CN102875345B - 4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法，主要解决现有技术中存在催化剂活性低、反应温度高、空速低的问题。本发明通过采用以4-羟基-3-己酮为原料，在反应温度为150～400℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速为0.5～15小时-1条件下，反应原料与催化剂接触生成4-己烯-3-酮；其中所用的催化剂结构式为：
Description
技术领域
本发明涉及一种4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法。
背景技术
4-己烯-3-酮(CAS：2497-21-4)是一种独特的香料(中国GB 2760-2007)，主要用于调配老姆、白脱、辣根等食用香精，用途广泛。
羟基化合物脱水反应是在催化剂存在下，使反应物分子中相近的两个原子上的羟基和氢原子以水的形式脱去的反应。由于羟基的氧原子上含有孤对电子，因此可以与质子(H+)结合，形成氧鎓离子，由于氧原子上带正电荷，使之变成强吸电子基，使C-O键容易离解。整个脱水反应包括：生成质子化的氧鎓盐(R-OH2 +)，氧鎓盐缓慢地离解为正碳离子，从正碳离子中很快排除一个氢离子而形成烯烃，即发生了β-消去反应。在α-羟基酮脱水制α，β不饱和酮的反应中，由于羰基的影响，使α-羟基形成氧鎓离子困难，导致反应较难发生。
4-羟基-3己酮催化脱水主要生成4-己烯-3-酮、2-甲基-1-戊烯-3-酮两种异构体，而5-己烯-3-酮、环丙基乙基酮两种异构体受热力学限制较难形成，反应如下图所示。
文献EP 406676公开了α-羟基异丁酸甲酯(MOB)脱水制甲基丙烯酸甲酯(MM)的方法。文献DE3632530公开了采用固体酸催化剂，由α-羟基酮脱水生成α，β不饱和酮。但该方法存在反应温度高、空速低和催化剂活性差的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往技术中存在反应温度高、空速低和催化剂活性差的的问题，提供一种新的4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法。该方法具有催化剂活性好、反应温度低和空速高的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法，以4-羟基-3-己酮为原料，在反应温度为150～400℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速为0.5～15小时-1条件下，反应原料与催化剂接触生成4-己烯-3-酮；其中所用的催化剂结构式为：
其中，R1为CH3或CH2CH3，R2为SiO2、S-1、S-2、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，n为1～10的整数，m为1～10的整数，Xθ为BF4 -、PF6 -、HSO4 -、H2PO4 -、甲基苯磺酸根、三氟甲基磺酸根CF3SO3 -或三氟醋酸根CF3CO2 -。
上述技术方案中，R2优选方案为S-1、S-2、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，Xθ优选方案为HSO4 -、H2PO4 -或甲基苯磺酸根，n优选范围为2～5的整数，m优选范围为3或4。反应温度优选范围为200～350℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速优选范围为1～10小时-1。
本发明中催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1、在苯、甲苯或二甲苯有机溶剂的存在下，硅基载体与硅烷化试剂YCnH2nSi(OR1)3在80～120℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得硅烷化的硅基载体。其中硅基载体选自SiO2、S-1、S-2、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，Y为F、Cl、Br或I，n为1～10的整数，R1为CH3或CH2CH3。硅烷化试剂与硅基载体的重量比为0.5～10，有机溶剂与硅基载体的重量比为1～10。
2、在乙醇钠-乙醇饱和溶液的存在下，步骤1得到的硅烷化的硅基载体与咪唑在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体I。咪唑与硅烷化的硅基载体的重量比为0.5～10倍。
3、前体I与1，3-丙烷磺酸内酯或1，4-丁烷磺酸内酯在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体II。1，3-丙烷磺酸内酯或1，4-丁烷磺酸内酯与前体I的重量比为0.5～10。
4、前体II与等物质量的X酸在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得所述催化剂。其中X酸为硼氟酸、磷氟酸、硫酸、磷酸、甲基苯磺酸、三氟甲基磺酸或三氟醋酸。
本发明中的催化剂的制备过程如下所示：
离子液体是一种具有广泛应用前景的催化剂。但是，离子液体昂贵且有毒，在使用中即使少量流失，也会带来成本的显著升高和环境污染。将离子液体通过共价键方式与固体物质相连，离子液体结合牢固不易被洗脱，可避免离子液体的流失，且使催化剂体系比较稳定，从而保持高活性、长寿命。采用本发明方法，在较低的反应温度、较高的空速条件下，反应温度为200℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速为1小时-1，4-羟基-3-己酮转化率为96.7％，4-己烯-3-酮的选择性达到91.2％，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
在甲苯有机溶剂的存在下，硅基载体SiO2与硅烷化试剂ClC3H6Si(OCH3)3在80℃下反应8小时，过滤、洗涤、干燥，即得硅烷化的硅基载体。其中，硅烷化试剂与硅基载体的重量比为2，有机溶剂与硅基载体的重量比为5。在乙醇钠-乙醇饱和溶液的存在下，硅烷化的硅基载体与咪唑在60℃下反应10小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体I。咪唑与硅烷化的硅基载体的重量比为1倍。前体I与1，4-丁烷磺酸内酯在80℃下反应5小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体II。1，4-丁烷磺酸内酯与前体I的重量比为7。前体II与等物质量的硫酸在50℃下反应5小时，过滤、洗涤、干燥，即得催化剂A，其结构式如下。
按照上述方法，分别合成催化剂B～D，其结构式如下：
【实施例2】
催化剂的性能评价在常压固定床反应装置上进行，采用内径为10毫米的不锈钢反应器，催化剂的装填量为10毫升，常压下反应。反应产物分析采用HP 6890气相色谱，氢火焰检测器，HP-6毛细管柱子(60m×0.25mm×0.25μm)。实验条件及反应结果见表1。
表1
*：含异构体
Claims (3)
1.一种4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法，以4-羟基-3-己酮为原料，在反应温度为150～400℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速为0.5～15小时-1条件下，反应原料与催化剂接触生成4-己烯-3-酮；其中所用的催化剂结构式为：
其中，R1为CH3或CH2CH3，R2为SiO2、S-1、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，n为1～10的整数，m为1～10的整数，Xθ为BF4 -、PF6 -、HSO4 -、H2PO4 -、甲基苯磺酸根、三氟甲基磺酸根或三氟醋酸根；所述催化剂由包括以下步骤的制备方法制得：
1)、在苯、甲苯或二甲苯的存在下，硅基载体与硅烷化试剂YCnH2nSi(OR1)3在80～120℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得硅烷化的硅基载体；其中硅基载体选自SiO2、S-1、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，Y为F、Cl、Br或I，n为1～10的整数，R1为CH3或CH2CH3；硅烷化试剂与硅基载体的重量比为0.5～10，有机溶剂与硅基载体的重量比为1～10；
2)、在乙醇钠－乙醇饱和溶液的存在下，步骤1)得到的硅烷化的硅基载体与咪唑在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体Ⅰ；咪唑与硅烷化的硅基载体的重量比为0.5～10倍；
3)、前体Ⅰ与1，3-丙烷磺酸内酯或1，4-丁烷磺酸内酯在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前体Ⅱ；1，3-丙烷磺酸内酯或1，4-丁烷磺酸内酯与前体Ⅰ的重量比为0.5～10；
4)、前体Ⅱ与等物质量的X酸在20～80℃下反应1～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得所述催化剂；其中X酸为硼氟酸、磷氟酸、硫酸、磷酸、甲基苯磺酸、三氟甲基磺酸或 三氟醋酸。
2.根据权利要求1所述4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法，其特征在于R2为S-1、MCM-41、MCM-48、HMS或SBA-15，Xθ为HSO4 -、H2PO4 -或甲基苯磺酸根，n为2～5的整数，m为3或4。
3.根据权利要求1所述4-羟基-3-己酮催化脱水制4-己烯-3-酮的方法，其特征在于反应温度为200～350℃，相对于4-羟基-3-己酮液体质量空速为1～10小时-1。
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