CN112375050A - 一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四氢呋喃‑3‑甲醛的合成方法,包括以下步骤:S1、将2,5‑二氢呋喃、铑碳催化剂、膦配体助催化剂和阻聚剂混合,在水煤气作用下,发生氢甲酰化反应;S2、反应完全后,将反应液取出进行减压蒸馏,得到四氢呋喃‑3‑甲醛。本发明中采用铑碳催化剂能降低成本,引入阻聚剂,可以阻止2,5‑二氢呋喃发生自身二聚的副反应,提高反应选择性,整个反应体系采用无溶剂反应,提高生产能力的同时进一步简化后处理工艺,同时有利于催化剂的回收及循环套用,得到的产品纯度高、收率高,非常适合工业化大生产。
Description
技术领域
本发明属于精细化工合成技术领域,具体涉及一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法。
背景技术
呋虫胺由三井化学公司发现和生产,由三井化学、北兴化学和Valent等共同开发,为第三代烟碱类杀虫剂,具有良好的市场开发前景。四氢呋喃-3-甲醛是制备呋虫胺的关键中间体,此外,四氢呋喃-3-甲醛的用途也越来越广泛。
目前,四氢呋喃-3-甲醛的主流合成方法为用2,5-二氢呋喃与水煤气合成气进行氢甲酰化反应,催化剂通常用铑化合物前体及有机膦配体助催化剂,溶剂选择甲苯、二氯乙烷等有机溶剂,如CN110734374、CN106431869、CN107501213、US5945549、Journal of theChemical Society、Chemical Communications,(8),600-1;1990等文献所报道。这些方法均存在着相应的缺点,如铑化合物前体催化剂价格昂贵、催化剂无法回收利用、产能低、原料发生二聚等问题。
专利CN109553594采用烯烃和水两相反应体系,反应结束后,产品进入水相,铑化合物前体及膦配体催化剂进入有机相达到分离回收催化剂,实现催化剂回收套用的目的。该方法虽然可以回收套用催化剂,但是由于反应体系中存在水,会产生额外副产3-羟基四氢呋喃,导致产品含量和收率不理想。专利CN106866588直接采用均相催化剂HRhCO[P(PhX)3]3催化,在甲苯、二甲苯、甲醇等溶剂中进行氢甲酰化反应,反应完毕后需经脱溶、精馏得到产品。该方法中使用的铑均相催化剂比铑化合物前体催化剂价格更加昂贵,而且催化剂没有回收,导致成本太高,后处理繁琐,不利于工业化。另外现有文献报道的合成四氢呋喃-3-甲醛的方法均不能避免原料2,5-二氢呋喃在反应过程中自身二聚副反应的发生,导致产品收率和含量偏低。
发明内容
本发明针对以上问题的提出,而研究设计一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,来解决传统方法合成四氢呋喃-3-甲醛的成本较高、产品收率偏低的缺点。本发明采用的技术手段如下:
一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,包括以下步骤:
S1、在无溶剂体系下,以2,5-二氢呋喃为原料,引入少量阻聚剂,在铑碳催化剂、膦配体助催化剂及水煤气共同作用下,发生氢甲酰化反应;
S2、反应完全后,将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出进行减压蒸馏,分离得到四氢呋喃-3-甲醛,取出反应液后的体系残余即为均相催化剂,进行回收循环套用。
优选地,步骤S1中,铑碳催化剂中铑的质量含量为1-10%,铑碳催化剂中铑与2,5-二氢呋喃的摩尔比为(0.0001-0.001):1。膦配体与铑碳中铑的摩尔比为(3-10):1。阻聚剂质量为2,5-二氢呋喃质量的0.005-0.05%。
优选地,步骤S1中,膦配体为P(PhX)3、PO(PhX)3、三叔丁基膦等,其中X为H、F、Cl、OCH3或SO3Na。
优选地,步骤S1中,阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、2,6-二叔丁基对甲酚和阻聚剂701中的一种或多种组合。
优选地,步骤S1中,将2,5-二氢呋喃、铑碳催化剂、膦配体助催化剂和阻聚剂加入反应容器中,通入氮气置换空气,通入水煤气置换氮气,在水煤气氛围下,发生氢甲酰化反应。
优选地,步骤S1中,水煤气中氢气与一氧化碳的体积比为1:1。
优选地,步骤S1中,氢甲酰化反应的反应温度为20-100℃,反应压力为0.5-5Mpa,反应时间为5~15h。
优选地,步骤S2中,减压蒸馏温度为80-120℃,真空度为1-10mmHg。
优选地,步骤S2中,将反应液取出后,体系回收的催化剂直接进行套用,待多次套用后可以适当补加新铑碳催化剂和新膦配体助催化剂,补加量为原催化剂用量的1-10%。
与现有技术比较,本发明所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法的有益效果为:
1、本发明中用铑碳催化剂代替更为昂贵的铑化合物前体催化剂,与膦配体原位生成均相催化剂,大幅度降低成本。
2、本发明在反应体系内引入少量的阻聚剂,有效阻止了2,5-二氢呋喃在氢甲酰化过程发生自身二聚的副反应,提高反应选择性,使得四氢呋喃-3-甲醛的收率和纯度得到提高,达到99%以上,几乎为定量反应。
3、本发明中整个反应体系采用无溶剂反应,提高生产能力的同时进一步简化后处理工艺,同时有利于催化剂的回收及循环套用,不影响反应转化及收率,得到的产品纯度高、收率高,非常适合工业化大生产。
具体实施方式
实施例1:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,铑含量为5%的铑碳催化剂2.5g,三(对氟苯基)膦1.6g,2,6-二叔丁基对甲酚15.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至3.0Mpa。将体系升温至40-50℃,通水煤气保压3.0-3.5Mpa反应约10h,待压力不再降低,取样用气相色谱法(GC)检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到214.7g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.5%,收率为99.7%。釜残5.0g,回收其中的催化剂,直接进行循环套用。
实施例2:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,实施例1中回收的催化剂5.0g,2,6-二叔丁基对甲酚15.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至3.0Mpa。将体系升温至40-50℃,通水煤气保压3.0-3.5Mpa反应约12h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到214.9g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.3%,收率为99.6%。釜残5.1g,回收其中的催化剂,直接进行循环套用。
实施例3:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,五次套用后回收的催化剂5.3g,5%铑碳催化剂50mg,三(对氟苯基)膦25mg,2,6-二叔丁基对甲酚15.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至3.0Mpa。将体系升温至40-50℃,通水煤气保压3.0-3.5Mpa反应约10h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到215.1g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.4%,收率为99.8%。釜残5.2g,回收其中的催化剂,直接进行循环套用。
实施例4:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,铑含量为3%的铑碳催化剂4.2g,三(邻三氟甲基苯)基膦2.3g,对苯醌45.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至4.0Mpa。将体系升温至70-80℃,通水煤气保压4.0-4.5Mpa反应约12h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在120℃下减压蒸馏,真空度为10mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到214.9g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.2%,收率为99.5%。釜残6.7g,回收其中的催化剂,可以直接循环套用。
实施例5:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,铑含量为1%的铑碳催化剂17.6g,三(邻甲氧基苯)基膦4.8g,阻聚剂701 30.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至2.0Mpa。将体系升温至90-100℃,通水煤气保压2.0-2.5Mpa反应约7h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到215.3g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.0%,收率为99.5%。釜残23.0g,回收其中的催化剂,可以直接循环套用。
实施例6:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,铑含量为5%的铑碳催化剂4.4g,三苯基氧膦4.5g,2,6-二叔丁基对甲酚15.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至3.0Mpa。将体系升温至40-50℃,通水煤气保压3.0-3.5Mpa反应约10h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到212.7g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.5%,收率为98.8%。釜残9.2g,回收其中的催化剂,可以直接循环套用。
实施例7:
向500ml高压釜中投入2,5-二氢呋喃150g,铑含量为5%的铑碳催化剂4.4g,三苯基膦4.2g,2,5-二叔丁基对苯二酚75.0mg,关闭高压釜。
氮气置换三次,换掉空气,水煤气置换三次,换掉氮气,打压至1.0Mpa。将体系升温至90-100℃,通水煤气保压1.0-1.5Mpa反应约14h,待压力不再降低,取样GC检测,确定2,5-二氢呋喃反应完全。
反应完后将体系降温至室温,泄压排气,将反应液取出,在100℃下减压蒸馏,真空度为5mmHg,蒸至不出馏分停止蒸馏,得到214.2g目标产品,其中四氢呋喃-3-甲醛含量为99.5%,收率为99.5%。釜残9.0g,回收其中的催化剂,可以直接循环套用。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将2,5-二氢呋喃、铑碳催化剂、膦配体助催化剂和阻聚剂混合,在水煤气作用下,发生氢甲酰化反应;
S2、反应完全后,将反应液取出进行减压蒸馏,得到四氢呋喃-3-甲醛。
2.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,铑碳催化剂中铑的质量含量为1-10%,铑碳催化剂中铑与2,5-二氢呋喃的摩尔比为(0.0001-0.001):1,膦配体与铑碳催化剂中铑的摩尔比为(3-10):1,阻聚剂质量为2,5-二氢呋喃质量的0.005-0.05%。
3.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,膦配体为P(PhX)3、PO(PhX)3和三叔丁基膦中的一种或多种组合,其中X为H、F、Cl、OCH3或SO3Na。
4.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、2,6-二叔丁基对甲酚和阻聚剂701中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,将2,5-二氢呋喃、铑碳催化剂、膦配体助催化剂和阻聚剂加入反应容器中,通入氮气置换空气,通入水煤气置换氮气,在水煤气氛围下,发生氢甲酰化反应。
6.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,水煤气中氢气与一氧化碳的体积比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S1中,氢甲酰化反应的反应温度为20-100℃,反应压力为0.5-5Mpa,反应时间为5~15h。
8.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S2中,减压蒸馏温度为80-120℃,真空度为1-10mmHg。
9.根据权利要求1所述的一种四氢呋喃-3-甲醛的合成方法,其特征在于:步骤S2中,将反应液取出后,体系残余催化剂循环套用。
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