CN115672378A - 一种制备维生素e乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备维生素E乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法，所回用的催化剂能够保持良好的活性，具有较佳的催化剂回收套用效果，能降低生产成本并减少催化剂废液的产生。所述回收方法包括如下步骤：1)将反应产物分层得到含有维生素E乙酸酯的产物相以及含有所述卤化锌和所述卤化氢的反应后催化剂相；2)将所述反应后催化剂相进行处理，以得到重组分含量≤1wt％的待回用催化剂相；所述重组分是指分子量大于600的化合物；3)将所述待回用催化剂相投入所述反应体系中作为所述催化剂使用。
Description
技术领域
本发明涉及维生素E乙酸酯的制备技术领域，特别涉及一种制备维生素E乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法。
背景技术
维生素E(Vitamin E)是一种脂溶性维生素，其水解产物为生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。生育酚能促进性激素分泌，使男子精子活力和数量增加；使女子雌性激素浓度增高，提高生育能力，预防流产，还可用于防治男性不育症、烧伤、冻伤、毛细血管出血、更年期综合症、美容等方面。维生素E乙酸酯在医药、食品、化妆品、饲料等领域具有广泛的应用前景与市场价值。
德国公开专利文献DE2000111402公开了一种使用卤化锌(Lewis酸)和含水质子酸作为催化剂，通过三甲基氢醌二酯与异植物醇在极性溶剂与水混合物中进行缩合来生产维生素E乙酸酯。这种方法充分的利用了极性溶剂去溶解催化剂便于后期回收套用，然而，其中的含卤化锌废水后期难以处理，且含水质子酸容易造成部分维生素E乙酸酯分解为维生素E及其它杂质，甚至还需通过后续再酯化的方式得到维生素E乙酸酯，流程较为复杂。
欧洲公开专利文献EP603695提供了在液态或超临界二氧化碳体系中，以酸性催化剂盐酸、氯化锌与离子交换剂为催化剂，三甲基氢醌和异植物醇通过缩合反应合成维生素E。该工艺操作过程较为复杂，催化剂回收套用困难，存在设备腐蚀严重与废液处理麻烦的问题。
现有技术的制备维生素E乙酸酯的方法存在催化剂工艺废液难以处理，经济性低等问题。因此，需要寻求一种新的维生素E乙酸酯的催化剂回收方案方法解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种制备维生素E乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法，该方法为针对以卤化锌和卤化氢水溶液为催化剂的基于三甲基氢醌二酯和异植物醇来制备维生素E乙酸酯的反应体系的催化剂回用方法，所回用的催化剂能够保持良好的活性，具有较佳的催化剂回收套用效果，能降低生产成本并减少催化剂废液的产生。
本发明为达到其目的，提供如下技术方案：
本发明提供一种制备维生素E乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法，采用包含三甲基氢醌二酯、异植物醇、催化剂和第一非极性溶剂的反应体系经反应生成所述维生素E乙酸酯，得到反应产物；所述催化剂包括卤化锌和卤化氢水溶液；
所述回收方法包括如下步骤：
1)将所述反应产物分层得到含有维生素E乙酸酯的产物相以及含有所述卤化锌和所述卤化氢的反应后催化剂相；
2)将所述反应后催化剂相进行处理，以得到重组分含量≤1wt％的待回用催化剂相；所述重组分是指分子量大于600的化合物；
3)将所述待回用催化剂相投入所述反应体系中作为所述催化剂使用。
本发明人发现，将本发明特定的反应体系所得到的反应后催化剂相进行处理并使其重组分含量≤1wt％，可以直接回用该催化剂相，而且能够获得较佳的催化剂回用效果，经多次回用后依然能保持较高的反应转化率和产品选择性。
优选实施方式中，所述待回用催化剂相中，重组分含量≤1wt％，且氯化锌含量＞40wt％，同时满足上述重组分含量要求和氯化锌含量要求的待回用催化剂具有更佳的回用效果，多次回用后依然具有优异的反应转化率和产品选择性。
优选实施方式中，步骤2)中，对所述反应后催化剂相进行所述处理具体包括：
将所述反应后催化剂相用第二非极性溶剂进行萃取后，再用填充有多孔性填料的填料柱进行吸附，然后用醋酸洗脱，收集的洗脱液作为所述待回用催化剂相。本发明通过上述处理步骤对反应后催化剂相进行处理，不仅处理操作简单，不易引入新的杂质，而且能有效降低所得待回用催化剂相中的重组分含量，氯化锌含量高，所得待回用催化剂相的色度低。优选的，所述萃取进行多次，例如两次以上，例如两次、三次或更多次，优选三次。
优选实施方式中，所述第二非极性溶剂为烃类溶剂，优选正己烷、庚烷中的一种或两种，采用优选的第二非极性溶剂作为萃取剂，能够减少催化剂相的有机物含量，特别是利于降低分子量大于600的重组分含量；优选的，单次所述萃取中，所述第二非极性溶剂与所述反应后催化剂相的质量比为0.5-5:1，优选1-2:1，采用优选的萃取剂用量，可以更进一步的降低重组分含量；
优选实施方式中，所述第一非极性溶剂为烃类溶剂，优选正己烷、庚烷中的一种或两种；优选实施方式中，所述第一非极性溶剂与所述第二非极性溶剂相同，可以避免反应体系引入新杂质，减少下游分离能耗。
一些实施方式中，所述填料柱中的所述多孔性填料为活性炭或树脂，优选为活性炭，本发明人发现采用活性炭相比于其他多孔性填料，能更好的吸附重组分，降低待回用催化剂相中的重组分含量，且氯化锌含量高。活性炭可以通过市售渠道获得，可以采用填料柱中常规使用的活性炭填料，例如但不限于Norit SX Plus、Norit SA Plus、Norit SX ultraNorit CA1等。
优选实施方式中，所述洗脱中，所述萃取后的所述反应后催化剂相在所述填料柱中的上样量与所述填料柱中的所述多孔性填料的质量比为0.5-2:1；所述醋酸的质量用量为所述上样量的0.01-0.1，优选0.01-0.05。采用优选的洗脱参数，利于获得重组分含量低且催化剂有效成分含量高的待回用催化剂相。
本发明的反应体系中，各反应原料、催化剂、第一非极性溶剂的用量比例，以及反应温度等均可以采用本领域常规的用量，对此没有特别限制。较佳的，所述反应体系中，所述三甲基氢醌二酯和所述卤化锌的摩尔比为1：0.2-0.5，所述卤化氢和所述卤化锌的摩尔比为0.4-0.8：1。一些实施方式中，所述第一非极性溶剂的用量与所述三甲基氢醌二酯的质量比为0.8-1.2：1；所述异植物醇的用量与所述三甲基氢醌二酯的摩尔比为1-1.05：1；所述反应的反应温度为60-100℃。
优选实施方式中，步骤3)中，所述待回用催化剂相中所述卤化氢水溶液中的卤化氢与所述卤化锌的摩尔比低于0.4：1时，通过补加所述卤化氢水溶液以使所述卤化氢与所述卤化锌的摩尔比达到0.4-0.8：1。本发明的催化剂回收处理方法，在催化剂回用过程中无需补加氯化锌，而仅当回用过程中卤化氢与所述卤化锌摩尔比低于0.4:1时，才补加少量的盐酸，以使该摩尔比达到0.4-0.8：1。
优选实施方式中，所述卤化锌选自氯化锌和/或溴化锌，所述卤化氢选自氯化氢和/或溴化氢。
优选实施方式中，所述填充有多孔性填料的填料柱经再生后重复使用；本发明的回用方法中，填料柱可以再生后多次重复利用，能够降低回用成本。
较佳的，所述再生包括如下步骤：用极性溶剂洗涤需要再生的填料柱中的多孔性填料，优选所述极性溶剂为DMSO和/或DMF；然后再用酸性水溶液洗涤所述需要再生的填料柱，优选所述酸性水溶液的pH为1-5。本发明人发现，采用优选的再生操作得到的再生后的填料柱继续用于萃取后的反应后催化剂相的处理，依然能发挥良好的处理效果，所得待回用催化剂相多次回收套用后依然能保持较高的反应转化率和产品选择性。优选的，所述酸性水溶液选自磷酸、甲磺酸、硫酸的水溶液中的一种或多种。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明是针对以卤化锌和卤化氢水溶液为催化剂的基于三甲基氢醌二酯和异植物醇来制备维生素E乙酸酯的反应体系所提供的催化剂回用方法，通过控制所得待回用催化剂相的重组分含量≤1wt％，可以获得能维持良好反应转化率和产品选择性的待回用催化剂相。
较佳实施方式中，通过第二非极性溶剂萃取反应后催化剂相，并用特定的填料柱吸附以及用醋酸洗脱，能够得到重组分含量低且催化剂活性组分(例如氯化锌)含量高的待回用催化剂相，且该回用方法工艺简单，流程短，所得待回用催化剂相经多次回用后依然能维持较佳的反应转化率和产品选择性。
采用本发明的回用方法，催化剂能通过简单的回用处理进行多次重复利用，并维持较佳的反应转化率和选择性。与传统工艺相比，本发明减少了催化剂废液的产生，更加经济环保，利于工业化生产。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，下述实施例仅是为了更好的理解本发明，并不意味着本发明仅局限于以下实施例。
实施例中未注明具体实验步骤或条件之处，可按照本技术领域中相应的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例和对比例中部分试剂规格及来源：
1、活性炭：Norit SX Plus、Norit SA Plus；
2、无水氯化锌：＞98％，阿拉丁；
3、三甲基氢醌二酯：99.5％，万华化学；
4、异植物醇：96％，万华化学；
其他原料若未做特别说明均为市售普通试剂。
反应后催化剂相和待回用催化剂相中的氯化锌和盐酸含量采用滴定法测定，其余组分采用气相色谱法测定。其中气相色谱法检测条件包括：气相色谱仪为安捷伦7820A，毛细管柱(DB-5，30m×0.25mm×0.25μm)，二阶程序升温，初始温度100℃，保持2分钟后以5℃/min的速率升至130℃；再以15℃/min的速率升至280℃，保持22分钟。载气为高纯N2，分流比20：1。进样温度290℃，检测器为FID，检测器温度300℃，进样量0.2μL。
实施例1
以氯化锌和浓盐酸(浓度36.5wt％)作为催化剂。
反应过程：称取236g三甲基氢醌二酯(分子量236)、40.8g氯化锌(分子量136)、300g庚烷加入到反应瓶中，开启搅拌，升温到60℃，加入18g浓盐酸(浓度36.5wt％)，然后开始滴加异植物醇(296g)，滴加4h，滴加完全后，继续保温3h，得到反应产物；
经分析计算，上述反应过程的反应转化率为99.2％，维生素E乙酸酯的选择性为96％。
上述反应结束后，停止搅拌，静置分层，分出下层的反应后催化剂相的外观为深黑色液体，粘度60cp；反应后催化剂相组成为：氯化锌含量45.3wt％，醋酸含量40.6wt％，水含量8.9wt％，重组分(分子量大于600)3.2wt％，维生素E乙酸酯及其类似物(例如五元环杂质等)2.0wt％；氯化氢与氯化锌的摩尔比在0.4-0.8：1之间。
回收催化剂操作：将反应后催化剂相用庚烷萃取3次(每次用量为50g)，然后将萃取后反应后催化剂相过活性炭柱(Norit SX Plus，柱高20cm，活性炭质量100g，与上样量的质量比约为1:1)，用醋酸冲洗活性炭柱(醋酸用量和上样量的质量比约为0.03)，收集洗脱液作为待回用催化剂相(即再生催化剂)。待回用催化剂相的主要组成为：氯化锌含量42.2wt％，醋酸含量45.4wt％，重组分(分子量大于600)含量0.6wt％，维生素E乙酸酯及其类似物含量＜0.01wt％；其中，氯化氢和氯化锌的摩尔比在0.4-0.8：1之间。
将得到的待回用催化剂相作为催化剂按照上述反应过程重复进行反应，反应后分层得到的反应后催化剂相继续按照上述回收催化剂操作进行处理，并将得到的待回用催化剂相作为催化剂再次按照上述反应过程重复进行反应；如此一共回收套用12次(依次对应下表1中的套用1-套用12)。在回收套用过程中，当得到的待回用催化剂相中的氯化氢和氯化锌的摩尔比低于0.4:1时，补加盐酸使氯化氢和氯化锌的摩尔比为0.6:1。
反应转化率及选择性数据如下表1所示：
表1
实施例2
实施例2参照实施例1进行，同样的，催化剂共回收套用12次。不同在于，实施例2的回收催化剂操作中，所用的活性炭柱为实施例1中经历了催化剂回收套用12次过程中，用于对反应后催化剂相进行处理的活性炭按照如下操作进行再生并重新装柱后得到的活性炭柱：
完成实施例1后，将其中的活性炭柱依次用100gDMSO、50g pH为3的磷酸水溶液冲洗，然后在马弗炉中烘干6h(温度为600℃)，然后将活性炭装柱。
在回收套用过程中，当得到的待回用催化剂相中的氯化氢和氯化锌的摩尔比低于0.4:1时，补加盐酸使氯化氢和氯化锌的摩尔比为0.4:1。
实施例2中，各次套用中的待回用催化剂相的主要组成和各次套用的反应结果如下表2所示：
表2
实施例3
实施例3重复实施例1的实验过程，不同仅在于，将其中的庚烷更换为正己烷，将活性炭柱中的活性炭更换为型号Norit SA Plus的活性炭；在回收套用过程中，当得到的待回用催化剂相中的氯化氢和氯化锌的摩尔比低于0.4:1时，补加盐酸使氯化氢和氯化锌的摩尔比为0.8:1。
实验结果如下表3所示：
表3
从以上实验结果可见，采用本发明的回用方法，将反应后催化剂相进行处理并控制重组分含量低于≤1wt％，相比于重组分含量高于1wt％的回用催化剂，与初始反应(即原始反应)时催化剂的反应效果相比，能维持较高的反应转化率和反应选择性。本发明提供的回用方法中，通过第二非极性溶剂萃取反应后催化剂相，并用填料柱吸附以及用醋酸洗脱，能够得到重组分含量低且催化剂损失少的待回用催化剂相，回用工艺简单，流程短，所得待回用催化剂相经多次回用后依然能维持较佳的反应转化率和产品选择性。
容易理解的，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并不意味着本发明仅局限于此。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种制备维生素E乙酸酯的反应体系中催化剂的回用方法，其特征在于，采用包含三甲基氢醌二酯、异植物醇、催化剂和第一非极性溶剂的反应体系经反应生成所述维生素E乙酸酯，得到反应产物；所述催化剂包括卤化锌和卤化氢水溶液；
所述回收方法包括如下步骤：
1)将所述反应产物分层得到含有维生素E乙酸酯的产物相以及含有所述卤化锌和所述卤化氢的反应后催化剂相；
2)将所述反应后催化剂相进行处理，以得到重组分含量≤1wt％的待回用催化剂相；所述重组分是指分子量大于600的化合物；
3)将所述待回用催化剂相投入所述反应体系中作为所述催化剂使用。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述待回用催化剂相中，重组分含量≤1wt％，卤化锌含量＞40wt％。
3.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于，步骤2)中，对所述反应后催化剂相进行所述处理具体包括：
将所述反应后催化剂相用第二非极性溶剂进行萃取后，再用填充有多孔性填料的填料柱进行吸附，然后用醋酸洗脱，收集的洗脱液作为所述待回用催化剂相；
优选的，所述萃取进行多次。
4.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述第二非极性溶剂为烃类溶剂，优选正己烷、庚烷中的一种或两种；优选的，单次所述萃取中，所述第二非极性溶剂与所述反应后催化剂相的质量比为0.5-5:1；
和/或，所述第一非极性溶剂为烃类溶剂，优选正己烷、庚烷中的一种或两种；
优选的，所述第一非极性溶剂与所述第二非极性溶剂相同。
5.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述填料柱中的所述多孔性填料为活性炭或树脂，优选为活性炭。
6.根据权利要求3所述的回收方法，其特征在于，所述洗脱中，所述萃取后的所述反应后催化剂相在所述填料柱中的上样量与所述填料柱中的所述多孔性填料的质量比为0.5-2:1；
所述洗脱中，所述醋酸的质量用量为所述上样量的0.01-0.1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的回收方法，其特征在于，所述反应体系中，所述三甲基氢醌二酯和所述卤化锌的摩尔比为1：0.2-0.5，所述卤化氢和所述卤化锌的摩尔比为0.4-0.8：1；
步骤3)中，所述待回用催化剂相中的所述卤化氢与所述卤化锌的摩尔比低于0.4：1时，通过补加所述卤化氢水溶液以使所述卤化氢与所述卤化锌的摩尔比达到0.4-0.8：1。
8.根据权利要求1-6任一项所述的回收方法，其特征在于，所述卤化锌选自氯化锌和/或溴化锌，所述卤化氢选自氯化氢和/或溴化氢。
9.根据权利要求3-6任一项所述的回收方法，其特征在于，所述填充有多孔性填料的填料柱经再生后重复使用；
所述再生包括如下步骤：用极性溶剂洗涤需要再生的填料柱中的多孔性填料，优选所述极性溶剂为DMSO和/或DMF；然后再用酸性水溶液洗涤所述需要再生的填料柱，优选所述酸性水溶液的pH为1-5；优选的，所述酸性水溶液选自磷酸、甲磺酸、硫酸的水溶液中的一种或多种。
10.根据权利要求1-6任一项所述的回收方法，其特征在于，所述第一非极性溶剂的用量与所述三甲基氢醌二酯的质量比为0.8-1.2：1；所述异植物醇的用量与所述三甲基氢醌二酯的摩尔比为1-1.05：1；
所述反应的反应温度为60-100℃。
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