Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2455298

(19)

RU

(11)

2455298

(13)

C1

(51) МПК C07D307/58 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011118289/04, 05.05.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

05.05.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 05.05.2011

(45) Опубликовано: 10.07.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: SU 412176 А, 25.01.1974. SU 1715806 A1, 28.02.1992. WO 91160055 A1, 31.10.1991. JP 00010130079 A, 17.01.1989.

Адрес для переписки:

350072, г.Краснодар, ул. Московская, 2, ГОУ ВПО "КубГТУ", отдел интеллектуальной и промышленной собственности, проректору по НиИД, проф. В.С. Симанкову

(72) Автор(ы):

Яковлев Михаил Михайлович (RU),

Посконин Владимир Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 5-ГИДРОКСИ-2(5Н)-ФУРАНОНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способу получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, который используется в качестве полупродукта для получения каротиноидов, рострегуляторов, гербицидов, ангельментативных, протеиносаждающих фармацевтических препаратов. Способ получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона включает взаимодействие фурфурола с пероксидом водорода в условиях электрохимического анодного синтеза: на графитовых электродах при 25-55°С, силе тока 0,01-0,05 А, напряжении 2-10 В в среде водного раствора перхлората щелочного металла, в присутствии сульфата ванадила, при молярном соотношении фурфурола, пероксида водорода, электролита и сульфата ванадила (0,25-1,0):(0,6-2,6):(0,02-2,0):(0,00015-0,0006) соответственно, с последующим выделением целевого продукта экстракцией этилацетатом. Техническим результатом данного способа является упрощение процесса, повышение экологической и пожарной безопасности, сокращение времени реакции, повышение выхода целевого продукта (до 55%). 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способам получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, который используется в качестве полупродукта для получения каротиноидов, рострегуляторов, гербицидов, ангельментативных, протеиносаждающих фармацевтических препаратов.

Аналогом предлагаемого способа служит известный способ получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона путем окисления фурфурола пероксидом водорода при 20-60°С в присутствии каталитических количеств 2-оксинафтената ванадия и гидрохинона в среде ацетона [авт.св. РФ 1715806, С07D 307/58, 1992].

Недостатками данного способа получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона являются:

- высокая экзотермичность реакции, в связи с чем процесс трудноуправляем и небезопасен, требует специального термостатирования, поэтому не может использоваться в широких, в том числе промышленных масштабах;

- повышенная температура, что также делает процесс небезопасным в связи с легкой воспламеняемостью ацетона;

- использование большого количества токсичного растворителя (ацетона);

- осмоление целевого продукта при его выделении.

Другим аналогом заявляемого способа получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона служит способ, основанный на многостадийном синтезе исходного 4-гидроксииноата. Первоначально производят гидролиз исходного реагента водным раствором гидроксида калия с образованием соответствующей карбоновой кислоты, которую затем окисляют реактивом Джонсона до соответствующей замещенной 4-оксиалкиновой кислоты с последующим каталитическим гидрированием последней катализатором Линдлара и образованием целевого 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона [патент США 9116055, С07D 307/62, 307/36,1991].

Недостатками данного способа получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона являются:

- длительный многостадийный синтез целевого продукта;

- невысокий выход целевого продукта, вследствие потерь при многостадийном синтезе;

- использование реактива Джонсона и катализатора Линдлара, содержащих ядовитые соединения хрома и свинца соответственно.

Наиболее близким к заявленному является способ получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, принятый за прототип, согласно которому фурфурол подвергают электрохимическому окислению на электродах из двуокиси свинца в 1 Н водном растворе серной кислоты, при анодном потенциале 1,5-1,55 В и температуре 15-60°С [авт.св. СССР 412176].

Недостатками данного способа получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона являются:

- длительная предварительная электрохимическая обработка свинцовых электродов, (около 2 ч), для получения на их поверхности необходимой оксидной пленки;

- использование электродов из высокотоксичных свинцовых материалов, загрязняющих целевой продукт, что ограничивает его применение в качестве полупродукта для синтеза фармакологических препаратов;

- небезопасная и агрессивная среда - достаточно концентрированный (20%-ый) водный раствор серной кислоты;

- образование заметного количества смолистых веществ, которые усложняют процесс выделения целевого продукта и снижают его препаративный выход.

Приведенные недостатки значительно ограничивают возможности использования указанных способов получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона и не решают актуальную проблему создания рационального и безопасного способа получения этого важного вещества.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса синтеза, повышение экологической и пожарной безопасности, сокращение времени реакции, повышение выхода целевого продукта (до 55%).

Поставленный технический результат достигается тем, что способ получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона включает взаимодействие фурфурола с пероксидом водорода в условиях электрохимического анодного синтеза: на графитовых электродах при 25-55°С, силе тока 0,01-0,05 А, напряжении 2-10 В в среде водного раствора перхлората щелочного металла, в присутствии сульфата ванадила, при молярном соотношении фурфурола, пероксида водорода, электролита и сульфата ванадила (0,25-1,0):(0,6-2,6):(0,02-2,0):(0,00015-0,0006) соответственно, с последующим выделением целевого продукта экстракцией этилацетатом.

Упрощение способа получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, повышение экологической и пожарной безопасности достигаются благодаря использованию в электрохимическом анодном синтезе графитовых электродов, а также безопасных водных растворов пероксида водорода и перхлоратов щелочных металлов. Подобранные оптимальные условия, температура 25-55°С, сила тока 0,01-0,05 А и напряжение 2-10 В существенно сокращают время технологического процесса данного синтеза. Соблюдение необходимых молярных соотношений фурфурола (0,25-1,0), водных растворов пероксида водорода (0,6-2,6) и перхлоратов щелочных металлов (0,02-2,0), сульфата ванадила (0,00015-0,0006) способствуют повышению выхода целевого продукта.

Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков позволяет достичь заявляемого технического результата.

Заявляемый способ изобретения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона иллюстрируют нижеследующие примеры.

Пример 1.

К 40 мл 0.1 М водного раствора анолита LiClO 4 ·3Н 2 О добавляют 0,05 моль (4,3 мл) фурфурола и 0,29 моль (8,7 мл) 30%-ного водного раствора пероксида водорода. Полученную смесь помещают в анодную ячейку электролизера, снабженную мешалкой. В катодную ячейку помещают 40 мл 0.1 М раствора католита LiClO 4 ·3H 2 O. Электрическую цепь замыкают U-образным электролитическим ключом, заполненным раствором агар-агара в 0,1 М LiClO 4 ·3H 2 O. Используют инертные графитовые электроды квадратной формы сечения, соединенные с регулируемым источником питания постоянного тока при постоянном перемешивании. Реакцию проводят при температуре 50°С, силе тока 0,05 А и напряжении 2 В в течение 4 ч. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, упаривают на 80% от исходного объема и нейтрализуют Nа 2 СО 3 до нейтральной среды. Примеси продуктов некислотного характера извлекают экстракцией CCl 4 . Остаток подкисляют разбавленной НСl до рН около 2, этилацетатом экстрагируют целевой продукт. Полученный экстракт кипятят с активированным углем, отфильтровывают, отгоняют растворитель. Получают 2,15 г 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, т.пл. 52°С. Выход 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона в зависимости от условий электросинтеза и соотношения реагентов представлен в табл.1.

Найдено, %: С 48,00; Н 4,00. Вычислено, %: С 48,08; Н 4,01.

ИК-спектр, см -1 : 1643 (C=C), 1778 и 1806 (С=О сложноэфирной группы , -ненасыщенных -лактонов) и 3300-3400 см -1 (ОН).

ПМР-спектр, , м.д. (в CDCl 3 ): 5.44 уш. с (1Н, ОН), 6.20 д. д (1Н, Н 3 , J 3,4 6, J 3,5 1.2 Гц), 6.24 д. д (1Н, Н 5 , J 5,4 1.2), 7.32 д. д (1Н, Н 4 ).

Масс-спектр, m/z: 100 (М + , 7.1), 99 (7.6), 83 (5.2), 82 (5.7), 72 (23.3), 71 (13.3), 56 (22.9), 55 (100.0), 54 (37.1), 53 (10.5), 46 (4.3), 45 (18.6), 44 (10.0), 43 (8.1).

Контроль за полнотой расходования фурфурола и пероксида водорода осуществляют методами ГЖХ, УФ-спектроскопии и тонкослойной хроматографии на пластинках «Силуфол», подвижная фаза - ацетон: хлороформ: этанол в объемном соотношении 4:2:5.

Таблица 1

Температура реакции, °С

Начальная сила тока, А

Напряжение, В

Мольное соотношение С 4 Н 3 ОСНО:Н 2 O 2 :LiClO 4 ·3H 2 O

Время реакции,* ч

Выход продукта, % от теории

25

0,05

2,0

1,0:1,6:0,2

12

44

40

0,05

2,0

1,0:1,6:0,2

8,0

46

50

0,05

2,0

1,0:1,6:0,2

6,0

48

55

0,05

2,0

1,0:1,6:0,2

5,3

43

25

0,02

2,0

1,0:1,6:0,2

11

44

50

0,02

2,0

1,0:1,6:0,2

5,3

46

50

0,05

5,0

1,0:1,6:0,2

5,5

45

50

0,05

10,0

1,0:1,6:0,2

5,4

43

50

0,05

2,0

0,5:1,6:0,2

8,0

34

50

0,05

2,0

0,25:1,6:0,2

9,0

30

50

0,05

2,0

1,0:2,6:0,2

6,3

35

50

0,01

2,0

1,0:1,6:0,2

5,5

46

50

0,05

2,0

1,0:0,6:0,2

6,0

20

50

0,05

2,0

1,0:1,6:0,02

6,0

36

50

0,05

2,0

1,0:1,6:2,0

6,0

45

Во всех опытах время реакции определялось на момент полного превращения одного из реагентов, находящегося в недостатке, либо (в оптимальных условиях) обоих реагентов.

Пример 2.

Получение 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона осуществляют по методике, приведенной в примере 1, с добавлением каталитических количеств VOSO 4 ·3Н 2 О. Выход 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона в зависимости от присутствия каталитических количеств сульфата ванадила представлен в табл.2.

Таблица 2

Мольное соотношение фурфурол: H 2 O 2 :LiClO 4 ·3H 2 O

VOSO 4 , моль на моль фурфурола

Продолжительность реакции, ч

Выход продукта, % от теории

1,0: 1,6: 0,2

0,00015

4,2

48

1,0: 1,6: 0,2

0,0003

4,0

55

1,0: 1,6: 0,2

0,0006

3,4

52

Пример 3.

Получение 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона осуществляют по методике, приведенной в примере 2, с использованием водных растворов минеральных солей щелочных металлов, представленных в табл.3, в качестве электролитов. Выход 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона в зависимости от использования водных растворов электролитов представлен в табл.3.

Таблица 3

Электролиты

Продолжительность реакции, ч

Выход продукта, % от теории

LiCl

4,1

52

NaCl

4,2

48

КСl

4,4

42

NaClO 4 ·3Н 2 О

4,12

53

KClO 4 ·3Н 2 О

4,3

40

Таким образом, результаты примеров 1 (табл.1), 2 (табл.2), 3 (табл.3) показывают границы использования заявляемого способа и выходы 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона в зависимости от изменения разных параметров электрохимического анодного синтеза.

Формула изобретения

Способ получения 5-гидрокси-2(5Н)-фуранона, характеризующийся взаимодействием фурфурола с пероксидом водорода в условиях электрохимического анодного синтеза: на графитовых электродах при температуре 25-55°С, силе тока 0,01-0,05 А, напряжении 2-10 В в среде водного раствора перхлората щелочного металла, в присутствии сульфата ванадила, при молярном соотношении фурфурола, пероксида водорода, электролита и сульфата ванадила (0,25-1,0):(0,6-2,6):(0,02-2,0):(0,00015-0,0006) соответственно, с последующим выделением целевого продукта экстракцией этилацетатом.