專利名稱：色原烷醇酯衍生物的連續(xù)?；椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)用羧酸或羧酸酐的連續(xù)?；瘉?lái)連續(xù)制備色原烷醇酯衍生物、尤其是連續(xù)制備生育酚和生育三烯酚的羧酸酯的方法。
具有維生素E活性的化合物，如生育酚和生育三烯酚族的天然色原烷醇衍生物，是重要的脂溶性抗氧化劑。在人和動(dòng)物體中維生素E缺乏癥會(huì)導(dǎo)致病理生理癥狀。因此，維生素E化合物有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，作為添加劑用于食品和飼料領(lǐng)域、用于藥物配制料和用于化妝品應(yīng)用中。具有維生素E活性的化合物，尤其是α-生育酚，主要以它們的乙酸酯形式用于此目的。因此，制備色原烷醇酯衍生物的經(jīng)濟(jì)方法是非常重要的。
已知的是讓生育酚衍生物與乙酸酐間歇地反應(yīng)來(lái)得到相應(yīng)的乙酸酯。
EP 850 937在實(shí)施例中描述了通過(guò)在附裝了回流冷凝器的攪拌燒瓶中在回流下加熱α-生育酚與乙酸酐來(lái)制備α-生育酚乙酸酯的間歇方法。該反應(yīng)出料然后通過(guò)蒸餾進(jìn)行后處理。
DE 19 603 142描述了利用2，3，5-三甲基氫醌(TMH)與植醇或異植醇(IP)在溶劑中在高溫下的酸催化反應(yīng)，然后所獲得的生育酚進(jìn)行乙酰化來(lái)制備dl-α-生育酚乙酸酯的方法。該生育酚通過(guò)與過(guò)量乙酸酐的酸催化反應(yīng)來(lái)乙?；?。反應(yīng)出料通過(guò)在減壓下的分餾來(lái)后處理。對(duì)于2，3，5-三甲基氫醌與植醇的連續(xù)反應(yīng)，建議采用一種反應(yīng)塔，將環(huán)狀碳酸酯、催化劑、TMH和IP在側(cè)邊加入其中。所形成的烴和水在塔的頂部被除去，而熱的環(huán)狀碳酸酯和維生素E是從塔底排出。沒(méi)有給出后續(xù)?；墓に囋O(shè)計(jì)的說(shuō)明。實(shí)施例提到，在相分離之后分離的生育酚用乙酸酐加以酯化。
在DE 42 08 477中已描述了制備dl-α-生育酚或dl-α-生育酚乙酸酯的方法，其中利用2，3，5-三甲基氫醌(TMH)與植醇或異植醇(IP)在原硼酸和某些脂族二-或三羧酸的混合物存在下的酸催化反應(yīng)，有或者沒(méi)有后續(xù)的用乙酸酐的酯化過(guò)程。根據(jù)DE 42 08 477，所制備的生育酚按照與DE 19 603 142類似的方式，用過(guò)量乙酸酐在酸催化下間歇地被轉(zhuǎn)化成生育酚乙酸酯，然后通過(guò)在高度減壓下分餾來(lái)提純。乙酸酐/生育酚的初始摩爾比率是大于1.3mol/mol和該酸濃度是大約0.055mol％，以生育酚為基礎(chǔ)計(jì)。
EP 0 784 042作為權(quán)利來(lái)要求了雙(草酸根)硼酸鹽作為質(zhì)子酸催化劑，它用于三甲基氫醌與異植醇的Friedel-Crafts縮合反應(yīng)，和酚類例如生育酚的酰化。在實(shí)施例中描述了生育酚的?；?。為此，生育酚與乙酸酐和雙(草酸根)硼酸鹽一起被加入燒瓶中，反應(yīng)混合物在氬氣氛中加熱至回流1小時(shí)。乙酸酐/生育酚的初始摩爾比率是大于1.1mol/mol和硼酸鹽濃度是大約0.5mol％，以生育酚為基礎(chǔ)計(jì)。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上濃縮之后，以87％的純度和92％的收率獲得生育酚乙酸酯。這一間歇方法的缺點(diǎn)是，收率和純度仍然不夠高。另外，在氬氣氛中進(jìn)行該反應(yīng)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)意味著高成本。
JP 49 055 633描述了在不溶于反應(yīng)混合物的無(wú)機(jī)固體酸存在下用乙酸酐酰化生育酚來(lái)制備生育酚乙酸酯的間歇方法。在該方法中，在溶劑甲苯中生育酚和乙酸酐在回流下在催化劑存在下加熱大約4小時(shí)，獲得大約91％的產(chǎn)品純度。作為催化劑的例子，可以提及SiO2/Al2O3。該方法的缺點(diǎn)是時(shí)空產(chǎn)率低和產(chǎn)品純度低。
在鹽酸和鋅或氯化鋅的混合物存在下用乙酸酐?；拥姆椒ㄒ衙枋鲈贘P 56 073 081中。依據(jù)這一方法，生育酚與乙酸酐和催化劑混合物一起在10-30℃下加熱0.5-2小時(shí)。該催化劑然后被除去，反應(yīng)混合物用水洗滌。鹽酸是以基于生育酚的0.02-0.06mol％的濃度使用，鋅是以基于生育酚的0.01-0.2mol％的濃度使用，和氯化鋅是以基于生育酚的0.001-0.1mol％的濃度使用。乙酸酐是以1.2-1.5倍摩爾過(guò)量來(lái)使用。該方法以基于生育酚的92.5％收率得到了生育酚乙酸酯。復(fù)雜的后處理、間歇的反應(yīng)程序以及固體運(yùn)輸會(huì)在這一方法中導(dǎo)致低的時(shí)空產(chǎn)率，盡管有短的反應(yīng)時(shí)間。
DE 2 208 795描述了三甲基氫醌與異植醇在路易斯酸和質(zhì)子酸的混合物存在下在惰性溶劑中的反應(yīng)?？墒褂玫拇呋瘎w系是例如氯化鋅與NaHSO4、H2SO4或?qū)妆交撬岬幕旌衔?。任選地，該反應(yīng)出料可以與乙酸酐反應(yīng)，沒(méi)有進(jìn)一步的后處理。為此，將乙酸酐加入到反應(yīng)混合物中，并回流加熱大約6小時(shí)。這一方法的缺點(diǎn)是酰化反應(yīng)的時(shí)空產(chǎn)率低。
使三甲基氫醌與異植醇、植醇或植二烯在填料塔中在酸縮合催化劑存在下進(jìn)行反應(yīng)的連續(xù)方法已描述在US 3 444 213中。在這一方法中，將反應(yīng)物(任選預(yù)先混合或溶于惰性溶劑中)加入加熱塔的頂部，所形成的反應(yīng)水經(jīng)由塔頂蒸發(fā)。然而，該塔僅僅是沒(méi)有蒸發(fā)器的加熱管式反應(yīng)器，而不是反應(yīng)性蒸餾塔。在塔底存在的產(chǎn)物在1小時(shí)的過(guò)程中分批與乙酸酐在溶劑吡啶中反應(yīng)。這一方法的缺點(diǎn)是酰化反應(yīng)的時(shí)空產(chǎn)率低以及使用了溶劑。
使三甲基氫醌與異植醇反應(yīng)的另一連續(xù)方法已描述在CS205 951中。在這一專利中，同樣使用乙酸酐進(jìn)行該?；?。
用于乙酰化這些生育酚衍生物的現(xiàn)有技術(shù)的全部已知方法都具有以下缺點(diǎn)長(zhǎng)的停留時(shí)間和因此低的時(shí)空產(chǎn)率和高的投資費(fèi)用。在所有情況下，該生育酚衍生物，在沒(méi)有或有催化劑存在下，分批與乙酸酐反應(yīng)，反應(yīng)混合物通過(guò)蒸餾進(jìn)行后處理。在這種情況下，首先在低真空度下除去乙酸和乙酸酐，然后生育酚衍生物的乙酸酯在高真空下通過(guò)蒸餾提純。
此外，這些方法的收率為大約92-95％，這不太令人滿意。乙酸酐總是以至少1.2mol/每mol生育酚衍生物的較高過(guò)量來(lái)使用，以便在可接受的反應(yīng)時(shí)間中獲得足夠的轉(zhuǎn)化率。正如EP 0 784 042所暗示的，只有大大提高酸濃度，才有可能減少乙酸酐的過(guò)量。然而，這導(dǎo)致更多地形成副產(chǎn)物，因此降低了收率和產(chǎn)品純度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制備具有有利性質(zhì)的色原烷醇酯衍生物的又一方法，該方法不再存在先有技術(shù)的缺點(diǎn)而且以高的收率和高的時(shí)空產(chǎn)率得到色原烷醇酯衍生物。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這一目的可通過(guò)一種連續(xù)制備通式I的色原烷醇酯衍生物的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)， 其中
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8彼此獨(dú)立地是氫或未被取代的或取代的、支化或未支化的C1-C10-烷基，和虛線鍵是可能的附加C-C鍵，該方法在于使連續(xù)加入的通式II的色原烷醇衍生物 與連續(xù)加入的選自通式IIIa的羧酸和通式IIIb的羧酸酐中的?；瘎┰诜磻?yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，R8-COOHIIIa 其中R9是氫或未被取代的或取代的、支化或未支化的C1-C10-烷基，和連續(xù)地從反應(yīng)器中排出反應(yīng)產(chǎn)物。
對(duì)于基團(tuán)R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9來(lái)說(shuō)，未被取代的或取代的、支化的或未支化的C1-C10-烷基彼此獨(dú)立地是例如未被取代的或取代的甲基，乙基，丙基，1-甲基乙基，丁基，1-甲基丙基，2-甲基丙基，1，1-二甲基乙基，戊基，1-甲基丁基，2-甲基丁基，1，2-二甲基丙基，1，1-二甲基丙基，2，2-二甲基丙基，1-乙基丙基，己基，1-甲基戊基，1，2-二甲基丁基，1，3-二甲基丁基，2，3-二甲基丁基，1，1-二甲基丁基，2，2-二甲基丁基，3，3-二甲基丁基，1，1，2-三甲基丙基，1，2，2-三甲基丙基，1-乙基丁基，2-乙基丁基，庚基，辛基，壬基或癸基，優(yōu)選未被取代的或取代的C1-C4-烷基，例如甲基，乙基，異丙基，正丙基，正丁基，仲丁基或叔丁基。
取代基的類型不是關(guān)鍵的。根據(jù)可利用的自由鍵，C1-C10-烷基可以含有至多6個(gè)取代基，這些取代基優(yōu)選選自-NO2，-NH2，-OH，-CN，-COOH，或鹵素，尤其是F或Cl。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9的支化或未支化C1-C10-烷基基團(tuán)是未被取代的。
R4、R5、R6和R7的特別優(yōu)選的基團(tuán)彼此獨(dú)立地是氫或甲基，尤其是甲基。
R1、R2和R3的特別優(yōu)選的基團(tuán)彼此獨(dú)立地是氫或甲基。
R8的特別優(yōu)選的基團(tuán)是甲基或乙基，尤其是甲基。
R9的特別優(yōu)選的基團(tuán)是乙基或甲基。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，通式II的色原烷醇衍生物是具有維生素E活性的生育酚衍生物和生育三烯酚衍生物，尤其是天然生育酚和生育三烯酚類。
對(duì)于優(yōu)選的天然生育酚和生育三烯酚類，在通式II中的基團(tuán)R4-R7是甲基。一組生育酚(IIa-d)具有飽和側(cè)鏈，而一組生育三烯酚類(IIe-h)具有不飽和支鏈 IIa，α-生育酚R1＝R2＝R3＝CH3IIb，β-生育酚R1＝R3＝CH3，R2＝HIIc，γ-生育酚R1＝H，R2＝R3＝CH3IId，δ-生育酚R1＝R2＝H，R3＝CH3 IIe，α-生育三烯酚R1＝R2＝R3＝CH3IIf，β-生育三烯酚R1＝R3＝CH3，R2＝HIIg，γ-生育三烯酚R1＝H，R2＝R3＝CH3IIh，δ-生育三烯酚R1＝R2＝H，R3＝CH3特別優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，通式IIa的α-生育酚用作通式II的色原烷醇衍生物。
用于本發(fā)明方法中的通式II的色原烷醇衍生物、尤其通式IIa-IIh的優(yōu)選生育酚和生育三烯酚類可以作為單種化合物使用，它們可以以任何所需濃度存在。通常，各生育酚和生育三烯酚類的純度是90-97％，但是也可以使用更純的化合物和純度更低的粗產(chǎn)物。該化合物也可以作為通式II的不同的色原烷醇衍生物的混合物來(lái)使用，本發(fā)明的方法相應(yīng)地獲得通式I的色原烷醇酯衍生物的混合物。這可以是例如這樣一些情況，即當(dāng)使用來(lái)自天然源但沒(méi)有進(jìn)一步分離單種生育酚和生育三烯酚類的生育酚或生育三烯酚類時(shí)。通式II的色原烷醇衍生物可以是對(duì)映異構(gòu)體純的外消旋混合物或非對(duì)映異構(gòu)體混合物。
通式II的色原烷醇衍生物可以以化學(xué)方法從天然源制備或分離，例如在植物油脫臭中產(chǎn)生和提純的蒸發(fā)器縮合物，按照在Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry，A 27卷(1996)，VCHVerlagsgeseuschaft，4章，478-488，Vitamin E中所述。
可以在本發(fā)明方法中用作?；瘎┑耐ㄊ絀IIa的羧酸或通式IIIb的羧酸酐可以作為單種物質(zhì)或作為混合物來(lái)使用。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所使用的?；瘎┦峭ㄊ絀IIb的羧酸酐。
通式IIIb的羧酸酐可以作為純的羧酸酐或作為混合的羧酸酐來(lái)使用。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以使用純的羧酸酐，因此R8＝R9。特別優(yōu)選的是當(dāng)使用乙酸酐作為通式IIIb的羧酸酐時(shí)的乙酰化，其中R8＝R9＝甲基。
在本發(fā)明方法中，通式II的色原烷醇衍生物以及選自通式IIIa的羧酸和通式IIIb的羧酸酐中的酰化劑被連續(xù)地加入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中反應(yīng)，然后連續(xù)地從反應(yīng)器中排出反應(yīng)產(chǎn)物。
對(duì)于初始速率高的反應(yīng)，有利地將反應(yīng)器的上游連接于已發(fā)生部分轉(zhuǎn)化的另一個(gè)預(yù)備反應(yīng)器中。也有利的是在被加入到反應(yīng)器中之前混合各反應(yīng)物，使得此時(shí)也發(fā)生部分轉(zhuǎn)化。
因此，術(shù)語(yǔ)“在反應(yīng)器中反應(yīng)”意指在這一反應(yīng)器中仍然發(fā)生反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化。在反應(yīng)器中的這一轉(zhuǎn)化率可以例如當(dāng)上游連接了預(yù)備反應(yīng)器時(shí)是所能實(shí)現(xiàn)的總轉(zhuǎn)化率的至少1％，優(yōu)選至少20％，特別優(yōu)選至少50％，非常特別優(yōu)選至少80％。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在反應(yīng)器中完成總的所能實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化率。
當(dāng)反應(yīng)物被加入和反應(yīng)時(shí)，可以使用另外的溶劑。然而，該方法可以特別有利地在不添加溶劑的情況下進(jìn)行。
本發(fā)明的方法可以特別有利地通過(guò)在反應(yīng)器中反應(yīng)的過(guò)程中，即在反應(yīng)的同時(shí)，連續(xù)地從反應(yīng)混合物中取出至少一種反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)進(jìn)行。因此，在反應(yīng)過(guò)程中從反應(yīng)混合物中取出所形成的水(當(dāng)通式IIIa的羧酸用作?；瘎r(shí))或所形成的羧酸R9-COOH(當(dāng)通式IIIb的羧酸酐用作?；瘎r(shí))或所形成的通式I的色原烷醇酯衍生物或兩者。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，僅僅從反應(yīng)混合物中取出水或羧酸R9-COOH。這種取料也優(yōu)選連續(xù)地進(jìn)行。
有許多為優(yōu)選的本發(fā)明方法所考慮的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。優(yōu)選的反應(yīng)器應(yīng)該具有能連續(xù)反應(yīng)并同時(shí)取出至少一種反應(yīng)產(chǎn)物的性能。例如，可以使用的反應(yīng)器是具有附裝塔的釜、隔離壁式塔、萃取塔、薄膜反應(yīng)器或反應(yīng)塔。
在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在作為反應(yīng)器的反應(yīng)塔中進(jìn)行該反應(yīng)。
如上所述，有利的是將這一反應(yīng)塔的上游連接于已發(fā)生一部分轉(zhuǎn)化的反應(yīng)器(預(yù)備反應(yīng)器)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在反應(yīng)器中、尤其是在反應(yīng)塔中進(jìn)行該反應(yīng)。
反應(yīng)塔可以以非常不同的方式設(shè)計(jì)，具有作為能同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)物的反應(yīng)和以熱的方式取出至少一種反應(yīng)產(chǎn)物的一種反應(yīng)器的性能。
優(yōu)選，該反應(yīng)塔由塔底和能精餾的上部結(jié)構(gòu)例如分餾塔組成。
在這一優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)使用反應(yīng)塔，進(jìn)一步有利的是以這樣的方式設(shè)定反應(yīng)參數(shù)，使得A通式II的色原烷醇衍生物與?；瘎┰趦?nèi)部構(gòu)件上和可能的話在反應(yīng)塔的塔底段中進(jìn)行反應(yīng)，
B在與酰化劑的反應(yīng)(通式IIIa的羧酸用作?；瘎?中形成的H2O或所形成的羧酸R9-COOH(通式IIIb的羧酸酐用作?；瘎?連續(xù)地隨反應(yīng)塔的塔頂餾出物料流一起排出，和C在反應(yīng)中形成的通式I的色原烷醇酯衍生物連續(xù)地隨反應(yīng)塔的塔底流出物排出。
取決于反應(yīng)塔的設(shè)計(jì)的類型和所使用的反應(yīng)物，這可通過(guò)改變反應(yīng)參數(shù)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。合適的反應(yīng)參數(shù)是例如在塔中的溫度、壓力、回流比，塔的設(shè)計(jì)，熱傳遞和停留時(shí)間，尤其是在塔底段中，反應(yīng)物的能量輸入或摩爾比率，這些可以由本技術(shù)領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員根據(jù)常規(guī)試驗(yàn)來(lái)優(yōu)化，以使得可以實(shí)現(xiàn)特征A、B和C。
典型地，在本發(fā)明的方法中，設(shè)定塔頂壓力，使得塔底中的溫度是100-300℃，優(yōu)選130-180℃。
在反應(yīng)塔中的停留時(shí)間典型地是15分鐘到6小時(shí)，優(yōu)選30分鐘到3小時(shí)。
反應(yīng)物的初始比率不是關(guān)鍵的，?；瘎?即通式IIIa的羧酸或通式IIIb的羧酸酐)與通式II的色原烷醇衍生物的摩爾比率通常是1.0-5.0，優(yōu)選1.0-1.3。
如果該反應(yīng)是在催化劑存在下進(jìn)行，則本發(fā)明的方法可以特別有利地實(shí)施。
催化劑是能加速通式II的色原烷醇衍生物的?；囊环N物質(zhì)。
優(yōu)選的催化劑是酸或堿性?；呋瘎?，例如硫酸，磷酸，鹽酸，乙酸，乙酸酯，氯化鋅，三乙胺，吡啶，叔堿，雙(草酸根)硼酸鹽，酸或堿性陽(yáng)離子交換劑，沸石類，SiO2/Al2O3或無(wú)機(jī)固體酸。
特別優(yōu)選的催化劑是均相的堿性或酸催化劑，尤其是硫酸或磷酸，和非均相催化劑，尤其是酸性離子交換劑或酸沸石類，它們以預(yù)定方式被引入到該反應(yīng)區(qū)中。
均相催化劑有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即它們可以以液態(tài)被泵抽到分餾塔中。非均相催化劑的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)物的污染或在后處理過(guò)程中對(duì)產(chǎn)物的比色指數(shù)的損害。
均相催化劑優(yōu)選以稀釋形式使用。因此例如硫酸和磷酸典型地以0.01-50％的濃度、優(yōu)選以0.1-1.0％的濃度使用。均相催化劑的量?jī)?yōu)選這樣設(shè)計(jì)，使得它們的濃度是基于通式II的色原烷醇衍生物計(jì)的0.001-1.0mol％，優(yōu)選是基于通式II的色原烷醇衍生物計(jì)的0.01-0.1mol％。
非均相催化劑優(yōu)選被整合到該分餾塔內(nèi)部構(gòu)件中。
在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的實(shí)例中，所使用的反應(yīng)塔內(nèi)部構(gòu)件是在反應(yīng)物的最高進(jìn)料點(diǎn)下方的塔盤，和是在反應(yīng)物的最高進(jìn)料點(diǎn)上方的結(jié)構(gòu)化填料。特別有利的塔盤使得液體的長(zhǎng)停留時(shí)間成為可能，在反應(yīng)塔內(nèi)部構(gòu)件上的停留時(shí)間優(yōu)選是至少30分鐘。
優(yōu)選的塔盤是例如浮閥塔盤，優(yōu)選泡罩式塔盤，或相關(guān)類型，例如隧道式塔盤或索曼塔盤。
優(yōu)選的結(jié)構(gòu)化填料是例如下列類型的結(jié)構(gòu)化填料Melapack(R)(Sulzer)，Bx(R)(Sulzer)，B1(R)(Montz)或A3(R)(Montz)或類似設(shè)計(jì)的填料。
在本發(fā)明方法的再一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)例中，較高沸點(diǎn)的反應(yīng)物，如果合適的話與均相催化劑一起，是在較低沸點(diǎn)反應(yīng)物的上方被加入反應(yīng)塔中。
本方法可以特別地有利地通過(guò)將熱量輸入反應(yīng)塔中來(lái)進(jìn)行，這是除了蒸發(fā)器外，另外經(jīng)由安裝在反應(yīng)塔外部地的換熱器或經(jīng)由直接位于塔盤上的換熱器來(lái)進(jìn)行的。
另外，汽提氣體(優(yōu)選氮?dú)饣蚨趸?引入到該反應(yīng)塔中是有利的。
這有利于取出水或所形成的羧酸R9-COOH。
另外，本發(fā)明方法有利地通過(guò)如下來(lái)進(jìn)行從下游蒸發(fā)器中的排放塔底料流中除去過(guò)量的?；瘎?即通式IIIa的羧酸或通式IIIb的羧酸酐)，然后將其再循環(huán)到塔中，有或者沒(méi)有小股料流排出。結(jié)果，獲得了基于酰化劑(通式IIIa的羧酸或通式IIIb的羧酸酐)的高產(chǎn)率。
本發(fā)明方法的特別有利的實(shí)施方案在下面利用實(shí)施例，參考附

圖1來(lái)進(jìn)行描述本發(fā)明方法優(yōu)選以這樣一種方式進(jìn)行，以使得通式II的色原烷醇衍生物、?；瘎?通式IIIa的羧酸或通式IIIb的羧酸酐)在有或沒(méi)有該催化劑的情況下經(jīng)過(guò)進(jìn)料管線(3)、(1)和(2)加入到用作反應(yīng)塔的分餾塔(4)的內(nèi)部構(gòu)件上。如果較高沸點(diǎn)的反應(yīng)物連續(xù)地被單獨(dú)或與催化劑一起在較低沸點(diǎn)反應(yīng)物上方加入到分餾塔(4)中，這是有利的，但非強(qiáng)制性的。在分餾塔內(nèi)部構(gòu)件上，通式II的色原烷醇衍生物然后與?；瘎┓磻?yīng)，有附加的蒸餾。結(jié)果，從通式IIIa的羧酸形成的水或從通式IIIb的羧酸酐形成的羧酸R9-COOH被不斷地從反應(yīng)平衡中除去。
通式I的色原烷醇酯衍生物經(jīng)過(guò)附加的蒸餾而進(jìn)入到分餾塔的底部(36)并經(jīng)料流(14)排出。
當(dāng)乙酸酐或丙酸酐用作通式IIIb的羧酸酐時(shí)，如果羧酸酐以汽化形式被引入到塔(4)中，則是非常有利的，因?yàn)樵诟邷叵略谒牡撞?36)中的裂解和副產(chǎn)物的形成得到進(jìn)一步減少，甚至避免。
另外，如果不僅僅經(jīng)由蒸發(fā)器(13)，而且另外經(jīng)由外換熱器(37)或經(jīng)由直接位于塔內(nèi)部構(gòu)件(16)上的換熱器，將熱量輸入由塔底(36)和分餾塔(4)和可能的話還有容器(30)組成的反應(yīng)系統(tǒng)中，則已經(jīng)證明是非常有利的。
反應(yīng)塔(4)由兩段組成。上段(17)優(yōu)選填充了結(jié)構(gòu)化填料，和下段(16)優(yōu)選填裝了塔盤。有利的是根據(jù)分離效果，以這樣一種方式設(shè)計(jì)上段(17)的尺寸，使得?；瘎┍煌耆乇Ａ舨⒃傺h(huán)到該下段(16)以供反應(yīng)用。
所形成的水或羧酸R9-COOH與在反應(yīng)物中作為污染物存在的或在反應(yīng)過(guò)程中作為副產(chǎn)物形成的任何低沸點(diǎn)化合物一起經(jīng)由塔頂料流(6)離開該塔并通入到冷凝器(7)中，在這里，該蒸汽流的可凝結(jié)成分會(huì)冷凝下來(lái)。冷凝物的一部分作為回流料(10)再返回塔中，另一部分(11)排出。
回流比不是關(guān)鍵的。優(yōu)選，應(yīng)該設(shè)定1-20、特別優(yōu)選2-4的回流比。然而，如果較高沸點(diǎn)的反應(yīng)物是在塔的上端加入，則也有可能完全地排出冷凝物(回流比＝0)。
餾出物(11)通常由水或純度大于99％的羧酸R9-COOH組成。在低沸點(diǎn)的污染物存在下，有利的是經(jīng)由附加的塔側(cè)排料口(38)排出高純度的羧酸R9-COOH。為此，必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)上塔段(17)的尺寸。
在塔頂(6)上的壓力優(yōu)選以這樣一種方式設(shè)置，使得在塔底(36)中的溫度是100-300℃，尤其是130-180℃。根據(jù)物質(zhì)的體系，這可以通過(guò)使用真空泵(9)和/或壓力調(diào)節(jié)裝置(39)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
反應(yīng)產(chǎn)物在塔(4)的底部(36)中被收集，并利用泵(12)，經(jīng)由塔底排出料流(14)，與未反應(yīng)的反應(yīng)物一起、主要與過(guò)量的通式IIIa的羧酸或過(guò)量的通式IIIb的羧酸酐一起被排出。塔底排出料流(14)的一部分通過(guò)蒸發(fā)器(13)蒸發(fā)并經(jīng)由蒸汽管線(15)加入到塔中。用這種方法，產(chǎn)生了為蒸餾所需要的蒸汽。該粗產(chǎn)物經(jīng)由生產(chǎn)線(35)加入到下游蒸發(fā)器(19)中，后者脫除粗產(chǎn)物中的低沸點(diǎn)化合物，尤其是脫除未反應(yīng)的通式IIIa的羧酸或未反應(yīng)的通式IIIb的羧酸酐。
為了取出所產(chǎn)生的水或所形成的羧酸R9-COOH，可以另外將惰性氣體(41)通入到塔的底部。
蒸發(fā)器(19)通常使用真空裝置(22)在比塔(4)低的壓力下操作，壓力是以這樣一種方式設(shè)定，使得蒸汽流(40)包含僅僅少量的有價(jià)值的產(chǎn)物，和產(chǎn)物料流(34)包含僅僅少量的低沸點(diǎn)化合物。蒸發(fā)器(19)的蒸汽流(40)在冷凝器(21)中冷凝下來(lái)，并經(jīng)管線(25)加入到容器(23)中。
對(duì)于其中通式IIIa的羧酸或水或通式IIIb的羧酸酐或羧酸R9-COOH與微量組分形成混溶性區(qū)的這樣一種物質(zhì)混合物而言，該容器(23)被設(shè)計(jì)為相分離容器。
在這種情況下，有利的是使用泵(27)經(jīng)由副產(chǎn)物管線(26)排出微量組分并以此方式提高選擇性和防止副產(chǎn)物的積聚。包含未反應(yīng)的反應(yīng)物的相通過(guò)使用泵(24)經(jīng)由管線(28)再循環(huán)到塔中。如果冷凝的蒸汽(25)形成單相，則有利的是通過(guò)經(jīng)由管線(26)排放部分料流來(lái)防止副產(chǎn)物的積聚。
經(jīng)由蒸發(fā)器(19)的塔底排出料流(34)，脫除了低沸點(diǎn)化合物的有價(jià)值的產(chǎn)物被抽出，和如果適當(dāng)?shù)脑?，被加入到另外的提純段中，如短通路蒸發(fā)器和/或分子蒸餾。
添加量?jī)?yōu)選以這樣的方式來(lái)選擇，使得?；瘎┡c通式II的色原烷醇衍生物的化學(xué)計(jì)量比是1.0-5.0，優(yōu)選1.0-1.3，和催化劑含量設(shè)定為0.001-1.0mol％，優(yōu)選0.01-0.1mol％，以所要反應(yīng)的色原烷醇衍生物為基礎(chǔ)計(jì)。
在由塔底段(36)和分餾塔(4)在有或沒(méi)有容器(30)的情況下所組成的反應(yīng)器系統(tǒng)中，反應(yīng)混合物的停留時(shí)間典型地是15分鐘到6小時(shí)，優(yōu)選20分鐘到2小時(shí)。這一停留時(shí)間可以有利地通過(guò)具有高的液體停留時(shí)間的塔盤(16，17)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如浮閥塔盤，優(yōu)選泡罩式塔盤或相關(guān)類型，例如隧道塔盤或索曼塔盤。然而，還有可能使用具備有序結(jié)構(gòu)的金屬絲網(wǎng)填料或金屬片填料或使用亂堆填料床作為塔內(nèi)部構(gòu)件。
在高于進(jìn)料位置(3)的段(17)中，優(yōu)選使用具有高的理論塔板數(shù)的塔內(nèi)部構(gòu)件，如具備有序結(jié)構(gòu)的金屬絲網(wǎng)填料或金屬片填料。
此外，也有利的是，為了增加該停留時(shí)間，讓部分料流經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)塔側(cè)抽出口(29)從分餾塔(4)中排出而穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)容器(30)，并讓離開這些容器的部分料流(33)再循環(huán)回到塔(4)中，各自都使用泵(31)。如果適當(dāng)?shù)脑?，附加的催化劑?或反應(yīng)物可以通過(guò)使用進(jìn)料管線(32)被加入到容器(30)中。
加熱該容器(30)是優(yōu)選的。
為了進(jìn)行該反應(yīng)，有利地使用分餾塔，它具有作為內(nèi)部構(gòu)件的典型地10-100個(gè)在以上詳述過(guò)的塔盤(16，17)，優(yōu)選20-40個(gè)塔盤。在這種情況下，該程序有利地以這樣的方式進(jìn)行，使得較高沸點(diǎn)的反應(yīng)物被引入到塔的上部分中，和較低沸點(diǎn)反應(yīng)物被引入到塔的下部分中。
如果在塔中在較高沸點(diǎn)的反應(yīng)物的進(jìn)料流(3)之上提供0-50個(gè)塔盤，優(yōu)選5-20個(gè)塔盤，和在塔(16)的下部分中在該進(jìn)料流(3)之下提供0-50個(gè)，優(yōu)選5-30個(gè)塔盤，則已經(jīng)被證明是特別有利的。
在塔內(nèi)部構(gòu)件上的停留時(shí)間應(yīng)該特別優(yōu)選是大約30分鐘。相應(yīng)地，這同樣適用于對(duì)于其它塔內(nèi)部構(gòu)件而言的理論塔板數(shù)。
本發(fā)明方法的另一特別優(yōu)選的實(shí)例示于圖2中尤其是對(duì)于具有高的初始速率的反應(yīng)，有利的是將反應(yīng)器(42)連接到反應(yīng)塔的上游和以這種方式降低該反應(yīng)塔的投資費(fèi)用。為此，通式II的色原烷醇衍生物(3)、酰化劑(1)和如果適當(dāng)?shù)脑挻呋瘎?2)在有或沒(méi)有預(yù)熱的情況下被泵抽到預(yù)備反應(yīng)器(42)中。在這一反應(yīng)器中，該反應(yīng)首先以高的初始速率進(jìn)行。
在預(yù)備反應(yīng)器中，優(yōu)選，所追求的是僅僅部分轉(zhuǎn)化和來(lái)自該預(yù)備反應(yīng)器的排料通過(guò)使用泵(43)經(jīng)由管線(44)輸送到下游反應(yīng)塔(4)中。
在本發(fā)明方法的這一實(shí)施方案中，反應(yīng)塔(4)基本上按照在圖1中所述來(lái)設(shè)計(jì)，在這種情況下，反應(yīng)器排出料進(jìn)入塔(4)中的進(jìn)料點(diǎn)(44)必須調(diào)整以適應(yīng)這些物質(zhì)的各自體系和在預(yù)備反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化速率。
也有利的是向反應(yīng)器(42)中輸入所用酰化劑總量中的僅僅一部分并將其它部分經(jīng)由位于反應(yīng)器排出料的加入點(diǎn)(44)下方的附加管線(41)加入到反應(yīng)塔(4)中。在預(yù)備反應(yīng)器中的停留時(shí)間有利地以這樣一種方式設(shè)定，使得該反應(yīng)是在高反應(yīng)速率的反應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行。
通常，在上游反應(yīng)器(42)中的停留時(shí)間是5分鐘到2小時(shí)，優(yōu)選15分鐘到1小時(shí)。
反應(yīng)器(42)在圖2中用符號(hào)表示為攪拌罐。然而，取決于反應(yīng)系統(tǒng)，也可以是具有其它停留時(shí)間特性的反應(yīng)器，例如管式反應(yīng)器或環(huán)管反應(yīng)器。
通過(guò)使用本發(fā)明的改進(jìn)方法，有可能以非常高的收率和時(shí)空產(chǎn)率和高的純度，在幾乎定量的轉(zhuǎn)化率下制備很多的色原烷醇酯衍生物，尤其是有重要價(jià)值用作抗氧化劑和用于人和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域中的生育酚乙酸酯和生育三烯酚乙酸酯，尤其是α-生育酚乙酸酯。
與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的方法具有以下附加優(yōu)點(diǎn)通過(guò)使用本發(fā)明的方法，獲得了基于色原烷醇衍生物計(jì)大于99％的選擇性，和基于羧酸酐計(jì)大于90％的選擇性?；隰人狒倪x擇性取決于所使用的色原烷醇衍生物的純度，它在下面的實(shí)施例中是94％。
以該色原烷醇衍生物為基礎(chǔ)計(jì)的轉(zhuǎn)化率幾乎是100％，和以該酰化劑為基礎(chǔ)計(jì)的轉(zhuǎn)化率是95％，結(jié)果僅僅少量的?；瘎┬枰傺h(huán)。
在脫除通式IIIa的羧酸和水之后，或在脫除通式IIIb的羧酸酐和羧酸R9-COOH之后，色原烷醇酯衍生物的純度大于95％。這一數(shù)值也取決于所用通式II的色原烷醇衍生物的純度，因?yàn)橛绕鋵?duì)于生育酚和生育三烯酚類而言，主要發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)物污染物是早已在所用生育酚或生育三烯酚中存在的高沸點(diǎn)微量組分。在除去這些組分之后，產(chǎn)品純度是大于99％，結(jié)果在本發(fā)明的方法中僅僅形成了很少量的副產(chǎn)物。
本方法的附加優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)的程序，它確保了恒定的非原料依賴性的產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于相當(dāng)?shù)乃釢舛?，時(shí)空產(chǎn)率比以前已知的工藝高了3倍。另外，在反應(yīng)過(guò)程中釋放的反應(yīng)熱可以用于蒸餾，因此節(jié)約了能源成本。
本發(fā)明方法的再一較大優(yōu)點(diǎn)是在反應(yīng)器中以基于全部起始組分計(jì)的幾乎定量的轉(zhuǎn)化率，在連續(xù)方法中獲得了高的能實(shí)現(xiàn)的收率，更準(zhǔn)確地說(shuō)，即使使用了不過(guò)量或僅僅稍微過(guò)量的這些反應(yīng)物之一也是如此。
另外，有利的是不需要使用溶劑，和在使用通式III的羧酸酐時(shí)也是如此，作為副產(chǎn)物形成的羧酸R9-COOH可以進(jìn)一步用作有價(jià)值的產(chǎn)物。
下面的實(shí)施例用于描述本發(fā)明。
實(shí)施例1α-生育酚乙酸酯的制備A裝置的敘述所使用的裝置是具有在上進(jìn)料點(diǎn)(2)下方的20個(gè)泡罩式塔盤(大約14個(gè)理論階)和在上進(jìn)料點(diǎn)(2)上方的0.6米的結(jié)構(gòu)化絲網(wǎng)填料(Rhombonak 9M)的分餾塔(4)。該塔具有30mm的內(nèi)徑。塔盤是從下至上編號(hào)，即最低的塔盤是塔盤1和最高的塔盤是塔盤20。
該塔裝有規(guī)則間隔的熱電偶，使得除了塔的底部和頂部之外，可以在各第三到第四理論階上測(cè)量溫度。除了該溫度分布之外，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)娜狱c(diǎn)，也可以測(cè)定在塔中的濃度分布。
可以使用自動(dòng)調(diào)溫器加熱至250℃的蒸發(fā)器(13)具有大約350ml的體積，其中取決于停留時(shí)間，在操作過(guò)程中的填裝量是50-155ml。由低溫控制器操作的冷凝器被安裝在塔上。另外，該塔裝有真空系統(tǒng)(9)和冷陷阱。塔的底部排料(35)通入下游的薄膜式蒸發(fā)器(19)中，經(jīng)由該蒸發(fā)器底部排出脫除了低沸點(diǎn)化合物的粗產(chǎn)物(34)。薄膜式蒸發(fā)器的餾出物在冷凝器(21)冷凝，被收集在容器(23)中并泵回到塔中。在相分離時(shí)，該容器(23)用作分離容器，含有羧酸酐的較低相再循環(huán)到該塔中。該裝置是按24小時(shí)操作(穩(wěn)態(tài))而且全部的流入和流出料流都使用秤來(lái)記錄和顯示。
B實(shí)驗(yàn)程序沒(méi)有再循環(huán)的α-生育酚乙酸酯的制備
74.6g/h(0.16mol/h)的α-生育酚(93.6％純度)和2.05g/h的在乙酸中1％濃度的硫酸(基于α-生育酚計(jì)的0.13mol％硫酸(100％))被泵抽到塔的塔盤20處，21.2g/h(0.34mol/h)的乙酸酐被泵抽到塔的塔盤3處。建立了400毫巴的系統(tǒng)壓力和2kg/kg的回流比。
塔底溫度是156℃，在反應(yīng)器體系中的停留時(shí)間是3小時(shí)，該時(shí)間是由在分餾塔的內(nèi)部構(gòu)件(16)上的1小時(shí)和在蒸發(fā)器(36)中的2小時(shí)組成。從該塔生產(chǎn)的塔底流出物料是84.8g/h的粗產(chǎn)物，它含有94.0wt％的α-生育酚乙酸酯和0.1wt％的α-生育酚。9.6g/h的由100wt％乙酸組成的餾出物是從塔頂排出。
α-生育酚乙酸酯是以基于α-生育酚計(jì)的99.9％和基于乙酸酐計(jì)的96.7％的選擇性生產(chǎn)的?；讦?生育酚計(jì)的轉(zhuǎn)化率是99.9％，基于乙酸酐計(jì)的轉(zhuǎn)化率是84％。時(shí)空產(chǎn)率是大約262g/(l*h)。
150.0g/h(0.33mol/h)的α-生育酚(94.9％純度)和2.1g/h的在乙酸酐中1％濃度的硫酸(基于α-生育酚計(jì)的0.067mol％硫酸(100％))被泵抽到塔的塔盤20處，35.0g/h(0.34mol/h)的乙酸酐被泵抽到塔的塔盤3處。設(shè)定了400毫巴的系統(tǒng)壓力和2kg/kg的回流比。塔底溫度是164℃，在反應(yīng)器體系中的停留時(shí)間是1.2小時(shí)，該時(shí)間是由在分餾塔內(nèi)部構(gòu)件(16)上的0.7小時(shí)和在蒸發(fā)器(36)中的0.5小時(shí)組成。塔的塔底流出物被通入到薄膜式蒸發(fā)器中，該餾出物被冷凝下來(lái)并再循環(huán)到塔的塔盤3處(再循環(huán)料流2.2g/h)。所生產(chǎn)的薄膜式蒸發(fā)器的底部流出物料是164.0g/h的粗產(chǎn)物，它含有94.15wt％的α-生育酚乙酸酯和0.34wt％的α-生育酚。在塔頂上，排出了16.4g/h的由100wt％乙酸組成的餾出物。
α-生育酚乙酸酯是以基于α-生育酚計(jì)的99.4％和基于乙酸酐計(jì)的91.0％的選擇性生產(chǎn)的?；讦?生育酚計(jì)的轉(zhuǎn)化率是99.6％，基于乙酸酐計(jì)的轉(zhuǎn)化率是100％。時(shí)空產(chǎn)率是大約700g/(l*h)。對(duì)比例1間歇式反應(yīng)程序在裝有攪拌器、溫度計(jì)和安裝的回流冷凝器的加熱式圓底燒瓶中進(jìn)行間歇式對(duì)比試驗(yàn)。300.75g的α-生育酚(93.6％純度)(0.655mol計(jì)算100％)被加入到燒瓶中并加熱到100℃。86.4g(0.847mol)的乙酸酐然后與0.03g(0.00031mol)的硫酸(96％濃度)摻混和在攪拌下被加到該燒瓶中。在這一過(guò)程中反應(yīng)混合物因?yàn)樗尫诺姆磻?yīng)熱而升溫，然后控制到140℃。在2小時(shí)后反應(yīng)混合物被冷卻到室溫。該反應(yīng)排出料由GC分析。在反應(yīng)排出料中檢測(cè)到299.7g的α-生育酚乙酸酯，0.05g的α-生育酚，44.3g的乙酸和10.2g的乙酸酐。α-生育酚乙酸酯是以基于α-生育酚計(jì)的96.9％和基于乙酸酐的85.0％的選擇性生產(chǎn)的?；讦?生育酚計(jì)的轉(zhuǎn)化率是99.9％，基于乙酸酐計(jì)的轉(zhuǎn)化率是88wt％。總批次時(shí)間是大約3小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)制備通式I的色原烷醇酯衍生物的方法， 其中R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7和R8彼此獨(dú)立地是氫或未被取代的或取代的、支化或未支化的C1-C10-烷基，和虛線鍵是可能的附加C-C鍵，該方法在于使連續(xù)加入的通式II的色原烷醇衍生物 與連續(xù)加入的選自通式IIIa的羧酸和通式IIIb的羧酸酐中的?；瘎┰诜磻?yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)R8-COOH IIIa 其中R9是氫或未被取代的或取代的、支化或未支化的C1-C10-烷基，和連續(xù)地從反應(yīng)器中排出反應(yīng)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在反應(yīng)過(guò)程中從反應(yīng)混合物中取出至少一種反應(yīng)產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中該反應(yīng)器是反應(yīng)塔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該反應(yīng)參數(shù)是這樣地設(shè)定，使得A通式II的色原烷醇衍生物與?；瘎┰趦?nèi)部構(gòu)件上和可能的話在反應(yīng)塔的塔底段中進(jìn)行反應(yīng)，B在與通式IIIa的羧酸反應(yīng)中形成的H2O或在與通式IIIb的羧酸酐的反應(yīng)中形成的羧酸R9-COOH連續(xù)地隨反應(yīng)塔的塔頂餾出料流排出，和C在反應(yīng)中形成的通式I的色原烷醇酯衍生物連續(xù)地隨反應(yīng)塔的塔底流出物排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中附加的反應(yīng)器連接到該反應(yīng)塔的上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中該反應(yīng)是在催化劑存在下進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項(xiàng)的方法，其中反應(yīng)塔內(nèi)部構(gòu)件是在反應(yīng)物的最高進(jìn)料點(diǎn)下方的塔盤，和是在反應(yīng)物的最高進(jìn)料點(diǎn)上方的結(jié)構(gòu)化填料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7中任一項(xiàng)的方法，其中在有或沒(méi)有該催化劑的情況下，高沸點(diǎn)反應(yīng)物是在較低沸點(diǎn)反應(yīng)物的上方被加入到反應(yīng)塔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項(xiàng)的方法，其中，除了蒸發(fā)器之外，還經(jīng)由以下方式將熱量輸入到反應(yīng)塔中利用安裝在反應(yīng)塔外部的換熱器，或利用直接位于塔盤上的換熱器，和當(dāng)存在根據(jù)權(quán)利要求5中所要求的預(yù)備反應(yīng)器時(shí)，另外將熱量提供到該預(yù)備反應(yīng)器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求3-9中任一項(xiàng)的方法，其中汽提氣體被引入反應(yīng)塔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求3-10中任一項(xiàng)的方法，其中過(guò)量的?；瘎┦菑南掠握舭l(fā)器的排放塔底流出物中取出并再循環(huán)到有或沒(méi)有小股料流排出的塔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)用羧酸或羧酸酐的連續(xù)?；瘉?lái)連續(xù)制備色原烷醇酯衍生物、尤其是連續(xù)制備生育酚和生育三烯酚類的羧酸酯的方法。
文檔編號(hào)B01D3/00GK1476441SQ01819350
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月22日
發(fā)明者C·奧斯特, G·凱貝爾, H·拉斯, P·施米特, J·馮埃爾登, 6, C 奧斯特, 滋, 炊 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司