Синтез и свойства адипиновой кислоты

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный технический университет

Кафедра: «Органическая химия»

“СИНТЕЗ АДИПИНОВОЙ КИСЛОТЫ”

Курсовая работа

Выполнил:

Руководитель:

Самара, 2007 г.

Содержание

1. Введение

1. Свойства адипиновой кислоты

Адипиновая кислота (1,4-бутандикарбоновая кислота) НООС(СН₂)₄СООН, молекулярная масса 146,14; бесцветные кристаллы; т. пл. 153°С, т. кип. 265°С/100 мм рт. ст.; легко возгоняется; d₄¹⁸ =1,344; т. разложения 210-240°С; () = 4,54 (160°С), 2,64 (193 °С); ; , , . Растворимость в воде (г на 100 г): 1,44 (15°С), 5,12 (40°С), 34,1 (70°С). Растворимость в этаноле, в эфире – ограниченно.

Адипиновая кислота обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот. Образует соли, большинство из которых растворимы в воде. Легко этерифицируется в моно- и диэфиры. С гликолями образует полиэфиры. Соли и эфиры адипиновой кислоты называются адипинатами. При взаимодействии с NH₃ и аминами адипиновая кислота дает аммонийные соли, которые при дегидратации превращаются в адипамиды. С диаминами адипиновая кислота образует полиамиды, с NH₃ в присутствии катализатора при 300-400 °С – адиподинитрил.

При нагревании адипиновой кислоты с уксусным ангидридом образуется линейный полиангидрид НО[—СО(СН₂)₄СОО—]_nН, при перегонке которого при 210°С получается нестойкий циклический ангидрид (формула I), переходящий при 100°С опять в полимер. Выше 225 °С адипиновая кислота циклизуется в циклопентанон (II), который легче получается пиролизом адипината кальция.



В промышленности адипиновую кислоту получают главным образом двухстадийным окислением циклогексана. На первой стадии (жидкофазное окисление воздухом при 142-145°С и 0,7 МПа) получают смесь циклогексанона и циклогексанола, разделяемую ректификацией. Циклогексанон используют для производства капролактама. Циклогексанол окисляют 40-60%-ной HNO₃ при 55°С (катализатор NH₄VO₃); выход адипиновой кислоты 95%.

Адипиновую кислоту можно получить также:

а) окислением циклогексана 50-70%-ной HNO₃ при 100-200°С и 0,2-1,96 МПа или N₂O₄ при 50°С;

б) окислением циклогексена озоном или HNO₃;

в) из ТГФ по схеме:



г) карбонилированием ТГФ в ангидрид адипиновой кислоты, из которого действием Н₂О получают кислоту.

1. Применение адипиновой кислоты

Основная область применения адипиновой кислоты – производство полиамидных смол и полиамидных волокон, а эти рынки давно сформировались и испытывают жесткую конкуренцию со стороны полиэфира и полипропилена [1].

Увеличивается использование адипиновой кислоты в производстве полиуретанов. Сейчас темпы роста производства и потребления полиуретанов превышают темпы роста производства и потребления полиамидов, особенно полиамидных волокон. К примеру, спрос на адипиновую кислоту со стороны западноевропейских продуцентов полиуретана постоянно повышается, и сегодня темпы его роста составляют примерно 12-15 % в год. Тем не менее, спрос на полиамид (нейлон) для производства пластмасс тоже возрастает, особенно в азиатском регионе. Объясняется это тем, что для производства полиуретанов в странах АТР чаще используют простые полиэфиры, в синтезе которых не принимает участия адипиновая кислота, поэтому до 85 % адипиновой кислоты здесь используется в производстве полиамидов. Эта особенность оказывает волновой эффект на спрос адипиновой кислоты в регионе, поэтому среднегодовые темпы прироста мирового спроса на этот продукт прогнозируются на уровне 3-3,5%. В России собственное производство адипиновой кислоты пока отсутствует, хотя имеются весьма благоприятные для этого условия: развита сырьевая база (циклогексанол, циклогексанон, азотная кислота), имеются крупные потребители конечной продукции (пластификаторов, мономеров). Перспективная потребность в адипиновой кислоте для России оценивается величиной в несколько десятков тысяч тонн в год. В Российской Федерации адипиновая кислота используется для производства пластификаторов, полиамидов, фармацевтических препаратов, полиуретанов.

Итак, адипиновая кислота – стратегически и экономически важное сырье в производстве полигексаметиленадипинамида (~ 90% производимой кислоты), ее эфиров, полиуретанов; пищевая добавка (придает кислый вкус, в частности в производстве безалкогольных напитков). То есть продукты на основе адипиновой кислоты находят широкое применение в производство полиамидов, пластификаторов, полиэфиров, полиэфирных смол для ПУ, ППУ, в промышленной переработке стекла, в радиоэлектронной и электротехнической промышленности, в производстве дезинфицирующих средств, в пищевой и химико-фармацевтической промышленности, в получении лаков и эмалей, растворителей, самоотверждающихся составов.

2. Синтез адипиновой кислоты

В 5-литровую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, термометром и делительной воронкой емк. В 1л, помещают 2100г (16,6мол) 50%-ной азотной кислоты (удельный вес 1,32; в вытяжном шкафу). Кислоту нагревают почти до кипения и добавляют 1г ванадата аммония. Пускают в ход мешалку и медленно через делительную воронку добавляют 500г (5мол) циклогексанола. Сперва добавляют 40-50 капель циклогексанола и реакционную смесь размешивают до начала реакции (4-5 мин), что становится заметным по выделению окислов азота (прим. 3). Затем реакционную колбу помещают в баню со льдом, содержимое колбы охлаждают до тех пор, пока температура смеси не достигнет 55-60⁰С. После этого как можно скорее прибавляют циклогексанол, поддерживая температуру в пределах, указанных выше. К концу окисления (после того, как прибавлено 475г циклогексанола) ледяную баню удаляют; иногда колбу приходится даже нагревать для того, чтобы поддерживать необходимую температуру и чтобы избежать циклизации адипиновой кислоты.

Перемешивание продолжают еще час после прибавления всего количества циклогексанола. Затем смесь охлаждают до 0, адипиновую кислоту фильтруют с отсасыванием, промывают 500мл ледяной воды и сушат на воздухе в течение ночи. Выход белых кристаллов с т.пл. 146-149⁰ составляет 395-410г. Выпариванием маточных растворов можно получить еще 30-40г продукта с т.пл. 141-144⁰С (примечание 4). Общий выход сырой адипиновой кислоты: 415-440г, или 58-60% теоретич. (прим. 6). Полученный продукт для большинства целей достаточно чист; однако более чистый продукт может быть получен перекристаллизацией сырой адипиновой кислоты из 700мл концентрированной азотной кислоты уд. веса 1,42. потери при очистке составляют около 5%. Перекристаллизованная адипиновая кислота плавится при 151-152⁰ (примечания 6 и 7).

Примечания.

1. Имеется предположение не применять катализатора, если температуру реакционной смеси, после начала реакции, поддерживать при 85-90⁰ (Хартман, частное сообщение).

2. Применялся технический циклогексанол, практически не содержащий фенола. Более 90% продукта кипело в пределах 158-163⁰.

3. Весьма важно, чтобы окисление началось до того, как будет прибавлено значительное количество циклогексанола, в противном случае реакция может стать бурной. Необходимо ваести реакцию в хорошо действующем вытяжном шкафу.

4. Азотнокислые маточные растворы содержат значительные количества адипиновой кислоты в смеси с глутаровой и янтарной кислотами. Оказалось, что разделение этих кислот кристаллизацией практически нецелесообразно. Однако, если азотную кислоту удалить выпариванием, а оставшуюся смесь кислот этерифицировать этиловым спиртом,то можно получить смесь этиловых эфиров янтарной (т. кип. 121-126⁰/20мм), глутаровой (т. кип. 133-138⁰/20мм) и адипиновой т. кип. (142-147⁰/20мм) кислоты. Эти сложные эфиры можно успешно разделить перегонкой.

5. Следующая видоизмененная пропись может дать лучший выход. В 3-хлитровую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капелоьной воронкой, укрепленными в асбестовых пробках, пропитанных жидким стеклом, помещают 1900мл 50%-ной азотной кислоты (1262мл азотной кислоты уд. веса 1,42, разбавленной до 1900мл) и 1г ванадата аммония. Колбу помещают на водяную баню, нагретую до 50-60⁰, и очень медленно, при работающей мешалке, прибавляют 357г (3,5мол.) технического циклогексанола таким образом, чтобы температура бани поддерживалась при 50-60⁰. Эта операция продолжается 6-8ч. Реакцию завершают нагреванием водяной бани до кипения, пока не прекратится выделение окислов азота (около 1 часа). Горячую реакционную смесь сливают с помощью сифона и дают ей охладиться. Выход сырой адипиновой кислоты: 372г (72% теоретич.).

Асбестовые пробки, пропитанные жидким стеклом, приготовляют из тонкого асбестового листа, нарезанного в полоски шириной 2,5см. Полоски смачивают раствором жидкого стекла и затем наматывают, например, на форштосс холодильника до получения пробки нужного размера. После сборки прибора пробки покрывают жидким стеклом и оставляют для затвердевания на ночь.

1. Азотнокислые маточные растворы после кристаллизации могут заменять часть свежей кислоты в последующих операциях окисления.

2. Адипиновую кислоту можно также перекристаллизовать из 2,5-кратного (по весу) количества воды или 50%-ного спирта. Однако эти растворители дают менее удовлетворительные результаты, чем азотная кислота.

Другие методы получения.

Адипиновая кислота может быть также получена окислением циклогексана и циклогексанона азотной кислотой или перманганатом калия. Описанный метод основан на патентах Deutsche Hydrierwerke A.-G.

Другие методы получения состоят в окислении циклогексена бихроматом калия и серной кислотой и во взаимодействии ?-броммасляного эфира с натрий-малоновым эфиром с последующим омылением и декарбоксилированием полученного триэтилового эфира 1,4,4-бутантрикарбоновой кислоты.

2. Литературный обзор. Методы получения дикарбоновых и поликарбоновых кислот

1. Карбоксилирование и алкоксикарбонилирование

Карбоксильная группа может быть введена двумя путями. Первый путь состоит в применении моноксида углерода в присутствии катализатора, чаще всего металлорганического соединения. Вто­рой путь использует реакцию карбаниона с диоксидом углерода. Оба эти метода мы рассмотрим раздельно.

(1) Карбоксилирование моноксидом углерода

Этому важному методу получения дикарбоновых кислот посвя­щен обзор [1]. Типичный пример — синтез малеиновых ангидридов при реакции ацетилена с карбонилом железа в водной щелочи {схема (1)}. Продукт реакции (1) при окислении феррицианидом калия или азотной кислотой дает малеиновый ангидрид. Алкокси­карбонилирование органических галогенидов (RHal) карбонилом никеля и алкоксидом щелочного металла разработано Кори [2] и другими авторами, и применяется для синтеза сложных эфиров дикарбоновых кислот {схема (2)}.

Модификацией этого метода получают мононитрилы {схема (3)}. По-видимому, не существует ограничений для использования этой реакции для синтеза дннитрилов, хотя в оригинальной ра­боте таких примеров не представлено. Малеинимиды можно полу­чать с высоким выходом [3] по реакции дифенилацетилена, моно­ксида углерода и ароматического нитросоединения с использова­нием гексадекакарбонилгексародия {Rh₆(CO)i₆} в качестзе ката­лизатора и третичным амином (пиридин, N-метилпирролидин) в качестве растворителя {схема (4)}. Моноксид углерода, по-види­мому, выступает в этих реакциях как восстанавливающий и как карбонилирующий агент; механизм реакций сложен.

Алифатические ?,?- и ?,?-непредельные амиды кислот взаимодействуют [4] с моноксидом углерода в присутствии подходящего кобальтового катализатора с образованием имидов янтарной или глутаровой кислот. Лучшим катализатором здесь служит Со₂(СО)₈, хотя и кобальт Ренея, и ацетат кобальта(II) также катализируют эту реакцию. N-Замещенные акриламиды. с высоким выходом дают соответствующие сукцинимиды {схема (5)}. Аналогично, можно использовать и другие производные акриламида.

(2) Карбоксилирование диоксидом углерода

Превращение металлорганических соединений в соли карбоновых кислот при взаимодействии с диоксидом углерода — хорошо известная реакция [5], с помощью которой {схема (6)} можно проводить как моно-, так и дикарбоксилирование. Образование дикарбоновой кислоты зависит от направления реакции первона­чально образующейся натриевой соли фенилуксусной кислоты с локальным избытком бензилнатрия, что приводит к динатриевому производному фенилуксусной кислоты.

Получению натрий- и калийорганических соединений посвящен обзор [6], где описаны и детали типичных экспериментальных методик. Эти металлорганические соединения можно получать или прямой реакцией доступных органических соединений (обычно галогенида) со щелочным металлом, или реакцией трансметаллирования, которая в основном является кислотно-основной реакцией, оба метода показаны на примере получения фенилнатрия {схемы (7) и (8)}.

Реакции металлирования, включающие литийорганические со­единения рассмотрены также в обзоре [7]. Для получения дикарбоновых кислот необходимо использовать бисметаллорганические соединения или металлорганические реагенты, уже содержащие карбоксильную группу. Несмотря на возможность побочных реак­ций эти превращения применимы к разнообразным соединениям. Далее мы рассмотрим наиболее важные примеры этой реакции.

При обработке реактивами Гриньяра некоторые алленкарбоновые кислоты можно превратить в металлорганические соедине­ния. Последующее взаимодействие этих соединений с диоксидом углерода {схема (9)} приводит с хорошим выходом к (1-алкилвинил) малоновым кислотам [8].

Алкилмалоновые кислоты с хорошим выходом {схема (10)} получают при реакции алюминийлитиевого производного карбоновой кислоты (2) с диоксидом углерода [9]; в свою очередь, металлорганпческое производное (2), используемое в этой реакции, получают гидроалюминированием алкинов-1. Например, гексин-1 при взаимодействии с 2 моль диизобутилалюминийгидрида приво­дит (с 85%-ным выходом) к металлорганическому производному (3) {схема (11)}, которое после обработки метиллитием дает (4). Это соединение реагирует с диоксидом углерода с образованием малоновой кислоты, причем, как показано на схеме (10), реакция идет через образование интермедиата (2).

Аналогично, можно проводить превращение ацетиленов в ма­лоновые кислоты с использованием гем-борорганических соедине­ний [10] типа (5) {схема (12)}; при использовании 2 моль бутил-лития можно достичь выхода 65—70%. Другой хороший метод [11] синтеза производных замещенной малоновой кислоты реакция ?-анионов сложных эфиров с диоксидом углерода. Анионы генерируют с помощью диизопропиламидалития в тетрагидрофуране,

и дальнейшая процедура сводится к пропусканию диоксида угле­рода в раствор аниона. Последующая обработка приводит к прак­тически чистому продукту {схема (13)}. Прекрасные результаты получены с такими стерически затрудненными сложными эфирами, как этил-2-метилпропионат; в этом случае побочные реакции не наблюдались. Хорошим примером этой реакции служит синтез адамантан-2,2-дикарбоновой кислоты. Метод можно также использовать в гомокубановой серии; сложный эфир (6) можно превратить в соответствующее производное малоновой кис­лоты {схема (14)} без деградации или перегруппировки «клеточ­ного» каркаса.

Используя путь, показанный на схеме (15), из бутадиена мож­но получить набор дикарбоновых кислот. При действии натрия в строго определенных условиях бутадиен димеризуется с образо­ванием динатрийоктадиена. Получающийся делокализованный дианион реагирует с диоксидом углерода, давая смесь трех воз­можных региоизомерных диеновых дикарбоновых кислот, гидри­рование которых приводит к себациновой, 2-этилпробковой и 2,5-диэтиладипиновой кислотам в соотношении 3,5: 5 : 1 соответствен­но. Эта важная реакция, распространенная на такие ароматиче­ские соединения, как стирол и 2-метилстирол, приводит к производным адипиновой кислоты {схема (16)}, причем оба про­дукта можно гидрировать до соответствующих дициклогексильных производных.

Дианион циклооктатетраена реагирует с диоксидом углерода с образованием дикарбоновой кислоты, однако ранее предложенная для этого продукта струк­тура (7) неверна. Альтернативная формула (8) согласуется с результатами по электроциклическому раскрытию кольца пред­шественника, имеющего транс-стереохимию, в соответствии с пра­вилом Вудворда — Гофмана о сохранении орбитальной симметрии {схема (17)}.

Эффективным реагентом для введения карбоксильной или алкоксикарбонильной группы в различные карбанионы является метилметоксимагний карбонат (ММК) (9). Обычно кетоны пре­вращаются в сложные эфиры а-кетокислот, однако применение избытка ММК может привести к включению двух метоксикарбонильных групп, как, например, при получении синтетически важного диэфира (10) {схема (18)}.

1. Реакции конденсации

Большинство общих подходов к синтезу ди- и поликарбоновых кислот использует реакции конденсации. Эти реакции вклю­чают сложноэфирную конденсацию Кляйзена и различные реакции производных малоновой и щавелевой кислот.

Производные дикарбоновых кислот с длинной цепью получают из доступных производных дикарбоновых кислот в результате сложноэфирной конденсации Кляйзена. Можно использовать, на­пример, N,N-диметилсебацамат (11) {схема (19)}, так как в конденсацию вовлекаются только сложноэфирная и соседняя с ней ?-метиленовая группы.

Алкилирование анионов, получаемых из эфиров малоновой кис­лоты или этилцианоацетата, широко используется для синтеза монокарбоновых кислот, и как видно из схемы (20), может также применяться для получения дикарбоновых кислот. При использовании в качестве алкилирующих агентов соответствующих сложных эфиров галогенокислот {схема (20)} этот метод в принципе может позволить полу­чать различные ди- и поликарбоновые кислоты.

Другое применение диэтилмалоната более специфично, так как реакция диэтилнатриймалоната с соответствующим образом защищенными этилглицидатами приводит к ?,?-диэтоксикарбонилбутиролактонам, которые при последующем гидролизе превра­щаются в параконовые кислоты (12) {схема (21)}. Обработка параконовых кислот полифосфорной кислотой дает соответствую­щие циклолентен-2-оны-1, включая дигидрожасмон,

Дегидробензолы реагируют с малоновыми эфирами, давая про­изводные гомофталевой кислоты. Например, реакция диэтилмалоната с о-броманизолом в тетрагидрофуране в присутствии амида натрия с выходом 60% дает 3-метоксигомофталимид; при изменении условий реакции могут появляться другие продукты. При использовании в качестве источника дегидробензола бромбензола и в качестве растворителя гексаметанола основными продук­тами реакции являются диэтилфенилмалонат (20%), моноэтилгомофталат (10%) и гомофталимид (50%). Механизм образования этих продуктов показан на схеме (22).

Для синтеза замещенных малоновых эфиров можно использо­вать прямое алкилирование диэтилнатриймалоната, однако метод не совсем удачен, так как часто приводит к побочным про­дуктам, получающимся за счет дегидрогалогенирования алкилгалогенидов. Реакции элиминирования можно до некоторой степени избежать при ис­пользовании сопряженного присоединения реактива Гриньяра к алкилиденмалонату, как, например, в синтезе трет-бутилмалоната присоединением метилмагнийиодида к изопропилиденмалонату {схема (23)}. Сопряженное присоединение реактивов Гриньяра к ?,?-ненасыщенным сложным эфирам служит основ­ной реакцией; ее можно значительно ускорить в присутствии 1% (мол.) хлорида меди (1). В частности, такие медьорганические реагенты, как LiMeCu и МеСuР(С₄Н₉-н), селективно при­соединяются к ?-углеродному атому ?,? -ненасыщенных кетонов, обеспечивая потенциальное расширение метода по реакциям, ана­логичным приведенным на схеме (23).

Для получения производных дикарбоновых кислот можно так­же использовать алкилирование сложных эфиров ?-кетокислот {схемы (24) и (25)}. В общем случае продукты этих реакций под­вергаются дальнейшим превращениям или, как это показано на схеме (24), используются для получения кетокислот.

Для получения производных сложных эфиров малоновой кис­лоты можно использовать диэтилоксала, проводя сложноэфирную конденсацию Кляйзена и последующее термическое декарбонилирование {схема (26)}. Это достаточно общий метод введения этоксикарбонильной группы. Применение сложных эфиров, таких, как диэтилсукцинат {схема (27)}, может приводить к получению ?-оксопронзводных дикарбоновых кислот путем гидролиза промежуточного сложного эфира ?-оксополикарбоновой кислоты.

Алкильные производные янтарной кислоты можно получать алкилированием дианиона, в свою очередь полученного из моноэтилсукцината; алкилирование протекает региоспецифично {схема (28)} по соседнему со сложноэфирной группой углерод­ному атому. Другие а-алкильные производные адипиновой и пимелиновой кислот можно получать более сложной последова­тельностью реакций {схема (29)}, так как в этом случае анионы легко вступают в циклизацию по Дикману.

Реакции, аналогичные схеме (28), могут использоваться для синтеза сложных эфиров ненасыщенных дикарбоновых кислот. Например, в результате реакции монолитиевого производного ди-трет-бутилглутарата с различными кетонами с прекрасными выходами получаются сложные эфиры гидроксидикарбоновых кис­лот (13).

Гидролиз сложных эфиров (13) с одновременной дегидратацией приводит к ненасыщенным производным глутаровой кислоты, если заместители R¹ или R² не ароматической природы {схема (30)}. Однако если один из этих заместителей ароматический, то гидро­лиз сопровождается не только дегидратацией, но и декарбоксилированием и приводит к ненасыщенным монокарбоновым кислотам.

Реакция Виттига — важнейший общий метод региоспецифичного синтеза сложных эфиров ?,? -ненасыщенных и полиеновых дикарбоновых кислот. В типичном синтезе {схема (31)} [36], как и во многих подобных случаях, продукт реакции является смесью цис- и транс-изомеров, которые в данном конкретном случае можно разделить дробной кристаллизацией. Особенно широко реакция Виттига применяется в синтезе каротиноидов; в некоторых слу­чаях в этих синтезах используются производные ненасыщенных дикарбоновых кислот. В качестве типичного примера приведем синтез природного биксина {схема (32)}: ключевой интермедиат 5-метоксикарбонил-3-метилпента-цис-2-гранс-4-диеналь (14), как показано на схеме, конденсируется с илидом (15) в стандарт­ных условиях реакции Виттига.

2.3. Реакции Михаэля

Реакция Михаэля используется для получения различных ди- и поликарбоновых кислот. В этом разделе мы рас­смотрим несколько типичных примеров этой реакции. Малонат-анион присоединяется к сложным эфирам и нитрилам ?,?-ненасыщенных кислот с образованием продуктов, дающих при гидролизе производные глутаровой кислоты {схемы (33)—(36)}.

Глутаровые кислоты можно также получить присоедине­нием дианионов карбоновых кислот к ?,?-ненасыщенным сложным эфирам {схема (37)}. Дианион изомасляной кислоты получают в тетрагидрофуране при 0°С с использованием двух эквивалентов основания; вслед за присоединением по Михаэлю следует триметилсилилирование продукта.

Полный синтез фунгицида (±)-авенациолида включал в качестве ключевой стадии получение замещенного бислактона (16) в результате сходного с реакцией Михаэля процесса {схема (38)}. На последних стадиях этого синтеза нужная двойная связь вводилась пиролизом сульфоксида в присутствии янтарного ан­гидрида.

2.4. Окислительные методы

Многие важные пути, ведущие к ди- и поликарбоновым кисло­там, включают окисление; некоторые методы нашли практическое применение. Для удобства мы рассмотрим отдельно окисление ароматических и алифатических субстратов.

(1) Получение ароматических кислот

Для получения ароматических ди- и поликарбоновых кислот широко используют окисление боковых цепей различных арома­тических соединений. Алкилбензолы, такие как изомерные кси­лолы, легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты в жестких условиях. Примеры на схемах (39) —(45) иллюстрируют набор окислительных агентов, которые можно использовать для этой цели.

Окисление фенантрахшюна {схема (46)} служит удобным ме­тодом синтеза как бифенил-2,2'-дикарбоновой кислоты так и ее диметилового эфира. Окисление различных ацилгалогенаценафтенов приводит к соответствующим нафталиновым аи гидридам, хотя существуют заметные различия в легкости образования ангидридов {схема (47)}.

(2) Получение алифатических кислот

В синтезе дикарбоновых кислот этим путем можно выделить два окислительных процесса: первый включает окислительную димеризацию, второй — расщепление углерод-углеродной связи, часто в циклических соединениях {схема (47)}. Сложные эфиры янтар­ной кислоты можно получать окислительной димеризацией енолят-анионов в присутствии солей меди (II). Метод, использующий ли­тиевые еноляты, {схема (48)} проще и, по-видимому, носит более общий характер, чем альтернативная методика с примене­нием цинкорганических соединений {схема (49)}. Обе реак­ции напоминают давно известные методы димеризации стабильных анионов, например анионов диэтилмалоната с использованием йода в качестве окислителя {схема (50)}.

Ацетиленовые кислоты и их эфиры с высоким выходом подвер­гаются окислительной димеризации в водном этаноле под дейст­вием кислорода или воздуха в присутствии хлорида аммония или меди. Эта реакция использована в синтезе кортикроцина контроль за реакцией, которая шла в этом случае с почти коли­чественным выходом при комнатной температуре, осуществлялся по поглощению кислорода {схема (51)}.

Олефины можно окислять до дикарбоновых кислот {схема (52)} различными способами, и если бы не возникали проблемы, связанные с растворимостью в органических растворителях, наи­более удобным для этой цели был бы перманганат калия. Эти за­труднения до некоторой степени преодолимы [49], если использо­вать в качестве растворителя уксусный ангидрид. Однако в этом случае выходы снижаются, и как показано на примере окисления по схеме (53), могут протекать побочные реакции.

Использование краун-эфиров позволяет снять большинство проблем [50], ибо эти соединения способны образовывать комп­лексы с солями металлов, что приводит к повышению раствори­мости в органической среде и повышению реакционной способ­ности анионов. Например, дпцн;слогексил-18-краун-6 образует с перманганатом калия растворимый в бензоле комплекс (17), что дает прекрасный окислитель для органических субстратов. В част­ности, циклогексен окисляется им с количественным выходом до адипиновой кислоты {схема (54)}. По-видимому, нет оснований предполагать, что механизм этого окисления отличается до та­кового, действующего в водных средах {схемы (55), (56)}.

Пля окисления алкенов водным перманганатом калия можно v^nexOM спользовать катализ фазового переноса [51]. Реакции ^Готпатов растворенных в органической фазе, с неорганическими прягентами в водной фазе, которые ингибируются в силу раздела ГД часто катализируются добавлением следовых количеств рас-твпоимых в органической фазе тетраалкиламмониевых или тетра-аакиафосфониевых солей. Предполагают, что катализ осущест­вляется за счет способности катионов, растворимых в органическом растворителе, многократно переносить анионы в органическую фазу в форме, подходящей для реакции. Этот эффект носит на­звание катализа фазового переноса.

Озонолнз олефинов, как правило, проводят в органических рас­творителях, часто при низких температурах. Образующийся озонид (18), который обычно слишком нестабилен для безопасного вы­деления, можно окислять до карбоновых кислот. При окислении циклического олефина продуктом реакции служит дикарбоновая кислота {схема (57)}. Этот двухстадийный процесс можно упро­стить [52], так как было показано, что в благоприятных случаях эмульсии циклических олефинов и щелочного пероксида водорода мягко реагируют с озоном и с хорошими выходами образуют а,со-дикарбоновые кислоты {схема (58)}.

До дикарбоновых кислот можно окислить и другие карбоцикли-ческие соединения. В подходящем растворителе циклические ке-тоны [53] окисляются молекулярным кислородом до дикарбоновых кислот {схема (59)}. Показано, что многие растворители автоокис-ляются в условиях реакции, однако применение гексаметапола (ГМФТА) сводит эти побочные реакции до минимума и позволяет получать удовлетворительные выходы продуктов. Как правило, окисляется наиболее кислая связь С—Н кетона с образованием нестабильного промежуточного перокси-аниона. Полное окисление, аналогичное схеме (59), достигнуто действием азотной кислоты [54J.

Гидролитические методы

Для получения дикарбоновых кислот можно использовать боль­шое число методов, основанных на гидролизе. Часть этих методов мы рассмотрим в данном разделе. Методы, ведущие к сложным эфирам, которые далее можно гидролизовать до ди- или поликар-боновых кислот, рассмотрены в другом месте.

Хотя обычно амиды получают из карбоновых кислот и нитри­лов, тиогомофталимиды легко получают из хлорангидридов арил-уксусных кислот [55]. Последующий гидролиз тиогомофталимидов служит удобным методом синтеза гомофталевых кислот {схема (60)}.

Важным методом синтеза карбоновых кислот является гидролиз нитрилов. В обзоре [56], посвященном малононитрилу, обсуж­дается его алкоголиз до диэтилмалоната. Синтез янтарной кис­лоты гидролизом нитрила показан на примере получения [57]; фенилянтарной кислоты {схема (61)}. В этом синтезе использо­ваны конденсация Кневенагеля и последующее присоединение к продукту реакции цианида калия по Михаэлю.

Удобный метод получения глутаровой кислоты [58] основан на гидролизе нитрилов: у-бутиролактон реагирует с цианидом калия при 190 °С, и калиевая соль получающейся цианокислоты гидро-лизуется до глутаровой кислоты. В тщательно контролируемых условиях гидролиза можно выделить моноамид глутаровой кис­лоты, который затем циклизуется в глутарамид {схема (62)}. Гидролиз динитрилов, получаемых из дигалогенидов, приводит к дикарбоновым кислотам. Дикарбоновая кислота (19), необходи­мая в качестве интермедиата для синтеза производного пропел-лана [59], была получена именно таким путем {схема (63)}. По­добные реакции замещения цианид-ионом не всегда протекают столь гладко, и как показано на схеме (64), в процессе реакции-замещения промежуточный динитрил (20) циклизуется в енамино-нитрил. Тем не менее гидролиз и размыкание цикла все же приво­дят к искомой кислоте [59-].

Заслуживает внимания другая методика, включающая гидр₀. лиз так как она является общим методом получения перфторал-кандикарбоновых кислот из а,со-бис(метилтио)полифторалканов [60]. Теломеризация тетрафторэтилена в присутствии диметилди-сульфида и грег-бутилпероксида в качестве катализатора приводит к продуктам типа (21) {схема (65)}. Как видно из схемы, эти про­дукты (п = 2—5) гидролизуются серной кислотой в метаноле до метиловых эфиров фторированных дикарбоновых кислот.

Список литературы

1. Обзор рынка адипиновой кислоты в СНГ. М., ООО «ИНФОМАЙН РЕСЕЧ», 2006, с. 62.

2. Синтезы органических препаратов. Сборник 1. М., ИЛ, 1949.

3. Общая органическая химия. Карбоновые кислоты и их производные. Том 4. М., Химия, 1983, 729с.

4. Богословский Б.Н., Казакова З.С. Скелетные катализаторы, их свойства и применение в органической химии. М., Госхимиздат, 1957.

5. Голодников Г.В. Практические работы по органическому синтезу. Л., Изд-во ЛГУ, 1966, 697с.

6. Губен И., Методы органической химии. Том 2. выпуск 1. М.-Л. Госхимиздат, 1941, 690с

7. Современные методы эксперимента в органической химии. М., Госхимиздат, 1960, 560с.

8. Физер Л., Физер М. Реагенты для органического синтеза. Том 2. М., Мир, 1970, 390.

9. Черонис Н., Микро- и полумикрометоды органической химии. М., ИЛ, 1960, 574.

10. Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. Выпуск 1 и 2. Изд. 3-е. М., Изд-во МГУ, 1964.

11. Юрьев Ю.К., Левина Р.Я., Шабаров Ю.С., Практические работы по органической химии. Выпуск 4. М. Из-во МГУ, 1969.

12. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2-х кн. - М.:Химия, 1994.- 848 с.

13. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. – М.: Высш. шк., 1973. - 623 с.

14. Моррисон Р., Бойд. Органическая химия. - М.: Мир, 1974. - 1132 с.

15. Терней А. Современная органическая химия: В 2 т. - М.: Мир, 1981. - Т.1 - 670 с; Т.2 - 615 с.

16. Робертс Дж., Кассерио М. Основы органической химии: В 2 т. - 2-е изд. -М.: Мир, 1978. - Т.1 - 842 с; Т.2 - 888 с.

17. В. Ф. Травень. Органическая химия. Том 1. – М.: Академкнига, 2004, - 708 с.

18. Фрейдлин Г. Н., Алифатические дикарбоновые кислоты, М., 1978.