Способ получения миндальных ароматических соединений и ароматических альдегидных соединений - RU2712754C2

Описание

Настоящее изобретение относится к области получения миндальных ароматических соединений и ароматических альдегидных соединений, полученных на основе указанных миндальных ароматических соединений. В частности, настоящее изобретение относится к получению гидроксиминдальных ароматических соединений и получению гидроксиароматических альдегидных соединений.

В изложении изобретения, следующем ниже, под миндальной группой подразумевают группу -СНОН-СООН, которая присутствует в качестве заместителя на ароматическом кольце указанных миндальных ароматических соединений. Настоящее изобретение нацелено, в частности, на получение п-гидроксиминдальной кислоты, 4-гидроси-3-метоксиминдальной кислоты и 3-этокси-4-гидроксиминдальной кислоты, а также на получение ванилина и/или этилванилина.

Ванилин получают исходя из природных источников, таких как лигнин, феруловая кислота, но значительную часть ванилина и его производных получают химическим путем. Многочисленные различные и разнообразные способы получения описаны в литературе (KIRK-OTHMER-Encyclopedia of Chemical Technology 24, h/ 812-825,4eme edition(1997)). Обычный путь доступа к ванилину и его производным включает реакцию конденсации глиоксиловой кислоты на гваяколе в щелочной водной среде с получением 4-гидрокси-3-метоксиминдальной кислоты. Этот продукт затем окисляют в щелочной среде с получением ванилина. Этот обычный способ применен, например, в патенте US 2640083, в котором описана конденсация гваякола и глиоксилата натрия, полученного реакцией глиоксиловой кислоты с едким натром.

Этот обычный способ, осуществляемый в щелочной среде, приводит к неблагоприятной реакции. Заключающейся в дисмутации глиоксиловой кислоты по известной реакции Каниццаро (Canizzaro) (получение гликолевой кислоты и щавелевой кислоты). Эта параллельная реакция существенным образом влияет на выход и селективность реакции конденсации. Кроме того, осуществление в щелочной среде реакций конденсации и окисления страдает от необходимости проведения стадий нейтрализации с применением сильной кислоты, обычно, серной кислоты, как после осуществления реакции конденсации, так и после реакции окисления. Итак, указанные стадии нейтрализации генерируют значительное количество солей, обычно, солей серной кислоты, в частности, в форме сульфата натрия Na₂SO₄, который пригоден для последующей обработки. Осуществление реакции конденсации в очень разбавленной водной среде тоже не способствует обработке водных солевых эффлюентов, обычно, сульфатсодержащих, на выходе из реакторов конденсации и окисления.

В заявке на патент ЕР 0987245 описан способ конденсации фенола и глиоксиловой кислоты в присутствии анионообменной смолы. Присутствие этой щелочной смолы не позволяет однако решить проблему управления водными эффлюентами. В самом деле, большое количество кислого, щелочного или солевого раствора должно быть использовано в качестве элюента для выделения образующейся гидроксиминдальной кислоты.

Другое основное неудобство способа известного уровня техники, описанного ниже, заключается в осуществлении реакции конденсации с избытком гваякола, что стребует стадии рециркуляции этого реагента.

Объектом настоящего изобретения является способ получения ароматического(их) миндального(ых) соединения(ий) и ароматического(их) альдегидного(ых) соединения(ий), позволяющий устранить неудобства, встречающиеся в способе известного уровня техники. В частности, способ, предложенный фирмой-заявителем, не действует, или действует только частично, в щелочной среде и избегает таким образом необходимости осуществлять по меньшей мере одну из стадий нейтрализации, следующих за реакциями конденсации и окисления. Способ согласно настоящему изобретению предоставляет таким образом основное преимущество, заключающееся в генерации значительно уменьшенного количества солей, или даже в отсутствии генерации какой-либо соли на любой стадии способа. В частности, способ согласно изобретению не генерирует никакой сульфатной соли, когда ни реакция конденсации, ни реакция окисления не проводятся в щелочной среде. Также. Реакцию конденсации осуществляют, благоприятно, в отсутствие растворителя, в частности в отсутствие воды, что позволяет, следовательно, избежать обработки большого количества водных эффлюентов в конце процесса и обеспечивает экономию на уровне капитальных вложений в установку для осуществления способа и оборудование. Способ согласно изобретению, действующий в мягких условиях, в отсутствие щелочного агента (по меньшей мере, для одной или другой из реакций конденсации или окисления, предпочтительно, для обеих реакций) и, предпочтительно, в отсутствие воды, по меньшей мере, в том, что касается реакции конденсации, является, таким образом, выгодным с точки зрения охраны окружающей среды.

Объектом настоящего изобретения является способ получения ароматического(их) соединения(ий), несущего(их) по меньшей мере одну миндальную группу –СНОН-СООН, включающий в себя реакцию конденсации по меньшей мере одного ароматического соединения с глиоксиловой кислотой или ее производными, причем указанную реакцию конденсации осуществляют по существу в отсутствие любой кислоты или любой щелочи, добавляемой(ых) в реакционную среду.

Кроме того, объектом настоящего изобретения является способ получения ароматического(их) соединения(ий), несущих по меньшей мере одну миндальную группу –СНОН-СООН, включающий в себя реакцию конденсации по меньшей мере одного ароматического соединения с глиоксиловой кислотой или ее производными, причем указанную реакцию конденсации осуществляют в отсутствие растворителя и глиоксиловая кислота представляет собой моногидрат глиоксиловой кислоты.

Объектом настоящего изобретения является также способ получения ароматического(их) соединения(ий), несущего(их) по меньшей мере одну миндальную группу –СНОН-СООН, включающий в себя реакцию конденсации по меньшей мере одного ароматического соединения с глиоксиловой кислотой или ее производными, причем указанную реакцию конденсации осуществляют в присутствии по меньшей мере одного катализатора, выбранного среди комплексных соединений переходных металлов, имеющих в своем составе кислородсодержащие лиганды.

Согласно изобретению, указанное ароматическое соединение, применяемое в качестве реагента в реакции конденсации, выбрано, благоприятно, среди замещенных бензолов, фенола, и замещенных фенолов, гетероциклических ароматических соединений, полициклических ароматических соединений.

Среди гетероциклических ароматических соединений 1,3-бензодиоксол, 1-метилиндол и бензофуран являются предпочтительными. Среди полициклических ароматических соединений предпочтительным является нафтол. Замещенные бензолы представляют собой, предпочтительно, бензолы, замещенные одной или несколькими группами, выбранными среди следующих групп: алкил, алкенил, алкокси, гидроксиалкил, алкоксиалкил, циклоалкил, арил, арилалкил, гидроксил, нитрогруппа, атом галогена, группа галогено или пергалогеноалкил, формил, ацильная группа, содержащая от 2 до 6 атомов углерода, карбоксильная группа, аминогруппа или амидогруппа, замещенная или не замещенная одной или двумя алкильными или фенильными группами. Надо отметить, что карбоксильная группа может быть этерифицирована, например, алкильной или фенильной группой. Предпочтительно, замещенные бензолы представляют собой бензолы, замещенные одной или несколькими алкоксигруппами, такими как метокси, этокси, пропокси, изопропокси, бутокси, изобутокси. Весьма предпочтительно, замещенные бензолы представляют собой бензолы, замещенные одной, двумя или тремя метоксигруппами. Соответственно, они представляют собой метоксибензол (анизол), 1,2-диметоксибензол (вератрол) и 1,2,3-триметоксибензол.

Согласно изобретению, ароматическое соединение, предпочтительно, выбрано среди замещенных фенолов. Благоприятно, указанные замещенные фенолы имеют, по меньшей мере, одно незамещенное положение в пара-положении относительно гидроксильной группы. Замещенные фенолы представляют собой молекулы, в которых ароматическое кольцо является носителем по меньшей мере гидроксильной группы, а также носителем одного или нескольких других заместителей. Обычно, несколькими заместителями определяют от 2 до 4 заместителей на ароматический цикл. Любой заместитель может присутствовать в той мере, в которой он не создает помехи в реакции конденсации.

Итак, способ получения ароматического(их) соединения(ий), несущего(их) по меньшей мере одну миндальную группу согласно изобретению, хорошо подходит для применения к замещенным фенолам, отвечающим следующей формуле (I):

в указанной формуле,

- R обозначает один или несколько заместителей, одинаковых или разных,

- х, число заместителей на цикле, представляет собой целое число в интервале от 1 до 4,

- когда х больше 1, две группы R,находящиеся на двух соседних атомах углерода,могут образовать вместе с атомом углерода, который их несет, насыщенный, ненасыщенный или ароматический цикл, содержащий от 5 до 7 атомов и, возможно, содержащий один или несколько гетероатомов.

В указанной формуле (I)пара-положение по отношению к гидроксильной группе, предпочтительно, является свободным, то есть лишено заместителя.

В формуле (I) группы R, одинаковые или разные, представляют собой алкил, алкенил, алкоксигруппу, гидроксиалкил, алкоксиалкил, циклоалкил, арил, арилалкил, гидроксил, нитрогруппу, атом галогена, галогеногруппу или пергалогеноалкил, формил, ацильную группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, карбоксильную группу, аминогруппу или амидогруппу, замещенную или незамещенную одной или двумя алкильными или фенильными группами. Надо отметить, что карбоксильная группа может быть этерифицирована , например, алкильной или фенильной группой.

В формуле (I), когда х больше 1, две группы R, находящиеся на двух соседних атомах углерода, могут быть связаны между собой алкиленовой группой, алкенидленовой группой или алкенилиденовой группой, содержащими от 3 до 5 атомов углерода с образованием насыщенного, ненасыщенного или ароматического цикла, содержащего от 5 до 7 атомов: причем один или несколько (предпочтительно, 2 или 3) атомов углерода могут быть замещены гетероатомом, предпочтительно, кислородом.

В формуле (I) под термином «алкил» подразумевают линейную или разветвленную углеводородную цепочку, содержащую от 1 до 15 атомов углерода,предпочтительно, от 1 или 2 до 10 атомов углерода. Под термином «алкокси» подразумевают группу алкил-О- в которой термин алкил имеет значение , приведенное выше. Предпочтительными примерами алкоксигрупп являются группы метокси или этокси. Под термином «алкенил» подразумевают углеводородную группу, линейную или разветвленную,имеющую в своем составе от 2 до 15 атомов углерода, содержащую одну или несколько двойных связей, предпочтительно, от 1 до 2 двойных связей. Под термином «циклоалкил» подразумевают циклическую углеводородную группу, содержащую от 3 до 8 атомов углерода, предпочтительно, циклопентильную или циклогексильную группу. Под термином «арил» подразумевают моно- или полициклическую ароматическую группу, предпочтительно, моно- или бициклическую, содержащую от 6 до 12 атомов углерода, предпочтительно, фенил или нафтил. Под термином «арилалкил» подразумевают углеводородную группу, линейную или разветвленную, несущую моноциклический ароматический цикл и содержащую от 7 до 12 атомов углерода, предпочтительно, бензил. Под терминами «галогено или пергалогеноалкил» подразумевают одну из следующих групп: -СХ₃, -[CХ₂]_p-СХ₃ или -С_рН_аF_b,в указанных группах Х обозначает атом галогена, предпочтительно, атом хлора или фтора; р обозначает число, изменяющееся в интервале от 1 до 10, b число, изменяющееся от 3 до 21, и a+b=2p+1.

В случае, когда х больше 1, две группы R, находящиеся на двух соседних атомах углерода, могут быть связаны между собой алкиленовой, алкениленовой или алкенилиденовой группой с образование5м насыщенного, ненасыщенного или ароматического цикла, содержащего от 5 до 7 атомов, образуя таким образом бицикл. Примерами предпочтительных бициклических структур являются следующие:

Соединения, которые особенно хорошо пригодны для осуществления способа получения согласно изобретению, отвечают формуле (I)в которой R, одинаковые или разные, обозначают:

- гидроксильную группу,

- алкильную группу, линейную или разветвленную, содержащую от 1 до 6 атомов углерода, предпочтительно, от 1 до 4 атомов углерода, такую как метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил,

- алкенильную группу, линейную или разветвленную, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, предпочтительно, от 2 до 4 атомов углерода, такую как винил, аллил,

- линейную или разветвленную алкоксигруппу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода, предпочтительно, от 1 до 14 атомов углерода, такую как группы метокси, этокси, н-пропокси, изопропокси, н-бутокси, изобутокси, втор-бутокси, трет-бутокси,

- фенильную группу,

- атом галогена, предпочтительно, атом фтора, хлора или брома.

Что касается определения х, х, благоприятно, равно 1 или 2, более предпочтительно, равно 1.

Изобретение, предпочтительно, применяется к соединениям, отвечающим формуле (I), в которой R обозначает алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, и х равно 1, или алкоксигруппу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, и х равно 1.

В качестве иллюстрации соединений, отвечающих формуле (I), можно упомянуть:

- соединения, отвечающие формуле (I), в которой х равно 1, такие как:

пирокатехин

резорцин

о-крезол

м-крезол

2-этилфенол

3-этилфенол

2-пропилфенол

2-втор-бутилфенол

2-трет-бутилфенол

3-трет-бутилфенол

2-метоксифенол (гваякол)

3-метоксифенол

2-этоксифенол(гветол)

2-изопропоксифенол

салициловый альдегид

метилсалицилат

салициловая кислота

2-хлорфенол

3-хлорфенол

3-нитрофенол

4-фенилфенол

- соединения, отвечающие формуле (I), в которой х равно 2, такие как:

2,3-диметилфенол (2,3-ксиленол)

2,5-диметилфенол (2,5-ксиленол)

3,5-диметилфенол (3,5-ксиленол)

2-гидрокси-5-ацетамидобензальдегид

2,3-дихлорфенол

2,5-дихлорфенол

3,5-дихлорфенол

Пирогаллол

- соединения, отвечающие формуле (I), в которой х равно 3, такие как:

2,3,5-триметилфенол

3,5-ди-третбутилфенол

2,3,5-трихлорфенол

- соединения, отвечающие формуле (I), содержащие нафталиновую группу, такие как:

1-нафтол

2-нафтол

1,2-дигидроксинафталин

1,5-дигидроксинафталин

2,3-дигидроксинафталин

2,6-дигидроксинафталин

2,7-дигидроксинафталин

6-бром-2-нафтол

- соединения, отвечающие формуле (I), содержащие цепочку бензольных колец:

2-феноксифенол

3-феноксифенол

Среди списка вышеупомянутых соединений замещенными фенолами, применяемыми предпочтительно, являются: о-крезол, м-крезол, 3-этилфенол, 2-трет-бутилфенол, гваякол, гветол.

Соединениями, к которым предпочтительно применяется способ получения ароматического соединения, несущего по меньшей мере одну миндальную группу, согласно изобретению, являются гваякол и гветол.

В соответствии со способом получения согласно изобретению, проводят реакцию конденсации по меньшей мере одного из указанных ароматических соединений, описанных выше, с глиоксиловой кислотой или ее производными. Глиоксиловая кислота, применяемая в реакции конденсации, может быть использована во всех ее формах, в частности, в форме твердого вещества или в растворенной форме в водном растворе. Благоприятно, применяют глиоксиловую кислоту в форме моногидрата (СНО-СО₂Н, Н₂О). Под производными глиоксиловой кислоты понимают, в частности, сложные эфиры глиоксиловой кислоты, такие как метиловый и этиловый эфиры глиоксиловой кислоты.

Разумеется, что щелочные соли глиоксиловой кислоты, в частности, глиоксилат натрия, не включены среди производных глиоксиловой кислоты согласно настоящему изобретению. Глиоксилаты щелочного металла получают обычно реакцией гликсиловой кислоты со щелочным основанием в водной среде. Однако, процесс согласно изобретению проводят в отсутствие добавляемого основания. Применение соли глиоксиловой кислоты требует проведения стадий нейтрализации с применением сильной кислоты и генерирует значительное количество солей.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, реакцию конденсации проводят без катализатора. В этом случае реакцию, предпочтительно, осуществляют в отсутствие растворителя. В качестве реагента может быть использован моногидрат глиоксиловой кислоты.

Согласно другому варианту осуществления, способ получения ароматического соединения, несущего по меньшей мере одну миндальную группу –СНОН-СООН, согласно изобретению осуществляют, благоприятно, в присутствии по меньшей мере одного катализатора. Указанный катализатор добавляют в реакционную среду в каталитическом количестве. Указанный каталитический процесс может протекать за счет гомогенного катализа или гетерогенного катализа, предпочтительно, за счет гомогенного катализа. Его осуществляют в присутствии по меньшей мере одного катализатора, предпочтительно, выбранного в группе, образованной соединениями на основе переходных и редкоземельных металлов, цеолитов, глин, фосфата лантана (LaPO₄), оксидов металлов, в частности, оксидов щелочноземельных металлов, гидроксидов металлов. Катализаторы на основе переходных металлов выбирают, предпочтительно, среди комплексных соединений переходных металлов, имеющих в своем составе кислородсодержащие лиганды. Предпочтительными переходными металлами являются железо и медь. Равным образом, может быть использован цинк. Весьма выгодными катализаторами, применяемыми для осуществления способа получения согласно изобретению, являются ацетат железа (II)(Fe(OAc)₂) и ацетат железа (III)(Fe(OAc)₃), ацетат меди (II)(Cu(OAc)₂), ацетилацетонат железа (II)(Fe(асас)₂) и ацетилацетонат железа (III)(Fe(асас)₃), ацетилацетонат меди (II)(Cu(асас)₂) и ацетилацетонат меди(III)(Cu(асас)₃) и их смеси. Глиоксилат и трифлаты равным образом выгодно используют в качестве кислородсодержащих лигандов.

Катализатор может представлять собой комплексное соединение, образованное переходным металлом, предпочтительно, железом или медью, и, по меньшей мере, одним глиоксилатным лигандом. Это комплексное соединение может быть образовано in situ, когда катализатор на основе переходного металла контактируют с реакционной средой, содержащей глиоксиловую кислоту. Альтернативно, это комплексное соединение может быть получено перед реакцией конденсации. Способ согласно изобретению может содержать предварительную стадию перед реакцией конденсации, которая заключается в смешивании соединения на основе переходных металлов с глиоксиловой кислотой. Эту смесь затем контактируют с по меньшей мере одним ароматическим соединением в реакции конденсации согласно изобретению.

Обычно, каталитическое соединение может быть образовано in situ во время реакции конденсации. В связи с этим термин катализатор может включать также, в более широком смысле, предшественники этих каталитических соединений.

По способу получения согласно изобретению реакцию конденсации проводят по существу в отсутствие любой кислоты и любого основания, отличных от тех, которые образованы реагентами и катализатором, то есть никакой кислоты и никакого основания по существу не вводят в реакционную среду других, чем кислоты и основания, образованные реагентами и катализатором. По существу, в том, что касается введения основания, следует напомнить, что отношение основание/∑(кислот, присутствующих в реакционной среде) меньше 10% мол., предпочтительно, меньше 5% мол. По существу, в том, что касается введения кислоты, следует напомнить, что отношение ∑ кислоты(от)/реагенты, в частности, отношение ∑ кислоты(от)/(ароматическое соединение+глиоксиловая кислота или ее производные) меньше 10% мол., предпочтительно, меньше 5% мол. Предпочтительно, реакцию конденсации проводят в отсутствие любой кислоты и любого основания, отличных от тех, которые образованы реагентами и катализатором, то есть никакую кислоту и никакое основание не вводят в реакционную среду других чем кислоты и основания, образованные реагентами и катализатором. Предпочтительно, реакционная среда не содержит минерального основания или органического основания, и, предпочтительно, реакционная среда не содержит NaOH, КОН или гидроксида аммония.

В соответствии со способом получения ароматического соединения, несущего, по меньшей мере, одну миндальную группу, согласно изобретению реакцию конденсации осуществляют в жидкой фазе или в фазе жидкость-твердое вещество. Указанную реакцию осуществляют в присутствии или в отсутствие растворителя.

Согласно одному варианту осуществления реакцию проводят в отсутствие растворителя. В этом случае в качестве реагента может быть использован моногидрат гликсиловой кислоты. Вода, которая может выделяться моногидратом глиоксиловой кислоты, не может рассматриваться в качестве растворителя в той мере, в которой ее количество является пренебрежимо малым. Моногидрат глиоксиловой кислоты является твердым веществом вплоть до приблизительно 50°С. Температура реакции конденсации может, благоприятно, находиться в интервале от 30°С до 80°С, предпочтительно, от 40°С до 60°С, еще более предпочтительно, от 45°С до 50°С, и реакционная среда, предпочтительно, находится при перемешивании в течение всей продолжительности реакции, чтобы обеспечить достаточную гомогенизацию среды.

Согласно другому варианту осуществления, реакцию проводят в присутствии растворителя. Когда ее осуществляют в присутствии растворителя, указанный растворитель представляет собой, например, воду, спирт, в частности этиловый спирт, ароматический углеводород, такой как ксилол, или смесь вода-спирт, например, смесь вода-этанол, или ионную жидкость, например, ионную жидкость, выбранную среди солей четвертичного аммония (например, солей тетрабутиламмония), солей фосфония (например, солей тетрабутилфосфония), солей имидазолия (например, солей 1-алкил-2,3-диметилимидазолия, солей 1-алкил-3-метилимидазолия) и солей пиридиния (например, солей 1-алкилпиридиния).

Реакция конденсации заключается во введении в реакцию глиоксиловой кислоты или ее производных с по меньшей мере одним ароматическим соединением, таким как определенное выше. Молярное соотношение между ароматическим соединением и глиоксиловой кислотой или ее производными изменяется, предпочтительно, в интервале от 0,1 до 4,0, более предпочтительно, от 0,5 до 2 и, еще более предпочтительно, оно близко к 1 (то есть находится в интервале от 0,9 до 1,1), так что эквимолярное соотношение между указанным ароматическим соединением и глиоксиловой кислотой или ее производными исключает рециркуляцию одного или другого из указанных реагентов.

Когда реакция конденсации осуществляется посредством гомогенного катализа, количество применяемого катализатора, выражаемое соотношением между числом молей катализатора и числом молей глиоксиловой кислоты (или ее производных) или ароматического соединения (которое вводят в значительно меньшем количестве, то есть лимитирующий реагент), выбирают, благоприятно, в интервале от 0,5 до 30%, весьма выгодно, от 0,5 до 10%, предпочтительно, от 1 до 3%.

Когда реакция конденсации осуществляется посредством гетерогенного катализатора, количество применяемого катализатора, выражаемое массовым соотношением между массой катализатора и массой реакционной среды, выбирают, благоприятно, в интервале от 0,5 до 10%, предпочтительно, от 1 до 3%.

Температуру реакции конденсации выбирают, благоприятно, от 0°С до 100°С, предпочтительно, от 15°С до 80°С.

Продолжительность реакции конденсации находится в интервале от 1 минуты до 24 часов. Реакционную среду, предпочтительно, поддерживают при перемешивании в течение всей продолжительности реакции.

Реакцию конденсации проводят под давлением или при атмосферном давлении, в воздухе или в контролируемой атмосфере инертных газов, предпочтительно, азота или, возможно, благородных газов, в частности, аргона. Предпочтительно, выбирают воздух.

Способ получения ароматических соединений, несущих по меньшей мере одну миндальную группу согласно изобретению может быть осуществлен прерывисто, полунепрерывно или непрерывно.

Реакция конденсации может быть проведена в реакторах различных типов, например, в трубчатом реакторе (поршневой реактор проточного типа) или в каскаде реакторов идеального смешения.

Предпочтительный вариант способа получения ароматического соединения, несущего по меньшей мере одну миндальную группу, заключается в осуществлении реакции конденсации глиоксиловой кислоты с гваяколом или реакции конденсации глиоксиловой кислоты с гветолом или реакции конденсации глиоксиловой кислоты с гваяколом и гветолом. В двух первых случаях реакция конденсации приводит к получению п-гидроксиминдальной кислоты, замещенной в орто-положении относительно гидроксильной группы, соответственно, метоксигруппой (конденсация глиоксиловой кислоты с гваяколом) и этоксигруппой (конденсация глиоксиловой кислоты с гветолом). В третьем случае реакция конденсации глиоксиловой кислоты с гваяколом и гветолом приводит к совместному получению п-гидроксиминдальной кислоты, замещенной в орто-положении относительно гидроксильной группы, метоксигруппой и п-гидроксиминдальной кислоты, замещенной в орто-положении относительно гидроксильной группы, этоксигруппой.

Один вариант осуществления способа получения согласно изобретению заключается, благоприятно, во введении глиоксиловой кислоты и катализатора к указанному(ым) ароматическому(им) соединению(ям). Реакционную среду подвергают перемешиванию в течение времени и при температуре, выбранных указанных выше интервалах. Реакционная среда, полученная в результате реакции конденсации содержит миндальное(ые) ароматическое(ие) соединение(ия) в форме кислоты или в форме сложного эфира миндальной кислоты, когда в качестве реагента применяют сложный эфир глиоксиловой кислоты. Указанная реакционная среда по существу свободна от соли, предпочтительно, полностью свободна от соли.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, осуществляют разделение продуктов, полученных в результате конденсации. По окончании реакции конденсации выделяют полученное(ые) миндальное(ые) ароматическое(ие) соединение(я), предпочтительно, п-гидроксиминдальную кислоту, из реакционной смеси обычными методами разделения, в частности, кристаллизацией или экстракцией при помощи соответствующего органического растворителя.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способа согласно изобретению, заключающемуся в применении по меньшей мере замещенного фенола формулы (I), пара-положение которого является свободным (то есть не замещенным), в качестве ароматического соединения для осуществления указанной реакции конденсации, замещенное(ые) гидроксиминдальное(ые) соединение(я), полученное(ые) в результате указанной реакции конденсации может(гут) быть представлено(ы) следующей формулой:

В указанной формуле (II), R и x имеют значения, данные для формулы (I).

Ароматические соединения, несущие по меньшей мере одну миндальную группу, полученные способом согласно изобретению, являются особенно интересными, так как они являются промежуточными продуктами, позволяющими, кроме того, получить восстановлением арилуксусные кислоты, предпочтительно, гидроксиарилуксусные кислоты, или окислением арилглиоксиловые кислоты (=арил-α-оксоуксусные), предпочтительно, гидроксиарилглиоксиловые (=гидроксиарил-α-оксоуксусные) или ароматические альдегиды, предпочтительно, гидроксиароматические альдегиды.

Другим объектом изобретения является, таким образом, способ получения ароматического(их) альдегида(ов), включающий в себя реакцию конденсации, такую, как описанная выше в настоящем описании, приводящую к получению миндального(ых) соединения(ий), и последующую реакцию окисления указанног(ых) миндального(ых) соединения(ий). Более предпочтительно, когда указанное ароматическое соединение, используемое в указанной реакции конденсации, представляет собой замещенный фенол формулы (I), в котором пара-положение является свободным, в частности, объектом изобретения является способ получения 4-гидроксиароматического альдегида. Более специфическим образом, объектом изобретения является способ получения ванилина (ВА (VA)или 4-гидрокси-3-метоксибензальдегида) и/или этилванилина (ЭВА (EVA) или 3-этокси-4-гидроксибензальдегида).

Термин «окисление» понимается здесь как декарбоксилирующее окисление в той мере, в которой оно включает в себя отщепление карбоксилатной группы, образующей диоксид углерода.

Реакцию окисления, используемую для реализации способа получения ароматического альдегида согласно изобретению, осуществляют, предпочтительно, в присутствии кислорода или воздуха. Указанную реакцию окисления проводят при атмосферном давлении или под давлением. Ее осуществляют либо с добавлением щелочного агента, либо без добавления щелочного агента. Предпочтительно, ее осуществляют без добавления щелочного агента, то есть никакого основания не вводят в реакционную среду, подвергаемую реакции окисления. Указанную реакцию окисления обычно осуществляют в присутствии растворителя, который может быть органическим или водным. Предпочтительно, в качестве растворителя используют воду. Можно также использовать в качестве растворителя ионную жидкость. Предпочтительными ионными жидкостями являются ионные жидкости, уже упомянутые выше для осуществления реакции конденсации. Тем не менее, присутствие растворителя не является необходимым. Ее проводят при температуре, предпочтительно, находящейся в интервале от 10 до 200°С. В результате указанной реакции окисления обычно получают неочищенную водную реакционную среду, содержащую указанный(ые) ароматический(ие) альдегид(ы).

Указанную реакцию окисления проводят в присутствии катализатора, выбранного среди производных хрома, кобальта, меди, ванадия, марганца, железа, никеля и осмия. Предпочтительно, выбирают производные ванадия и меди, предпочтительно, катализатор, применяемый для осуществления указанной реакции окисления, представляет собой метаванадат аммония (NH₄VO₃)или оксид ванадия V₂O₅.

Реакция окисления может быть осуществлена прерывисто, полунепрерывно или непрерывно. Она может быть проведена в реакторах различного типа, например, в трубчатом реакторе (проточный поршневой реактор) или в каскаде реакторов идеального смешения.

Предпочтительный вариант осуществления способа получения ароматического альдегида согласно настоящему изобретению заключается во введении воды в реакционную среду, образующуюся в результате указанной реакции конденсации, причем указанная среда была, или не была, предварительно разделена, нагреве полученной водной среды до температуры, находящейся в интервале от 10 до 200°С, введении в нее катализатора окисления и продувания кислорода или воздуха через указанную смесь при атмосферном давлении или под давлением.

Другой предпочтительный вариант осуществления способа получения ароматического альдегида согласно настоящему изобретению заключается в осуществлении в одну стадию («one pot»), то есть в том же самом реакторе, реакций конденсации и окисления. Первый вариант осуществления в одну стадию («one pot») заключается в осуществлении указанной реакции конденсации, затем в добавлении катализатора окисления в реакционную среду, как только указанная реакция конденсации была завершена. Второй вариант осуществления в одну стадию («one pot») заключается в приведении в контакт указанного(ых) ароматического(их) соединения(й) с глиоксиловой кислотой или ее производными в реакционной среде, содержащей по меньшей мере один катализатор, обеспечивающий катализ реакций конденсации и окисления, например, катализатор конденсации и катализатор окисления, причем указанные катализаторы конденсации и окисления, предпочтительно, выбраны среди катализаторов, детально описанных выше в настоящем описании. Указанный второй вариант может быть также осуществлен в присутствии одного катализатора, который одновременно обеспечивает катализ реакции конденсации и затем катализ реакции окисления.

В результате указанной реакции окисления получают ароматический(е) альдегид(ы) в водной среде с различными примесями. Чтобы выделить ароматический(е) альдегид(ы) из неочищенной водной реакционной среды, полученной в результате реакции окисления, предпочтительно, приступают к экстракции указанного(ых) ароматического(их) альдегида(ов) при помощи органического растворителя. Указанный органический растворитель растворяет указанный(ые) ароматический(е) альдегид(ы), присутствующий(е) в водной среде. Предпочтительно, прибегают к органическому растворителю, который будет инертным по отношению к ароматическому(им) альдегиду(ам). В качестве растворителей, которые могут быть использованы, можно назвать, в частности, алифатические, циклоалифатические, ароматические галогенированные или негалогенированные углеводороды; спирты; простые эфиры, кетоны и нитрилы. В частности, в качестве алифатических, циклоалифатических или ароматических углеводородов упоминают гептан, циклогексан, метилциклогексан, бензол, толуол; в качестве галогенированных алифатических, циклоалифатических или ароматических углеводородов – дихлорметан, трихлорметан, дихлорэтан, хлорбензол, дихлорбензолы; в качестве спиртов – метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол; в качестве простых эфиров – диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, метилтретбутиловый эфир; в качестве кетонов – ацетон, метилацетон, метилизобутилкетон, диизобутилкетон; в качестве нитрилов – ацетонитрил. Можно применять смесь указанных растворителей. Операцию экстракции осуществляют при температуре, которая зависит от природы растворителя.

Чтобы выделить ароматический(ие) альдегид(ы) из экстрагирующего растворителя, можно осуществить разделение перекристаллизацией, но, предпочтительно, осуществляют дистилляцию указанной смеси, позволяющую получить , например, в верхней части дистилляционной колонны экстрагирующий растворитель (если он представляет собой самое летучее соединение в смеси), и, например, в нижней части дистилляционной колонны указанный(ые) ароматический(ие) альдегид(ы), а именно, смесь, содержащую по существу указанный(ые) ароматический(ие) альдегид(ы) в сочетании с тяжелыми примесями и небольшими количествами легких примесей. По поводу этой стадии ссылаются, в частности, на способ, описанный в заявке на патент WO 2010/007161. Используемый органический растворитель, предпочтительно, рециркулируют.

Возможно, ароматический(е) альдегид(ы) может(гут) быть очищен(ы), чтобы кондиционировать его в форме твердого вещества. Предпочтительно, ароматический(е) альдегид(ы), очищают предпочтительно, дистилляцией с последующей кристаллизацией (с использованием одного или нескольких растворителей или методом отслаивания), например, согласно следующим стадиям:

- растворение указанного(ых) ароматического(их) альдегида(ов) в смеси вода-спирт (например, метанол или этанол;

- кристаллизация в вакууме;

- прерывистое обезвоживание;

- сушка указанного(ых) ароматического(их) альдегида(ов) при температуре в интервале от 25°С до температуры, ниже температуры плавления указанного(ых) ароматического(их) альдегида(ов), предпочтительно, в атмосфере инертного газа (типично, азота).

Можно иметь в виду несколько вариантов кристаллизации: например, периодическую кристаллизацию (batch)охлаждением, или непрерывную кристаллизацию, например, в вакууме.

Другим объектом настоящего изобретения, независимым от других объектов, описанных перед этим в настоящем описании, является способ получения ароматического(их) альдегида(ов) окислением соответствующего(их) миндального(ых) производного(ых), причем указанную реакцию окисления проводят в присутствии по меньшей мере одного окислителя и по меньшей мере одного катализатора и, по существу, в отсутствие любой кислоты или любого основания, добавляемой(ого) в реакционную среду, подвергаемую указанной реакции окисления.

В соответствии со способом получения ароматического(их) альдегида(ов) окислением согласно изобретению под термином «миндальное производное» подразумевают ароматическое соединение, в котором по меньшей мере один атом водорода, непосредственно связанный с ароматическим кольцом, замещен гликолевой группой формулы -СНОН-СООН. Более конкретно, под термином «миндальное производное» подразумевают ароматическое соединение, в котором по меньшей мере два атома водорода, непосредственно связанных с ароматическим кольцом, замещены: один – гидроксильной группой, другой – гликолевой группой -СНОН-СООН. Указанное(ые) миндальное(ые) производное(ые) отвечает(ют), предпочтительно, формуле (II), раскрытой выше в настоящем описании. Его(их) получают конденсацией по меньшей мере одного ароматического соединения с глиоксиловой кислотой или ее производными. Указанное ароматическое соединение выбирают, предпочтительно, среди ароматических соединений, описанных выше в настоящем описании. Указанную реакцию конденсации осуществляют в присутствии кислоты или основания, или, по существу, в отсутствие любой кислоты или любого основания, добавляемой(ого) в реакционную среду. Под термином «по существу» подразумевают то же самое максимальное количество кислоты или основания, уточненное выше в настоящем описании. Указанную реакцию окисления проводят в присутствии катализатора, выбранного, предпочтительно, среди производных хрома, кобальта, меди, ванадия, марганца, железа, никеля и осмия. Предпочтительно, выбирают производные ванадия и меди и, предпочтительно, катализатор, применяемые для осуществления указанной реакции окисления, представляет собой метаванадат аммония (NH₄VO₃) или оксид ванадия V₂O₅. Обычно, каталитическое соединение может быть образовано in situ во время реакции. В связи с этим, термин катализатор может также включать в себя, более широко, предшественники этих каталитических соединений. Операционные условия для осуществления указанной реакции окисления являются, в частности, теми же, что описанные в заявке на патент WO2008/148760.

Другим объектом настоящего изобретения, независимым от других объектов, описанных перед этим в настоящем описании, является применение катализатора, выбранного среди комплексных соединений переходных металлов, имеющих в своем составе кислородсодержащие лиганды, соединений на основе редкоземельных элементов, цеолитов, глин, фосфатов лантана, оксидов металлов и гидроксидов металлов, при осуществлении реакции конденсации, в которой органическое соединение и карбонилсодержащее соединение вводят в контакт по существу в отсутствие любой кислоты или любого основания, добавляемой(ого) в реакционную среду, при этом указанная реакция конденсации не вызывает одновременного образования простой молекулы.

В соответствии с применением согласно изобретению, указанное органическое соединение представляет собой ароматическое соединение, выбранное среди замещенных бензолов, фенола и замещенных фенолов, гетероциклических ароматических соединений, ароматических полициклических соединений. Указанные ароматические соединения, описанные выше в настоящем описании, являются подходящими для указанного применения. Указанное карбонилсодержащее соединение содержит, обычно, или альдегидную группу или кетогруппу. Указанные комплексные соединения металлов применяют или в виде нанесенных на подложку, или в виде не нанесенных на подложку. Различные комплексные соединения металлов, упомянутые выше в настоящем описании, являются подходящими для того, чтобы катализировать указанную реакцию конденсации.

Указанная реакция конденсация, осуществляемая для применения согласно изобретению, родственна реакции присоединения указанного органического соединения к указанному карбонилсодержащему соединению. Указанная реакция приводит к получению указанного продукта присоединения без одновременного образования простой молекулы, такой как вода, соляная кислота, уксусная кислота, метанол или сероводород.

Изобретение будет более подробно объяснено при помощи примеров, следующих ниже, которые приведены для иллюстрации и не носят ограничительного характера.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: получение ароматических соединений, несущих по меньшей мере одну миндальную группу, реакцией конденсацииглиоксиловой кислоты на ароматическом соединении.

В реактор объемом 50 мл, снабженный температурным зондом и механической мешалкой, вводят определенное количество ароматического соединения, которое нагревают до температуры, фигурирующей в таблице 1. Когда в реакторе достигали заданной температуры, вводили определенное количество моногидрата глиоксиловой кислоты в форме твердого вещества и каталитическое количество Fe(acac)₃, то есть количество, составляющее 2,5% мол. по отношению к лимитирующему реагенту. В этом примере принимают во внимание, что указанное ароматическое соединение и глиоксиловая кислота использованы в эквимолярном сосотношении, количество Fe(acac)₃таково, что оно как угодно составляет 2,5% мол. по отношению к одному или другому из указанных двух реагентов.

Поддерживали реакционную смесь при перемешивании магнитной мешалкой при желаемой температуре в течение времени, изменяющегося в интервале от 1 до 22 часов. По окончании реакции проводили количественное определение продуктов реакции конденсации методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Конверсия ароматического соединения соответствовала соотношению между числом молей израсходованного ароматического соединения и числом молей введенного ароматического соединения.

Выход миндального соединения соответствовал соотношению между числом молей образовавшегося миндального соединения и числом молей одного или другого из реагентов.

Пример 2

В реактор объемом 25 мл, снабженный температурным зондом и механической мешалкой и нагреваемый на водяной бане при 50°С, вводили 1,5 ммоль гваякола и 1,5 ммоль моногидрата глиоксиловой кислоты. В этом опыте не добавляли никакого катализатора. Поддерживали реакционную смесь при перемешивании магнитной мешалкой при 60°С в течение 1 часа.

По окончании реакции проводили количественное определение продуктов реакции конденсации методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Конверсия гваякола составляла 52%. А выход миндального соединения был равен 30%.

Пример 3

В реактор объемом 25 мл, снабженный температурным зондом и механической мешалкой и нагреваемый на водяной бане, вводили 1,5 ммоль гваякола, 1,5 ммоль моногидрата глиоксиловой кислоты и 1% мол. катализатора. Поддерживали реакционную смесь при перемешивании магнитной мешалкой при желаемой температуре в течение 1 часа.

По окончании реакции проводили количественное определение продуктов реакции конденсации методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Полученные результаты представлены в таблице, следующей ниже.

Пример 4

Ванилилминдальную кислоту (1 моль/л) вводили в открытую колбу объемом 8 мл, содержащую катализатор и растворитель, при перемешивании магнитной мешалкой. Концентрация катализатора составляла 1% мол., по отношению к числу молей ванилилминдальной кислоты. Реакцию проводили при 80°С в течение 15 часов.

Полученные выходы ванилина, в зависимости от используемого катализатора и растворителя, представлены в таблице, следующей ниже.

Пример 5

Ванилилминдальную кислоту (0,1 моль/л) вводили в реактор, содержащий катализатор (NH₄VO₃) и растворитель (вода), при перемешивании под давлением О₂. Концентрация катализатора составляла 2,5% мол. по отношению к числу молей ванилилминдальной кислоты. Реакцию проводили при 80°С и давлении 7 бар в течение 180 минут. Выход превращения ванилилминдальной кислоты был равен 100%, а выход ванилина составлял 93%.

Реферат

Изобретение относится к способу получения ароматического(их) соединения(ий), несущих по меньшей мере одну миндальную группу –СНОН-СООН, включающему в себя реакцию конденсации по меньшей мере одного фенола или замещенного фенола с моногидратом глиоксиловой кислоты (СНО-СОН, НО), причем указанную реакцию конденсации осуществляют, по существу, в отсутствие какой-либо кислоты или какого-либо основания, добавляемой(ого) в реакционную среду, в котором указанные замещенные фенолы отвечают следующей формуле (I), где в указанной формуле: R обозначает один или несколько заместителей, одинаковых или разных, х, число заместителей на цикле, представляет собой целое число в интервале от 1 до 4, когда х больше 1, две группы R, находящиеся на двух соседних атомах углерода, вместе с атомами углерода, которые их несут, могут образовывать насыщенный, ненасыщенный или ароматический цикл, содержащий от 5 до 7 атомов и содержащий, возможно, один или несколько гетероатомов. За реакцией конденсации следует реакция окисления с образованием ароматического альдегида. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Формула