CN104744211A - 一种炔醇的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炔醇的制备方法，包括如下步骤：（1）向金属试剂中通入乙炔进行金属交换反应，反应结束后，控制乙炔压力为0.3～1.5MPa进行单边化反应，通过在线红外的监控得到单边乙炔化物；（2）保持乙炔压力为0.3～1.5MPa，向步骤在（1）得到的单边乙炔化物中加入羰基化合物进行加成反应，反应完全后，经过水解得到所述的炔醇。该制备方法中，使乙炔压力保持在合适的范围之内，既可以单边化反应中单乙炔化物的比例，又能进一步提高最终得到的炔醇的收率。

Description

一种炔醇的制备方法

技术领域

本发明属于化工中间体制备领域，具体涉及一种炔醇的制备方法。

背景技术

羰基的乙炔化过程在很早就有研究，在1947年US2425201专利中就描述了使用金属钙在液氨中和乙炔形成乙炔基钙，得到的乙炔基钙再与羰基化合物反应，水解后得到炔醇化合物。之后发现很多碱金属都能够在液氨中形成乙炔化物，并能够和羰基类化合物形成炔醇。但是，对于不饱和的羰基化合物，如：甲基乙烯基酮在液氨的碱性环境下很容易聚合而导致收率大幅下降。

在1976的Roche公司在US3985817还发明了使用镁、钠的氨基化物进行取代的反应。该反应使用的镁和钠比较便宜，但是反应较慢，收率偏低，仍然难以避免低温过程和液氨溶剂的使用。

在1982年公开的专利US4320236中，Roche公司在乙炔化金属物形成后，进行了溶剂替换，之后再进行羰基化物的加入过程，从而大幅提高了炔醇的收率。该文献还指出乙炔化锂的稳定性是该反应的决速步骤，其络合氨的数量直接决定了该反应过程收率。但是该方法需要使用低于-40℃的低温过程，能耗较高，且锂的价格也较昂贵。

在1997年公开的专利US5689017中，BASF公司使用了压力反应过程，对US4320236的金属炔锂过程进行改进，使得在0℃左右完成了炔化过程。该待压过程还大幅提高了乙炔的利用率，最终使得反应对甲乙酮的收率提高至87%，对乙炔提至85%左右。

在2005年公开的US200527296中，BASF公司使用锂在呋喃的格氏进行乙炔化，但是收率均不高。而且使用了昂贵的金属锂作为原料。也有日本文献指出使用镁和格氏转移方法制备单乙炔镁化合物进行加成的方法，但是存在收率较低，单取代物难以稳定存在等难以克服的缺点。

与此同时，羰基化物的炔醇形成过程，还可以使用碱性环境下的乙炔直接加成而形成，与此相关的专利如早期Roche的US4147886中直接使用氢氧化钾的乙炔化物和烯酮进行加成之后水解成炔醇化合物。在之后的专利如2007年的US6949685以及2009年的US7638658中只是将其使用的碱更替为碱性树脂等物质，也有把该反应变做压力下反应的专利,使用乙炔在氨里直接溶解，通过碱性催化剂后直接和酮类化合物加成之后水解形成炔醇产物。

发明内容

本发明提供了一种炔醇的制备方法，该制备方法大大提高了炔醇的转化率和选择性。

一种炔醇的制备方法，包括如下步骤：

（1）卤代烃和金属在溶剂中进行格氏反应得到金属试剂；

所述的卤代烃的结构为R¹X，所述的金属为Mg或Zn，所述的金属试剂的结构为R¹MX；

其中，R¹为C₁～C₅烷基或者C₁～C₅烯基，M为Mg或Zn，X为Cl，Br或I；

（2）向步骤（1）得到的金属试剂中通入乙炔进行金属交换反应，反应结束后，控制乙炔压力为0.3～1.5MPa进行单边化反应，得到单边乙炔化物；

（3）保持乙炔压力为0.3～1.5MPa，向步骤（2）得到的单边乙炔化物中加入羰基化合物进行加成反应，反应完全后，经过水解反应得到所述的炔醇；

所述的炔醇的结构如式（Ⅰ）所示：

所述的羰基化合物的结构如式（II）所示：

式(II)中，R²和R³为H、C₁～C₅烷基或者C₁～C₅烯基。

乙炔与金属试剂交换形成的格氏试剂，由于其较难形成单边乙炔化物，使得其在羰基的炔醇化过程中收率过低，鲜有人研究。我们发现卤代烷或者卤代烯烃的格氏试剂与乙炔进行交换后形成的双边乙炔化物，在压力下和乙炔可以进行再次的反应，形成单边乙炔化合物，单边化反应的反应式如下：

在后续的单边乙炔化物与羰基化合物的反应中，一直保持在一定的乙炔压力下进行，能够大大提高反应的收率；而且随着压力的升高到一定值（0.3MPa）时，产物收率明显提高。

作为优选，步骤（1）中，所述的溶剂为乙醚、四氢呋喃、烷基四氢呋喃或者二氧六环，所述的烷基四氢呋喃优选为2-甲基四氢呋喃，该溶剂也一直作为后续反应的溶剂；作为进一步的优选，所述的溶剂为乙醚。采用乙醚作为溶剂时，各步的转化率都较高，并且最后直接用乙醚萃取，操作简便。

作为优选，步骤（2）中，所述的金属试剂为乙基溴化镁、乙烯基溴化镁或者乙基氯化镁，采用这些金属试剂的时候，价格便宜，并且与乙炔的交换效率高。

在金属试剂和乙炔交换过程可以使用少量压力，也可以使用常压，金属试剂形成过程中的副产物，可以通过排空、冷凝等手段回收和做其他用途，交换后产物为和单边乙炔化合物的混合物或者双边乙炔化物。

步骤（2）中，所述的单边化反应的温度可以是-70～100℃，甚至更高。作为优选，步骤（2）中，所述的金属交换反应和单边化反应的温度为-30～25℃；最优选为-10～5℃。

作为优选，所述的加成反应的温度为-30～25℃。

作为优选，水解反应所用的试剂为5～15%的硫酸，水解反应的温度为0～5℃。

作为优选，步骤（3）中的羰基化合物为丙酮，步骤（3）中的乙炔压力为0.3～0.5MPa。使用丙酮时，该压力下，能够获得较高的收率和选择性。

作为优选，步骤（3）中的羰基化合物为甲基乙烯基酮；步骤（3）中的乙炔压力为0.2～1MPa，使用甲基乙烯基酮时，该压力下，能够获得较高的收率和选择性，得到的产物异烯炔醇（3-pentol）是维生素A生产过程中的重要中间体。

所述的异烯炔醇的结构如式（Ⅲ）所示：

当原料为甲基乙烯基酮时，上述反应过程可以实现连续化的生产，从而从根本上解决了甲基乙烯基酮生产的控制和稳定性难题。

作为优选，所述的羰基化合物为甲基乙烯基酮；

步骤（1）～步骤（3）的反应在密闭系统中连续进行；

所述的密闭系统包括依次连接的格氏反应段、金属交换反应段、加成反应段和水解反应段；

所述的金属交换反应和单边化反应在金属交换反应段中一步进行。

作为优选，所述的格氏反应段包括物料输送管路、数个与物料输送管路采用可切换的方式相连通的回流式反应器和第一在线红外检测装置；

步骤（1）中，所述的金属固定于回流式反应器内，所述的卤代烃和溶剂经过物料输送管路进入回流反应器中进行格式反应，得到的反应液经过第一在线红外检测装置检测后进入金属交换反应段。

在反应进行的初始阶段，首先将第一个回流式反应器与物料输送管路相连通进行格氏反应，通过第一在线红外检测装置对得到的反应液中产物浓度进行检测，随着物料的消耗，产物的浓度有所下降，未反应的原料增多，当为反应的原料的量达到一定值时，通过外部的控制系统将下一个回流式反应器与物料输送管路相连通。

作为进一步的优选，所述的金属交换反应段包括乙炔压缩泵、混合器、炔镁反应器和第二在线红外检测装置；

步骤（2）中，乙炔经过乙炔压缩泵加压至设定压力后，进入混合器与格氏反应段进入的反应液混匀后，再进入炔镁反应器进行金属交换反应和单边化反应后，经过第二在线红外检测装置的检测后进入加成反应段。

所述的第二在线红外检测装置用于检测该步骤的原料（主要是双边乙炔化物）残留，如果原料残留超过指定值时，通过外部的控制系统，适当提高反应的温度，或者增加乙炔的压力，从而提高反应的转化率。

作为优选，所述的加成反应段包括炔化反应器；

步骤（3）中，所述的甲基乙烯基酮与金属交换反应段进入的物料反应后，得到的物料直接进入水解反应段进行反应。

作为优选，所述的水解反应段包括水解塔；

乙醚和加成反应段得到的物料从水解塔的底部入口进入水解塔，硫酸从水解塔的顶部入口进入水解塔，在水解塔中完成水解反应后，从水解塔的顶部出口得到产品的溶液，从水解塔的底部出口排出废水。

所加入的乙醚用于对产物进行萃取，最后得到的产品以乙醚溶液的形式从反应系统中出来，经过萃取脱溶剂得到最终的炔醇产物。

上述连续反应过程的具体操作方式如下：将镁锭（或者镁片、镁粒）固定于3～4个回流式反应器内，在线稳定地加入溴乙烷和乙醚，热量通过夹套和回流冷凝器带走，通过FTIR（第一在线红外检测装置）检测并控制溴乙烷的残留和溴镁乙烷浓度。之后，通过质量流量计，以1.01～1.02倍摩尔量的定量混合入乙炔气体，并加压至指定压力，在夹套式管道反应器内完成温度控制，反应时间控制在：5～10min。同时通过FTIR（第二在线红外检测装置）监控调节乙炔气量的大小（气量大小会影响压力大小，若双边乙炔化物含量超过设定值，可以增加乙炔量，提高压力）。之后在15℃，在线混入0.99～0.995倍摩尔量的甲基乙烯基酮，反应10min。进入逆流水解塔，塔顶定量通入1.05～1.07倍摩尔量的10%的稀硫酸，温度通过塔内盘管和塔夹套带走，水解塔形式可以是库尼、转盘、QH-1扁环填料等。经过水解塔后塔顶出料便为产品，塔底除了进物料外还要进新的乙醚进行水相的一并萃取；收率在98%以上。镁片的封闭运行本身活性引发组分存在整个过程，因此，解决了引发的风险。整个过程，杜绝了空气的存在，乙炔在整个过程中可以密闭处理，大大增加了安全性。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

（1）在单边化反应过程中，使乙炔压力保持在合适的范围之内，大大提高了单乙炔化物的比例；

（2）在加成反应过程中，保持乙炔压力在一定的范围之内，可以使残留的双乙炔化物转变为单乙炔化物，进一步提高了反应的收率。

（3）通过在线的封闭反应系统，解决了引发的风险，整个过程，杜绝了空气的存在，乙炔在整个过程中可以密闭处理，大大增加了安全性。

附图说明

图1为实施例8所使用的在线反应系统的示意图。

具体实施方式

下述使用非限制性实施例将对本发明进一步的阐述。

实施例1

（1）在带有FTIR（傅里叶变换红外光谱仪）探头和温度计的500ml待压玻璃反应釜内，加入4.8g镁片，之后加入300ml含溴乙烷21.8g的乙醚。搅拌至镁片消失（可以加少量碘进行引发）。之后降温至-10℃缓慢通入不含丙酮的乙炔，待变白后。关闭排空，将乙炔压力升至3.0bar。反应至没有乙炔气体吸收，FTIR曲线扫描中显示双边乙炔峰高消失，得单边乙炔产物；

（2）保持乙炔压力在3.0bar，釜温在0℃左右，在步骤（1）的反应体系内，缓慢泵入甲基乙烯基酮13g（含量99.5%）。之后，反应1h。恢复常压，将反应液保持在0℃左右缓慢滴入10%的稀硫酸，进行水解。完成后分层、萃取、脱溶剂。得到3-甲基-1-戊烯-4-炔-3-醇（III）产品17.28g，含量98%，收率95%。

实施例2

操作方法与实施例1基本相同，不同之处在于将实施例1中步骤（2）的甲基乙烯基酮换做β-紫罗兰酮，反应温度在5℃，水解温度5℃。得到乙炔基-β-紫罗兰醇，后处理后收率96%。

实施例3～7

实施例3～7的反应条件与实施例1基本相同，底物和压力如表1所示，得到的结果列于表1中。

实施例3～7的反应条件和结果

实施例	底物	产品	压力（bar）	转化率（%）	选择性（%）
						3	丙酮	甲基丁炔醇	5	99.5	96
4	丙酮	甲基丁炔醇	3	95	97
						5	甲基乙烯基酮	炔醇（III）	10	99	90
6	甲基乙烯基酮	炔醇（III）	4	98	93

7

甲基乙烯基酮

炔醇（III）

1

65

99

对比例1

操作方法与实施例1基本相同，不同之处在于将实施例1中乙炔压力为2bar，转化率为76%，选择性为98%。

对比例2

操作方法与实施例1基本相同，不同之处在于将实施例1中乙炔压力为1.5bar，转化率为70%，选择性为98.5%。

实施例8

如图1所示，将镁锭（或者镁片、镁粒）固定于3个回流式反应器内（I.D.：12mm，L：500mm），反应起始阶段，第一个回流式反应器与管路连通，后两个与管路为闭合状态。通入乙醚循环量1m³/h，控制温度在40℃，压力8bar。再在线稳定的加入溴乙烷20mol/h和乙醚30L/h，通过FTIR控制溴乙烷的残留和溴镁乙烷浓度，当残留升高时，切换新的装镁的回流式反应器，后面回流反应器装的镁尺寸要小一些。通过乙炔压缩机控制流量在20.2mol/h的乙炔（压力8bar），在管道反应器（即炔镁反应器）内（I.D.：40mm，L：5000mm），反应完成后，通过FTIR监控残留，当有残留时，适当提高温度。之后降温至15℃，加入：19.6mol/h的甲基乙烯基酮。在管道反应器内（即炔化反应器）（I.D.：40mm，L：10000mm），完成反应。之后进入水解塔（I.D.：150mm，L：5000mm，QH-1F4扁环填料），10%硫酸加入速率为：10.5L/h，萃取乙醚加入速率：3L/h。水解液流出速率为：34L/h，水解液含量：54.503g/L（气相内标，OV-17柱，30m，氢火焰检测器），折收率：98.5%（对甲基乙烯基酮），对乙炔：95.57%。

Claims (10)

1.一种炔醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）卤代烃和金属在溶剂中进行格氏反应得到金属试剂；

所述的卤代烃的结构为R¹X，所述的金属为Mg或Zn，所述的金属试剂的结构为R¹MX；

其中，R¹为C₁～C₅烷基或者C₁～C₅烯基，M为Mg或Zn，X为Cl，Br或I；

（2）向步骤（1）得到的金属试剂中通入乙炔进行金属交换反应，反应结束后，控制乙炔压力为0.3～1.5MPa进行单边化反应，得到单边乙炔化物；

（3）保持乙炔压力为0.3～1.5MPa，向步骤（2）得到的单边乙炔化物中加入羰基化合物进行加成反应，反应完全后，经过水解反应得到所述的炔醇；

所述的炔醇的结构如式（Ⅰ）所示：

所述的羰基化合物的结构如式（Ⅱ）所示：

式(II)中，R²和R³为H、C_l～C₅烷基或者C_l～C₅烯基。

2.根据权利要求1所述的炔醇的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的溶剂为乙醚、四氢呋喃、烷基四氢呋喃或者二氧六环。

3.根据权利要求1所述的炔醇的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的金属试剂为乙基溴化镁、乙烯基溴化镁或者乙基氯化镁。

4.根据权利要求1所述的炔醇的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的金属交换反应和单边化反应的温度为-30～25℃。

5.根据权利要求1所述的炔醇的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的水解反应所用的试剂为5～15%的硫酸，水解的温度为0～5℃。

6.根据权利要求1～5任一项所述的炔醇的制备方法，其特征在于，所述的羰基化合物为甲基乙烯基酮；

步骤（1）～步骤（3）的反应在密闭系统中连续进行；

所述的密闭系统包括依次连接的格氏反应段、金属交换反应段、加成反应段和水解反应段；

所述的金属交换反应和单边化反应在金属交换反应段中一步进行。

7.根据权利要求6所述的炔醇的制备方法，其特征在于，所述的格氏反应段包括物料输送管路、数个与物料输送管路采用可切换的方式相连通的回流式反应器和第一在线红外检测装置；

步骤（1）中，所述的金属固定于所述的回流式反应器内，所述的卤代烃和溶剂经过物料输送管路进入所述的回流式反应器中进行格式反应，得到的反应液经过第一在线红外检测装置检测后进入金属交换反应段。

8.根据权利要求7所述的炔醇的制备方法，其特征在于，所述的金属交换反应段包括乙炔压缩泵、混合器、炔镁反应器和第二在线红外检测装置；

步骤（2）中，乙炔经过乙炔压缩泵加压至设定压力后，进入混合器与格氏反应段进入的反应液混匀后，再进入炔镁反应器进行金属交换反应和单边化反应，得到的物料经过第二在线红外检测装置的检测后进入加成反应段。

9.根据权利要求8所述的炔醇的制备方法，其特征在于，所述的加成反应段包括炔化反应器；

步骤（3）中，所述的甲基乙烯基酮与金属交换反应段进入的物料反应后，得到的物料直接进入水解反应段进行反应。

10.根据权利要求9所述的的制备方法，其特征在于，所述的水解反应段包括水解塔；

乙醚和加成反应段得到的物料从水解塔的底部入口进入水解塔，硫酸从水解塔的顶部入口进入水解塔，在水解塔中完成水解反应后，从水解塔的顶部出口得到产品的溶液，从水解塔的底部出口排出废水。