CN104203890A

CN104203890A - 3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法

Info

Publication number: CN104203890A
Application number: CN201380015567.XA
Authority: CN
Inventors: 冈部史彦; 铃木雄高; 矢田和之
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-12-10
Also published as: CN109081773A; JPWO2013146390A1; WO2013146390A1; JP6097278B2

Abstract

本发明提供一种高选择率及高收率地制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的方法。具体而言，本发明提供一种3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法，其是在酸的存在下使选自3－甲基－3－丁烯－1－醇及3－甲基－2－丁烯－1－醇中的至少一种甲基丁烯醇与碳原子数为1～5的伯醇反应，来制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的方法，其特征在于，将反应混合液中的含水率控制在0.3质量%以下来进行反应。

Description

3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的制造方法

技术领域

本发明涉及作为医药、农药中间体、各种洗涤剂的原料等有用的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法。

背景技术

已知在3－甲基－3－丁烯－1－醇（以下，有时称为IPEA。）或3－甲基－2－丁烯－1－醇（以下，有时称为PNA。）与伯醇的反应中，通过在硫酸、磷酸、磺酸、阳离子系离子交换树脂等酸的存在下实施，能在抑制异构化反应、脱水反应、以及羟基向双键的加成反应等的同时制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇（参见专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭50－59309号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1中记载的方法中，虽然转化率高，但3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率不足，为了以更高收率得到3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇，存在进一步改良的余地。

因此，本发明的课题在于提供高选择率及高收率地制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的方法。

用于解决课题的手段

本发明人等进行了深入研究，结果发现，在酸存在下的IPEA或PNA与伯醇的反应中，由于副反应而生成水，若反应混合液中的含水率大于一定值，则3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率降低。基于上述见识，本发明人等发现，通过一边将反应混合液中的含水率控制在一定值以下一边进行反应，能解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明提供下述[1]～[4]。

[1]3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法，其是在酸的存在下使选自3－甲基－3－丁烯－1－醇及3－甲基－2－丁烯－1－醇中的至少一种甲基丁烯醇与碳原子数为1～5的伯醇反应，来制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的方法，其特征在于，将反应混合液中的含水率控制在0.3质量%以下来进行反应。

[2]上述[1]的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法，其中，上述碳原子数为1～5的伯醇为甲醇、乙醇或正丙醇。

[3]上述[1]或[2]的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法，其中，相对于选自3－甲基－3－丁烯－1－醇及3－甲基－2－丁烯－1－醇中的至少一种甲基丁烯醇1摩尔，上述碳原子数为1～5的伯醇的使用量为0.5～40摩尔。

[4]上述[1]～[3]中任一项的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法，其中，上述酸为选自天然沸石、合成沸石及酸性阳离子交换树脂中的至少一种固体酸。

发明效果

通过本发明，能以比以往更高的选择率及更高的收率制造3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇。

附图说明

[图1] 为实施例1中使用的反应装置的概略图。

具体实施方式

首先，在本说明书中，可以任选地采用优选的规定，可以将优选的规定之间的组合称为更优选。

[3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法]

本发明的特征在于，当在酸的存在下使选自3－甲基－3－丁烯－1－醇（IPEA）及3－甲基－2－丁烯－1－醇（PNA）中的至少一种的甲基丁烯醇与碳原子数为1～5的伯醇反应时，一边将反应混合液中的含水率控制在0.3质量%以下一边进行反应。

若将伯醇表示为R－CH₂OH（R表示氢原子或碳原子数为1～4的烷基。），则本发明的制造方法可用以下的化学反应式表示。

[化1]

（式中，由实线和虚线形成的2处碳－碳键表示某一方形成碳－碳双键。）。

（碳原子数为1～5的伯醇）

作为本发明的方法中使用的碳原子数为1～5的伯醇，可举出甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇等。其中，从3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率及收率的观点考虑，优选为甲醇、乙醇、正丙醇。需要说明的是，若使用仲醇（例如异丙醇）或叔醇来代替伯醇，则3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率及收率大幅降低。

相对于选自IPEA及PNA中的至少一种的甲基丁烯醇1摩尔，碳原子数为1～5的伯醇的使用量优选为0.5～40摩尔、更优选为0.7～30摩尔、进一步优选为0.8～25摩尔。尤其是，相对于选自IPEA及PNA中的至少一种的甲基丁烯醇1摩尔的碳原子数为1～5的伯醇的使用量的下限值，从转化率的观点考虑，在上述下限值的基础上，更优选为2摩尔、进一步优选为5摩尔。若使碳原子数为1～5的伯醇相对于IPEA、PNA为过量，则伯醇自身也作为溶剂发挥功能，变得不需要另外使用溶剂，能高效地进行反应，是优选的。

需要说明的是，本发明的方法中，也可使用溶剂。作为溶剂，可举出例如己烷、庚烷、辛烷等脂肪族烃；苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香族烃；乙醚、二丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷、1，2－二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲基醚（二甘醇二甲醚，diglyme）、三乙二醇二甲基醚（三甘醇二甲醚，triglyme）、四乙二醇二甲基醚（四甘醇二甲醚，tetraglyme）等醚等不会对本发明的反应造成不良影响的溶剂。溶剂可以单独使用1种，也可并用2种以上，当使用溶剂时，优选在充分进行脱水处理后使用。

（酸）

本发明的方法在酸的存在下进行。作为酸，优选为强酸或强酸生成物质，可举出例如硫酸、磷酸等无机酸；磺酸等的有机酸；天然沸石、合成沸石、酸性阳离子交换树脂等固体酸等。其中，从反应结束后的分离容易性的观点考虑，优选使用固体酸。

需要说明的是，作为合成沸石，可举出例如β型、A型、X型、Y型、L型、ZSM－5型、丝光沸石（mordenite）型、镁碱沸石（ferrierite）型等，没有特别限制。沸石可以是质子型（H型）或铵离子型（NH₄ ⁺型），也可以是被钠、钾等碱金属；镁、钙等碱土金属；铁等第8族金属；钴等第9族金属；镍等第10族金属等取代的“金属取代型”。

对于酸的使用量而言，当使用上述无机酸、有机酸时，使得反应混合液中的酸的浓度优选为0.01～40质量%、更优选为0.1～15质量%即可。需要说明的是，当使用上述固体酸时，优选用固定床进行反应，此时，如后所述，IPEA和/或PNA的LHSV（Liquid Hourly Space Velocity；液体空间速度；hr^-1）是重要的。另一方面，当使用固体酸，利用流化床、悬浮床或移动床进行反应时，相对于原料（IPEA和/或PNA）1质量份，固体酸的使用量优选为0.001～10质量份、更优选为0.01～3质量份。

在本发明的方法中，为了提高3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率及收率，将反应混合液中的含水率控制在0.3质量%以下是重要的。反应混合液中的含水率优选为0.25质量%以下、更优选为0.2质量%以下、进一步优选为0.15质量%以下。在本发明的方法中，通过将反应混合液中的含水率控制在上述范围内，可大幅改善3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率及收率。

需要说明的是，作为反应混合液中的含水率的下限值，当然优选为0质量%，但因为由于副反应而生成水，所以现实是不能是0质量%。因此，即使如上所述地控制含水率，作为该下限值，可以说优选为0.04质量%左右。

对于用于将反应混合液中的含水率控制在上述范围内的脱水方法没有特别限制，但可举出（1）使反应混合液与脱水剂接触的方法；（2）利用使用了聚酰亚胺膜、沸石膜等的膜分离法将反应混合液脱水的方法；（3）通过蒸馏将反应混合液脱水的方法；（4）选自上述（1）～（3）中的至少两种的组合等。

作为上述（1）的方法，有（1－1）在脱水剂的存在下进行反应的方法；及（1－2）从反应器中提取出与酸接触而进行了一部分反应的反应混合液，使其与脱水剂接触，然后将其返回的原来的反应器的方法。作为脱水剂，可优选使用例如分子筛（3A、4A、5A、13X）、氧化铝、氯化钙、硫酸钙、无水硫酸镁、无水硫酸钠、氢化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠等在液体的有机化合物或混合物的脱水中通常使用的脱水剂。

在上述（2）的膜分离法中，可利用如下的渗透汽化法（pervaporation）等进行分离：使液体混合物与分离膜的单侧（供给侧）接触，将相反侧（透过侧）减压，由此，使特定的液体（透过物质）汽化并将其分离。这样的膜分离法对于未能通过蒸馏简单地分离的共沸混合物的分离、相对挥发度小的沸点接近的混合物的分离是有效的。

在上述（3）的蒸馏中，有时水与伯醇等的分离不容易进行，因而，优选进行多级蒸馏。另外，优选并用上述（3）的方法、以及上述（1）的方法或（2）的方法。

需要说明的是，反应混合液中的含水率可通过卡尔费休水分测定仪测定。

实施本发明的方法时的反应温度通常优选为40～100℃、更优选为40～80℃。对于反应压力没有特别限制，通常，在常压下实施是简便的，因而优选。

对于本发明的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的制造方法的实施方式没有特别限制，例如，可应用分批方式、半连续方式、连续方式等公知的方法。以下，具体说明基于各方式的优选实施方式，但不特别地受这些实施方式的限制。

当利用分批方式实施本发明的方法时，例如，向反应器中装入全部的IPEA和/或PNA、伯醇、酸（优选为上述无机酸或有机酸）、脱水剂、以及根据需要的溶剂，加热至规定温度，进行搅拌。对于反应时间没有特别限制，但适当地利用气相色谱法等追踪IPEA、PNA的转化率，进行反应直到转化率成为优选55%以上、更优选60%以上、进一步优选70%以上、特别优选80%以上。

当利用半连续方式实施本发明的方法时，例如，向反应器中装入IPEA和/或PNA的至少一部分、伯醇的至少一部分、酸（优选为上述无机酸或有机酸）、脱水剂、以及根据需要的溶剂的至少一部分，一边在规定温度下进行搅拌来进行反应，一边连续地或间歇地向反应器中供给IPEA和/或PNA、伯醇及根据需要的溶剂。关于反应时间，可与上述分批方式的情况同样地说明。

需要说明的是，无论是分批方式还是半连续方式，均可随后追加脱水剂。

当利用连续方式实施本发明的方法时，例如，向带有护套（jacket）的管型反应装置中填充固体酸作为酸，与上述固体酸同时地添加脱水剂，或另行连接填充了脱水剂的管型反应装置。一边在上述护套中流动规定温度的热媒，一边以LHSV优选为0.1～70hr^-1、更优选为0.1～50hr^-1、进一步优选为1～50hr^-1的方式，使IPEA和/或PNA、与伯醇的混合液在上述填充了固体酸的管型反应装置流通，随后使其在填充了脱水剂的管型反应装置中流通，或者，使其在同时填充有固体酸及脱水剂的管型反应装置中流通。所述连续方式可利用“一次通过（one pass）式”来实施，也可利用“循环式”来实施，所述“一次通过式”是使IPEA和/或PNA、与伯醇的混合液在同时填充有固体酸及脱水剂的管型反应装置中仅流通1次，所述“循环式”是使在填充了固体酸的管型反应装置中流通接着在填充了脱水剂的管型反应装置中流通而得到的反应混合液的至少一部分或全部，再次在该管型反应装置中流通，根据需要重复进行上述操作。需要说明的是，当利用一次通过式来实施时，对于共同被填充在管型反应装置中的固体酸及脱水剂（优选为分子筛）而言，可以将两者混合，也可以是“固体酸层－脱水剂层－固体酸层－脱水剂层－……”方式的叠层状态。

当利用连续方式以一次通过式来进行本发明的方法时，从脱水效率、IPEA和/或PNA的转化率、3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率的观点考虑，IPEA和/或PNA与伯醇的混合液的LHSV优选为0.1～5hr^-1。另一方面，当以循环式进行时，从反应混合液中的含水率的控制、IPEA和/或PNA的转化率、3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率等的观点考虑，LHSV优选为3～70hr^-1、更优选为5～50hr^-1、进一步优选为10～50hr^-1、特别优选为20～40hr^-1。

在分批方式、半连续方式及连续方式中的任一方式中，均可采用上述的脱水方法来代替上述的使反应混合液与脱水剂接触的方法，也可既与脱水剂接触，又采用上述的脱水方法。

需要说明的是，若利用连续方式实施本发明的方法，则存在3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率提高的倾向。

反应结束后，可通过对得到的反应混合液应用公知的分离方法，来分离3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇。可通过对得到的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇进一步实施柱色谱法、蒸馏等纯化方法，来提高其纯度。

实施例

以下，利用实施例等具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。需要说明的是，各实施例中的气相色谱法测定条件如下所述。

（气相色谱法测定条件）

装置：GC－14B（株式会社岛津制作所制）

使用柱：G－300（内径1.2mm×长20m），化学物质评价研究机构公司制

分析条件：注入口温度240℃、检测器温度240℃

柱温：以5℃/分钟从80℃升温至230℃

检测器：氢焰离子化检测器（FID）。

＜实施例1＞连续方式（循环式），使用乙醇

如图1所示，向带护套的管型反应装置中，填充强酸性离子交换树脂“ダイヤイオン PK212LH”（三菱化学株式会社制）100mL（以下，称为固体酸层A），向另外的带有护套的管型反应装置中，填充分子筛3A 100mL（以下，称为脱水剂层），将两者连接。在向填充有强酸性离子交换树脂的管型反应装置的护套中流通50℃的温水（热媒），在填充有上述分子筛3A的管型反应装置的护套中流通约10℃的冷却水（冷媒）。

接着，以LHSV30hr^-1将预先使用分子筛3A脱水过的乙醇460g（9.99mol）及3－甲基－3－丁烯－1－醇（IPEA）86g（0.998mol）的混合液[乙醇/IPEA＝10（摩尔比）]依次供给至固体酸层A和脱水剂层，使用泵使通过固体酸层A和脱水剂层而得到的全部反应混合液再次以LHSV30hr^-1在该固体酸层A中随后在脱水剂层中流通而使其循环，一边循环一边进行反应。

利用气相色谱法分析进行10小时反应后的反应混合液，结果，IPEA的转化率为91.1%，3－乙氧基－3－甲基－1－丁醇的收率为62.9%。将结果示于表1。另外，每隔1小时，对通过脱水剂层，在用泵使其循环而再次供给至固体酸层A之前的反应混合液进行采样，用卡尔费休水分测定仪“AQV－7”（平沼产业株式会社制）分析反应混合液中的含水率，结果如表2所示，含水率一直在0.14质量%以下。需要说明的是，在后文中归纳记载了包括副产物在内的各产物的结构及选择率。

＜比较例1＞连续方式（循环式），使用乙醇，无脱水处理

在实施例1中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层A，除此之外，与实施例1同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表1。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.83质量%。需要说明的是，在后文中归纳记载了包括副产物在内的各产物选择率。

＜实施例2＞连续方式（循环式），使用乙醇

在实施例1中，将IPEA的使用量变更为43g（0.499mol）[乙醇/IPEA＝20（摩尔比）]，除此之外，与实施例1同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表1。另外，每隔1小时，用与实施例1同样的方法对反应混合液进行采样，分析了含水率，结果如表2所示，含水率一直为0.10质量%以下。需要说明的是，在后文中归纳记载了包括副产物在内的各产物选择率。

＜比较例2＞连续方式（循环式），使用乙醇，无脱水处理

在实施例2中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层A，除此之外，与实施例1同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表1。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.35质量%。需要说明的是，在后文中归纳记载了包括副产物在内的各产物选择率。

＜实施例3＞连续方式（循环式），使用甲醇

在实施例2中，使用甲醇320g（9.99mol）来代替乙醇460g（9.99mol），除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。在反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表1。

＜比较例3＞连续方式（循环式），使用甲醇，无脱水处理

在实施例3中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层A，除此之外，与实施例3同样地操作，进行了反应操作。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.36质量%。将结果示于表1。

＜实施例4＞连续方式（循环式），使用正丙醇

在实施例2中，使用了正丙醇600g（9.99mol）来代替乙醇460g（9.99mol），除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。在反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表1。

＜比较例4＞连续方式（循环式），使用正丙醇，无脱水处理

在实施例4中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层A，除此之外，与实施例1同样地操作，进行了反应操作。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.35质量%。将结果示于表1。

＜比较例5＞连续方式（循环式），使用异丙醇

在实施例2中，使用了异丙醇600g（9.99mol）来代替乙醇460g（9.99mol），除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。在反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表1。

由表1可知，当使用了作为仲醇的异丙醇来代替伯醇时，由将反应混合液中的含水率维持在0.3质量%以下带来的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率提高效果不能充分呈现。

[表1]

[表2]

*1：反应混合液中的含水率

*2：未测定。

[化2]

[化3]

＜比较例6＞连续方式（一次通过式），使用乙醇，无脱水处理

在实施例1中，不设置脱水剂层，仅使用固体酸层A，并且将LHSV改变为1.5hr^-1，使用仅流通1次的一次通过式来实施反应，除此之外，与实施例1同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表3。另外，将反应前的混合液、及反应结束后的反应混合液中的含水率示于表4。

＜比较例7＞连续方式（一次通过式2次），使用乙醇，不充分的脱水处理

在比较例6中，将LHSV改变为3.0hr^-1，向反应结束后得到的反应混合液中添加10质量%的分子筛3A，在0℃下静置4小时来进行脱水，以LHSV3.0hr^-1将所述反应混合液供给至固体酸层A，以一次通过式进行了反应。将结果示于表3。另外，利用卡尔费休水分测定仪分析了反应前及反应后的反应混合液中的含水率，将结果示于表4。

[表3]

[表4]

*1：反应混合液中的含水率。

由表3及表4可知，在不将含水率控制到0.3质量%以下的情况下，3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇的选择率及收率降低。

＜实施例5＞连续方式（循环式），使用PNA

在实施例2中，使用PNA43g（0.499mol）来代替IPEA43g（0.499mol）[乙醇/PNA＝20（摩尔比）]，除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。在反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表5。

＜比较例8＞连续方式（循环式），使用PNA，无脱水处理

在实施例5中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层A，除此之外，与实施例5同样地操作，进行了反应操作。10小时后的反应混合液中的含水率为0.36质量%。将结果示于表5。

[表5]

＜实施例6＞连续方式（循环式），使用乙醇、β型沸石

在实施例2中，使用粒状β型沸石“BEA－25”（ズードケミー触媒株式会社制）100mL来代替强酸性离子交换树脂“ダイヤイオンPK212LH”（以下，称为固体酸层B），将在该填充了粒状β型沸石的管型反应装置的护套中流通的温水（热媒）的温度设定为70℃，除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。在反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表6。

＜比较例9＞连续方式（循环式），使用乙醇、β型沸石，无脱水处理

在实施例6中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层B，除此之外，与实施例6同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表6。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.35质量%。

＜实施例7＞连续方式（循环式），使用乙醇、β型沸石

在实施例2中，使用粒状β型沸石“BEA－150”（ズードケミー触媒株式会社制）100mL来代替强酸性离子交换树脂“ダイヤイオンPK212LH”（以下，称为固体酸层C），将在该填充了β型沸石的管型反应装置的护套中流通的温水（热媒）的温度设定为70℃，除此之外，与实施例2同样地操作，进行了反应操作。反应中，反应混合液中的含水率一直为0.15质量%以下。将结果示于表6。

＜比较例10＞连续方式（循环式），使用乙醇、β型沸石，无脱水处理

在实施例7中，不设置脱水剂层，仅使用了固体酸层C，除此之外，与实施例7同样地操作，进行了反应操作。将结果示于表6。10小时反应后的反应混合液中的含水率为0.34质量%。

[表6]

工业适用性

通过本发明的方法得到的3－烷氧基－3－甲基－1－丁醇作为医药、农药中间体、各种洗涤剂的原料等有用。

附图标记说明

1 固体酸层

2 脱水剂层

3 泵。

Claims

1.3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的制造方法，其是在酸的存在下使选自3-甲基-3-丁烯-1-醇及3-甲基-2-丁烯-1-醇中的至少一种甲基丁烯醇与碳原子数为1～5的伯醇反应来制造3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的方法，其特征在于，将反应混合液中的含水率控制在0.3质量%以下来进行反应。

2.根据权利要求1所述的3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的制造方法，其中，所述碳原子数为1～5的伯醇是甲醇、乙醇或正丙醇。

3.根据权利要求1或2所述的3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的制造方法，其中，相对于选自3-甲基-3-丁烯-1-醇及3-甲基-2-丁烯-1-醇中的至少一种甲基丁烯醇1摩尔，所述碳原子数为1～5的伯醇的使用量为0.5～40摩尔。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的3-烷氧基-3-甲基-1-丁醇的制造方法，其中，所述酸是选自天然沸石、合成沸石及酸性阳离子交换树脂中的至少一种固体酸。