апрель 2019

Розробка технології одержання 4-амінобензойної кислоти


Бушуєв Андрій Сергійович Бушуєв А. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Розробка технології одержання 4-амінобензойної кислоти / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 29-30


На основі проведених раніше досліджень [1, 2 ] було встановлено, що одержати 4-амінобензойну кислоту, котра є проміжним продуктом у синтезі біологічно активних речовин, пестицидів та запашних речовин, можна окисненням 4-ацетамінотолуену до відповідної 4-ацетамінобензойної кислоти з подальшим її гідролізом до 4-амінобензойної кислоти використовуючи в якості окисника алотропну модифікацію кисню – озон. При окисненні озоно-кисневою сумішшю 4-ацетамінотолуену у присутності солей перехідних металів, вдається отримати в лабораторних умовах 4-ацетамінобензойну кислоту з виходом 90%. Таким чином розробка та вдосконалення даної технології, а зокрема розробка технологічної схеми синтезу та вибір основного обладнання, котре могло б використовуватися у промисловості є дуже актуальною задачею.

Для проведення окиснення в дифузійно-кінетичному режимі з ви-сокою швидкістю і максимальним використанням озону пропонується барботажний реактор, або реактор (рис.1) оснащений самоусмоктуючою мішалкою, що робить 7,5-13,3 об·с1 , через пустотілий вал якого подається озоно-киснева суміш, яка диспер-гується з рідиною у турбінці мішалки. Це дозволяє в основний час поглинати реакційною масою до 95% озону.

З метою вибору конструкційних матеріалів для апаратурного оформ-лення стадії озонування було вивчено окиснення 4-ацетамінотолуену у реакторах, виконаних зі скла, фторо- пласта-4, титану, сталі марки Ст. 3, зсередини покритою емаллю, й сталі марки 12Х18Н10Т. Як показали дослідження, як конструкційні матеріали при озонуванні субстрату в оцтовій кислоті можна рекомендувати скло, фторопласт-4, титан і емальовану сталь. Ці матеріали практично інертні по відношенню до озону й компонентів реакційної суміші. Леговані і нелеговані сталі не придатні як конструкційні матеріали, оскільки озон, як сильний окисник, активно взаємодіє з металами, що входять до складу сталей, при цьому практично повністю припиняється основний процес селективного окиснення.

Для синтезу 4-ацетамінобензойної кислоти було запропоновано використовувати вертикальний циліндричний реактор, з співвідношенням висоти до діаметру 2,5:1.

Ступінь використання озону при проведенні процесу в такому реакторі залежить, насамперед, від висоти шару рідини, швидкості газового потоку й швидкості обертання мішалки і зростає зі збільшенням значень даних параметрів. При озонуванні 4-ацетамінотолуену в початковий момент часу поглинання озону досягає 95%, але по мірі витрати субстрату воно знижується й до кінця окиснення не перевищує 50%.

У реактор завантажували 30 мл крижаної оцтової кислоти, 0,4 моль·л1 4-амінотолуену, включали прямий холодильник і протягом 2 годин при кипінні розчинника вели ацилювання субстрату з відгоном води. По закінченні реакції об’єм у реакторі доводили оцтовою кислотою до 30 мл, охолоджували до 333К і до отриманого оцтовокислого розчину 4-ацетамінотолуену додавали по 0,1 моль·л1 ацетату кобальту (II) і броміду калію, включали швидкохідну мішалку й піднімали температуру при працюючому зворотному холодильнику до 368К. Після розчинення інгредієнтів у систему подавали озоно-кисневу суміш (зі швидкістю 8,3.103 л·с1, що містить 4,5.104 моль·л1 озону). Окиснення вели до повного зникнення 4-ацетамінотолуену. Контроль процесу здійснювали методом газорідинної хроматографії.

Після окиснення з оксидату під вакуумом відганяли 70% оцтової кислоти, а залишок охолоджували до 323 К, виливали на холодну воду (278К) об’ємом 30 мл, осад 4-ацетамінобензойної кислоти, що випав, фільтрували, промивали на фільтрі 10% хлористоводневою кислотою, перекристалізовували з води, сушили. Вихід 4-ацетамінобензойної кислоти становив 2,05 г (90,2%), Тпл.= 460-461К. Залишок оцтової кислоти відганяли з фільтрату з подальшим використанням на стадії окиснення. Промивні води, що містять хлорид кобальту, випаровували, сіль кобальту піддавали термічній обробці і використовували як каталізатор окиснення.

У разі одержання 4-амінобензойної кислоти сушіння 4-ацетаміно-бензойної кислоти не ведуть, а піддають її гідролізу котрий відбувається майже кількісно.

References
  1. Галстян А. Г. Окисление 4-аминотолуола озоном в растворе уксусной кислоты / А. Г. Галстян, А. С. Бушуев, Р. Н. Соломянный // Журн. прикл. хим. − 2008. – Т. 81. – Вып. 7. – С. 1120-1123.
  2. Галстян А. Г. Исследование реакции окисления 4-ацетаминотолуола с озоном в уксусной кислоте / А. Г. Галстян, А. С. Бушуев, Ю. А. Шумилова // Нефтехимия. – Москва, 2009. − Т.49. − №5. − С. 417-420.