CN107987044B - 一种用于制造δ-戊内酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制造δ‑戊内酯的新方法。该方法包括：1)式(I)的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷发生亲核取代反应，生成式(III)的4,5‑环氧基戊酸烷基酯；2)步骤1)所得式(III)的4,5‑环氧基戊酸烷基酯进行加氢反应生成式(IV)的5‑羟基戊酸烷基酯；3)步骤2)所得式(IV)的5‑羟基戊酸烷基酯发生环化反应生成δ‑戊内酯。本发明的方法反应总收率达95％以上。该方法原料廉价易得，对环境污染小，反应条件温和、成本低，产率高且产品易提纯，适合工业化生产。

Description

一种用于制造δ-戊内酯的方法

技术领域

本发明属于有机合成的领域，具体涉及一种用于制造δ-戊内酯的方法。

背景技术

δ-戊内酯，又名1,5-戊内酯、delta-戊内酯、四氢-2H-2-吡喃酮、四氢邻吡喃酮、四氢香豆灵，英文名称为δ-Valerolactone，缩写名称一般为DVL，是类似于己内酯的一种环内酯类化合物，分子量为100.12，沸点为230℃，分子式为C₅H₈O₂，室温下为无色透明液体。具体结构式如下：

δ-戊内酯是一种多用途的化工中间体，并应用于不同的领域，主要用于在油墨、涂料添加剂上面代替己内酯。以戊内酯代替己内酯应用于油墨、涂料添加剂中，生产的油墨和涂料比只用己内酯生产的产品具有降粘性好，低温不凝固的优点。

另外戊内酯还可以用于合成5-溴戊酸及寡聚肽等；在医药行业，戊内酯可用于合成吡喃嘧啶、环烯醚、西洛他唑、witting试剂和Epothifone抗癌药；此外，戊内酯还可用于均聚酯和聚交酯等可以降解的高分子材料，以及香料如茉莉内酯和电池行业中的电解液等。

δ-戊内酯在工业上主要由环戊酮发生Baeyer-Villiger氧化反应或者1,5-戊二醇发生脱氢反应得到。其中Baeyer-Villiger氧化反应中环戊酮受限于石化产品，原来来源窄；并且反应中使用过氧化物如过氧苯甲酸、无水过氧乙酸、乙醛单过醋酸酯等对环戊酮进行氧化，由于有机过氧化酸价格昂贵且反应过后产生的副产物有机酸污染环境，后处理需要大量的碳酸钠等碱性试剂，无疑增加生产成本。此外由于过氧化物的存在，在反应工序中若发生误操作，很可能会导致灾难性后果，因此使用Baeyer-Villiger法制备戊内酯并没有在工业上得到广泛应用。以1,5-戊二醇为原料脱氢生成δ-戊内酯的方法需要在高温条件下(300℃)完成，并且在反应产物中的副产物正戊酸对反应器有腐蚀，增加反应设备的投入成本，且产物分离困难。

可见，现有的方法不能对满足工业量产高品质δ-戊内酯的需求。因此需要寻求一种适于工业化生产的δ-戊内酯的制备方法，用于解决现有技术中产品收率低、原料来源受限不易获取且价格昂贵以及反应条件敏感难于控制、安全系数低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造δ-戊内酯的方法，整条工艺原料廉价易得，对环境污染小、成本低，且工艺中不涉及易造成安全隐患的原料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种用于制造δ-戊内酯的方法，包括如下步骤：

1)式(I)所示的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷发生亲核取代反应，生成式(III)所示的4,5-环氧基戊酸烷基酯

其中R为烷基基团；

2)步骤1)所得式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯通过加氢反应生成式(IV)所示的5-羟基戊酸烷基酯；

3)步骤2)所得式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯发生环化反应生成δ-戊内酯

其中R为烷基基团。

为了便于理解本发明δ-戊内酯的制备过程，下面提供一种具体实施方案中的合成路线示意，具体如下式所示：

其中R为烷基。

在本发明的一些实施方案中，R为直链或支化的C₁～C₆烷基。本发明的实施方案中，步骤3)反应所得烷基醇(ROH)是该步反应的主要副产物，副产物分离时，所述烷基醇(ROH)的沸点与δ-戊内酯相差越大，二者越易分离。故在本发明优选的实施方案中，R选自甲基、乙基和丙基中的一种或多种，即R为C₁～C₃烷基。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)中式(I)的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(0.1～100):1，优选(0.1～50):1，更优选(0.1～10):1，更加优选(1～2):1，进一步优选(1.01～1.05):1，即乙酸烷基酯微过量于环氧氯丙烷。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)中亲核取代反应在碱性催化剂存在下进行。在优选的实施方案中，本发明的碱性催化剂可以是碱金属化合物、碱土金属化合物、氨、铵盐或有机胺中的一种或者多种。其中，本发明的碱金属化合物或碱土金属化合物可以是碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物或碱土金属碳酸盐中的一种或多种；本发明的铵盐或有机胺可以是四烷基氢氧化铵、三甲胺、三乙胺或三丁胺中的一种或多种。在更优选的实施方案中，本发明的碱性催化剂可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨或四甲基氢氧化铵中的一种或多种。在更进一步优选的实施方案中，本发明的碱性催化剂是氢氧化钠。

在本发明的一些实施方案中，所述碱性催化剂与所述环氧氯丙烷的摩尔比(1～10)：1，优选(1～5)：1，更优选(1.01～1.05):1。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)的亲核取代反应可以在有溶剂或无溶剂的条件下进行。考虑到碱性催化剂和反应原料式(I)的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷能够得到充分接触，本发明优选的是在有溶剂的条件下进行，更优选的是溶剂可以为含有1～6个碳原子的直链或支化的醇溶剂中的一种或者多种。为了减轻本方法分离的能耗，并且溶剂和4,5-环氧基戊酸烷基酯能够有较好的分离，故本发明更优选的实施方案是步骤1)中的溶剂为甲醇、乙醇和丙醇中的一种，最优选甲醇。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)中溶剂的使用质量为环氧氯丙烷质量的1～10倍，更优选2～4倍。

在本发明的一些实施方案中，当步骤1)的亲核取代反应在溶剂中进行时，该亲核取代反应的反应温度为使溶剂回流的温度。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)亲核取代反应的反应温度为30～150℃。在本发明的一些实施方案中，步骤1)亲核取代反应的反应时间为1～10h，优选4～6h。

在本发明的一些实施方案中，步骤1)的亲核取代反应完成后，还包括将反应产物过滤或者过滤并纯化的步骤。通常步骤1)中亲核取代反应完成后所得反应液中会含有大量的氯化盐沉淀，将步骤1)所得反应液直接用于步骤2)时，氯化盐会附着于步骤2)所用加氢催化剂的表面，从而影响该加氢催化剂的功效及寿命。在本发明的实施方案中，将步骤1)所得反应液过滤后，还可以采用本领域常规使用的方法对滤液进行纯化，以进一步提高步骤2)的反应效率。所述纯化方法可以是减压蒸馏，也可以是精馏。在一些优选的实施方案中，步骤1)中亲核取代反应完成后将含有式(III)的中间体4,5-环氧基戊酸烷基酯的反应液过滤后滤液直接用于步骤2)进行后续反应。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)的加氢反应在加氢催化剂的存在下进行。该加氢催化剂可以采用本领域常规使用的加氢催化剂。在一些优选的实施方案中，加氢催化剂包括负载型加氢催化剂或雷尼金属系列催化剂或二者的组合。优选的实施方案中，负载型催化剂是将活性金属负载到载体骨架上的催化剂，所述活性金属优选为镍、钴等金属中的一种或两种，载体优选为Al₂O₃、硅藻土、SiO₂中的一种或多种。在更优选的实施方案中，该负载型加氢催化剂包括但不限于镍/Al₂O₃。本发明优选的实施方案中，雷尼金属催化剂是金属本身为骨架，活性中心由金属提供的催化剂，其中金属优选为镍、钴等金属中的一种或两种。在更优选的实施方案中，本发明步骤2)的加氢催化剂包括但不限于雷尼镍催化剂。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)中加氢催化剂的处理量为0.05～10g式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)，优选0.1～2g式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)中加氢反应的反应温度为40～200℃，优选60～150℃。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)中式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯和氢气接触发生所述加氢反应。在本发明的一些实施方案中，步骤2)中氢气和式(III)的4,5-醛基戊酸烷基酯的摩尔比为(1～100):1，优选(5～40):1。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)加氢反应中氢气压力为1～20Mpa，优选2～15Mpa。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)加氢反应采用的反应器为反应釜式反应器或滴流床反应器。考虑到整个反应的可连续性以及便于操作性，在优选的实施方案中采用上进下出的滴流床反应器。

在本发明的一些实施方案中，步骤2)的加氢反应后还包括将反应产物纯化的步骤。该纯化步骤可采用本领域常规使用的方法进行。在本发明一些优选的实施方案中，通过将步骤2)所得含有式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯的反应液减压蒸馏或精馏进行纯化。

在本发明的一些实施方案中，步骤3)环化反应的反应温度为70～180℃，优选100～150℃。

在本发明的一些实施方案中，步骤3)的环化反应在催化剂的存在下进行。在一些优选的实施方案中，催化剂是固体酸催化剂；更优选的，该固体酸催化剂选自阳离子交换树脂、酸性矿物、酸性金属氧化物或改性沸石中的一种或多种；进一步优选的，该固体酸催化剂选自阳离子交换树脂或酸性氧化铝或二者的组合。可用于本发明的阳离子交换树脂型号可以是001*7(732磺酸型阳离子交换树脂)。

步骤3)的环化反应为平衡反应，在本发明的一些实施方案中，为了进一步加快反应速率，推动反应进行，降低分离成本，利于提高产品收率和纯度，本发明步骤3)优选在催化精馏塔中进行，以使反应和分离步骤合二为一，生产时可将产物可不断移出反应体系，快速分离同时促进反应向右进行。

在本发明的一些实施方案中，步骤3)中所使用催化精馏塔的回流比为0.1～10。

本发明的一些实施方案中，步骤3)中催化精馏塔中使用的催化剂为固体酸催化剂。在优选的实施方案中，该固体酸催化剂包括阳离子交换树脂、酸性矿物、酸性金属氧化物和改性沸石的一种或多种。在本发明的更为优选的实施方案中，步骤3)中使用的固体酸催化剂选自阳离子交换树脂或酸性氧化铝或其组合。可用于本发明的阳离子交换树脂型号可以是001*7(732磺酸型阳离子交换树脂)。

在本发明的一些实施方案中，步骤3)催化精馏塔中催化剂的处理量为1～10g式(IV)的5-羟基基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)，优选2～5g式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

在本发明的一些实施方案中，催化精馏塔包括精馏段、与精馏段下部相连的催化反应段、与催化反应段下部相连的提馏段，以及与提馏段下部相连的塔釜。在本发明的一些实施方案中，催化精馏塔可采用一般的填料塔结构或板式塔结构，本发明优选采用填料塔结构。在一些实施方案中，步骤3)中使用的催化剂装填于催化精馏塔的反应段中，催化精馏塔的精馏段、提馏段中装填有填料，例如θ环。在本发明的一些实施方案中，步骤3)中的反应物料由催化精馏塔中部进料，在催化反应段中由催化剂催化发生环化反应生成δ-戊内酯。在上述环化反应进行同时，反应生成的烷基醇(ROH)被气化后进入催化精馏塔的精馏段富集，塔顶连续采出低沸点醇；难挥发的δ-戊内酯经催化精馏塔的提馏段富集进入塔釜，通过塔釜连续采出得到δ-戊内酯产品。在本发明的一些实施方案中，对催化精馏塔塔釜加热进行催化精馏。在本发明的另一些实施方案中，对催化精馏塔的催化反应段加热进行催化精馏。在一些优选的实施方案中，催化精馏塔的塔体外周包覆有夹套用于对该催化精馏塔进行加热或者保温，其中加热方式为对所述催化精馏塔反应段和/或提馏段的塔体外周，更优选装填有催化剂的塔体外周的夹套以及提馏段外周的夹套进行加热；优选的，所述步骤3)环化反应的温度为70～180℃，优选100～150℃。

在本发明优选的实施方案中，步骤1)4,5-环氧基戊酸烷基酯的收率以环氧氯丙烷计不低于97％；步骤2)5-羟基戊酸烷基酯的收率以4,5-环氧基戊酸烷基酯不低于99％；步骤3)δ-戊内酯的收率以5-羟基戊酸烷基酯计不低于99％。经过三步操作，δ-戊内酯的总收率以环氧氯丙烷计可达95％以上。此外步骤3)得到的δ-戊内酯纯度大于99.5％，符合后续产品要求，无需进一步纯化。

本发明制备方法的有益效果主要体现在：1)如表1所示，本发明的反应原料来源广泛、廉价易得，且整个反应过程对环境污染小；

表1.本发明方法和现有技术方法原料价格比较

方法	原料	价格(元/吨)	其他
				本申请	乙酸乙酯	4500	常规试剂，易于购买
本申请	环氧氯丙烷	8000	常规试剂，易于购买
				现有技术	环戊酮	>20000	市场紧缺
现有技术	1,5-戊二醇	>20000	市场紧缺

2)本发明的反应过程反应条件温和，易于操控，大大避免了由于过氧化物等危险物料带来的安全隐患；

3)使用本发明方法制备的δ-戊内酯产率高，且产品易于分离提纯，适合工业化生产。

附图说明

图1实施例1中δ-戊内酯的核磁氢谱，其中7.27ppm处的峰为溶剂氯仿峰，1.7ppm处的峰为微量的杂质峰。

图2实施例1中δ-戊内酯的气相色谱谱图，其中3.178min处的峰为δ-戊内酯，5.562min处的峰为微量的杂质峰。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。

本发明所涉及的主要原料来源如下：

乙酸甲酯(纯度99％)、乙酸乙酯(纯度99％)、乙酸丙酯(纯度99％)、环氧氯丙烷(纯度99％)、氢氧化钠(纯度96％)、甲醇(工业纯)：国药集团化学试剂有限公司；

氢气(纯度99％)：大连大特气体有限公司；

Raney5886：美国格雷斯催化剂公司；

酸性氧化铝瓷球，粒径1～3mm：大连海鑫化工有限公司；

001*7(732磺酸型阳离子交换树脂)，干基树脂交换量≥4.5mmol/ml：凯瑞环保科技股份有限公司。

本实施例使用的测试仪器为：核磁使用Bruker AV300测试，50mg样品溶于0.5mL的CDCl₃中；气相色谱(GC)使用Agilent7820测试，样品使用色谱乙腈稀释3倍后，使用HP-5毛细管色谱柱(5％Phenyl Methyl Siloxan，30m×0.32mm×0.25μm)，FID检测器。进样器和检测器温度均为280℃；柱温采用程序升温控制：柱温初始100℃保持2分钟，20℃/min升温至250℃，保持0.5分钟。柱压力8.5868psi，流速1.5mL/min，滞留时间1.6837分钟。进样量：0.2μL。

实施例1

(1).4,5-环氧基戊酸甲酯的制备：42.08g氢氧化钠(1.01mol，96％)和185g甲醇置于500ml四口烧瓶中，升温至甲醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加75.54g乙酸甲酯(1.01mol，99％)和92.50g环氧氯丙烷(1.00mol，99％)，滴加时间为5h，保持反应温度为甲醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液394.99g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液330.89g，气相色谱分析产品含量为38.11wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.00％。

(2).5-羟基戊酸甲酯的制备：5-羟基戊酸甲酯的合成反应在不锈钢管式滴流床反应器中进行，内径25mm，长度1000mm；反应器中装填100g Raney5886催化剂。

将反应步骤1)制备的含有4,5-环氧基戊酸甲酯的滤液通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝0.1g/gcat/h，氢气和4,5-环氧基戊酸甲酯摩尔比为5，加氢反应温度为60℃，加氢反应压力2MPa。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行10h后，反应进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸甲酯选择性达到99.0％。

反应液在常压、100℃下脱除作为轻组分的第一步所添加的反应溶剂后，在1.0KPa、100℃下进行减压蒸馏，收集馏分温度78～80℃/1.0KPa产品，气相色谱分析纯度为99.5％，分离得率为99.9％。

(3)δ-戊内酯的制备：δ-戊内酯的合成反应在装填有催化剂的催化精馏塔中进行，其中催化精馏塔内径25mm，长度1000mm；催化精馏塔反应段装填100g732磺酸型阳离子交换树脂，精馏段和提馏段装填填料θ环。

保持催化精馏塔反应段夹套温度为100℃，将反应步骤2)制备的5-羟基戊酸甲酯通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝2.0g/gcat/h，催化精馏塔的回流比为0.1，采用塔中进料，塔顶连续采出甲醇等低沸点化合物，塔釜连续得到含有δ-戊内酯的反应液。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行1h后，反应进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.0％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.8％，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为95.08％。

产品采用气相色谱及核磁确认其结构为δ-戊内酯，具体如图1所示。

核磁谱图数据如下：

1H NMR(300MHz,CDCl₃,TMS为内标)：1.849～1.935(m,4H,-CH₂CH₂-),2.547～2.581(t,2H,-CH₂-CO-),4.338～4.365(t,2H,-O-CH₂-)。

实施例2

(1).4,5-环氧基戊酸乙酯的制备：218.75g氢氧化钠(5.25mol，96％)和1850.00g乙醇置于5000ml四口烧瓶中，升温至乙醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加466.95g乙酸乙酯(5.25mol，99％)和462.50g环氧氯丙烷(5.0mol，99％)，滴加时间为3h，保持反应温度为乙醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液2987.34g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液2675.60g，气相色谱分析产品含量26.29wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.71％。

(2).5-羟基戊酸乙酯的制备：反应器、催化剂同实施例1。

将反应步骤1)制备的含有4,5-环氧基戊酸乙酯的滤液通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝2.0g/gcat/h，氢气和4,5-环氧基戊酸乙酯摩尔比为40，加氢反应温度为105℃，加氢反应压力15MPa。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行2h后，反应进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸乙酯选择性达到99.5％。

反应液在常压、100℃下脱除轻组分后，在1.0KPa、100℃下进行减压蒸馏，收集馏分温度83～85℃/1.0KPa产品，气相色谱分析纯度为99.5％，分离得率为99.7％。

(3)δ-戊内酯的制备：反应器及催化剂装填方式、装填量同实施例1，催化剂选择酸性氧化铝瓷球。

保持催化精馏塔反应段以及提馏段夹套温度为130℃，将反应步骤2)制备的5-羟基戊酸乙酯通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝3.0g/gcat/h，催化精馏塔的回流比为5，采用塔中进料，塔顶连续采出乙醇等低沸点化合物，塔釜连续得到含有δ-戊内酯的反应液。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行1.5h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.1％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.7％，同实施例1，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为96.05％。

产品采用核磁确认其结构为δ-戊内酯。

谱图数据如下：

1H NMR(300MHz，CDCl3，TMS为内标)：1.846～1.934(m,4H,-CH₂CH₂-)，2.546～2.583(t,2H,-CH₂-CO-)，4.335～4.362(t,2H,-O-CH₂-)。

实施例3

(1).4,5-环氧基戊酸丙酯的制备：214.58g氢氧化钠(5.15mol，96％)和1387.50g丙醇置于5000ml四口烧瓶中，升温至丙醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加530.97g乙酸丙酯(5.15mol，99％)和462.50g环氧氯丙烷(5.0mol，99％)，滴加时间为4h，保持反应温度为丙醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液2587.62g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液2283.15g，气相色谱分析产品含量33.73wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.48％。

(2).5-羟基戊酸丙酯的制备：反应器、催化剂同实施例1。

将反应步骤1)制备的含有4,5-环氧基戊酸丙酯的滤液通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝1.0g/gcat/h，氢气和5-醛基戊酸丙酯摩尔比为20，加氢反应温度为150℃，加氢反应压力8MPa。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行1.5h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸丙酯选择性达到99.8％。

反应液在常压、110℃下脱除轻组分后，在1.0KPa、110℃下进行减压蒸馏，收集馏分温度87～90℃/1.0KPa产品，气相色谱分析纯度为99.5％，分离得率为99.7％。

(3)δ-戊内酯的制备：反应器及催化剂装填方式、装填量同实施例1，催化剂选择酸性氧化铝瓷球。

保持精馏塔夹套温度为150℃，将反应步骤2)制备的5-羟基戊酸丙酯通过进料泵连续进入，液空速WHSV＝5.0g/gcat/h，催化精馏塔的回流比为10，采用塔中进料，塔顶连续采出丙醇等低沸点化合物，塔釜连续得到含有δ-戊内酯的反应液。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行2.0h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.3％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.6％，同实施例1，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为96.31％。

产品采用核磁方法确认其结构为δ-戊内酯。

谱图数据如下：

1H NMR(300MHz，CDCl3，TMS为内标)：1.842～1.931(m,4H,-CH₂CH₂-)，2.542～2.576(t,2H,-CH₂-CO-)，4.336～4.361(t,2H,-O-CH₂-)。

实施例4

(1).4,5-环氧基戊酸甲酯的制备：218.75g氢氧化钠(5.25mol，96％)和1387.50g乙醇置于5000ml四口烧瓶中，升温至乙醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加392.66g乙酸甲酯(5.25mol，99％)和462.50g环氧氯丙烷(5.00mol，99％)，滴加时间为4h，保持反应温度为乙醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液2455.36g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液2157.17g，气相色谱分析产品含量29.23wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.01％。

(2).5-羟基戊酸甲酯的制备：实验过程同实施例3。间断取样对反应液进行GC分析，可以看出反应进行3h后，反应进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸乙酯选择性达到99.7％。

纯化分离同实施例1，产品分离得率为99.6％。

(3)δ-戊内酯的制备：反应器、催化剂、催化剂装填方式以及装填量同实施例1，操作过程同实施例2。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行2h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.0％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.6％，同实施例1，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为95.36％。

产品采用核磁方法确认其结构为δ-戊内酯。

谱图数据如下：

1H NMR(300MHz，CDCl3，TMS为内标)：1.849～1.935(m,4H,-CH₂CH₂-)，2.548～2.581(t,2H,-CH₂-CO-)，4.337～4.365(t,2H,-O-CH₂-)。

实施例5

(1).4,5-环氧基戊酸乙酯的制备：214.58g氢氧化钠(5.15mol，96％)和1850.00g甲醇置于5000ml四口烧瓶中，升温至甲醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加453.61g乙酸乙酯(5.1mol，99％)和462.50g环氧氯丙烷(5.0mol，99％)，滴加时间为5h，保持反应温度为甲醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液2970.39g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液2670.41g，气相色谱分析产品含量26.31wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.59％。

(2).5-羟基戊酸乙酯的制备：实验过程同实施例1。间断取样对反应液进行GC分析，反应进行1h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸乙酯选择性达到99.5％。

纯化分离同实施例2，产品分离得率为99.9％。

(3)δ-戊内酯的制备：反应器、催化剂、催化剂装填方式以及装填量同实施例2，操作过程(如原料的液时空速、加热温度、催化精馏塔回流比等条件)同实施例3。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行2h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.3％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.6％，同实施例1，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为96.33％。

产品采用核磁方法确认其结构为δ-戊内酯。

谱图数据如下：

1H NMR(300MHz，CDCl3，TMS为内标)：1.849～1.935(m,4H,-CH₂CH₂-)，2.547～2.580(t,2H,-CH₂-CO-)，4.338～4.364(t,2H,-O-CH₂-)。

实施例6

(1).4,5-环氧基戊酸丙酯的制备：42.08g氢氧化钠(1.01mol，96％)和185g丙醇置于1000ml四口烧瓶中，升温至丙醇回流温度，然后采用滴液漏斗同时滴加104.06g(1.01mol，99％)乙酸丙酯和92.50g环氧氯丙烷(1.0mol，99％)，滴加时间为5h，保持反应温度为丙醇回流温度，进料结束后继续保温反应1h，得到含有白色粉末沉淀的反应悬浊液420.56g反应液，使用50μm过滤器在0.03MPa下减压过滤，得到滤液360.72g，气相色谱分析产品含量42.72wt.％，以环氧氯丙烷计收率97.53％。

(2).5-羟基戊酸丙酯的制备：实验过程同实施例2。间断取样对反应液进行GC分析，反应进行1.5h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，5-羟基戊酸乙酯选择性达到99.5％。

纯化分离同实施例3，产品分离得率为99.7％。

(3)δ-戊内酯的制备：反应器、催化剂、催化剂装填方式以及装填量同实施例2，操作过程同实施例1。

间断取样对反应液进行GC分析，反应进行2.5h后进入稳定状态，其中反应转化率达到99.9％，δ-戊内酯选择性达到99.1％，其中反应液中δ-戊内酯GC含量达到99.8％，同实施例1，反应液不用进一步提纯，即可作为产品使用。最终产品以原料环氧氯丙烷计收率为95.88％。

产品采用核磁方法确认其结构为δ-戊内酯。

谱图数据如下：

1H NMR(300MHz，CDCl3，TMS为内标)：1.848～1.935(m,4H,-CH₂CH₂-)，2.547～2.581(t,2H,-CH₂-CO-)，4.338～4.364(t,2H,-O-CH₂-)。

Claims (33)

1.一种用于制备δ-戊内酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)式(I)所示的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷发生亲核取代反应，生成式(III)所示的4,5-环氧基戊酸烷基酯；

其中R为烷基基团；

2)步骤1)所得式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯通过加氢反应生成式(IV)所示的5-羟基戊酸烷基酯；

其中R为烷基基团；

3)步骤2)所得式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯发生环化反应生成δ-戊内酯；

步骤2)所述加氢反应在加氢催化剂的存在下进行，所述加氢催化剂为雷尼镍催化剂；

步骤3)所述环化反应在固体酸催化剂存在下进行，所述固体酸催化剂选自磺酸型阳离子交换树脂或酸性氧化铝；

步骤1)所述亲核取代反应在碱性催化剂存在下进行，所述碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述R为直链或支化的C₁～C₆烷基。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述R为直链或支化的C₁～C₃烷基。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(0.1～100):1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(0.1～50):1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(0.1～10):1。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(1～2):1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙酸烷基酯与环氧氯丙烷的摩尔比为(1.01～1.05):1。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂是氢氧化钠。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂与所述环氧氯丙烷的摩尔比(1～10):1。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂与所述环氧氯丙烷的摩尔比(1～5):1。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂与所述环氧氯丙烷的摩尔比(1.01～1.05):1。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，步骤1)所述亲核取代反应的反应温度为30～150℃。

14.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述亲核取代反应的反应时间为1～10h。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述亲核取代反应的反应时间为4～6h。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤1)所述亲核取代反应完成后，还包括将反应产物过滤或者过滤并纯化的步骤。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述亲核取代反应完成后将所得的反应产物过滤，并将所得滤液直接用于步骤2)。

18.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤2)所述加氢催化剂的处理量为0.05～10.0g式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤2)所述加氢催化剂的处理量为0.1～2.0g式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

20.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述加氢反应的反应温度为40～200℃。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述加氢反应的反应温度为60～150℃。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯和氢气接触发生所述加氢反应，所述氢气和式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯的摩尔比为(1～100):1。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述氢气和式(III)的4,5-环氧基戊酸烷基酯的摩尔比为(5～40):1。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述加氢反应中氢气的压力为1～20Mpa。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述加氢反应中氢气的压力为2～15Mpa。

26.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤3)所述环化反应的反应温度为70～180℃。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，步骤3)所述环化反应的反应温度为100～150℃。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，步骤3)所述环化反应完成后，还包括将所得δ-戊内酯进行分离、提纯的步骤。

29.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤3)所述环化反应在催化精馏塔中进行；

步骤3)所述催化精馏塔中使用的催化剂为固体酸催化剂；

所述固体酸催化剂选自磺酸型阳离子交换树脂或酸性氧化铝。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述催化剂的处理量为1～10g式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述催化剂的处理量为2～5g式(IV)的5-羟基戊酸烷基酯/(g催化剂·小时)。

32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述环化反应的温度为70～180℃。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述环化反应的温度为100～150℃。

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