CN104447281A - 由生物基原材料制备丙烯酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由生物基原材料,例如乙醇制备丙烯酸的方法,其一个实施方案包括:在氧化铝的存在下加热乙醇以获得乙烯气体;选择性地在催化剂的存在下,羟基羰基化乙烯气体,以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。该丙烯酸合成法简单、相对高产量。

Description

由生物基原材料制备丙烯酸的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月16日提交的美国临时申请序列号61/878,493的优先权益,其内容据此整体并入本文。
技术领域
本发明的实施方案涉及由生物基原材料制备丙烯酸的方法。
背景技术
丙烯酸是容易聚合形成丙烯酸树脂的材料。丙烯酸也可经酯化形成丙烯酸酯。丙烯酸和丙烯酸酯自身聚合,并且还根据特定最终用途的需要,与其他共聚单体例如丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯基、苯乙烯和丁二烯结合以产生聚合物。丙烯酸聚丙烯酸酯均聚物用于生产高吸水性聚合物(SAP)、增稠剂、洗涤剂和分散剂,而丙烯酸杂聚物用于生产各种塑料、涂层、粘合剂、弹性体、抛光剂和油漆。
自然资源供应减少、石油成本上涨、对温室气体排放和工业化学品未来可用性的担忧及对更环保的产品的消费需求已经引起从生产源自石油来源的化学品到源自可持续材料,尤其是生物基材料的化学品的转变。然而,在开发生物基材料中存在挑战,包括:1)原材料供应充足;2)有竞争力的生产工艺;和3)业界认可更少量的替代品。尽管有这些挑战,仍需要且期望商业上适合的生物基化学品。具体地讲,UV/EB可固化行业将受益于此类材料的可用性。
而且,制备生物基工业化学品的传统方法已经需要具有多个步骤的复杂工艺,这增加了获得此类材料的时间和成本。例如,生产生物基1,3-丙二醇-在多个行业具有许多用途的有机化合物-至少需要下列工艺步骤:微孔过滤和超滤、离子交换、闪蒸和蒸馏。因此,仍然需要生产高产量的生物基工业化学品的有效且有成本效益的工艺。本发明的实施方案就针对这些和其他目的。
发明内容
在一些实施方案中,本发明提供了简单、相对高产量的丙烯酸合成法,包括:在氧化铝的存在下加热乙醇以获得乙烯气体;选择性地在催化剂的存在下,羟基羰基化乙烯气体,以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,本发明提供了简单、相对高产量的丙烯酸合成法,包括:在催化剂的存在下,羰基化乙醇以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。
具体实施方式
在一些实施方案中,本发明提供了简单、相对高产量的丙烯酸合成法,包括:在无机酸的存在下加热乙醇以获得乙烯;选择性地在催化剂的存在下羰基化乙烯以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,用选自由氟(F2)、氯(Cl2)、溴(Br2)和碘(I2)组成的组的同核双原子卤素分子卤化丙酸。
在一些实施方案中,无机酸选自氧化酸组成的组:磷酸、硝酸和硫酸少许。在一些实施方案中,将乙醇加热至约40℃-120℃。在一些实施方案中,将乙醇加热至低于约120℃。在一些实施方案中,将乙醇加热至约70℃。
在一些实施方案中,在含水介质中进行乙烯的羟基羰基化。在一些实施方案中,在催化剂的存在下进行乙烯的羰基化。在一些实施方案中,催化剂为金属羰基催化剂。在一些实施方案中,催化剂为羰基镍催化剂,或其中金属为周期表上4-12族的另一种金属羰基催化剂。
在一些实施方案中,本发明提供了简单、相对高产量的丙烯酸合成法,包括:在催化剂的存在下羰基化乙醇以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,本发明的方法按照下述方案I:
其中R为选自由氟、氯、溴和碘组成的组的卤素原子。
在一些实施方案中,本发明提供了简单、相对高产量的丙烯酸合成法,包括:在催化剂的存在下羰基化乙醇以获得丙酸;卤化丙酸以获得卤代丙酸;并且在无机碱的存在下加热卤代丙酸以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,乙醇为发酵工艺的产物。
在一些实施方案中,在金属羰基催化剂的存在下羰基化乙醇。在一些实施方案中,在羰基镍催化剂的存在下羰基化乙醇。
在一些实施方案中,所述方法包括在酸酐(例如,乙酸酐)的存在下,在约50℃和约140℃之间,在搅拌反应混合物的同时用其80-90%摩尔当量的卤素处理丙酸。在一些实施方案中,使用缓慢卤素进料,范围为每分钟卤素总反应重量的0.1-0.5%重量进入丙酸,直至添加了理论总量的90%的卤素以制成单卤代丙酸。然后分级蒸馏并收集卤代丙酸。
在一些实施方案中,卤代丙酸可能包括2-氟丙酸、3-氟丙酸、2-氯丙酸、3-氯丙酸、2-溴丙酸、3-溴丙酸、2-碘丙酸、3-碘丙酸及其混合物。
在一些实施方案中,卤代丙酸为2-氯丙酸和3-氯丙酸的混合物。在一些实施方案中,卤代丙酸为3-氯丙酸。
在一些实施方案中,在无机碱的存在下将卤代丙酸加热至不超过约80℃的温度。在一些实施方案中,在无机碱的存在下将卤代丙酸加热至不超过约75℃的温度。在一些实施方案中,无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。在一些实施方案中,无机碱为氢氧化钾。
在一些实施方案中,本发明的方法按照下述方案II:
在一些实施方案中,所述方法进一步包括搅拌无机碱和卤代丙酸的混合物。在一些实施方案中,混合无机碱和卤代丙酸的混合物约60分钟。
在一些实施方案中,所述方法进一步包括向卤代丙酸和氢氧化钾的混合物添加无机酸。在一些实施方案中,混合物为溶液。在一些实施方案中,按足以酸化溶液的量添加无机酸。
在一些实施方案中,所述方法进一步包括加热酸化溶液。在一些实施方案中,将酸化溶液加热至约100℃。在一些实施方案中,加热酸化溶液直至蒸馏出水。
在一些实施方案中,所述方法进一步包括收集蒸馏出的水的步骤。
一些实施方案进一步包括添加4-甲氧基苯酚的步骤。在一些实施方案中,4-甲氧基苯酚抑制聚合。
一些实施方案进一步包括加热溶液至足以蒸馏出丙烯酸的温度的步骤。一些实施方案进一步包括加热溶液至约140℃的步骤。一些实施方案进一步包括回收丙烯酸的步骤。
一些实施方案进一步包括纯化丙烯酸的步骤。在一些实施方案中,通过真空蒸馏进行纯化。在一些实施方案中,真空蒸馏降低了用于蒸馏的温度。在一些实施方案中,通过溶剂萃取,接着通过蒸馏进行纯化。
在一些实施方案中,混合盐泥。在一些实施方案中,混合盐泥提高了产量。在一些实施方案中,产量介于70和80%之间。
在一些实施方案中,丙烯酸的纯度为至少90%。在一些实施方案中,丙烯酸的纯度介于90和95%之间。在一些实施方案中,丙烯酸的纯度高于95%。
在一些实施方案中,本发明的方法包括下列步骤:
(a)提供源自发酵工艺的一种形式的乙醇;
(b)在金属催化剂的存在下羰基化乙醇以获得丙酸;
(c)卤化丙酸以获得包含3-卤代丙酸和2-卤代丙酸的混合物;和
(d)在无机碱的存在下加热包含3-卤代丙酸和2-卤代丙酸的混合物以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,在酸酐(例如,乙酸酐)的存在下进行步骤(c)。
在一些实施方案中,本发明的方法按照下述方案III:
其中R为选自由氟、氯、溴和碘组成的组的卤素原子。
在一些实施方案中,本发明的方法包括下列步骤:
(e)提供源自发酵工艺的一种形式的乙醇;
(f)在金属催化剂的存在下羰基化乙醇以获得丙酸;
(g)卤化丙酸以获得包含3-氯丙酸和2-氯丙酸的混合物;和
(h)在无机碱的存在下加热包含3-卤代丙酸和2-卤代丙酸的混合物以获得丙烯酸。
在一些实施方案中,在酸酐(例如,乙酸酐)的存在下进行步骤(g)。
在一些实施方案中,本发明的方法按照下述方案IV:
将通过具体实施例更加详细地描述本发明。提供下列实施例是为了说明的目的并非旨在以任何方式限制本发明。本领域的技术人员将容易认识到可改变或修改以产生基本上相同的结果的多个非关键性参数。
实施例
实施例1
将五十(50)克3-氯丙酸添加到三颈圆底烧瓶中并加热直至其达到60℃。将三十一(31)克氢氧化钾添加到装有五十(50)mL水的烧杯中并搅拌混合物直至氢氧化钾溶解。将氢氧化钾稀释液缓慢添加到装有3-氯丙酸的三颈圆底烧瓶中,以致温度从未超过80℃。搅拌氢氧化钾和3-氯丙酸的混合物约1小时。向反应混合物中缓慢添加磷酸以酸化溶液。逐渐增加热量,直至水在100℃左右蒸馏出来,并收集水。将0.005克4-甲氧基苯酚添加到新的烧瓶中以收集丙烯酸。逐渐加热新烧瓶的内容物,直至丙烯酸在139℃左右蒸馏出来并且收集丙烯酸。
旨在该专利文件中提到的任何专利、专利申请或印刷出版物,包括书籍,据此通过引用整体并入。
正如本领域的技术人员将意识到的,在不背离本发明精神的前提下,可对本文所述的实施方案做许多改变和修改。旨在所有此类变化均属于本发明范围之内。

Claims (21)

1.一种制备丙烯酸的方法,包括下列步骤:
(a)提供乙醇源;
(b)在金属催化剂的存在下羰基化所述乙醇以获得丙酸;
(c)卤化所述丙酸以获得卤代丙酸;
(d)在无机碱的存在下加热所述卤代丙酸;和
(e)回收丙烯酸。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述金属催化剂为金属羰基催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述金属催化剂为羰基镍催化剂。
4.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述卤代丙酸为氯代丙酸。
5.根据权利要求4所述的方法,其中步骤(c)的所述氯代丙酸产物包括3-氯代丙酸和2-氯代丙酸的混合物。
6.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述无机碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
7.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述无机碱为氢氧化钾。
8.根据前述任何权利要求所述的方法,其中将所述卤代丙酸加热至不超过约80℃的温度。
9.根据权利要求8所述的方法,其中按足以将反应混合物的温度维持在80℃或以下的速率,向所述卤代丙酸中添加所述无机碱。
10.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述方法进一步包括酸化所述卤代丙酸和无机碱的溶液。
11.根据权利要求10所述的方法,其中用无机酸酸化所述卤代丙酸和无机碱的溶液。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述无机酸为磷酸。
13.根据权利要求10至12所述的方法,其中将所述酸化溶液加热至约100℃的温度以蒸馏出水。
14.根据权利要求13所述的方法,进一步包括回收所述水的步骤。
15.根据前述任何权利要求所述的方法,其中通过蒸馏回收所述丙烯酸。
16.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述乙醇为发酵工艺的产物。
17.根据前述任何权利要求所述的方法,其中所述丙烯酸的纯度为90%或更高。
18.根据权利要求1所述的方法,进一步包括酯化所述丙烯酸以获得丙烯酸酯的步骤。
19.一种用于基底的涂层,其包括根据前述任何权利要求所述的方法的产物。
20.一种用于基底的涂层,其包括根据权利要求18所述的方法的产物。
21.根据权利要求19或20所述的涂层,其中所述基底为地板产品。
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