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、多相陰離子交換樹脂連續(xù)制備炔屬醇化合物的方法。更具體地說，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)明的方法通過酮與乙炔的縮合來制備。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，需要使用過量的堿金屬氫氧化物。這就是說，相對于所用的酮，需要使用化學(xué)計(jì)量的至過量的金屬氫氧化物，這就對經(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，低溫對產(chǎn)物的回收造成相當(dāng)大的麻煩。還有，液氨對環(huán)境是不利的。
本發(fā)明人對高產(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，而且通過再生陰離子交換樹脂可以連續(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)化率對時(shí)間所用的圖。
圖7是表示實(shí)施例XII中MH轉(zhuǎn)化率對時(shí)間所用的圖。
圖8是表示實(shí)施例XIII中GA轉(zhuǎn)化率對時(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)的溶劑是對乙炔氣體有較高溶解度和對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)。
為了對陰離子交換樹脂的活性不產(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℃，陰離子交換樹脂可能被降解。
對于壓力條件，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30千克/厘米2，陰離子交換樹脂就會(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。乙炔的飽和對進(jìn)行本發(fā)明乙炔化反應(yīng)非常重要。通過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)通過測量酮的轉(zhuǎn)化率表明其中一個(gè)反應(yīng)器中填充陰離子交換樹脂的活性開始降低時(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)明的陰離子交換樹脂是具有OH活性基團(tuán)的陰離子交換樹脂。如果市售的離子交換樹脂具有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)溶劑流過一次，以替代甲醇溶液。
將陰離子交換樹脂填充在第二反應(yīng)器中后，樹脂在反應(yīng)進(jìn)行過程中會(huì)溶脹一些。因此，應(yīng)僅用離子交換樹脂填充到反應(yīng)器的80％體積，以防止由于樹脂的體積膨脹導(dǎo)致壓力增加的情況。這種情況可能對反應(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)施例是用來說明本發(fā)明的，而不是用來限制本發(fā)明的。
離子交換樹脂處理實(shí)施例I離子交換樹脂IRA-402(OH)將40毫升陰離子交換樹脂填充在60厘米長、內(nèi)徑為19毫米的管式反應(yīng)器(參見圖1)中，然后向該反應(yīng)器中連續(xù)流過甲醇20-25小時(shí)，以除去樹脂中所含的水份。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脂。
離子交換樹脂處理實(shí)施例II離子交換樹脂IRA-900(OH)該樹脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹脂處理實(shí)施例III離子交換樹脂IRA-410(OH)該樹脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹脂處理實(shí)施例IV離子交換樹脂IB-17-8(OH)該樹脂按與處理實(shí)施例I相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹脂處理實(shí)施例V離子交換樹脂IRA-402(Cl)將40毫升陰離子交換樹脂填充在處理實(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)所用的溶劑對該樹脂洗滌10小時(shí)。溶劑的流速較好為50毫升/小時(shí)。
離子交換樹脂處理實(shí)施例VI離子交換樹脂IRA-900(Cl)該樹脂按與處理實(shí)施例V相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹脂處理實(shí)施例VII離子交換樹脂IRA-410(Cl)該樹脂按與處理實(shí)施例V相同的方法進(jìn)行處理。
離子交換樹脂處理實(shí)施例VIII離子交換樹脂AB-17-8(Cl)該樹脂按與處理實(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脂。
恢復(fù)樹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)流入離子交換樹脂，以除去所含的堿甲醇溶液。當(dāng)流過該樹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，可測量乙炔的含量?？傊?，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℃(對于NMP和DMF)或15-16℃(對于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^濾器過濾，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)物的相對濃度對酮的轉(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，內(nèi)徑為19毫米)中填充入40毫升陰離子交換樹脂AB-17-8(OH)。該樹脂按處理實(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脂處理的反應(yīng)物量越小，丙酮的轉(zhuǎn)化率越大。換句話說，當(dāng)處理時(shí)間較長時(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)中沒有特別說明，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中的說明制備。在相同的反應(yīng)條件下通過制備實(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，對丙酮的轉(zhuǎn)化率和炔屬醇化合物的選擇性來說可獲得相似的結(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丙酮的轉(zhuǎn)化率和DMEC的選擇性幾乎沒有影響。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變化的影響一般來說，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)物和離子交換樹脂的用量之間關(guān)系的信息對實(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)流過陰離子交換樹脂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脂的類型是否對本發(fā)明的連續(xù)乙炔化反應(yīng)有某些影響。選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，特別是強(qiáng)堿性氫氧化季銨陰離子交換樹脂?？紤]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脂是這樣的樹脂，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)這些陰離子交換樹脂，將通過丙酮和乙炔的縮合來連續(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)，對陰離子交換樹脂的結(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)堿性陰離子交換樹脂提供相似的結(jié)果。這就是說，如果其它條件保持不變，對于給定的LHSV各樹脂的丙酮轉(zhuǎn)化率和DMEC的選擇性在允許的誤差范圍內(nèi)。因此，如果不考慮樹脂的使用壽命，三種樹脂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)混合物流過離子交換樹脂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，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)溫度變化對本發(fā)明的連續(xù)乙炔化方法有何種影響。一般來說，乙炔化溫度應(yīng)低于強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂的最大工作溫度。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)間來獲取反應(yīng)傾向的信息。作為模型反應(yīng)，通過乙炔與丙酮的縮合來制備DMEC。首先，在30℃和40℃時(shí)讓反應(yīng)混合物流過陰離子交換樹脂IRA-402(OH)來進(jìn)行這種乙炔化反應(yīng)。按時(shí)間監(jiān)測轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表示在圖2中。
參見圖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，從反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行10小時(shí)的觀點(diǎn)來看，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)使用陰離子交換樹脂IRA-402(OH)，但考慮保持陰離子交換樹脂的活性的能力，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)化率對時(shí)間作圖。結(jié)果表示在圖3中。
參見圖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，在反應(yīng)開始后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)使用陰離子交換樹脂IRA-900(OH)，但考慮保持陰離子交換樹脂的活性的能力，30℃更好。
實(shí)施例IX對離子交換樹脂使用壽命的試驗(yàn)-1陰離子交換樹脂在本發(fā)明的乙炔和酮的乙炔化反應(yīng)中的活性保持時(shí)間，即陰離子交換樹脂可保持所需酮轉(zhuǎn)化率的時(shí)間，對工業(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。測試陰離子交換樹脂IRA-402(OH)、IRA-900(OH)和AB-17-8(OH)可在多長的時(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，將陰離子交換樹脂IRA-402(OH)用于乙炔和丙酮的乙炔化反應(yīng)。
表10
參見圖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)化率沒有明顯變化。該樹脂再生多次后，仍能保持其早期轉(zhuǎn)化率。這就是說，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，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脂，然后測試其活性。在四次再生過程中，陰離子交換樹脂的活性可保持50小時(shí)或更長。即使在這次后，該樹脂可再生兩次，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。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)物來制備DHL，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹脂。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，然后再生該樹脂。重新進(jìn)行本方法表明再生后的樹脂達(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)物來制備DHN，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹脂。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。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脂達(dá)到和保持其早期轉(zhuǎn)化率。因此，無需用新的樹脂代替就可連續(xù)進(jìn)行乙炔化。
實(shí)施例XIV離子交換樹脂使用壽命試驗(yàn)-6在本實(shí)施例中，將PT用作酮反應(yīng)物來制備DHiP，同時(shí)將AB-17-8(OH)選擇為陰離子交換樹脂。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脂提高了其早期轉(zhuǎn)化率。因此，無需用新的樹脂代替就可連續(xù)進(jìn)行乙炔化。
如上所述，通過在多相強(qiáng)堿性的氫氧化季銨陰離子交換樹脂的存在下在非質(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(定義為通過單位體積陰離子交換樹脂的反應(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脂操作一批強(qiáng)堿性的多相氫氧化季銨陰離子交換樹脂，而另一批用堿甲醇溶液再生。將再生的樹脂恢復(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)語是說明性的，而非限制性的。
根據(jù)上述的揭示，可對本發(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脂選自市售的注冊商標(biāo)為AMBERITE IRA-402(OH)、AMBERITE IRA-900(OH)或AB-17-8(OH)的陰離子交換樹脂。
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乙炔化制得的,即通過在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
公開日2000年3月22日 申請日期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 申請人:Sk株式會(huì)社