УДК 54.057:547-326:54-732

Тулепова А.К., Сейтова А.А., Шигенова А.С., к.т.н., доцент Нарманова Р.А., к.х.н. Аппазов Н.О.

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, Кызылорда, Республика Казахстан

Получение изопропилацетата активацией микроволнами реакции этерификации уксусной кислоты изопропанолом

Изопропилацетат применяется в кондитерском производстве (для получения пищевых ароматических эссенций), является идентичным натуральному пищевым ароматизатором и зарегистрирован как вкусоароматическое химическое вещество для производства пищевых ароматизаторов, обладает приятным эфирно-фруктовым запахом, [1,2]. Используется в качестве растворителя эфиров целлюлозы, жиров, многих синтетических полимеров, мастик, используется в производстве лакокрасочных изделий и т.д. [3,4].

Изопропилацетат получают реакцией этерификации уксусной кислоты изопропиловым спиртом в присутствии серной кислоты (~13% от общей массы реагирующих веществ) при температуре 140⁰С в течении 2 ч, выход продукта при этом составляет 70% [5,6]. Имеется способ получения изопропилацетата реагированием уксусной кислоты пропеном в присутствии сульфокатионитного катализатора КУ-2ФПП при температуре 120⁰С и молярном соотношении уксусная кислота:пропен = 1,2:1, при этом конверсия пропена составляет 75% [7].

Синтез органических молекул микроволновой активацией является динамично развивающимся методом в органическом синтезе, в отличие от классического конвекционного нагревания микроволновое облучение проводится в значительно короткое время [8]. Известны методы синтеза сложных эфиров карбоновых кислот реакцией прямой этерификации в условиях микроволнового облучения [9-11].

Получение изопропилацетата предлагаемым нами способом позволяет сократить продолжительность реакции в десятки раз, что экономит затраты на электро- или тепловую энергию и соответственно включает производство изопропилацетата в область «зеленой» химии.

Изопропилацетат синтезировали прямой этерификацией уксусной кислоты изопропанолом при сверхвысокочастотном облучении на бытовой микроволновой печи. При проведении опытов в качестве катализатора использовали концентрированную серную кислоту. В качестве исходных реагентов использовали ледяную уксусную кислоту и изопропиловый спирт.

Нами были проведены серия опытов для определения оптимальных условий проведения процесса, т.е. влияние на выход продукта мощности облучения, продолжительности процесса, соотношения катализатора от общей массы реагирующих веществ и соотношений реагирующих веществ.

Найдено, что оптимальным соотношением реагирующих веществ является молярное соотношение уксусная кислота:изопропанол – 1:1, продолжительность 3 мин, соотношение катализатора от общей массы реагирующих веществ 1%, мощность облучения 450 Вт, при этих условиях выход целевого продукта составляет 97,49 % (Таблица).

Таблица – Нахождение оптимальных условий проведения процесса

№	Молярное соотношение реагирующих веществ		Мощность облучения, Вт	Продолжи-тельность, мин	Катализатор, % от общ. массы реагирующих веществ	Выход продукта, %
	Уксусная кислота	Изопропанол
1	1	1	300	2	1	48,78
2	1	1	450	2	1	97,32
3	1	1	600	2	1	96,21
4	1	1	450	1	1	57,01
5	1	1	450	3	1	97,49
6	1	1	450	4	1	97,16
7	1	1	450	3	0,5	96,03
8	1	1	450	3	1,5	55,74
9	0,9	1	450	3	1	95,79
10	1	1,1	450	3	1	54,63

После проведения реакции продукты анализировали на хромато-масс спектрометре Agilent 7890A/5975C (США) и ИК-спектрометре IR-Prestige 21 фирмы Shimadzu (Япония).

Условия хроматографирования: газовый хроматограф 7890А с масс-селективным детектором 5975С фирмы Agilent; подвижная фаза (газ носитель) – гелий; температура испарителя 100⁰С, сброс потока (Split) 500:1; температура термостата колонки, начало 40⁰С (1 мин), подъем температуры 5⁰С в минуту, конец 100⁰С, при этой температуре удерживается 1 мин, общее время анализа 14 мин; режим ионизации масс-детектора методом электронного удара. Капиллярная хроматографическая колонка HP-5MS, длина колонки 30 м, внутренний диаметр 0,25 мм, неподвижная фаза диметилполисилоксан. Время удержания изопропилацетата составляет 3,0 мин.

Полученный продукт идентифицирован с помощью масс-селективного детектора, масс-спектры изопропилацетата соответствует данным библиотечной базы NIST08, в масс-спектрах присутствуют молекулярный ион и масс фрагменты полученного продукта.

В ИК-спектре полученного продукта наблюдается характеристичная полоса поглощения карбонильных групп при 1708 см^-1, также в области 1107, 1244 см^-1 проявляются интенсивные эфирные полосы, вызванная колебаниями С-О-С.

Таким образом, нами был синтезирован изопропилацетат прямой этерификацией уксусной кислоты изопропанолом в условиях сверхвысокочастотного облучения в присутствии серной кислоты (1% от общей массы реагирующих веществ). Найдены оптимальные условия проведения процесса, максимальный выход продукта составляет 97,49%. Полученный продукт был идентифицирован с помощью газового хроматографа с масс-селективным детектором и инфракрасной спектрометрии. Предлагаемый нами способ получения изопропилацетата по сравнению с известным способом позволяет сократить продолжительность процесса в 40 раз.

Литература:

1. Исагулянц В.И. Синтетические душистые вещества. – Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1946. – 831 с.

2. Гигиенические требования по применению пищевых добавок. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПИН 2.3.2.1293-03 от 18.04.2003. Минздрав РФ.

3. Эллис К. Химия углеводородов нефти. – М., 1936. – 634 с.

4. Перкель А.Л., Воронина С.Г. Карбоновые кислоты и их производные в органическом синтезе. – Кемерово, 2013. – 27 с.

5. Чемерис М.М., Коньшин В.В., Люкшова Н.В., Мозуленко Л.М., Безушев А.А. Лабораторный практикум по органической химии: Методические указания к выполнению лабораторных работ. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. – 132 с.

6. Павлов О.С., Павлов С.Ю. Способ получения алкилацетата. Патент RU 2341514 C1 (2008).

7. Бердоносов С.С. Микроволновая химия // Соровский образовательный журнал. – 2001. – Т.7. – №1. – С.32-38

8. Pelle Lidström, Jason Tierney, Bernard Wathey, Jacob Westman. Microwave assisted organic synthesis – a review // Tetrаhedron. – 2001. – №57. – Р.9225-9283

9. Antonio de la Hoz, Angel Díaz-Ortiz, Andres Moreno. Review on non-thermal effects of microwave irradiation in organic synthesis // Journal of microwave power & electromagnetic energy. – 2007. – Vol.41. – №1. – P.41-1-45–41-1-66

10. Н.О.Аппазов, Н.И.Акылбеков. Синтез этилацетата в условиях сверхвысокочастотного облучения // Известия НАН РК. Серия химическая. – 2014. – №2 (404). – С.57-62.

11. Аппазов Н.О., Шигенова А.С., Акылбеков Н.И., Тулепова А.К., Сейтова А.А., Нарманова Р.А., Наренова С.М. Синтез изоамилацетата в условиях сверхвысокочастотного облучения // Фундаментальные исследования. 2014. №8. ч.5. С. 1075-1079.