Кинетика и катализ, 2020, T. 61, № 2, стр. 254-261

Синтез витамина К3 в растворах Mo–V–P-гетерополикислот по реакции диенового синтеза

Л. Л. Гогин a*, Е. Г. Жижина a

a ФГБУН “Федеральный исследовательский центр “Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН”
630090 Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Россия

* E-mail: gogin@catalysis.ru

Поступила в редакцию 14.06.2019
После доработки 01.07.2019
Принята к публикации 04.07.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Показана принципиальная возможность синтеза витамина К3 (2-метил-1,4-нафтохинона, менадиона) по реакции диенового синтеза из таких доступных субстратов, как 2-метилфенол (о-крезол) и 2-метиланилин (о-толуидин). Бифункциональными катализаторами этих процессов являются водные растворы Мо–V–Р-гетерополикислот, позволяющие проводить реакции окисления и диенового синтеза в одну технологическую стадию как one-pot процесс.

Ключевые слова: гидрохинон, нафтохиноны, гетерополикислоты, окисление, диеновый синтез

ВВЕДЕНИЕ

2-Метил-1,4-нафтохинон (витамин К3, менадион, МД) – жирорастворимый витамин группы К. Он необходим для биосинтеза протромбина и других факторов свертывания крови, участвует в процессах минерализации костной ткани. Менадион является родоначальником всех витаминов группы К: из него получают викасол – водорастворимую (бисульфитную) форму витамина К3, витамины К4 и К1. МД в виде викасола широко применяют в медицинской практике для лечения многих заболеваний, а также в животноводстве для повышения продуктивности всех видов животных [1]. Растущая востребованность витаминов группы К заставляет искать эффективные способы их получения.

Существующие промышленные способы синтеза витамина К3

Основным способом промышленного получения МД является некаталитическое окисление 2-метилнафталина (МН) хромовой смесью по реакции (I) с использованием 5-кратного избытка CrO3 [2].

Производство витамина К3 по этой технологии неэкологично вследствие обилия сточных вод, содержащих токсичные соединения хрома, смолы и кислоты. Такое производство также и неэкономично, поскольку селективность целевой реакции (I) ниже 50%. При этом 2-метилнафталин является труднодоступным сырьем: его выделяют из каменноугольной смолы вместе с 1-метилнафталином, после чего требуемый изомер отделяют вымораживанием.

Кроме рассмотренного выше процесса предложено много других способов синтеза менадиона окислением МН, например [36], однако все они не стали более эффективными, чем существующий промышленный метод. Существуют также разработки, в которых для получения витамина К3 используют реакцию диенового синтеза с последующим окислением аддуктов [7, 8]. Недостатками таких способов являются их многостадийность и неэкологичность. Так, в патенте [7] предлагается синтез витамина К3 из 1-ацетокси-1,3-бутадиена и 2-метил-1,4-бензохинона (толухинона) с образованием смеси изомерных аддуктов с выходом около 60%. Полученные аддукты могут быть окислены в менадион либо 30% азотной кислотой, либо смесью нитрита натрия и уксусной кислоты при 50–60°С с выходом около 80%. Однако ни исходный диен, ни хинон не являются готовыми промышленными продуктами, и их требуется в свою очередь синтезировать: диен – из кротонового альдегида и уксусного ангидрида, а хинон – окислением о-толуидина.

Синтез менадиона в растворах Мо–V–P-гетерополикислот

В ходе поиска новых технологий производства менадиона в конце 1990-х годов в Институте катализа им. Борескова СО РАН было предложено оригинальное решение этой проблемы [9, 10]. Новая малоотходная технология синтеза витамина К3, названная впоследствии “Викасиб” (“Викасол сибирский”), основана на использовании водных растворов Мо–V–P-гетерополикислот (Н3 +хРМо12 –хVxO40, ГПК-х, где х – число атомов V в составе ГПК-х) в качестве катализаторов окисления. Окисляемым субстратом Su в новом процессе стал 2-метилнафтол-1 в отличие от используемого в промышленном способе 2-метилнафталина.

Растворы ГПК-х с успехом применяют в качестве селективных катализаторов реакций парциального окисления кислородом различных органических соединений [11–19], протекающих в соответствии с уравнением (II):

$\begin{gathered} {m \mathord{\left/ {\vphantom {m {\text{2}}}} \right. \kern-0em} {\text{2}}}{\text{Su}} + {m \mathord{\left/ {\vphantom {m {\text{2}}}} \right. \kern-0em} {\text{2}}}{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}} + {\text{ГПК - }}x \to \\ \to \,\,{m \mathord{\left/ {\vphantom {m {\text{2}}}} \right. \kern-0em} {\text{2}}}{\text{SuO}} + {{{\text{H}}}_{m}}{\text{ГПК - }}x{\text{.}} \\ \end{gathered} $

Для катализа очень важно то, что растворы ГПК-х обладают свойством обратимой окисляемости, т.е. их восстановленные формы (НmГПК-x, где m – степень восстановления ГПК-х, равная числу принятых электронов или числу ионов VIV) способны окисляться молекулярным кислородом с регенерацией исходной формы ГПК-х по реакции (III):

${{{\text{Н}}}_{m}}{\text{ГПК - }}x + {m \mathord{\left/ {\vphantom {m 4}} \right. \kern-0em} 4}{{{\text{O}}}_{2}} \to {\text{ГПК - }}х + {m \mathord{\left/ {\vphantom {m 2}} \right. \kern-0em} 2}{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}}.$

Поэтому в присутствии растворов ГПК-х появляется уникальная возможность замкнуть каталитический цикл двухстадийной реакции (IV) окисления субстрата Su кислородом, в которой обратимо действующий окислитель (ГПК-х) фактически выступает в роли катализатора. Отметим, что в растворах Mo–V–P-ГПК-х в редокс-превращениях принимают участие только атомы ванадия: VV$ \rightleftarrows $ VIV.

${\text{Su}} + {1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}{{{\text{O}}}_{2}}\xrightarrow{{{\text{ГПК - }}x}}{\text{SuO}}{\text{.}}$

Растворы ГПК-х обладают достаточно высокой стабильностью [20, 21], поэтому регенерированный по реакции (III) раствор ГПК-х можно многократно использовать в целевой реакции (II) на втором и последующих циклах, включающих реакции (II) + (III).

Именно обратимая окисляемость растворов ГПК-х (в отличие от CrO3, применяемого в промышленной реакции (I)) стала главным отличием новой малоотходной технологии “Викасиб” [22]. Оптимизация процесса позволила обеспечить 90% селективность окисления 2-метилнафтола-1 в менадион по реакции (IIа).

Тем не менее, применение этой технологии в России ограничено дефицитом сырья, поскольку нафтол-1, из которого метилированием можно было бы получить 2-метилнафтол-1 [23], в России не производится. Поэтому мы предприняли поиск альтернативных методов синтеза менадиона в растворах ГПК-х из более доступных субстратов.

В работе [16] нами было показано, что растворы ГПК-х, являясь сильными бренстедовскими кислотами, способны проявлять бифункциональные (кислотные и окислительные) свойства, катализируя одновременно реакции диенового синтеза и реакции окисления. Так, в растворах ГПК-х в атмосфере 1,3-бутадиена удается синтезировать 9,10-антрахинон, исходя из 1,4-нафтохинона или из гидрохинона. В этом случае процессы окисления и реакция Дильса–Альдера проходят в одну технологическую стадию [16].

В настоящей работе показано, что при совмещении кислотно-каталитической реакции диенового синтеза и реакций окисления в присутствии растворов ГПК-х можно получить менадион в одну технологическую стадию из 2-метилфенола (о-крезола) или 2-метиланилина (о-толуидина) в присутствии 1,3-бутадиена.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез менадиона по реакции (II) вели в термостатированной стеклянной двугорлой колбе (на 100 мл) при перемешивании реакционной смеси на магнитной мешалке в атмосфере 1,3-бутадиена. Точную навеску о-крезола или рассчитанный объем о-толуидина помещали в колбу с определенным количеством 0.25 М раствора ГПК-х (число атомов ванадия х в ГПК-х варьировали). Колбу соединяли с камерой, наполненной 1,3-бутадиеном, продували ее через длинную трубку, опущенную к поверхности раствора, закрывали второе горло и вели реакцию при заданной температуре (20–60°С). За ходом реакции следили методом ГЖХ с помощью хроматографа Хромос ГХ-1000 (“Хромос”, Россия; капиллярная колонка типа SЕ-З0, термопрограммирование в интервале 100–250°С).

За состоянием катализатора наблюдали по методике, описанной в работах [20, 24], периодически контролируя снижение значения редокс-потенциала (Е) раствора ГПК-х во время реакции. Продукты реакции экстрагировали бензолом или диэтиловым эфиром (3 × 20 мл), сушили над хлористым кальцием, затем отгоняли растворитель и взвешивали остаток. Выбор подходящего экстрагента позволил практически количественно экстрагировать продукты реакции из реакционной смеси (подтверждено методом ГЖХ). Количественное выделение менадиона проводили хроматографией через силикагель (элюент − хлороформ), отгоняли растворитель, определяли количество МД (в граммах) и рассчитывали выход. Далее записывали его H1 ЯМР-спектр в CCl4 (см. выше рис. 1).

Рис. 1.

Н1 ЯМР-спектр в CCl4 выделенного менадиона.

Чистота выделенного продукта составляла не менее 98%. Для экспресс-определения МД применяли также пластинки Silufol UV-254. ИК-спектры продукта снимали на спектрометре IR-Affinity-1 (“Shimadzu”, Япония) в таблетках с KBr.

При использовании о-толуидина в качестве субстрата по окончании реакции (перед экстракцией продуктов) реакционную смесь фильтровали от мелкодисперсного черного осадка, представлявшего собой продукт окислительной полимеризации о-толуидина.

Побочные продукты превращения 1,3-бутадиена в растворе ГПК-х идентифицировали методом хромато-масс-спектрометрии. Спектры записывали на спектрометре GCMS-QP2010 Ultra (“Shimadzu”, Япония).

Растворы Мо−V−P-ГПК-х (х ≥ 4) различных составов (кеггиновских и модифицированных) получали по методике, описанной в работах [25, 26], а регенерацию растворов проводили в автоклаве при температурах 160−180°С под давлением кислорода (${{P}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$ = 4 атм) по методике [27]. Регенерированные растворы ГПК-х полностью восстанавливали свою первоначальную активность (исходное значение Е), поэтому их многократно (до 30 циклов) использовали в целевой реакции (II). В ходе многоцикловых экспериментов из раствора ванадийсодержащие осадки не выделялись. Низкованадиевые растворы ГПК-х (х ≤ 3) в работе не применяли, поскольку скорость их регенерации существенно ниже, чем раствора ГПК-4.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящей работе мы решали задачу получения МД по реакции диенового синтеза из таких доступных субстратов, как о-крезол (2-метилфенол) и о-толуидин (2-метиланилин) (схема 1 ). На первом этапе исследований в качестве бифункционального катализатора таких процессов был использован традиционный раствор ГПК-4 кеггиновского состава (H7PMo8V4O40) [28].

Схема 1 . One-pot процессы получения менадиона из о-крезола и о-толуидина в растворах Мо−V−P-ГПК-х в атмосфере 1,3-бутадиена.

Согласно схеме 1 при введении указанных субстратов в раствор ГПК-4 в атмосфере 1,3-бутадиена сначала происходит их достаточно быстрое окисление в толухинон, который далее конденсируется с 1,3-бутадиеном по реакции Дильса−Альдера. На заключительных этапах процесса ГПК-4 окисляет аддукты диенового синтеза, а сама постепенно восстанавливается. В конечном счете глубина и скорость протекания процесса по вышеуказанной схеме будет определяться окислительной емкостью раствора ГПК-х, которую можно выразить произведением [ГПК-x] × Δm, где Δm – изменение степени восстановления ГПК-x в ходе one-pot процесса [20]. Мы полагали, что высокая концентрация VV в растворе ГПК-х позволит полностью окислить аддукты диенового синтеза и максимально глубоко сдвинуть процесс по схеме 1 в сторону менадиона.

Отличительной особенностью новых процессов является то, что они реализуются в одну технологическую стадию (т.е. являются one-pot процессами), а способность растворов ГПК-х регенерироваться кислородом по реакции (III) обеспечивает экологичность способа получения витамина К3. Кроме того, надо отметить, что тщательная промывка водой органической фазы c продуктами реакции от возможных примесей ГПК-х гарантирует отсутствие следов тяжелых металлов (Мо, V) в получаемом витамине К3. На рис. 1 представлен Н1 ЯМР-спектр выделенного менадиона.

Надо отметить, что перед изучением one-pot процессов, описываемых схемой 1 , были отдельно исследованы реакции окисления о-крезола и о-толуидина в 2-метил-1,4-бензохинон (МБХ) и показано, что эти субстраты окисляются в МБХ с малыми выходами (20−30%). Было предположено, что в присутствии 1,3-бутадиена удастся снизить скорости побочных процессов, в частности процесса смолообразования, за счет того, что одновременно с окислением о-крезола и о-толуидина в растворе ГПК-х будет идти кислотно-каталитическая реакция Дильса–Альдера. В этом случае вполне вероятно, что мгновенные концентрации высоко реакционноспособных радикальных частиц в растворе будут ниже, что позволит получить бóльшие выходы МБХ и, соответственно, витамина К3 в one-pot процессе.

В табл. 1 представлены результаты, полученные при исследовании суммарного процесса синтеза витамина К3 в соответствии со схемой 1 . Из этих данных видно, что выход МД при синтезе его из о-крезола в 0.2 М растворе ГПК-4 в присутствии 1,3-бутадиена не превышает 21%, а из о-толуидина – 29%. В случае о-крезола, молекулы высокой реакционной способности, наблюдается образование большого количества смол.

Таблица 1.  

Получение витамина К3 из о-крезола и о-толуидина по реакции диенового синтеза в 0.2 М растворе ГПК-4

Субстрат / г / моль ГПК-4, мл Мольное отношение
ГПК-4 : субстрат
Т, °C Выход МД, %
o-Крезол / 0.2 / 2.5 18.8 1.5 80 18.9
18.8 1.5 60 20.9
18.8 1.5 40 16.7
25.1 2.0 40 18.0
о-Толуидин / 0.13 / 1.25 6.5 1.0 80 20.0
  12.5 2.0 80 27.1
  12.5 2.0 60 28.5
  12.5 2.0 40 24.3
  23.5 3.75 40 21.1

Примечание. Условия процесса: атмосфера 1,3-бутадиена, 2 ч, конверсия субстрата 100%.

Оба рассмотренных способа получения витамина К3, безусловно, не лишены недостатков, тем не менее путь его получения из о-толуидина по реакции диенового синтеза (по сравнению с синтезом из о-крезола) выглядит несколько более перспективным. Мы рассчитывали, что при оптимизации этого процесса удастся снизить образование полимеров и тем самым увеличить выход МД.

В случае о-толуидина невысокий выход МД определен тем, что на первом этапе процесса параллельно с образованием целевого продукта по схеме 1 наблюдалось выпадение черного осадка политолуидина вследствие окислительной полимеризации о-толуидина в растворе ГПК-4. ИК-спектр получаемого полимера представлен на рис. 2.

Рис. 2.

ИК-спектр политолуидина, выпадающего из раствора ГПК-4 при синтезе витамина К3 из о-толуидина по реакции диенового синтеза в присутствии 1,3-бутадиена.

Полосы в области 3200–3500 см–1, вероятно, относятся к колебаниям N–H-связи, а в области 1600–1650 см–1 – связи C=N. Установлено, что этот осадок по ходу процесса частично растворяется, окисляясь в толухинон, однако бóльшая его часть все-таки остается в неизменном виде, что фактически выводит часть субстрата из целевого реакционного процесса и снижает выход МД.

С целью уменьшения вклада побочных реакций полимеризации субстрата и увеличения скорости образования витамина К3 были проварьированы условия one-pot процесса синтеза МД из о-толуидина. В частности, для снижения мгновенной концентрации субстрата в растворе ГПК-4 о-толуидин вводили в реакционную смесь как одной порцией, так и путем постепенного прикапывания его раствора в диметилсульфоксиде (ДМСО). Последний был выбран в связи с частичной растворимостью в нем политолуидина, и можно было надеяться, что это облегчит дальнейшее окисление полимера в толухинон. Однако оказалось, что способ введения о-толуидина в реакционную смесь не оказывает практически никакого влияния на количество получаемого полимера и, соответственно, на итоговый выход МД.

С этой же целью one-pot процесс по схеме 1 был исследован в присутствии дополнительного органического растворителя (ДМСО) в реакционной смеси. Но и в этом случае целевые показатели получения МД из о-толуидина улучшить не удалось. Это говорит о том, что полимеризация субстрата протекает значительно легче, чем его окисление в толухинон. Тем не менее, важно отметить, что политолуидин, побочно образующийся при окислении о-толуидина, не выбывает окончательно из реакционного процесса. Он может быть отделен от реакционной смеси, окислен в 2-метил-1,4-бензохинон и снова введен в реакцию по схеме 1 . Имеет значение еще и тот факт, что политолуидин, как и полианилин, является весьма ценным продуктом – он обладает достаточно высокой электропроводностью и поэтому может применяться в электротехнике как проводник электрического тока [29].

Для one-pot процессов с использованием о-крезола и о-толуидина в качестве субстратов была проварьирована температура в интервале 40−80°С. Из данных табл. 1 следует, что в обоих случаях оптимальной является температура 60°С.

Для получения полной картины возможных продуктов в ходе реакции диенового синтеза была исследована возможность побочных реакций 1,3-бутадиена в растворах ГПК-х. С этой целью были проведены холостые опыты, в которых в течение 5 ч в растворы ГПК-х (ГПК-3, ГПК-4 и ГПК-6) подавали 1,3-бутадиен в отсутствие других субстратов. Анализ продуктов реакции показал, что с незначительными скоростями идет гидратация 1,3-бутадиена с образованием 3-бутен-2-ола, а затем его дальнейшее превращение в метилвинилкетон (схема 2 ).

$\begin{gathered} {\text{C}}{{{\text{H}}}_{2}}{\kern 1pt} = {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\text{CH}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{CH}}{\kern 1pt} = {\kern 1pt} {\text{C}}{{{\text{H}}}_{{2~}}} \to \\ \to {\text{C}}{{{\text{H}}}_{2}}{\kern 1pt} = {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\text{CH}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{CH}}\left( {{\text{OH}}} \right){\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{C}}{{{\text{H}}}_{3}}~ \to {\text{C}}{{{\text{H}}}_{2}}{\kern 1pt} = {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\text{CH}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{COC}}{{{\text{H}}}_{3}} \\ \end{gathered} $

Схема 2 . Превращение 1,3-бутадиена в водных растворах Мо−V−P-ГПК-х.

Кроме того, в незначительных количествах обнаружены линейные и разветвленные кислородсодержащие продукты полимеризации 1,3-бутадиена (молекулярные массы 122, 164, 166). Установлено, что общее количество побочных продуктов, образующихся из 1,3-бутадиена в one-pot процессе в растворах ГПК-х по схеме 1 , не превышает 2%.

В случае использования о-крезола в качестве субстрата в процессе по схеме 1 основной вклад в образование побочных продуктов вносит окислительная полимеризация 2-метилфенола. Аналогичные реакции окислительной полимеризации 2-метилнафтола-1 были изучены в [30], где показано, что избирательность катализатора на основе раствора ГПК-х в отношении менадиона зависит от соотношения скоростей окислительной полимеризации промежуточных соединений и процесса образования целевого продукта. На эти соотношения скоростей влияют состав ГПК-х, способ и условия проведения реакции. При разработке технологии “Викасиб” [30] удалось добиться значительного (с 45 до 90%) увеличения выхода менадиона при окислении 2-метилнафтола-1. Мы полагали, что процесс синтеза витамина К3 из о-крезола по схеме 1 также может быть оптимизирован.

Для решения этой проблемы на втором этапе исследования возможности использования доступного сырья для получения витамина К3 в растворах ГПК-х по реакции диенового синтеза были выбраны модифицированные растворы ГПК-х некеггиновских составов с бóльшим содержанием ванадия (х = 7, 10) [25]. Высокие концентрации ванадия в модифицированных растворах гарантируют их повышенную окислительную емкость и, соответственно, производительность. Например, концентрация V V в 0.30 М модифицированном растворе ГПК-7 (Н10Р3Мо18V7O84) в 2.6 раза больше, чем в 0.2 М растворе часто применяемой в каталитических реакциях ГПК-4 (Н7РМо8V4О40). За счет такой концентрации V V модифицированные растворы ГПК-х сохраняют высокий окислительный потенциал Е [20] в ходе всего процесса по схеме 1 , гарантируя полное окисление аддуктов диенового синтеза в витамин К3.

Еще одним важным фактом является то, что модифицированные растворы ГПК-х обладают высокой стабильностью, сохраняя свою гомогенность вплоть до 180°С (максимальная температура для быстрой регенерации растворов ГПК-х) и обеспечивая большой срок жизни катализаторов на их основе [20]. Учитывая все эти факторы, мы полагали, что катализаторы на основе модифицированных ГПК-х могут стать перспективными для использования в one-pot процессах по схеме 1 .

Сразу отметим, что при получении МД из о-крезола в присутствии как ГПК-7, так и ГПК-10 не удалось добиться более высокого выхода целевого продукта, чем с ГПК-4 (21%). Следует признать, что с этим субстратом побочные процессы смолообразования в растворах ГПК-х протекают значительно легче, чем реакция диенового синтеза, несмотря на то, что кислотность модифицированных растворов ГПК-х существенно выше, чем раствора ГПК-4 [20]. Предполагалось, что повышением кислотности раствора катализатора можно будет увеличить скорость взаимодействия о-крезола и 1,3-бутадиена (кислотно-каталитическая реакция), однако этого не произошло. Следовательно, проблема низкого выхода МД заключается не в этом. Кислотность раствора ГПК-4 была уже вполне достаточна для эффективного протекания диенового синтеза, тем не менее во всех растворах ГПК-х (кеггиновских и модифицированных) скорость побочных реакций конденсации о-крезола была довольно высокой. Поэтому далее мы сконцентрировались на получении МД из о-толуидина.

В табл. 2 представлены данные, полученные при исследовании one-pot процесса синтеза витамина К3 в соответствии со схемой 1 из о-толуидина в присутствии 1,3-бутадиена в растворах высокованадиевых модифицированных ГПК-7 (Н10Р3Мо18V7O84) и ГПК-10 (H17P3Mo16V10O89). Здесь же для сравнения приведены данные для ГПК-4.

Таблица 2.  

Получение витамина К3 из о-толуидина по реакции диенового синтеза в 0.25 М растворах ГПК-7, ГПК-10 и ГПК-4.

о-Толуидин,
г/ммоль
ГПК-х; мл Мольное отношение
ГПК-х :
: о-толуидин
Т, °C Выход МД, %
0.107/1.0 ГПК-7; 20 5 40 27.2
0.107/1.0 ГПК-7; 12 3 40 28.1
0.107/1.0 ГПК-7; 12 3 60 32.4
0.107/1.0 ГПК-7; 12 3 80 30.0
0.064/0.6 ГПК-7; 12 5 60 31.2
0.107/1.0 ГПК-10; 20 5 40 28.0
0.107/1.0 ГПК-10; 12 3 40 28.5
0.107/1.0 ГПК-10; 12 3 60 32.8
0.107/1.0 ГПК-10; 12 3 80 29.9
0.107/1.0 ГПК-10; 8 2 60 32.3
0.064/0.6 ГПК-10; 12 5 60 32.6
0.107/1.0 ГПК-4; 20 5 60 27.3
0.107/1.0 ГПК-4; 8 2 60 28.0

Примечание. Условия процесса: атмосфера 1,3-бутадиена, 2 ч, конверсия субстрата 100%.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что оптимальная температура one-pot процесса получения МД из о-толуидина в растворах модифицированных высокованадиевых ГПК-х составляет 60°С, так же как и в присутствии кеггиновской ГПК-4.

Видно, что для полного окисления аддуктов диенового синтеза в соответствии со схемой 1 не требуется избыточная концентрация V V, как в растворах ГПК-7 и ГПК-10. Для этих ГПК-х наибольшие выходы МД (около 32%) наблюдаются при мольном отношении ГПК-х : о-толуидин = 2–3. В ходе всего one-pot процесса окислительный потенциал этих растворов остается достаточно высоким (выше 0.85 В относительно НВЭ), обеспечивая полное окисление образовавшихся аддуктов. При этом понятно, что из-за протекания побочных реакций на первом этапе процесса количество этих аддуктов составляет всего около 30% от теоретически возможного значения.

Была исследована еще одна возможность повышения выхода МД в суммарном процессе по схеме 1 . С этой целью перед опытом к реакционной смеси был добавлен органический растворитель − диоксан, хорошо зарекомендовавший себя при проведении двухфазных органических реакций [31]. Предполагалось, что смешивающийся с водой растворитель облегчит смешение двух фаз, снизит концентрацию субстрата в органической фазе и, тем самым, вероятно, уменьшит побочные процессы конденсации. Однако было установлено, что присутствие диоксана никак не влияет на итоговый выход МД.

Таким образом, в работе настоящей было показано, что витамин К3 может быть получен из о-толуидина в растворах модифицированных Мо−V−P-ГПК-х по схеме 1 с выходом до 33%. Побочно получаемый в этом процессе политолуидин может найти свое применение, например, в электротехнической промышленности [29].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Показана принципиальная возможность каталитического получения витамина К3 в присутствии растворов ГПК-х в одну технологическую стадию из таких субстратов, как о-крезол и о-толуидин, в атмосфере 1,3-бутадиена. При этом ГПК-х выступает в качестве бифункционального (кислотного и окислительного) катализатора. Несмотря на невысокий (до 33%) выход целевого продукта, новый способ привлекателен тем, что синтез менадиона осуществляется с использованием доступного сырья, а многостадийный процесс реализуется в одну технологическую стадию. Регенерируемость растворов ГПК-х кислородом открывает перспективы разработки новых способов получения витамина К3 в присутствии ГПК-х как бифункционального катализатора.

Список литературы

  1. Одяков В.Ф., Титова Т.Ф., Матвеев К.И., Крысин А.П. // Хим.-фарм. журн. 1992. Т. 26. № 7−8. С. 69.

  2. Шнайдман Л.О. Производство витаминов. 2-е изд. Москва: Пищепромиздат, 1973. С. 330.

  3. A.c. CCCP № 1121255 // Б. И. 1984. № 40. C. 63.

  4. Pat. JP 6237700, 1994.

  5. Pat. PL 245797, 1985.

  6. Pat. JP 61221148, 1985.

  7. Pat. 4482492 USA, 1984.

  8. Pat. JP 2002138063, 2002.

  9. Пaтeнт PФ № 2061669 // Б. И. 1996. № 16. C. 193.

  10. Пaтeнт PФ № 2142935 // Б. И. 1999. № 35. C. 228.

  11. Hill C.L., Prosser-McCartha C.M. // Coord. Chem. Revs. 1995. V. 143. P. 407.

  12. Khenkin A.M., Shimon L.J.W., Neumann R. // Eur. J. Inorg. Chem. 2001. № 4. P. 789.

  13. Kozhevnikov I.V. // Chem. Rev. 1998. V. 98. P. 171.

  14. Neumann R. // Inorg. Chem. 2010. V. 49. P. 3594.

  15. Mizuno N., Kamata K. // Coord. Chem. Revs. 2011. V. 255. P. 2358.

  16. Zhizhina E.G., Odyakov V.F. // ChemCatChem. 2012. V. 9. P. 1405.

  17. Kozhevnikov I.V. Catalysis by Polyoxometalates / In: Catalysts for Fine Chemical Synthesis. Chichester: John Wiley & Sons, 2002. V. 2. P. 202.

  18. Жижина Е.Г., Одяков В.Ф., Симонова М.В. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 814.

  19. Okuhara T., Mizuno N., Misono M. //Appl. Catal. A: General. 2001. V. 222. № 1. P. 63.

  20. Zhizhina E.G., Odyakov V.F. // Appl. Catal. A: General. 2009. V. 358. № 2. P. 254.

  21. Жижина Е.Г., Одяков В.Ф. // Катализ в промышленности. 2010. № 2. С. 14.

  22. Пaтeнт PФ № 2162837 // Б. И. 2001. № 4. C. 257.

  23. Пaтeнт PФ № 2050345 // Б. И. 1995. № 35. C. 78.

  24. Одяков В.Ф., Жижина Е.Г., Матвеев К.И. // Журн. неорган. химии. 2000. Т. 45. № 8. С. 1379.

  25. Odyakov V.F., Zhizhina E.G., Rodikova Yu.A., Gogin L.L. // Eur. J. Inorg. Chem. 2015. V. 2015. № 22. P. 3618.

  26. Odyakov V.F., Zhizhina E.G., Maksimovskaya R.I. // Appl. Catal. A: General. 2008. V. 342. P. 126.

  27. Zhizhina E.G., Odyakov V.F. // Int. J. Chem. Kinet. 2014. V. 46. I. 9. P. 567.

  28. Симонова М.В., Жижина Е.Г. // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. № 3. С. 479.

  29. Genies E.M., Lapkowski M., Tsintavis C. // New J. Chem. 1988. V. 12. P. 181.

  30. Матвеев К.И., Жижина Е.Г., Одяков В.Ф., Пармон В.Н. // Изв. РАН. Сер. хим. 1994. №. 7. С. 1208.

  31. Гогин Л.Л., Жижина Е.Г., Пай З.П., Пармон В.Н. // Изв. РАН. Сер. хим. 2015. № 9. С. 2069.

Дополнительные материалы отсутствуют.