ. Схема 1 По методике 3 в качестве формилирующего реагента используют смесь газообразных окиси углерода и хлористого водорода, а в качестве катализатора - хлориды алюминия и меди. Основными недостатками этого способа являются медленное протекание реакции - 7-10 часов и образование побочных продуктов, что снижает выход целевого продукта до 65 . Более высокие выходы альдегидов достигают только при использовании высоких давлений порядка 50-200 атм. Наиболее простой и эффективный способ получения мезитальдегида 1 основан на взаимодействии мезитилена 4 с дихлорметилметиловым эфиром 5 в присутствии четыреххлористого титана (Схема 2) (прототип) 4. Схема 2 В способе-прототипе для формилирования мезитилена 4 применяется дихлорметилметиловый эфир 5, который получают в чистом виде на отдельной стадии из метилового эфира муравьиной кислоты (метилформиата) 6, обрабатывая его пятихлористым фосфором 7 в растворе хлорокиси фосфора 8 5. Полученный в результате этого взаимодействия дихлорметилметиловый эфир 5 отгоняют из реакционной смеси и дополнительно фракционируют для очистки от хлорокиси фосфора 8. Схема 3 35 7 6 Полученный и очищенный таким образом дихлорметилметиловый эфир 5 используется для формилирования путем смешивания с раствором мезитилена 4 в хлористом метилене и четыреххлористым титаном при эффективном охлаждении для выдерживания необходимого температурного режима от 0 до 7 С. Выход мезитальдегида 1 по этому способу составляет около 70(в методике указан выход 81-89 , рассчитанный по дихлорметилметиловому эфиру 5, который берется в недостатке, что в пересчете на мезитилен 4 составляет 68-74 ). Основными недостатками способа прототипа являются необходимость выделения в чистом виде дихлорметилметилового эфира 5 с помощью отгонки и фракционирования, что ведет к неоправданно высоким энерго- и трудозатратам и снижает выход продукта при получении формилирующего реагента необходимость поддержания температуры в интервале от 0 до 7 С, что требует охлаждения реактора, а при больших загрузках приводит к более медленному добавлению реагента и увеличению общего времени реакции 2 10831 1 2008.06.30 сильное разогревание реакционной смеси в процесс разложения (гидролиза) титанового комплекса, из-за которого трудно избежать побочного процесса образования устойчивого геля мета-титановой кислоты (Схема 4). Гель мета-титановой кислоты не разрушается в ходе дальнейшей обработки, мешает расслоению водно-органической смеси и вызывает необходимость использования больших объемов воды и органических растворителей для более полного выделения продукта, что отрицательно сказывается на общем выходе мезитальдегида. Схема 4 432 Кроме того, недостатками этого способа являются также высокая стоимость катализатора 4, невозможность его регенерации, а также то, что четыреххлористый титан представляет собой дымящую на воздухе агрессивную жидкость, для работы с которой требуются специальные приемы техники безопасности. Задача изобретения - разработка простого и эффективного способа синтеза мезитальдегида 1 с использованием дихлорметилметилового эфира 5 и более дешевого и безопасного катализатора вместо дорогостоящего четыреххлористого титана, исключающего потери формилирующего реагента и обеспечивающего протекание реакции при комнатной температуре и увеличение выхода мезитальдегида. Поставленная задача достигается заявляемым способом получения мезитальдегида 1(Схема 2) с использованием формилирующего реагента на основе дихлорметилметилового эфира 5 в присутствии безводного хлорида цинка. Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в реакции формилирования вместо чистого дихлорметилметилового эфира 5 используется реагент, получаемый при взаимодействии метилформиата 6 и пятихлористого фосфора 7 (Схема 3) в растворе хлористого метилена и теоретически состоящий из смеси дихлорметилметилового эфира 5, хлористого метилена (растворителя) и образовавшейся в результате реакции хлорокиси фосфора 8, а в качестве катализатора используется хлорид цинка. При этом реакция проводится при комнатной температуре. Процедура получения мезитальдегида 1 по заявляемому способу существенно упрощается по сравнению с прототипом за счет сокращения числа операций для получения формилирующего агента. При этом повышается эффективность способа, так как исключаются материальные потери, неизбежные при перегонке реагента, и повышается выход целевого продукта. Использование менее активного хлорида цинка в качестве катализатора снижает тепловой эффект реакции формилирования, которая в этом случае протекает при комнатной температуре, не требует охлаждения и становится мало чувствительна к порядку и скорости добавления реагентов. Гидролиз реакционного комплекса 9 (Схема 5) не сопровождается образованием гелеобразных продуктов, и процедура обработки реакционной смеси существенно упрощается, а хлорид цинка может быть регенерирован из образующегося в результате водного раствора и вновь использован в процессе формилирования. Схема 5 10831 1 2008.06.30 Применение в качестве катализатора безводного хлорида цинка как твердого порошкообразного вещества более безопасно по сравнению с использованием четыреххлористого титана - легколетучей, агрессивной, дымящей на воздухе жидкостью. Выход мезитальдегида по заявляемому способу составляет 87-90 . Ниже приводится пример получения мезитальдегида 1, который иллюстрирует заявляемый способ, но не ограничивает сущности изобретения. Пример. В литровую трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой с герметичным стеклянным или тефлоновым затвором, обратным холодильником и переходником с термометром и капельной воронкой с отводом (выход холодильника защищен от влаги хлоркальциевой трубкой), помещают 458 г (2,2 мол) измельченного пентахлорида фосфора 7 и 300 мл хлористого метилена. К смеси при перемешивании добавляют 144 г (148 мл, 2,4 мол) метилформиата 6, поддерживая температуру реакционной смеси в интервале 10-15 С. После прибавления всего метилформиата температуру смеси поднимают до 25-30 С и выдерживают до полного растворения пентахлорида фосфора. Конверсия метилформиата считается 100 -ной. В четырехлитровую трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой с герметичным стеклянным или тефлоновым затвором, обратным холодильником и переходником с термометром и капельной воронкой с отводом (выход холодильника защищен от влаги хлоркальциевой трубкой), помещают 240 г (2 мол) мезитилена 4, 1000 мл хлористого метилена и 409 г (3,0 мол) безводного хлористого цинка. При перемешивании к реакционной смеси добавляют все количество полученного формилирующего реагента,поддерживая температуру 20-25 С, продолжают перемешивание при комнатной температуре в течение 6-7 ч. К реакционной смеси добавляют 600 мл воды, перемешивают при охлаждении холодной водой (температура воды 10-15 С) до полного экзотермического разложения комплекса. Водный раствор хлористого цинка (нижний слой) отделяют в делительной воронке и экстрагируют 2100 мл хлористого метилена. Объединенные органические слои нагревают при температуре 40-45 С и перемешивании со 100 мл 10 раствора соляной кислоты в течение 1 часа. Водный слой отделяют, а органический слой экстрагируют 100 мл воды и 100 мл 5 -ного раствора 23, сушат безводным сульфатом натрия. Хлористый метилен удаляют на роторном испарителе, остаток перегоняют в вакууме, т. кип. 110-112 С /10-11 мм (лит. т. кип. 118-121 С/16 мм 2). Выход мезитальдегида (1) составляет 267 г (90 ). Спектр ЯМР 1 Н, , м.д. 2,32 с (3 Н, СН 3), 2,58 с (6 Н, СН 3), 6,90 с(2 Н), 10,57 с (1 Н, СНО). По данным спектра ЯМР 1 Н полученный таким способом мезитальдегид 1 не содержит примесей побочных продуктов миграции метальных групп или двойного формилирования. Источники информации 1. Патент Австралии 556148, МПК 01 47/40, 1987. 2.,,,// . .- 1955 - . 3.- . 549-550. 3. п-Толуиловый альдегид. Синтезы орг. препаратов Сб. 2. - М. Изд. иностр. лит.,1949. - С. 464- 467,4..,.,..// . . - 1967 47.- . 1-3 (прототип) 5..,.,.,.// . .-1967 47.- . 47-49. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4