2-Хлорбензойну кислоту використовують як напівпродукт для виробництва натрій диклофенаку. У промисловості її отримують окисненням 2-хлортолуену калій перманганатом у водно-кислому середовищі. Через дефіцит і високу вартість окисника, утворення великої кількості токсичних стічних вод відомий метод не має майбутнього. Тому актуальним завданням є розроблення нового, маловідходного синтезу 2-хлорбензойної кислоти із застосуванням доступного та безбаластного окисника – озону.

Мета роботи – вивчити кінетику, механізм рідиннофазної реакції окиснення 2-хлортолуену озоном і за результатами дослідження розробити новий метод синтезу 2-хлорбензойної кислоти.

Матеріали та методи. У дослідах використовували льодяну оцтову кислоту фірми «Sigma» кваліфікації «Х.Ч.»; 2-хлортолуен, 2-хлорбензальдегід, 2-хлорбензойну кислоту фірми «Acros organics» кваліфікації «Х.Ч.»; кобальт (ІІ) ацетат кваліфікації «Х.Ч.». Кількісний склад реакційної маси дослідили методом газорідинної хроматографії. Визначення 2-хлорбензойної кислоти здійснювали методом потенціометричного титрування. Концентрацію озону на вході і виході з реактора визначали спектрофотометричним методом за поглинанням в області 254–290 нм на спектрофотометрі СФ-46, що призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання рідких і твердих прозорих речовин в області спектра від 190 нм до 1100 нм.

Результати. Вивчили кінетику та механізм рідиннофазової реакції окиснення 2-хлортолуену озоном. Встановлено, що окиснення субстрату озоном відбувається переважно за ароматичним кільцем з утворенням аліфатичних пероксидних сполук. Підвищення температури до 90 °С та введення у систему каталізатора – кобальт (ІІ) ацетату – сприяє зростанню селективності окиснення за метильною групою з 18,0 % до 92,5 %. Серед продуктів ароматичного характеру утворюється 2-хлорбензойна кислота (88,0 %) та 2-хлорбензальдегід (4,2 %).

Висновки. При окисненні 2-хлортолуену озоном в оцтовій кислоті утворюються насамперед аліфатичні сполуки пероксидного характеру, а 2-хлорбензойна кислота утворюється з виходом лише 16,5 %. Підвищення температури до 90 °С та введення у систему каталізатора (кобальт (ІІ) ацетату) дає змогу спрямувати процес переважно за метильною групою з утворенням 88,0 % 2-хлорбензойної кислоти.

Chen, Y. H., Chang, C. Y., Chen, C. C., & Chiu, C. Y. (2006). Kinetics of ozonation of 2-mercaptothiazoline in an electroplating solution combined with UV radiation. Industrial and Engineering Chemistry Research, 45(14), 4936-4943. https://doi.org/10.1021/ie060065w

Galstyan A. G., Skorokhod K. S., Galstyan T. M. (2020). Doslidzhennia kinetyky reaktsii katalitychnoho tsyklu v protsesi okysnennia etylbenzenu ozonom [Investigation of the kinetics of catalytic cycle reactions in the process of oxidation of ethylbenzene by ozone]. Pytannia khimii ta khimichnoi tekhnolohii, (4), 38-42. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-131-4-38-42

Galstyan, G. A., Tyupalo, N. F., & Galstyan, A. G. (2009). Zhidkofaznoe kataliticheskoe okislenie aromaticheskikh soedinenii ozonom [Liquid-phase catalytic oxidation of aromatic compounds by ozone]. Lugansk: VNU. [in Russian].

Razumovskii, S. D., & Zaikov, G. E. (1974). Ozon i ego reaktsii s organicheskimi soedineniyami [Ozone and its reactions with organic compounds]. Moscow: Nauka. [in Russian].

Bailey P. S. (1978). Ozonation in organic chemistry. Vol. 1: Olefinic Compounds. Academik Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-073101-5.X5001-X

Yakoby V. A. (1978). Ozonirovanie aromaticheskikh soedineniy. Reaktsionnaya sposobnost' organicheskikh soedinenii [Ozonation of aromatic compounds. Reactivity of organic compounds]. Trudy MKhTI im. D. I. Mendeleeva. Moscow. [in Russian].

Pan, H. L., Li, S. T., Shu, M. J., Ye, Y. W., Cui, Q. H., & Zhao, Z. X. (2018). p-Xylene catalytic oxidation to terephthalic acid by ozone. Scienceasia, 44(3), 212-217. https://doi.org/10.2306/scienceasia1513-1874.2018.44.212

Potapenko, E. V., & Andreev P. Y. (2012). Kataliticheskoe okislenie alkilbenzolov ozonom v uksusnoi kislote v prisutstvii silnykh kislot [Catalytic oxidation of alkylbenzenes with ozone in acetic acid in the presence of strong acids]. Neftekhimiya, 52(2), 132-137. [in Russian].

Pluzhnik, I. M., & Galstyan, G. A. (1999). Kinetika i mekhanizm kataliticheskoi reaktsii ozona s toluolom v uksusnoi kislote [Kinetics and mechanism of the catalytic reaction of ozone with toluene in acetic acid]. Neftekhimiya, 39(2), 120-123. [in Russian].

Razumovskyi, S. D., Halstian, H. A., & Tiupalo, M. F. (2000). Ozon ta yoho reaktsii z alifatychnymy spolukamy [Ozone and its reactions with aliphatic compounds]. Luhansk: SUDU. [in Ukrainian].

Emanuel, N. M., Denisov, E. T., & Maizus, Z. K. (1965). Tsepnye reaktsii okisleniya uglevodov v zhidkoi faze [Chain reactions of oxidation of carbohydrates in the liquid phase]. Moscow: Nauka. [in Russian].

Galstyan, A., Galstyan, G., & Timoshyna, L. (2018). Research of the process of liquid phase selective oxidation of 4-aminotoluene with ozone. Chemistry & Chemical Technology, 12(3), 341-345. https://doi.org/10.23939/chcht12.03.341

Zakharov I. V., & Galetii Yu. V. (1978). Mekhanizm i parametry okisleniya alkilaromaticheskikh uglevodorodov v prisutstvii ionov kobal'ta i broma [The mechanism and parameters of the oxidation of alkylaromatic hydrocarbons in the presence of cobalt and bromine ions]. Neftekhimiya, 18(4). 615-621. [in Russian].