CN111620844B - α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成领域，公开了一种α‑乙酰基‑γ‑丁内酯的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)使γ‑丁内酯、CH3COOR1和R2ONa发生酰化反应以得到含α‑乙酰基‑γ‑丁内酯钠盐的物料，其中，R1和R2各自独立地为C1‑C4的烷基；(2)在水存在的条件下，使所述含α‑乙酰基‑γ‑丁内酯钠盐的物料与CO2气体接触发生中和反应。本发明提供的方法在确保安全性的情况下还具备收率较高的优势，为α‑乙酰基‑γ‑丁内酯的规模化生产提供了便利。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法。
背景技术
α-乙酰基-γ-丁内酯是医药化工生产领域的一种重要中间体，可以用于生产制备多种药物。目前的工艺路线主要有两种：一种是用乙酰乙酸甲(或乙)酯对环氧乙烷开环再酯化关环的工艺路线；另一种是采用γ-丁内酯和乙酸甲(或乙)酯为原料的酰化工艺路线。乙酰乙酸甲(或乙)酯路线中用到的环氧乙烷的沸点为10.8℃，属于一级易燃易爆化学品，这对于存储，运输，生产环节都会造成严重的安全隐患，所以目前该工艺路线逐步被淘汰，国内企业的主流生产均转向γ-丁内酯和乙酸甲(或乙)酯为原料的酰化工艺路线。
在强碱物质(金属钠，金属钾，醇钠，氨基钠等)的存在下，以γ-丁内酯和乙酸酯为原料的酰化工艺路线最初由F.Korte等报道(Angewandte Chemie,71,1959,23,709-752)。后续的工艺大多均是在此基础上进行的改进。
CN103304519A公开了一种反应物料可回收套用的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，反应式如下：
所述方法包括以下步骤：(1)酰化反应：在反应釜中加入γ-丁内酯(I)、乙酸甲酯(II)、甲醇钠以及惰性溶剂，将反应物料缓慢升温至70-90℃，反应生成α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐和副产物甲醇，通过共沸蒸馏移除副产物甲醇，得到α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐；所述惰性溶剂是与乙酸甲酯和甲醇不产生共沸的溶剂，选自二甲苯、乙苯、壬烷、癸烷、十一烷和三甲苯中的一种或多种，γ-丁内酯和惰性溶剂的摩尔比为1:3～8，所述γ-丁内酯和甲醇钠的摩尔比为1:1.1～2，所述γ-丁内酯和乙酸甲酯的摩尔比为1:2～8；(2)反应物料的分离：酰化反应至气相色谱检测反应物料中γ-丁内酯(I)的含量小于2％，停止加热，蒸出溶剂，其中蒸出的溶剂包括步骤(1)中未反应的乙酸甲酯、副产物甲醇和少量惰性溶剂；(3)中和反应：将步骤(2)所得的α-乙酰基-γ-丁内酯的钠盐用硫酸或磷酸调至pH为3-4的弱酸性状态，分离水相而得到α-乙酰基-γ-丁内酯的溶液；其中磷酸盐水相用惰性溶剂萃取，所述惰性溶剂采用步骤(1)所述的溶剂；(4)脱溶及精馏处理：合并步骤(3)所得的有机相，蒸出溶剂，得到α-乙酰基-γ-丁内酯粗品，减压精馏后得到α-乙酰基-γ-丁内酯纯品；(5)废溶剂的回收处理：将反应完全后剩余的惰性溶剂、乙酸甲酯、副产物甲醇混合废溶剂合并，通过普通蒸馏分离出惰性溶剂，通过萃取精馏分离出过量的乙酸甲酯和副产物甲醇；(6)循环利用：将步骤(5)回收获得的乙酸甲酯和惰性溶剂直接进入步骤(1)中循环利用，回收获得的甲醇用于制备甲醇钠重新进入步骤(1)。
CN108129423A公开了一种制备α-乙酰-γ-丁内酯的方法，所述方法包括如下步骤：(1)在第一有机溶剂条件下，以固体甲醇钠为催化剂，γ-丁内酯和乙酸乙酯为起始原料，进行乙酰化反应，反应完毕后，将反应液浓缩，析出α-乙酰-γ-丁内酯钠盐固体；(2)使用与所述α-乙酰-γ-丁内酯钠盐固体不溶的第二有机溶剂对所述α-乙酰-γ-丁内酯钠盐固体进行打浆洗涤；将洗涤后的所述α-乙酰-γ-丁内酯钠盐固体置于第三有机溶剂中，使用酸溶液调节pH值至6-7，搅拌，过滤，滤液经过减压蒸馏，得到α-乙酰-γ-丁内酯。其中所述酸选自硫酸、盐酸中的一种或几种，所述酸溶液的浓度为50％-80％，优选的酸溶液的浓度为60％-75％，所述酸溶液的溶剂选自甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种；在使用酸溶液调节pH值时，控制温度在-10℃～15℃，优选的控制温度在-5℃～5℃，所述的搅拌的时间为4.5-6小时，优选的搅拌时间为5小时。
上述方法采用甲醇钠代替了金属钠，解决了因使用金属钠而存在的安全性问题，但上述方法的收率均较低，均不到85％。因此，需要寻求一种收率更高的制备α-乙酰基-γ-丁内酯的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，本发明提供的方法在确保安全性的情况下还具备收率较高的优势。
为了实现上述目的，本发明提供了一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa发生酰化反应以得到含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料，其中，R1和R2各自独立地为C1-C4的烷基；
(2)在水存在的条件下，使所述含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料与CO2气体接触发生中和反应。
本发明提供的方法，采用碳酸(二氧化碳)这样的弱酸进行中和反应，与现有技术的磷酸、硫酸这样的中强酸和强酸相比，有效降低了产品的水解，并且彻底革除了含磷废水以及废盐的产生，工艺环保绿色化；本发明提供的方法副反应少，且分离体系简单，α-乙酰基-γ-丁内酯的收率可达95％，产品纯度可达99.5％，为α-乙酰基-γ-丁内酯的规模化生产提供了便利。
具体地，本发明提供的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法具有以下优势：
(1)本发明提供的方法，γ-丁内酯的酰化反应采用烷基醇钠作为碱，全程没有氢气产生，不存在使用金属钠工艺存在的安全性隐患；
(2)本发明提供的方法，整个工艺流程均不引入高沸点溶剂，避免了乙酸烷基酯、烷基醇、高沸点溶剂的共沸分离问题，大幅降低了能耗；
(3)本发明提供的方法副反应少，且分离体系简单，α-乙酰基-γ-丁内酯的收率可达95％，产品纯度可达99.5％；
(4)本发明提供的方法，在水存在下，采用二氧化碳进行中和反应，避免了产品的水解，彻底革除了含磷废水以及废盐的产生，工艺环保绿色化，几乎不对环境产生影响；
(5)本发明提供的方法，回收的乙酸烷基酯和烷基醇可直接循环利用，回收操作方便，能耗低，生产成本大幅下降；
(6)本发明提供的方法，整个工艺流程的操作不需要高压操作，普通反应罐或者精馏塔均可达到要求，不涉及特殊设备或者安全缓冲体系的使用，操作安全方便，利于工业化。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa发生酰化反应以得到含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料，其中，R1和R2各自独立地为C1-C4的烷基；
(2)在水存在的条件下，使所述含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料与CO2气体接触发生中和反应。
根据本发明的方法，优选情况下，步骤(1)中，R1和R2各自独立地优选为C1-C2的烷基如甲基、乙基。R1和R2可以相同，也可以不同。
根据本发明的方法，步骤(1)中，所述酰化反应一般在干燥的条件下进行，所述酰化反应优选在配置有回流和蒸馏装置的反应罐中进行，反应罐优选设置有液体滴加高位罐和固体加料料斗。
根据本发明的方法，步骤(1)中，所述γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa的摩尔比优选为1：(2-15)：(0.5-2)，更优选为1：(3-12)：(1-1.5)。
步骤(1)中，CH3COOR1既作为所述酰化反应的原料，同时又作为反应的溶剂，不引入额外的高沸点溶剂，一方面可以节约成本，另一方面可以避免高沸点溶剂、乙酸烷基酯、所述酰化反应生成的烷基醇形成共沸。
根据本发明的方法，所述酰化反应的加料方式和加料速度只要满足反应体系热量能被及时撤出确保反应所需的温度即可；优选地，可将γ-丁内酯和烷基醇钠分批入，同时保持加料过程中所述酰化反应体系的温度在所述酰化反应所需温度范围内。
根据本发明的方法，步骤(1)中，所述酰化反应的温度可以为60℃至100℃，优选为80℃至90℃。
根据本发明的方法，步骤(1)中，所述酰化反应的压力可以为0.01-0.6MPa，优选为0.1-0.3MPa。
本发明中，除非另有说明，所述压力为表压。
根据本发明的方法，所述酰化反应的时间可以为1-30h，优选为3-15h。
根据本发明的方法，优选情况下，该方法还包括：步骤(1)中，在所述酰化反应的过程中蒸馏并回收CH3COOR1和酰化反应过程中生成的R1OH或R2OH。为了使得所述酰化反应能够平稳的进行，蒸馏过程的回流比可以为(3-4)：1。
步骤(1)回收的CH3COOR1可直接循环利用，另外，将R1OH或R2OH蒸出，这有利于γ-丁内酯转化的更彻底，同时，蒸出的烷基醇可用于烷基醇钠的制备，生产成本大幅下降。
在本发明中，当步骤(1)中蒸出CH3COOR1以及酰化反应生成的R1OH或R2OH时，还可以向酰化反应体系中补加一定量的CH3COOR1；优选情况下，相对于每克的γ-丁内酯，CH3COOR1的补加量为0.5-5g，更优选为1-3g。
根据本发明的方法，步骤(2)中，水和步骤(1)中R2ONa的摩尔比可以为(0.3-1)：1，优选为(0.55-1)：1。
根据本发明的方法，一般地，步骤(2)中，所述中和反应中，通过CO2罐提供一定压力的CO2气体，优选情况下，CO2气体的压力可以为0.01-5MPa，优选为0.01-1MPa。
根据本发明的方法，步骤(2)中，所述中和反应的温度为可以为-10℃至80℃，优选为5℃至35℃。
根据本发明的方法，步骤(2)中，所述中和反应的时间可以为0.1-10h，优选为0.5-5h。
根据本发明的方法，优选情况下，该方法还可以包括步骤(3)：将步骤(2)中α-乙酰基-γ-丁内酯粗品经减压精馏分离得到α-乙酰基-γ-丁内酯。
根据本发明的方法，优选情况下，所述精馏可以为变压精馏或共沸精馏。
其中，所述变压精馏或共沸精馏的真空度优选小于1000Pa。
根据本发明优选的实施方式，本发明提供的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法包括以下步骤：
(1)酰化反应：使γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa在80℃至90℃，0.1-0.3MPa压力下保温反应3-15h，以得到含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料，在酰化反应的过程中蒸馏并回收CH3COOR1和酰化反应过程中生成的R1OH或R2OH，其中，γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa的摩尔比为1：(3-12)：(1-1.5)；R1和R2各自独立地为C1-C2的烷基；
(2)中和反应：在5℃至35℃下，使所述含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料在0.01-1MPa的CO2气体氛围下与水进行混合，保温反应0.5-5h，其中，水和步骤(1)中R2ONa的摩尔比为(0.55-1)：1；
(3)分离：将步骤(2)中α-乙酰基-γ-丁内酯粗品在高真空(小于2000Pa)的条件下，经减压精馏分离得到α-乙酰基-γ-丁内酯。
本发明中，步骤(2)中含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料为步骤(1)反应得到的物料，不经额外的分离步骤，如不经现有技术的萃取步骤，也即，本发明的方法在步骤(1)完成之后和步骤(2)之间不包括额外的分离步骤如萃取步骤。从而本发明的方法大大节省了工序，降低了生产成本，还降低了因额外操作导致的物料损耗。
本发明制备α-乙酰基-γ-丁内酯的路线如下所示：
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例用到的原料、酸、碱、溶剂等均通过商购获得。纯度通过气相色谱测得，收率是通过实际产量/理论产量*100％计算得到。
实施例1
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在85℃下保压反应5h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为20℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.03MPa。开始缓慢滴加0.9kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.65kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例2
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加7.5kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在88℃下保压反应3h。用气相色谱监控反应体系约有3％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为10℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.03MPa。开始缓慢滴加0.9kg水，滴加完毕，搅拌60分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物7.7kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa以下的压力下高真空减压精馏得到5.67kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共27.7kg，回收得到19.9kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率81％)和2.6kg的甲醇(纯度99％，回收率85％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例3
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在80℃下保压反应5h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为5℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为1MPa。开始缓慢滴加0.9kg水，滴加完毕，搅拌80分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.71kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例4
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在85℃下保压反应4h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至10℃至15℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为20℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.03MPa。开始缓慢滴加0.9kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.68kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例5
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯10.3kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和3.76kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在45℃。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为3：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约8kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加7kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.1MPa，在90℃下保压反应10h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为35℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.8MPa。开始缓慢滴加0.7kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物9.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.73kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共17.5kg，回收得到11.9kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率86％)和3.2kg的甲醇(纯度99％，回收率86％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例6
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的100L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯41.3kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和3kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为3：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约21kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加12kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.3MPa，在82℃下保压反应8h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至10℃至15℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为30℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.01MPa。开始缓慢滴加0.8kg水，滴加完毕，搅拌120分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物32.1kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下，高真空减压精馏得到5.73kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物53.1kg，回收得到43.9kg乙酸甲酯(纯度99％，回收率88％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率88％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例7
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.7kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.1MPa，在70℃下保压反应15h。用气相色谱监控反应体系约有2％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为20℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.5MPa。开始缓慢滴加0.9kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.36kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物30.5kg，回收得到24.2kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率88％)和2.5kg的甲醇(纯度99％，回收率85％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例8
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在85℃保压反应5h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度20℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.03MPa。开始缓慢滴加1kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.37kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.7kg的甲醇(纯度99％，回收率86％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例9
(1)酰化反应：反应在配置搅拌、回流和蒸馏装置的干燥的50L不锈钢反应罐中进行。打开搅拌，用氮气置换反应罐，加入乙酸甲酯20.7kg，将反应罐内温升至45℃，将4kg的γ-丁内酯和2.6kg甲醇钠分批加入，保持体系温度在43℃至48℃之间。将反应体系逐步升温至55℃，缓慢开启蒸馏装置阀门，控制好回流比为4：1，收集反应生成的甲醇与乙酸甲酯的混合物约20kg，用于精馏分离回收套用。同时缓慢补加10.3kg乙酸甲酯，缓慢升温，罐内压力为0.15MPa，在85℃保压反应5h。用气相色谱监控反应体系约有1％的γ-丁内酯剩余。
(2)中和反应：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度20℃，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为0.03MPa。开始缓慢滴加1.2kg水，滴加完毕，搅拌30分钟。
(3)分离：将步骤(2)中反应体系进行压滤，固体用乙酸甲酯洗涤后干燥得碳酸氢钠，作为副产物收集；滤液先进行常压精馏蒸出乙酸甲酯和甲醇混合物10.5kg与步骤(1)中的蒸出物合并去精馏分离；罐内剩余液体转入10L瓶中继续在低于1000Pa的压力下高真空减压精馏得到5.41kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.5kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率86％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例10
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(1)的酰化反应中，用相同摩尔量的乙酸乙酯代替乙酸甲酯，用相同摩尔量的乙醇钠代替甲醇钠。得到5.61kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸乙酯和乙醇混合物共36.3kg，回收得到28.5kg乙酸乙酯(纯度99％，回收率87％)和3.2kg乙醇(纯度97％，回收率89％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的乙醇用于固体乙醇钠的生产。
实施例11
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(1)的酰化反应的温度为60℃。得到5.43kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例12
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(1)的酰化反应的温度为75℃。得到5.46kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.3kg，回收得到23.1kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.7kg的甲醇(纯度99％，回收率87％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例13
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(1)的酰化反应的温度为100℃。得到5.59kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.1kg，回收得到22.7kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率84％)和2.6kg的甲醇(纯度99％，回收率84％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用回步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例14
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(2)中，向罐内通入二氧化碳气体并保持罐内二氧化碳压力为2MPa。得到5.48kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.4kg，回收得到23.2kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.7kg的甲醇(纯度99％，回收率87％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用于步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
实施例15
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(2)的中和反应，将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，开始用二氧化碳置换罐内气体两次，控制体系温度为50℃。得到5.39kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
反应过程中蒸馏出的乙酸甲酯和甲醇混合物共30.5kg，回收得到23.3kg乙酸甲酯(纯度98％，回收率85％)和2.8kg的甲醇(纯度99％，回收率90％)。精馏回收的乙酸甲酯直接套用于步骤(1)的酰化反应。精馏回收得到的甲醇用于固体甲醇钠的生产。
对比例1
在5L三口瓶，机械搅拌，氮气保护下，依次加入乙酸甲酯2746g，400gγ-丁内酯和353g甲醇钠，再加入353g二甲苯。将反应混合物缓慢加热并在75℃保温，0.1MPa回流反应5h，取样中控，当约有3％的γ-丁内酯残余时，常压蒸出大部分的乙酸甲酯和甲醇，以及部分二甲苯。将反应降温至0℃至5℃。同时滴加浓度为50重量％的磷酸水溶液中和，使用pH计监控pH在3-4之间，滴加磷酸水溶液930g，控制温度15℃，搅拌30分钟。水相用670g二甲苯萃取三次，合并油相，蒸出溶剂后得到粗品591g，纯度检测为90.1％，折纯收率在86.3％。高真空减压精馏得到493g的α-乙酰基-γ-丁内酯，纯度99.1％，收率83％。产生磷酸盐废水1100克另外处理。将二甲苯浓缩回收。产生640g的乙酸甲酯/甲醇/二甲苯混合溶剂单独精馏处理。
对比例2
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(2)的中和反应采用下述操作来代替：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，滴加浓度50重量％的磷酸水溶液中和，使用pH计监控pH在3-4之间，滴加磷酸水溶液9.3kg，控制体系温度20℃，搅拌30分钟。得到4.89kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
对比例3
按照实施例1的方式，不同的是，步骤(2)的中和反应采用下述操作来代替：将步骤(1)中反应体系降温至0℃至5℃，滴加浓度60重量％的硫酸水溶液中和，使用pH计监控pH在3-4之间，滴加硫酸水溶液4kg，控制体系温度20℃，搅拌30分钟。得到5.08kg的α-乙酰基-γ-丁内酯，其纯度和收率见表1。
表1
从表1的数据可以看出，采用本发明的方法，可以获得较高的α-乙酰基-γ-丁内酯纯度和收率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)使γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa发生酰化反应以得到含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料，其中，R1和R2各自独立地为C1-C4的烷基；
(2)在水存在的条件下，使所述含α-乙酰基-γ-丁内酯钠盐的物料与CO2气体接触发生中和反应；
步骤(1)中，所述酰化反应的温度为80℃至100℃；
步骤(2)中，CO2气体的压力为0.01-1MPa，所述中和反应的温度为5℃至35℃；
步骤(2)中，水和步骤(1)中R2ONa的摩尔比为(0.3-1)：1。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，R1和R2各自独立地为C1-C2的烷基。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中，所述γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa的摩尔比为1：(2-15)：(0.5-2)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中，所述γ-丁内酯、CH3COOR1和R2ONa的摩尔比为1：(3-12)：(1-1.5)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中，所述酰化反应的温度为80℃至90℃；
和/或，所述酰化反应的压力为0.01-0.6MPa；
和/或，所述酰化反应的时间为1-30h。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述酰化反应的压力为0.1-0.3MPa；
和/或，所述酰化反应的时间为3-15h。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括步骤(1)中，在所述酰化反应的过程中蒸馏并回收CH3COOR1和酰化反应过程中生成的R1OH或R2OH。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，水和步骤(1)中R2ONa的摩尔比为(0.55-1)：1。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，CO2气体的压力为0.01-1MPa。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述中和反应的时间为0.1-10h。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述中和反应的时间为0.5-5h。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括步骤(3)：将步骤(2)中α-乙酰基-γ-丁内酯粗品经减压精馏分离得到α-乙酰基-γ-丁内酯。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(3)中，所述减压精馏的真空度小于1000Pa。
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