CN103508864B - 一种2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的制备方法 - Google Patents
一种2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种以3-甲基丁醛为原料,以氧化铝负载碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的固体碱为催化剂,制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法。本发明提供的方法,避免使用碱性水溶液,减少了碱性废水的处理和排放。所制备的固体碱催化剂具有较高的活性,能以较高的收率制得2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,并使产品的分离纯化更加简单。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及催化剂应用技术领域,具体涉及一种以氧化铝为载体,负载碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的固体碱催化剂在制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的应用。
背景技术
2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,是制备2-异丙基-2-异戊基-1,3-二羟基丙烷的中间体。2-异丙基-2-异戊基-1,3-二羟基丙烷,可作为燃料添加剂、溶剂、金属离子络合剂、以及用于制备Ziegler-Natta催化剂,应用在烯烃聚合反应,特别是丙烯聚合的反应中。
通常,2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛是用液体碱催化缩合3-甲基丁醛(异戊醛)制备的。例如,丁建平等人将异戊醛与7%的氢氧化钠水溶液混合,将反应温度控制在95-105℃,反应6小时后,得到2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛产物(化学试剂1986,8(5),262-265)。雒佳莉等人也对这种方法做了研究(日用化学工业,第40卷第1期,41-43,2010年2月)。这种方法还见诸于专利Ger.Offen.,19957522和Pol197573中。这种方法用了强碱性的氢氧化钠溶液,增加了对设备的腐蚀,并会产生大量的碱性废水。
中国专利CN91108297.2提出了用带有强碱性功能的离子交换树脂,催化缩合异戊醛制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法。这种方法反应不完全,产物中含有大量未反应的异戊醛原料和较多的残渣。
用固体碱催化醛类缩合的文献和专利报道很多。例如:US5,258,558将MgO/Al2O3固体碱用于催化醛类缩合反应,该方法合成的固体碱表面积超过250m2/g,有较低的Mg/Al原子比,用于正丁醛缩合制备2-乙基-2-己烯醛,有较高的产率和很好的选择性。US5,144,089公开了一种使用丁醛缩合制备2-乙基-2-己烯醛的方法,该方法采用Mg/Al摩尔比为1.5的MgO/Al2O3为催化剂,在温度为100-190℃的条件下,进行液相羟醛缩合,2-乙基-2-己烯醛的选择性可达83.13%。US5,254,743也是采用二价金属氧化物和三价金属氧化物进行缩合反应的。CN102019177涉及到了一种使用氧化钛-氧化铝复合氧化物或氧化锆-氧化铝复合氧化物为载体制得的固体碱,用于脂肪醛在液相条件下缩合生成不饱和醛。
有关使用固体碱催化剂催化3-甲基丁醛(异戊醛)制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法,未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种以固体碱为催化剂羟醛缩合制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法。
一方面,本发明提供一种羟醛缩合制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法,该方法是用一种负载型无机固体碱为催化剂,催化3-甲基丁醛(异戊醛)在液相条件下进行羟醛缩合反应,制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛。
该方法的反应步骤包括:
1)将3-甲基丁醛、催化剂和溶剂混合在一起,其中,所述催化剂的加入量,按质量百分含量为3-甲基丁醛的1-40%,溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳其中一种;
(2)将混合液加热进行羟醛缩合反应,其中,加热温度为20-90℃,反应时间为1-48小时;
(3)蒸馏得到产物2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛。
所述催化剂为以氧化铝为载体,负载碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的固体碱催化剂。
优选实施方案为所述固体碱催化剂的加入量,按质量百分含量为3-甲基丁醛的1-20%;所述溶剂为甲醇或乙醇;加热温度为60-90℃,反应时间为2-24小时。
所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。
所述碱金属碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾。
另一方面,本发明提供一种固体碱催化剂制备方法,催化剂载体为氧化铝,将负载的前驱体溶于水中,与氧化铝混合,经干燥和高温焙烧,得到碱金属的质量百分含量为1-50%的固体碱催化剂。优选碱金属的质量百分含量为4-40%的固体碱催化剂。
负载的前驱体物种可以是元素周期表IA中的碱金属的氢氧化物,如氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾,优选氢氧化钾;也可以是元素周期表IA中的碱金属的碳酸盐,如碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾,优选碳酸钾。
本发明提供的一种2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的制备方法与现有技术相比,具有以下优点:
1)本发明采用一种可循环使用的固体碱做催化剂,避免使用碱性水溶液,减少了碱性废水的处理和排放。
2)本发明的固体碱催化剂具有较高的活性,能提高3-甲基丁醛(异戊醛)原料的转化率和2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛产物的选择性,减少现有的离子树脂法产物中原料和残渣量较多的问题。
3)本发明提供的制备2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的方法,操作更加简便,产品的分离纯化更加简单。
具体实施方式
通过以下实施例说明本发明,实施例中收率的定义为实际得到的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛的生成量比完全反应生成的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛量,K%为固体碱催化剂中钾的质量百分含量。
实施例1:碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂的制备
按质量将1份碳酸钾溶于2份蒸馏水中,然后加入2份经550℃活化5小时的中性氧化铝,充分搅拌后静置24小时,然后于70℃下干燥24小时,将所得固体试样以5℃/分钟的速度加热到600℃,然后再恒温5小时,得到钾质量百分含量为18.8%的碳酸钾-氧化铝固体粉末状催化剂。
实施例2:碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂的制备
按质量将1份碳酸钾溶于56份蒸馏水中,然后加入56份经550℃活化5小时的中性氧化铝,充分搅拌后静置24小时,然后于70℃下干燥24小时,将所得固体试样以5℃/分钟的速度加热到600℃,然后再恒温5小时,得到钾质量百分含量为1%的碳酸钾-氧化铝固体粉末状催化剂。
实施例3:碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂的制备
按质量将1份碳酸钾溶于13份蒸馏水中,然后加入13份经550℃活化5小时的中性氧化铝,充分搅拌后静置24小时,然后于70℃下干燥24小时,将所得固体试样以5℃/分钟的速度加热到600℃,然后再恒温5小时,得到钾质量百分含量为4%的碳酸钾-氧化铝固体粉末状催化剂。
实施例4:碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂的制备
按质量将10份碳酸钾溶于20份蒸馏水中,然后加入4份经550℃活化5小时的中性氧化铝,充分搅拌后静置24小时,然后于70℃下干燥24小时,将所得固体试样以5℃/分钟的速度加热到600℃,然后再恒温5小时,得到钾质量百分含量为40%的碳酸钾-氧化铝固体粉末状催化剂。
实施例5:碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂的制备
按质量将9份碳酸钾溶于18份蒸馏水中,然后加入1份经550℃活化5小时的中性氧化铝,充分搅拌后静置24小时,然后于70℃下干燥24小时,将所得固体试样以5℃/分钟的速度加热到600℃,然后再恒温5小时,得到钾质量百分含量为50%的碳酸钾-氧化铝固体粉末状催化剂。
实施例6:利用催化剂合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛
在500ml三口瓶中,加入100g3-甲基丁醛(异戊醛)和100ml无水乙醇。搅拌混合液并缓慢加入12g实施例1制得的碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂(催化剂占3-甲基丁醛的质量百分含量为12%),然后逐渐加热至70℃,在此状态反应10小时,冷却至室温。旋转蒸发掉乙醇后真空蒸馏,得到83.0g2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,收率92.7%
实施例7-10:利用催化剂合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛
分别使用实施例2-5制得的碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂,按实施例6的方法合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,催化剂的加入量及产物的收率见下表:
实施例 | K% | 固体碱加入量g | 占3-甲基丁醛的质量百分含量% | 收率% |
7 | 1 | 40 | 40 | 85.3 |
8 | 4 | 40 | 40 | 90.4 |
9 | 40 | 5.64 | 5.65 | 91.9 |
10 | 50 | 4.4 | 4.4 | 91.7 |
实施例11-13:利用催化剂合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛
使用实施例1制得的碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂,按实施例6的方法合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,催化剂的加入量及产物的收率见下表:
实施例 | 固体碱加入量g | 占3-甲基丁醛的质量百分含量% | 收率% |
11 | 1 | 1 | 65.2 |
12 | 20 | 20 | 92.9 |
13 | 40 | 40 | 93.1 |
实施例14-21:利用催化剂合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛
使用实施例1制得的碳酸钾-氧化铝固体碱催化剂,按实施例6的方法合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,反应温度、反应时间及产物的收率见下表:
实施例 | 反应温度℃ | 反应时间h | 收率% |
14 | 70 | 1 | 72.1 |
15 | 70 | 2 | 74.5 |
16 | 70 | 24 | 92.8 |
17 | 70 | 48 | 92.8 |
18 | 20 | 10 | 73.5 |
19 | 60 | 10 | 84.3 |
20 | 80 | 10 | 92.9 |
21 | 90 | 10 | 91.3 |
实施例22-25:固体碱催化剂的制备
按实施例1的方法,分别将氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠负载到氧化铝上,得到催化剂的碱金属含量如下表所示:
实施例 | 碱金属 | 碱金属含量% |
22 | 锂 | 10.2 |
23 | 钠 | 11.5 |
24 | 钾 | 13.9 |
25 | 钠 | 14.5 |
实施例26-29:利用催化剂合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛
分别使用实施例22-25制得的固体碱催化剂,按实施例6的方法合成2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛,催化剂的加入量及产物的收率见下表:
实施例 | 碱金属 | 碱金属含量% | 固体碱加入量g | 收率% |
26 | 锂 | 10.2 | 11 | 72.1 |
27 | 钠 | 11.5 | 10 | 89.2 |
28 | 钾 | 13.9 | 8 | 76.9 |
29 | 钠 | 14.5 | 8 | 89.3 |
Claims (6)
1.一种2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,包括如下步骤:
(1)将3-甲基丁醛、催化剂和溶剂混合在一起,其中,所述催化剂的加入量,按质量百分含量为3-甲基丁醛的1-40%,溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳其中一种;
(2)将混合液加热进行羟醛缩合反应,其中,加热温度为20-90℃,反应时间为1-48小时;
(3)蒸馏得到产物2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛;
所述催化剂为以氧化铝为载体,负载碱金属氢氧化物的固体碱催化剂。
2.根据权利要求1所述的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,其特征在于,所述固体碱催化剂的加入量,按质量百分含量为3-甲基丁醛的1-20%。
3.根据权利要求1所述的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,其特征在于,所述加热温度为60-90℃,所述反应时间为2-24小时。
4.根据权利要求1所述的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,其特征在于,所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或者氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,其特征在于,固体碱催化剂制备方法如下,催化剂载体为氧化铝,将碱金属氢氧化物溶于水中,与所述氧化铝混合,经干燥和高温焙烧,得到碱金属的质量百分含量为1-50%的固体碱催化剂。
6.根据权利要求5所述的2-异丙基-5-甲基-2-己烯醛制备方法,其特征在于,所述固体碱催化剂中,碱金属的质量百分含量为4-40%。
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