Способ получения глутарового альдегида
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ
oi>8?8760 (6t) Дополнительное к авт. свид-ву —. (22) Заявлено 13Л879 (21) 2846501/23-04
1 с присоединением заявки М— (23) ПриоритетФ 51 „)(„з
СССР ио делам изобретеиий
Опубликовано 07.11.81. Бюллетень N9 41 (53) УДК 547.441.2, .07(088.8) Дата опубликования описания 07.1181!
Г.М. Карагез ян, К. Г. Акопян, A. Ï. Ñàÿäÿí, A.М. Ми) аелян,;
Н.П.Утробин, С.Ю.Сизов и И.Н.Матевосян, 3 !
Армянский филиал ордена Трудового Красного З аменр
Всесоюзного научно-исследовательского институт. химических реактивов и особо чистых веществ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель с (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛУТАРОВОГО АЛЬДЕГИДА
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения глутарового альдегида, который используют в медицине для дезинфекции инструмента. В качестве дубителя для кино- и фотопленок, а также в химикофармацевтической промышленности
Известен способ получения глутарового альдегида окислением циклопентадиола висмутатом натрия в смеси ледяной уксусной кислоты и воды при
300С с добавлением ЗЗЪ-ной Фосфорной кислоты. Выход целевого продукта 31% (1) .
Недостатками данного способа являются сравнительно низкий выход целевого продукта, а также использование в качестве исходного сырья труднодоступного циклопентена.
Известен также способ получения глутарового альдегида озонированием циклопентена в этилацетате в течение.
4 ч при охлаждении сухим льдом. После отгонки этилацетата выделяют целевой продукт с выходом 71% (2).
Недостатками данного способа являются сравнительно низкий выход целевого продукта, а также использование в качестве исходного сырья труднодоступного циклопентена.Наиболее близким техническим решением данной задачи является способ получения -глутарового альдегида,заключающийся в том, что -сначала акролеин и этилвиниловый эфир подвергают взаимодействию в автоклаве в присутствии 0,1-1% гидрохинона при температуре 130-140 С в течение 12 ч.
Выход 2-этокси-3,4-дигидропирака-l,2 составляет 843. Затем полученный продукт гидролизуют в присутствии концентрированной соляной кис15 лоты, перемешивают 22 мин (при этом температура повышается до 38 С), вы, держивают 1,5 ч, нейтрализуют кислым углекислым натрием, насыщают хлористым натрием, экстрагируют эфиром, 20 перегоняют, стабилизируют виниловым эфиром, получают глутаровый альдегид с выходом 593 (3).
Недрстатками данного способа являются во-первых, периодичность про25 цесса за счет ведения в автоклаве, гетерогенность процесса в результате равновесности температуры и давления, а также многостадийность операций, связанных с выделением целе30 вого продукта : высаливание, экстрак8787бО ция, сушка, перегонка, растворение, стабилизация.
Кроме того, выход целевого продукта сравнительно низок — 59%.
Целью изобретения является упрощение, интенсификация процесса, увеличение выхода целевого продукта..
Цель достигается предложенным способом получения глутарового альдеги,да взаимодействием акролеина и низше1 го алкилвинилового эфира при 130 140″С и давлении с последующим гидролизом полученного при этом 2-алкокси-3,4-дигидропирана-1,2 в присутствии кислотного катализатора при нагревании с использованием стабилизатора и выделением целевого продукта, отличительной особенностью которого является то, что взаимодействие акролеина с низшим алкилвиниловым эфиром проводят в жидкой
Фазе при давлении 20-25 ати, а 20 гидролиз 2-алкокси-3,4-дигидропирана-1,2 ведут при температуре 118
122 С и давлении 2-2,5 ати в присут-. ствии насыщенной дикарбоновой кислоты С -Сь в качестве катализатоРа и стабилизатора. Желательно в качестве насыщенной дикарбонсвой кислоты
С -С 6 использовать янтарную, или глутаровую, или щавелевую,,или адипиновую, или малоновую кислоту.
В качестве низших алкилниниловых эфиров используют или этилвиннловый эфир, или бутилвиниловый эфир.
Более подробно предложенный способ осуществляют следующим образом.
Взаимодействие акролеина,и алкилвинилового эфира осуществляют в пря моточном трубчатом реакторе, который подогревают паром.
Давление в реакторе поддерживают 40 при помощи дроссельного вентиля, установленного на линии после реактора, в пределах 20-25 ати, т.е. на
3-5 ати выше равновесной, за счет, чего предотвращают кипение смеси, и реакция идет только в жидкой. Фазе.
Продолжительность контакта компонен. тов при приведеняых температуре и давлении составляет 30-40 мин и обеспечивает максимальный выход 2-алкокси-
3,4-дигидропирана-1,2 в пределах 93О
95%. Превращение. исходных компонентов за один период составляет 75-80%, а 25-20% сырья возвращают в цикл. . Необходимость в этом возникает с целью достижения селективного ведения процесса и подавления побочных .реакций.
Реакционную смесь, содержащую 2алкокси-3,4-дигидропиран-1,2, непрореагировавшие акролеин и алкилвини- gp ловый эфир и 5-7% тяжелокипящих примесей далее направляют в омыватель.
Кубовую часть ректификации-пиран и примеси непрерывно направляют на омыление в каскад Реакторов с мешалками. Туда же направляют воду с растворенным катализатором — насыщенной дикарбоновой кислотой С -С „ который является одновременно и стабилизатором, подогревают до 118122оС и поддерживают давление, равновесное с указанной температурой
2-2,5 ати. Продолжительность пребывания реагентов в контакте 2025 мин. Ввиду взаимного нерастворения пирана и воды, имеющих разные удельные веса, смесь дает быстрое расслоение, поэтому для гомогенизации реакционной смеси ее в омывателе интенсивно перемешивают.
Реакционная смесь, содержащая глутаровый альдегид, воду, соответствующий спирт и примеси, идущие со ,стадии синтеза пирана, образует расслоение.. Масляный слой, представляющий собой примеси, направляют на сжигание. Водный слой направляют в ректификационную колонну для удаления спирта, который выдается как самостоятельный продукт, а водный раствор с содержанием 10% глутарового альдегида упаривают до 25%, подвергают очистке активированным углем.
Выход глутарового альдегида 75-98%.
Предложенный способ позволяет увеличить выход целевого продукта до
95-98%, сократить продолжительность процесса получения 2-этилокси-3,4дигидропнрана-1,2 до 30-40 мин про- тив 12 ч, а также использование насыщенной дикарбоновой кислоты в качестве катализатора и одновременно стабилизатора водного раствора глутарового альдегида на стадии омыления пирана позволяет устранить необходимость удаления катализатора, перегонки глутарового альдегида и его последующую стабилизацию, в то время. как в известном способе введена дополнительная стадия стабилизации целевого продукта.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами..
Hp .и м е р 1. Смесь 250 г/ч (2,5 моль/ч) бутилвинилового эфира и 140 г/ч (2,5 моль/ч) акролеина пропускают через реакционную трубку диаметром 14 мм и длиной 1500 мм, снабженную электрообогревом. Давление в реакторе поддерживают 25 ати, температуру 140 С, время контактирования 30 мин. Реакционную смесь, содержащую 2-бутокси-3,4-дигидропирана1,2 и непрореагировавшие исходные продуктЫ направляют в ректификационную колонну, откуда исходные продукты возвращают в цикл, а кубовую часть ректифнкации подают в омылитель.На омыление подают также
2400 г/ч воды с растворенной в ней ,глутаровой кислотой (0,37%), при интенсивном перемешиванни подогревают до
122 С и поддерживают давление 2,5 атис
Продолжительность процесса 25 мин.
Формула изобретения. Составитель НеКуликова
Редактор О.Юркоеа Текред д.Пекарь КОРректоР IO.Макаренко
Заказ 9199/34 Тираж 446. Подписное
ВНИИПИ ГосударственноГО комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, МОСКВа, X-35, РауШСКая Набер д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4
Реакционная смесь, содержащая глутаровый альдегид, воду,бутанол и при.меси, идущие со стадии синтеза пирана образует расслоение. Масляный слой, содержащий примеси, направляют на сжи гание. Водный слой поступает на ректификационную колонну для удаления бутанола,. который выдают как самостоятельный продукт, а водный раст.вор глутарового альдегида упаривают до 26%-ного содержания глутарового альдегида и пропускают через активированный уголь, Получают 865 r/÷
25%-ного глутарового альдегида, что составляет 96%.
Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру l,только в качестве катализатора омыления используют янтарную кислоту. Получают 856 г/ч
25%-ного раствора глутарового альдегида, что составляет 95%.
Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1, только вместо
«бутилвинилового эфира используют
195 г/ч (2,.7 моль/ч) этилвинилового эфира и 2,7 моль/ч акролеина. Темпера тура реакции 130 С, давление 20 атн.
Гидролиз ведут при 118 С и 2 ати.
Получают 1033 г/ч 25%-ного раствора глутарового альдегида, что составляет 98%.
Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 3, только в качестве катализатора омыления используют янтарную кислоту. Получают
1000 г/ч 25%-ного глутарового альдегида. Выход 95%.
II p и м е р 5. Процесс проводят аналогично примеру 1, только в качестве катализатора омыления используют 4,5 г/ч (0,03 моль) адипиновой кислоты. Получают 322 мл 25%-ного раствора глутарового алъдегида. Выход 92,6%.
Пример 6. Процесс проводят аналогично примеру l, только в качестве катализатора оьалления используют 3,5 г (0,03 моль) малоновой кислоты. Получают 330 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида. Вы-. ход 95%.
Пример 7. Процесс проводят аналогично примеру 1, только в качестве катализатора омыления используют 3 г (0,03 моль) щавелевой кислоты. Получают 260 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида. Выход 75%.
1. Способ получения глутарового альдегида взаимодействием акролеина и низшего алкилвинилового эфира при температуре 130-140 С и давлений с последующим гидролизом полученного при этом 2-алкокси- 3,3-дигидропирана1,2 в присутствии кислотного ката5 лизатора при нагревании с использованием стабилизатора и выделением целевого продукта, о т л и ч а юшийся тем, что, с цельЬ упрощения, интенсификации процесса., уве2О личения выхода целевого продукта, взаимодействие акролеина с алкилвиниловым эфиром проводят в жидкой фазе при давлении 20-25 ати, а гидролиз 2-алкоксн-3,4-дигндропи рана-1,2 ведут при температуре 118122дС и давлении 2-2,5 ати в присутствии насыщенной дикарбоновой кислоты
С Изобретение относится к области тонкого органического синтеза, конкретно — к технологии получения ванилина, сиреневого альдегида и левулиновой кислоты из древесины
Источник
Глутаровый альдегид способ получения
Самые низкие цены!
Химия со склада!
Большой ассортимент продукции на складе!
Глутаровый альдегид
- | Печать |
Рейтинг: 
/ 7
Подробности Просмотров: 18235
Химическая формула продукта: OHC(CH2)3CHO
Торговые обозначения продукта:
• Glutaric acid dialdehyde
Глутаровый альдегид представляет собой 5-углеродные алифатические диальдегидные звенья с аминогруппами коллагена и других белков с образованием внутримолекулярных и межмолекулярных сшивок. Коммерческие продукты, содержащие глутаровый альдегид, чаще всего доступны в виде 2%, 10%, 25% и 50% водных растворов, которые не являются легковоспламеняющимися и, следовательно, не имеют температуры вспышки. С одной стороны, глутаровый альдегид будет полимеризоваться в стабильные гидраты в условиях повышенной щелочности; С другой стороны, его антимикробная активность максимальна в щелочных условиях; Поэтому, чтобы сохранить свою активность во избежание полимеризации, диапазон рН его раствора должен быть буфером в слабом щелочном диапазоне (от 7,5 до 8,5). В пределах упомянутого диапазона рН глутаровый альдегид стабилен в течение по меньшей мере 14 дней. Чтобы достичь подходящего диапазона рН, большинство глутаровый альдегид, используемого в больницах для целей дезинфекции и стерилизации, представляет собой концентрацию 2,0%, которая имеет двухкомпонентную систему, которую необходимо смешать или активировать перед использованием. Эти два компонента представляют собой активированный раствор и подщелачивающие агенты, химические компоненты которых составляют 2,0% глутаровый альдегид и 0,3% бикарбоната натрия соответственно. Хотя для стерилизации оборудования и поверхностей в больницах существует много экологически предпочтительных технологий, эти технологии могут повредить некоторые медицинские инструменты, чувствительные к влаге и теплу. В таких случаях больницы обычно используют оксид этилена для стерилизации влаго- и термочувствительных инструментов и глутаровый альдегид в качестве дезинфицирующего средства высокого уровня. Сотрудники здравоохранения, которые обычно используют продукты на основе глутаровый альдегид, работают во многих отделах, от гастроэнтерологии, урологии и кардиологии до рентгеновских, лабораторных и аптечных. Среди многих доступных белковых сшивающих агентов глутаровый альдегид, несомненно, нашел самое широкое применение в различных областях, таких как гистохимия, микроскопия, цитохимия, индустрия кожевенного лечения, ферментная технология, химическая стерилизация, биомедицинская и фармацевтическая. Глутаровый альдегид, линейный 5-углеродный диальдегид, представляет собой прозрачную, бесцветную до бледно-соломенного цвета острую маслянистую жидкость, которая растворяется во всех пропорциях в воде и спирте, а также в органических растворителях. Он доступен в основном в виде кислых водных растворов (рН 3,0-4,0), имеющих концентрацию от менее чем 2% до 70% (мас. / Об.). Глутаровый альдегид имел большой успех из-за его коммерческой доступности и низкой стоимости в дополнение к его высокой реакционной способности. Он быстро реагирует с аминогруппами при нейтральном рН и более эффективен, чем другие альдегиды, в получении термически и химически стабильных сшивок. Фактически, исследования реакций сшивания коллагена с моноальдегидом (формальдегидом) и диальдегидами, имеющими длину цепи от двух до шести атомов углерода ( глиоксаля, малональдегида, сукцинальдегида, глутаровый альдегид и адипальдегида), показали, что реакционная способность в этой серии максимизируется при Пять атомов углерода; Таким образом глутаровый альдегид является наиболее эффективным сшивающим агентом. Глутаровый альдегид нашел широкое применение для иммобилизации ферментов. Несмотря на успех этого реагента, его химия была довольно противоречивой. На самом деле простая структура глутаровый альдегид не свидетельствует о сложности его поведения в водном растворе и его реакционной способности. Наша цель здесь состоит в том, чтобы рассмотреть литературу по глутаровому альдегиду, сначала представив ее химическое поведение в водном растворе, а затем его реакционную способность с белками, фокусируясь на его применении для иммобилизации фермента.
Знание структуры и механизма сшивания реагентов важно для их использования. Однако структура глутаровый альдегид в водном растворе была предметом более спорных вопросов, чем любые другие сшивающие реагенты. Фактически структура глутарового альдегида в водном растворе не ограничена мономерной формой.В 1962 г. Асо и Аито изучали полимеризацию глутарового альдегида с использованием катионных катализаторов, и они обнаружили, что аналогичная полимеризация происходила спонтанно в водном растворе глутаровый альдегид а: поведение в водном растворе, реакция с белками и применение к ферменту. Глутаровый альдегид обладает уникальными характеристиками, которые делают его одним из наиболее эффективных белковых сшивающих реагентов. Он может присутствовать, по меньшей мере, в 13 различных формах в зависимости от условий растворения, таких как pH, концентрация, температура и т.д. Имеется существенная литература, касающаяся использования глутаровый альдегид для иммобилизации белка, однако нет согласия в отношении основных реактивных видов, которые участвуютт в процессе сшивания, потому что мономерные и полимерные формы находятся в равновесии. Глутаровый альдегид может вступать в реакцию с белками несколькими способами, такими как конденсация альдола или добавление типа Майкла, и дающее 8 различных реакций для различных водных форм этого реагента. В результате этих расхождений и уникальных характеристик каждого фермента процедуры сшивания с использованием глутаровый альдегид в значительной степени развиваются путем эмпирического наблюдения. Выбор соотношения фермент- глутаровый альдегид, а также их конечная концентрация являются критическими, поскольку перерастворение фермента должно приводить к минимальному искажению его структуры, чтобы сохранить каталитическую активность. В 1968 году Ричардс и Ноулз исследовали растворы глутарового альдегида с помощью ядерного магнитного резонанса протон (Н) (Н-ЯМР). Данные ЯМР (т.е. Типы протонов и пиковые интеграции) не согласуются с ожидаемыми от димера, циклического димера, тримера или бициклического тримера только, а скорее согласуются со смесью полимерных форм этих олигомеров, а также с более высокими полимерными видов. Авторы пришли к выводу, что коммерческие растворы были в основном полимерными и содержали значительные количества α, β-ненасыщенных альдегидов (структура VI), которые были способны образовывать кольца (структура VII) путем потери молекул воды путем альдольной конденсации. Структура VI представляет собой среднюю структуру ненасыщенного полимеризованного глутаровый альдегид (α, β-ненасыщенное соединение), и Хупер сообщил, что боковые альдегидные группы структуры VI будут едва гидратированы, поскольку карбонильная форма стабилизируется путем конъюгации. В 1969 г. для исследования растворов глутарового альдегида использовалась ультрафиолетовая (УФ) спектрофотометрия в сочетании с Н-ЯМР. Они также обнаружили α, β-ненасыщенные альдегиды (структура VI), но только в качестве очень незначительного компонента органического содержимого из-за относительно слабой абсорбции, наблюдаемой при 235 нм. Более того, после очистки глутаровый альдегид жидкостной экстракцией этиловым эфиром эти авторы получили 50% чистый глутаровый альдегид с ожидаемым спектром H-ЯМР. Дополнительные исследования H-ЯМР показали, что очищенный глутаровый альдегид при растворении в воде подвергается очень быстрой гидратации, что согласуется с результатами Асо и Аито. Таким образом, Харди постулировал, что мономер глутаральдегида ) существует в виде смеси гидратированных форм в водном растворе, причем все они находятся в равновесии.
Глутаровый альдегид впервые был использован в начале 1960-х годов для фиксации тканей, и с этого времени было разработано много других приложений. Высокая реакционная способность глутаровый альдегид по отношению к белкам при нейтральном рН основана на наличии нескольких реакционных остатков в белках и молекулярных формах глутаровый альдегид в водном растворе, что приводит к множеству различных возможных механизмов реакции. Иммобилизация ферментов представляет собой хороший пример для иллюстрации использования глутаровый альдегид в качестве белкового сшивающего реагента. Глутаровый альдегид может взаимодействовать с несколькими функциональными группами белков, такими как амин, тиол, фенол и имидазол, поскольку наиболее реакционноспособными боковыми цепями аминокислот являются нуклеофилы. В литературе описаны различные данные по реакционной способности альдегида (при рН от 2,0 до 11,0) со следующими аминокислотами: лизин; Тирозин, трип-сироп и фенилаланин; Гистидин, цистеин, пролин, серин, глицин, глицилглицин и аргинин. Ученые исследовали способность различных альдегидов взаимодействовать с аминокислотами и оценивали реактивные количества аминокислот в порядке уменьшения реакционной способности следующим образом: ε-амино, α-амино, гуанидинил, вторичный амино и Гидроксильных групп. Исследователи пришли к выводу, что глутаровый альдегид не реагирует с аминогруппой гуанидинильной группы (аргинин) или что в белковых молекулах более реакционноспособные группы препятствуют наблюдению реактивности аргинина с глутаральдегидом. Было отмечено, что глутаровый альдегид реагирует с тиольными группами только в присутствии первичной аминогруппы. Глутаровый альдегид реагирует обратимо с аминогруппами в широком диапазоне рН (≥pH 3,0), за исключением между pH 7,0 и 9,0, где наблюдается лишь небольшая обратимость. Сшивка белков либо на носитель (твердый носитель), либо между белковыми молекулами (без носителя), как правило, подразумевает ε-аминогруппу лизиновых остатков. Непротонированные аминогруппы очень реакционноспособны в качестве нуклеофильных агентов. Следует отметить, что лизил-аминогруппы имеют pKa (константа диссоциации кислоты)> 9,5, но предполагается, что малый процент аминов, присутствующих в их непротонированной форме при более низком pH, достаточен для реакции с глутаровый альдегид, который затем приводят равновесие кислотно-основного состояния к депротонированию этих групп для дальнейшей реакции. Большинство белков содержат много лизиновых остатков, обычно расположенных на поверхности белка (то есть подверженных воздействию водной среды) из-за полярности аминогруппы. Кроме того, лизиновые остатки, как правило, не участвуют в каталитическом сайте, что обеспечивает умеренное сшивание для сохранения конформации белка и, следовательно, биологической активности. Как уже указывалось ранее, глутаровый альдегид существует в многочисленных формах в водном растворе, и все эти формы могут быть реакционноспособными по отношению к лизиновым остаткам (ε-аминогруппе) белков.
Иммобилизованные ферменты в настоящее время представляют значительный интерес из-за их преимуществ перед растворимыми ферментами или альтернативными технологиями, и их применение неуклонно растет. Иммобилизация путем ковалентного присоединения к нерастворимым в воде носителям через глутаровый альдегид является одним из самых простых и наиболее нежных методов связывания в ферментной технологии. Первое сообщение об использовании бифункционального реагента было опубликовано Заном в 1950-х годах, за которым последовали исследования по химии сшивания с глутаровый альдегид для получения стабильных белковых кристаллов для рентгеноструктурных исследований или для фиксации образцов тканей для микроскопического исследования. Позднее глутаровый альдегид широко применялся в качестве мягкого сшивающего агента для иммобилизации ферментов, поскольку реакция протекала в водном буферном растворе в условиях, близких к физиологическому рН, ионной силе и температуре. В сущности, были использованы два метода: (i) образование трехмерной сети в результате межмолекулярного сшивания и (ii) связывание с нерастворимым носителем (например, нейлоном, плавленой кварцем, контролируемым пористое стекло, сшитые белки, такие как желатин и альбумин бычьей сыворотки (BSA), и полимеры с боковыми аминогруппами). Иммобилизация может быть достигнута для многих ферментов в широком диапазоне условий, которые следует выбирать в зависимости от конкретных требуемых результатов. Эти условия часто определялись методом проб и ошибок, потому что нерастворимость критически зависит от хрупкого баланса факторов, таких как природа фермента, концентрация обоих ферментов и реагента, РН и ионной силы раствора, температуры и времени реакции.
Химические и физические свойства глутаровый альдегид.
Физическое состояние глутаровый альдегид
Источник
