CN105924332B - 一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3‑甲基‑5‑苯基‑戊醇的制备方法，包括以下步骤：制备苯基‑二氢吡喃和加氢反应；所述制备苯基‑二氢吡喃，固体酸与3‑甲基‑3‑丁烯醇的重量比为1:100～5000；二甲苯与3‑甲基‑3‑丁烯醇的重量比为0.5～2.0:1.0；苯甲醛与3‑甲基‑3‑丁烯醇的重量比为1.2～3.0:1.0；所述加氢反应，温度45～150℃，压力0.3～2.5Mpa，加氢反应1～15h。本发明主要采用真空塔式反应器，负压环化工艺，高效生成苯基‑二氢吡喃；加氢反应加入助催化剂，保证了转化率高，选择性高，催化剂多批次循环使用，催化剂成本较低，最终产物的收率高，可实现工业化生产。

Description

一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法
技术领域
本发明属于精细化工领域，涉及化合物3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法，提供了新型方法在香料3-甲基-5-苯基-戊醇合成中的应用。
背景技术
苯乐戊醇，化学名为3-甲基-5-苯基-戊醇，也叫苯基异己醇，其结构简式为：
Figure 119850DEST_PATH_IMAGE001
，是常用的玫瑰香气系列香料。由于具有非同寻常的香气持久性，透发出天然的玫瑰净油般花香，因此在高档日用香精、个人护理和家庭护理用品中得以广泛的应用。目前，全球3-甲基-5-苯基-戊醇的年产量在逐年增加，市场用量也在逐年增加。
目前合成3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法主要是苯甲醛与异戊烯醇的制备工艺路线：
瑞士专利(CH6559323)报道了3-甲基-5-苯基-戊醇的合成方法，由苯甲醛和异戊二烯醇在酸性条件下生成苯基-二氢吡喃，将后者氢解即得3-甲基-5-苯基-戊醇。
IFF专利(CN201110188739.6)与将苯甲醛与3-甲基-3-丁烯醇的在硫酸铁催化反应以提供苯基-二氢吡喃，和随后在新型镍催化剂或钯/炭的催化加氢得到3-甲基-5-苯基-戊醇。第一步环化反应温度135-140℃，收率81%；第二步加氢反应温度135-140℃，反应压力5.0MPa，收率90.5%。
江苏绿源精细化工有限公司（CN201510158694.6)也是用苯甲醛与3-甲基-3-丁烯醇在硫酸铁催化反应以提供苯基-二氢吡喃，和随后在采用二次加氢得到3-甲基-5-苯基-戊醇。第一步环化反应温度135-140℃，收率80%；第一步加氢：采用雷尼镍催化剂，反应温度60～150℃，压力0.6～2Mpa，加氢反应1～4h；第二步加氢：采用5%钯碳催化剂，进行加氢，温度50～100℃，压力0.3～1Mpa，反应2～5h，收率比较低。
现有工艺第一步环化反应制备苯基-二氢吡喃时，大多数选择常压共沸除水的方式转移反应生成的副产物水以获得最大产率，为了达到除水效果反应溶剂往往选择甲苯、二甲苯、乙基苯等，这样反应温度基本130℃以上，收率最好达到80%，反应温度高，副反应也多，收率较低；加氢反应基本高温高压反应，反应温度150℃，反应压力5.0MPa，采用由于钯催化剂的低耐毒性和高昂的价格，使得3-甲基-5-苯基-戊醇的成本在相当长的时间里一直无法下降到一定的高度，从而使得3-甲基-5-苯基-戊醇的使用受到了极大的限制。因此，开发一种新型的高效方法具有相当重要的意义。
现有技术存在以下缺陷：
（1）生产过程中产生废酸水，造成环境污染；
（2）环化反应以常压共沸方式除水，须加入与水共沸的溶剂，且与水共沸时共沸组成中水的含量较大，一般选择甲苯、二甲苯等溶剂，这些高沸点溶剂的加入，导致制备中间体苯基-二氢吡喃过程中反应温度高；
（3）制备中间体苯基-二氢吡喃过程中，反应收率低，最高仅80%；苯基-二氢吡喃的纯度低；
（4）加氢反应，反应转化率低，江苏绿源精细化工有限公司的专利，专利号为CN201510158694.6的实施例中，提到钯炭加氢的转化率为93%，反应选择性低，收率低；
（5）加氢反应高温高压，钯碳催化剂易被毒化，套用批次少，IFF专利CN201110188739.6中提到新型镍催化剂套用三批的转化率为90%；
催化剂使用成本高，由于钯催化剂的低耐毒性和高昂的价格，使得3-甲基-5-苯基-戊醇的成本在相当长的时间里一直无法下降到一定的高度，从而使得3-甲基-5-苯基-戊醇的使用受到了极大的限制很难工业化生产。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法，以实现以下发明目的：
（1）生产过程中不产生废酸水，减少环境污染；
（2）制备中间体苯基-二氢吡喃过程中，保证除水的同时大大降低反应温度，提高反应收率和苯基-二氢吡喃的纯度，苯基-二氢吡喃的纯度大于96.5％，收率达82.6-91.8%；
（3）本发明方法，加氢反应转化率达99%以上，反应选择性达95.3-98.3%，收率达92.6-97.5%；
（4）本发明方法，加氢反应中，催化剂多批次套用，最多套用达30批次，过滤得Pd/二氧化硅进行十次套用使用后的选择性＞98.0%，平均收率97.5%；助催化剂套用十次后的加氢反应选择性＞98.0%，平均收率96.8%；降低了催化剂成本。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法，包括以下步骤：制备苯基-二氢吡喃和加氢反应。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述制备苯基-二氢吡喃，原料配比为：固体酸与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为1:100～5000；二甲苯与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为0.5～2.0:1.0；苯甲醛与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为1.2～3.0:1.0；
所述制备苯基-二氢吡喃，原料配比，优选为：固体酸与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为1:107.5～573.3；二甲苯与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为1.16～2.0:1.0；苯甲醛与3-甲基-3-丁烯醇的重量比为1.84～3.0:1.0；
所述制备苯基-二氢吡喃，控制真空至-0.01~-0.098MPa，回流温度为40～130℃，反应1～10h；
所述制备苯基-二氢吡喃，反应条件优选为：控制真空至-0.09~-0.098MPa，回流温度为47～65℃，反应3.8～8h；
所述制备苯基-二氢吡喃，反应压力优选为-0.09MPa，回流温度65℃；
所述制备苯基-二氢吡喃，待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃；
所述制备苯基-二氢吡喃，在真空塔式反应器中进行，真空塔式反应器的塔板数3~15；加入二甲苯至反应釜作溶剂，加入固体酸作为酸性催化剂；
所述固体酸，为负载金属氧化物的固体酸，为SO4 2－MoO3/ZrO2、SO4 2－MoO3/TiO2、SO4 2－SiO2/ZrO2、SO4 2－TiO2/ZrO3中的一种；
所述制备苯基-二氢吡喃，所述固体酸，优选为SO4 2－MoO3/ZrO2；
所述加氢反应，温度45～150℃，压力0.3～2.5Mpa，加氢反应1～15h；
所述加氢反应，优选为温度80-110℃，压力0.3～2.5MPa，加氢反应6.5～15h；
所述加氢反应，优选为温度95-110℃，压力1.2MPa，加氢反应6.5～7h；
所述加氢反应，优选为温度95℃，压力1.2MPa；
所述加氢反应，催化剂加入量为苯基-二氢吡喃重量的0.5～6%，以有机酸计，助催化剂加入量为苯基-二氢吡喃重量的0.01～0.5%；
所述催化剂，为钯/二氧化硅， 其中钯含量为3%；
所述助催化剂是0.1%-5%有机酸水溶液；
所述助催化剂为3.5%的乙二酸水溶液；
所述有机酸为乙酸、乙二酸、丙二酸、丙酸中的一种或多种；
所述加氢反应，催化剂加入量为苯基-二氢吡喃重量的0.5～1.25%，以有机酸计，助催化剂加入量为苯基-二氢吡喃重量的0.06～0.5%；
加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06MPa，通氮气至釜内压力不小于0.3MPa，放空至0.04～0.06MPa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明方法，制备中间体苯基-二氢吡喃采用固体酸作为催化剂，不会产生废酸水，减少环境污染，符合当前国家提倡的清洁生产要求；
（2）本发明方法，制备中间体苯基-二氢吡喃，采用塔式真空反应器，负压反应，保证除水的同时大大降低了反应温度，反应收率大大提高，苯基-二氢吡喃的纯度高，苯基-二氢吡喃的纯度大于96.5％，收率为82.6-91.8%；
（3）本发明方法，加氢反应采用低温低压反应，相对安全，容易操作，反应加助催化剂后反应转化率99%以上，反应选择性为95.3-98.3%，收率为92.6-97.5%；
（4）本发明方法，加氢反应，可实现催化剂多批次套用，最多套用30批次，催化剂成本较低。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法，包括以下步骤：苯基-二氢吡喃的制备和加氢反应。
实施例1 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有3块塔板的塔式反应器中充入255.0g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.8gSO4 2－MoO3/TiO2；将反应系统抽真空至-0.098MPa，再加热物料至回流后加入86.0g 3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度47℃，反应时间为5h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏，蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率为82.6%。
实施例2 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有5块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、70.0g二甲苯和0.017gSO4 2－SiO2/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.01MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度140℃，反应时间12.5h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率78.0%。
实施例3 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有5块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、43.0g二甲苯和0.3gSO4 2－TiO2/ZrO3；将反应系统抽真空至-0.05MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度88℃，反应时间为4.5h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率79.3%。
实施例4 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有15块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.3gSO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为4.0h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率90.8%。
实施例5 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有5块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.15gSO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为8.0h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率91.8%。
实施例6 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有5块塔板的塔式反应器中充入107.5g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.4gSO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为4.0h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率81.3%。
实施例7 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有15块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.4gSO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为3.8h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率90.1%。
实施例8 苯基-二氢吡喃的制备方法
在设有10块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、172.0g二甲苯和0.4gSO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为4.5h。
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏。蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率88.7%。
实施例9 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、100g的1%丙酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(2.5g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至105-110℃，充氢气压力达到1.2MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间7h，选择性95.6%，收率94.2%。
实施例10 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、100g的0.12%乙酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(1.5g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至105-110℃，充氢气压力达到2.5MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间8h，选择性95.3%，收率92.6%。
实施例11 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、50g的0.34%乙二酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(2.5g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至95-100℃，充氢气压力达到1.2MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间6.5h，选择性98.3%，收率97.5%。
Pd/二氧化硅催化剂套用：过滤得Pd/二氧化硅进行十次套用使用后的选择性＞98.0%，平均收率97.5%。
表1 催化剂套用10次的性能指标
Figure 942312DEST_PATH_IMAGE002
助催化剂套用：过滤反应液静止、分层得水相进行十次套用使用后的加氢反应选择性＞98.0%，平均收率96.8%。
表2 助催化剂套用30次的性能指标
Figure 271662DEST_PATH_IMAGE003
实施例12 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、100g的1%丙酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(1.5g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至105-110℃，充氢气压力达到2.6MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间10h，选择性96.0%，收率93.1%。
实施例13 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、50g的0.1%乙二酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(10.5g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至50-55℃，充氢气压力达到1.2MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间1.5h，选择性90.2%，收率87.1%。
实施例14 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、100g的0.08%丙二酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(1.0g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至145-150℃，充氢气压力达到2.5MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间8h，选择性92.2%，收率90.1%。
实施例15 加氢反应制备3-甲基-5-苯基-戊醇
包括以下步骤：
（1）加料
将200g苯基-二氢吡喃、100g的4.5%乙二酸水溶液和3％Pd/二氧化硅催化剂(1.0g)依次加入1L的高压釜。将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换。
（2）加氢
将高压釜加热至80-85℃，充氢气压力达到0.3MPa，开始加氢。
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；油相在通过蒸馏得到纯度高于98.5％的3-甲基-5-苯基-戊醇，反应时间15h，选择性93.2%，收率90.8%。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数，所述的比例，均为质量比例。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种3-甲基-5-苯基-戊醇的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：制备苯基-二氢吡喃和加氢反应；
所述加氢反应包括以下步骤：
（1）加料
将苯基-二氢吡喃、助催化剂和催化剂依次加入高压釜，将高压釜密封，用氮气置换，再用氢气置换；
所述催化剂为3％Pd/二氧化硅；
所述助催化剂为0.34%乙二酸水溶液；
所述苯基-二氢吡喃的加入量为200g，所述助催化剂的加入量为50g，所述催化剂的加入量为2.5g；
（2）加氢
将高压釜加热至95-100℃，充氢气压力达到1.2MPa，开始加氢；
（3）冷却、减压、氮气吹扫
当气相检测原料残留0.5%以下时，加氢物料降至室温，将氢气放出至0.04～0.06Mpa，通氮气至釜内压力不小于0.3Mpa，放空至0.04～0.06Mpa，重复操作3次，反应时间6.5h，然后过滤、水洗，将粗品减压精馏后即得；
油相在通过蒸馏得到3-甲基-5-苯基-戊醇，纯度大于98.5％，选择性98.3%，收率97.5%；
Pd/二氧化硅催化剂套用：过滤得Pd/二氧化硅，进行十次套用使用后的加氢反应选择性＞98.0%，平均收率97.5%；
助催化剂套用：过滤反应液静止、分层得水相，进行十次套用使用后的加氢反应选择性＞98.0%，平均收率96.8%；
所述制备苯基-二氢吡喃，在设有5块塔板的塔式反应器中充入158.6g苯甲醛、100.0g二甲苯和0.15g SO4 2－MoO3/ZrO2；将反应系统抽真空至-0.09MPa，再加热物料至回流后加入86.0g3-甲基3-丁烯醇，并转移去副产物水，回流温度65℃，反应时间为8.0h；
待3-甲基-3-丁烯醇反应残留0.5%以下停止反应，降温至30～50℃，过滤，然后再用水洗；静止、分离除去水层，对有机层进行蒸馏；蒸馏回收二甲苯和纯度大于96.5％的苯基-二氢吡喃，收率91.8%。
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