CC BY
8А.В. Москалева
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛТИОПРОПИОНОВОГО АЛЬДЕГИДА
В статье предложен новый усовершенствованный способ получения 3-метилтиопропаналя (МТП) с целью повышения эффективности процесса.
Ключевые слова: метилтиопропионовый альдегид (МТП), метил-меркаптопропионовый альдегид, 3-метилтиопропаналь, акролеин, ме-тилмеркаптан (ММК), триэтиламин, уксусная кислота, уротропин, ме-тионин.
Метилтиопропионовый альдегид является промежуточным веществом в получении многотоннажного продукта D, L-метионина. Метионин и другие аминокислоты, содержащие атом серы, необходимы для клеточного метаболизма. Метионин с химической формулой CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH является алифатической серосодержащей а-аминокислотой и широко используется в качестве пищевой добавки для домашней птицы, свиней, жвачных животных и в сырьевой промышленности, поскольку данная кислота не вырабатывается животными, поэтому в их рацион должно поступать нужное его количество [1].
В основе получения 3-метилтиопропаналя (МТП) лежит реакция Михаэля [2]:
(1)
Для этой реакции (1) характерны низкие температуры (30-50°С) и катализаторы, которые проявляют основный характер: щелочи, аммиак, пиридин, хинолин, М,К-диметиланилин и другие соединения [3]. В настоящее время в промышленности наиболее распространенным способом получения 3 -метилтиопро-паналя является взаимодействие метилмеркаптана с акролеином в среде МТП по схеме [4]:
(3)
Эти реакции проводят при температуре 30-50°С, в присутствии катализатора в качестве которого используют смесь триэтиламина и уксусной кислоты в соотношении 1:1,5 [5]. При этом суммарный процесс, описываемый уравнениями (2,3) представляет собой реакцию Михаэля.
Системный анализ производственного процесса синтеза метилмеркаптопропионового альдегида выявил недостатки связанные прежде всего с образованием побочных продуктов.
При взаимодействии двух молекул 3-метилтиопропаналя образуется 2-метилтиометил-3-гид-рокси-5-метилтио-4-пентеналь, и его дегидратация приводит к образованию 2-метилтиометил-5-метил-тио-2-пентеналя.
© А.В. Москалева, 2022.
Научный руководитель: Попов Юрий Васильевич - доктор химических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
2h3c-s-ch,-ch2-c,
н
3-метилтиопропаналь
О
н
с-н
-» н,с s сн. сн, сн сн-сц- s-ch3 он
2-метилтиометил-3-гидрокси-5-метилтио-4-пентеналь
-шэ
о
II
с-н
H3C-S-CH2-CH2-CH=C-CH2- S-C'IL
(4)
2-метилтиометил-5-метилтио-2-пентеналь При взаимодействии акролеина с 3-метилтиопропаналем образуется другой побочный продукт -3-гидрокси-2-метилтиометил-4-пентеналь, дегидратация которого приводит к образованию 2-(метил-тио)пента-2,4-диеналя.
он
сн-сн=сн.
h,c-s-ch,-ch-,-c;
/J
чн
,о
3 -метилтиопропаналь
сн=сн-с:
н
Акролеин
-> H,e-S-CH,-CH ->
I
с-н
II
о
3-гидрокси-2-метилтиометил-4-пентеналь
-н,о
TT,С S СН,
с СИ сн=сн
с-н
о
2-(метилтио)пента-2,4-диеналя
(5)
В ходе процесса 2-(метилтио)пента-2,4-диеналь и 2-метилтиометил-5-метилтио-2-пентеналь вступают в реакцию поликонденсации с образованием высокомолекулярных соединений - полимеров.
С целью интенсификации процесса получения МТП был выполнен патент-информационный поиск вариантов его усовершенствования. Данный анализ показал, что наиболее перспективным способом получения метилтиопропионового альдегида является способ, предлагающий проводить процесс при температуре 45-55°С с использованием уротропина в качестве катализатора [4]. Сравнительная оценка эффектив-ностей этих двух способов приведена в табл. 1.
Таблица 1
Сравнение параметров промышленного аналога и нового способа получения _метилтиопропионового альдегида_
Параметры процесса Способ производства аналога Новый способ
1 Время пребывания за один проход 0,17 ч 0,17 ч
2 Избыточное давление процесса 1,021-1,051 атм 1,021-1,051 атм
3 Температура процесса 30-40°С 45-55°С
4 Катализатор
Кислота Уксусная кислота -
Органическое основание Триэтиламин Уротропин
5 Мольное соотношение акролеина к метилмер-каптану 1:1,004 1:1,02
6 Конверсия 99,63 100
7 Селективность 97,77 99,8
8 Выход 97,41 99,8
9 Содержание побочных продуктов 0,27 масс.% 0,02 масс.%
Таким образом, из приведенной табл. 1 следует, что в результате применения уротропина в качестве катализатора и проведение процесса при температуре 45-55°С достигаются высокие технико-экономические показатели. Данный способ позволяет достичь полную конверсию акролеина 100% и практически отсутствие побочных продуктов, это в свою очередь приводит к тому, что селективность и выход по целевому продукту также имеют высокие показатели более 99%.
Библиографический список:
1. Катализаторы на основе молибдена и вольфрама прямой синтез метилмеркаптана из синтез-газа [Электронный ресурс] - Режим доступа : https://ori-nuxeo.univ-liUe1.fr/nuxeo/site/esupversions/026921b0-9216-426c-92d4-8c901b5151c2 (дата обращения 05.09.2021).
2. Пат. 691086 СССР, МПК С 07 С 149/14. Способ получения бета-метилмеркаптопропионового альдегида / Жорж Биола, Ив Комори, Эрик Лимони ; заявитель и патентообладатель Ронк-Пуленк Эндрюстри - № 23700202/23-04 ; заявл. 15.06.76 ; опубл. 05.10.79, Бюл. № 37
3. Pat. 8759592 United States, CPC C 07 C 319/20. Process for preparing methylmercaptopropionaldehyde / Caspar Heinrich Finkeldei, Pablo Zacchi, Benjamin Fonfe ; applicant Caspar Heinrich Finkeldei, Pablo Zacchi, Benjamin Fonfe. - № 2014/0051890 A1 ; PCT Filed 30.10.13 ; Pub/ Date 24.06.14.
4. Пат. 505357 СССР, МПК С 07 С 149/14. Способ получения 3-метилмеркаптопропионового альдегида / Эдгар Коберштайн, Клаус Мюллер, Фердинанд Файссен; заявитель и патентообладатель Фирма «Дегусса». - № 1996514/23-4 ; заявл. 18.02.74 ; опубл. 28.02.79, Бюл. № 8
5. Пат. 443029 СССР, МПК С 07 С 149/14. Способ получения yS-метилмеркаптопропионового альдегида / С. Ю. Сизов, С. В. Суханов, В. К. Рыков, В. И. Шустов, С. В. Царенко ; заявитель и патентообладатель Волжский завод органического синтеза - № 181972/23-4 ; заявл. 10.08.72 ; опубл. 15.07.75, Бюл. № 34
МОСКАЛЕВА АЛИНА ВЛАДИСЛАВОВНА - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
