“синтез итаконовой кислоты” Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

BIOLOGICAL SCIENCES

Шадиева Аза Исмаиловна

ст. преп. каф. химии Бекбузаров Магомед-Герей Багаудинович, магистр 1 курса ХБФ Шадиев Ибрагим Исмаилович

магистр 1 курса ХБФ

Бекбузаров Муслим Магомед-Гиреевич

магистр 1 курса ХБФ Ингушский государственный университет, г.Магас DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10509 "СИНТЕЗ ИТАКОНОВОЙ КИСЛОТЫ"

Shadieva Aza Ismailovna

Art. prep. kaf chemistry Bekbuzarov Magomed-Gerey Bagaudinovich, Master 1 course HBF Shadiev Ibrahim Ismailovich

Master 1 course HBF

Bekbuzarov Muslim Magomed-Gireevich

Master 1 course HBF Ingush State University, Magas

"SYNTHESIS OF ITALIC ACID"

Аннотация

Итаконовая кислота- представитель дикарбоновых непредельных кислот, которая широко используется в промышленности в производстве различных полимеров, не только в виде свободной кислоты, но и различных производных, в частности моно- и полиэфиры.

Есть перспективы применения итаконовой кислоты и её производных в медицине. Учитывая тенденцию в сокращении применения акриламида, важное значение имеет поиск новых способов получения итаконовой кислоты, помимо традиционных- пиролиза лимонной кислоты и микробиологического. Abstract

Itakonic acid is a representative of dicarboxylic unsaturated acids, which is widely used in industry in the production of various polymers, not only in the form of free acid, but also of various derivatives, in particular mono- andpolyethers.

There are prospects for the use of itaconic acid and its derivatives in medicine.

Given the tendency to reduce the use of acrylamide, it is important to search for new ways to produce itaconic acid, in addition to traditional pyrolysis of citric acid and microbiological.

Ключевые слова: непредельные кислоты, итаконовая кислота, микробиологический синтез, химический синтез.

Keywords: unsaturated acids, itaconic acid, microbiological synthesis, chemical synthesis.

Цель работы - разработка лабораторного способа получения итаконовой кислоты

Итаконовая кислота относится к непредельным дикарбоновым кислотам.

Систематические названия - ИтК, метиленбу-тандиовая кислота, метиленянтарная кислота

НООС СООН

Итаконовая кислота- белое кристаллическое вещество, молекулярная масса 130,1; температура плавления 172°С; ц= 7,49 * 10- 30 Кл * м; Н0Обр -840 кДж/моль; К1 1,40 * 10 и 4, К2 3,56 * 10 и 6 в воде при 25°С. Растворимость в воде (г на 100 г): 8,3 (20 °С), 29,3 (50 °С), 72,6 (70 °С). Растворим в этаноле,

метаноле, ТГФ, диоксане, плохо растворим в диэти-ловом эфире, бензоле [1].

Итаконовая кислота производится в промышленных масшабах до 30 тысяч тонн, из них 15 тысяч химическим способом и 15 тысяч- микробиологическим [2]. Ожидается что мировое производство к 2020 г. возрастёт до 410 тысяч тонн [3]. По известным данным [4], итаконовая кислота производилась в бывшем СССР.

Основная область применения итаконовой кислоты и её эфиров- получение сополимеров в разных сочетаниях и соотношениях, например, нитри-лакриловое волокно «нитрон». Такие сополимеры обладают улучшенными потребительскими свойствами и используются в качестве пластиков, адге-зивов и покрытий.

Итаконовая кислота используется в синтезе ПАВ, фармпрепаратов, красителей и других.

Некоторые моно- и диэфиры итаконовой кислоты обладают антивоспалительными или болеутоляющими свойствами.

Есть данные[5], что итаконовая кислота (ита-конат) продуцируется макрофагами - клетками врожденного иммунитета — и участвует в регуляции иммунного ответа, и, в частности, обладает противовоспалительным действием. Сочетание имихимода (наружный иммодулятор) с диметили-таконатом предотвращает развитие патологических

BIOLOGICAL SCIENCES / <<ШУШетУМ~^©У©Ма1>#Щ4©)),2Ш9 симптомов у животных. Таким образом, диметили-таконат может оказаться перспективным средством подавления воспаления в терапии псориаза и других аутоиммунных заболеваний.

Итаконовая кислота используется в синтезе пирролидонов, лактонов и других циклических соединений.

Способы получения итаконовой кислоты: 1. Химический способ, перегонка лимонной кислоты. Первоначально образуется итаконовый ангидрид: который гидролизуют до свободной кислоты по схеме [6]:

COOH

HOOC

COOH

H2O

OH

O^ O O

HOOC

-л

CH

COOH

t

200 г. лимонной кислоты нагревают как можно быстрее, время не более 12 минут. Образуется 4050 г. итаконового ангидрида (24-39 % от теоретического). 40 г. итаконового ангидрида кипятят с 100 мл. воды, охлаждают и отделяют выпавшие кристаллы итаконовой кислоты. Выход 11-18 г. (3747% от теоретического). Если вести расчёт исходя из лимонной кислоты, то выход составит 8- 14%. Кроме лимонной кислоты, можно использовать аконитовую, итамалевую кислоты, цитраконовый ангидрид.

2. Известен способ, основанный на конденсации диэтилфумарата или малеината с нитромета-ном, катализатор диэтиламин:

CH-NO/(C2H,)2NH

H5C2OOC

о

20 C

HOOC

CH

COOH

Недостаток метода-длительность, до 5 суток. Выход 22-42%.

Есть усовершенствованные версии с применением катализатора межфазного переноса, что позволяет сократить время до 7-8 часов и выход, например, [7].

3.Микробиологический способ.

Некоторые грибы способны перерабатывать аконитовую кислоту (участника цикла Кребса) в итаконовую.

Впервые обнаружил это Кунашита (Япония, 1929 г.) на грибах Aspergillus itakonis, впоследствии Кэлэм (Великобритания, 1939 г.) на грибах Aspergillus terreus. В CCCР использовалась технология с использованием Aspergillus terreus[4,8,9].

Использовались два способа ферментации- поверхностное и глубинное. Сырьё- меласса или отходы производства глюкозы.

Требуется добавка солей меди, магния и цинка и поддержка рН на уровне 3,8.

Выход достигает 60% в расчёте на источник углерода, процесс считается очень трудоёмким и дорогим.

3.Нами предложен лабораторный способ получения итаконовой кислоты, исходя из щавелевоук-сусного эфира и реактива Виттига по схеме:

COOC9H I 2 5 COOC H

CH3-COOC2H5

Na

H5C2°°C

Ph3P -CH3

O Br

O

NaOH/CH2Cl2

COOC H

h5c2ooc

,CH0

HO, t

COOC H

HOOC

CH,

COOH

COOC H

+

а) Щавелевоуксусный эфир, диэтилоксалоаце-тат [10].

В круглодонную колбу емкостью 250 мл помещают 80 мл. абсолютного эфира и вносят тонко нарезанный металлический натрий (24 г), очищенный от корки окислов. Прибавляют диэтилоксалат (15 г.) и затем через капельную воронку медленно, по каплям, приливают хорошо высушенный уксусноэтиловый эфир (10,8 г); реакция начинается сама собой. После того как весь уксусноэтиловый эфир прибавлен, реакционную смесь нагревают на водяной бане при 300С до

тех пор, пока весь натрий не растворится (на что требуется около 1,5 часа), и оставляют стоять в течение ночи. На другой день выделившийся в виде желтой массы натрий-щавелевоуксусный эфир отсасывают на воронке Бюхнера и промывают небольшим количеством сухого эфира. Затем смешивают натрийщавелевоуксусный эфир с небольшим количеством воды, прибавляют несколько кусочков льда и подкисляют 10%-ным раствором серной кислоты. Раствор переливают в делительную воронку и 4 раза извлекают эфиром, беря в первый раз 25 мл эфира и затем 3 раза по 15 мл. Соединенные

эфирные вытяжки промывают 5 мл 10%-ного раствора углекислого натрия, затем два раза водой (10 и 5 мл) и сушат хлористым кальцием. Высушенный раствор фильтруют через небольшой складчатый фильтр, переливают в колбу Кляйзена и отгоняют эфир на водяной бане. Оставшийся в колбе щавеле-воуксусный эфир перегоняют в вакууме.

Выход около 15 г. Т.кип. 131-1320С / 24 мм.рт.ст., по=1.4516

б) Метилтрифенилфосфонийбромид получают смешиванием в колбе 50 г. трифенилфосфина с 250 г. бензола с добавлением при -100С 50 г. бромистого метила. Смесь оставляют на 24 часа. Образовавшуюся соль (51 г.) с Т.пл.227-2290С отделяют и промывают бензолом.

Раствор 13,2 г (0,1 моль) диэтилоксалоацетата в 250 мл. дихлорметана смешивают с 300 мл. 2М. NaOH и при энергичном перемешивании прикапывают раствор 27,6 г. (0,1 моль) метилентрифенил-фосфонийбромида.

После перемешивания в течение 30 минут при комнатной температуре органическую фазу отделяют, несколько раз промывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают над Na2SO4. Отгоняют растворитель в вакууме и основную фракцию при Т.кип. 72-730С/2 мм.рт.ст.

Выход 20,3 г. (80%). Диэтилитаконат- бесцветная жидкость, Т.кип. =2250С или ^=1.4380

в) в колбу, снабжённую обратным холодильником помещают суспензию 18,8 г. (0,1 моль) диэти-литаконата в 200 м. 2Н. NaOH нагревают в течение

1 часа на водяной бане. По охлаждении подкисляют водный слой раствором HCl (1:1) до кислой реакции по лакмусу. Упаривают до начала кристаллизации раствора. Выход итаконовой кислоты 11 г. (83%)

Список литературы:

1. Химическая энциклопедия, т.2. изд-во «Советская энциклопедия», М., 1990 г., с.276

2. Sauer M., Porro D., Mattanovich D., Branduardi P. Microbial production of organic acids: expanding the markets // Trends in Biotechnology. 2008. V. 26. № 2. Р. 100-108

3. Current Opinition of Biotechnology, Vol. 36, 15 December 2015, р. 168-175

4. Промышленная микробиология, под. Ред. Н.С.Егорова, М., Высшая школа, 1868 г., с. 508-511

5. Nature, volume 556, рр.501-504 (2018)]

6. Синтезы органических препаратов, сб.2, М. изд-во «Иностранная литература», М., 1949 г., с.290-292

7. патент SU 1162784

8. Описание изобретения к авторскому свидетельство № 164241, Р.Я.Карклинь и др. Способ производства итаконовой кислоты

9. Описание изобретения к авторскому свидетельство № 282250, Я.В.Мельберг и др. Способ производства итаконовой кислоты

10. Прянишников Н.Д. Практикум по органической химии, М. ГХИ, 1956 г. с.181-182