專利名稱：炔屬醇化合物的連續(xù)制備方法
發(fā)明涉及用強(qiáng)堿性、多相陰離子交換樹(shù)脂連續(xù)制備炔屬醇化合物的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用如下反應(yīng)式I表示的乙炔化反應(yīng)。在該反應(yīng)中，乙炔和酮化合物在氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中高產(chǎn)率、有利于環(huán)境地連續(xù)縮合成市售的炔屬醇[反應(yīng)式I]
式中R1和R2可以相同或不同，分別為氫原子，含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的烷基，或含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的苯基。
至今，炔屬醇化合物一般用Favorskii發(fā)明的方法通過(guò)酮與乙炔的縮合來(lái)制備。按照Favorskii方法，在液氨或其它合適的溶劑中在能脫質(zhì)子的金屬鹽的存在下將乙炔轉(zhuǎn)化成乙炔根離子，然后使乙炔根離子與合適的酮縮合，產(chǎn)生所需的炔屬醇化合物。除液氨以外，通常將醚用作溶劑。該縮合反應(yīng)的催化劑包括強(qiáng)堿的金屬鹽，如堿金屬氫氧化物，通常使用氫氧化鉀。
然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)該方法有如下幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，需要使用過(guò)量的堿金屬氫氧化物。這就是說(shuō)，相對(duì)于所用的酮，需要使用化學(xué)計(jì)量的至過(guò)量的金屬氫氧化物，這就對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面造成相當(dāng)大的不利。良好反應(yīng)必須滿足的要求之一是形成的不需要的副產(chǎn)物盡可能少。然而，使用過(guò)量的堿金屬氫氧化物導(dǎo)致產(chǎn)生副產(chǎn)物，使終產(chǎn)物(炔屬醇化合物)的產(chǎn)率降低。另外，由于上述炔屬醇形成反應(yīng)是可逆的，所以當(dāng)該產(chǎn)物在高溫和催化劑存在下分離和提純時(shí)，可能降低酮的轉(zhuǎn)化率和炔屬醇的產(chǎn)率。
根據(jù)至今已測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮到炔屬醇化合物的產(chǎn)率和酮的轉(zhuǎn)化率，液氨是該反應(yīng)最有效的溶劑。為了將其用作溶劑，需要將氨液化，這需要非常低的溫度。因此，需要相當(dāng)大的能量。另外，低溫對(duì)產(chǎn)物的回收造成相當(dāng)大的麻煩。還有，液氨對(duì)環(huán)境是不利的。
本發(fā)明人對(duì)高產(chǎn)率地制備炔屬醇化合物的方法進(jìn)行了廣泛和深入的研究后，發(fā)現(xiàn)在溫和的條件下在強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中用乙炔使酮乙炔化可以大大提高酮的轉(zhuǎn)化率和炔屬醇化合物的選擇性，而且通過(guò)再生陰離子交換樹(shù)脂可以連續(xù)地制備炔屬醇化合物。
因此，本發(fā)明的目的是提供在溫和的條件下制備炔屬醇化合物的方法。在該方法中，不用液氨，只用少量的堿金屬氫氧化物，從而大大提高了產(chǎn)率，且對(duì)環(huán)境有利。
本發(fā)明的另一目的是提供可工業(yè)應(yīng)用的炔屬醇化合物的制備方法。
本發(fā)明提供連續(xù)制備炔屬醇化合物的方法。在該方法中，通過(guò)在LHSV為0.1-5.0的條件下提供反應(yīng)混合物，在強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中在約10-30千克/厘米2的壓力和約20-50℃的溫度下使含-CH2COCH2-基團(tuán)的酮與乙炔縮合。該反應(yīng)混合物含有摩爾比為1.0∶0.2-3.0∶1.0-4.0的乙炔、酮和溶劑。
參照如下實(shí)施方式和附圖的描述，可更清楚地理解本發(fā)明上述和其它的目的和方面。


圖1是表示可按連續(xù)的方式制備炔屬醇化合物的本發(fā)明裝置的示意圖。
圖2是表示實(shí)施例VII中丙酮轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖3是表示實(shí)施例VIII中丙酮轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖4是表示實(shí)施例IX中丙酮轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖5是表示實(shí)施例X中丙酮轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖6是表示實(shí)施例XI中丙酮轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖7是表示實(shí)施例XII中MH轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
圖8是表示實(shí)施例XIII中GA轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間所用的圖。
在本發(fā)明中，用如下化學(xué)式I表示的炔屬醇化合物[化學(xué)式I]
式中R1和R2可以相同或不同，分別為氫原子，含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的烷基，或含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的苯基，可通過(guò)乙炔化制備，即乙炔與用如下化學(xué)式II表示的含-CH2-COCH2-基團(tuán)的酮縮合
式中R1和R2如上所述。
用本發(fā)明方法制備的炔屬醇化合物的具體實(shí)例(包括它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)、命名(IUPAC)和縮寫名稱)列于表1中，相應(yīng)的酮列于表2中。
表1炔屬醇化合物
表2酮
可用于本發(fā)明中乙炔化反應(yīng)的溶劑是對(duì)乙炔氣體有較高溶解度和對(duì)酮有一定溶解度的非質(zhì)子傳遞溶劑。優(yōu)選的是二甲基甲酰胺(下文中稱作“DMF”)、二甲亞砜(下文中稱作“DMSO”)和N-甲基吡咯烷酮(下文中稱作“NMP”)。
縮合在堿的存在下進(jìn)行。為此，在本發(fā)明中使用強(qiáng)堿性的氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂，市售的實(shí)例包括Rohm & Hass的商品Amberlite IRA-402(OH)，410(OH)和900(OH)和俄羅斯制造的商品名AB-17-8(OH)，優(yōu)選的是IRA-402(OH)，IRA-900(OH)和AB-17-8(OH)。
為了對(duì)陰離子交換樹(shù)脂的活性不產(chǎn)生不利的影響，需要比常規(guī)乙炔化方法更溫和的溫度條件。本發(fā)明中乙炔化的溫度為20-50℃，較好為30-40℃。例如，如果反應(yīng)溫度低于20℃，乙炔化反應(yīng)進(jìn)行得很少。相反，如果反應(yīng)溫度高于50℃，陰離子交換樹(shù)脂可能被降解。
對(duì)于壓力條件，為10-30千克/厘米2，較好為15-25千克/厘米2。例如，如果乙炔化反應(yīng)在10千克/厘米2以下進(jìn)行，反應(yīng)進(jìn)行得很慢。相反，如果壓力超過(guò)30千克/厘米2，陰離子交換樹(shù)脂就會(huì)產(chǎn)生物理變形。
圖1中表明了可按連續(xù)方式制備炔屬醇化合物的本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)。于第一反應(yīng)器10中使乙炔在反應(yīng)溶劑中飽和，產(chǎn)生以后使用的乙炔溶液。乙炔的飽和對(duì)進(jìn)行本發(fā)明乙炔化反應(yīng)非常重要。通過(guò)在低壓下用乙炔氣體飽和冷的溶劑或在常溫或飽和所需的溫度下對(duì)含有溶劑的反應(yīng)器施加乙炔氣體壓力，可將乙炔溶解于所用的溶劑中。同時(shí)操作攪拌器可有利于提高一些乙炔的溶解度。
制備飽和乙炔溶液的優(yōu)選條件列于表3中。
表3
由于DMSO有高的熔點(diǎn)，所以當(dāng)在低溫下進(jìn)行飽和時(shí)，不用DMSO。
現(xiàn)在再參見(jiàn)圖1，用第一計(jì)量泵20將制得的乙炔飽和溶液提供給混合器30。同時(shí)，操作第二計(jì)量泵40，向混合器30供給酮反應(yīng)物。然后在混合器30中將反應(yīng)物混合至所需的濃度。將所得的混合物轉(zhuǎn)移到填充有陰離子交換樹(shù)脂的第二反應(yīng)器60中。在該反應(yīng)器中，在溫度為20-50℃和壓力為10-30千克/厘米2的條件下進(jìn)行縮合。上述的壓力可用閥70控制。為了回收未反應(yīng)的乙炔，用薄膜蒸發(fā)器80將其從反應(yīng)混合物中除去。
經(jīng)用KHSO4中和處理后，用氣液色譜法分析未反應(yīng)的反應(yīng)混合物中所用酮的轉(zhuǎn)化率和醇的相應(yīng)選擇性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，將填充了陰離子交換樹(shù)脂的兩個(gè)反應(yīng)器60并行排列，這樣它們可交替用于連續(xù)處理。即在操作中，當(dāng)通過(guò)測(cè)量酮的轉(zhuǎn)化率表明其中一個(gè)反應(yīng)器中填充陰離子交換樹(shù)脂的活性開(kāi)始降低時(shí)，將反應(yīng)物混合物流向另一反應(yīng)器60中，從而使縮合反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。在兩個(gè)反應(yīng)器60中的一個(gè)工作時(shí)，對(duì)另一個(gè)進(jìn)行再生，從而高效率地制備目標(biāo)化合物。
可用于本發(fā)明的陰離子交換樹(shù)脂是具有OH活性基團(tuán)的陰離子交換樹(shù)脂。如果市售的離子交換樹(shù)脂具有Cl活性基團(tuán)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成羥基(OH)。該轉(zhuǎn)化步驟如下將Cl型離子交換樹(shù)脂裝在第二反應(yīng)器中，用5％重量NaOH或KOH甲醇溶液處理一次，然后讓反應(yīng)溶劑流過(guò)一次，以替代甲醇溶液。
將陰離子交換樹(shù)脂填充在第二反應(yīng)器中后，樹(shù)脂在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中會(huì)溶脹一些。因此，應(yīng)僅用離子交換樹(shù)脂填充到反應(yīng)器的80％體積，以防止由于樹(shù)脂的體積膨脹導(dǎo)致壓力增加的情況。這種情況可能對(duì)反應(yīng)造成不利影響。
當(dāng)溶劑的摩爾比為1.0-4.0時(shí)，酮的用量為每摩爾乙炔0.2-3.0摩爾。
為了測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的影響，縮合反應(yīng)在0.1-5.0寬的LHSV(液體時(shí)空間速度)下進(jìn)行。在本申請(qǐng)中，LHSV是指用如下數(shù)學(xué)式I定義的每小時(shí)內(nèi)供應(yīng)的反應(yīng)物體積與填充在反應(yīng)器中催化劑的體積之比[數(shù)學(xué)式I]
反應(yīng)完成后，用一系列步驟分離和提純所需的產(chǎn)物。這些步驟包括從反應(yīng)混合物中除去未反應(yīng)的乙炔、萃取溶劑以及按照產(chǎn)物的沸點(diǎn)進(jìn)行蒸餾、分餾或萃取。
參照如下的實(shí)施例可更好地理解本發(fā)明。這些實(shí)施例是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例I離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)將40毫升陰離子交換樹(shù)脂填充在60厘米長(zhǎng)、內(nèi)徑為19毫米的管式反應(yīng)器(參見(jiàn)圖1)中，然后向該反應(yīng)器中連續(xù)流過(guò)甲醇20-25小時(shí)，以除去樹(shù)脂中所含的水份。在計(jì)量泵的控制下，甲醇的流量為0.2-0.25毫升/小時(shí)×毫升離子交換樹(shù)脂。定時(shí)分析從反應(yīng)器中流出的甲醇中的含水量。當(dāng)甲醇中的含水量保持在0.3重量％或以下時(shí)，停止通入甲醇。收集和儲(chǔ)存從反應(yīng)器中流出甲醇，以便重新使用。然后借助于計(jì)量泵以50毫升/小時(shí)的流速供應(yīng)用于乙炔飽和和縮合反應(yīng)的溶劑，歷時(shí)10小時(shí)，以洗滌該離子交換樹(shù)脂。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例II離子交換樹(shù)脂IRA-900(OH)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例III離子交換樹(shù)脂IRA-410(OH)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例IV離子交換樹(shù)脂IB-17-8(OH)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例V離子交換樹(shù)脂IRA-402(Cl)將40毫升陰離子交換樹(shù)脂填充在處理實(shí)施例I相同的管式反應(yīng)器，然后向該反應(yīng)器中連續(xù)流入5％重量KOH或NaOH甲醇溶液，歷時(shí)20-25小時(shí)，以用OH替代離子樹(shù)脂中的Cl。該溶液在計(jì)量泵的控制下流入。在50℃真空條件下干燥后，借助于計(jì)量泵再用乙炔飽和和縮合反應(yīng)所用的溶劑對(duì)該樹(shù)脂洗滌10小時(shí)。溶劑的流速較好為50毫升/小時(shí)。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例VI離子交換樹(shù)脂IRA-900(Cl)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例V相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例VII離子交換樹(shù)脂IRA-410(Cl)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例V相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂處理實(shí)施例VIII離子交換樹(shù)脂AB-17-8(Cl)該樹(shù)脂按與處理實(shí)施例V相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹(shù)脂再生實(shí)施例I在縮合反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，當(dāng)酮的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)初期相比已降低至預(yù)定值時(shí)，停止供應(yīng)反應(yīng)物混合物，以便再生離子交換樹(shù)脂。
恢復(fù)樹(shù)脂活性的方法包括連續(xù)流入5％重量KOH或NaOH甲醇溶液，期間較好保持離子交換樹(shù)脂與5％重量溶液的體積比為1∶4。用計(jì)量泵以20-50毫升/小時(shí)的流速連續(xù)流入堿的甲醇溶液，歷時(shí)8-9小時(shí)。
再生完全后，將甲醇連續(xù)流入離子交換樹(shù)脂，以除去所含的堿甲醇溶液。當(dāng)流過(guò)該樹(shù)脂的洗脫劑變成中性(pH約為7.0)時(shí)，停止流入甲醇。
然后較好用計(jì)量泵以50毫升/小時(shí)的流速流入乙炔氣體飽和所用的非質(zhì)子傳遞溶劑，歷時(shí)10小時(shí)，以洗滌該離子交換樹(shù)脂。
乙炔飽和溶液制備實(shí)施例將預(yù)定量的所用溶劑倒入裝有攪拌器、氣壓計(jì)和溫度計(jì)的第一高壓反應(yīng)器中。攪拌下用加熱介質(zhì)使該溶劑保持在所需的溫度。將鋼瓶中的乙炔氣體鼓泡通入該溶劑，將其飽和到所需的濃度，然后根據(jù)反應(yīng)溫度施加適當(dāng)?shù)囊胰矚怏w壓力，保持這個(gè)濃度。用Illosvay溶液定量分析反應(yīng)物混合物中的乙炔含量。
分析原理溶解乙炔的定量分析是根據(jù)乙炔形成的乙炔銅(Cu2C2)與正鐵(III)鹽的酸性溶液間的反應(yīng)進(jìn)行的。該反應(yīng)用如下反應(yīng)式II表示
用標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液滴定形成的亞鐵(II)鹽，可測(cè)量乙炔的含量。總之，1摩爾Cu2C2相當(dāng)于與兩當(dāng)量的KMnO4反應(yīng)。反應(yīng)后游離的乙炔不影響滴定。
制備分析試劑a)Fe2(SO4)3的標(biāo)準(zhǔn)酸溶液將100克Fe2(SO4)3溶解在200毫升濃硫酸，然后加入蒸餾水至1升。
b)Illosvay試劑在50毫升燒瓶中加入0.75克CuCl2·3H2O，然后用少量的蒸餾水溶解。在該燒瓶中加入1.5克NH4Cl，然后慢慢加入3毫升20-21％重量氨水溶液。在加入蒸餾水至50毫升的最終體積前，將該混合物充分溶解。這時(shí)，溶液的顏色消失了。
分析步驟i)在溶解1-1.5毫升試樣前，將燒瓶中的35-40毫升溶劑(NMP、DMF或DMSO)冷卻至0-10℃(對(duì)于NMP和DMF)或15-16℃(對(duì)于DMSO)。溶解后，必須將該溶液稱重，精確至0.01克。然后再進(jìn)行稱重。
ii)在小心攪拌下，取出10-15克溶液(精確至0.01克)，然后加入約20-25毫升Illosvay試劑，產(chǎn)生紅色的Cu2C2沉淀。
iii)為防止炔化物與空氣接觸，用氮?dú)夥罩械牟Ａн^(guò)濾器過(guò)濾，沉淀物用蒸餾水徹底洗滌多次(以完全除去羥胺)。當(dāng)加入一滴KMnO4溶液，該溶液的紅色仍保持30秒鐘或更長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，可認(rèn)為洗滌已完全。
iv)將該沉淀物溶解在25毫升Fe2(SO4)3標(biāo)準(zhǔn)酸性溶液中，產(chǎn)生綠色溶液，然后用1N KMnO4精確滴定。
v)按如下數(shù)學(xué)公式II計(jì)算乙炔含量[數(shù)學(xué)公式II]%C2H2=260.4VKP02000Ps(P1-Ps)]]>式中Po是溶液(溶劑+反應(yīng)混合物試樣)的總重量，P1是純?nèi)軇?萃取試樣時(shí)混合的溶液)的重量，Ps是用于Illosvay反應(yīng)的試樣重量，V是滴定時(shí)消耗的KMnO4溶液的體積，K是KMnO4溶液的校正因子。
實(shí)施例I對(duì)反應(yīng)物混合物組成的影響在本發(fā)明縮合乙炔和酮的乙炔化反應(yīng)中，反應(yīng)物的相對(duì)濃度對(duì)酮的轉(zhuǎn)化率和所需產(chǎn)物(炔屬醇化合物)的選擇性影響很大。眾所周知，在恒溫恒壓下在給定體積的溶劑中乙炔的飽和度有限。因此，乙炔化結(jié)果很大程度上取決于乙炔與酮的摩爾比。
在本實(shí)施例中，根據(jù)反應(yīng)物(即乙炔和酮)和溶劑的組成變化控制反應(yīng)結(jié)果。
在圖1所示的連續(xù)工藝裝置的反應(yīng)器(60厘米長(zhǎng)，內(nèi)徑為19毫米)中填充入40毫升陰離子交換樹(shù)脂AB-17-8(OH)。該樹(shù)脂按處理實(shí)施例IV相同的方法進(jìn)行處理，然后將乙炔飽和的溶液和酮慢慢通入該反應(yīng)器。NMP用作反應(yīng)溶劑。乙炔的飽和在上述表3所示的低溫(-10～12℃)下進(jìn)行。如果將丙酮用作酮反應(yīng)物，反應(yīng)在40℃和20千克/厘米2的壓力下進(jìn)行。
反應(yīng)結(jié)果列于如下表4中。
表4
用氣相色譜法根據(jù)丙酮的反應(yīng)量確定產(chǎn)物(2-甲基-丁-3-炔-2-醇(DMEC))的選擇性。在該反應(yīng)中，LHSV和乙炔與丙酮及溶劑的摩爾比用作可變參數(shù)，而反應(yīng)溫度和壓力是恒定參數(shù)。
從表4中的數(shù)據(jù)可知，如果其它參數(shù)(包括LHSV、反應(yīng)溫度、壓力和NMP摩爾數(shù))不變，丙酮對(duì)乙炔的化學(xué)計(jì)量越低，丙酮的轉(zhuǎn)化率越高。這意味著，由于在給定條件下乙炔在給定體積的溶劑中飽和度是不變的，所以當(dāng)所用丙酮的摩爾數(shù)低于乙炔的摩爾數(shù)時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行得更好。特別是當(dāng)丙酮與乙炔的摩爾比小于1時(shí)，丙酮的轉(zhuǎn)化率保持在70％以上。溶劑量的簡(jiǎn)單變化影響乙炔的飽和度，但不影響丙酮的轉(zhuǎn)化率或DMEC的選擇性。相反，當(dāng)LHSV(與反應(yīng)時(shí)間有關(guān))變化時(shí)，產(chǎn)生不同的反應(yīng)結(jié)果。LHSV越小，即單位時(shí)間單位體積離子交換樹(shù)脂處理的反應(yīng)物量越小，丙酮的轉(zhuǎn)化率越大。換句話說(shuō)，當(dāng)處理時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，丙酮的轉(zhuǎn)化率增高。
因此，認(rèn)為乙炔化反應(yīng)應(yīng)在LHSV為0.5或更小以及乙炔∶丙酮∶溶劑的摩爾比為1.0∶0.5-1.0∶1.5-3.0的條件下進(jìn)行，以便將丙酮的轉(zhuǎn)化率保持在70％以上。因此，如果在以后的有關(guān)反應(yīng)中沒(méi)有特別說(shuō)明，乙炔∶丙酮∶溶劑的摩爾比為1.0∶0.5∶1.5-2.5數(shù)量級(jí)。在這種條件下，比較其它參數(shù)的影響。
實(shí)施例II溶劑效應(yīng)重復(fù)實(shí)施例I的相同步驟，所不同的是用DMF代替NMP作為溶劑。乙炔飽和的NMP溶液按上述表3中的說(shuō)明制備。在相同的反應(yīng)條件下通過(guò)制備實(shí)施例獲得的數(shù)據(jù)表明，如果使用恒定量的乙炔，不論何種溶劑，對(duì)丙酮的轉(zhuǎn)化率和炔屬醇化合物的選擇性來(lái)說(shuō)可獲得相似的結(jié)果。乙炔化反應(yīng)可在相同的條件下用不同的溶劑進(jìn)行。結(jié)果列于如下表5中。
表5
從表5中的數(shù)據(jù)可知，非質(zhì)子傳遞溶劑類中幾種不同的溶劑對(duì)丙酮的轉(zhuǎn)化率和DMEC的選擇性幾乎沒(méi)有影響。由此結(jié)果可知，本發(fā)明中所用的溶劑是非質(zhì)子傳遞溶劑，優(yōu)選的是NMP、DMF和DMSO。在以后的實(shí)施例中，可以使用NMP、DMF和DMSO中任何一種溶劑。
實(shí)施例IIILHSV變化的影響一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)。在本實(shí)施例中，獲取在不同LHSV值處反應(yīng)時(shí)間變化的影響，因?yàn)橛嘘P(guān)反應(yīng)物和離子交換樹(shù)脂的用量之間關(guān)系的信息對(duì)實(shí)施本發(fā)明連續(xù)方法非常重要。
如數(shù)學(xué)式I所述，LHSV定義為1小時(shí)內(nèi)被單位體積催化劑處理的反應(yīng)物體積。為了從反應(yīng)速率方面研究乙炔和酮的縮合反應(yīng)，根據(jù)LHSV變化監(jiān)測(cè)反應(yīng)結(jié)果。由實(shí)施例I中表4的試驗(yàn)5和7的數(shù)據(jù)可知，如果含反應(yīng)物和溶劑的組合物保持不變，則LHSV的增加使酮的轉(zhuǎn)化率明顯減少。因此，單位體積的陰離子交換樹(shù)脂在單位時(shí)間內(nèi)處理的反應(yīng)物體積越大，即陰離子交換樹(shù)脂和反應(yīng)物間的接觸時(shí)間越短，酮的轉(zhuǎn)化率越低。
為了確認(rèn)這個(gè)結(jié)果，讓反應(yīng)物混合物在0.1-0.5的LHSV范圍內(nèi)流過(guò)陰離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)，同時(shí)保持其它參數(shù)不變。某些結(jié)果列于表6中。
表6
如表6所示，當(dāng)LHSV減小時(shí)，即反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，丙酮轉(zhuǎn)化成DMEC的轉(zhuǎn)化率增加。而且，用于本發(fā)明炔屬醇化合物的連續(xù)制備方法的LHSV較好為0.2-4.0。
實(shí)施例IV離子交換樹(shù)脂類型的影響在本實(shí)施例中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是為了觀察離子交換樹(shù)脂的類型是否對(duì)本發(fā)明的連續(xù)乙炔化反應(yīng)有某些影響。選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，特別是強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂。考慮到活性和物理穩(wěn)定性，適用于本發(fā)明的強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂是這樣的樹(shù)脂，其中氮原子與三個(gè)烷基和一個(gè)亞甲基相連接，上述的亞甲基與一個(gè)單環(huán)芳基(它是交聯(lián)有機(jī)聚合物的一部分)或與聚苯乙烯樹(shù)脂的苯基相連接。在具有這種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂中，市售的較好是IRA-402(OH)、IRA-900(OH)和AB-17-8(OH)。
為了便于試驗(yàn)這些陰離子交換樹(shù)脂，將通過(guò)丙酮和乙炔的縮合來(lái)連續(xù)制備DMEC的方法看作是一個(gè)模型反應(yīng)。把NMP或DMF用作溶劑，在20千克/厘米2的壓力和40℃下進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)乙炔∶丙酮∶溶劑的摩爾比設(shè)定為1.0∶0.5∶1.92。當(dāng)LHSV＝0.2，1.0和4.0時(shí)，對(duì)陰離子交換樹(shù)脂的結(jié)果列于如下表7中。
表7
從表7可知，不管其類型如何，三種強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂提供相似的結(jié)果。這就是說(shuō)，如果其它條件保持不變，對(duì)于給定的LHSV各樹(shù)脂的丙酮轉(zhuǎn)化率和DMEC的選擇性在允許的誤差范圍內(nèi)。因此，如果不考慮樹(shù)脂的使用壽命，三種樹(shù)脂IRA-402(OH)、IRA-900(OH)和AB-17-8(OH)都可用于本發(fā)明的連續(xù)乙炔化反應(yīng)。
實(shí)施例V用連續(xù)方法-1制備炔屬醇化合物在上實(shí)施例中，已發(fā)現(xiàn)通過(guò)縮合酮和乙炔的高效率地制備炔屬醇化合物的乙炔化條件包括強(qiáng)堿性的氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂(如IRA-402(OH)、IRA-900(OH)和AB-17-8(OH))、非質(zhì)子傳遞溶劑(如DMF、NMP和DMSO)、乙炔∶酮∶溶劑的摩爾比為1.0∶0.2-3.0∶1.0-4.0(較好為1.0∶0.5-1.0∶1.5-3.0)、反應(yīng)溫度為40℃、反應(yīng)壓力為20千克/厘米2。
在本實(shí)施例中，用圖1所示的裝置按連續(xù)的方式在上述的條件下用一些酮制備炔屬醇化合物，以判斷其工業(yè)應(yīng)用可能性。
將反應(yīng)溫度和壓力固定在40℃和20千克/厘米2。用乙炔飽和DMF，讓反應(yīng)混合物通過(guò)IRA-402(OH)。結(jié)果列于表8中。
表8<
>如表8所示，當(dāng)在LHSV波動(dòng)較少(0.2-0.3)的給定反應(yīng)條件下進(jìn)行乙炔化反應(yīng)時(shí)，不論哪一種酮，酮的轉(zhuǎn)化率保持在75-90％。如果反應(yīng)條件不變時(shí)，不論所用酮的分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)如何，都得到相似的結(jié)果，包括酮的轉(zhuǎn)化率和炔屬醇化合物的選擇性。因此，如果在給定的反應(yīng)條件下適當(dāng)?shù)乇３纸M合物的摩爾比，對(duì)不同類型的酮可獲得相似的良好結(jié)果。
實(shí)施例VI按連續(xù)方法-2制備炔屬醇化合物本實(shí)施例涉及使用不同溶劑和乙炔溶液的效應(yīng)。重復(fù)實(shí)施例V的相同步驟，所不同的是用NMP代替DMF，且用低溫方法飽和乙炔。讓反應(yīng)混合物流過(guò)離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)。結(jié)果列于表9中。
表9<
如表9所示，即使將溶劑由DMF改成NMP，且用不同的方法飽和乙炔，但仍得到相似的結(jié)果。這就是說(shuō)，酮的轉(zhuǎn)化率和相應(yīng)炔屬醇化合物的選擇性與實(shí)施例V相似。因此，不論用何種溶劑和如何使乙炔飽和，這些結(jié)果再次確認(rèn)本發(fā)明按連續(xù)的方式制備炔屬醇化合物的方法產(chǎn)生相似的結(jié)果。
實(shí)施例VII反應(yīng)溫度影響-1在本實(shí)施例中，研究反應(yīng)溫度變化對(duì)本發(fā)明的連續(xù)乙炔化方法有何種影響。一般來(lái)說(shuō)，乙炔化溫度應(yīng)低于強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的最大工作溫度。因此，在20℃、30℃和40℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在給定反應(yīng)條件下按時(shí)監(jiān)測(cè)酮的轉(zhuǎn)化率。為此，將LHSV設(shè)定在4(這是一個(gè)苛刻的條件)，因?yàn)殡m然可獲得高的酮轉(zhuǎn)化率，但低的LHSV值要花費(fèi)太多的時(shí)間來(lái)獲取反應(yīng)傾向的信息。作為模型反應(yīng)，通過(guò)乙炔與丙酮的縮合來(lái)制備DMEC。首先，在30℃和40℃時(shí)讓反應(yīng)混合物流過(guò)陰離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)來(lái)進(jìn)行這種乙炔化反應(yīng)。按時(shí)間監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表示在圖2中。
參見(jiàn)圖2，前10小時(shí)的30℃和40℃轉(zhuǎn)化率曲線都在65-75％范圍內(nèi)。然后在實(shí)驗(yàn)中40℃的轉(zhuǎn)化率比30℃的轉(zhuǎn)化率以更大的鈄率逐漸降低。這就是說(shuō)，從反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行10小時(shí)的觀點(diǎn)來(lái)看，在30℃比40℃可將更多的丙酮轉(zhuǎn)化為DMEC。因此，可在30-40℃的溫度范圍內(nèi)使用陰離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)，但考慮保持陰離子交換樹(shù)脂的活性的能力，30℃更好。
實(shí)施例VIII反應(yīng)溫度影響-2重復(fù)與實(shí)施例VII相同的步驟，所不同的是用IRA-900(OH)代替IRA-402(OH)。將20℃、30℃和40℃的轉(zhuǎn)化率對(duì)時(shí)間作圖。結(jié)果表示在圖3中。
參見(jiàn)圖3，30℃和40℃的轉(zhuǎn)化率曲線顯示與實(shí)施例VII中IRA-402(OH)相似的性質(zhì)。這就是說(shuō)，在反應(yīng)開(kāi)始后10小時(shí)內(nèi)丙酮的轉(zhuǎn)化率保持在65-75％之間，然后30℃的丙酮轉(zhuǎn)化率逐漸降低，而40℃曲線迅速下降。與30℃和40℃時(shí)相比，20℃時(shí)的早期丙酮轉(zhuǎn)化率較低(55-65％)。另外，早期丙酮轉(zhuǎn)化率僅能保持3小時(shí)或更短。然后，轉(zhuǎn)化率迅速降低。因此，可在30-40℃的溫度范圍內(nèi)使用陰離子交換樹(shù)脂IRA-900(OH)，但考慮保持陰離子交換樹(shù)脂的活性的能力，30℃更好。
實(shí)施例IX對(duì)離子交換樹(shù)脂使用壽命的試驗(yàn)-1陰離子交換樹(shù)脂在本發(fā)明的乙炔和酮的乙炔化反應(yīng)中的活性保持時(shí)間，即陰離子交換樹(shù)脂可保持所需酮轉(zhuǎn)化率的時(shí)間，對(duì)工業(yè)上實(shí)施本發(fā)明的炔屬醇化合物連續(xù)制備方法非常重要。測(cè)試陰離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)、IRA-900(OH)和AB-17-8(OH)可在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持其有用的活性，即再生時(shí)它們可用的使用壽命。測(cè)試在苛刻的處理?xiàng)l件(LHSV＝4)和優(yōu)化的處理?xiàng)l件(LHSV＝0.2)下進(jìn)行。
在表10所示的條件下，將陰離子交換樹(shù)脂IRA-402(OH)用于乙炔和丙酮的乙炔化反應(yīng)。
表10
參見(jiàn)圖4，當(dāng)使用IRA-402(OH)時(shí)，有一條表示轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。如圖4所示，當(dāng)LHSV＝0.2時(shí)，丙酮的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定地保持75％以上的時(shí)間約為160小時(shí)。反應(yīng)進(jìn)行160小時(shí)后，丙酮的轉(zhuǎn)化率開(kāi)始降低到65％以下。這時(shí)，按上述再生實(shí)施例中所述的相同方法將該樹(shù)脂進(jìn)行再生，然后重新使用。實(shí)驗(yàn)表明，再生前后早期轉(zhuǎn)化率沒(méi)有明顯變化。該樹(shù)脂再生多次后，仍能保持其早期轉(zhuǎn)化率。這就是說(shuō)，乙炔化反應(yīng)能有效地進(jìn)行約1500小時(shí)。
實(shí)施例X離子交換樹(shù)脂使用壽命試驗(yàn)-2在實(shí)施例IX所述，在LHSV＝0.2的條件下研究陰離子交換樹(shù)脂的使用壽命是很困難的，因?yàn)樗枰嗟臅r(shí)間。在本實(shí)施例中，在苛刻的條件(LHSV＝4.0)下進(jìn)行乙炔化。其它條件列于表11中。
表11
試驗(yàn)結(jié)果表示在圖5中。如圖5所示，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在10小時(shí)內(nèi)丙酮的轉(zhuǎn)化率保持在約65-75％。這結(jié)果基本上與上述結(jié)果是一致的。這就是說(shuō)，LHSV＝4.0時(shí)10小時(shí)相當(dāng)于實(shí)施例IX(LHSV＝0.2)的保持時(shí)間(約160小時(shí))。
當(dāng)丙酮的轉(zhuǎn)化率降低到約65％時(shí)，按上述相同的方法再生陰離子交換樹(shù)脂，然后測(cè)試其活性。在四次再生過(guò)程中，陰離子交換樹(shù)脂的活性可保持50小時(shí)或更長(zhǎng)。即使在這次后，該樹(shù)脂可再生兩次，55-65％的活性共保持20小時(shí)。
實(shí)施例XI離子交換樹(shù)脂的使用壽命試驗(yàn)-3按實(shí)施例X相似的方法進(jìn)行乙炔化，所不同的是用IRA-900(OH)代替IRA-402(OH)。結(jié)果列于圖6中。
與IRA-402(OH)相比，圖6中所示的IRA-900(OH)具有相似的催化劑使用壽命，但再生后丙酮的早期轉(zhuǎn)化率保持更長(zhǎng)的時(shí)間。經(jīng)九次再生后，IRA-900(OH)保持65-75％活性共約100小時(shí)。這個(gè)保持時(shí)間是IRA-402(OH)的兩倍長(zhǎng)。因此，與IRA-402(OH)相比，IRA-900(OH)在本發(fā)明中更有效。
實(shí)施例XII離子交換樹(shù)脂使用壽命試驗(yàn)-4在本實(shí)施例中，將MH用作酮反應(yīng)物來(lái)制備DHL，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹(shù)脂。在表12所示的條件下按連續(xù)的方式進(jìn)行乙炔化。
表12
結(jié)果表示在圖7中。如圖7所示，當(dāng)反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行150小時(shí)時(shí)，MH的轉(zhuǎn)化率上升到78-80％。由此開(kāi)始，轉(zhuǎn)化率逐漸降低到63％。這時(shí)，停止供給反應(yīng)物混合物，然后再生該樹(shù)脂。重新進(jìn)行本方法表明再生后的樹(shù)脂達(dá)到和保持其以前的轉(zhuǎn)化率。
實(shí)施例XIII離子交換樹(shù)脂使用壽命試驗(yàn)-5在本實(shí)施例中，將GA用作酮反應(yīng)物來(lái)制備DHN，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹(shù)脂。在表13所示的條件下按連續(xù)的方式進(jìn)行乙炔化。
表13
結(jié)果表示在圖8中。如圖8所示，GA的轉(zhuǎn)化率保持在80-85％約300小時(shí)或更長(zhǎng)。因?yàn)橛纱艘院蟮霓D(zhuǎn)化率逐漸降低，所以將此陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行再生，然后再供應(yīng)反應(yīng)物混合物。重新進(jìn)行本方法表明再生后的樹(shù)脂達(dá)到和保持其早期轉(zhuǎn)化率。因此，無(wú)需用新的樹(shù)脂代替就可連續(xù)進(jìn)行乙炔化。
實(shí)施例XIV離子交換樹(shù)脂使用壽命試驗(yàn)-6在本實(shí)施例中，將PT用作酮反應(yīng)物來(lái)制備DHiP，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹(shù)脂。在表14所示的條件下按連續(xù)的方式進(jìn)行乙炔化。
表14
<p>GA的轉(zhuǎn)化率保持在80％以上約160小時(shí)。因?yàn)橛纱艘院蟮霓D(zhuǎn)化率逐漸降低，所以將此陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行再生，然后再供應(yīng)反應(yīng)物混合物。重新進(jìn)行本方法表明再生后的樹(shù)脂提高了其早期轉(zhuǎn)化率。因此，無(wú)需用新的樹(shù)脂代替就可連續(xù)進(jìn)行乙炔化。
如上所述，通過(guò)在多相強(qiáng)堿性的氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中使乙炔與酮縮合可以高產(chǎn)率且對(duì)環(huán)境有利地制備工業(yè)上非常有用的炔屬醇化合物。為了成功和有效地用乙炔使含-CH2COCH2-基團(tuán)的酮乙炔化，乙炔∶酮∶溶劑的摩爾比較好為1.0∶0.2-3.0∶1.0-4.0。在20-50℃溫度范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)表明在30-40℃可獲得酮轉(zhuǎn)化率和炔屬醇化合物選擇性的所需結(jié)果。壓力條件為10-30千克/厘米2。對(duì)于非質(zhì)子傳遞溶劑，NMP、DMF和DMSO都是有效的，且都獲得相似的結(jié)果。在0.1-5.0的LHSV(定義為通過(guò)單位體積陰離子交換樹(shù)脂的反應(yīng)物體積)范圍內(nèi)進(jìn)行乙炔化后，所得的數(shù)據(jù)表明0.2-4.0的LHSV是優(yōu)選的。為了按連續(xù)的方式制備炔屬醇化合物，使用兩批以上陰離子交換樹(shù)脂操作一批強(qiáng)堿性的多相氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂，而另一批用堿甲醇溶液再生。將再生的樹(shù)脂恢復(fù)至原有的活性值。因此，根據(jù)本發(fā)明可以高轉(zhuǎn)化率和高選擇性地連續(xù)制備工業(yè)上有用的炔屬醇化合物。
現(xiàn)已解釋性地描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解所用的術(shù)語(yǔ)是說(shuō)明性的，而非限制性的。
根據(jù)上述的揭示，可對(duì)本發(fā)明作許多改進(jìn)和變動(dòng)。因此，應(yīng)當(dāng)理解可在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明，而非僅在上述的范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.連續(xù)制備炔屬醇化合物的方法，其特征在于通過(guò)在LHSV為0.1-5.0的條件下提供反應(yīng)混合物，在強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中在約10-30千克/厘米2的壓力和約20-50℃的溫度下使含-CH2COCH2-基團(tuán)的酮與乙炔縮合，該反應(yīng)混合物含有摩爾比為1.0∶0.2-3.0∶1.0-4.0的乙炔、酮和溶劑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂具有如下結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)氮原子與三個(gè)烷基和一個(gè)亞甲基相連接，上述的亞甲基與一個(gè)單環(huán)芳基連接，該單環(huán)芳基是交聯(lián)有機(jī)聚合物的一部分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂具有如下結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)氮原子與三個(gè)烷基和一個(gè)亞甲基相連接，所述的亞甲基與聚苯乙烯樹(shù)脂的苯基相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陰離子交換樹(shù)脂選自市售的注冊(cè)商標(biāo)為AMBERITE IRA-402(OH)、AMBERITE IRA-900(OH)或AB-17-8(OH)的陰離子交換樹(shù)脂。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的非質(zhì)子傳遞溶劑選自二甲基甲酰胺、二甲亞砜或N-甲基吡咯烷酮。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的溫度為30-40℃。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的壓力為15-25千克/厘米2。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于乙炔∶酮∶溶劑的摩爾比為1.0∶0.5-1.0∶1.5-3.0。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在LHSV為0.2-4.0的條件下供給所述的反應(yīng)物混合物。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的酮用如下化學(xué)式II表示[化學(xué)式II]
式中R1和R2可以相同或不同，分別為氫原子，含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的烷基，或含1-16個(gè)碳原子的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的苯基。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述的酮選自2-丙酮、6-甲基-庚-5-烯-2-酮、6，10-二甲基-十一碳-5，9-二烯-2-酮、6，10，14-三甲基-5，9，13-十五碳三烯-2-酮或6，10，14-三甲基-十五碳烷-2-酮。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的炔屬醇化合物選自2-甲基-丁-3-炔-2-醇、3，7-二甲基-辛-6-烯-1-炔-3-醇、3，7，11-三甲基-十二碳-6，10-二烯-1-炔-3-醇、3，7，11，15-四甲基-6，10，14-十六碳三烯-1-炔-3-醇或3，7，11，15-四甲基-十六碳-1-炔-3-醇。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陰離子交換樹(shù)脂用NaOH或KOH甲醇溶液處理一段時(shí)間后重新使用。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種連續(xù)制備炔屬醇化合物的方法。上述的炔屬醇化合物是通過(guò)乙炔化制得的,即通過(guò)在LHSV為0.1—5.0的條件下提供反應(yīng)混合物,在強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹(shù)脂的存在下在非質(zhì)子傳遞溶劑中在約10—30千克/厘米
文檔編號(hào)C07C33/042GK1247849SQ9911817
公開(kāi)日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1999年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月26日
發(fā)明者李時(shí)俊, 金昌局, 鄭永均, 姜榮仙, 金宅根 申請(qǐng)人:Sk株式會(huì)社