CN103304519A - 反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，特别是涉及一种以可回收套用的廉价的酰化剂和催化剂在惰性溶剂中反应制备高收率α-乙酰基-γ-丁内酯的方法。所述方法包括酰化反应、反应物料的分离、中和反应、脱溶及精馏处理、废溶剂的回收处理以及循环利用共6大步骤，成功的实现了物料的充分回收套用，避免了国内目前主流工艺中大量甲苯、乙酯、乙醇三元共沸废溶剂的产生，而且除反应过程中的少量损耗外，所有物料均能回收利用，极大地降低了环境污染，符合目前国家的产业政策，适宜工业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，特别是涉及一种以可回收套用的廉价的酰化剂和催化剂在惰性溶剂中反应制备高收率α-乙酰基-γ-丁内酯的方法。
背景技术
α-乙酰基-γ-丁内酯是重要的化工中间体，可以用来制备多种药物。其合成工艺路线主要可分为两种，以环氧乙烷，乙酰乙酸乙酯为起始原料的工艺路线和以γ-丁内酯，乙酸酯为起始原料的工艺路线。由于环氧乙烷是属于一级易燃易爆化学品，在储存运输环节和和生产环节都存在严重的安全隐患，所以国内生产企业均不采用这一工艺路线，而通常采用以γ-丁内酯，乙酸酯为起始原料的工艺路线。
现有技术中已知几种以γ-丁内酯，乙酸酯为起始原料的工艺路线方法：
在强碱（金属钠，金属钾，醇钠，氨基钠等）存在下，催化乙酸酯和γ-丁内酯进行酰化反应合成α-乙酰基-γ-丁内酯的反应路线最初由F,Korte等报道（Angewandte Chemie,71,1959,23,709-752）。以金属钠作为催化剂，催化乙酸酯和γ-丁内酯在甲苯溶剂存在下在100-105℃进行反应，如中国专利CN1548427报道，由于收率较好且成本较低，虽然有重大安全隐患（金属钠处理不当引发的爆炸或火灾事故），但是目前仍然是国内生产企业所采用的主要工艺路线。虽然有新的中国专利报道力图通过加入金属钠的方式和反应过程控制来降低这一工艺的安全隐患（例如中国专利CN 101768141A报道通过分批加入金属钠和CN20101053442.8报道通过一次性加入具有一定比表面积的金属钠），但是由于这一工艺路线必然要使用金属钠，从本质上而言并没有能够从根本上解决安全隐患的问题。中国专利CN 101092407B报道通过氟碱固相催化剂在气相催化乙酸乙酯和γ-丁内酯进行酰化反应合成α-乙酰基-γ-丁内酯，虽然解决了安全隐患，但由于能耗较大导致成本过高和产品品质问题，目前并没有生产企业采用。此外，目前采用金属钠作为催化剂的工艺，通常会有乙酸乙酯，乙醇和甲苯三元共沸的废溶剂产生。
另一方面，由醇钠催化乙酸酯和γ-丁内酯进行酰化反应合成α-乙酰基-γ-丁内酯的工艺路线由于不存在金属钠的安全隐患，文献报道也比较多。例如日本专利45/009538报道用丁醇钠催化乙酸丁酯和γ-丁内酯进行酰化反应，日本专利58/099473报道用甲醇钠催化乙酸乙酯和γ-丁内酯进行酰化反应，但由于其中使用高沸点溶剂，所述高沸点溶剂存在难以除去的问题，导致产品的收率较低，同时该专利并没有关注反应物料的回收，因此所述方法未能在工业上被大规模采用。美国专利US 5789603对这一工艺路线进行了改进，采用连续化反应和高压反应，在无其他溶剂的情况下，用碳1-4的醇钠催化碳1-4的醇的乙酸酯和γ-丁内酯进行酰化反应，第一次在使用醇钠法的情况下，将收率提高到90%左右而且产品纯度达到99%，使得醇钠法真正在工业意义上达到或超过金属钠法的成本，然而由于原料的醇及酯沸点低，需要后续的高压反应使反应进行完全，而且所用连续化反应器和高压反应器由于设备要求高，投资成本大，操作技术要求严格，故也不易在工业上广泛应用，同时该专利同样没有关注反应物料的回收利用。
综上，现有方法中虽然公开了以甲醇钠为催化剂制备α-乙酰基-γ-丁内酯，但存在着收率低和所用高沸点溶剂难以除去的问题或反应条件苛刻，设备要求高的问题，以及都没有关注反应物料的回收利用的问题，不适合工业化使用。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种在α-乙酰基-γ-丁内酯的生产中反应物料可以回收套用的新制备方法，该方法收率高，安全性好，无共沸废溶剂的产生，成本低，适合大规模工业化生产。
为达解决上述技术问题，本发明提供一种反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，反应式如下：
所述方法包括以下步骤：
步骤（1）：酰化反应：在反应釜中加入γ-丁内酯(I)、乙酸甲酯(II)、甲醇钠以及惰性溶剂，将反应物料缓慢升温至70-90℃，反应生成α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐和副产物甲醇，通过共沸蒸馏移除副产物甲醇，得到α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐；
所述惰性溶剂是与乙酸甲酯和甲醇不产生共沸的溶剂，选自二甲苯、乙苯、壬烷、癸烷、十一烷和三甲苯中的一种或多种，γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:2～8，所述γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1:1.1～2，所述γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:2～8；
步骤（2）：反应物料的分离：酰化反应至气相色谱检测反应物料中γ-丁内酯(I)的含量小于2%（质量百分数），停止加热，蒸出溶剂，其中蒸出的溶剂包括步骤（1）中过量的乙酸甲酯、副产物甲醇和少量惰性溶剂；
步骤（3）：中和反应：将步骤(2)所得的α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐用硫酸或磷酸调至pH为3-4的弱酸性状态，分离水相而得到α-乙酰基-γ-丁内酯的溶液；其中磷酸盐水相用惰性溶剂萃取，所述惰性溶剂采用步骤（1）所述的溶剂；
步骤（4）：脱溶及精馏处理：合并步骤(3)所得的有机相，蒸出溶剂，得到α-乙酰基-γ-丁内酯粗品，减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品；此处合并的有机相即为步骤3所述所有的有机相，中和反应得到有机相中含有惰性溶剂和目标产物，但还有一部分目标产物在磷酸盐水相中，使用惰性溶剂萃取的目的是将目标产物萃取出来，萃取后的有机相同中和反应产生的有机相里的成分是一致的，萃取合并有机相以提高粗品收率。
步骤（5）：废溶剂的回收处理：将反应完全后剩余的惰性溶剂、乙酸甲酯、副产物甲醇混合废溶剂合并，通过普通蒸馏分离出惰性溶剂，通过萃取精馏分离出过量的乙酸甲酯和副产物甲醇；
步骤（6）：循环利用：将步骤（5）回收获得的乙酸甲酯和惰性溶剂直接进入步骤（1）中循环利用，回收获得的甲醇用于制备甲醇钠重新进入步骤（1）。
优选地，步骤（1）中所使用的甲醇钠来源于成本低廉的甲醇氢氧化钠法制备得到；当采用由此种特定方法制得的甲醇钠时，利用上述步骤（6）所回收的甲醇通过甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，进而将所制得的甲醇钠作为步骤（1）的催化剂再次使用。
优选地，步骤（1）中的反应温度为74-86℃；
优选地，步骤（1）中的惰性溶剂为二甲苯或乙苯，最优选二甲苯；
优选地，步骤（1）中γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1:1.15～1.45，最优选1:1.25；
优选地，步骤（1）中γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:3～7，最优选1:6；
优选地，步骤（1）中γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:4～7，最优选为1:6；
可选地，所述步骤（1）中的乙酸甲酯为一次性投入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:2～8的乙酸甲酯；或者，乙酸甲酯也可以是分次投入，即指先投入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:1-3的量的乙酸甲酯，优选1:1-2，最优选1:2，共沸蒸馏至反应温度到达80～90℃时，再加入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:1-4的量的乙酸甲酯，优选1:1-2，最优选1:1。在酰化反应中，有一部分乙酸甲酯随着甲醇被带出来，为使反应充分，因此需要投入过量的乙酸甲酯，此时的投料方式即可以是一次性投入足够量的乙酸甲酯，也可以分次投入补加，但补加的效果较一次性投料好，投料量较少。
本发明还涉及由上述方法得到的α-乙酰基-γ-丁内酯产品。
在本发明的制备方法中加入惰性溶剂的目的是控制反应体系的回流温度以控制反应速度，并抑制反应杂质的生成。由于反应物乙酸甲酯的沸点低，酰化反应不能完全，引入二甲苯、乙苯等惰性溶剂后整个反应体系的沸点变高，从而使反应更加完全、充分。惰性溶剂用于控制反应体系的回流温度进而控制反应速度，其加入量即γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比并不是任意的，该摩尔比是通过分析产物的纯度和收率，经过长期试验得到的较佳的范围值。在上述摩尔比范围内，反应更加完全、充分，产物的纯度和收率较高，可最大程度降低生产成本。当γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比较小时，即惰性溶剂的添加量超出本发明的范围，产物的收率与纯度没有明显的提高，且体系的反应温度较其他反应温度高，易产生杂质使纯度降低，并且还会增大物料回收套用时的能耗，不利于工业化生产。当摩尔比较大，即惰性溶剂的添加量较小，反应不充分，收率低。
本发明成功的实现了物料的充分回收套用，避免了国内目前主流工艺中大量甲苯、乙酯、乙醇三元共沸废溶剂的产生，而且除反应过程中的少量损耗外，所有物料均能回收利用，极大地降低了环境污染。如：回收分离所得的惰性溶剂，可作为本发明的反应溶剂或萃取剂再次使用（回收率高达98%左右）；回收分离所得的过量乙酸甲酯（扣除反应消耗的部分后，回收率高达85%左右），其可作为本发明的酰化剂再次使用；回收分离所得的甲醇（回收率高达90%左右），可用于在以甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠时，作为本发明的催化剂再次使用。
在本发明的制备方法中甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，其成本低廉且避免了以金属钠为原料带来的安全问题。
本发明克服了现有技术以醇钠为催化剂收率低或反应要求苛刻，设备要求高等技术缺陷，采用以二甲苯、乙苯为代表的惰性溶剂控制反应体系的回流温度以控制反应速度，并抑制反应杂质的生成，通过共沸蒸馏移除反应所产生的甲醇使反应进行完全，提高了产物的收率和纯度；试验表明，在这类制备方法中加入惰性溶剂如二甲苯或乙苯确能提高产物的纯度，降低产物中杂质的含量。此外，由于反应物乙酸甲酯的沸点低，酰化反应不能完全，引入二甲苯、乙苯等惰性溶剂后整个反应体系的沸点变高，从而使反应更加完全、充分。
因此，与现有的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法相比，本发明还具有如下优点：
1.本发明采用甲醇钠作为催化剂，不会产生氢气，根本上解决了反应体系冲料、起火、爆炸等风险，且甲醇钠的原料价格相对其他醇盐更低。
2.采用乙酸甲酯作为酰化剂，是因为乙酸甲酯的原料价格更加便宜，且能回收利用，有利于降低生产成本，同时反应副产物为甲醇与用甲醇钠为催化剂反应后产生甲醇一致，有利于副产物甲醇分离回收利用，现有技术一般采用采用乙酸乙酯（其副产物为乙醇）等高沸点难回收的溶剂，且其副产物难以回收利用。
3.产物α-乙酰基-γ-丁内酯的产率可达80-85%，与现有技术相近，但纯度较现有技术高，高达99％以上；本发明制备方法的高纯度主要由于所采用的惰性溶剂易与反应副产物甲醇，酰化剂乙酸甲酯通过精馏分离，以此降低了纯化成本，提高了该工艺的收益率。
4.本发明的方法成功地实现了物料的充分回收套用，避免了国内目前主流工艺中大量甲苯、乙酯、乙醇三元共沸废溶剂的产生，该技术方法可以实现甲醇、乙酸甲酯、惰性溶剂的充分回收利用，同时中和反应产生的磷酸盐又是市场上大量需求的产品。因此，本发明不仅降低了生产成本，而且除反应过程中的少量损耗外，所有物料均能回收利用，极大地降低了环境污染，符合目前国家的产业政策，适宜工业化推广。
5.以价格低廉的甲醇钠、乙酸甲酯分别作为反应的催化剂和酰化剂，其副产物均为甲醇，有利于副产物的分离回收套用，在惰性溶剂中反应生成α-乙酰基-γ-丁内酯，所述反应体系稳定，且反应时间缩短，在普通反应釜内即可进行，不需要引入特定的设备或缓冲体系，且不存在安全问题，生产成本低，有利于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
将6kg（69.8mol）丁内酯,41.2kg（556.6mol）乙酸甲酯,30.9kg(291.5mol)二甲苯和5.3kg（97.4mol）甲醇钠在普通反应釜中一次性投入并混合搅拌，缓慢升温至74℃，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用10kg二甲苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到10.5kg的含量74%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率86.9%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.3kg（81.7%）；
纯度：99.1%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约81.3kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约40.3kg）和纯的二甲苯（40.1kg,回收率约98%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（30.6kg,扣除反应的部分，回收率为85%），纯的甲醇（4.51kg,加入反应生成的部分，回收率为90%），物料回收后贮存备用。
实施例2 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
甲醇钠的制备：将实施例1回收所得的4.51kg甲醇和1.13kg氢氧化钠采用工业上成熟的甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，反应后精馏脱水得到甲醇钠6.8kg，作为催化剂用于本实施例制备α-乙酰基-γ-丁内酯的制备。
α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
将6kg（69.8mol）丁内酯,10.3kg（139.2mol，原料源自实施例1回收所得）乙酸甲酯,30.9kg(291.5mol，原料源自实施例1回收所得)二甲苯和5.3kg（98.1mol）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至74℃，共沸蒸馏乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达85℃，再加入5.2kg（69.6mol，原料源自实施例1回收所得）乙酸甲酯,，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用10.0kg（其中9.2kg来自实施例一回收所得，新增0.8kg）二甲苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到11.0kg的含量74%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率91.0%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.69kg（86.1%）；
纯度：99.3%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约56.5kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约15.0kg）和纯的二甲苯（40.2kg,回收率约98%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（8.94kg,扣除反应的部分，回收率为86%），纯的甲醇（4.78kg,加入反应生成的部分，回收率为89%），物料回收后贮存备用。
实施例3 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
甲醇钠的制备：将实施例2回收所得的4.78kg甲醇和1.20kg氢氧化钠采用工业上成熟的甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，反应后精馏脱水得到甲醇钠7.2kg，作为催化剂用于本实施例制备α-乙酰基-γ-丁内酯的制备。
α-乙酰基-γ-丁内酯的制备：
将6kg（69.8mol）丁内酯，10.3kg（139.2mol，原料源自实施例1、实施例2回收所得）乙酸甲酯，30.9kg(291.5mol，源自实施例2回收所得)二甲苯和4.7kg（87.0mol）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至74℃，共沸蒸馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达85℃，再加入5.2kg（69.6mol，原料源自实施例1、实施例2回收所得）乙酸甲酯，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用10kg（其中9.3kg来自实施例2回收所得，新增0.7kg）二甲苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到10.6kg的含量76%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率90.1%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约56.2kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约14.6kg）和纯的二甲苯（40.1kg,回收率约98%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（8.75kg,扣除反应的部分，回收率为85%），纯的甲醇（4.51kg,加入反应生成的部分，回收率为90%）），物料回收后贮存备用
产量：7.5kg（84.0%）；
纯度：99.2%（GC）。
实施例4 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
甲醇钠的制备：将实施例3回收所得的4.51kg甲醇和1.13kg氢氧化钠采用工业上成熟的甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，反应后精馏脱水得到甲醇钠6.8kg，作为催化剂用于本实施例制备α-乙酰基-γ-丁内酯的制备。
α-乙酰基-γ-丁内酯的制备：
将6kg（69.8mol）丁内酯,5.2kg（69.6mol，原料源自实施例1、2、3回收所得）乙酸甲酯,30.9kg(291.5mol，原料源自实施例3回收所得)二甲苯和4.7kg（87.0mol）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至74℃，共沸蒸馏乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达85℃，再加入5.2kg（69.6mol，原料源自实施例1、2、3回收所得）乙酸甲酯,，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用10kg（其中9.2kg来自实施例3回收所得，新增0.8kg）二甲苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到10.2kg的含量76%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率86.3%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.2kg（80.6%）；
纯度：99.4%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约50.8kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约10.2kg）和纯的二甲苯（40.0kg,回收率约98%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（4.2kg,扣除反应的部分，回收率为81%），纯的甲醇（4.4kg,加入反应生成的部分，回收率为88%），物料回收后贮存备用。
实施例5 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
将6kg（69.8mol）丁内酯,10.3kg（139.2mol）乙酸甲酯,30.9kg(291.5mol)乙苯和4.7kg（87.0mol，来自于回收甲醇制备的氢氧化钠法）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至75℃，共沸蒸馏乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达86℃，再加入5.2kg（69.6mol）乙酸甲酯，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分惰性溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用用10kg乙苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到11.0kg的含量71%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率88.0%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.3kg（82.0%）；
纯度：99.1%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约56.0kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约14.9kg）和纯的乙苯（39.7kg,回收率约97%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（8.74kg,扣除反应的部分，回收率为85%），纯的甲醇（4.52kg,加入反应生成的部分，回收率为90%），物料回收后贮存备用。
实施例6 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
将6kg（69.8mol）丁内酯,10.3kg（139.2mol）乙酸甲酯,35.0kg(291.7mol)三甲苯和5.3kg（97.4mol，来自于回收甲醇制备的氢氧化钠法）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至76℃，共沸蒸馏乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达86℃，再加入5.2kg（69.6mol）乙酸甲酯，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用10kg三甲苯萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到10.2kg的含量76%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率87.5%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.2kg（81.0%）；
纯度：99.4%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约59.8kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约14.8kg）和纯的三甲苯（44.5kg,回收率约99%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（8.55kg,扣除反应的部分，回收率为83%），纯的甲醇（4.45kg,加入反应生成的部分，回收率为89%），物料回收后贮存备用。
实施例7 α-乙酰基-γ-丁内酯的制备
将6kg（69.8mol）丁内酯,10.3kg（139.2mol）乙酸甲酯,41.2kg(290.0mol)癸烷和5.3kg（97.4mol，来自于回收甲醇制备的氢氧化钠法）甲醇钠在普通反应釜中混合搅拌，缓慢升温至74℃，共沸蒸馏乙酸甲酯和甲醇混合物至反应温度到达86℃，再加入5.2kg（69.6mol）乙酸甲酯，保温回流至气相色谱检测原料丁内酯小于2%，停止加热，蒸出部分溶剂，用50%磷酸调节溶液PH值至3-4，分出有机相后，磷酸盐水相用用20kg癸烷萃取，合并有机相，蒸除溶剂后，得到10.4kg的含量75%的α-乙酰基-γ-丁内酯粗品（粗品收率87.5%），再经过减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品。
产量：7.3kg（82.0%）；
纯度：99.3%（GC）。
混合废溶剂的回收处理：所有溶剂合并(约75.7kg)后，通过普通蒸馏分离，得到乙酸甲酯和甲醇的混合物（约14.9kg）和纯的癸烷（58.1kg,回收率约95%）,乙酸甲酯和甲醇的混合物再经过萃取精馏后得到纯的乙酸甲酯（8.45kg,扣除反应的部分，回收率为82%），纯的甲醇（4.43kg,加入反应生成的部分，回收率为89%），物料回收后贮存备用。
本发明上述实施例以甲醇钠为催化剂，反应物中加入了不与其他反应物共沸的惰性溶剂二甲苯、乙苯、癸烷或三甲苯，使得产品α-乙酰基-γ-丁内酯的产率和纯度大大提高，惰性溶剂的加入量与反应体系的温度密切相关，进而影响反应产物的纯度。
从上述实施例1-7可以看出，在其它条件相同的情形下，惰性溶剂为二甲苯时，产物的收率最高；产物的收率也受乙酸甲酯以及甲醇钠的影响，随着γ-丁内酯同乙酸甲酯或甲醇钠的摩尔比的增大而提高，可见，在本申请中采用二甲苯作为惰性溶剂是最优选的；通过大量的实验对比以及从经济成本的角度上分析，本申请中乙酸甲酯在一次性投入时，γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:6时最优，在分次投入时1:3最优；投入的甲醇钠在γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1：1.25时最优。
此外，从实施例1和实施例2可以看出，在其它条件相同的情形下，分次加入乙酸甲酯的实施例2较一次加入乙酸甲酯的实施例1具有更高的收率，且加入乙酸甲酯的用量更少。
另外，在其他具体实施方式中，选用其它合适的醇钠和乙酸酯，使副产物单一，再选用合适的惰性溶剂，采用本发明的发明思路也可以达到本发明的效果。
对比试验
对比例1 除反应过程中不添加惰性溶剂二甲苯外，其余同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：4.38kg（49.1%）
纯度：97％
对比例2：除反应过程中所添加的惰性溶剂为庚烷外，其余同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：4.95kg（55.3%）
纯度：98.1％；
对比例3
除反应过程中所添加的惰性溶剂为甲基萘外，其余同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：5.37kg（60.1%）；
纯度：98.6%。
从对比例1-3可以看出，不添加惰性溶剂时，产物的收率最低，究其原因可能是不存在惰性溶剂时，体系回流温度低，反应转化率就会低，从而最终导致产物的收率降低；而添加其它惰性溶剂的对比例2和3则由于容易与其它组分产生共沸，为使得产物达到一定的纯度，因此需要经过多次精馏，故产物的收率都受到严重的影响。
此外，关于对比例的混合废溶剂的回收处理：对比例1的回收溶剂中不含惰性溶剂，所以通过萃取精馏即可分离；对比例2中的庚烷的沸点低，反应体系温度不够，反应不充分，收率低，且庚烷的沸点接近乙酸甲酯和甲醇，因此对比例2含有庚烷的混合废液容易共沸，不易分离；对比例3中，馏分中混有惰性溶剂甲基萘，需要多次精馏，收率低，甲基萘的回收率差。
对比例4：除反应过程中采用乙酸乙酯作为酰化剂外，其余原料和步骤同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：6.8kg（75.1%）；
纯度：99.0%。
在混合废溶剂的回收处理部分，由于所述溶剂中含有乙酸乙酯，乙酸甲酯，甲醇，乙醇，二甲苯共五种溶剂的混合物，无法分离，只能做废溶剂处理，无法回收利用。
同现有技术相比，本发明所用惰性溶剂与乙酸甲酯和甲醇通过普通蒸馏就可分离，乙酸甲酯和甲醇又可通过萃取精馏分离，因此所有有机溶剂可以完全回收套用，中和反应产生的钠盐也可回收再用，因此本发明方法安全性好，无共沸废溶剂的产生，且能回收再利用，对环境不会造成污染，生产成本低，适合大规模工业化生产。
对比例5，除反应过程中二甲苯的投料量为14.8kg（139.6mol），即γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:2，其余原料和步骤同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：6.35kg（71.1%）；
纯度：99.2%。
对比例6，除反应过程中二甲苯的投料量为74kg（698mol），即γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:10，其余原料和步骤同实施例1。结果表明，所制得的α-乙酰基-γ-丁内酯纯品如下：
产量：7.34kg（82%）；
纯度：98.7%。
从对比例5-6中可以看出，惰性溶剂的量对反应的收率和纯度具有较为明显的影响，对比实施例1与对比例5可以看出，当惰性溶剂的量不足时，体系的反应不够，反应不充分，收率低。对比实施例1与对比例6可以看出，当加入的惰性溶剂的量超出本发明的范围时，产物的收率与纯度没有明显的提高，并且加入了超过量的惰性溶剂增加了装料系数，产能降低，且体系的反应温度较其他反应温度高，易产生杂质使纯度降低，还增大了物料回收套用时的能耗，不利于工业化生产。
因此，加入惰性溶剂的摩尔量并不是任意的，本发明γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比取值是通过分析产物的纯度和收率，经过长期试验得到的较佳的范围值。在上述摩尔比范围内，反应更加完全、充分，产物的纯度和收率较高，可最大程度降低生产成本。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，反应式如下：
所述方法包括以下步骤：
（1）：酰化反应：在反应釜中加入γ-丁内酯(I)、乙酸甲酯(II)、甲醇钠以及惰性溶剂，将反应物料缓慢升温至70-90℃，反应生成α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐和副产物甲醇，通过共沸蒸馏移除副产物甲醇，得到α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐；
所述惰性溶剂是与乙酸甲酯和甲醇不产生共沸的溶剂，选自二甲苯、乙苯、壬烷、癸烷、十一烷和三甲苯中的一种或多种，γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:3～8，所述γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1:1.1～2，所述γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:2～8；
（2）：反应物料的分离：：酰化反应至气相色谱检测反应物料中γ-丁内酯(I)的含量小于2%，停止加热，蒸出溶剂，其中蒸出的溶剂包括步骤（1）中未反应的乙酸甲酯、副产物甲醇和少量惰性溶剂；
（3）：中和反应：将步骤(2)所得的α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐用硫酸或磷酸调至pH为3-4的弱酸性状态，分离水相而得到α-乙酰基-γ-丁内酯的溶液；其中磷酸盐水相用惰性溶剂萃取，所述惰性溶剂采用步骤（1）所述的溶剂；
（4）：脱溶及精馏处理：合并步骤(3)所得的有机相，蒸出溶剂，得到α-乙酰基-γ-丁内酯粗品，减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品；
（5）：废溶剂的回收处理：将反应完全后剩余的惰性溶剂、乙酸甲酯、副产物甲醇混合废溶剂合并，通过普通蒸馏分离出惰性溶剂，通过萃取精馏分离出过量的乙酸甲酯和副产物甲醇；
（6）：循环利用：将步骤（5）回收获得的乙酸甲酯和惰性溶剂直接进入步骤（1）中循环利用，回收获得的甲醇用于制备甲醇钠重新进入步骤（1）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的甲醇钠来源于成本低廉的甲醇氢氧化钠法制备得到；所述步骤（6）回收的甲醇通过甲醇氢氧化钠法制备甲醇钠，进而将所制得的甲醇钠作为步骤（1）的催化剂再次使用。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中将反应物料缓慢升温至74-86℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中的惰性溶剂为二甲苯或乙苯。
5.根据权利要求4所述的法，其特征在于：步骤（1）中的惰性溶剂为二甲苯。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1:1.15～1.45。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:3～7。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:4～7。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的乙酸甲酯为一次性投入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:2～8的乙酸甲酯；或者，乙酸甲酯是以如下方式分次投入的：先投入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:1-3的量的乙酸甲酯，共沸蒸馏至反应温度到达80～90℃时，再加入γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:1-4的量的乙酸甲酯。
10.权利要求1或2所述的方法得到的α-乙酰基-γ-丁内酯。
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