CN115043706B - 一种制备1,3-丁二醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备1,3‑丁二醇的方法,以环氧丙烷为原料与一氧化碳及甲醇反应得到3‑羟基丁酸甲酯,再经加氢还原反应得到1,3‑丁二醇。在氢酯基化反应步骤使用Co2(CO)8/含氟烯烃催化体系并添加磷酸锂盐或磷酸铵盐有效提升催化效率,降低反应压力,使得反应条件更加温和,并且有效抑制杂质生成,提高经济性,降低工业化难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备1,3-丁二醇的方法,属于有机合成领域。
背景技术
1,3-丁二醇为无色粘稠液体,吸湿性极强,可用于化妆水、膏霜、乳液、凝胶和牙膏等化妆品中的保湿剂;此外1,3-丁二醇具有抗菌作用,还被用作乳制品、肉制品的抗菌剂。
1,3-丁二醇的工业化生产工艺有两种:乙醛缩合加氢法和丙烯与甲醛缩合水解法。乙醛缩合加氢工艺因其转化率高、选择性好成为当前主流工艺。专利CN100450986公开一种通过乙醛缩合制得3-羟基丁醛,再加氢得到1,3-丁二醇的方法。由于乙醛缩合反应除生成3-羟基丁醛外,同时生成丁烯醛,中间产物3-羟基丁醛产率约75%,所以常规的工业方法制得1,3-丁二醇的收率很难高于75%。
Shell公司报道一种1,3-丙二醇的生产方法,用环氧乙烷为原料,经氢甲酰化反应生成3-羟基丙醛,3-羟基丙醛再被加氢生成1,3-丙二醇。然而3-羟基丙醛会发生自缩合反应生成副产物并降低1,3-丙二醇收率。3-羟基丙酸甲酯也可作为生产1,3-丙二醇的中间体替代不稳定的3-羟基丙醛。使用合适的加氢还原催化剂体系3-羟基丙酸甲酯可完成加氢反应生成1,3-丙二醇,该步骤的主要副产物为1-丙醇。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备1,3-丁二醇的方法,为了实现发明目的,本发明采用的技术方案如下:以环氧丙烷为原料与一氧化碳及甲醇在氢酯基化反应催化剂的存在下进行氢酯基化反应得到3-羟基丁酸甲酯,再经加氢还原反应得到1,3-丁二醇。反应式如下:
进一步地,所述氢酯基化反应催化剂为Co2(CO)8/含氟烯烃/磷酸盐催化体系。
所述含氟烯烃选自偏氟乙烯、四氟乙烯、氟乙烯、三氟氯乙烯、五氟丙烯、六氟丙烯中的一种或多种;优选的,所述含氟烯烃选自偏氟乙烯、五氟丙烯;所述磷酸盐选自磷酸锂盐或磷酸铵盐;
所述Co2(CO)8的用量为环氧丙烷摩尔量的1‰-5‰,所述含氟烯烃为环氧丙烷摩尔量的1‰-10‰。磷酸盐的用量为环氧丙烷摩尔量的0.1‰-0.5‰。
进一步,所述磷酸锂盐或磷酸铵盐为磷酸锂、磷酸一氢锂、磷酸二氢锂、磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵中的一种或几种的组合,优选磷酸二氢锂、磷酸铵。
所述氢酯基化反应中还包含反应溶剂,所述氢酯基化反应溶剂为氢酯基化反应过程中表现出惰性的溶剂,优选为烷烃、芳烃、卤代烃、醚类或脂类溶剂,例如正己烷、甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷,优选为四氢呋喃,反应溶剂用量为环氧丙烷质量的5-20倍。
所述甲醇的用量为环氧丙烷质量的5-20倍,优选8~15倍。
进一步地,所述氢酯基化反应中一氧化碳(CO)的纯度大于99.9%;CO压力为1-4MPaG,优选2-3MPa。
进一步地,所述氢酯基化反应中反应温度为60-120℃,优选70-90℃;反应时间0.5-24h,优选2-12h。
进一步地,所述3-羟基丁酸甲酯加氢还原反应得到1,3-丁二醇使用的催化剂为Cu/Cr氧化物催化剂;Cu/Cr氧化物催化剂用量为3-羟基丁酸甲酯反应液质量的1‰-10‰。
进一步地,所述加氢还原反应所需氢气(H2)的纯度大于99.99%,反应压力为3-10MPaG,优选为4-8MPaG。
进一步地,所述加氢还原反应温度为120-250℃,优选150-200℃;反应时间0.5-24h。
本发明的有益效果在于:提供一种新的制备1,3-丁二醇的方法,以环氧丙烷为原料与一氧化碳及甲醇氢酯基化反应得到3-羟基丁酸甲酯,再经加氢还原反应得到1,3-丁二醇。新路线较乙醛缩合加氢工艺路线原料来源更丰富,避免使用气味及毒性较高的醛类物质。在氢酯基化反应步骤使用Co2(CO)8/含氟烯烃催化体系并添加磷酸锂盐或磷酸铵盐能够提升催化剂效率,降低反应压力,反应条件更加温和,并且有效抑制3-羟基-2-甲基-丙酸甲酯生成,转化率及选择性较高,具有成本优势。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,而不是以任何方式限制它:
主要分析方法:
气相色谱仪:Agilent7820A,色谱柱HP-5(30m×320μm×0.25μm),进样口温度:150℃;分流比50:1;载气流量:1.5ml/min;升温程序:40℃保持1min,以10℃/min升温至90℃,然后以5℃/min升温至160℃,最后以30℃/min升温至280℃,保持6min。检测器温度:280℃。
原料及来源:
环氧丙烷:纯度≥99%,北京伊诺凯科技有限公司;
一氧化碳:纯度≥99.9%,烟台明炬新能源有限公司;
氢气:纯度≥99.9%,烟台明炬新能源有限公司;
Co2(CO)8:纯度99%,百灵威科技有限公司;
偏氟乙烯:纯度98%,百灵威科技有限公司;
五氟丙烯:纯度98%,百灵威科技有限公司;
氟乙烯:纯度98%,百灵威科技有限公司;
四氟乙烯:纯度98%,百灵威科技有限公司;
磷酸铵:纯度≥99%,北京伊诺凯科技有限公司;
磷酸二氢铵:纯度≥98%,北京伊诺凯科技有限公司;
磷酸一氢锂:纯度≥98%,北京伊诺凯科技有限公司;
磷酸二氢锂:纯度≥98%,北京伊诺凯科技有限公司;
实施例1
在无水无氧氛围下,将1.0mmol Co2(CO)8与2.0mmol偏氟乙烯及0.2mmol磷酸铵溶于580g甲醇及580g四氢呋喃混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为4MPa。高压釜升至内温80℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌12h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.85%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.72%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入5g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为6MPa。高压釜升至内温180℃,加热保温搅拌12h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.91%,1,3-丁二醇选择性96.34%。
实施例2
在无水无氧氛围下,将5.0mmol Co2(CO)8与5.0mmol五氟丙烯及0.5mmol磷酸二氢锂溶于300g甲醇及300g正己烷混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为3MPa。高压釜升至内温70℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌12h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.82%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.76%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入2g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为8MPa。高压釜升至内温160℃,加热保温搅拌16h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.93%,1,3-丁二醇选择性95.87%。
实施例3
在无水无氧氛围下,将2.0mmol Co2(CO)8与1.0mmol五氟丙烯及0.3mmol磷酸铵溶于465g甲醇及200g甲苯混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为2MPa。高压釜升至内温120℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌1h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.87%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.51%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入1g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为10MPa。高压釜升至内温250℃,加热保温搅拌1h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.81%,1,3-丁二醇选择性94.72%。
实施例4
在无水无氧氛围下,将3.0mmol Co2(CO)8与3.0mmol偏氟乙烯及0.1mmol磷酸二氢铵溶于870g甲醇及730g甲苯混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为2.5MPa。高压釜升至内温90℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌2h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.72%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.67%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入3g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为4MPa。高压釜升至内温200℃,加热保温搅拌24h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.97%,1,3-丁二醇选择性95.70%。
实施例5
在无水无氧氛围下,将4.0mmol Co2(CO)8与8.0mmol氟乙烯及0.2mmol磷酸一氢锂溶于1160g甲醇及580g二氯甲烷混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为1.0MPa。高压釜升至内温80℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌24h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.91%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.23%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入10g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为2MPa。高压釜升至内温120℃,加热保温搅拌8h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.85%,1,3-丁二醇选择性96.12%。
实施例6
在无水无氧氛围下,将1.0mmol Co2(CO)8与10.0mmol四氟乙烯及0.5mmol磷酸二氢锂溶于700g甲醇及1000g正己烷混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为4.0MPa。高压釜升至内温60℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌8h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.31%,3-羟基丁酸甲酯选择性98.08%。将反应液于120℃,10KPa下减压蒸馏得到待加氢反应液。
取100g反应液加入8g Cu/Cr氧化物催化剂,将高压釜用氮气置换6次后,通入氢气并置换6次,通入氢气至压力为3MPa。高压釜升至内温150℃,加热保温搅拌4h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,3-羟基丁酸甲酯转化率99.82%,1,3-丁二醇选择性95.91%。
对比例1
在无水无氧氛围下,将1.0mmol Co2(CO)8与0.2mmol磷酸铵溶于580g甲醇及580g四氢呋喃混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为4MPa。高压釜升至内温80℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌12h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率57.91%,3-羟基丁酸甲酯选择性95.21%。
对比例2
在无水无氧氛围下,将1.0mmol Co2(CO)8与2.0mmol偏氟乙烯溶于580g甲醇及580g四氢呋喃混合液中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为4MPa。高压釜升至内温80℃,将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,加热保温搅拌12h,降温后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率93.12%,3-羟基丁酸甲酯选择性73.45%。
对比例3
在无水无氧氛围下,将0.05mol Co2(CO)8溶于800g甲醇中,室温搅拌1h。将高压釜用氮气置换6次后,通入一氧化碳气体并置换6次,通入一氧化碳气体至压力为0.1MPa。高压釜室温25℃下将58.0g环氧丙烷泵入高压釜,室温保温搅拌24h后泄压,取样通过气相色谱分析,环氧丙烷转化率99.81%,3-羟基丁酸甲酯选择性90.12%。
Claims (15)
1.一种制备1,3-丁二醇的方法,其特征在于,包含以下步骤:以环氧丙烷为原料与一氧化碳及甲醇在氢酯基化反应催化剂的存在下进行氢酯基化反应得到3-羟基丁酸甲酯,再经加氢还原反应得到1,3-丁二醇,所述氢酯基化反应催化剂为Co2(CO)8/含氟烯烃/磷酸盐催化体系,所述含氟烯烃选自偏氟乙烯、四氟乙烯、氟乙烯、三氟氯乙烯、五氟丙烯、六氟丙烯中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含氟烯烃选自偏氟乙烯、五氟丙烯;和/或,所述磷酸盐选自磷酸锂盐或磷酸铵盐。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述磷酸锂盐或磷酸铵盐为磷酸锂、磷酸一氢锂、磷酸二氢锂、磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵中的一种或几种的组合。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述Co2(CO)8的用量为环氧丙烷摩尔量的1‰-5‰,所述含氟烯烃为环氧丙烷摩尔量的1‰-10‰;磷酸盐的用量为环氧丙烷摩尔量的0.1‰-0.5‰。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述氢酯基化反应中还包含反应溶剂,所述氢酯基化反应溶剂为氢酯基化反应过程中表现出惰性的溶剂,反应溶剂用量为环氧丙烷质量的5-20倍。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述氢酯基化反应溶剂选自烷烃、芳烃、卤代烃、醚类或脂类溶剂。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述氢酯基化反应溶剂选自正己烷、甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷。
8.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述甲醇的用量为环氧丙烷质量的5-20倍;所述氢酯基化反应中一氧化碳(CO)的纯度大于99.9%;CO压力为1-4MPaG。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述甲醇的用量为环氧丙烷质量的8~15倍;CO压力为2-3MPa。
10.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述氢酯基化反应中反应温度为60-120℃;反应时间0.5-24h。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述氢酯基化反应中反应温度为70-90℃;反应时间为2-12h。
12.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述3-羟基丁酸甲酯加氢还原反应得到1,3-丁二醇使用的催化剂为Cu/Cr氧化物催化剂;Cu/Cr氧化物催化剂用量为3-羟基丁酸甲酯反应液质量的1‰-10‰。
13.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述加氢还原反应所需氢气(H2)的纯度大于99.99%,反应压力为3-10MPaG。
14.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述加氢还原反应温度为120-250℃;反应时间0.5-24h。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述加氢还原反应温度为150-200℃。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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