CN115872965A - 一种生育酚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生育酚的制备方法，该制备方法包括：将酯类极性溶剂、2,3,5‑三甲基对苯二酚、催化剂加入缩合釜；在外循环泵的作用下，从缩合釜中将部分物料向外抽出后再回流泵入缩合釜中，在此过程中，将异植物醇按照预设加料速率加入从缩合釜中抽出的物料中，异植物醇与2,3,5‑三甲基对苯二酚相接触发生缩合反应；外循环泵能够作用于异植物醇上并使其以液滴形式分散于物料中，且在异植物醇的加料过程中，通过以预定移除速度向外移除酯类极性溶剂的方式使反应体系的极性逐渐减小；该方法兼具原料利用率高、生育酚收率高以及纯度高的优点，有效解决了现有技术中存在的顾此失彼的问题。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种生育酚的制备方法。
背景技术
生育酚(分子式：C29H50O2，分子量：430.7)是一种浅黄色粘稠油状液体，无臭无味，易溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿和油脂。现有技术中最常见的合成方法是：在有机溶剂中，使2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇在催化剂作用下发生缩合反应生成生育酚，缩合反应液经萃取、洗涤、回收溶剂、精馏等一系列后处理过程得到生育酚成品，具体反应方程式如下所述：
然而，该合成方法容易发生副反应，造成生育酚收率较低，针对该问题，现有技术中做出了一些改进，例如申请公布号为CN1548433A的发明专利，其公开了一种制备高含量维生素E的方法，该方法包括：在酯类溶剂中、在卤化锌和强酸存在下使三甲基氢醌(也称2,3,5-三甲基对苯二酚)与异植物醇发生缩合反应，并在缩合反应过程中加入助催化剂，该助催化剂的结构式为：
式中，R’或R”为H、卤素、C1-C4烷烃、-OR或-NR2，R为H或C1-C4烷烃。该专利中助催化剂的加入可以有效阻止缩合反应中异构体的生成，然而，从助催化剂的结构式可以看出，该助催化剂的苯环上的取代基能够使苯环活化，并具有邻对位定位效应，当将该助催化剂加入缩合反应体系之后，必定会与异植物醇发生缩合，进而消耗掉部分异植物醇，从而降低了以异植物醇计算的反应收率；尤其是该助催化剂的苯环上具有三个空的取代位，理论上1摩尔助催化剂能够消耗3摩尔异植物醇并形成分子量很大的副产物，所以从化学反应原理上分析，该方法中以异植物醇计算的收率不会太高，如果要尽可能使三甲基氢醌充分反应，则异植物醇的添加量势必需要显著增加，可见，该专利的原子利用率较低。
又如申请公布号为CN103788052A的发明专利，该申请公开了一种维生素E醋酸酯的制备方法，该方法以直链型有机胺、卤化锌和卤化氢为催化剂，使2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇反应生成生育酚，反应结束后加水洗涤，并将洗涤液经油水分离器分液，水相回收利用，有机相蒸馏去除溶剂，然后向蒸出溶剂后的有机相中加入乙酸酐，酯化反应生成维生素E醋酸酯。该专利中认为有机胺的加入可以促使2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇在两相反应溶剂中更易朝着生成生育酚的方向进行，有利于减少副反应的发生；然而，有机胺会和卤化氢反应形成有机胺卤酸盐，该有机胺卤酸盐具有一定的相转移催化作用，虽然能够促进缩合反应的进行，但同时也会在缩合反应完毕加水洗涤时出现分层不清的问题，加水洗涤后的有机胺卤酸盐因具有表面活性作用会在有机相中残留，在后续高温回收溶剂及精馏过程中会分解为有机胺和卤化氢，从而引起生育酚及维生素E醋酸酯的变质以及颜色变深。
由上可知，虽然现有技术中针对2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇的缩合反应容易发生副反应而提出了改进的措施，但是仍然存在着顾此失彼的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的兼具原料利用率高、生育酚收率高以及纯度高的制备方法，有效解决了现有技术中存在的顾此失彼的问题。
发明人经过大量研究，分析发现，2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇发生缩合反应的过程中容易发生的副反应主要包括：2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇易生成五元环异构体，其反应方程式如下：
进一步分析研究认为，该五元环异构体应该是基于碳正离子重排形成，发明人发现如果随着反应进程的持续推进，使反应体系的极性逐步减小，这将能够限制生成五元环异构体的副反应的发生，有利于提高生育酚的收率以及纯度；此外，通过使异植物醇以液滴形式分散于缩合釜之外的反应体系中进行缩合反应并共同循环回流至缩合釜，将有利于物料的混匀，使反应物之间充分接触，提高反应效率的同时进一步提高原料利用率以及产品纯度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种生育酚的制备方法，该制备方法包括：在酯类极性溶剂中、在催化剂存在下，使2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇发生缩合反应，生成生育酚；使该制备方法按照如下工序进行：
将酯类极性溶剂、2,3,5-三甲基对苯二酚、催化剂加入缩合釜；
在外循环泵的作用下，从所述缩合釜中将部分物料向外抽出后再回流泵入所述缩合釜中，在此过程中，将异植物醇按照预设加料速率加入从所述缩合釜中抽出的物料中，异植物醇与2,3,5-三甲基对苯二酚相接触发生缩合反应；
其中，所述外循环泵能够作用于异植物醇上并使其以液滴形式分散于物料中，且在异植物醇的加料过程中，通过以预定移除速度向外移除酯类极性溶剂的方式使反应体系的极性逐渐减小。
根据本发明的一些优选方面，控制所述酯类极性溶剂向外移除的预定移除速度与所述异植物醇的预设加料速率之比为1∶0.8-1.2。进一步地，控制所述酯类极性溶剂向外移除的预定移除速度与所述异植物醇的预设加料速率之比为1∶0.9-1.1。
根据本发明的一个具体方面，控制所述酯类极性溶剂向外移除的预定移除速度与所述异植物醇的预设加料速率相同，所述预定移除速度、所述预设加料速率分别为单位时间内的质量变化量。
根据本发明的一些优选方面，使所述外循环泵分别与所述缩合釜的底部、所述缩合釜的顶部连通。
根据本发明的一些优选方面，使所述酯类极性溶剂从所述缩合釜的顶部蒸出，所述缩合釜的顶部中蒸出所述酯类极性溶剂的部位、所述缩合釜的顶部中与所述外循环泵连通的部位位于相对侧。
根据本发明，在反应前期，催化剂、2,3,5-三甲基对苯二酚不能完全溶解在酯类极性溶剂中，如果酯类极性溶剂投料量太小，无法搅拌均匀，不利于反应的进行，因此，酯类极性溶剂的初始添加量可以根据反应原料的添加进行设定，而后在反应进行的过程中，随着异植物醇的添加，逐渐蒸出部分酯类极性溶剂，不仅能够降低反应体系的极性，降低五元环副反应的发生，而且还能够提高反应体系中反应物的浓度，更有利于生成生育酚的缩合反应的进行，提高了生育酚的收率。
根据本发明的一些优选方面，控制所述外循环泵每小时的流量为所述缩合釜内物料总质量的5-20倍，可以更好地使反应体系混匀，增加反应速度，促进反应物之间的接触。
在本发明的一些实施方式中，控制所述外循环泵的流量为2-15m3/h，例如可以为3-13m3/h等。
根据本发明的一些优选方面，所述外循环泵为叶轮泵，异植物醇进入泵内的瞬间被高速旋转的叶轮打碎，然后有利于以微小的液滴形式均匀分散在反应体系的物料中，则可以一边溶解一边快速参与反应，还能够减少异植物醇之间可能发生的缩合副反应以及尽可能避免异植物醇自身的脱水以及重排副反应，有利于提高原料利用率以及反应收率和纯度。
根据本发明，在反应前期催化剂、2,3,5-三甲基对苯二酚不能完全溶解在酯类极性溶剂中，单纯依靠缩合釜自带的搅拌无法有效促进固液两相进行充分接触。通过外循环泵的高速剪切对缩合釜的搅拌作用进行补充，提高了固液两相接触的效果，提高了缩合反应的速度以及效果。
在本发明的一些实施方式中，使所述缩合反应在反应压力为-0.098～0.03MPa下进行。
根据本发明的一些优选方面，控制所述异植物醇在所述缩合釜内的温度达到预设反应温度后开始加入。
在本发明的一些实施方式中，使所述缩合反应在预设反应温度为40-120℃下进行。
在本发明的一些优选实施方式中，使所述缩合反应在预设反应温度为40-100℃下进行。进一步地，使所述缩合反应在预设反应温度为40-80℃下进行。更进一步地，使所述缩合反应在预设反应温度为40-70℃下进行。
根据本发明的一些优选且具体的方面，使所述缩合反应在预设反应温度为40-60℃下进行。
根据本发明的一些优选方面，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述酯类极性溶剂的初始投料质量比为1∶1.5-8.0。在本发明的一些实施方式中，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述酯类极性溶剂的初始投料质量比为1∶1.5-6.0。在本发明的一些实施方式中，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述酯类极性溶剂的初始投料质量比为1∶1.5-5.0。在本发明的一些实施方式中，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述酯类极性溶剂的初始投料质量比为1∶1.5-3.5。
在本发明的一些实施方式中，所述酯类极性溶剂为选自甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述催化剂的投料质量比为1∶0.2-1.5。
在本发明的一些实施方式中，所述催化剂包含卤化锌和酸。
在本发明的一些实施方式中，所述卤化锌可以为氯化锌和/或溴化锌。
在本发明的一些实施方式中，所述酸可以为盐酸和/或氢溴酸。
根据本发明的一些具体且优选的方面，该制备方法采用生育酚生产装置进行，该生育酚生产装置包括：缩合釜、第一外循环管、外循环泵、第二外循环管、异植物醇进料管、冷凝器和溶剂受槽；
其中，所述第一外循环管的两端分别与所述缩合釜的底部、所述外循环泵的入口连通，所述第二外循环管的两端分别与所述外循环泵的出口、所述缩合釜的顶部连通，所述异植物醇进料管与所述外循环泵的入口或所述第一外循环管的靠近所述外循环泵的入口的一端部连通，所述冷凝器与所述缩合釜的顶部连通，所述溶剂受槽与所述冷凝器连通。
在本发明的一些实施方式中，所述缩合釜包括釜本体、加热机构，所述加热机构包括设置在所述釜本体上的夹套层以及与所述夹套层连通的加热流体流通管。
在本发明的一些实施方式中，所述缩合釜还包括搅拌机构，该搅拌机构用于对内部物料进行搅拌，搅拌机构包括驱动部件、与驱动部件传动连接的转轴以及设置在转轴上的搅拌桨。
在本发明的一些实施方式中，使该制备方法按照如下实施方式进行：
投料：将酯类极性溶剂、2,3,5-三甲基对苯二酚、催化剂加入缩合釜，开始对缩合釜内的温度进行升温；
缩合反应：打开外循环泵，从所述缩合釜中将部分物料向外抽出后再回流泵入所述缩合釜中，当缩合釜内的温度升至预设反应温度时，开始将异植物醇按照预设加料速率加入从所述缩合釜中抽出的物料中，同时在异植物醇的加料过程中，通过调整缩合釜内的温度和压力，控制酯类极性溶剂的蒸出速度，使反应体系的极性逐渐减小；
减压回收溶剂：当异植物醇加料完毕，继续蒸出回收剩余酯类极性溶剂，直至回收至无酯类极性溶剂蒸出，停止回收；
萃取、洗涤：向缩合釜内加入汽油和水，搅拌萃取，静置分层，去除下层水层，然后再加水并静置分层，去除下层水层，如此进行多次；
回收溶剂：萃取洗涤完毕后，减压回收汽油，回收完毕，得到生育酚。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、反应选择性高，副产物五元环异构体含量低，产品中生育酚含量高，质量好；
2、原料利用率高，生育酚收率高；
可见，本发明在获得高收率的同时兼具原子利用率高、副产物五元环异构体含量低，产品质量好，避免了现有技术中为降低副反应的发生而存在的顾此失彼的问题。
附图说明
图1为本发明实施例采用的生育酚生产装置的结构示意图；
附图标记中，1、缩合釜；11、夹套层；12、搅拌机构；2、第一外循环管；3、外循环泵；4、第二外循环管；5、异植物醇进料管；6、冷凝器；7、溶剂受槽。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。
下述中，浓盐酸中氯化氢的质量百分含量约为37.0％。
实施例1
本例提供一种生育酚的制备方法，该方法采用如图1所示的生育酚生产装置进行，该生育酚生产装置包括缩合釜1、第一外循环管2、外循环泵3、第二外循环管4、异植物醇进料管5、冷凝器6和溶剂受槽7；
其中，第一外循环管2的两端分别与缩合釜1的底部、外循环泵3的入口连通，第二外循环管4的两端分别与外循环泵3的出口、缩合釜1的顶部连通；
异植物醇进料管5与第一外循环管2的靠近外循环泵3的入口的一端部连通，冷凝器6与缩合釜1的顶部连通，溶剂受槽7与冷凝器6连通；
缩合釜1可以为搪玻璃缩合釜，该搪玻璃缩合釜包括釜本体、加热机构、用于对内部物料进行搅拌的搅拌机构12，加热机构包括设置在釜本体上的夹套层11以及与夹套层11连通的加热流体流通管(未示出)，搅拌机构12包括驱动部件、与驱动部件传动连接的转轴以及设置在转轴上的搅拌桨；
外循环泵3为叶轮泵。
具体地，采用该生育酚生产装置进行的生育酚的制备方法包括：
投料：
向1200L缩合釜中依次投入2,3,5-三甲基对苯二酚：100.0kg(质量含量为99.3％)，氯化锌：75kg，乙酸乙酯：280kg，浓盐酸：10.2kg。投料完毕，缩合釜的夹套层内通入65℃热水进行升温，开启搅拌机构(搅拌桨的转速为110rpm)。
缩合反应：
开外循环泵的进口管路(即第一外循环管)上的阀门，开外循环泵，开外循环泵的出口管路(第二外循环管)上的阀门，设定循环流量：8m3/h。当缩合釜内温达到55℃，开始从异植物醇进料管缓慢加入196.0kg的异植物醇(质量含量为98.7％)。控制异植物醇的加料速度为100kg/h左右。加料过程不断调整加热热水流量和缩合釜压力，控制在缩合釜内温55℃使乙酸乙酯从缩合釜的顶部蒸出，缩合釜的顶部中蒸出乙酸乙酯的部位、缩合釜的顶部中与外循环泵连通的部位位于相对侧，且控制乙酸乙酯的蒸出速度约100kg/h，蒸出的乙酸乙酯通过冷凝器冷却后经溶剂受槽储存。
减压回收溶剂：
异植物醇加料完毕，开始真空回收乙酸乙酯，控制回收真空度：-0.085MPa，回收至无乙酸乙酯出流，停止回收。
萃取、洗涤：
向缩合釜内加入汽油：200kg，蒸馏水：100kg，开搅拌萃取30分钟。静置30分钟，分去下层水。再向缩合釜内加入蒸馏水：100kg，开搅拌30分钟，静置30分钟，分去下层水。如此再洗涤三次，共计洗涤五次。
回收溶剂：
洗涤完毕，开始减压回收汽油，控制回收真空度：-0.095MPa以上，回收温度≤160℃。回收完毕，得到生育酚：283.5kg，检测含量：96.7％，测得五元环含量：0.55％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：97.6％。
实施例2
基本同实施例1，其区别仅在于：乙酸乙酯的投料量为：480kg，循环流量：11m3/h。得到生育酚：285.0kg，检测含量：96.3％，测得五元环异构体含量：0.72％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：97.7％。
实施例3
基本同实施例1，其区别仅在于：乙酸乙酯的投料量为：150kg，循环流量：6.5m3/h。得到生育酚：282.9kg，检测含量：96.1％，测得五元环异构体含量：0.42％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：96.7％。
实施例4
基本同实施例1，其区别仅在于：控制缩合釜内温40℃。得到生育酚：281.6kg，检测含量：96.3％，测得五元环异构体含量：0.40％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：96.5％。
实施例5
基本同实施例1，其区别仅在于：控制缩合釜内温80℃。得到生育酚：283.1kg，检测含量：96.6％，测得五元环异构体含量：0.85％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：97.3％。
实施例6
基本同实施例1，其区别仅在于：控制乙酸乙酯的蒸出速度约120kg/h。得到生育酚：282.7kg，检测含量：96.8％，测得五元环异构体含量：0.52％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：97.4％。
实施例7
基本同实施例1，其区别仅在于：控制乙酸乙酯的蒸出速度约80kg/h。得到生育酚：282.6kg，检测含量：96.6％，测得五元环异构体含量：0.58％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：97.1％。
实施例8
基本同实施例1，其区别仅在于：设定循环流量为：3.3m3/h。得到生育酚：283.4kg，检测含量：96.1％，测得五元环异构体含量：0.59％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：96.9％。
实施例9
基本同实施例1，其区别仅在于：设定循环流量为：13.0m3/h。得到生育酚：284.9kg，检测含量：96.9％，测得五元环异构体含量：0.47％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：98.2％。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于：未开启外循环泵，从反应釜的顶部以加料速度为100kg/h将异植物醇加入缩合釜中。得到生育酚：281.9kg，检测含量：96.2％，测得五元环异构体含量：1.22％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：96.5％。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于：未开启外循环泵，从反应釜的顶部以加料速度为100kg/h将异植物醇加入缩合釜中；缩合反应过程中不蒸出乙酸乙酯，反应结束才进行。得到生育酚：281.6kg，检测含量：95.8％，测得五元环异构体含量：1.53％，以2,3,5-三甲基对苯二酚计算的收率：96.0％。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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。
Claims (10)
1.一种生育酚的制备方法，该制备方法包括：在酯类极性溶剂中、在催化剂存在下，使2,3,5-三甲基对苯二酚与异植物醇发生缩合反应，生成生育酚，其特征在于，使该制备方法按照如下工序进行：
将酯类极性溶剂、2,3,5-三甲基对苯二酚、催化剂加入缩合釜；
在外循环泵的作用下，从所述缩合釜中将部分物料向外抽出后再回流泵入所述缩合釜中，在此过程中，将异植物醇按照预设加料速率加入从所述缩合釜中抽出的物料中，异植物醇与2,3,5-三甲基对苯二酚相接触发生缩合反应；
其中，所述外循环泵能够作用于异植物醇上并使其以液滴形式分散于物料中，且在异植物醇的加料过程中，通过以预定移除速度向外移除酯类极性溶剂的方式使反应体系的极性逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，控制所述酯类极性溶剂向外移除的预定移除速度与所述异植物醇的预设加料速率之比为1∶0.8-1.2。
3.根据权利要求2所述的生育酚的制备方法，其特征在于，控制所述酯类极性溶剂向外移除的预定移除速度与所述异植物醇的预设加料速率相同，所述预定移除速度、所述预设加料速率分别为单位时间内的质量变化量。
4.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，使所述外循环泵分别与所述缩合釜的底部、所述缩合釜的顶部连通，且使所述酯类极性溶剂从所述缩合釜的顶部蒸出，所述缩合釜的顶部中蒸出所述酯类极性溶剂的部位、所述缩合釜的顶部中与所述外循环泵连通的部位位于相对侧。
5.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，控制所述外循环泵每小时的流量为所述缩合釜内物料总质量的5-20倍。
6.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，所述外循环泵为叶轮泵。
7.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，控制所述异植物醇在所述缩合釜内的温度达到预设反应温度后开始加入；和/或，使所述缩合反应在预设反应温度为40-120℃下进行。
8.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述酯类极性溶剂的初始投料质量比为1∶1.5-8.0，所述酯类极性溶剂为选自甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种的组合。
9.根据权利要求1所述的生育酚的制备方法，其特征在于，所述2,3,5-三甲基对苯二酚与所述催化剂的投料质量比为1∶0.2-1.5，所述催化剂包含卤化锌和酸。
10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的生育酚的制备方法，其特征在于，该制备方法采用生育酚生产装置进行，该生育酚生产装置包括：缩合釜、第一外循环管、外循环泵、第二外循环管、异植物醇进料管、冷凝器和溶剂受槽；
其中，所述第一外循环管的两端分别与所述缩合釜的底部、所述外循环泵的入口连通，所述第二外循环管的两端分别与所述外循环泵的出口、所述缩合釜的顶部连通，所述异植物醇进料管与所述外循环泵的入口或所述第一外循环管的靠近所述外循环泵的入口的一端部连通，所述冷凝器与所述缩合釜的顶部连通，所述溶剂受槽与所述冷凝器连通。
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