МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗО-15-КРАУН-5 В УСЛОВИЯХ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация
В данной статье описана разработка методики синтеза бензо-15-краун-5, перспективного экстрагента изотопов лития, которые находят широкое применение в различных областях ядерной техники. Синтез бензо-15-краун-5 осуществлен методом двухкомпонентной конденсации пирокатехина и дихлорида тетраэтиленгликоля в присутствии темплатного агента гидроокиси натрия с последующим выделением экстракцией краун-эфира гексаном или выделением вакуумной перегонкой. Определены оптимальные условия синтеза, хроматографически идентифицированы примеси, определено технологичное время реакции и исследованы способы введения сырья в реакционную массу. Исследование показало, что капельное добавление дихлорида тетраэтиленгликоля приводит к тому, что содержание бензо-15-краун-5 достигает 82,1% в реакционной массе. Выявлено оптимальное время выдержки реакционной массы 7 ч при температуре кипения. Выбраны и изучены процессы выделения целевого продукта (экстракция гексаном, перегонка в вакууме). Отработанная методика полностью адаптирована на пилотную промышленную установку для синтеза краун-эфиров, состоящую из трех реакторов смешения, нутч-фильтров, мерных емкостей и установки для перегонки в вакууме. Разработанная установка позволяет получать до 25 кг высококачественного продукта в месяц. Продукт идентифицирован с применением ЯМР-, ИК-спектроскопии и элементного анализа. На пилотной установке удалось получить продукт, выход которого составил 41%, по сравнению с 48% на лабораторной установке, что является очень хорошим показателем для масштабирования, без потери качества продукта синтеза. Чистота бензо-15-крауна-5 составила более 98% по данным газо-жидкостной хроматографии.
Для цитирования:
Глушко В.Н., Блохина Л.И., Садовская Н.Ю., Чигорина Е.А., Ковтун И.Д., Ретивов В.М. Масштабирование процесса получения бензо-15-краун-5 в условиях опытного производства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 4. С. 101-109. DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6755.
Литература
Katalnikov S.G., Myshletsov I.A. Application of crown compounds for isotope separation. Tr. MKHTI im. D. I. Mendeleeva. 1989. V. 156. P. 3-24 (in Russian).
Tsivadze A.Yu., Zhilov V.I., Demin S.V. Separation of isotopes using macrocyclic polyesters. Russ. J. Coord. Chem. 1996. V. 22. N 4. P. 234-254.
Isupov V.P., Mitrofanova R.P., Chupakhina L.E., Lyakhov N.Z., Aleksandrov A.B., Belozerov I.M. Separation coefficients of lithium isotopes in chemical isotope exchange. Khim. Iinteresakh Ustoich. Razvitiya. 2001. V. 9. N 2. P. 183-198 (in Russian).
Zhang P., Xue Z., Wang C., Sun J., Shao F., Zou X., Li B., Qi M., Jing Y., Jia Y. Mechanisms of ionic liquids on the enhancement of interfacial transport of lithium ions in crown ether system. J. Clean. Prod. 2022. V. 366. Art. 132782. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.132782.
Wang C., Zhang P., Ju H., Xue Z., Zhou X., Mao L., Shao F., Zou X., Jing Y., Jia Y., Sun J. Electromigration separation of lithium isotopes: the multiple roles of crown ethers. Chem. Phys. Lett. 2022. V. 787. Art. 139265. DOI: 10.1016/j.cplett.2021.139265.
Xu L., Xiong Y., Wang L., Tian Y., Tong B., You J., Zhuo Zhao. A novel method for selective recovery of indium from end-of-life liquid crystal displays by 15-crown-5 ether and its derivatives. Hydrometallurgy. 2021. V. 202. Art. 105601. DOI: 10.1016/j.hydromet.2021.105601.
Xiao J., Jia Y., Shi C., Wan X., Wang S., Yao Y., Jing Y. Lithium isotopes separation by using benzo-15-crown-5 in eco-friendly extraction system. J. Mol. Liq. 2017. V. 241. P. 946-951. DOI: 10.1016/j.molliq.2017.06.119.
Dutta D., Kumari A., Panda R., Jha S., Gupta D., Goel S., Jha M.K. Close loop separation process for the re-covery of Co, Cu, Mn, Fe and Li from spent lithiumion batteries. Sep. Purif. Technol. 2018. V. 200. P. 327-334. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.02.022.
Şahin Gül D., Ogutcu H., Hayvalı Z. Investigation of photophysical behaviours and antimicrobial activity of novel benzo-15-crown-5 substituted coumarin and chro-mone derivatives. J. Mol. Struct. 2020. V. 1204. Art. 127569. DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.127569.
Sun Y., Zhu M., Yao Y., Wang H., Tong B., Zhao Z. A novel approach for the selective extraction of Li+ from the leaching solution of spent lithium-ion batteries using benzo-15-crown-5 ether as extractant. Sep. Purif. Tech-nol. 2020. V. 237. Art. 116325. DOI: 10.1016/j.seppur.2019.116325.
Bhosale T.R., Dhengale S.D.,, Anbhule P.V., Deshmukh M.B. Synthesis and applications of (5-substituted benzim-idazolo)-benzo-15-crown-5 and 4,4′-bis-benzimidazolo-dibenzo-15-crown-5 for the colorimetric detection of Au3+. Synth. Commun. 2019. V. 49. N 11. P. 1416-1426. DOI: 10.1080/00397911.2019.1599951.
Terashima А., Kaneshiki T., Nomura M., Ozawa M. Separation and recovery of palladium from nitric acid so-lution by silica based benzo-15-crown-5 ether resin. En. Proc. 2017. V. 131. P. 163-169. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.09.423.
Cui L., Li S., Kang J., Yin C., Guo Y.X., He H., Cheng F. A novel ion-pair strategy for efficient separation of lithium isotopes using crown ethers. Sep. Purif. Technol. 2021. V. 274. Art. 118989. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118989.
Kim J., Oka Y., Morozumi T., Choi E.W., Nakamura H. Steric effects on controlling of photoinduced electron transfer action of anthracene modified benzo-15-crown-5 by complexation with Mg2+ and Ca2+. Tetrahedron. 2011. V. 67. N 26. P. 4814-4819. DOI: 10.1016/j.tet.2011.05.042.
Jiang Xiao, Yongzhong Jia, Chenglong Shi, Xingquan Wang, Su Wang, Ying Yao, Yan Jing. Lithium isotopes separation by using benzo-15-crown-5 in ecofriendly extraction system. J. Mol. Liq. 2017. V. 241. P. 946-951. DOI: 10.1016/j.molliq.2017.06.119.
Sadovskaya N.Y., Glushko V.N., Retivov V.M., Belus' S.K., Grokhovskii V.V. Synthesis and properties of macroheterocyclic azomethines based on 4-aminobenzo-15-crown-5. Russ. J. Gen. Chem. 2015. V. 85. N 12. P. 2771-2777. DOI: 10.1134/S1070363215120191.
Glushko V.N., Sadovskaya N.Y., Blokhina L.I., Zhila M.Y., Belus S.K., Vashchenkova E.S., Shmelevaa I.A. Synthesis of isomeric dinitro and diamino derivatives of polycyclic crown ethers: dibenzo-18-crown-6 and diben-zo-24-crown-8. Russ. J. Gen. Chem. 2018. V. 88. N 8. P.1595-1600. DOI: 10.1134/S1070363218080078.
Sadovskaya N.Y., Glushko V.N., Baryshnikova M.A., Afanasyeva D.A., Zhila M.Y., Belus S.K. Synthesis and investigation of copper complexes with selected azomethine monobenzo crown ether derivatives. Russ. J. Gen. Chem. 2019. V. 89. N 3. P. 440-445. DOI: 10.1134/S1070363219030125.
Glushko V.N., Blokhina L.I., Sadovskaya N.Yu., Pevtsova L.A., Belus S.K. Special features of preparing benzoaza-12-crown-4 by condensation of o-aminophenol with triethylene glycol dichloride. Russ. J. Gen. Chem. 2014. V. 84. N 11. P. 2079-2083. DOI: 10.1134/S107036321411005X.
Glushko V.N., Sadovskaya N.Yu, Kozhuhov V.I., Blokhina L.I., Antropova I.A., Petina E.S., Retiviov V.M., Melnikova E.Yu. Production of macrocyclic polyether benzo-15-crown-5 and its functional derivatives. Orient. J. Chem. 2017. V. 33. N 4. P. 1689-1697. DOI: 10.13005/ojc/330413.
