Технології та інжиніринг

Дослідження каталітичної системи для селективного окиснення 4-гідрокситолуену озоном у рідкій фазі

Мета. Дослідити особливості каталітичної дії перехідних металів в сполученні з мінеральними кислотами для створення селективних синтезів оксигенвмісних похідних метилбензолів прямим окисненням озоном у рідкій фазі. Методика. Для встановлення кінетичних закономірностей реакцій озону з 4-гідрокситолуеном та його ацильованим похідним використовували скляну колонку з пористою перетенкою для диспергування газу. Кінетичні параметри реакції вивчали в реакторі типу «каталітична качка», струшування якого зі швидкістю 8 коливань за секунду забезпечувало кінетичну область протікання процесу. Визначення концентрації озону в газовій фазі та констант швидкостей його реакцій з аренами здійснювали за допомогою спектрофотометричного методу аналізу на спектрофотометрі СФ-46. Кількісний вміст реакційної маси фіксували методом газової хроматографії на хроматографі «ЛХМ-8МД». Концентрацію аліфатичних пероксидів визначали методом йодометричного титрування. Результати. Вивчено каталітичну реакцію окиснення 4-гідрокситолуену озоном у рідкій фазі. Встановлено, що у відсутності каталізатора перебігає, в основному, озоноліз ароматичного кільця з утворенням аліфатичних продуктів, а сумарний вихід продуктів окиснення за метильною групою субстрату не перевищує 20,5%. Тільки після додавання в систему каталізаторів на основі солей перехідних металів дозволяє підвищити селективність і вихід продуктів окиснення за метильною групою до 77,2%. В умовах досліду основними продуктами є 4-ацетоксибензилацетат (63,2%) та 4-ацетоксибензилідендіацетат (14,0%). Показано, що у досліджуваній системі ArCH3-H2SO4-Ас2О-O3 найбільшу каталітичну активність проявляє манган(ІІ) ацетат, а солі кобальту в цих умовах каталітичної активності практично не мають. Додавання до окисної системи калій броміду підвищує не тільки селективність окиснення за метильною групою (94,5%), а і глибину окиснення. Основним продуктом реакції стає 4-ацетоксибензилідендіацетат (78,0%), який при необхідності може легко гідролізуватись до 4-гідроксибензальдегіду. Наукова новизна. Показана можливість прямого селективного окиснення 4-гідрокситолуену озоном. Підібрані каталітичні системи, які дозволяють зупиняти реакцію на стадії утворення відповідного ароматичного спирту або альдегіду. Встановлено, що відсутність каталітичної активності кобальт(ІІ) ацетату в умовах досліду пов’язано з високою швидкістю реакції відновлення Со(ІІІ) у Со(ІІ) у системі Ас2О–H2SO4–O3. Практична значимість. Отримані експериментальні дані є основою для створення екологічно чистих технологій синтезу ароматичних спиртів і альдегідів, які широко використовуються у якості активних фармацевтичних інгредієнтів для виготовлення лікарських засобів

каталізатор; озон; окиснення; 4-гідрокситолуен; манган(ІІ) ацетат; сульфатна кислота; 4-гідроксибензиловий спирт; 4-гідроксибензальдегід