CN109593047A - 一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法 - Google Patents

Abstract

一种活泼亚甲基碳‑烷基化的连续制备方法，涉及高选择性单烷基化的连续化制备方法，该方法整个连续化工艺过程分五个操作单元：第一个单元，参与反应的化学试剂在萃取塔中混合分相制备出供下一步烷基化反应的碳负离子活性中间体，第二个单元将中间体与烷基化试剂，烃溶液经混合后在管式反应器中进行反应，第三单元和第四单元：将物料经过热交换后，在萃取塔中使用酸性水溶液将反应物料中的烷基化产物萃入水相，第五单元：分离出的有机相进入精馏塔分离出烃水共沸物，塔底脱水物料与新加入原料混合后进入第一单元。本发明使用相转移催化技术，特点是使用连续化工艺，控制活性中间体浓度，连续提取出反应产物，达到控制双烷基化副产物产生的目的。

Description

一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法

技术领域

本发明涉及高选择性单烷基化的连续化制备方法，具体涉及一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法。

背景技术

活泼亚甲基的碳-烷基化是有机合成中重要的反应类型，除采用近些年发展的专用烷基化试剂外，经济的主要方法是使用碳负离子的亲核反应，按照使用的碱试剂可以分为：1、非质子溶剂中使用强碱性物质，例如氨基钠、叔丁醇钠等；2、使用相转移催化技术，使用一般强碱，例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾等。相转移催化技术的使用使得该类反应更加安全、环保、经济。关于该反应有很多文献专利报道，不胜枚举。仅列举两本专业书籍作为背景材料：E.V.戴姆洛夫, S.V.戴姆洛夫一相转移催化作用.化学工业出版社,1998.；赵地顺主编《相转移催化原理及应用》化学工业出版社出版时间2007。

在间歇反应器中进行活泼亚甲基的碳-烷基化反应制备单烷基化产物时，现有的方法均不可避免产生出不少双烷基化副产物。大多数情况下使用通常的方法很难经济地分离出这些副产物。这个问题的产生与反应物料在间歇反应器中的返混、反应活性中间体浓度过高（相对于烷基化试剂活性）等因素有关。本发明针对这个问题提出了一种解决办法。

发明内容

本发明目的在于提供一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，使用连续化工艺，控制活性中间体浓度，连续提取出反应产物，达到控制双烷基化副产物产生的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

整个连续化工艺过程分五个操作单元。

第一个单元，参与反应的化学试剂有两种：1.液体强碱，如氢氧化钠、氢氧化钾等，使用浓度30-60%；2.含有活泼亚甲基上存在两个活泼氢的化合物，如苯乙腈、苯环上被其他非碱性基团取代的苯乙腈化合物、氰基乙酸酯、β-二羰基类化合物，β-羰基基羧酸酯类化合物、丙二酸酯类化合物等；3.相转移催化剂，可采用本行业技术人员根据具体反应物料自行选择的各种催化剂。将以上3种试剂在萃取塔中混合分相制备出供下一步烷基化反应的碳负离子活性中间体。相比有机相：水相在1：1至1：20之间，温度20℃至100℃之间。控制碳负离子摩尔浓度1%-10%。

第二个单元，将第一单元的中间体与含有碱性基团的烷基化试剂（如含有伯胺基、仲胺基、叔胺基的卤（氯、溴）代烃）烃溶液经混合后在管式反应器中进行反应。此处烃是可以与水形成共沸物的烷烃、芳香烃等。反应温度20℃至100℃之间，烷基化试剂单位时间加入量与碳负离子量比例0.5至1.1。反应时间1分钟至120分钟。

第三单元和第四单元：将第二单元反应完物料经过热交换降温后，在萃取塔中使用酸性水溶液将反应物料中的烷基化产物萃入水相。酸性水相可以是盐酸、硫酸、磷酸等无机酸；甲酸、乙酸、草酸等小分子量有机酸的水溶液。酸性水相中氢离子浓度2.7M至8.2M，有机相与酸性水相比例10%至50%。酸性水相循环使用，萃取形成的酸性水相中烷基化产物的浓度达到10%以上，可以作为产品的酸盐水溶液离开这个体系，按照常规方式获得最终单烷基化产物。萃取形成的有机相进入第四单元萃取塔，使用第一单元排放的低浓度碱溶液与水形成的碱水溶液洗涤，碱水浓度1%至5%。有机相与水相相比1：1至1：5。碱水溶液循环使用。

第五单元：第四单元分离出的有机相进入精馏塔分离出烃水共沸物，将塔底脱水物料与新加入原料混合后进入第一单元。

活泼亚甲基化合物原料（含相转移催化剂）经计量泵A1进入带搅拌的储罐C2，同时流程循环的未反应活泼亚甲基化合物原料作为精馏塔K塔底物料由离心泵E4泵入带搅拌的储罐C2，搅拌混合后，经过换热器H升温后进入萃取塔B1下部。碱水溶液进入带搅拌的储罐C1，与萃取塔底部分离下来的碱溶液混合后，由离心泵E1经过滤器D送至萃取塔B1塔顶，与储罐C2过来的活泼亚甲基化合物原料在萃取塔B1中进行接触后，从萃取塔B1上部分离出包含活性中间体碳负离子的有机相经计量泵A3泵入混合器F。烷基化试剂烃溶液经计量泵A2泵入混合器F与计量泵A3泵入的物料混合。混合器F混合后的物料进入管式反应器G进行烷基化反应。从管式反应器G出来的物料经过换热器H降温后，进入萃取塔B2下部，与萃取塔B2顶部下来的酸水溶液在萃取塔B2中进行接触，酸水溶液进入带搅拌的储罐C3与萃取塔B2底部分离出来的含烷基化产物酸水溶液混合，混合后酸水溶液由离心泵E2泵入萃取塔B2顶部，同时分出部分烷基化产物酸水溶液作为该流程产品（可按照常规手段获得烷基化产品）。萃取塔B2上部分离出的有机相进入萃取塔B3下部，与萃取塔B3塔顶下来的碱水溶液进行接触，碱水溶液从萃取塔B3底部进入带有搅拌的储罐C4与水进行混合后由离心泵E3泵入萃取塔B3塔顶碱水溶液与萃取塔B1塔顶部分碱水溶液混合后进入萃取塔B3。离心泵E3出口分出部分水溶液经污水处理后排放。萃取塔B3上部分出的有机相进入精馏塔K，塔顶将烃水共沸物分出，塔底物料经离心泵E4泵入带搅拌的储罐C2。

本发明使用相转移催化技术，特点是使用连续化工艺，控制活性中间体浓度，连续提取出反应产物，达到控制双烷基化副产物产生的目的。

本发明的优点与效果是：

本发明针对间歇式操作相转移催化技术时存在的高返混，高碳负离子浓度导致双烷基化副反应较多的缺陷。通过连续化工艺，控制碳负离子浓度，将反应浓度控制在比较低的水平，采用低返混的管式反应器，连续提取出反应产物。使得单烷基化纯度高于95%，而间歇式操作单烷基化纯度低于85%。

附图说明

图1：本申请反应流程图示意图。

流程图说明：此流程图属于示意图，施工图比较复杂，会影响对本发明的理解。任何化工工艺设计人员均能够按照这个示意图依照化工常规设计出施工流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，接下来所述仅用于详细描述本发明，但是不能限制本发明的其它实施方案以及保护范围。

活泼亚甲基化合物原料（含相转移催化剂）经计量泵A1进入带搅拌的储罐C2，同时流程循环的未反应活泼亚甲基化合物原料作为精馏塔K塔底物料由离心泵E4泵入带搅拌的储罐C2，搅拌混合后，经过换热器H升温后进入萃取塔B1下部。碱水溶液进入带搅拌的储罐C1，与萃取塔底部分离下来的碱溶液混合后，由离心泵E1经过滤器D送至萃取塔B1塔顶，与储罐C2过来的活泼亚甲基化合物原料在萃取塔B1中进行接触后，从萃取塔B1上部分离出包含活性中间体碳负离子的有机相经计量泵A3泵入混合器F。烷基化试剂烃溶液经计量泵A2泵入混合器F与计量泵A3泵入的物料混合。混合器F混合后的物料进入管式反应器G进行烷基化反应。从管式反应器G出来的物料经过换热器H降温后，进入萃取塔B2下部，与萃取塔B2顶部下来的酸水溶液在萃取塔B2中进行接触，酸水溶液进入带搅拌的储罐C3与萃取塔B2底部分离出来的含烷基化产物酸水溶液混合，混合后酸水溶液由离心泵E2泵入萃取塔B2顶部，同时分出部分烷基化产物酸水溶液作为该流程产品（可按照常规手段获得烷基化产品）。萃取塔B2上部分离出的有机相进入萃取塔B3下部，与萃取塔B3塔顶下来的碱水溶液进行接触，碱水溶液从萃取塔B3底部进入带有搅拌的储罐C4与水进行混合后由离心泵E3泵入萃取塔B3塔顶碱水溶液与萃取塔B1塔顶部分碱水溶液混合后进入萃取塔B3。离心泵E3出口分出部分水溶液经污水处理后排放。萃取塔B3上部分出的有机相进入精馏塔K，塔顶将烃水共沸物分出，塔底物料经离心泵E4泵入带搅拌的储罐C2。

实例1

计量泵A1输入苯乙腈流量800g/分钟至缓冲罐C2中；相转移催化剂：三辛基甲基氯化铵1%溶于苯乙腈中；苯乙腈循环量8000g，循环氢氧化钠浓度40%，苯乙腈/氢氧化钠溶液相比1/8，萃取塔B1接触时间2分钟，反应温度50℃。萃取塔B1的有机相经过计量泵A3按照8000g/分钟输入至混合器F中。计量泵输入2-二乙氨基氯乙烷80%甲苯溶液1210g/分钟至混合器F。两个反应原料经过混合后在管式反应器G温度50℃下停留5分钟后经过换热器H，进入萃取塔B2。萃取塔B2有机相/水相的相比1：10，循环盐酸溶液浓度5%，萃取接触时间2分钟。储罐C3中的单烷基化产物浓度34%，从储罐C3连续排出物料5000g/分钟。将该物料经过常规中和、萃取、蒸馏即可得到产品。分析其中单烷基化产物含1418g，双烷基化产物59g。折算纯度96%。萃取塔B2塔上部有机相进入萃取塔B3进行碱洗，碱水浓度控制在1%，有机相/水相的相比5：1。萃取塔B3塔上部有机相进入精馏塔K，精馏塔K按常规操作将有机相中的甲苯及水分出。精馏塔K塔底有机相泵入储罐C2。

对照例

将80g 苯乙腈，0.8g三辛基甲基氯化铵， 40%氢氧化钠水溶液400g加入2000ml带有回流搅拌装置的反应瓶中，升温至50℃，1小时内滴加完毕120g二乙氨基氯乙烷80%甲苯溶液。然后升温至80℃，保温5小时。将反应物料碱液分离后，加入10%盐酸水溶液，至水溶液呈强酸性。将水相分离后加氢氧化钠水溶液中和至强碱性，分离出油相得到产品112g。分析其中单烷基化产物95.4g，双烷基化产物16.6g，折算纯度85.2%。

实例2

按照实例1，用已酰丙酮替代苯乙腈，用N-甲基氨基溴乙烷替代二乙氨基氯乙烷，投料数量按相同摩尔数换算，得到单烷基化产物纯度达到97%。

Claims (10)

1.一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：整个连续化工艺过程分五个操作单元：第一个单元，参与反应的化学试剂有3种：1）液体强碱，2）含有活泼亚甲基上存在两个活泼氢的化合物，3）相转移催化剂，将以上3种试剂在萃取塔中混合分相制备出供下一步烷基化反应的碳负离子活性中间体；

第二个单元，将第一单元的中间体与含有碱性基团的烷基化试剂，烃溶液经混合后在管式反应器中进行反应，反应温度20℃至100℃之间，烷基化试剂单位时间加入量与碳负离子量比例0.5至1.1，反应时间1分钟至120分钟；

第三单元和第四单元：将第二单元反应完物料经过热交换降温后，在萃取塔中使用酸性水溶液将反应物料中的烷基化产物萃入水相，酸性水相循环使用，萃取形成的酸性水相中烷基化产物的浓度达到10%以上，可以作为产品的酸盐水溶液离开这个体系，按照常规方式获得最终单烷基化产物；萃取形成的有机相进入第四单元萃取塔，使用第一单元排放的低浓度碱溶液与水形成的碱水溶液洗涤；

第五单元：第四单元分离出的有机相进入精馏塔分离出烃水共沸物，将塔底脱水物料与新加入原料混合后进入第一单元。

2.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述第一个单元相比有机相：水相在1：1至1：20之间，温度20℃至100℃之间，控制碳负离子摩尔浓度1%-10%。

3.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述第三、四单元碱水浓度1%至5%，有机相与水相相比1：1至1：5。

4.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述液体强碱为氢氧化钠、氢氧化钾，使用浓度30-60%。

5.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述含有活泼亚甲基上存在两个活泼氢的化合物为苯乙腈、苯环上被其他非碱性基团取代的苯乙腈化合物、氰基乙酸酯、β-二羰基类化合物，β-羰基基羧酸酯类化合物、丙二酸酯类化合物。

6.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述相转移催化剂，可采用本行业技术人员根据具体反应物料自行选择的各种催化剂。

7.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述含有碱性基团的烷基化试剂为含有伯胺基、仲胺基、叔胺基的卤（氯、溴）代烃。

8.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述第二单元烃溶液中的烃是可以与水形成共沸物的烷烃、芳香烃。

9.根据权利要求1所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述酸性水相可以是无机酸：盐酸、硫酸、磷酸；甲酸、乙酸、草酸小分子量有机酸的水溶液。

10.根据权利要求9所述的一种活泼亚甲基碳-烷基化的连续制备方法，其特征在于：所述酸性水相中氢离子浓度2.7M至8.2M，有机相与酸性水相比例10%至50%。