CN113603587B - 一种色度稳定的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种色度稳定的2‑甲基‑4‑乙酰氧基‑2‑丁烯醛的制备方法,包括以下步骤:(1)2‑亚甲基‑4‑乙酰氧基丁醛和助剂、溶剂在催化剂的作用下,发生气‑固‑液三相临氢异构反应生成2‑甲基‑4‑乙酰氧基‑2‑丁烯醛;(2)反应达到指定的转化率后,终止反应,降温并过滤出固相催化剂;(3)精馏分离体系中的溶剂、加氢副产物、未反应的原料,得到产品2‑甲基‑4‑乙酰氧基‑2‑丁烯醛;其中步骤(1)所述的助剂为一种或多种具有氨基和羰基两种官能团的有机化合物,基于所使用的原料2‑亚甲基‑4‑乙酰氧基丁醛,助剂用量为10‑100ppm。本发明提供的2‑甲基‑4‑乙酰氧基‑2‑丁烯醛色度低,长期存储过程中稳定性好,色度增长慢,能够更好地满足下游需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种色度稳定的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备方法,属于化工中间体制备领域。
背景技术
2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛(五碳醛)是合成维生素A的重要中间体。由于五碳醛在合成维生素A行业的重要性,其合成工艺一直是长期以来的研究热点。
目前2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备工艺是已知的,各种路线的优点或缺点在文献中都有详细的讨论。
专利US5453547公开了一种以二甲氧基丙酮为起始原料的制备五碳醛的合成路线,反应式如下:二甲氧基丙酮与乙炔和氢气反应生成化合物2,化合物2 与醋酸酐反应生成化合物3,化合物3在Cu催化剂作用下发生异构得到化合物 4,化合物4进行水解最终得到五碳醛。该路线的缺点在于工艺路线较长,收率低,路线总收率为35-45%。
专利US5424478公开了一种以异戊二烯为起始原料的制备五碳醛的合成路线。异戊二烯与次氯酸钠加成得到两种构型加成产物,在醋酸作用下进行酰化得到化合物8,再以二甲基亚砜(DMSO)为氧化剂,制备五碳醛。该方法会产生大量的废水,污染较严重。合成路线如下式:
专利US4124619公开了一种以丁烯二醇为起始原料的制备五碳醛的合成路线。该方法以化合物10为原料,经过乙酸酐酰化后得到化合物11,在Rh催化剂催化作用下与合成气加成得到化合物12,进一步脱羧得到五碳醛的异构体13,在氢气氛围中异构体13发生临氢异构得到2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛。该方法没有废水产生,较为环保合理,但是需要用到昂贵的贵金属催化剂。合成路线如下式:
专利CN101092355A公开了一种以异戊二烯为起始原料的制备五碳醛的合成路线。该方法以异戊二烯为原料,直接与次氯酸叔丁酯加成得到化合物16,再以六次甲基四胺为氧化剂得到五碳醛。该步骤路线较短,但次氯酸叔丁酯制备工艺复杂,存储条件要求高,且副产物较多。制备工艺如下式所示:
专利CN101723827A提供了一条以2-卤代乙醇为起始原料的制备五碳醛的路线。该路线以2-卤代乙醇为起始原料,在醋酸酐中酰化之后得到化合物19,与亚磷酸酯反应得到化合物20,与二甲氧基丙酮缩合反应得到化合物21,酸中进一步水解得到五碳醛。该方法对环境的污染较小,但是反应步骤较长。合成工艺路线如下式所示:
专利US4873362描述了一种环氧乙烷制备五碳醛的方法。该方法以环氧乙烷为原料,环氧乙烷与醋酸开环加成后,制备得到化合物24,在Ag催化下与氧气发生氧化反应制备中间体25,与丙醛反应缩合得到五碳醛。该方法的中间体25极其不稳定,与丙醛的缩合反应难以控制选择性。工艺路线如下式所示:
专利CN103467287A公开了一种以环氧乙烷和丙烯醛为起始原料制备五碳醛的合成路线。该方法以丙烯醛和环氧乙烷为起始原料,在有机膦试剂作用下,反应生成化合物28,进一步乙酰化得到中间体29,在Pd催化剂作用下临氢异构得到五碳醛。该方法同样存在不稳定中间体29,且路线中大量消耗价格昂贵的有机膦试剂。合成工艺如下:
现有工艺制备的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的主要缺点之一是产品色度较高且增长较快,2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛下游主要应用于维生素A的合成,以高色度的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛为原料合成的维生素A颜色偏黄,严重影响了维生素A商品的货架期和使用性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种色度稳定的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备方法。制备得到的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的产品色度<30Hazen,且在40℃条件下存储12个月色度增加≤10Hzaen。所述的色度,可以参考通用的色号测定方法,以Hazen为计量单位。
发明人对导致2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛在长周期存储过程中色度增长的原因进行系统性研究后,发现2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛中的酸性物质是导致 2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的长周期存储过程色度急剧增长的原因。2-甲基-4- 乙酰氧基2-丁烯醛产品的色度会增长,主要原因是:氢离子会催化2-甲基-4-乙酰氧基2-丁烯醛发生成环反应,生成具有较大共轭结构的2-甲基-4-乙酰氧基2- 丁烯醛二聚体或多聚体。体系中的酸性物质产生来源较多,包括:(1)2-亚甲基 -4-乙酰氧基丁醛在反应过程会发生氢解反应生成醋酸;(2)2-甲基-4-乙酰氧基 -2-丁烯醛在存储过程中会氧化生成酸性物质;(3)2-甲基-4-乙酰氧基2-丁烯醛在存储过程中会缓慢分解生成酸性物质,并且酸性条件下的分解会加剧。本发明是基于此发现完成的。
为了达到以上目的,本发明采用如下技术方案:
色度稳定的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备方法,包括以下步骤:
(1)2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛和助剂、溶剂在催化剂的作用下,发生气- 固-液三相临氢异构反应生成2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;
(2)反应达到指定的转化率后,终止反应,降温并过滤出固相催化剂;
(3)精馏分离体系中的溶剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;
其中,步骤(1)所述的助剂为一种或多种具有氨基和羰基两种官能团的有机化合物,用量为基于2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛质量的10-100ppm。
本发明步骤(1)所述的催化剂为Al2O3负载的贵金属催化剂,贵金属选自 Pd、Pt、Rh中的一种或多种,优选Pd;基于催化剂,贵金属含量为1-10%,优选4-5%;所述的催化剂中的贵金属质量为原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛质量的 0.05-0.2%,优选0.1-0.15%。
本发明所述步骤(1)中,所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙苯中的一种或多种,优选甲苯;所述的溶剂与2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛的质量比为1-5:1,优选2-3:1。
本发明步骤(1)中,异构反应温度为30-110℃,优选60-85℃,反应时间为2-10h,优选4.5-5h。
本发明步骤(1)所述临氢异构反应过程采用鼓泡釜装置进行实验,通入反应釜中的氢气氮气混合气中氢气体积浓度选自0.5%-10%,优选1%-5%;基于使用的催化剂,通入氢气氮气混合气的空速为100-500mL/(min*g),优选 200-300mL/(min*g)。
本发明步骤(1)所述的助剂为具有氨基和羰基两种官能团的有机化合物,包括但不限于N,N-二乙基甲酰胺、N-甲基乙酰苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种,优选N,N-二乙基甲酰胺;基于所使用的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,所述的助剂的用量为 10-100ppm,优选20-60ppm。
本发明步骤(3)得到的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛中会含有微量助剂,但不会对下游产生影响。本发明所使用的助剂作用有以下几个方面:(1)在反应过程,能够改善催化剂的催化效果,抑制氢解副反应,减少醋酸的生成;(2) 在存储过程,能够抑制2-亚甲基-4-乙酰氧基-丁醛的分解,防止酸值升高;(3) 在存储过程,能减弱2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛氧化速率,防止酸值升高。
为保证助剂的准确加入,通常将助剂与2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛预先混合后,再加入反应体系中进行反应。
本发明步骤(2)在反应过程用气相色谱实时监控反应,控制原料的转化率为55-90%。
本发明步骤(2)中降温至40℃以下。
本发明步骤(3)中采用间歇精馏方案精制2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛,属于本领域现有的常规分离技术,不做详细要求。回收得到的未反应的原料可以直接与原料混合后参与反应。
本发明所得到的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的产品色度<30Hazen,且在 40℃条件下存储12个月色度平均增加≤10Hzaen。
本发明具有以下突出的效果:
现有技术中,2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛色度较高且在存储过程中有色度增加的趋势,本发明通过在反应过程增加助剂,使得五碳醛产品也有微量助剂,使用助剂控制产品中的酸值可以大大降低产品色度且存储稳定,所得到的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的产品色度<30Hazen,且在40℃条件下存储12个月色度平均增加≤10Hzaen,有利于提高VA产品的品质。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
气相色谱分析条件:
色谱型号:Agilent WAX:1701.42249
载气:高纯氮气
进样模式:自动进样器
氮气流量:64.5ml/min
汽化室温度:280℃
分流进样,分流比:1:40
进样量:0.2μl
柱流速1.5ml/min
柱温:一阶程序升温,初始温度100℃,保持2分钟,然后以15℃/min 的速率升至230℃,保持15分钟;运行总时间为25.67min
检测器温度300℃
选用外标法定量。
实施例中部分试剂规格及来源
实施例中部分测试仪器
仪器 | 厂家 | 型号 |
色度计 | HACH Lange | LICO 400 |
鼓泡釜 | 波露明 | 5L |
实施例1
称量0.4g N,N-二乙基甲酰胺、99.6g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,混合后配置成溶液,助剂浓度0.4%;称量4g助剂浓度0.4%的溶液、396g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到临氢异构反应原料(助剂浓度40ppm);
称量1200g二甲苯、10g 5%Pt/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为90℃后,将配制的含40ppm助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛加入到反应釜中,通入2L/min混合气(2%H2/98%N2)开始反应;反应4h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率78.7%,2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛选择性91%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中的助剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为25Hazen,在40℃条件下存储12月后,测得色度增加6Hazen。
实施例2
称量0.1g N,N-二甲基甲酰胺、99.9g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,混合后配置成溶液,助剂浓度0.1%;称量4g助剂浓度0.1%的溶液、396g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到临氢异构反应原料(助剂浓度10ppm);
称量800g甲苯、8.89g 4.5%Pt/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为65℃后,将配制的含10ppm助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛加入到反应釜中,通入890mL/min混合气(1%H2/99%N2)开始反应;反应4.5h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率68.3%,2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛选择性92.9%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中的助剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2- 甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为26Hazen,在40℃条件下存储12 月后,测得色度增加7Hazen。
实施例3
称量1g N,N-二甲基甲酰胺、99g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,混合后配置成溶液,助剂浓度1%;称量4g助剂浓度1%的溶液、396g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到临氢异构反应原料(助剂浓度100ppm);
称量400g乙苯、15g 4%Rh/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为70℃后,将配制的含100ppm助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛加入到反应釜中,通入4.5L/min混合气(5%H2/95%N2)开始反应;反应5h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率82%,2-甲基-4-乙酰氧基 -2-丁烯醛选择性90.3%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中的助剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为12Hazen,在40℃条件下存储12月后,测得色度增加6Hazen。
实施例4
称量0.2g N、N-二乙基乙酰胺、99.8g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,混合后配置成溶液,助剂浓度0.2%;称量4g助剂浓度0.2%的溶液、396g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到临氢异构反应原料(助剂浓度20ppm);
称量500g二甲苯、20g 1%Pt/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为80℃后,将配制的含20ppm助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛加入到反应釜中,通入4L/min混合气(10%H2/90%N2)开始反应;反应 5.5h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率55%,2-甲基-4-乙酰氧基 -2-丁烯醛选择性89.9%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中的助剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为25Hazen,在40℃条件下存储12月后,测得色度增加6Hazen。
实施例5
称量0.6g N-甲基乙酰苯胺、99.4g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,混合后配置成溶液,助剂浓度0.6%;称量4g助剂浓度0.6%的溶液、396g 2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,得到临氢异构反应原料(助剂浓度60ppm);
称量1000g甲苯、8g 10%Pd/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为85℃后,将配制的含60ppm助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛加入到反应釜中,通入2L/min混合气(8%H2/92%N2)开始反应;反应 6h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率90%,2-甲基-4-乙酰氧基-2- 丁烯醛选择性93.1%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中的助剂、加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为12Hazen,在40℃条件下存储12月后,测得色度增加8Hazen。
对比例1
称量1200g二甲苯、10g 5%Pt/Al2O3催化剂加入到5L鼓泡釜中,升温至物料温度为90℃后,不含助剂的临氢异构反应原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛400g 加入到反应釜中,通入2L/min混合气(2%H2/98%N2)开始反应;反应4h后,降温到30℃停止反应,取样测得原料转化率80%,2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛选择性84.9%;将催化剂过滤后,使用间歇精馏塔分离体系中加氢副产物、未反应的原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛后,得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;测得产品色度为120Hazen,在40℃条件下存储12月后,测得色度增加219Hazen。
Claims (10)
1.一种色度稳定的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛、助剂、溶剂、催化剂的体系中,发生气-固-液三相临氢异构反应生成2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛;所述的催化剂为Al2O3负载的贵金属催化剂,贵金属选自Pd、Pt、Rh中的一种或多种;所述的助剂选自N,N-二乙基甲酰胺、N-甲基乙酰苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺中的一种或多种,基于原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,助剂用量为10-100ppm;
(2)反应达到指定的转化率后,终止反应,过滤出催化剂;
(3)提纯反应液得到产品2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛,助剂用量为20-60ppm。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于催化剂质量,贵金属含量为1-10%。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤(1)中催化剂中的贵金属质量为原料2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛的质量的0.05-0.2%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述的溶剂为甲苯、二甲苯、乙苯中的一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述的溶剂与2-亚甲基-4-乙酰氧基丁醛的质量比为1-5:1。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)的反应温度为30-110℃,反应时间为2-10h。
8.根据权利要求1-5任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)中临氢异构反应通入反应釜中的氢气氮气混合气中氢气浓度选自0.5%-10%;
基于使用的催化剂,通入氢气氮气混合气的空速为100-500mL/(min*g)。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)控制原料的转化率为55-90%。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)得到的2-甲基-4-乙酰氧基-2-丁烯醛的产品色度<30Hazen,且在40℃条件下存储12个月色度平均增加≤10Hzaen。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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