Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-КЕТО-L-ГУЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ ОКИСЛЕНИЕМ L- СОРБОЗЫ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-КЕТО-L-ГУЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ ОКИСЛЕНИЕМ L- СОРБОЗЫ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-КЕТО-L-ГУЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ ОКИСЛЕНИЕМ L- СОРБОЗЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: 2-Keто-L-гулоновую кислоту получают путем окисления сорбозы на гетерогенном платинасодержащем катализаторе. Процесс проводят в щелочной среде с эквимолярным содержанием NaHCO3 при интенсивном перемешивании и барботаже окислительного агента. В качестве катализатора используют полимерный платинасодержащий катализатор, полученный введением платины в сверхсшитый полистирол в количестве 20-52 г/л. Содержание платины в катализаторе составляет 2-4%. В качестве окислительного агента используют чистый кислород, который барботируют со скоростью 440-450 мл/мин. Реакцию проводят при концентрации сорбозы 0,22-0,44 моль/л, температуре 60-80°С и интенсивности перемешивания 900-1000 об./мин. Способ обеспечивает получение 2-кето-L-гулоновой кислоты с высоким выходом. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2170227
Класс(ы) патента: C07C59/215
Номер заявки: 99111537/04
Дата подачи заявки: 01.06.1999
Дата публикации: 10.07.2001
Заявитель(и): Тверской государственный технический университет
Автор(ы): Сульман Э.М.; Лакина Н.В.; Матвеева В.Г.; Валецкий П.М.; Бронштейн Л.М.; Даванков В.А.; Цюрупа М.П.; Сидоров С.Н.; Кирсанов А.Т.; Сидоров А.И.; Сульман М.Г.
Патентообладатель(и): Тверской государственный технический университет
Описание изобретения: Изобретение относится к органической химии, а именно к способам окисления кетоз. Получаемый продукт является промежуточным в синтезе витамина C. 2-кето-L-гулоновую кислоту получают жидкофазным окислением:

Известен способ окисления сорбозы на 10% Pd/C кислородом воздуха в водной щелочной среде со следующим содержанием компонентов: сорбозы - 5 г, NaHCO3 - 3.5 г, Pd/C (10%) - 1 г, воды - 50 мл. Скорость барботажа 3 л/мин. Реакция проводится при 70oC и атмосферном давлении. Длительность процесса составляет 5-6 ч, а выход кетогулоновой кислоты - 53% (Lengyel-Meszaros A., Losonezi B. , Petro J. , et al. The Catalytic Oxidation of Sorbose// Acta Chimica Academiae Scientiarum Hungaricae. -1978, V. 97. -P. 213-220).
Недостатком этого способа является низкая селективность при длительном ведении процесса, а также высокое содержание паладия в катализаторе Pd/C. Кроме того, не приведены данные по стабильности используемого катализатора. Все это указывает на ограниченное применение такого способа окисления на практике.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения 2-кето-L-гулоновой кислоты на гетерогенном катализаторе - 5% Pt, 3% PbCO3/C в водной щелочной среде - pH 7-8 со следующим содержанием компонентов: сорбозы - 60 г, NaHCO3 - эквимолярное количество, 5% Pt, 3% PdCO3/C - 25 г, воды - 1000 мл, со скоростью барботажа окислительного агента 200 мл/мин при интенсивном перемешивании со скоростью 500 об./мин, при 40oC и атмосферном давлении. Длительность процесса 2,5 ч. Выход 2-кето-L-гулоновой кислоты составил 87%.
Недостатком этого способа является низкий выход 2-кето-L-гулоновой кислоты при значительном содержании платины в катализаторе, что приводит к его удорожанию (Патент США N 4599446, МПК6 C 07 C 51/235, C 07 C 59/125, 1986 г. ).
Задачей изобретения является разработка условий проведения процесса окисления сорбозы до 2-кето-L-гулоновой кислоты в присутствии катализатора на основе сверхсшитого полистирола, в порах которого содержатся наночастицы платины. Решение поставленной задачи позволит в дальнейшем увеличить выход полупродукта в синтезе витамина C, а также удешевить используемый катализатор за счет возможности его циклического применения.
Технический результат изобретения - получение 2-кето-L-гулоновой кислоты с высоким выходом.
Поставленная задача достигается тем, что способ получения 2-кето-L-гулоновой кислоты окислением сорбозы на гетерогенном платинасодержащем катализаторе осуществляют в водно-щелочной среде с эквимолярным содержанием NaHCO3 при интенсивном перемешивании и барботаже окислительного агента, согласно изобретению в качестве катализатора используют полимерный платинасодержащий катализатор, полученный введением платины в сверхсшитый полистирол, в качестве окислительного агента используют чистый кислород, а реакцию окисления проводят при концентрации сорбозы 0.22-0.44 моль/л и 60-80oC. Кроме того, полимерный платинасодержащий катализатор берут в количестве 20-52 г/л, при этом содержание платины в нем составляет 2-4%. Преимущественно, скорость подачи окислительного агента составляет 440-450 мл/мин, а интенсивность перемешивания - 900-1000 об./мин.
При уменьшении температуры окисления ниже 60oC происходит замедление процесса окисления, а при обратном изменении температуры увеличивается содержание побочных продуктов. Изменение соотношения концентрации катализатора и сорбозы как в большую, так и в меньшую стороны от оговоренных интервалов ведет к уменьшению выхода 2-кето-L-гулоновой кислоты. Применение для процесса других каталитических систем с различным содержанием Pt возможно (например: Pt/Al2O3, Pt/SiO2 СПС-Pt-метанол), однако в случае их использования не удается достичь достаточно высокой приведенной скорости процесса. Платинасодержащий полимерный контакт остается стабильным в течение 30-50 реакционных циклов. Использование в качестве окислительного агента чистого кислорода позволяет существенно интенсифицировать химическую реакцию, что является невозможным при применении кислорода воздуха. При понижении интенсивности перемешивания ниже 900 об./мин также происходит замедление процесса окисления, а повышение свыше 1000 об./мин не дает никакого положительного эффекта.
Полимерный платинасодержащий катализатор синтезируют путем введения гексахлоридаплатината водорода (H2PtCl6) в сверхсшитый полистирол. Процесс осуществляется в среде тетрагидрофурана.
В пробирку Шленка, снабженную резиновым септумом, помещают 5 г сверхсшитого полистирола и вакуумируют при 1 мм рт.ст. в течение 30 мин, затем заполняют аргоном. Навеску H2PtCl2 растворяют в 20 мл тетрагидрофурана. 10 мл раствора H2PtCl6 помощью шприца через септум вводят в пробирку сверхсшитый полистирол и оставляют набухать на 1 ч. Затем откачивают растворитель в вакууме (1 мм рт.ст.) в течение суток. После этого вводят оставшиеся 10 мл и повторяют процедуру.
Полученный образец сушат в течение 3 суток в вакууме (1 мм рт.ст.), при этом цвет сверхсшитого полистирола меняется с желтого на черный. Содержание активной фазы (платины) - 2-4%. Катализатор хранят при комнатной температуре в бюксах и используют в окислении сорбозы до 2-кето-L-гулоновой кислоты.
Способ получения 2-кето-L-гулоновой кислоты окислением сорбозы включает проведение процесса в водно-щелочной среде с эквимолярным содержанием NaHCO3 при непрерывном перемешивании с интенсивностью 1000 об./мин на гетерогенном полимерном платиновом катализаторе (2-4% Pt) в количестве 20-52 г/л, остающегося стабильным в течение 30-50 реакционных циклов, при концентрации сорбозы 0.22-0.44 моль/л, 60-80oC, когда в качестве окислительного агента используется чистый кислород, скорость барботажа которого составляет 440-450 мл/мин.
Для пояснения способа получения 2-кето-L-гулоновой кислоты приведен чертеж, на котором изображена установка для проведения процесса окисления сорбозы до 2-кето-L-гулоновой кислоты (общий вид).
Установка окисления состоит из реактора 1, снабженного магнитной мешалкой 2, и подключенного к ней лабораторного трансформатора 3. Обратный холодильник 4 присоединяют к штуцеру 5 реактора 1, через штуцер 6 реактора 1 загружают реагенты, а через штуцер 7 осуществляют подвод кислорода из газового баллона 8. Измерение количества подачи кислорода осуществляют ротаметром 9, при этом реактор 1 термостатируют водой, подаваемой с термостата 10. Для введения в реакционную массу подщелачивающего агента в состав установки входит блок автоматического титрования 11, который посредством pH-метра 12, снабженного электродами 13, контролирует и посредством бюретки 14 и закрепленного на ней электромагнитного клапана 15 вводит подщелачивающий агент в реактор 1 через штуцер 16.
Способ осуществляют следующим образом: реактор 1 термостатируют до 60-90oC. Затем через штуцер 6 в него загружают реагенты и необходимый объем воды. Температуру реакционной смеси поддерживают подачей в рубашку реактора 1 из термостата 10. Устанавливают перемешивание реакционной массы подключением магнитной мешалки 2. Затем подают кислород через штуцер 7 из газового баллона 8, скорость барботажа кислорода контролируют ротаметром 9. Интенсивное перемешивание содержимого реактора позволяет вести процесс в кинетической области.
Проведение процесса каталитического окисления сорбозы при описанных условиях обеспечивает селективное ведение процесса и высокий выход 2-кето-L-гулоновой кислоты.
Лучший вариант осуществления способа.
Реактор 1 термостатируют до 60-80oC. Затем через штуцер 6 загружают 0.22-0.44 моль/л сорбозы и 20-52 г/л катализатора, 13 мл воды. Затем отдельно растворяют эквимолярное количество подщелачивающего агента NaHCO3 в 12 мл воды, через штуцер 6 приливают 0,6 мл этого раствора. В дальнейшем через каждые 10 мин в течение 3 ч 20 мин приливают 0,6 мл NaHCO3. Температуру реакционной смеси поддерживают подачей в рубашку реактора 1 из термостата 10. Устанавливают перемешивание реакционной массы подключением магнитной мешалки 2 с количеством оборотов 900-1000 об./мин. Затем подается кислород через штуцер 7 из газового баллона 8, с помощью ротаметра 9 устанавливают скорость 440-450 мл/мин. Выход 2-кето-L-гулоновой кислоты составил 99%.
Пример N 1 получения 2-кето-L-гулоновой кислоты.
Реактор 1 термостатируют до 70-50oC. Затем через штуцер 6 загружают 0.36 моль/л сорбозы и 52 г/л катализатора, 13 мл воды. Затем отдельно растворяют в 12 мл воды 036 моль/л подщелачивающего агента NaHCO3, через штуцер 6 приливают 0.6 мл этого раствора. В дальнейшем через каждые 10 мин в течение 3 ч 20 мин приливают 0.6 мл NaHCO3. Температуру реакционной смеси поддерживают подачей в рубашку реактора 1 из термостата 10. Устанавливают перемешивание реакционной массы подключением магнитной мешалки 2 с количеством оборотов 1000 об./мин. Затем подают кислород через штуцер 7 из газового баллона 8, с помощью ротаметра 9 устанавливают скорость 450 мл/мин. Выход 2-кето-L-гулоновой кислоты составил 98%.
Пример N 2 получения 2-кето-L-гулоновой кислоты.
Реактор 1 термостатируют до 65-500oC. Затем через штуцер 6 загружают 0.36 моль/л сорбозы и 52 г/л катализатора, 13 мл воды. Затем отдельно растворяют в 12 мл воды 0.36 моль/л подщелачивающего агента NaHCO3, через штуцер 6 приливают 0.6 мл этого раствора. В дальнейшем через каждые 10 мин в течение 3 ч 20 мин приливают 0.6 мл NaHCO3. Температуру реакционной смеси поддерживают подачей в рубашку реактора 1 из термостата 10. Устанавливают перемешивание реакционной массы подключением магнитной мешалки 2 с количеством оборотов 1000 об./мин. Затем подают кислород через штуцер 7 из газового баллона 8, с помощью ротаметра 9 устанавливают скорость 450 мл/мин. Выход 2-кето-L-гулоновой кислоты составил 96%.
Пример N 3 получения 2-кето-L-гулоновой кислоты.
Реактор 1 термостатируют до 75oC. Затем через штуцер 6 загружают 0.36 моль/л сорбозы и 52 г/л катализатора, 13 мл воды. Затем отдельно растворяют в 12 мл воды 0.36 моль/л подщелачивающего агента NaHCO3, через штуцер 6 приливают 0.6 мл этого раствора. В дальнейшем через каждые 10 мин в течение 3 ч 20 мин приливают 0.6 мл NaHCO3. Температуру реакционной смеси поддерживают подачей в рубашку реактора 1 из термостата 10. Устанавливают перемешивание реакционной массы подключением магнитной мешалки 2 с количеством оборотов 1000 об./мин. Затем подают кислород через штуцер 7 из газового баллона 8, с помощью ротаметра 9 устанавливают скорость 450 мл/мин. Выход 2-кето-L-гулоновой кислоты составил 97%.
Результаты получения 2-кето-L-гулоновой кислоты реакцией окисления сорбозы приведены в таблице.
Предлагаемый способ можно широко применять в производстве витаминов и лекарственных препаратов, когда в него входит стадия окисления сорбозы до 2-кето-L-гулоновой кислоты, с высоким выходом конечного продукта.
Формула изобретения: 1. Способ получения 2-кето-L-гулоновой кислоты окислением сорбозы на гетерогенном платинасодержащем катализаторе в водно-щелочной среде с эквимолярным содержанием NaHCO3 при интенсивном перемешивании и барботаже окислительного агента, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют полимерный платинасодержащий катализатор, полученный введением платины в сверхсшитый полистирол, в качестве окислительного агента используют чистый кислород, а реакцию окисления проводят при концентрации сорбозы 0,22 - 0,44 моль/л и 60 - 80°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют полимерный платинасодержащий катализатор, полученный введением платины в сверхсшитый полистирол в количестве 20 - 52 г/л.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание платины в полимерном платинасодержащем катализаторе, полученном введением платины в сверхсшитый полистирол, составляет 2 - 4%.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость барботажа окислительного агента составляет 440 - 450 мл/мин.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность перемешивания составляет 900 - 1000 об./мин.