CN102452935A - 对乙酸基苯乙酮及其加氢、脱水产物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对乙酸基苯乙酮及其加氢、脱水产物的制备方法,属于化工技术领域,首先用乙酸酐将苯酚乙酰化,制备对羟基苯乙酮;然后采用反应蒸馏工艺,在催化剂存在下,对羟基苯乙酮与乙酸酐进行酯化反应,并进行重排反应制得对乙酸基苯乙酮,同时将反应过程中生成的副产物乙酸以及过量的乙酸酐蒸出。将对乙酸基苯乙酮加氢可制取对乙酸基对乙酸基α-苯乙醇;对乙酸基对醋酸基α-苯乙醇脱水可制得对乙酸基苯乙烯。对乙酸基苯乙酮收率高、纯度高,对乙酸基苯乙酮加氢、脱水产物的制备方法直接进行,生产周期短,成本低,而且后续分离工序简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种对乙酸基苯乙酮及其加氢、脱水产物的制备方法,属于化工技术领域。
背景技术
对乙酸基苯乙酮经加氢、脱水后可制得对乙酸基苯乙烯。对乙酸基苯乙烯作为合成光刻胶、感光性树脂的基本原料,在高分辨率光刻胶系列技术中,如生产分辨率为0.25~0.18μm以下的光刻胶,取代苯乙烯共聚物DUV光刻胶所用的单体就是对乙酸基苯乙烯。
制备对乙酸基苯乙烯单体、均聚物和共聚物并将它们水解成对羟基苯乙烯衍生物或聚对羟基苯乙烯,在技术上是已知的。在Corson.B.B等所著的“乙烯基苯酚和异丙基苯酚的制备”一文中(J.org.chen.,1958年4月),提供了一种以乙烯基苯酚为起始原料,可按五步法制备:(1)将苯酚酯化生成对羟基苯乙酮;(2)将对羟基苯乙酮酯化生成对乙酸基苯乙酮,其中对乙酸基苯乙酮的反应转化率为93%;(3)以甲醇作溶剂,以含钯10%的Pd/C为催化剂,反应时间9h,将前者对乙酸基苯乙酮氢化生成对乙酸基α-苯乙醇;(4)将(3)的产物脱水生成对乙酸基苯乙烯,该步反应收率小于55%;(5)将前者皂化生成对乙烯基苯酚。
从对羟基苯乙酮反应生成对乙酸基苯乙烯,现有技术中,对羟基苯乙酮经酯化反应生成对乙酸基苯乙酮是采用大量过量乙酸酐的方法,反应完成后要回收过量的乙酸酐,反应的转化率低,产物纯度低,提纯困难;对乙酸基苯乙酮的加氢反应采用钯/碳催化剂,同时使用甲醇和四氢呋喃这类溶剂。这就给实施该方法带来了问题。首先,对乙酸基苯乙酮要加热后才能在溶剂中溶解,其次溶剂的存在导致反应器体积加大,增加了溶剂的分离和回收工序,反应流程长。
CN 1039412提供了一种对乙酸基苯乙酮的无溶剂氢化制备对乙酸基苯乙烯及其聚合物和水解产物的方法,在至少化学计算量的氢及钯/碳或活性镍的催化剂存在下进行反应,反应温度60℃~90℃,反应时间2~7h。该方法在无溶剂条件下进行加氢反应,省去了溶剂的提纯和回收工序,反应流程简化。其中,对乙酸基苯乙酮的制备方法采用公知技术,由对羟基苯乙酮与大量过量的乙酸酐进行酯化反应制得。该方法的不足之处是酯化反应产物纯度低,加氢反应的转化率和选择性较低,深度加氢产物对乙酸基乙苯生成较多,该品以及对醋酸基苯乙酮带来的对羟基苯乙酮与目的产物的沸点相接近,分离较为困难。
US 5041614公开了一种连续进料反应制备对乙酸基苯乙烯的方法,在适量的乙酸酐和脱水催化剂作用下,以对乙酸基α-苯乙醇为原料制得对乙酸基苯乙烯、共聚物以及聚合物的混 合物;所用的催化剂为磷酸、对甲苯磺酸,反应产物中聚合物和共聚物含量为1%~30%,反应温度160℃~300℃。该专利采用连续进料方式提高了脱水反应的收率,但定期从反应器中清理重组分仍有一定困难;酯化产物对乙酸基苯乙酮的纯度低,也影响了对醋酸基苯乙烯的纯度和收率。
日本专利特开2002-179622涉及一种有利于工业生产的对乙酸基苯乙稀的制备方法,包括以下步骤:(1)对羟基苯乙酮酯化制备对乙酸基苯乙酮;(2)对乙酸基苯乙酮用氢气还原成对乙酸基α-苯乙醇;(3)对乙酸基α-苯乙醇用亚硫酰氯等氯化剂制备成4-乙酸基(1-卤代乙基)苯;(4)在1,8-二氮双环十一碳烯基-7-二胺(简写成DBU)等强碱性物质的作用下脱氯化氢得到对乙酸基苯乙稀;(5)将DBU还原回收。反应过程如下所示。该工艺方法中对乙酸基苯乙酮的制备采用公知技术,整个对乙酸基苯乙稀的合成顺序中增加了强碱性物质的再生步骤,流程更长。
制备对乙酸基苯乙稀的反应过程
US 5245074是关于对醋酸基苯乙烯及其聚合物和水解产物的制备方法,酯化反应采用乙酸酐大量过量的方式进行;在钯/碳或活性镍催化剂作用下进行加氢反应,反应温度54℃~120℃,反应过程中不使用溶剂,对醋酸基α-苯乙醇的反应收率77%;脱水反应在温度85℃~300℃,压力0.1mmHg~760mmHg下进行,停留时间0.2~10min,采用的催化剂为KHSO4或NaBH4,对醋酸基苯乙烯反应收率62%。
综上所述,对醋酸基苯乙烯的已知制备方法存在以下不足:(1)酯化反应采用现有技术,反应转化率低,产物对乙酸基苯乙酮纯度低,要分离提纯后才能用于下一步加氢反应;(2) 反应物料乙酸酐大量过量,使反应器体积加大,成本高;(3)对乙酸基苯乙酮的纯度直接影响了后续加氢反应的选择性及最终产品纯度,分离工序长。
发明内容
本发明目的在于提供一种对乙酸基苯乙酮及其加氢、脱水产物的制备方法,对乙酸基苯乙酮收率高、纯度高,对乙酸基苯乙酮加氢、脱水产物的制备方法直接进行,生产周期短,成本低,而且后续分离工序简单。
本发明所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,首先用乙酸酐将苯酚乙酰化,制备对羟基苯乙酮;然后采用反应蒸馏工艺,在催化剂存在下,对羟基苯乙酮与乙酸酐进行酯化反应,并进行重排反应制得对乙酸基苯乙酮,同时将反应过程中生成的副产物乙酸以及过量的乙酸酐蒸出。
其中:
对羟基苯乙酮的制备方法如下:
在乙酰化反应器中投入苯酚和稍微过量的乙酸酐以及催化剂,进行乙酰化反应,然后,通过Fries重排反应得到对羟基苯乙酮,反应条件控制如下:
乙酰化反应温度 5~100℃优选20~80℃最佳20~80℃
乙酰化反应压力 700~760mmHg
乙酰化反应时间 1~5h
重排反应温度 20~40℃
重排反应时间 2~4h。
乙酰化反应用催化剂为Lewis酸、AlCl3、BF3、HClO4、FeCl3、SnCl4和HF。
对乙酸基苯乙酮的制备方法如下:
在酯化反应器中,投入乙酸酐、对羟基苯乙酮和催化剂进行酯化反应,采用反应蒸馏的方式,在反应器上方设蒸馏柱,在酯化反应的同时蒸出副产物乙酸以及过量的乙酸酐,反应条件控制如下:
乙酸酐与对羟基苯乙酮的配料摩尔比为1~3∶1
催化剂占对羟基苯乙酮的质量百分数1~20%
酯化反应温度90~160℃优选100~150℃最佳110~140℃
酯化反应时间1~8h优选2~6h最佳2~4h
酯化反应用催化剂为树脂催化剂、硫酸负载的固体酸催化剂或杂多酸催化剂中的一种,优选树脂催化剂:磺酸系列大孔的阳离子交换树脂,以工业牌号为QRE-01的强酸型树脂催化剂为最佳。
本发明对乙酸基苯乙酮的制备方法,乙酸酐用量少,反应混合物通过蒸馏除去过量的乙酸酐和副产物乙酸,并分出催化剂,反应时间大大缩短,反应转化率至少可提高5%以上,使反应的转化率和选择性都达到99%以上,可得到纯度高达99.5%的对乙酸基苯乙酮产品。分出的催化剂可循环使用。
对乙酸基苯乙酮的加氢产物制备方法,用对乙酸基苯乙酮进行加氢反应制得对乙酸基α-苯乙醇,加氢反应在无溶剂条件下进行,以钯/碳或活性镍为催化剂,通入氢气,反应温度50~120℃,反应时间4~8h,反应压力1~3MPa。
对乙酸基苯乙酮的加氢、脱水产物制备方法,用对乙酸基苯乙酮进行加氢反应制得对乙酸基α-苯乙醇,对乙酸基α-苯乙醇脱水(用酸或碱进行脱水反应),在阻聚剂和催化剂存在下,采用真空加热方式加热,反应制得对乙酸基苯乙稀,反应条件控制如下:
催化剂占对乙酸基α-苯乙醇的质量百分数 0.2~5%
阻聚剂占对乙酸基α-苯乙醇的质量百分数 1~5%
反应压力 1~760mmHg
反应温度 100~300℃优选180~210℃
脱水催化剂为硫酸盐、磷酸、SnCl2、CuCl2或Al2O3中的一种,最好是KHSO4。
脱水阻聚剂为对苯二酚、酚噻嗪、叔丁基邻苯二酚、苯醌、四氯苯醌或二叔丁基对甲酚中的一种。
得到的产物为对乙酸基苯乙烯,主要副产物是水,该产物可作为制备聚对乙酸基苯乙稀的单体使用。
在本发明对乙酸基苯乙烯的制备方法中,苯酚为起始反应原料,先用乙酸将苯酚乙酰化,并通过Friedel-Crafts催化或Fries重排制成对羟基苯乙酮。然后,在催化剂作用下,该产物用乙酸酐酯化生成对乙酸基苯乙酮。后者经加氢反应生成对乙酸基α-苯乙醇,再用酸或碱脱水制得对乙酸基苯乙烯。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)乙酸基苯乙酮的制备方法采用反应蒸馏的方式,在酸性催化剂的作用下制备对乙酸基苯乙酮,解决了酯化反应收率低、产品纯度低、分离困难的难题,反应转化率高,乙酸基苯乙酮收率高、纯度高,无须分离提纯即可直接采用,而且缩短了生产周期。
(2)在乙酸基苯乙酮的制备中,减少了原料乙酸酐的用量,减少了反应器的设计容积,节约了设备投资,降低了成本。
(3)提高了乙酸基苯乙酮进一步加氢、脱水产物的选择性,简化了后续分离工序。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
试验在带搅拌的500ml的玻璃反应器中进行,反应器上方接有蒸馏柱,内装φ4×4的θ环填料。将136g对羟基苯乙酮、112g乙酸酐和3g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到135℃进行反应。蒸馏柱顶部馏出乙酸。6h后,反应结束,移出催化剂,可直接用于下一次反应。继续蒸出过量的乙酸酐,用气相色谱法分析反应产物的样品,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.5%,对羟基苯乙酮含量为0.4%。对羟基苯乙酮的转化率达到99.6%。
实施例2
在带搅拌的1000ml的玻璃反应器中进行,反应器上方接有蒸馏柱,内装φ4×4的θ环填料。将405g对羟基苯乙酮、460g乙酸酐和16g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到140℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。4h后,反应结束,移出催化剂。继续蒸出过量的乙酸酐后,冷却反应器,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.7%,对羟基苯乙酮含量为0.1%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率达到99.9%。
实施例3
在带搅拌的1000ml的玻璃反应器中进行,反应器上方接有蒸馏柱,内装φ4×4的θ环填料。将340g对羟基苯乙酮、510g乙酸酐和21g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到110℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。4h后反应结束,移出催化剂。继续蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.6%,对羟基苯乙酮含量为0.2%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率达到99.8%。
实施例4
反应装置同实施例3。将340g对羟基苯乙酮、638g乙酸酐和34g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到140℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。反应时间为1.5h,反应结束后移出催化剂。蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.5%,对羟基苯乙酮含量为0.4%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为99.7%。
实施例5
反应装置同实施例3。将340g对羟基苯乙酮、700g乙酸酐和34g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到150℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。反 应时间为1h,反应结束后移出催化剂。蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.5%,对羟基苯乙酮含量为0.4%,其它组分主要为乙酸酐。
实施例6
在带搅拌的5L的玻璃反应器中进行,反应器上方接有蒸馏柱,内装φ4×4的θ环填料。将2.7Kg对羟基苯乙酮、2.8Kg乙酸酐和81g强酸型树脂催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到160℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。3h后反应结束,移出催化剂。继续蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.7%,对羟基苯乙酮含量为0.2%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为99.8%。
实施例7
反应装置同实施例3。将340g对羟基苯乙酮、510g乙酸酐和34g硫酸负载的固体酸催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到145℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。反应时间为8h,反应结束后移出催化剂。蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.5%,对羟基苯乙酮含量为0.4%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为99.5%。
实施例8
反应装置同实施例3。340g对羟基苯乙酮、510g乙酸酐和27g杂多酸催化剂装入反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到145℃进行反应。蒸馏柱顶部回收馏出的乙酸。反应时间为7h,反应结束后移出催化剂。蒸出过量的乙酸酐,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为99.6%,对羟基苯乙酮含量为0.3%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为99.7%。
对比实施例9
将340g对羟基苯乙酮、638g乙酸酐和34g强酸型树脂催化剂装入带搅拌的1000ml的玻璃反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到140℃进行反应。8h后反应结束,移出催化剂。蒸出过量的乙酸酐和乙酸,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为97.6%,对羟基苯乙酮含量为2.2%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为93.8%。
对比实施例10
将340g对羟基苯乙酮、638g乙酸酐装入带搅拌的1000ml的玻璃反应器中,开启搅拌,将反应物料加热到140℃进行反应。15h后反应结束,蒸出过量的乙酸酐和乙酸,产物用气相色谱法分析,结果表明,对乙酸基苯乙酮含量为93.5%,对羟基苯乙酮含量为3.9%,其它组分主要为乙酸酐。对羟基苯乙酮的转化率为90.1%。
Claims (12)
1.一种对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于首先用乙酸酐将苯酚乙酰化,制备对羟基苯乙酮;然后采用反应蒸馏工艺,在催化剂存在下,对羟基苯乙酮与乙酸酐进行酯化反应,并进行重排反应制得对乙酸基苯乙酮,同时将反应过程中生成的副产物乙酸以及过量的乙酸酐蒸出。
2.根据权利要求1所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于对羟基苯乙酮的制备方法如下:
在乙酰化反应器中投入苯酚和稍微过量的乙酸酐以及催化剂,进行乙酰化反应,然后,通过Fries重排反应得到对羟基苯乙酮,反应条件控制如下:
乙酰化反应温度 5~100℃
乙酰化反应压力 700~760mmHg
乙酰化反应时间 1~5h
重排反应温度 20~40℃
重排反应时间 2~4h。
3.根据权利要求2所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于:
乙酰化反应温度 20~80℃。
4.根据权利要求2所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于所述乙酰化反应用催化剂为Lewis酸、AlCl3、BF3、HClO4、FeCl3、SnCl4和HF。
5.根据权利要求2所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于对乙酸基苯乙酮的制备方法如下:
在酯化反应器中,投入乙酸酐、对羟基苯乙酮和催化剂进行酯化反应,采用反应蒸馏的方式,在反应器上方设蒸馏柱,在酯化反应的同时蒸出副产物乙酸以及过量的乙酸酐,反应条件控制如下:
乙酸酐与对羟基苯乙酮的配料摩尔比为 1~3∶1
催化剂占对羟基苯乙酮的质量百分数 1~20%
酯化反应温度 90~160℃
酯化反应时间 1~8h。
6.根据权利要求5所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于:
酯化反应温度 100~150℃
酯化反应时间 2~6h。
7.根据权利要求5所述的对乙酸基苯乙酮的制备方法,其特征在于所述酯化反应用催化剂为树脂催化剂、硫酸负载的固体酸催化剂或杂多酸催化剂中的一种。
8.一种权利要求1所述的对乙酸基苯乙酮的加氢产物制备方法,其特征在于对乙酸基苯乙酮进行加氢反应制得对乙酸基α-苯乙醇。
9.根据权利要求8所述的对乙酸基苯乙酮的加氢产物制备方法,其特征在于加氢反应在无溶剂条件下进行,以钯/碳或活性镍为催化剂,通入氢气,反应温度50~120℃,反应时间4~8h,反应压力1~3MPa。
10.一种权利要求1所述的对乙酸基苯乙酮的加氢、脱水产物制备方法,其特征在于对乙酸基苯乙酮进行加氢反应制得对乙酸基α-苯乙醇,对乙酸基α-苯乙醇进行脱水反应,在阻聚剂和催化剂存在下,采用真空加热方式加热,反应制得对乙酸基苯乙稀,反应条件控制如下:
催化剂占对乙酸基α-苯乙醇的质量百分数 0.2~5%
阻聚剂占对乙酸基α-苯乙醇的质量百分数 1~5%
反应压力 1~760mmHg
反应温度 100~300℃。
11.根据权利要求10所述的对乙酸基苯乙酮的加氢、脱水产物制备方法,其特征在于脱水催化剂为硫酸盐、磷酸、SnCl2、CuCl2或Al2O3中的一种。
12.根据权利要求10所述的对乙酸基苯乙酮的加氢、脱水产物制备方法,其特征在于脱水阻聚剂为对苯二酚、酚噻嗪、叔丁基邻苯二酚、苯醌、四氯苯醌或二叔丁基对甲酚中的一种。
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