CN105732329B - 一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种2,2,4,4‑四甲基‑1,3‑环丁二醇的合成方法,为将2,2,4,4‑四甲基‑1,3‑环丁二酮高选择性的转化为2,2,4,4‑四甲基‑1,3‑环丁二醇的方法。该方法以2,2,4,4‑四甲基‑1,3‑环丁二酮为反应原料,加氢反应生成2,2,4,4‑四甲基‑1,3‑环丁二醇,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;氧化铬在催化剂总重量中占5~10份。本发明的方法反应工艺简单,副反应较少。
Description
技术领域
本发明涉及2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法。具体地说,是以2,2,4,4-二甲基-1,3-环丁二酮为原料,通过加氢反应,得到2,2,4,4-二甲基-1,3-环丁二醇的方法,该过程工艺简单,转化率高。
背景技术
2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇是一种脂肪族二元醇,主要用于合成替代聚碳酸酯的高性能聚酯;传统聚酯的玻璃化转变温度较低,限制了其在中高温领域的应用,CBDO的加入可以显著改善聚酯的玻璃化转变温度,提高耐候性以及透明度。
迄今为止,世界上比较典型的、也比较成熟的合成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的方法都是将异丁酸酐或异丁酸裂解后的二甲基乙烯酮收集并聚合为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮,然后进行加氢得来的。以异丁酸酐为原料的文献包括US 5,169,994和US 5,258,556等,概括而论,反应过程包括三步,第一步反应是将异丁酸酐或异丁酸(AIB)裂解生成二甲基乙烯酮(DMK),第二步反应为二聚反应,由DMK生成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮,产品2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇由2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮在催化剂的作用下加氢而来,如下:
US 5,475,144采用了以硅为催化剂在700~750℃条件下将AIB转化为DMK。催化剂的活化温度为500℃,反应转化率为30~100%,选择性为35~90%。US 6,232,504采用了低表面积的网状二氧化硅催化剂,通过水蒸气活化3小时,在水中煮沸,然后通过沉积负载其他含硅化合物进行硅烷化。采用此种催化剂进行反应的选择性可以达到75%以上。
CN 201310642027.6介绍了一种以异丁酰氯为原料合成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的方法,即在异丁酰氯的醚类溶剂中搅拌均匀加入三乙胺,回流反应后用盐酸洗涤,得到中间产品2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮。中间体用甲醇和水溶解,在冰浴条件下加入NaBH4,反应后萃取得到2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇。
总体来看,现有工艺多是先合成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮,再将其转化为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,涉及的加氢催化剂包括金属镍、钴、钌等,但采用四元组分作为催化剂的文献很少,现有文献中催化剂制备复杂,成本较高,所述加氢过程均需要溶剂进行溶解,副反应较多。
发明内容
本发明提出一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,以解决现有技术中2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢需要溶于溶剂中共同进料,造成工艺复杂,副反应较多的问题。
为实现上述目的,本发明提出一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮为反应原料,加氢反应生成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5~10份。
所述合成方法中,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占50-60份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占15-25份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占15-20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5-10份。
所述合成方法中,原料2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮和溶剂共同通过反应器,与所述催化剂接触并发生加氢反应,在临氢条件下反应,反应器压力为2.0Mpa到8.0Mpa,温度为140℃到200℃,反应空速2~5小时-1,氢烃摩尔比100~350。
所述合成方法中,所述催化剂是将铜、锌和铝的可溶性盐类如硝酸盐以及铬酸按铜、锌、铝及铬元素以氧化物计的所述重量份数上述比例用水溶解,制成混合溶液,然后,将混合溶液中和到PH值为7左右,生成沉淀,经洗涤,干燥,焙烧、成型制得。
所述合成方法中,所述催化剂在使用前用氢气还原,还原温度为100-300℃。
所述合成方法中,所述焙烧是在200℃至300℃焙烧4-6小时。
所述合成方法中,所述反应器为固定床反应器或流化床反应器。
所述合成方法中,所述溶剂选自乙酸乙酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯以及甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。
所述合成方法中,所述原料还包括酯类及/或醇类。
所述合成方法中,所述酯类包括己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯其中一种或几种的混合物。
所述合成方法中,所述催化剂为氧化铜、氧化锌、氧化铝及氧化铬的共同结晶物。
本发明提供的用于2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢制2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的催化剂是完全不同于现有技术中所述的催化剂,本发明的催化剂是新型的四元组分催化剂,氧化铜-氧化锌-氧化铝-氧化铬,加氢反应结果为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮转化率87.7%、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇选择性85.8%。由此可见,本发明的催化剂具有组成简单,制备容易,对于加氢反应过程催化活性高等特点。本发明的方法反应工艺简单,副反应较少。
具体实施方式
本发明提供了一种以单独2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮进料进行加氢,高选择性的转化为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的方法。本发明也适用于溶剂存在的条件下,将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮通过固定床反应器,临氢条件下,转化为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇。具有反应工艺简单,副反应较少的特点。
本发明提出一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮为反应原料,加氢反应生成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5~10份。
所述合成方法中,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占50-60份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占15-25份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占15-20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5-10份。
所述合成方法中,原料2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮和溶剂共同通过反应器,与所述催化剂接触并发生加氢反应,在临氢条件下反应,反应器压力为2.0Mpa到8.0Mpa,温度为140℃到200℃,反应空速2~5小时-1,氢烃摩尔比100~350。
所述合成方法中,所述催化剂是将铜、锌和铝的可溶性盐类如硝酸盐以及铬酸按铜、锌、铝及铬元素以氧化物计的所述重量份数上述比例用水溶解,制成混合溶液,然后,将混合溶液中和到PH值为7左右,生成沉淀,经洗涤,干燥,焙烧、成型制得。
所述合成方法中,所述催化剂在使用前用氢气还原,还原温度为100-300℃。
所述合成方法中,所述焙烧是在200℃至300℃焙烧4-6小时。
所述合成方法中,所述反应器为固定床反应器或流化床反应器。
所述合成方法中,所述溶剂选自乙酸乙酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯以及甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。
所述合成方法中,所述原料还包括酯类及/或醇类。
所述合成方法中,所述酯类包括己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯其中一种或几种的混合物。
所述合成方法中,所述催化剂为氧化铜、氧化锌、氧化铝及氧化铬的共同结晶物。
具体而言,本发明采用的技术方案如下:一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮为反应原料,生成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,其反应条件为:
a)在临氢条件下,反应器压力2.0Mpa到8.0Mpa。温度140℃到200℃。反应空速2~5小时-1,氢烃摩尔比100~350。
b)所用的催化剂为以重量份数计包括:氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;氧化铬在催化剂总重量中占5~10份。
本发明提供的用于2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢制2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的催化剂是完全不同于相关文献中所述的催化剂,本发明的催化剂是新型的四元组分催化剂,氧化铜-氧化锌-氧化铝-氧化铬,包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5~10份。
本发明的技术方案中所述的用于2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢生产2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的催化剂,是将铜、锌和铝的可溶性盐类如硝酸盐以及铬酸按上述比例用水溶解,制成混合溶液,然后中和到PH7左右。生成沉淀,经洗涤,干燥,成型,催化剂在使用前用氢气还原,还原温度为100-300℃。
使用本发明所述的催化剂进行2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢生产2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇时,反应条件为:原料2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮和溶剂共同通过固定床反应器,临氢条件下,采用新型的四元组分催化剂,活性组分包括氧化铜,氧化锌,氧化铝,氧化铬,与本发明催化剂接触,反应温度并发生加氢反应,反应器温度2.0Mpa到8.0Mpa。温度140℃到200℃。反应空速2~5小时-1,氢烃摩尔比100~350。
本发明可采用已知的固定床加氢设备2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢,制备2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的试验。
催化剂选用实例3.催化剂,催化剂装填量:3毫升,反应压力:4.0MPa,反应温度:180℃,原料:8.8克2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮/100毫升1,4-环己烷二甲酸二甲酯,原料进料速度:9毫升/小时,H2:1.4立升/分,其加氢反应结果为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮转化率87.7%、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇选择性85.8%。
2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢反应数据按以下公式处理:
本发明能够将2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮高选择性的转化为2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇。具有反应工艺简单,副反应较少的特点。
【实施例1】
把212.5克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O),36.5克硝酸锌(Zn(NO3)26H2O),73.5克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和10克铬酸(CrO3)溶解在800毫升蒸馏水中。在加热搅拌下,用碱溶液(氢氧化钠,碳酸钠或氨水)中和到PH=7,同时生成沉淀,经过过滤、洗涤后,在120℃干燥5小时,400℃焙烧4小时,成型,催化剂Ⅰ在使用前,在300℃氢气流中还原4小时。
【实施例2】
把121.4克氯化铜(CuCl2·2H2O),127.8克硝酸锌(Zn(NO3)26H2O),147克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和5克铬酸(CrO3)溶解在800毫升蒸馏水中。在加热搅拌下,用碱溶液(氢氧化钠,碳酸钠或氨水)中和到PH=7,同时生成沉淀,经过过滤、洗涤后,在120℃干燥5小时,400℃焙烧4小时,成型。催化剂代号DLW-66。催化剂Ⅱ在使用前,在300℃氢气流中还原4小时。
【实施例3】
把151.8克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O),109.5克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O),95.6克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和7克铬酸(CrO3)溶解在800毫升蒸馏水中,在加热搅拌下,用碱溶液(氢氧化钠,碳酸钠或氨水)中和到PH=7,同时生成沉淀,经过过滤、洗涤后,在120℃干燥5小时,400℃焙烧4小时,成型。催化剂Ⅲ在使用前,在300℃氢气流中还原4小时。
【实施例4】
采用已知的固定床加氢试验设备进行进行2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢,制备2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的试验,催化剂选用实例1.催化剂,催化剂装填量:3毫升,反应压力:4.0mPa,反应温度:180℃,原料:8.8克2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮/100毫升1,4-环己烷二甲酸二甲酯,原料进料速度:9毫升/小时,H2:1.4立升/分,结果列于表1中。
【实施例5】
采用已知的固定床加氢试验设备进行进行2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢,制备2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的试验,催化剂选用实例2.催化剂,催化剂装填量:3毫升,反应压力:4.0mPa,反应温度:180℃,原料:8.8克2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮/100毫升1,4-环己烷二甲酸二甲酯,原料进料速度:9毫升/小时,H2:1.4立升/分,结果列于表1中。
【实施例6】
采用已知的固定床加氢试验设备进行进行2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢,制备2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的试验,催化剂选用实例3.催化剂,催化剂装填量:3毫升,反应压力:4.0mPa,反应温度:180℃,原料:8.8克2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮/100毫升1,4-环己烷二甲酸二甲酯,原料进料速度:9毫升/小时,H2:1.4立升/分,结果列于表1中。
表1.试验结果
本发明的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,其所采用的催化剂活性高,制备成本低,合成的新型聚酯原料2,2,4,4-二甲基-1,3-环丁二醇,将打破环丁二醇工业生产的技术壁垒,极大地推进了国内环丁二醇工业化进程,具有广阔的应用前景。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的合成方法,其特征在于,以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮为反应原料,加氢反应生成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占40~70份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占10~35份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占10~20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5~10份;
所述催化剂是将铜、锌和铝的可溶性盐类以及铬酸按铜、锌、铝及铬元素以氧化物计的所述重量份数上述比例用水溶解,制成混合溶液,然后,将混合溶液中和到PH值为7左右,生成沉淀,经洗涤,干燥,焙烧、成型制得。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,反应使用的催化剂包括铜、锌、铝及铬元素,铜、锌、铝及铬元素以氧化物计重量份数为:
a)氧化铜在催化剂总重量中占50-60份;
b)氧化锌在催化剂总重量中占15-25份;
c)氧化铝在催化剂总重量中占15-20份;
d)氧化铬在催化剂总重量中占5-10份。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,原料2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮和溶剂共同通过反应器,与所述催化剂接触并发生加氢反应,在临氢条件下反应,反应器压力为2.0Mpa到8.0Mpa,温度为140℃到200℃,反应空速2~5小时-1,氢烃摩尔比100~350。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述催化剂在使用前用氢气还原,还原温度为100-300℃。
5.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述焙烧是在200℃至300℃焙烧4-6小时。
6.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,所述反应器为固定床反应器或流化床反应器。
7.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,所述溶剂选自乙酸乙酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯以及甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。
8.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述原料还包括酯类及/或醇类。
9.根据权利要求8所述的合成方法,其特征在于,所述酯类包括己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯其中一种或几种的混合物。
10.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述催化剂为氧化铜、氧化锌、氧化铝及氧化铬的共同结晶物。
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