CN103025720B - 用于制备缩醛和缩酮的方法以及由此制备的缩醛和缩酮 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的产物的方法，其包括使甘油或丙二醇与乙酰丙酸乙酯在均相催化剂或多相催化剂系统存在下在反应器系统中反应。将所述乙酰丙酸乙酯和甘油或丙二醇加热以便除去水、多元醇和过量的乙酰丙酸乙酯。将所述过量的乙酰丙酸乙酯和多元醇再循环回到所述反应器中。将所述产物以特定方式蒸馏并且任选地借助于稳定剂或酸物质除去床来处理，以便获得包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的组合物，其中所述组合物包含小于或等于约2wt%的污染物。

Description

用于制备缩醛和缩酮的方法以及由此制备的缩醛和缩酮
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年8月3日提交的美国临时申请号61/370365的优先权，所述临时申请的全部内容在此以引用的方式并入。
技术领域
本公开涉及通过醇与半醛、酮酸以及其酯的酸催化反应来制备缩醛和缩酮的方法。
背景
除羧酸或羧酸酯基团之外，半醛、酮酸以及其酯还分别含有醛基或酮基。二醇与半醛的醛的反应引起缩醛形成，而酮酸的酮基的反应引起缩酮形成。具有1,2羟基构型的二醇(如1,2-乙二醇(ethanediol/ethyleneglycol))将形成二氧戊环并且具有1,3羟基构型的二醇(如1,3丙二醇(propanediol/propyleneglycol))将形成二噁烷基团。当多元醇羟基中的至少两个处于1,2构型或1,3构型时，如三醇和四醇的高级多元醇(包括聚合多元醇)也可用于形成环状的缩酮。
缩醛化和缩酮化通常是在酸催化剂存在下进行，所述酸催化剂例如均相质子酸催化剂，如硫酸、盐酸、磷酸、对甲苯磺酸等。
概述
虽然已经报道了用于缩醛化和缩酮化的各种方法，但是特别是在大规模生产方面还有许多挑战。例如，与缩醛化和缩酮化相关的一种挑战是与醛基或酮基而不是与羧酸或酯的氧代基团的选择性反应，所述与羧酸或酯的氧代基团的选择性反应即为酯化和酯交换，其也会在酸催化剂存在下发生。特别在大规模情况下，难于获得基本上不含酯交换产物或其它副产物的高纯度产物。
因此，本领域仍需要用于以相对酯化或酯交换反应的对缩醛化或缩酮化的高选择性来制备缩醛和缩酮的方法。另外还需要以高收率和高纯度来产生所需产物的方法，所述高纯度也就是不含其它副产物或污染物。还希望产生颜色极浅，特别是具有随时间的颜色稳定度的产物。还希望产生显示随时间变化的良好贮存稳定性的产物。如果这类方法是成本有效的并且可经得起大规模生产，那么所述方法更加有利。
本文公开了一种用于制备乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法，所述方法包括使甘油与乙酰丙酸乙酯和催化剂在反应器中在反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮；将所述产物在分馏条件下分馏，以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000百万分率的甘油；使所述分馏物质再循环回到所述反应器；以及在蒸馏条件蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.5倍。
本文还公开了一种用于制备乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法，所述方法包括使甘油、乙酰丙酸乙酯和樟脑磺酸在第一反应器中在第一组反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮；将所述产物从所述第一反应器连续送至第二反应器，所述第二反应器在所述第一反应器的下游并且使所述产物经受第二组反应条件；将所述产物从所述第二反应器连续送至第三反应器，所述第三反应器在所述第二反应器的下游并且使所述产物经受第三组反应条件；之后，将所述产物在一组分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000ppm的甘油，如通过GC-FID来测量；以及在蒸馏塔中在一组蒸馏条件下蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.5倍。
本文还公开了一种用于制备乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的方法，所述方法包括使丙二醇与乙酰丙酸乙酯和均相酸催化剂在反应器中在反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮；之后，将所述产物在分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000ppm的乙酰丙酸乙酯；使所述分馏物质再循环回到所述反应器；以及在蒸馏条件蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：丙二醇、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的分子量大至少1.1倍。
本文还公开了一种用于制备乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的方法，所述方法包括使丙二醇与乙酰丙酸乙酯和樟脑磺酸在第一反应器中在第一组反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮；将所述产物从所述第一反应器连续送至第二反应器，所述第二反应器在所述第一反应器的下游并且使所述产物经受第二组反应条件；将所述产物从所述第二反应器连续送至第三反应器，所述第三反应器在所述第二反应器的下游并且使所述产物经受第三组反应条件；之后，将所述产物在一组分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000ppm的乙酰丙酸乙酯，如通过GC-FID来测量；以及在蒸馏塔中在一组蒸馏条件下蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：丙二醇、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的分子量大至少1.1倍。
本文还公开了一种组合物，所述组合物包含具有结构(6)的缩酮加合物：
其中R1、R2、R3以及R4独立地是氢、C1-12烷基、C3-6环烷基、C1-12烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，且b是1-4，R5是C1-12烷基、C3-6环烷基、C2-12烯基、C2-12炔基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，这些基团中的每一个都可任选被一个或多个另外的羟基取代，R6、R7、R10以及R11独立地是氢、C1-12烷基、C1-12羟基亚烷基、被最多六个羟基取代的C1-12烷基、C3-6环烷基、C2-5杂环烷基、C1-12烯基、C1-12羟基烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，每个R8和R9独立地是氢、羟基、C1-12烷基、C1-12羟基烷基、C3-6环烷基、C1-12烯基、C1-12羟基亚烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基且c是0-1，并且其中所述组合物包含小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比缩酮加合物的分子量大至少1.1倍。
上述实施方案和其它实施方案进一步描述于附图和随后的发明详述中。
附图简述
随附的图是代表性的实施方案，其中相同元件标记了相同数字。
图1是用于产生缩醛或缩酮的示例性工艺的示意图；
图2是用于产生缩醛或缩酮的示例性工艺的另一示意图；以及
图3是用于产生缩醛或缩酮的另一示例性工艺的另一示意图。
详述
本发明的发明人已发现用于半醛和酮酸与醇(明确来说多元醇)的选择性酸催化反应以便产生缩醛和缩酮的改进方法。这些方法产生较纯的物质，所述物质显示改善的稳定性而不会损失收率。
本文公开了一种用于制备缩酮和缩醛的工艺，所述缩酮和缩醛具有改善的热稳定性、浅的颜色、高的保色性或颜色稳定性以及改善的水解稳定性和贮存稳定性。所述工艺涉及在多级工艺中使半醛、酮酸或其酯与醇(优选多元醇)反应，所述多级处理涉及使半醛、酮酸或酯和多元醇再循环，同时从所述工艺除去酸催化剂和具有较高分子量缩合产物的副产物。
在一个示例性实施方案中，所述工艺涉及在单级或多级反应器中在有效反应条件下，酸催化过量乙酰丙酸乙酯与甘油或丙二醇之间的反应以便产生反应产物，所述反应产物分别包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。
反应产物包含乙酰丙酸乙酯的各自缩酮以及乙酰丙酸乙酯，和多元醇、酸催化剂以及较高分子量缩合产物。在一个示例性实施方案中，在工艺装置的反应段中或分馏段中进行过量乙酰丙酸乙酯的蒸发。所述工艺装置在图1、图2以及图3中详细示出，这些图在以下详细说明。通过分馏从所述反应产物除去超过99wt％的未反应的乙酰丙酸乙酯和多元醇。然后对产物进行蒸馏以便产生含有小于2wt%的污染物的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物。
污染物包括本身的反应物、酸催化剂、含硫物质、如水和/或醇的副产物以及高分子量物质(有时被称为“重质物”并且包括二聚体、三聚体、四聚体或寡聚体)。污染物也包括羧酸类物质，例如乙酰丙酸的甘油或丙二醇缩酮、乙酰丙酸、乙酸、甲酸、丁二酸或任何其它碱可滴定的酸物质。
乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物是大致上纯的并且相比于含有杂质含量大于2wt%的污染物(如以上所列的那些污染物)的组合物显示出改善的随时间的化学稳定性、浅的颜色、改善的随时间的颜色稳定度以及改善的水解稳定性。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有小于1wt%的污染物并且相比于含有杂质含量大于1wt%的组合物显示出改善的随时间的化学稳定性、浅的颜色、改善的随时间的颜色稳定度以及改善的水解稳定性。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有小于0.5wt%的污染物并且相比于含有杂质含量大于0.5wt%的组合物显示出改善的随时间的化学稳定性、浅的颜色、改善的随时间的颜色稳定度以及改善的水解稳定性。
本文还公开了乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物，其有利地含有小于1000ppm的水、小于10ppm的酸、小于或等于约10,000ppm的甘油、小于或等于约0.5wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的单体之间的反应获得的二聚体、小于或等于约0.5wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的醛醇缩合产物、小于或等于约0.25wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的二聚体、小于或等于约0.1wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的二聚体产物之间的醛醇缩合获得的三聚体，以及小于或等于约0.10wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的二聚体与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的三聚体。杂质的低含量允许乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物具有延长的贮存寿命，在贮存期间所述组合物显示出随时间的化学稳定性、浅的颜色、随时间的颜色稳定度以及改善的水解稳定性。
希望乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物在根据ASTMD664测量时具有小于或等于约0.3，明确来说小于或等于约0.2，明确来说小于或等于约0.1并且更明确来说小于或等于约0.05的酸值(总酸的酸值)。通过ASTMD664测定的酸值是以每克样品的氢氧化钾(KOH)的毫克数(mg)得出。
酸的实例是强酸或羧酸，如乙酰丙酸的甘油缩酮、甲酸、乙酸、乙酰丙酸以及乙酰丙酸的丙二醇缩酮。
本文还公开了乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物，其有利地含有小于1000ppm的水、小于10ppm的酸、小于或等于约10,000ppm的丙二醇、小于或等于约0.5wt%的由乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与丙二醇之间的反应获得的二聚体、小于或等于约0.25wt%的由乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的醛醇二聚体以及小于或等于约0.25wt%的由2摩尔的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与1摩尔的丙二醇之间的反应获得的二聚体。杂质的低含量允许乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物具有延长的贮存寿命，在贮存期间所述组合物显示出随时间的化学稳定性、浅的颜色、随时间的颜色稳定度以及改善的水解稳定性。
希望乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物在根据ASTMD664测量时具有小于或等于约0.3，明确来说小于或等于约0.2，明确来说小于或等于约0.1并且更明确来说小于或等于约0.05的酸值(总酸的酸值)。通过ASTMD664测定的酸值是以每克样品的氢氧化钾(KOH)的毫克数(mg)得出。酸的实例在以上列出。
如上所述，半醛或酮酸与醇(具体来说多元醇)反应来产生缩醛或缩酮。半醛或酮酸具有式(1)：
其中每个R1、R2、R3以及R4独立地是氢、C1-18烷基、C3-10环烷基、C1-18烯基、C6-18芳基、C7-19芳烷基或C7-19烷芳基，并且b是0-6。
在一个实施方案中，每个R1、R2、R3以及R4独立地是氢、C1-12烷基、C3-6环烷基、C1-12烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，且b是1-4。更明确来说，每个R1、R2、R3以及R4独立地是氢、C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，并且b是0-6。再明确来说，R1是氢、C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，每个R2及R3独立地是氢或C1-3烷基，R4是C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，且b是0-4。更明确来说，R1是氢或C1-6烷基，每个R2和R3独立地是氢或C1-3烷基，R4是C1-3烷基，并且b是0-3。
式(1)的半醛具有醛基(其中R4是氢)和羧酸基团；半醛的特定实例包括4-氧代丁酸、5-氧代戊酸、6-氧代己酸、7-氧代庚酸、3-氧代丙酸、2-甲基-3-氧代丙酸、琥珀酸半醛以及脂肪酸半醛。特定酯基(式(1)中的R1)包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基以及己基。
式(1)的酮酸具有酮基(其中R4不是氢)和羧酸基团；特定酮酸包括丙酮酸、乙酰乙酸、乙酰丙酸、4-酮基丁酸、5-酮基己酸、3-酮基己二酸、4-乙酰丁酸、2-苯基丙酮酸、2-酮基-3-苯基丙酸、2-酮基戊酸、3-酮基己酸、4-酮基己酸、2-酮基辛酸、3-酮基辛酸、4-酮基辛酸、7-酮基辛酸、2-酮基-4-戊烯酸、4-酮基硬脂酸、9-酮基棕榈酸、4-酮基庚二酸、2-氧代-3-丁酸酯基(butynoate)、2-酮基-己二酸、3-酮基-己二酸以及其酯。特定酯基(式(1)中的R1)包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基以及己基。
在一个特定实施方案中，式(1)的半醛或酮酸是乙酰丙酸(4-氧代戊酸)或其酯，其中R1是氢或C1-6烷基，R2和R3各自是氢，R4是甲基，并且b是2。在一个示例性实施方案中，式(1)的半醛或酮酸是乙酰丙酸乙酯。
醇可以是式(2)的醇、式(3)的多元醇或式(4)的聚合多元醇：
式(2)中，R5是C1-12烷基、C3-6环烷基、C2-12烯基、C2-12炔基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，这些基团中的每一个都可任选被一个或多个另外的羟基取代，在一个特定实施方案中，R5是C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基。再明确来说，R5是C1-3烷基。式(2)的一元醇的特定实例包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、环己醇、乙炔基醇、3-甲基戊-1-炔-3-醇、十四-9-炔醇、苯酚、苄醇、甲苯以及二甲苯醇。
如上所述，R5可任选被一个或多个羟基取代。在这些化合物中，醇并不与半醛、酮酸、半醛或其酯形成环状缩酮。这类多元醇作为单官能醇来反应，这样使得两摩尔的化合物反应产生缩醛或缩酮基团。不形成环状缩酮或缩醛的式(2)的化合物的特定实例包括1,4-丁烯二醇、二乙二醇((HOCH2CH2)2O)、二甲苯乙二醇、2-丁炔-1,4-二醇、3-己炔-3,5-二醇82，可从PA的AirProductsofAllentown购得)以及由PA的AirProductsofAllentown以商标名称销售的其它炔基多元醇产品。
在式(3)的多元醇中，存在至少两个醇基，并且每个R6、R7、R10以及R11独立地是氢、C1-12烷基、C1-12羟基亚烷基、被最多六个羟基取代的C1-12烷基、C3-6环烷基、C2-5杂环烷基、C1-12烯基、C1-12羟基烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，每个R8和R9独立地是氢、羟基、C1-12烷基、C1-12羟基烷基、C3-6环烷基、C1-12烯基、C1-12羟基亚烯基、C6-12芳基、C7-13芳烷基或C7-13烷芳基，并且c是0-1。在一个特定实施方案中，每个R6、R7、R10以及R11独立地是氢、C1-6烷基、C1-6羟基亚烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，每个R8和R9独立地是氢、羟基、C1-6烷基、C1-6羟基亚烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，并且c是0-1。再明确来说，每个R6、R7、R10以及R11独立地是氢、C1-3烷基或C1-3羟基亚烷基，每个R8和R9独立地是氢、C1-4烷基或C1-3羟基烷基亚烷基，并且c是0-1。
式(3)的多元醇的特定实例包括1,2-乙二醇(ethanediol/ethyleneglycol)、1,2-丙二醇(propanediol/propyleneglycol)、1,3-丙二醇、1,2,3-丙三醇(甘油)、二甘油(伯羟基和仲羟基处偶联的甘油二聚体的混合物)、2.2-二甲基-1,3-丙二醇(新戊二醇)、1,1,1-三羟甲基丙烷、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、季戊四醇、环己烷-1,2-二醇、1,4-二噁烷-2,3-二醇、1,2,3-丁三醇、1,3,4-丁三醇、1,2,3-庚三醇、4-薄荷烷-1,7,8-三醇、3-丁烯-1,2-二醇、茚满-1,2-二醇和戊糖以及己糖糖醇，包括甘露糖醇、山梨糖醇、木糖醇、苏糖醇、赤藓糖醇、赤藓醇、麦芽糖醇、乳糖醇、棉子糖以及水苏糖；季戊四醇衍生物和其它多元醇衍生物，如由OH,Toledo的PerstorpPolyolsInc.以商品名出售的那些衍生物。
在式(3)的多元醇的一个特定实施方案中，每个R6和R7是氢，R10是氢、甲基、乙基或羟基亚甲基，并且R11是甲基、-CH2OH、-CH(OH)CH2OH、-(CH(OH))3CH2OH并且c是0。在式(3)的另一个特定实施方案中，每个R6、R7以及R10是氢，R11是甲基、-CH2OH、-CH(OH)CH2OH或-(CH(OH))3CH2OH并且c是0。或者，每个R6和R7是氢，R10是甲基或乙基，R11是CH2OH，并且c是0。
在一个示例性实施方案中，式(3)的多元醇是丙二醇，而在另一个实施方案中，式(3)的多元醇是甘油。
在式(4)的聚合多元醇中，d是0-500、明确来说0-250、更明确来说0-100、再明确来说10-50或0-10。聚合多元醇具有重复单元，例如3个至1,000个重复单元，其中所述单元中的全部或一部分可包括羟基。在一些实施方案中，羟基仅作为端基存在。这类聚合多元醇包括聚乙烯醇和其共聚物；基于乙二醇的聚醚多醇，如可从MI,Midland的公司购得的聚乙二醇；基于丙二醇或乙二醇和丙二醇的组合的聚醚二醇和多元醇，如由MI,Midland的公司出售的那些聚醚二醇和多元醇；和聚醚多元醇，如由Wichita,KS的INVISTATM公司以商品名生产的那些聚醚多元醇；树枝状多元醇，例如由OH,Toledo的PerstorpPolyols,Inc.以商品名出售的那些树枝状多元醇；具有不同分子量的聚碳酸酯二醇，如可从AsahiKaseiCorporation(日本东京)购得的L467m、L600m以及L565m；基于羟基化的植物油的多元醇，如可从MN,Wayzata的Cargill公司购得的以商品名出售的那些多元醇；羟基封端的聚丁二烯，如由CA,SanJose的AeroconSystems出售的HTPBR45M；所述多元醇包括由PA,Media的Everchem公司生产的或马来西亚的SelangoDarulEhsan,Kajang的MaskimiPolyolSdn.Bhd.生产的多元醇，以及UnionCarbide公司(SouthCharleston,WV)的Carey,M.A.等的出版物"RapidMethodforMeasuringtheHydroxylContentofPolyurethanePolyols"(在互联网上的http://www.polyurethane.org/sapi/doc_paper.asp7CID=1044&DID~4060网址公布)中使用的多元醇。
与式(2)的一元醇或式(3)的多元醇的缩醛化分别产生式(5)的缩醛加合物或式(6)的缩酮加合物：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、b以及c中的每一个都如上文所定义。
在式(5)的缩醛的一个特定实施方案中，R1是氢、C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，每个R2和R3独立地是氢或C1-3烷基，R4是氢，b是1-4，每个R5和R独立地是甲基、乙基或-CH2OH。
在式(6)的缩酮的一个特定实施方案中，R1是氢、C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，每个R2和R3独立地是氢或C1-3烷基，R4是C1-6烷基、C1-6烯基、C6-12芳基、C7-10芳烷基或C7-10烷芳基，且b是1-4，每个R6和R7是氢，R10是氢、甲基、乙基或羟基亚甲基，并且R11是甲基、-CH2OH、-CH(OH)CH2OH、-(CH(OH))3CH2OH并且c是0。
在式(6)的另一个特定实施方案中，R1是氢或C1-3烷基，每个R2和R3独立地是氢或C1-3烷基，R4是C1-3烷基，并且b是1-3。R6、R7以及R10是氢，R11是甲基、-CH2OH、-CH(OH)CH2OH或-(CH(OH))3CH2OH，并且c是0；或替代地，每个R6和R7是氢，R10是甲基或乙基，R11是CH2OH并且c是0。
更明确来说，式(6)的缩酮加合物是具有式(6a)的乙酰丙酸酯的丙二醇加合物，或具有式(6b)的乙酰丙酸酯的1,2-丙二醇加合物：
其中每个R1是如以上所定义，明确来说是C1-6烷基，更明确来说是乙基或丁基。其中R1是乙基并且R9是氢的式(a)是乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮，并且其中R1是乙基的式6(b)是乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。
式(1)的半醛或酮酸与式(4)的聚合多元醇的反应也分别产生缩醛或缩酮加合物。在式(4)的聚合多元醇没有在聚合物链上的1,2或1,3位置中配置有一对或多对羟基的情况下，在统计上可能通过聚合多元醇上存在的两个羟基与酮酸、半醛或其酯的分子内反应来形成环状缩酮。然而，在实施方案中，这类反应的主要产物不是多元醇的这种分子内反应的结果。
在一个实施方案中，为了制备缩酮或缩醛，半醛、酮酸或其酯优选以过量存在于反应混合物中，所述过量是与醇相比。过量半醛、酮酸或其酯的存在驱使向缩酮或缩醛的转化。在一个实施方案中，半醛、酮酸或酯与醇的摩尔比率大于或等于约1.5:1，明确来说大于或等于约2:1，更明确来说大于或等于约3:1，并且更明确来说大于或等于约5:1。在一个实施方案中，半醛、酮酸或酯与醇的摩尔比率小于或等于约1:2，明确来说小于或等于约1:3，并且更明确来说小于或等于约1:5。虽然过量的半醛、酮酸或其酯驱使转化，但是半醛、酮酸或酯也是污染物，因此需要从产物中除去。在一个实施方案中，当乙酰丙酸乙酯与甘油反应时，以化学计量过量加入乙酰丙酸乙酯，所述化学计量过量是与甘油相比。在另一个实施方案中，当乙酰丙酸乙酯与丙二醇反应时，以化学计量过量加入乙酰丙酸乙酯，所述化学计量过量是与丙二醇相比。
缩醛化或缩酮化是在酸催化剂存在下进行，所述酸催化剂可以是路易斯酸(Lewisacid)或酸。可以使用用于缩醛或缩酮形成或酯化或酯交换反应的均相催化剂，例如强质子酸催化剂，例如Ka为55或更大的酸。强质子酸催化剂的实例包括硫酸、芳基磺酸和其水合物，如对甲苯磺酸一水合物、甲烷磺酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、高氯酸、氢溴酸以及盐酸。在其它实施方案中，可以使用例如Ka小于55的弱质子酸催化剂，例如磷酸、正磷酸、多磷酸以及氨基磺酸。非质子(路易斯酸)催化剂可包括例如四氯化钛、三氯化铝以及三氟化硼。可以使用包含前述酸催化剂中任何一种或多种的组合。在一些实施方案中，所述方法使用了大致上非挥发性酸催化剂(如硫磺或氨基磺酸)，这样使得酸不会转移到馏出物中。在一个示例性实施方案中，均相催化剂是樟脑磺酸。
代替均相酸催化剂或除均相酸催化剂之外，可以使用多相酸催化剂，在多相酸催化剂中，酸催化剂被并入固体支撑材料中、上或与固体支撑材料共价地结合，所述固体支撑材料如树脂粒、膜、多孔碳颗粒、沸石材料以及其它固体支撑物。许多可商购的树脂基酸催化剂是以离子交换树脂来出售。一种类型的适用离子交换树脂是磺化聚苯乙烯/二乙烯基苯树脂，其提供活性的磺酸基团。其它商业离子交换树脂包括离子交换树脂，其由PA,Pittsburgh的Lanxess公司出售；DOWEXTM离子交换树脂，其由MI,Midland的Dow公司出售；以及和离子交换树脂，其由PA,Philadelphia的RohmandHaas公司出售。在实施方案中，NR50以及13树脂也可被用作多相催化剂。在这些实施方案中，用水洗涤树脂基催化剂，并随后用如甲醇或乙醇的醇洗涤，接着在使用之前干燥。或者，树脂在其第一次使用之前不进行洗涤。在使用时，将多相催化剂加入反应混合物中，从而提供用于催化反应的酸质子的非挥发性来源。多相催化剂可被填充入管柱或床层中并且在其中进行反应。当试剂经由管柱洗脱时，会催化反应并且洗脱产物不含酸。在其它实施方案中，在含有试剂的罐中将多相催化剂调浆，进行反应并且将所得反应产物直接从树脂过滤或蒸馏，留下无酸的物质。
酸催化剂的量是相对于反应物的总重量的约2至10,000百万分率(ppm)，明确来说约10至约5,000ppm，明确来说约15至约1000ppm，并且更明确来说约20至约600ppm。在这种情况下，反应物是式(3)的多元醇和式(1)的半醛、酮酸或其酯的总合。
当樟脑磺酸被用作酸催化剂来制备缩酮或缩醛时，其是以相对于反应物的总重量的约5至5,000百万分率(ppm)，明确来说约10至约1,000ppm，明确来说约15至约800ppm，并且更明确来说约20至约500ppm的量来使用。在这种情况下，反应物是式(3)的多元醇和式(1)的半醛、酮酸或其酯的总和。应注意，樟脑磺酸的各种异构体可用于催化反应，并且樟脑磺酸的各种异构体的外消旋混合物可用于催化反应。
酸催化剂可被直接装入包含半醛、酮酸或其酯和醇的反应混合物中，或替代地，所述酸催化剂可在被装入反应混合物中之前在水或反应物之一中稀释。在引入反应混合物中之前，酸催化剂可被稀释约0.01N至约5.0N，明确来说约0.1N至约4N，并且更明确来说约0.5N至约3N。稀酸催化剂可在反应全程期间被连续地加入反应混合物中，或替代地所述稀酸催化剂可一次性瞬时加入反应混合物中。
在一个实施方案中，在制备缩酮或缩醛的一种方法中，半醛、酮酸或酮酯和醇(也称为“反应物")与催化剂一起被装入反应器中。制备缩酮或缩醛的反应可在批式反应器、连续反应器或在半连续反应器中进行。希望所述反应器具有加热、冷却、搅动、冷凝、真空以及蒸馏设施。
在批式反应器中，反应物和催化剂被分批地装入反应器中，并且只在反应已经完成到大于80%的程度后才分批地从反应器提取出产物。虽然可使用批式反应器，但希望是在当通过一次装入将稀酸催化剂引入反应器中来制备产物时使用批式反应器。示例性批式反应器是不锈钢反应器、内衬玻璃的反应器或Hastelloy型反应器。批式反应器的一个实例是连续搅拌釜式反应器。反应器的另一个实例是带有再循环回路的反应器。希望批式反应器配备蒸馏设施以用于产物的进一步纯化。
图1是示例性批式反应器系统100的绘图。现在参看图1，用于制备缩酮或缩醛的示例性系统100包括第一反应器102，其与任选的冷凝器122流体连通；分离器112；填料塔或床114以及储料槽128。
在一个实施方案中，在制备缩醛或缩酮的一种方法中，在批式反应器系统100中，将反应物装入第一反应器102中。在反应器102中，使甘油或丙二醇与乙酰丙酸乙酯和酸催化剂在反应器中在反应条件下接触以便有效产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮，而将水作为副产物除去。将包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的产物在蒸馏塔122中在有效蒸馏条件下进行蒸馏，以便产生所得产物，所述所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮以及小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.5倍。
所得反应产物可任选地在蒸馏塔(未示出)在分馏条件下分馏，以便从产物(重物质)中分离所分馏的物质(轻物质)，直到产物包含小于1000百万分率的甘油、乙酰丙酸乙酯或丙二醇。所述轻物质包含蒸汽压低于产物蒸汽压的反应物和反应产物。所述重物质包含蒸汽压大于或等于产物蒸汽压的反应物和反应产物。
当正在制备的是乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮时，反应产物在分馏之后包含小于1000百万分率的甘油，而如果正在制备的是乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮，那么产物包含小于1000百万分率的乙酰丙酸乙酯。
在一个实施方案中，将产物传递至储料槽128，随后任选通过布置在储料槽128下游的床114。所述床通常是可从产物除去酸物质和催化剂杂质的填充床，其包含无机盐、碱、分子筛或缓冲液。这些填充床可处在蒸馏之前或之后。
包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的产物包含小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.5倍。包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的产物包含小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.1倍。
图2是示例性批式反应器系统100的另一个绘图。现在参看图2，用于制备缩酮或缩醛的示例性系统100包括第一反应器102，其与第一蒸馏塔108流体连通；分离器112；(过滤)床114；第一冷凝器116以及储料槽128。第一反应器102配备有任选的冷凝器122，而第一蒸馏塔108配备有第一冷凝器116。
在一个实施方案中，在制备缩醛或缩酮的一种方法中，在批式反应器系统100中，将反应物装入第一反应器102中。在第一反应器102中，使甘油或丙二醇与乙酰丙酸乙酯和酸催化剂在反应器中在反应条件下接触以便有效产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮，而将副产物水除去。然后将所得反应产物在蒸馏塔(108)中在分馏条件下分馏，以便从产物分离所分馏的物质，直到产物包含小于1000百万分率的甘油、乙酰丙酸乙酯或丙二醇。包含乙酰丙酸乙酯、多元醇以及其它所蒸馏化合物和杂质的所分馏的物质被再循环回到反应器。然后将包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的产物在蒸馏塔108中在有效蒸馏条件下进行蒸馏以便产生所得产物，所述所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.5倍。
然后将包含乙基的丙二醇缩酮的产物在蒸馏塔108中在有效蒸馏条件下进行蒸馏以便产生所得产物，所述所得产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和小于或等于约2wt%的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的分子量大至少1.1倍。
在一个实施方案中，将产物通过布置在反应器102下游和蒸馏塔108上游的床114。所述床通常是可从产物除去酸物质的填充床，其包含无机盐、碱、分子筛或缓冲液。
如可在图2中所见，第一蒸馏塔108配备有冷凝器116。第一反应器102也具有冷凝器120，在所述冷凝器中冷凝水、多元醇以及乙酰丙酸乙酯蒸汽。然后将来自冷凝器120的蒸汽卸料至分离器112以便从副产物(例如水)中分离出主要包含反应物(例如半醛、酮酸或其酯)的有机相。通常使反应物再循环至第一反应器102，而将副产物提取并从制备工艺中除去。在一个实施方案中，用于从反应混合物除去水的蒸馏、分子筛、超吸附剂(superabsorbent)或一些其它装置可任选地用于所述工艺中。
也将来自第一冷凝器116的蒸汽卸料至分离器112以便从副产物(例如水)中分离出主要包含反应物(例如半醛、酮酸或其酯)的有机相。在一个实施方案中，可净化蒸馏塔的底部以便除去“重物质”(例如，高分子量物质、暗色物质和不需要的酸催化剂、羧酸组分以及催化剂副产物)。将所得纯化的缩醛或缩酮移到储料槽128。
在连续反应器系统中，反应物被装入第一反应器中，反应物到产物的转化率被测量为大于或等于约50%，并且将来自第一反应器的产物混合物的一部分在第二反应器中进行另外的整理工艺，而同时将另外的反应物和催化剂连续地装入第一反应器中以供转化为缩酮或缩醛。连续反应器系统通常使用多个串联或并联的反应器，这样使得工艺中的各个部分可同时在不同的反应器中进行。
在一个实施方案中，反应器包括多个反应器(例如多级反应器系统)，所述反应器彼此串联或并联地流体连通。多个反应器是用于使半醛、酮酸或其酯与醇反应，使反应物再循环并且除去不需要的副产物和杂质，以便获得稳定并具有长的贮存寿命的缩酮或缩醛。在一个实施方案中，多个反应器中的一部分可主要被用于使反应物反应以便制备缩酮或缩醛，而多个反应器中的另一部分可主要被用于从缩酮或缩醛除去过量反应物、残余的催化剂以及其它副产物，所述其它副产物可能阻碍具有良好贮存稳定性的稳定产物的形成。
现在参看图3，用于制备缩酮或缩醛的另一个示例性系统100包括多个反应器：第一反应器102、第二反应器104、第三反应器106；具有无机材料的填充床或填料塔；彼此流体连通的第一蒸馏塔108和第二蒸馏塔110。第一反应器、第二反应器以及第三反应器各自分别配备有冷凝器122、124以及126。第一蒸馏塔108和第二蒸馏塔110也分别配备有冷凝器116和冷凝器118。
虽然图3中的第三反应器是最后反应器，但是最后反应器可为第一反应器或第二反应器。另外，如果需要，那么最后反应器可为第四反应器、第五反应器或第六反应器。换句话说，系统可包括与所需一样多的反应器来制备稳定的并具有长的贮存寿命的产物。在另一个实施方案中，可以有两个以上的蒸馏塔。例如，系统100可使用三个、四个或五个蒸馏塔。此外，蒸馏之前，可以有一个以上的具有无机材料的填充床或填充塔。填充床或填充塔可串联或并联使用。
换句话说，系统100可包括“n”个反应器，这些反应器彼此流体连通并且可串联或并联地布置。在一个实施方案中，n是1至20，明确来说2至10并且更明确来说3至6的整数。在一个示例性实施方案中，n是3。系统还可以包括“m”个蒸馏塔，其中m可为1至8，明确来说1至6并且更明确来说约2至约4的整数。在一个示例性实施方案中，蒸馏塔数目是2。一个塔用于除去过量乙酰丙酸乙酯、多元醇和其它可蒸馏化合物以及杂质，而另一个蒸馏塔用于纯化缩酮产物。用于纯化缩酮的蒸馏塔数目可以是1个塔、2个塔或甚至3个或更多个塔。
在一个实施方案中，用酸催化剂使醇(例如甘油或丙二醇)与乙酰丙酸的酯(例如乙酰丙酸乙酯)在第一反应器102中反应，以便产生乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮产物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物。随反应进行而除去并冷凝副产物，即水。乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮产物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物分别可互换地称为“包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的产物”或“包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的产物”。
在反应之后，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮产物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物含有过量反应物(乙酰丙酸乙酯、甘油或丙二醇)、酸催化剂、酸物质以及需要被除去的高分子量物质。过量反应物、酸催化剂、酸物质以及高分子量物质的除去是在第一蒸馏塔和第二蒸馏塔中进行，以便产生乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物，所述组合物含有小于2wt％的过量反应物、酸催化剂以及高分子量物质。在一个示例性实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有小于1wt%，更明确来说小于0.5wt％的过量反应物、酸催化剂以及高分子量物质。当意图产生乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或当意图产生乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物时，乙酰丙酸乙酯通常以过量被装入反应器中，所述过量是与甘油或丙二醇相比。过量的乙酰丙酸乙酯驱使转化而且充当反应物，并因此希望在第一反应器102、第二反应器104以及第三反应器106之后除去过量的乙酰丙酸乙酯，并且在将所述过量的乙酰丙酸乙酯再供应至第一反应器102。在一个示例性实施方案中，在第三反应器106之后除去过量的乙酰丙酸乙酯并且将所述过量的乙酰丙酸乙酯再循环至第一反应器102。反应器通过除去水来起到驱使甘油或丙二醇与乙酰丙酸乙酯之间反应的作用。
在一个实施方案中，系统100在的反应器之一将是连续搅拌釜式反应器。在一个实施方案中，系统100包括至少一个蒸馏塔，所述至少一个蒸馏塔可有利于除去不需要的高分子量副产物(二聚体、三聚体以及如寡聚体的大单元)。也可使用不具有搅拌器的再循环反应器。
如本文所使用，高分子量副产物的分子量比所需缩醛或缩酮的分子量大至少至少1.1倍，明确来说大至少1.5倍，明确来说大至少1.8倍。例如，当所需的缩酮是乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮时，高分子量副产物包括分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的分子量大至少1.1倍，明确来说至少1.5倍并且更明确来说至少1.8倍的副产物。这类副产物包括各种二聚体、三聚体以及其它大的寡聚体。二聚体、三聚体以及寡聚体可通过以下产生：所需缩醛或缩酮的两个、三个或更多个分子之间的缩合反应；半醛、酮酸或其酯与所需缩醛或缩酮之间的反应；半醛、酮酸或其酯和所需缩醛或缩酮的醛醇之间的反应，或半醛、酮酸或其酯、所需缩醛或缩酮的醛醇以及所需缩醛或缩酮之间的反应。
在一个实施方案中，用于产生缩酮或缩醛的系统(未示出)可包括配备有蒸馏塔的与重沸器流体连通的单个连续搅拌釜式反应器(参见图2)。在另一个实施方案中，用于产生缩酮或缩醛的系统(未示出)可包括配备有蒸馏塔的单个连续搅拌釜式反应器(参见图1)。蒸馏塔是用于除去过量的反应物并且通过除去缩醛或缩酮中不需要的较高分子量的物质、酸物质以及催化剂来蒸馏最终产物。
在一个示例性实施方案中，需要使用如图3的系统100中所示的多个反应器(例如，多级反应器系统)，以便实现醇和半醛、酮酸或其酯向缩醛或缩酮的转化。多级反应器系统是用于减少反应物在反应器中的停留时间。所述系统也提供改变温度和压力的能力，而不会引起温度和压力的尖峰或不适当的长期加热和冷却时间，所述温度和压力的尖峰或不适当的长期加热和冷却时间会在包括单个反应器的系统中产生并且会对缩醛或缩酮的质量造成破坏。
高转化率所需的停留时间通过利用多级反应器系统而减少。这样提高了产物收率，因为在每个反应器中相对短的停留时间减少了副产物的形成。另外，因为高转化率高度取决于汽-液平衡，所以多级允许连续工艺中的温度和压力的更大灵活性，以便使转化率最大化并且限制副产物的形成。通过在不同温度和压力下操作反应器(包括随反应进行逐渐降低压力)，可以实现大于或等于约90%，明确来说大于或等于约95%的反应物的转化率。
现在再次参看图3，通常将反应物与催化剂一起引入第一反应器102中。将反应物、产物以及副产物的组合按顺序从第一反应器102转移到第二反应器104、第三反应器106、(任选)具有无机材料的填充床(114)、第一蒸馏塔108以及第二蒸馏塔110。在每一级，制备工艺通过除去水、过量的反应物和/或副产物来进一步完成，以便在第二蒸馏塔110中稳定的缩酮或缩醛获得。
在一个示例性实施方案中，第一反应器102是连续搅拌釜式反应器，半醛、酮酸或其酯和醇与酸催化剂一起被装入所述连续搅拌釜式反应器中。第一反应器102具有冷凝器122，水和乙酰丙酸乙酯蒸汽在所述冷凝器中冷凝。这也称为分馏步骤，在所述分馏步骤中，包含水、多元醇、乙酰丙酸乙酯、杂质以及痕量的缩酮或缩醛的“轻分馏物质”与包含产物和其它污染物的“重分馏物质”分离。反应物和副产物的一部分在第一冷凝器中冷凝。然后将来自第一冷凝器的蒸汽卸料至分离器112以便从副产物(例如水)中分离出主要包含反应物(例如半醛、酮酸或其酯)的有机相。通常使反应物再循环至第一反应器102，而将副产物提取并从制备工艺中除去。在一个实施方案中，用于从反应混合物除去水的分子筛、蒸馏、超吸附剂或一些其它装置可任选地用于所述工艺中。
反应可在任选的溶剂存在下进行，所述溶剂在反应条件下是大致上惰性的，如脂肪烃或芳香烃、醚或氯化烃。这类溶剂还可以用于通过共沸蒸馏除去反应期间所形成的水。在一个实施方案中，可使用甲苯、苯或另一种惰性溶剂。
反应可替代地用多相催化剂来进行，所述多相催化剂可通过在最终产物的分馏和蒸馏之前过滤而除去。
从第一反应器102(和从第二反应器104和第三反应器106)蒸发水驱使反应完成。如上所述，半醛、酮酸或其酯通常以过量加入以便驱使反应完成。然而，过量的半醛、酮酸或其酯在反应产物中是污染物，因此需要予以除去。过量的半醛、酮酸或其酯的再循环有利于半醛、酮酸或酯与醇之间的反应的完成。
示例性分离器112是倾析器。还可以使用如冷凝器、蒸馏塔、离心机、膜滤器、分子筛等的其它分离器。
在一个实施方案中，在半醛、酮酸或酮酯与醇的反应期间，第一反应器102维持在约50℃至约150℃，明确来说约65℃至约130℃并且更明确来说约75℃至约120℃的温度下。在另一个实施方案中，第一反应器102维持在约20毫米(mm)汞柱(Hg)至约760毫米(mm)汞柱(Hg)，明确来说约30mmHg至约700mmHg并且更明确来说约40mmHg至约650mmHg的压力下。在又一个实施方案中，反应物在第一反应器中的停留时间是约3分钟至约1200分钟，明确来说约4分钟至约180分钟并且更明确来说约5分钟至约80分钟。
在第一反应器102中，约20摩尔百分比至约95摩尔百分比，明确来说约50摩尔百分比至约93摩尔百分比并且更明确来说约75摩尔百分比至约90摩尔百分比的反应物反应来产生缩酮或缩醛。
第二反应器104和第三反应器106是任选的，并且用于进一步除去任何的水副产物。在一个示例性实施方案中，第二反应器104和第三反应器106主要是带有再循环重沸器的反应器，所述再循环重沸器用于从反应除去水和一些过量的半醛、酮酸或酯。第二反应器104和第三反应器106中的每一个分别配备有第二冷凝器116和第三冷凝器118，从而有利于未反应的反应物与水副产物的进一步分离。反应物通常被再循环到第一反应器102。
在一个实施方案中，可将另外的催化剂加入第二反应器104和第三反应器106中，以便有利于改善半醛、酮酸和其酯与醇之间的反应。在一个示例性实施方案中，仅向第一反应器102加入酸催化剂。
在一个实施方案中，第二反应器104和第三反应器106的温度分别维持在约50℃至约150℃，明确来说约65℃至约130℃并且更明确来说约75℃至约120℃的温度下。在另一个实施方案中，第二反应器104和第三反应器106分别维持在约5毫米(mm)汞柱(Hg)至约760毫米(mm)汞柱(Hg)，明确来说约8mmHg至约700mmHg以及更明确来说约10mmHg至约50mmHg的压力下。在又一个实施方案中，反应物在第二反应器和第三反应器中的停留时间分别是约3分钟至约1200分钟，明确来说约4分钟至约200分钟并且更明确来说约5分钟至约80分钟。
在一个实施方案中，最多约100重量%(wt%)，明确来说约5wt%至约90wt%并且更明确来说约15wt%至约50wt%的量的再循环半醛、酮酸和其酯、多元醇以及缩酮产物被再循环到第一反应器102。在一个实施方案中，当乙酰丙酸乙酯与甘油反应而产生乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮时，可在反应后除去被加入第一反应器102的最多约100wt%，约50wt%至约90wt%的过量的乙酰丙酸乙酯，并将其再循环到第一反应器102。当丙二醇与乙酰丙酸乙酯反应时，沿用类似的工艺。
在一个示例性实施方案中，通过使反应混合物流通过床114来除去存在于产物中的酸催化剂和其它酸物质(例如，含有硫的酸杂质)。在一个实施方案中，床114位于第一反应器、第二反应器或第三反应器的下游和第一蒸馏塔和第二蒸馏塔的上游。床也可以分别位于第一蒸馏塔108或第二蒸馏塔110的下游。
希望缩醛或缩酮产物含有以组合物的总重量计算小于或等于约0.001ppm至约10ppm的含硫的酸杂质，明确来说约0.002ppm至约5ppm含硫的酸杂质。减少缩醛或缩酮中的含硫的酸杂质的量会因增加水解稳定性而延长贮存寿命。
在一个实施方案中，为减少存在于缩醛或缩酮产物中的含硫的酸杂质的量，使产物接触碱或缓冲剂，以便在蒸馏塔之前中和存在的任何酸催化剂。在一个实施方案中，缩醛或缩酮产物接触具有碱/缓冲剂的填充床，以便减少含硫的酸杂质和羧酸杂质含量达到所需水平。可被用于填充床中的碱的实例是碳酸盐、胺、氢氧化物、磷酸盐或氧化物。示例性填充床含有碳酸钡(BaCO3)。在另一个实施方案中，填充床可包括分子筛。
在另一个实施方案中，反应产物可用充当缓冲剂的无机盐来配制。缓冲剂的其它实例是以下的溶液：柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠以及碳酸氢钠。示例性缓冲剂是以下的0.1质量摩尔浓度(m)溶液：柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠或包含前述缓冲剂中的至少一种的组合。
通过使缩醛或缩酮产物与具有分子筛、碱或缓冲剂的填充床接触，以反应物进料量计算，产物收率可从约75%增加到大于95%。产物组合物的贮存稳定性从小于1天延长到大于至少2天，明确来说大于至少1星期，并且更明确来说大于至少1个月。
在一个示例性实施方案中，希望乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量计算，量小于20ppm，明确来说小于或等于约10ppm并且更明确来说小于或等于约5ppm的含硫的酸杂质。在又一个示例性实施方案中，希望乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算，量小于20ppm，明确来说小于或等于约10ppm并且更明确来说小于或等于约5ppm的含硫的酸杂质。
在一个示例性实施方案中，当按照ASTMD664来测量时，希望乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物具有小于1，明确来说小于0.5，并且更明确来说小于0.3的酸值。在一个示例性实施方案中，当按照ASTMD664来测量时，希望乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物具有小于1，明确来说小于0.5，并且更明确来说小于0.3的酸值。
床114可以是单个床或可包括多个床。使用床中的缓冲剂或碱的实例是磷酸二氢钠或磷酸氢二钠或磷酸二氢钾或磷酸氢二钾、磷酸一钙、磷酸二钙或磷酸三钙或磷酸一锌、磷酸二锌或磷酸三锌、碳酸钡、磷酸钡、碳酸锌、碳酸钠、碳酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙、碱性矾土、弱碱性阴离子交换树脂等。部分缩醛或缩酮产物(例如，转化率小于95%的产物)或全部完全的缩醛或缩酮产物(例如转化率大于95%的产物)可接触所述床一次或多次。
在一个实施方案中，残余的醇或多元醇可在蒸馏醇的最后的缩酮产物之前或之后，通过使缩醛或缩酮产物通过离子交换树脂的塔或床来除去。希望离子交换树脂含有磺酸盐部分。不希望受理论的约束，据信醇类化合物经历与磺酸盐基团的氢键合，所述磺酸盐基团与基质共价地结合，并且醇因此从反应产物除去。适用的离子交换树脂的实例包括202和/或405(其由PA,Pittsburgh的Lanxess公司出售)；和AMBERLITETMBD10DRYTM(其由PA,Philadelphia的RohmandHaas公司出售)。缩醛或缩酮产物与离子交换树脂的塔接触的时期是约1分钟至约5小时，明确来说约10分钟至约3小时，并且更明确来说约30分钟至约2小时。离子交换树脂的床或塔可以是单个床或塔，或可以是一系列串联或并联布置的床或塔。
第一蒸馏塔108和第二蒸馏塔110用于使反应物再沸腾以便进行蒸馏，从而从缩酮或缩醛除去不需要的反应物(例如酮酯)、副产物(例如高分子量物质)和残余催化剂(通过蒸馏从酸除去塔除去)。在一个示例性实施方案中，第一蒸馏塔108用于从乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮产物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物分离乙酰丙酸乙酯。
在一个示例性实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮产物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物在第一蒸馏塔108和第二蒸馏塔第二蒸馏塔110中蒸馏，以便除去过量反应物(例如乙酰丙酸乙酯)、高分子量物质(例如二聚体、三聚体以及寡聚体)和酸催化剂，从而产生更纯形式的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙烯缩酮组合物。如上所述，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙烯缩酮组合物各自含有以各自的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算小于2wt%的污染物。
在一个实施方案中，蒸馏塔108被配备成最多6个理论级(也称为“汽提级”或“精馏级”或“塔盘(tray)”)。第一蒸馏塔顶端处的塔盘维持在约40℃至约170℃，明确来说约65℃至约120℃的温度下，而第一蒸馏塔底部处的塔盘维持在约100℃至约200℃，明确来说约120℃至约180℃，并且更明确来说约140℃至约160℃的温度下。第一蒸馏塔底部处的压力是约5mmHg至约760mmHg，明确来说约10mmHg至约500mmHg，并且更明确来说约15mmHg至约50mmHg。第一蒸馏塔中的回流与进料比可最多约1.0并且明确来说约0至约0.5。
在一个实施方案中，在分馏步骤中，使用约0.5mmHg至约20mmHg的强真空来汽提过量的乙酰丙酸乙酯和多元醇。汽提塔使用强真空，因为乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮基本上需要沸腾以便达到低水平的乙酰丙酸乙酯。如果蒸馏塔中的温度太高，那么缩酮产物会损失成寡聚体或其它副产物。同样地，如果塔填料太高或由于填料类型而使压降太高，那么乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮不能被制备成在其许多的应用中所需的纯度。
各种类型的填料可用于第一蒸馏塔中—BX、BXPlus、MELLAPAK、FLEXIPAC、网孔或具有低HETP(等效于理想塔板的高度)和低的每单位高度压降的类似的结构化填料。HETP的变化范围是约6英寸至约24英寸，明确来说约9英寸至约15英寸。
第二蒸馏塔110的作用是输送满足所需化学稳定性标准的缩酮或缩醛产物。第二蒸馏塔110的作用主要是除去高分子量物质和其它污染物，所述污染物随时间减小化学稳定性、改变颜色或促使粘度改变。如上所述，希望获得具有长的贮存寿命的产物。所谓“长的贮存寿命”意思是产物在延长的时期(例如约12小时至约12月)内不会经历分子量的改变、组成的改变或颜色的改变。
第二蒸馏塔底部的级维持在约70℃至约300℃，明确来说约120℃至约200℃，并且更明确来说约140℃至约160℃的温度下。蒸馏塔底部处的压力是约5mmHg至约760mmHg，明确来说约10mmHg至约500mmHg，并且更明确来说约15mmHg至约50mmHg。在一个示例性实施方案中，第二蒸馏塔底部处的温度是约140℃至约200℃，而压力是约5mmHg至约50mmHg。用于第二蒸馏塔的第二蒸馏塔中的回流与进料比是约1.0至约3.0并且明确来说约0.5至约2.0。
在从反应器和第一蒸馏塔中积累的寡聚物质中纯化乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮方面，单次闪蒸通常不是有效的。在一个实施方案中，两个或更多个级和回流被用来将缩酮或缩醛产物与较高分子量物质分开。如果不除去较高分子量的物质，那么由于存在较低含量的颜色形成体，下游的应用会受影响。
汽提级的数目可以是大于1，明确来说大于2并且更明确来说大于4的任何数。精馏级的数目大于或等于约1，并且明确来说大于或等于约2。在一个示例性实施方案中，汽提级的数目大于或等于约4，而精馏级的数目大于或等于约2。
在一个实施方案中，第一蒸馏塔底部和第二蒸馏塔底部可被净化来除去“重物质”(例如高分子量物质、暗色物质和羧酸、不需要的酸催化剂以及催化剂副产物)。蒸馏塔底部处的温度维持在小于或等于约250℃，明确来说小于或等于约200℃，并且更明确来说小于或等于约180℃的温度下，以便防止留在塔底部的馏出物的降解。在一个实施方案中，当最终产物是乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物时，蒸馏塔底部处的温度是约120℃至约200℃。在另一个实施方案中，当最终产物是乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物时，蒸馏塔底部处的温度是约100℃至约180℃。高分子量物质和不需要的催化剂被从蒸馏塔除去并且卸料到排水道或废料罐。
最后的缩酮产物或过量反应物的蒸馏还可用转膜蒸发器、旋膜蒸发器、旋转蒸发器、降膜蒸发器以及其它类似的仪器来进行。在一个实施方案中，缩酮或缩醛可在第一蒸馏塔中被以较小程度除去，并且随后通过与另外的新鲜反应物混合来再次使用。
在产生乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物中，希望使用的反应条件允许醇(明确来说是甘油)的转化率大于或等于约90摩尔百分比并且明确来说大于或等于约95摩尔百分比。由于甘油(3个羟基)的内在官能度、甘油的不溶性质(可在与有机溶液接触时引起混浊)以及甘油的吸湿性质，以大于约5000ppm的量存在于组合物中的未反应的甘油造成产物的质量问题。以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量计算，甘油应以小于或等于约10,000百万分率(ppm)，明确来说约1ppm至约8,000ppm并且更明确来说约2ppm至约5,000ppm的量存在。同样地，以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算，丙二醇应以小于或等于约10,000百万分率(ppm)，明确来说约1ppm至约8,000ppm并且更明确来说约2ppm至约5,000ppm的量存在。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮包含小于2wt%的污染物，明确来说小于或等于约1.75wt%的污染物，明确来说小于或等于约1.5wt%的污染物，明确来说小于或等于约1.25wt%的污染物，明确来说小于或等于约1wt%的污染物，明确来说小于或等于约0.75wt%的污染物，明确来说小于或等于约0.5wt%的污染物并且更明确来说小于或等于约0.25wt%的污染物。污染物是未反应的半醛、酮酸或其酯、未反应的醇、催化剂、含硫的酸杂质、羧酸杂质以及高分子量物质，例如通过以下产生的二聚体、三聚体和寡聚体：缩酮或缩醛与乙酰丙酸乙酯之间的醛醇反应、半醛、酮酸或其酯与缩酮或缩醛之间的反应、半醛、酮酸或其酯与缩酮或缩醛的醛醇之间的反应或半醛、酮酸或其酯、缩酮或缩醛的醛醇以及缩酮或缩醛之间的反应。
希望将残余醇或多元醇的量减少至以缩醛或缩酮产物的重量计算小于7500ppm，明确来说小于或等于约5000ppm，并且更明确来说小于或等于约2000ppm。
在一个示例性实施方案中，希望乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量计算，量小于7500ppm，明确来说小于或等于约5000ppm并且更明确来说小于或等于约2000ppm的甘油。在又一个示例性实施方案中，希望乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算，量小于5000ppm，明确来说小于或等于约2000ppm并且更明确来说小于或等于约1000ppm的丙二醇。
也希望将存在于缩醛或缩酮产物中的水的量减少至以缩醛或缩酮产物的重量计算小于或等于约2000ppm，明确来说小于或等于约1000ppm，并且更明确来说小于或等于约500ppm。可通过用小于100ppm的热干氮喷射产物来除去水。真空阱可连同反应器102、104、106中的任何一个一起使用或连同蒸馏塔108、110一起使用来除去水。在一个实施方案中，为了改善系统100的性能，可使用在-60℃的温度下操作的冷阱或在低于50℉的温度下操作的冷凝器来除去存在于缩醛或缩酮产物中的水。
在一个实施方案中，当乙酰丙酸乙酯与甘油反应来获得乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物时，希望乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量计算，小于500ppm的水，明确来说小于或等于约250ppm的水并且明确来说小于或等于约150ppm的水。乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量计算，小于或等于约10,000ppm，明确来说小于或等于约5,000ppm并且更明确来说小于或等于约2,000ppm的甘油。
在另一个实施方案中，当乙酰丙酸乙酯与丙二醇反应来获得乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物时，希望乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物含有以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算，小于500ppm的水，明确来说小于或等于约250ppm的水并且明确来说小于或等于约150ppm的水。乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可含有以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量计算，小于或等于约5,000ppm，明确来说小于或等于约3,000ppm并且更明确来说小于或等于约2,000ppm的丙二醇。
在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物或乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物包含以各个组合物的总重量计算，小于或等于约1wt%的乙酰丙酸乙酯，明确来说小于或等于约0.5wt%的乙酰丙酸乙酯并且更明确来说小于或等于约0.2wt%的乙酰丙酸乙酯。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于或等于约0.5wt%，明确来说小于或等于约0.2wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮之间的反应获得的二聚体。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于1wt%，并且明确来说小于或等于约0.2wt%，并且更明确来说小于或等于约0.1wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的醛醇反应获得的二聚体。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于0.5wt%，并且明确来说小于或等于约0.25wt%，并且更明确来说小于或等于约0.1wt%的由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的二聚体。
在另一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于或等于约0.5wt%的三聚体并且明确来说小于或等于约0.2wt%的三聚体，所述三聚体由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮之间的反应获得。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于或等于约0.5wt%的三聚体，并且明确来说小于或等于约0.2wt%的三聚体，所述三聚体由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和乙酰丙酸乙酯的二聚体反应产物之间的醛醇反应获得。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于或等于约0.5wt％的三聚体并且明确来说小于或等于约0.2wt%的三聚体，所述三聚体由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物可含有小于或等于约0.20wt%的四聚体并且明确来说小于或等于约0.1wt%的四聚体，所述四聚体由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得，或由乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与其自身之间的反应获得。甘油与乙酰丙酸乙酯之间的反应的副产物的以上列出的所有重量百分比都是以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量来计算。
在另一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可含有小于或等于约0.5wt%，明确来说小于或等于约0.2wt%的由乙酰丙酸乙酯与乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮之间的反应获得的二聚体。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可含有小于1wt%，并且明确来说小于或等于约0.5wt%，并且更明确来说小于或等于约0.2wt%的由乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的醛醇反应获得的二聚体。
在另一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可含有小于或等于约0.2wt%的由两分子乙酰丙酸乙酯与1分子丙二醇之间的反应(酯交换以产生二酯)得到的寡聚体。在又一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可含有小于或等于约0.2wt%的由两分子乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与1分子丙二醇之间的反应(酯交换以产生二缩酮-二酯)得到的寡聚体，并且明确来说小于或等于约0.1wt%的由两分子乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与1分子丙二醇之间的反应(酯交换以产生二缩酮-二酯)得到的寡聚体。
丙二醇与乙酰丙酸乙酯之间的反应的副产物的以上列出的所有重量百分比都是以乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物的总重量来计算。甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应的副产物的以上列出的所有重量百分比都是以乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物的总重量来计算。
在一个实施方案中，乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮组合物和乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮组合物可被氢化。
通过上述工艺产生的缩酮或缩醛是热稳定和UV色稳定的。在一个实施方案中，当经受约200℃的温度达几小时的时期时，颜色改变小于30YI单位。在另一个实施方案中，当经受约200℃的温度达几小时的时期时，颜色改变小于1个吸收指数单位。在另一个实施方案中，当在UV室中进行至少2天的时期时，颜色改变小于1个吸收指数单位。通过这种工艺产生的缩酮或缩醛也是贮存稳定的和水解稳定的。
如上所述，希望缩醛或缩酮是水解稳定的(即，水上稳定的)。本文公开的缩酮的缩醛的所需水上稳定性(hydrostability)是在约65℃的温度下暴露于水中约24小时后，显示出化学组成的保持度大于或等于约70重量%。本发明的物质显示出在约65℃的温度下暴露于水中约24小时后，化学组成的保持度大于或等于约70重量%，如通过GC-FID测定。为了测定水上稳定性，首先通过GC-FID测定给定的缩醛或缩酮组合物的化学组成。将该组合物的样品放入玻璃闪烁小瓶中并且加入一定量的水。任选地，可将所加入的试剂或缓冲剂加入小瓶中。然后，将小瓶密封，并且放入约65℃至约70℃的热风烘箱中24小时。在24小时之后，除去等分试样并且通过GC-FID分析。
贮存稳定性是定义为：通过GC-FID测定，缩醛或缩酮组合物在20℃下，从产生起老化20小时后，具有相对于原始化学纯度的小于或等于约0.5wt％的纯度改变。化合物的化学纯度是通过GC-FID，采用内标和校准曲线来测定。
颜色稳定度是定义为：在使试剂经受热、UV光或室温老化之后，小于1个吸收指数单位(IAU)的改变。IAU等于利用紫外可见光检测器和直径为10mm的石英池，通过积分380nm至500nm的化合物的UV光谱曲线下面积所计算的面积单位数目。样品可在如甲醇、水的非UV吸收溶剂(在380-500nm波长之间没有吸附)或另一溶剂中稀释，之后进行UV-VIS测量以便测量对应于IAU的曲线下面积。在测量溶于溶剂中的样品之前，对溶剂进行空白UV光谱分析。
也可使用IAU测量来检测纯形式的液体样品的黄色的量或溶于溶剂中的液体样品的黄色的量，所述溶剂在380-500nm之间不吸收在UV光谱中。在这种情况下，小于或等于约0.1的IAU对低的黄色色彩来说是合乎需要的。
未知UV吸收杂质的存在可能也会被液相色谱(例如HPLC)检测到。HPLC连同UV检测器一起使用以便分析UV吸收杂质，所述UV吸收杂质在结构上与缩酮产物不同并且与缩酮产物色谱分离。未知的杂质具有UV吸光度峰值，技术人员积分峰下面积以便计算给定组合物内的UV吸收杂质的相对量。这些UV吸收杂质的曲线下面积越低则指出缩酮组合物随后越纯并且不含可能的颜色体杂质。这些未知的杂质可以导致质量问题，例如热、UV以及颜色稳定度。
缩酮或缩醛可被用于各种物品中，如个人护理产品，如洗发剂、洗液、剃须膏、除臭剂、口红、化妆品、卸妆品、染发剂等，以及工业产品，如涂料、墨水、脱漆剂、织物软化剂、洗衣清洁剂、蜡烛、含有相容剂的聚合物产品，如车辆的外部主体面板、电子货品的外表面等。在一个实施方案中，缩酮或缩醛可被转化为用作增塑剂、增韧剂、表面活性剂、屏障层化合物、界面改性剂、相容剂或相转移化合物的聚合物。
实施例
实施例1至实施例12
进行这些实施例来举例说明高纯度(大于99%)乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的制备。具体来说，这些实施例举例说明了用于乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的连续和分批纯化工艺。这些实施例还证明了连续地净化来自蒸馏塔的残渣(尤其是第二蒸馏塔的残渣)的强酸催化剂可用于获得高纯度乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮。这些实施例还惊人地证明了：在蒸馏前或后，用某些无机化合物处理产物会增加化学稳定性。还发现利用特定的硫基催化剂制备的组合物是化学上稳定的。
如下进行所述的方法。将包含水、乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮、乙酰丙酸乙酯、丙二醇、均相酸催化剂以及其它杂质的反应混合物进料到第一蒸馏塔中。以下表1中示出所有实施例和比较实施例的组合物。所有实施例和比较实施例都含有均相催化剂，实施例7和实施例8除外，这两个实施例使用多相催化剂来制备。
首先经由蒸馏从反应混合物中除去低沸点杂质。然后将浓缩的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮、较高沸点的杂质和剩余的酸催化剂进料到第二蒸馏塔中。在第二蒸馏塔中，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮从塔顶除去，而均相酸催化剂是连续地从第二蒸馏塔底部予以净化。由第二蒸馏塔的塔顶蒸馏获得的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮纯度超过99%，如以下表1中所示。
在以下实施例1至实施例12中，制备了具有以下所示的式7的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和具有以下所示的式8的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮。
实施例1和实施例2：将丙二醇(总组合物的21wt％)和乙酰丙酸乙酯(总组合物的79wt%)连续并同时地装入CSTR中。将占总组合物重量的20百万分率至60百万分率的硫酸水溶液用泵连续抽入CSTR中。CSTR处在95℃的温度和80mmHg的压力下。将试剂转化成7，并且从CSTR中连续地除去水。塔顶馏出物的组合物还含有丙二醇和乙酰丙酸乙酯。离开反应器的流率是58lbs/小时。将CSTR产物卸料到第二反应器中，并且加热至100℃和61mmHg的真空压力。使试剂进一步转化成乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮(具有式7)并且从第二反应器中连续地除去水。从第一反应器进入第二反应器中的产物的流率是61lbs/小时。第二反应器将产物卸料到第三反应器中，并且将产物加热至106℃和30mm汞柱(Hg)的真空压力。第三反应器末端处的反应混合物的组合物包含0.049wt%的水、0.27wt％的丙二醇、46.25wt％的乙酰丙酸乙酯、53.05wt%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和0.44wt%的其它杂质，所述杂质包含丙二醇与乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的酯交换缩合产物。
然后，在90℃至110℃的温度下，将组合物以60lbs/小时至80lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使组合物回流入塔中并且在100℃至130℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。然后，在100℃至120℃之间的温度下，将组合物以20lbs/小时至40lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使组合物回流入塔中并且在80℃至100℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中，蒸馏到塔顶并且进行收集。蒸馏期间，以3lbs/小时的速率净化除去蒸馏塔的残渣。蒸馏产物的最终组合物包含99.8%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。将蒸馏产物7的少量样品放入闪烁小瓶中并且在室温下存放以便测试其贮存稳定性。14天后从闪烁小瓶中取出样品，并且通过GC-FID进行分析。表1中示出了分析的结果。
实施例2重复了制备实施例1的工艺程序。
实施例3至实施例5：重复制备实施例1的工艺程序，例外的是：在蒸馏之前，使离开第三反应器的反应混合物流过具有固体碳酸钡的填充床。在离开填充床之后，然后如实施例1中所述来蒸馏混合物。将所蒸馏的组合物7的少量样品放入独立的闪烁小瓶中并且在室温下存放以便测试实施例的贮存稳定性。13天后从闪烁小瓶中取出样品，并且通过GC-FID进行分析。表1中示出了分析的结果
实施例6：用45.72克(g)(0.50mol)甘油(纯度99+%)、215.24g(1.50mol)乙酰丙酸乙酯(纯度98+%)、0.0138g(50ppm)2-萘磺酸(从TCIAmerica获得)以及磁搅拌棒装填500mL的3颈圆底烧瓶。烧瓶配备有热电偶、电热胶带包裹的deanstark装置、冷凝器、玻璃塞以及通向真空的出口。使用加热罩将烧瓶的内含物加热至110℃。真空计被设定成在300托的真空压力时开始，缓变率为300托/小时并且在30托时结束。一旦罐温度达到110℃，反应混合物就从浑浊变为澄清，接着启动Teflon真空泵并且立即将真空施加到系统上。60分钟的总反应时间之后，停止加热并且用氮回填烧瓶。然后用26g(10wt%)磷酸氢二钠装填反应混合物，并且在60℃下加热1小时，然后过滤。将混合物装入500ml的配备有搅拌棒的4颈圆底烧瓶中。烧瓶配备有热电偶、2个玻璃塞、韦式分馏柱(vigreuxcolumn)、短程冷凝器、转接器以及三个收集烧瓶。将真空设定成5.0托，并且加热烧瓶来实现蒸馏。首先蒸馏出过量的乙酰丙酸乙酯，然后蒸馏组合物8。通过GC-FID分析蒸馏产物的样品。将蒸馏产物8的少量样品放入闪烁小瓶中并且在室温下存放以便测试其贮存稳定性。四天后从闪烁小瓶中取出样品，并且通过GC-FID进行分析。表1中示出了分析的结果。
实施例7：将甘油(总组合物的18wt%)和乙酰丙酸乙酯(总组合物的82wt%)连续并同时地装入CSTR中。将占总组合物的20百万分率至60百万分率的硫酸水溶液用泵连续抽入CSTR中。CSTR处在85℃-93℃的温度和70mmHg-80mmHg的压力下。将试剂转化成产物8，并且从CSTR中连续地除去水。流过CSTR的流率介于70lbs/小时-90lbs/小时之间。然后，将CSTR内含物卸料到第二反应器中，并且加热至94℃-100℃和30mmHg的真空压力。将试剂进一步转化成产物8，并且从CSTR中连续地除去水。流过第二反应器的流率介于60lbs/小时-80lbs/小时之间。将第二反应器内含物卸料到第三反应器中，并且加热至98℃-105℃和20mmHg-25mmHg的真空压力。第三反应器末端处的反应混合物的组合物是0.13wt%的甘油、47wt%的乙酰丙酸乙酯、50.9wt%的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和1.72wt%的较高分子量缩合产物，如本说明书以上所述的那些缩合产物，以及0.22wt%的其它杂质。在90℃至110℃之间的温度下，将组合物8以40lbs/小时至50lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在150℃至160℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。随后，在130℃至140℃之间的温度下，将组合物以30lbs/小时至35lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是4mmHg至8mmHg。使混合物回流入塔中并且在170℃至180℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中，蒸馏到塔顶并且进行收集。通过分馏重蒸馏含有8的这种冷凝物的样品以得到99.6%纯度的组合物。将样品分成2个馏分。在室温下，将第一馏分存放在封盖的圆底烧瓶中7天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。以下实施例8中描述了第二馏分。
实施例8：立即用10wt％的碳酸钡浆料处理来自实施例7的第二馏分，并且过滤。将内含物放入玻璃闪烁小瓶中并且在室温下存放9天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。
实施例9：重复实施例6，例外的是，50ppm的(1R)-(-)-10-樟脑磺酸(CSA)被用作催化剂代替2-NSA，并且在蒸馏纯化8之前，不用任何物质来处理反应产物。将内含物放入玻璃闪烁小瓶中并且在室温下存放7天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。
实施例10：重复实施例9，并且随后用10wt%碳酸钡处理蒸馏产物8，并且过滤。将内含物放入玻璃闪烁小瓶中并且在室温下存放7天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。
实施例11：重复实施例6，例外的是，0.23wt％的SAC-13被用作催化剂代替2-NSA，在蒸馏之前过滤催化剂，并且在蒸馏8之前不用任何物质处理反应产物。蒸馏之后，将内含物放入玻璃闪烁小瓶中并且在室温下存放3天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。
实施例12：重复实施例11中使用的程序，例外的是，0.23wt%被用作催化剂。蒸馏之后，将内含物放入玻璃闪烁小瓶中并且在室温下存放10天。在老化之后执行组合物的GC-FID测量。表I中示出结果。
表I
2-NSA=2-萘磺酸
CSA=樟脑磺酸
表I中的实施例中的每一个实施例都显示良好的贮存稳定性。用无机材料处理的那些材料显示更好的贮存稳定性。使用碳酸钡作为碱来除去硫基催化剂有助于贮存稳定的缩酮-酯的产生。没有通过具有碳酸钡的床或通过具有磷酸氢二钠的替代床的组合物(来自比较实施例)显示出化学纯度的轻微改变，而通过具有碳酸钡的床的那些组合物显示出化学纯度在约3至约14天的时期之后没有改变。使用樟脑磺酸作为硫基催化剂产生了更具贮存稳定性的缩酮-酯。多相缩酮化催化剂(实施例11至实施例12)还显示良好的贮存稳定性。
实施例13至实施例16
根据以上实施例7来制备表2中的所有实施例的起始试剂。随后如实施例7所述，将8的最后蒸馏组合物重蒸馏(分级地重蒸馏)至99.1%的纯度。
进行这些实施例来证明在反应物的重整方面，某些调浆的物质或填充床物质起到有助于最终缩酮产物组合物具有贮存稳定性的作用。如通过GC-FID的测定，试剂纯度是纯度99.1%，并且通过GC-FID来定量缩酮起始试剂、乙酰丙酸乙酯以及甘油的量。在收集之后5小时内通过GC-FID分析样品，然后将所述样品分成4个独立的样品。将一个样品放入玻璃小瓶中并且封盖(实施例13)。其它3个样品(实施例14至实施例16)用表2中公开的各种试剂来处理。从蒸馏塔收集第一个样品的时间开始老化24小时之后，再次通过GC-FID分析乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮来测定所形成缩酮降解产物(甘油和乙酰丙酸乙酯反应物)的量，同时置放在搁板上。
表2
从表2可以看出，如由反应物、甘油以及乙酰丙酸乙酯的重整中较低百分比增加所示，由磷酸盐化合物或分子筛处理最终蒸馏缩酮产物允许所述产物更具贮存稳定性。不受理论约束的情况下，据信处理方法有助于不使来自催化剂或副产物的残余杂质催化重整反应。
实施例17至实施例20
进行这些实施例来证明在高温下暴露于水中时，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的水上稳定性。这些实施例还证明了缓冲剂可用于在化学上稳定以下表3中示出的缩酮。根据实施例1来制备表3中包含7的实施例中的每一个实施例。根据实施例7来制备表3中包含8的实施例中的每一个实施例。进行这些实验的样品的组合物类似于以上实施例1至实施例12中所述的组合物。
进行水上稳定性研究来分析缩酮试剂在高温下对水的稳定性。将试剂装入有水和任选缓冲剂系统的玻璃闪烁小瓶中，并且封盖。柠檬酸被用作缓冲剂。将小瓶放入68℃的烘箱中，并且在老化24小时之后移走。执行GC-FID来分析水解稳定性测试之后缩酮试剂的量。
表3
从表3中可以看出，式7和式8的缩酮在加入柠檬酸/盐缓冲试剂的情况下具有改善的水上稳定性。除了柠檬酸盐缓冲剂之外，磷酸盐和其它多官能羧酸盐缓冲系统起到有助于缩酮稳定性的作用，这是与不含有缓冲剂的缩酮组合物相比而言。
实施例21至实施例27
在这些实施例中进行式8化合物(乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮)的合成和纯化。
实施例21是根据实施例6来制备。
实施例22是根据实施例7来制备，例外的是，产物8仅蒸馏一次。
实施例23是在400psiH2和140摄氏度下，通过在带有1wt%Ni5249P(BASF)的Parr反应器中将实施例22氢化4h来制备。
实施例24是根据实施例7来制备。
实施例25是根据实施例7来制备，例外的是，执行另一次蒸馏。
实施例26是根据实施例11来制备。
实施例27是根据实施例12来制备。
检查实施例21和实施例22的最终蒸馏产物中的残余硫(S)含量，并且发现与实施例23至实施例27相比，含有高的硫量。各种处理方法或使用替代的硫基催化剂在最终产物中产生较低的硫量。
表4
硫杂质通常对产物、尤其可更新的产物是有害的。已知硫会引起臭味、颜色以及稳定性问题。限制硫低于10ppm，优选低于8ppm并且更优选低于5ppm是合乎需要的。
总之，从前述实施例1至实施例27可以看出，用于乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的连续纯化工艺已得到举例说明。
实施例28至实施例33
实施例28和实施例29不包括蒸馏残渣的净化。先前在实施例1至实施例2中已经证明了净化蒸馏残渣的正面效果。
对实施例28和实施例29来说，用于合成乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的方法先前已在实施例1中描述，例外的是没有对最后蒸馏塔的残渣进行净化。纯化工艺的细节如下。向蒸馏塔的中间区进料包含以下的反应组合物：0.1wt%的水、0.8wt%的丙二醇、37.7wt%的乙酰丙酸乙酯、60.9wt%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮以及0.6wt%的其它杂质。在90℃至110℃之间的温度下，将组合物以60lbs/小时至80lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在100℃至130℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。
然后，在100℃至120℃之间的温度下，将组合物以20lbs/小时至40lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在80℃至100℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中，蒸馏到塔顶并且在不锈钢容器中进行收集。蒸馏产物的最终组合物包含243ppm的水、0.4wt％的丙二醇、1.2wt%的乙酰丙酸乙酯、98.3wt%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮以及0.01wt%的其它杂质。实施例28和实施例29的组合物在以下表5中示出。
实施例30至实施例33中的每一个都根据实施例1来合成(3个反应器系统串联，操作参数相似)。以下关于蒸馏纯化的细节如下：向蒸馏塔的中间区连续地进料包含以下的反应组合物：0.049wt%的水、0.27wt%的丙二醇、46.25wt%的乙酰丙酸乙酯、53.05wt%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮以及0.44wt%的其它杂质。在90℃至110℃之间的温度下，将组合物以60lbs/小时至80lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在100℃至130℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。然后，在100℃至120℃之间的温度下，将组合物以20lbs/小时至40lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在80℃至100℃的温度下，在蒸馏塔底部的重沸器中再循环，蒸馏到塔顶并且进行收集。蒸馏期间，以3lbs/小时的速率净化除去蒸馏塔的残渣。蒸馏产物的最终组合物包含45ppm的水、34ppm的丙二醇、0.08wt%的乙酰丙酸乙酯、99.9%的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮以及0.01%的其它杂质。与实施例30类似地执行实施例31至实施例33，例外的是进料组合物是不同的。所有组合物在表5中示出。
表5中的数据示出了流入第一蒸馏塔的进料的组合物、流入第二蒸馏塔的进料组合物以及来自第二蒸馏塔的塔顶馏出物的最终蒸馏和收集的产物的组合物。
表5
PG=丙二醇
Et-Lev=乙酰丙酸乙酯
表5中的数据表明当从第二蒸馏塔底部净化底部的非蒸馏馏分时，乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的蒸馏组合物的最终纯度大于99%。实施例28和实施例29的进入第二蒸馏塔中的进料组合物中具有不可检测的丙二醇和小于1500ppm的乙酰丙酸乙酯。然而，将组合物蒸馏之后，乙酰丙酸乙酯增加10倍并且丙二醇增加超过1000倍。这表明，虽然仍然实现大于98%的纯度，但是实现纯度大于99%的工艺并不容易控制。
然而，在蒸馏期间净化第二蒸馏塔的残渣惊人地在最终蒸馏产物中产生相对于进料组合物的乙酰丙酸乙酯和丙二醇的极小增加。因此，这个工艺允许产生大于99%的纯乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮产物并允许更一致的工艺。
实施例34至实施例38
使用用于合成实施例7中所述的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法，例外的是，代替硫酸所使用的催化剂是量为50ppm至500ppm的CSA。反应进行至大于90%的转化率，并且根据以下细节纯化乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮。以下表6中示出实施例34至实施例38的组合物。
在70℃至110℃的温度下并以70lbs/小时至90lbs/小时的流率，向具有固体磷酸氢二钠的填充床中进料表6中示出的反应组合物(实施例35)。在90℃至110℃之间的温度下，将组合物以70lbs/小时至90lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。
使混合物回流入塔中并且在160℃至175℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。在140℃至160℃之间的温度下，将组合物以30lbs/小时至35lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是4mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在170℃至180℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中，蒸馏到塔顶并且在不锈钢容器中进行收集。以2lbs/小时至4lbs/小时的速率净化蒸馏塔的残渣。以下表6中示出的蒸馏产物的最终组合物。最终蒸馏产物的酸值是0.01。
实施例37以与实施例1相同的方式进行，例外的是，代替硫酸所使用的催化剂是量为50ppm至500ppm的CSA，并且在蒸馏之前使用具有磷酸氢二钠的填充床。酸值是0.01。
实施例38与实施例7相同。酸值是0.01。
实施例34和实施例36的组合物通过如实施例1和实施例7中所述的用于合成乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法来制备。反应进行至大于90%的转化率，并且如以下的详述纯化乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。向蒸馏塔的中间区进料表6中所示的反应组合物。
在90℃至110℃之间的温度下，将组合物以40lbs/小时至50lbs/小时的速率进料到第一蒸馏塔中。蒸馏塔上的塔顶真空是5mmHg至10mmHg。使混合物回流入塔中并且在150℃至160℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中。随后，在130℃至140℃之间的温度下，将组合物以30lbs/小时至35lbs/小时的速率进料到第二蒸馏塔中。塔上的塔顶真空是4mmHg至8mmHg。使混合物回流入塔中并且在170℃至180℃的温度下，再循环进入蒸馏塔底部的重沸器中，蒸馏到塔顶并且在不锈钢容器中进行收集。表6中示出的蒸馏产物的最终组合物。实施例34的最终产物的酸值是0.28。
实施例36的最终产物的酸值是0.24。
表6中的数据示出了流入第一蒸馏塔的进料组合物、流入第二蒸馏塔的进料组合物以及来自第二蒸馏塔的塔顶流出物的最终蒸馏和收集的产物的组合物。
表6中的数据表明，在蒸馏之前，使用樟脑磺酸和使用磷酸氢二钠或碳酸钡对最终缩酮产物的组合物起惊人的有利作用。最终缩酮产物显示起始物料(尤其乙酰丙酸乙酯)的较少重整。排除乙酰丙酸乙酯是有利的，因为已知它会引起颜色问题并且它对碱性或还原环境来说不是稳定的。还应注意，实施例35在第一蒸馏塔中除去了甘油，达到不可检测的水平。这是惊人的，因为已知甘油是在与乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮几乎一样的温度下发生蒸馏。
实施例39
实施例38按实施例39来重复，例外的是，使天然得到(经由甘油的氢解得到)的丙二醇与乙酰丙酸乙酯反应来产生乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。产物组合物类似于实施例38的产物组合物。
实施例40至实施例43
实施例40至实施例43举例说明了在缓冲系统中使用本发明的物质来提供稳定性。
实施例40：通过称重25毫克(mg)的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮，放入50克的缓冲溶液(柠檬酸盐缓冲液；pH5)中来制备在缓冲液中的根据实施例35制备的500ppm(以重量计算)的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮。溶液实质上是均质的。在超过10天的时期内，pH是稳定的。
实施例41：通过称重25mg的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮，放入50克的缓冲溶液(碳酸盐缓冲液；pH9)中来制备在缓冲液中的根据实施例35制备的500ppm(以重量计算)的乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮。溶液实质上是均质的。在超过10天的时期内，pH是稳定的。
通过制备柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠以及碳酸氢钠的0.1质量摩尔浓度(m)溶液来制备缓冲液。对柠檬酸盐缓冲液来说，称重30.5克的0.1m柠檬酸并且使其与100克0.1m柠檬酸钠混合达到pH5。对碳酸盐缓冲液来说，称重10克的0.1m碳酸钠并且使其与100克0.1m碳酸氢钠混合达到pH9。取决于缓冲溶液中试剂的比率，可将pH从更具酸性调节至更具碱性。
实施例42：通过称重25mg的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮，放入50克的缓冲溶液(柠檬酸盐缓冲液；pH5)中来制备在缓冲液中的根据实施例38制备的500ppm(以重量计算)的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。溶液实质上是均质的。在超过10天的时期内，pH是稳定的。
实施例43：通过称重25mg的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮，放入50克的缓冲溶液(碳酸盐缓冲液；pH9)中来制备在缓冲液中的根据实施例38制备的500ppm(以重量计算)的乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。溶液实质上是均质的。在超过10天的时期内，pH是稳定的。
实施例44
将根据实施例7制备的组合物8(767.21g)和10%钯碳(PdonCarbon)催化剂(0.7382g)加入1LParr反应容器中。用氮净化反应器。然后，将氢气加入反应容器中达到100psi的压力，并将温度设定成140℃。连续地搅拌反应器中的内含物，同时将140℃的温度和115psi-120psi的压力保持6小时。6小时之后，使反应混合物冷却至环境温度并且将压力平衡至大气压。过滤烧瓶的内含物来除去Pd催化剂。
从烧瓶中取出样品并且通过UV-VIS(用于分析吸收指数单位(IAU))、HPLC和GC-FID来分析。表8中示出最初组成和最终组成。
实施例45
将根据实施例7制备的组合物8(793.66g)和10%钯碳催化剂(0.0803g)加入1LParr反应容器中。通过用氮气净化来抽空出反应器中的氧，直到氧含量低于1%。然后，用氮气填充反应器至20psi，并且保持过夜来测试任何的漏泄。反应器证实保持压力之后，将氢气充入反应器中。再次检查可能存在的任何泄漏，之后继续反应。然后，将氢气加入反应容器中达到100psi的压力，并将温度设定成140℃。连续地搅拌反应器中的内含物，同时将140℃的温度和80psi-110psi的压力保持4小时。然后，将实施例45的内含物第二次置于氢化条件下。再次在与实施例45中所述的相同工艺下，测试反应器的由于压力下降的泄漏。反应器证实保持压力之后，将氢气充入反应器中，然后将氢气加入反应容器中达到100psi的压力，并将温度设定成140℃。连续地搅拌反应器中的内含物，同时将140℃的温度和80psi-110psi的压力保持3.25小时。3.25小时之后，使反应混合物冷却至环境温度并且将压力平衡至大气压。过滤烧瓶的内含物来除去Pd催化剂。从烧瓶中取出样品并且发现IAU从0.031变化至0.000。
实施例46至实施例50
根据实施例44中的程序执行类似的氢化反应。改变如温度、时间、压力、催化剂量以及氢化催化剂种类的反应条件，并且与HPLC和IAU结果一起列于表7中。
表7
实施例51
将Celite加入20mL注射器中直到注射器的5mL线。将注射器附接到0.4μm过滤器上。将根据实施例7制备的组合物8(5mL)加热至40℃，并且加至同一个20mL注射器的Celite顶部上。通过塑料注射器活塞将组合物8推过Celite垫，并且通过HPLC分析所过滤的液体。
实施例52
按照与实施例52相同的工艺，采用各种吸附剂和离子交换树脂来测试根据实施例7(实施例52至实施例58)制备的组合物8中的颜色体除去。表8列出HPLC结果。
表8
实施例59
将根据实施例7制备的组合物8(75mL)和家用漂白剂(40mL)加入250mL烧杯中并且在室温下混合。将内含物倒入分液漏斗中并且使其分离过夜。从分液漏斗中提取组合物8并进行分析。表9中列出HPLC和IAU结果。
表9
实施例60至实施例63
将根据实施例7制备的组合物8和0.2%Tinuvin833(一种UV稳定剂)加入玻璃小瓶中。将样品和稳定剂混合直到溶解在热板(hotplate)上。将含有样品和稳定剂的小瓶放入UV室中，所述UV室通向大气。记录随时间变化的IAU指数，并且在表10中给出。
表10
实施例64
将根据实施例8制备的组合物8加入250mL烧瓶中，所述烧瓶配备有搅拌棒、热电偶以及用于氮的进口和出口。通过用加热罩在65℃下，在氮净化下加热过夜来干燥内含物。从烧瓶中取出样品，并且使用KarlFischer分析来测量得到烧瓶中的水含量小于100ppm。然后，将温度设定成230℃并且保持恒定4小时。表11中示出IAU指数结果。
实施例65
将根据实施例7制备的组合物7加入250mL烧瓶中，所述烧瓶配备有搅拌棒、热电偶以及用于氮的进口和出口。通过用加热罩在65℃下，在氮净化下加热过夜来干燥内含物。从烧瓶中取出样品，并且使用KarlFischer分析测量得到烧瓶中的水含量小于100ppm。然后，将温度设定成230℃并且保持恒定4小时。
表11中示出IAU指数结果。
表11
本文使用的术语仅是用于描述具体的实施方案的目的并且不意图成为限制。如本文所使用，单数形式“一个”、“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文中另有清楚的指示。应进一步理解的是，在本说明书中使用术语“包含(comprises/comprising)”或“包括(includes/including)”时，所述术语指定了所叙述的特征、区域、整数、步骤、操作、要素和/或组分的存在，但并不排除一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其组群的存在或增加。指定相同组分或特性的所有范围的端点包括所述的端点并且可独立地组合。术语“包含”包括了过渡术语“由...组成”和“主要由...组成”。
除非另外定义，否则本文使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。
通过上述方法制备的化合物在实施方案中具有一种或多种异构体。在存在异构体的情况下，应理解的是，本发明涵盖形成其任何异构体的方法，所述异构体包括任何立体异构体、构象异构体和任何顺式异构体、反式异构体；其分离的异构体；以及其混合物。
使用标准命名来描述化合物。例如，没有被任何所指基团取代的任何位置应理解为，可通过如所指的键或氢原子来满足的其原子价。不是在两个字母或符号之间的破折号(“-”)是用于指示用于取代基的连接点。例如，-CHO是经由羰基的碳来连接。烷基可为直链或支链。在全篇说明书中，提及了各种二价基团。这类基团与类似命名的一价基团相同，但通常用前缀“亚”来指示。例如，C1至C6亚烷基是与C1至C6烷基具有相同结构的二价连接基。
所有引用的专利、专利申请以及其它参考文献的全部内容都以引用的方式并入本文。
虽然本发明已经参考示例性实施方案加以描述，但是本领域技术人员应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等效物替换相关要素。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可实施许多修改方案来使具体情况或物质适应本发明的教义。因此，意图不使本发明限于作为所涵盖的用于实施本发明的最佳模式来公开的具体实施方案，但是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (29)

1.一种用于制备乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法，所述方法包括：
使甘油与乙酰丙酸乙酯和酸催化剂在反应器中在反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮；
使所述产物经历酸除去塔以除去所述酸；
将所述产物在分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000百万分率的甘油；
使所述分馏物质再循环回到所述反应器；以及
在蒸馏条件蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和小于或等于1wt％的污染物；其中所述污染物包含以下一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的所述分子量大至少1.5倍。
2.一种用于制备乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的方法，所述方法包括：
使甘油、乙酰丙酸乙酯和樟脑磺酸在第一反应器中在第一组反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮；
将所述产物从所述第一反应器连续送至第二反应器，所述第二反应器在所述第一反应器的下游并且使所述产物经受第二组反应条件；
将所述产物从所述第二反应器连续送至第三反应器，所述第三反应器在所述第二反应器的下游并且使所述产物经受第三组反应条件；
之后，将所述产物在一组分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000百万分率的甘油，通过GC-FID来测量；以及
在蒸馏塔中在一组蒸馏条件下蒸馏所述产物，其中所得产物包含乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮和小于或等于1wt％的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：甘油、酸物质、乙酰丙酸乙酯、水或高分子副产物，所述高分子副产物的分子量比所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮的所述分子量大至少1.5倍。
3.一种用于制备乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的方法，所述方法包括：
使丙二醇与乙酰丙酸乙酯和酸催化剂在反应器中在反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮；
使所述产物经历酸除去塔以除去所述酸；
之后，将所述产物在分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000ppm的乙酰丙酸乙酯；
使所述分馏物质再循环回到所述反应器；以及
以及在蒸馏条件蒸馏所述产物，其中所得产物包含所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和小于或等于1wt％的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：丙二醇、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的所述分子量大至少1.1倍。
4.一种用于制备乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的方法，所述方法包括：
使丙二醇与乙酰丙酸乙酯和樟脑磺酸在第一反应器中在第一组反应条件下接触以便产生产物，所述产物包含乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮；
将所述产物从所述第一反应器连续送至第二反应器，所述第二反应器在所述第一反应器的下游并且使所述产物经受第二组反应条件；
将所述产物从所述第二反应器连续送至第三反应器，所述第三反应器在所述第二反应器的下游并且使所述产物经受第三组反应条件；
之后，将所述产物在一组分馏条件下分馏以便从所述产物分离出分馏物质直到所述产物包含小于1000百万分率的乙酰丙酸乙酯，通过GC-FID来测量；以及
在蒸馏塔中在一组蒸馏条件下蒸馏所述产物，其中所得产物包含所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮和小于或等于1wt％的污染物；其中所述污染物包含以下中的一种或多种：丙二醇、酸、乙酰丙酸乙酯、水或高分子量副产物，所述高分子量副产物的分子量比所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮的所述分子量大至少1.1倍。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述高分子量副产物是二聚体、三聚体或寡聚体中的一种或多种，所述二聚体、三聚体或寡聚体是通过乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮、乙酰丙酸乙酯、丙二醇、甘油和/或乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮的醛醇中的一种或多种之间的反应来产生，或通过乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与其自身的反应来产生。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述产物包含小于200ppm的水、小于20ppm的酸、小于或等于10,000ppm的甘油或丙二醇、小于或等于0.25wt％的由所述乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮的单体之间的反应获得的二聚体、小于或等于0.25wt％的由所述乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮与所述乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮的醛醇之间的反应获得的二聚体、小于或等于0.25wt％的由所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的二聚体、小于或等于0.1wt％的由所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮、乙酰丙酸乙酯与乙酰丙酸乙酯的甘油或丙二醇缩酮的醛醇之间的反应获得的三聚体，以及小于或等于0.10wt％的由所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮与乙酰丙酸乙酯之间的反应获得的三聚体，其中所述重量百分比都是以所述组合物的总重量计算。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述乙酰丙酸乙酯是以相对于所述甘油或丙二醇的化学计量过量加入所述反应器系统中。
8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中乙酰丙酸乙酯与丙二醇或甘油的摩尔比率介于5:1至1:5之间。
9.如权利要求1或3所述的方法，其中所述酸催化剂是樟脑磺酸。
10.如权利要求2或4所述的方法，其进一步包括使所述产物经历酸除去塔以便在所述分馏之前除去所述酸。
11.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其进一步包括净化所述蒸馏塔以便除去所述高分子量物质。
12.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应条件包括50℃与150℃之间的温度。
13.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述反应条件包括5毫米汞柱与760毫米汞柱之间的压力。
14.如权利要求1或3所述的方法，其中所述反应器包括多级反应器。
15.如权利要求14所述的方法，其中：
所述反应器包括第一反应器、第二反应器和第三反应器，其中甘油或丙二醇与乙酰丙酸乙酯反应；
第一蒸馏塔，其中所述分馏物质与所述产物分离；第二蒸馏塔，其中所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮与所述高分子量物质分离，其中所述第一反应器、所述第二反应器、所述第三反应器、所述第一蒸馏塔以及所述第二蒸馏塔彼此流体连通。
16.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中所述第一反应器、所述第二反应器、所述第三反应器、所述第一蒸馏塔以及所述第二蒸馏塔是串联的。
17.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中所述第一反应器、所述第二反应器、所述第三反应器、所述第一蒸馏塔或所述第二蒸馏塔是并联的。
18.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中所述分馏物质包含被再循环到所述第一反应器中的乙酰丙酸乙酯。
19.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中其进一步包括使产物通过具有无机碱或缓冲剂的床。
20.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中所述酸催化剂或所述樟脑磺酸存在于所述第一反应器、所述第二反应器或所述第三反应器中。
21.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中所述第一蒸馏塔或第二蒸馏塔被净化以便除去大致上全部的酸物质或所述高分子量物质。
22.如权利要求2、4和15中任一项所述的方法，其中在所述第一蒸馏塔或在所述第二蒸馏塔中进行蒸馏，以便从所述高分子量物质分离出所述乙酰丙酸乙酯的甘油缩酮或所述乙酰丙酸乙酯的丙二醇缩酮。
23.如权利要求1至4及15中任一项所述的方法，其进一步包括用分子筛、缓冲剂、碱或其任何组合来处理所述产物。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述碱是碳酸盐、胺、氢氧化物、磷酸盐或氧化物。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述缓冲剂包括无机盐的填充床。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述缓冲剂包含以下的溶液：柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙或包含前述缓冲剂中至少一种的组合。
27.如权利要求1至4、15、及24至26中任一项所述的方法，其进一步包括氢化所述产物。
28.如权利要求1、3、15、及24至26中任一项所述的方法，其中所述催化剂是多相催化剂。
29.如权利要求1、3、15、及24至26中任一项所述的方法，其中所述催化剂是均相催化剂。
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