CN116113619A - 使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法，所述方法包括在125℃至180℃范围内的第一反应温度下使糠醇；醇或其混合物；和均相催化剂接触以形成反应混合物；以及在所述反应混合物中形成所述乙酰丙酸酯，所述方法的特征在于所述第一均相催化剂是磺酸催化剂。

Description

使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法

发明领域

本发明提供了一种使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法，所述方法少量产生醚副产物，如二烷基醚。

背景技术

众所周知，在酸性催化剂存在下从糠醇与醇产生乙酰丙酸或乙酰丙酸酯。

举例来说，美国专利No.2,738,367公开了一种方法，其中在30℃与100℃之间的温度下，糠醇在水中通过强酸性离子交换树脂转化成乙酰丙酸，与糠醇的量相比，水和离子交换树脂都大量过剩。US 2,738,367中公开的催化剂是以商品名称“Amberlite IR-120”和“Amberlite IR-105”出售的多相阳离子交换树脂。通过缓慢添加糠醇到反应混合物来进行反应，并在馈送糠醇之后，在相同反应条件下以分批模式继续反应。该方法的缺点是多相催化剂发生钝化。

PCT专利公布WO 2010/102203(国际专利申请No.PCT/US2010/026358)(颁与Segetis)公开了一种方法，其中含有糠醇和烷醇的混合物2添加到含有烷醇、乙酰丙酸烷酯(来自乙酰丙酸和相同烷醇)和质子酸催化剂的混合物1。公开了质子酸催化剂是强质子酸催化剂，选自“盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、焦硫酸、高氯酸、苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、对甲苯磺酸、1-萘磺酸、2-萘磺酸、氯磺酸、氟磺酰及其类似物”；烷基-芳族磺酸、芳族磺酸或脂族磺酸；或弱质子酸，选自磷酸、焦磷酸、多磷酸、氨基磺酸、硫酸的碱金属盐(例如硫酸氢钠或硫酸氢钾)、氯酸、溴酸、高溴酸、碘酸和高碘酸。然而，只教导了利用硫酸作为均相催化剂的实施例。

PCT专利公布WO 2007/023173公开了一种方法，其中多孔的强酸性离子交换树脂用作多相催化剂以将糠醇用水或烷醇分别转化成乙酰丙酸或乙酰丙酸烷酯。催化剂的寿命与凝胶型酸性离子交换树脂相比增加。然而，再一次地，多相催化剂将发生钝化。为了抑制不希望的乙醚产生，Lange等人(ChemSusChem,Wiley-VCH Verlag,Wein heim；www.chemsuschem.org),2009,2,第437-441页“Convers ion of Furfuryl Alcohol IntoEthyl Levulinate Using Solid A cid Catalysts”)提议使用包含强酸离子交换树脂的多孔多相催化剂，其中催化剂具有平均孔径在1nm至1000nm范围内的孔隙，例如大网状离子交换树脂。Lange等人和WO2007/023173(下文为Lang e等人2009)研究了不同的多相酸以及硫酸作为使糠醇转化成乙酰丙酸乙酯的催化剂。其发现，所有的多相催化剂均不如硫酸每个酸性中心(最强酸)活泼(参见图5)，Amberlyst 46除外，其遵循硫酸本身的性能。因为Amberlyst 46是含有苯磺酸基团的树脂，酸性比硫酸弱，因此酸浓度似乎不是测试反应条件下乙酰丙酸乙酯产率的关键。然而，Amberlyst 46主要表面发生磺化，而其它测试树脂在内部也有磺酸基。因此，可及性似乎对测试反应条件下具有高乙酰丙酸乙酯产率是重要的，并且在相同的条件下，酸的来源对产率不是重要的，只要酸性中心容易接近即可。基于那些结果，熟练的技术人员将预期当经由催化剂添加相同量的酸性质子时，均相磺酸得到与硫酸本身相同的产率。此外，Lange等人2009显示，在高乙酰丙酸乙酯产率(胜过84％产率)下，乙醚产率迅速增加，对于硫酸，以乙醇计超过3mol％(因此以糠醇计超过8mol％)，并且对于含有磺酸的树脂(图5和6的组合)，甚至更高。基于这些结果，熟练的技术人员不会料想到均相磺酸将改良乙酰丙酸烷酯的产率，同时少量产生二烷基醚。

关于用烷醇使糠醇转化成乙酰丙酸烷酯的均相催化剂的可利用的文章数目有限，更不用说使用均相磺酸。

使用硫酸作为均相催化剂的一篇文章是Peng等人(Facile and EfficientConversion of Furfuryl Alcohol into n-Butyl Levulinate Catalyzed by ExtremelyLow Acid Concentration,BioResources 2014 9(3),3825-3834)。其使用分批方法，硫酸浓度介于0.01wt％与1wt％之间，这篇文章的标题中反映了酸的浓度低。产率略高于80％，在110℃和120℃反应温度下获得更好的和相同的产率。获得了高达97％的产率，但那是在1wt％浓度的糠醇下(分批反应中丁醇超过100倍摩尔过量，这不适于经济生产)。他们未与其它的均相催化剂，例如均相磺酸进行比较，而仅仅在他们的工作中展示了硫酸不是制造乙酰丙酸正丁酯的首选催化剂。

在来自Zhou等人的另一篇文章(Ethane-Bridged Organosilica NanotubesFunctionalized with Arenesulfonic Acid and Phenyl Groups for the EfficientConversion of Levulinic Acid or Furfuryl Alcohol to Ethyl LevulinateChem.Cat.Chem.2016(8)2037-2048)中，研究在用磺酸基官能化的二氧化硅上进行糠醇的乙醇分解，并且性能与Amberlyst 15和硫酸进行比较。在这种情况下，虽然在Amberlyst-15下获得的产率高于硫酸，但每个酸性中心的转换频率仅略高于硫酸，并且用磺酸基官能化的二氧化硅性能最好。不使用均相磺酸。

对甲苯磺酸(p-TSA)用作参考材料以比较磺化石墨烯氧化物与均相催化剂如硫酸和p-TSA的性能(Zhu,Chen,Xue,Wu,Wang,和Fan,“Graphene Oxide:An Efficient AcidCatalyst for Alcoholysis and Esterification Reactions”,ChemCatChemCommunications(Wiley-VCH Verlag,Weinheim),2014,6,3080-3083,参见表1条目17和18)。在分批反应中在80℃下进行反应。其使用与糠醇相比重量超过20倍过量的脂族醇。在pTSA下，获得94.6％乙酰丙酸乙酯(EL)和0.6wt％乙基甲基呋喃基醚(EMF，中间体)和0.5wt％三乙氧基戊酮(TEP，另一中间体)。以便在所有中间体转化后，将得到约95.6wt％乙酰丙酸乙酯(TEP具有比EL高的分子量，因此1.1wt％TEP得到小于1wt％EL)。在硫酸的情况下，在1.7wt％EMF和0.1wt％TEP下获得92.5wt％乙酰丙酸乙酯。在硫酸下，使用少于10倍的催化剂，这可能是产率略微较低的原因。因为使用较少的催化剂，所以反应进行得更缓慢，并且更多的中间体还没转化成乙酰丙酸酯。如果所有的中间体都转化，那么这将得到约94.2wt％-94.3wt％的乙酰丙酸乙酯。基本上乙酰丙酸乙酯的两个最终值非常类似，因为催化和分析方法的准确性有限。实际上，使用极低量的底物(10g的总混合物中0.4g糠醇，主要是乙醇，并反映了乙醇与糠醇的比率高到不经济)，并且没有添加内标到反应或GC方法中没有使用内标。因此，必须假定在GC中看到所有的产物，对于制得的重组分，显然不是这样。因此，最终产率必定是真实产率的过度估计，并且表1中pTSA和硫酸的产率基本上类似。条件(批料、与糠醇相比高量的催化剂(FFOH/p-TSA＝4g/g和0.67g/g/h，FFOH/H₂SO₄＝40g/g和6.67g/g/h)、与糠醇相比高量的醇(EtOH/FFOH＝24g/g或51mol/mol))与我们的条件(分批馈入或连续，FFOH/p-TSA＝任选地<200g/g/h；任选地>2g/g/h，进一步任选地>5g/g/h，更进一步任选地>10g/g/h)、EtOH/FFOH的摩尔比介于约1:1与5:1之间)极为不同。Zhu等人未提供任何证明p-TSA的性能显著优于硫酸的证据，可能由于其使用的反应温度低。在同等量的石墨烯氧化物(0.1g)下，获得95.5％乙酰丙酸乙酯(EL)和0.3wt％乙基甲基呋喃基醚(EMF，中间体)和0.1wt％三乙氧基戊酮(TEP，另一中间体)。Zhu等人推断，石墨烯氧化物是“高效的、选择性的和可再次使用的用于产生乙酰丙酸烷酯的酸催化剂”。

在基本上相似的条件下，Rode等人(Hengne,Kamble和Rode,“Single potconversion of furfuryl alcohol to levulinic esters andγ-valerolactone in thepresence of sulfonic acid functionalized ILs and metal catalysts”,GreenChemistry(The Royal Society of Chemistry),2013,15,2540-2547)发现，利用硫酸(0.3g)、5g糠醇(FFOH/催化剂＝16.667g/g或8.333g/g/h)、95ml甲醇(MeOH/FFOH摩尔比＝46:1，130℃，2小时反应时间)，转化率为68％，选择性为74％乙酰丙酸甲酯，16％甲基糠基醚和10％为其它产物(参见表1的条目2)。Rode等人集中在磺酸官能化的离子液体(表示为SO₃H-ILs)上和碳负载的Ru、Re、Ir和Ag催化剂上。在衍生自BMIm-SH和pTSA并包含MIm阳离子和p-TSA阴离子的离子催化剂液体[BMIm-SH][HSO4](1-丁基磺酸、3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐离子液体)下，获得95％转化率，76％乙酰丙酸甲酯、11％甲基糠基醚和13％其它产物(参见表1的条目12)。显然，pTSA离子液体与pTSA不相同，它是通过pTSA(一种酸)与碱反应制得的pTSA盐。利用硫酸的离子液体得到99％转化率，95％乙酰丙酸甲酯、2％甲基糠基醚和3％其它产物(参见表1的条目13)。在离子背景下，硫酸性能略优于pTSA(参见表1的条目13和12，在130℃下进行)。因此，未发现有迹象表明p-TSA的性能可能优于硫酸，但离子液体当然是其它分子。没有如本文中定义的均相磺酸用于将糠醇转化成乙酰丙酸酯。表1描述了Rode中使用的不同催化剂。如从表1中可见，硫酸用作均相酸和4种多相酸(Amberlyst-15、SO4-ZrO2、20％ DTP-SiO2、20％ DTP-MMT)，其它催化剂是利用甲基咪唑、NMP和BMIm-SH作为碱和硫酸、pTSA、三氢氟酸和氯磺酸作为盐的酸部分的离子液体。

离子液体是作为盐，性质与制造其的酸和碱完全不同的盐。离子液体是一类新的纯离子盐样材料，在异常低的温度下是液体。目前，“官方”定义使用水的沸点作为参考点：“这些是在低于100℃下为液体的离子化合物”。更通常地，这些具有低于室温的熔点；其中的一些甚至熔点低于0℃。这些新材料在这些化合物的熔点到分解温度的宽温度范围(300-400℃)内是液体。如果将典型的离子液体如1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸乙酯(m.p.<-20℃)与典型的无机盐如食盐(NaCl，m.p.801℃)比较，则为何有差异将变得明显。离子液体具有显著更低的对称性！此外，阳离子电荷以及阴离子电荷通过共振分布在更大体积的分子上。因此，离子液体的固化将在较低温度下进行。在一些情况下，特别是如果涉及长脂族侧链，那么将观察到玻璃化转变而不是熔点。

在Rode的文章中，使用具有酸性的离子液体，但如前所述，利用pTSA的离子液体的性质与pTSA不同。因此不可能将BMIm-SH/pTSA的结果外推到pTSA或反过来。

本文中离子液体作为催化剂的行为不同于pTSA的行为。Rode发现，“然而，发现随着醇链长从乙醇增加到正丁醇，乙酰丙酸烷酯选择性从99％减少到85％”。参见第2542页图2下方。相比之下，发现乙醇和丁醇的产率相当。

p-TSA经由与葡萄糖和丙烯酸在水热条件下反应而多相化(Yang,Zhang,Ao和Zhang,“Hydrothermal Carbon Enriched with Sulfonic and carboxyl groups as anefficient solid acid catalyst for butanolysis of furfuryl alcohol”,CatalysisCommunications(Elsevier)123(2019)109-113)。针对糠醇与丁醇之间的反应，将所获得的多相催化剂与p-TSA进行比较。在120℃、0.196g糠醇、5.92g丁醇(ButOH/FFOH摩尔比＝40:1)、0.1g催化剂(FFOH/p-TSA＝2g/g或0.5g/g/h；4小时反应)下，获得100％转化率，乙酰丙酸丁酯的产率为75％，丁基糠基醚为3.6％(表2条目5)。在这些条件下，制得16％腐黑物(重组分)，参见表S2条目5。在较低温度(80℃)下，转化率仍然是100％，但现在获得94.2wt％乙酰丙酸丁酯，1.5％丁基糠基醚(表2条目5b)。在这些条件下，制得2.5％腐黑物(重组分)，参见表S2条目5b。基于那些结果，熟练的技术人员将在低于100℃的温度下研究多相化p-TSA。

利用对甲苯磺酸作为催化剂，糠醇用水转化成乙酰丙酸得到的产率低于利用文章中测试的大部分多相催化剂所得的产率(An,Song,Sun,Zhang,Zhang,和Guo,“Conversionof Furfuryl Alcohol to Levulinic Acid in Aqueous Solution Catalyzed by ShellTh ickness-Controlled Arenesulfonic Acid Functionalized Ethyl-BridgedOrganosilica Hollow Nanospheres”ACS Sustainable C hem.Eng.2018,6,3,3113-3123)并且到目前为止p-TSA的TOF(转换频率)最低(图8a和b)。作者说(第3120页)：“如图8a所示，在对甲苯磺酸催化的FAL水解反应开始时LA产率迅速增加，在反应进行30分钟之后产率达到31.5％。然而，随着反应时间的进一步增加，LA产率的增加逐渐变缓，并且在120分钟时期内产率是46.0％”。作者还说(第3120页)：“对甲苯磺酸和Amberlyst-15都是超强布朗斯台德酸(

acid)，具有非常高的酸性中心密度(6846和4800μeq g^-1)，这可以确保它们在FAL水解成LA的最初阶段具有显著高的反应速率。然而，它们的超强布朗斯台德酸性质还会促进当前反应系统中的FAL聚合，引起不需要的棕黑色低聚物或腐黑物(图S2和S3以及方案1)。因此，对甲苯磺酸或Amberlyst-15对LA的选择性随着反应的发生而降低，伴随着LA产率增加缓慢，乃至降低”。这在文献中得到证实，因为发现p-TSA是糠醇聚合的高效催化剂(文章1：M.Principe,P.Ortiz,R.Martínez,“An NMR study of poly(furfuryl alcohol)prepared with p-toluenesulphonic acid”,Polym.Int.48(1999)637-641和文章2:Martha Principe,Ric ardo Martínez,Pedro Ortiz and Jacques Rieumont,“The Polymerization of Furfuryl Alcohol with p-toluenesulfonic Acid:Photocross-Linkeable Feature of the Polymer Polímeros”:

e Tecnologia,第10卷,第1期,第8-14页,2000)。基于这些文章，熟练的技术人员没有选择均相催化剂如p-TSA作为催化剂的动机，因为预期低聚反应是重要的副反应并且产率相对较低。

先前的方法都产生了醚如二烷基醚作为副产物，虽然通常没有确定如此。假设醚不仅减少醇(醇过量使用，因此，出于经济原因，需要再循环)的回收率，而且还在工厂里形成安全问题，因为醇常经由蒸馏来回收，并且醚将连同醇一起自动再循环，并将在工艺中积聚。此外，醚如二烷基醚具有低自动点火温度(乙醚和二丁基醚分别是160℃和175℃)，因此其引起潜在的安全问题，需要在工厂操作和工厂建设中牢记。

Yang等人(Catalysis Communications,123(2019),第109-112页)涉及富集磺酸基和羧基的水热碳作为糠醇的丁醇分解的固体酸催化剂。表2的条目5将Yang的催化剂与pTSA在帕耳分批反应器(Parr batch reactor)中在包含0.196FAL、5.92g正丁醇、0.1g催化剂、120℃和4小时的反应条件下比较。表2报告了在120℃下乙酰丙酸丁酯的产率为75％，丁氧基甲基呋喃(BMF)的产率为3.6％。不确定100％转化的其余物质(参考表S2，除高达16.0％腐黑物以外)。表2的条目5提供了在80℃下的进一步产率，分别是94.2％和1.5％，因此当温度上升到120℃时，乙酰丙酸丁酯产率下降。因此，在Yang的表2中，在2种不同温度-120℃和80℃下使用pTSA。两种温度在Yang的条件下实现完全转化，但在80℃下，产率且因此选择性(94.2％)显著高于120℃(75％)。在Yang中，糠醇/pTSA的比率＝0.196g/0.1g＝1.92，而在本文中，催化剂介于总反应混合物的0.1wt％与5wt％之间，并且醇/糠醇的摩尔比介于1/1与5/1之间。因此，即使5/1和5wt％催化剂，糠醇仍然比催化剂多至少3倍。本文中的更佳条件将是1wt％催化剂和醇/糠醇比率为2；在这样情况下，糠醇/催化剂的比率接近33。最终，从Yang中，熟练的技术人员预期发现最佳温度在较低温度下，然后是120℃，不是在本文中要求的较高反应温度下。

Garcia-Suarez等人(Applied Catalysis A,General,569(2019),第170-174页)涉及某些酯产物的Pd催化作用。表2条目1使用糠醇作为底物。催化剂是0.025mmol Pd(OAc)₂、1mmol DTBPMB(1,2-双(二-叔丁基膦基甲基)苯)配体(0.125mmol)和MSA(甲磺酸)。其余反应条件是底物(1mmol)、1-己烯(1.8mmol)和MeOH(5mL)，反应温度为120℃，持续20小时。虽然糠醇的转化率>99％，但产率是19.3％(庚酸甲酯(MH)、21.4％乙酰丙酸甲酯(ML)和19.5％γ-戊内酯(GVL)。未确定>99％转化率的其余物质。所用的催化剂的量(1mmol)与糠醇(1mmol)相等，并且甲醇(5ml)的量大量过剩，因为其为约200mmol(MW＝32并且密度为0.792g/ml)。此外，糠醇的酸转化的优良产物的选择性为21.4+19.5＝40.9％，相当低。19.3％庚酸甲酯来源于1-己烯与来自糠醇的一氧化碳的反应。因此，至少19.3％糠醇分解，生成一氧化碳，因为条目6显示乙酰丙酸甲酯不能生成一氧化碳。因此，基于该实验并与以上提及的Yang进行组合，熟练的技术人员不会在120℃下用pTSA转化糠醇，而是代之以使用例如80℃的较低温度。当然，表2条目1中的优良酸分解产物的低产率可能是反应中共同存在Pd的结果，但不鼓励熟练的技术人员在120℃下在无Pd下进行反应。

本发明的目标是最佳化乙酰丙酸酯的产率，同时最大程度地减少醚副产物的产生。

发明内容

现已发现，在超过125℃下用醇使糠醇转化成乙酰丙酸酯中均相磺酸实现的产率意外地优于硫酸。

根据本发明，提供了一种使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法，所述方法包括在约125℃至约180℃范围内的第一反应温度下使糠醇；醇或其混合物；和均相催化剂接触以形成反应混合物；以及在反应混合物中形成乙酰丙酸酯，所述方法的特征在于第一均相催化剂是磺酸催化剂。

任选地，第一均相催化剂由磺酸催化剂组成。换句话说，不存在其它的均相或多相催化剂。

任选地，反应在约125℃或130℃与170℃、约125℃或130℃与160℃、约125℃或130℃与约150℃之间，进一步任选地约140℃的温度下进行。

任选地，磺酸催化剂选自由以下组成的组：烷基-芳族磺酸、芳族磺酸、卤代磺酸和脂族磺酸；任选地，磺酸催化剂是对甲苯磺酸或其一水合物、7,7-二甲基-2-氧代二环[2.2.1]庚烷-1-基)甲磺酸(樟脑磺酸)或甲磺酸；或它们每一者的水合物。排除磺酸催化剂的盐。

任选地，磺酸催化剂是选自由以下组成的组的烷基-芳族磺酸或芳族磺酸：苯磺酸、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、1-萘磺酸和2-萘磺酸；或磺酸催化剂是脂族磺酸，任选地为直链、支链或环状烷基磺酸，例如甲磺酸、三氟甲磺酸、辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸和7,7-二甲基-2-氧代二环[2.2.1]庚烷-1-基)甲磺酸(樟脑磺酸)；或者卤代磺酸选自氯磺酸、3-氯甲磺酸、3-氟甲磺酸和氟磺酸；或它们每一者的水合物。排除这类磺酸催化剂的盐。

进一步任选地，磺酸催化剂是对甲苯磺酸或对甲苯磺酸一水合物；或者樟脑磺酸或樟脑磺酸一水合物；或者甲磺酸或其水合物。

本发明中所用的磺酸催化剂不是磺酸官能化的离子液体。

任选地，磺酸催化剂占反应混合物的约0.1％至约5％(w/w)、约0.1至约3％(w/w)，任选地约0.5％至约3％(w/w)；进一步任选地约0.5％至约1.5％(w/w)，更任选地约1％(w/w)；和/或其中添加反应混合物中的醇与糠醇的摩尔比介于约1:1至5:1之间，任选地约1.1:1与3:1之间；进一步任选地介于约1.2:1与2.7:1之间；更进一步任选地为约2.2:1或约1.5:1；和/或其中糠醇以每小时反应混合物中每克催化剂至多200克糠醇，任选地至多100g/g/h，更任选地至多50g/g/h的馈送速率馈送到反应混合物中。

任选地，醇是选自C1-24直链或支链醇的伯醇或仲醇；进一步任选地选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、正癸醇或2-乙基己-1-醇；或者烷氧基-烷醇，任选地为烷氧基乙醇，例如β-甲氧基乙醇或β-乙氧基乙醇；或它们中的两者或更多者的组合。

可替代地，醇选自脂环族醇，所述脂环族醇任选地选自环己醇、环戊醇、四氢糠醇和5-甲基-2-(丙烷-2-基)环己-1-醇；或不饱和脂族醇，所述不饱和脂族醇任选地选自丙-2-烯-1-醇、3,7-二甲基辛-2,6-二烯-1-醇和丙-2-炔-1-醇；或作为伯醇的二醇，所述二醇任选地选自乙二醇、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇；或它们中的两者或更多者的组合。

进一步可替代地，醇是一种或多种伯醇和仲醇的混合物；和/或一种或多种脂环族醇的混合物；和/或一种或多种不饱和脂族醇的混合物；任选地选自杂醇和格尔伯特醇(Guerbet alcohol)；以及一种或多种二醇的混合物。

任选地，方法以分批馈送模式进行；或者在连续搅拌槽式反应器(continuousstirred tank reactor，CSTR)中，任选地后面在塞流式反应器(plug flow reactor，PFR)中进行。

任选地，接触在分批馈送反应器中进行。

当以分批馈送模式进行时，反应混合物可如下形成：在分批馈送反应器中提供(i)第一混合物，所述第一混合物包含醇或其混合物，以及任选地均相磺酸催化剂；将(ii)第二混合物连续地或间断地馈送到分批馈送反应器中的(i)第一混合物，所述第二混合物包含糠醇，以及额外量的醇或其混合物；以及与第二混合物分开，将第三混合物连续地或间断地馈送到分批馈送反应器，如果所述第一混合物包含均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含(iii)额外量的均相磺酸催化剂；或者如果所述第一混合物不包含均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含均相磺酸催化剂。

任选地，与第二混合物分开，第三混合物连续地或间断地馈送到分批馈送反应器并在与第二混合物的连续或间断馈送相同的时间开始。第三混合物可在第二混合物连续地或间断地馈送到分批馈送反应器之后馈送到分批馈送反应器。然而，不想等待太长时间，因为如果分批馈送反应器中的催化剂浓度下降过低，则分批馈送反应器中的糠醇浓度会升高，将对产率产生负面影响。

当以分批馈送模式进行所述方法时，任选地，在将第二混合物和第三混合物与第一混合物混合之前将第一混合物加热到第一反应温度。进一步任选地，在添加催化剂以形成第一混合物之前将醇加热到第一反应温度。可替代地或另外，醇可加热到醇的沸点以上。

当以分批馈送模式进行所述方法时，在第二混合物与第一混合物已完成混合之后，第一温度可维持长达约2小时，任选地约5分钟至60分钟；或可替代地，在第二混合物与第一混合物已完成混合之后，将第一温度升高到第二反应温度。任选地，将反应混合物在第二反应温度维持5分钟至120分钟。

可替代地，所述方法是连续的并在连续搅拌槽式反应器中进行。任选地，许多CSTR串联，其中进一步任选地，第一CSTR使糠醇发生至少90％转化。

当所述方法以连续模式进行时，连续搅拌槽式反应器可如下来装填反应混合物：在反应器中提供(i)第一混合物，所述第一混合物包含醇或其混合物，以及任选地均相磺酸催化剂；将(ii)第二混合物连续地或间断地馈送到反应器中的(i)第一混合物，所述第二混合物包含糠醇，以及额外量的醇或其混合物；以及与第二混合物分开，将第三混合物连续地或间断地馈送到反应器，如果第一混合物包含均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含(iii)额外量的均相磺酸催化剂；或者如果第一混合物不包含均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含均相磺酸催化剂。

任选地，与第二混合物分开，第三混合物连续地或间断地馈送到连续搅拌槽式反应器并在与第二混合物的连续或间断馈送相同的时间开始。第三混合物可在第二混合物连续地或间断地馈送到连续搅拌槽式反应器之后馈送到连续搅拌槽式反应器。然而，不想等待太长时间，因为如果反应器中的催化剂浓度下降过低，则反应器中的糠醇浓度会升高，将对产率产生负面影响。

当以连续模式进行方法时，在将第二混合物和第三混合物与第一混合物混合之前将第一混合物加热到第一反应温度。

当以连续模式进行方法时，选择磺酸催化剂，使得磺酸催化剂占反应混合物的约0.1％至约5％(w/w)，任选地约0.5％至约3％(w/w)；进一步任选地约0.5％至约1.5％(w/w)，更任选地约1％(w/w)。

任选地，并且不管所述方法是以分批馈送模式还是以连续模式进行，第二混合物均以每小时反应混合物中每克催化剂至多200克糠醇，任选地至多100g/g/h，更任选地至多50g/g/h的馈送速率添加到反应混合物中。

任选地，可替代地或另外，并且不管所述方法是以分批馈送模式还是以连续模式进行，第二混合物均以每小时反应混合物中每克催化剂至少2克糠醇，任选地至少5g/g/h，进一步任选地至少10g/g/h，更进一步任选地至少20g/g/h的馈送速率与反应混合物混合。

任选地，并且不管所述方法是以分批馈送模式还是以连续模式进行，第一混合物和第二混合物包含的烷醇与糠醇的摩尔比总计介于约1:1至5:1，任选地1.1:1与3:1之间；进一步任选地介于约1.2:1与2.7:1之间；更进一步任选地为约2.2:1或约1.5:1。

任选地，并且不管所述方法是以分批馈送模式还是以连续模式进行，反应混合物中醇或其混合物与糠醇的摩尔比为至少20:1，任选地为至少50:1，进一步任选地为至少100:1，更进一步任选地为至少200:1。

当方法以连续模式进行时，当连续搅拌槽式反应器已装填到所需体积时，从连续搅拌槽式反应器抽出一定体积的反应混合物；并通过将第二混合物连续地或间断地馈送到反应器，补充所需体积；并且将第三混合物分开地、连续地或间断地馈送到反应器，其中所抽出的体积任选地馈送到与连续搅拌槽式反应器串联的第二反应器，任选地为塞流式反应器、第二CSTR或分批馈送反应器。因此，第二混合物和第三混合物的连续馈送继续，并且同时，连续地从CSTR排出与两种混合物一起的总体积相同的体积到第二反应器，任选地排出到塞流式反应器、第二CSTR或分批馈送反应器。事实上，连续地馈送和排出是CSTR的定义，因此当连续搅拌槽式反应器已装填到所需体积时，整个系统从分批馈送变成CSTR操作模式。

任选地，如果以分批馈送或以CSTR，后面是第二反应器，例如1个或更多个CSTR，或后面是PFR来进行方法，则在第一反应器之后，在一个或多个第二反应器中可以应用较高温度。

任选地，抽出的体积馈送到与连续搅拌槽式反应器串联的第二反应器，例如塞流式反应器，并在第二反应器中在第二反应温度下进行所述方法，所述第二反应温度与连续搅拌槽式反应器中的第一反应温度相同或比第一反应温度高5℃至15℃；和/或第二反应器中的停留时间在5分钟至120分钟，任选地约10分钟至60分钟范围内。

任选地，反应混合物维持在大气压力，或如果反应器封闭，则维持在自生压力(例如对于甲醇，至多10巴(bar)的升高压力)。进一步任选地，反应混合物维持在流体的自生压力(即，非外部施加，而只是由容器的密闭性质和

P,T产生的压力)关系(其状态方程)。

任选地，反应混合物维持在第一反应温度，不进一步添加糠醇，直到以反应混合物的总重量计，糠醇浓度低于1％(w/w)，任选地低于0.5％(w/w)，进一步任选地低于0.25％(w/w)，更进一步任选地低于0.01％(w/w)。任选地或另外，添加速率使得以反应混合物的总重量计，反应器醇中的糠醇浓度低于1％(w/w)，任选地低于0.5％(w/w)，进一步任选地低于0.25％(w/w)，更进一步任选地低于0.01％(w/w)。

任选地，所述方法还包括收集所形成的乙酰丙酸酯，其中所述收集包含蒸发醇、蒸馏乙酰丙酸酯；回收或中和以及去除催化剂；从不溶反应产物倾析可溶反应产物，从可溶反应产物过滤不溶反应产物，液-液萃取，或它们的组合；其中进一步任选地，蒸馏包括真空蒸馏、刮膜蒸发或降膜蒸发。更进一步任选地，收集以两个步骤进行，其中第一步骤包括蒸发醇并且第二步骤包括蒸发乙酰丙酸酯；或其中第一步骤包括蒸发醇和乙酰丙酸酯的第一部分，并且第二步骤包括去除乙酰丙酸酯的第二部分。

任选地，使包含乙酰丙酸的副产物发生酯化，形成乙酰丙酸酯。

任选地，在根据本发明的方法的反应结束时并在纯化其反应产物之前，粗反应混合物含有以糠醇计至少约70摩尔百分比产率的乙酰丙酸酯。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计至少约80摩尔百分比的乙酰丙酸酯。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约85摩尔百分比产率的乙酰丙酸酯。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约90摩尔百分比产率的乙酰丙酸酯。

任选地，在根据本发明的方法的反应结束时并在纯化其反应产物之前，粗反应混合物含有以糠醇计高达约70摩尔百分比产率的总乙酰丙酸(即，乙酰丙酸酯加乙酰丙酸)。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约80摩尔百分比产率的总乙酰丙酸(即，乙酰丙酸酯加乙酰丙酸)。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约85摩尔百分比产率的总乙酰丙酸(即，乙酰丙酸酯加乙酰丙酸)。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约90摩尔百分比产率的总乙酰丙酸(即，乙酰丙酸酯加乙酰丙酸)。在一些实施方案中，粗反应混合物含有以糠醇计高达约95摩尔百分比产率的总乙酰丙酸(即，乙酰丙酸酯加乙酰丙酸)。在一些实施方案中，通过例如质子NMR、HPLC或GC/MS的分析法测定，粗反应混合物中的可溶材料不含糠醇，仅含烷醇、乙酰丙酸、二烷基醚和乙酰丙酸酯和极少量的重组分和其它副产物(例如糠醇的二聚物、乙酰丙酸酯的丁间醇醛冷凝物)。

任选地，在根据本发明的方法的反应结束时并在纯化其反应产物之前/之后，可观察到的反应副产物是焦油状或油状残余物，在实施方案中残余物占所加糠醇的约20重量％或更少。在一些实施方案中，焦油状或油状残余物占所加糠醇的10重量％或更少。在一些实施方案中，焦油状或油状残余物占所加糠醇的5重量％或更少。焦油状/油状残余物的含量通过从反应容器蒸发烷醇和乙酰丙酸酯并称重剩余的材料或其等分试样来测量。

任选地，在根据本发明的方法的反应结束时并在纯化其反应产物之前，粗反应混合物含有以糠醇计至多8摩尔％的醚，其一遍新鲜制得，并添加到再循环量的已存在于馈料中的二烷基醚。在一些实施方案中，粗反应混合物1遍制得以糠醇计至多约5摩尔百分比的醚。在一些实施方案中，粗反应混合物1遍制得以糠醇计至多约2摩尔百分比产率的醚。在一些实施方案中，粗反应混合物制得以糠醇计至多约1摩尔百分比产率的醚。二烷基醚将与过量的醇一起再循环，因此重要的是反应器中1遍制得的量。再循环醇中的二烷基醚的量经由吹洗气流控制，以使方法操作安全。

在根据本发明的方法的反应条件下，获得较高产率的乙酰丙酸酯，制得的醚少于用工业均相无机酸如硫酸制得的醚。

此外，与多相酸催化剂相比，均相磺酸催化剂是廉价的，并且再次与多相酸催化剂相比，不容易钝化，多相酸催化剂因重组分沉积而钝化，常常不能以经济的方式再循环。均相酸催化剂的用量常常比多相催化剂低1倍至20倍。因此，均相催化剂较高的生产力、较低的量和较低的经济成本使得在反应之后再循环不值得，常常经由用碱中和而失活。

例如，每克多相催化剂约5-10g产物，之后，催化剂不能再循环。本文中，例如，每克催化剂可制得超过50g产物，如已经提及的，均相催化剂的成本也比多相催化剂低。

本发明具体实施方式

在根据本发明的方法中，为了获得较高的乙酰丙酸酯产率且较少的醚副产物，使糠醇的浓度始终低并且醇/糠醇的摩尔比始终高是重要的。这可以通过以下来实现：

1.分批馈送反应器。在这种情况下，将至少一部分醇和任选地至少一部分磺酸均相催化剂装载到反应器并同时将糠醇与任选地醇的混合物馈送到反应器。任选地，也在单独的馈送管线中将一部分的磺酸均相催化剂馈送到反应器。

2.CSTR，其使糠醇至少90％转化，更优选地95％转化，更优选地98％转化，其中糠醇和均相催化剂分开馈送到CSTR并且醇类/糠醇的摩尔比介于1:1与5:1之间，更优选地介于1.2:1与3:1之间，更优选地介于1.5:1与2.7:1之间。CSTR后面可以是第二CSTR，或多个串联的CSTR，或者是PFR(塞流式反应器或管)。

优选地，转化反应在液相中进行。液相反应的优点在于，可能形成的液体副产物，例如糠醇和/或乙酰丙酸酯的低聚缩合产物，将留在溶液中。因此，优选地，包含糠醇和醇的液体反应混合物与第一均相催化剂接触。

为了限制在本文中权利要求1的接触步骤中形成的副产物(尤其是糠醇的低聚缩合产物)的量，以反应混合物的总重量计，保持糠醇的浓度低于1wt％，优选地低于0.5wt％。典型地，第一CSTR中或分批馈送机构的反应器中糠醇的浓度低于0.1wt％，优选地低于0.01wt％。浓度必须足够低以避免糠醇聚合(必须低于1wt％)，而且必须足够高以便获得优良反应速率。

反应混合物中糠醇的低浓度可以用几种方式来实现。反应混合物可以例如用过量的另一反应物，即醇稀释，或用反应产物，即乙酰丙酸酯稀释，或用不是反应物或反应产物的稀释剂，如环丁砜、γ戊内酯或羧酸酯稀释。可替代地或另外，糠醇可以分阶段供应到反应混合物，或者可以应用在高转化率下操作的连续搅拌槽式反应器(CSTR)，以保持反应混合物中糠醇的浓度足够低。

反应混合物可维持在125℃至180℃范围内的第一反应温度下与第一均相催化剂接触，不进一步添加糠醇到反应混合物，直到糠醇的浓度低于0.01wt％，更优选地低于0.005wt％，甚至更优选地低于0.001wt％，每一者以反应混合物的总重量计。

为了实现高选择性下糠醇的高转化率，醇以化学计量过量存在于反应混合物中。因此，反应混合物中醇与糠醇的摩尔比为至少20:1，更优选地至少50:1，甚至更优选地至少100:1，甚至更优选地至少200:1。

这可以通过将摩尔比(分批馈送反应器和连续搅拌槽式反应器实施方案的第一混合物与第二混合物的合并总数)介于约1:1至5:1之间、任选地约1.1:1与3:1之间，进一步任选地约1.2:1与2.7:1之间，更进一步任选地约2.2:1或约1.5:1的醇与糠醇馈送到反应混合物来实现。

根据本发明的方法可以按分批馈送或连续模式进行。当糠醇连续地馈送到第一均相磺酸催化剂时，优选地以每小时每克催化剂至多200克糠醇，更优选地至多100g/g/h，甚至更优选地至多50g/g/h(每小时反应混合物中每克催化剂的糠醇克数)的馈送速率供应糠醇。在一个优选的实施方案中，方法在连续搅拌槽式反应器(CSTR)中进行。这类CSTR反应器的一个优点是馈送到反应器的糠醇迅速混入反应混合物，因此避免了高浓度的糠醇接近均相磺酸催化剂。

根据本发明的方法在125℃至180℃范围内，优选地130℃至150℃范围内，更优选地为140℃的第一反应温度下进行。上限取决于形成主要副产物(由糠醇形成)和次要副产物(由乙酰丙酸酯形成，例如狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder reaction))的速率，并避免了过多的醚形成(当然，想要形成醚除外)。

当方法以连续模式进行时，从第一CSTR抽出的体积可以提供给第二反应器，第二反应器是第二CSTR或后续CSTR，或塞流式反应器，下文称为“第二反应器”。第二反应器中的反应温度，即第二反应温度，可以等于或高于第一反应温度。

反应物与催化剂接触时的压力不是关键。优选地，为了避免蒸发反应物，将反应器封闭并且压力至少是反应混合物在进行转化反应时的温度下的自生压力。

优选地，根据本发明的方法是一种通过使糠醇与烷醇接触使糠醇转化成乙酰丙酸烷酯(乙酰丙酸酯)的方法。

烷醇优选地是具有至多24个碳原子的烷醇，甚至更优选地选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、2-丁醇、正戊醇、2-乙基己-1-醇；或是脂环族醇，优选地选自环己醇；或它们中的两者或更多者的组合。乙醇和正丁醇尤其优选。

附图说明

图1显示了关于分批馈料实验的在实施例1、2和4中使用的实验设备的示意图。

图2和3显示了连续搅拌槽式反应器、后面是塞流式反应器的实验设备的示意图。图2中，提供了糠醇和丁醇，在T1以所需比率预先混合，在图3中，糠醇和丁醇以实现SM1中所需比率的馈送速率分开馈送到SM1(静态混合器1)。图3中所示的设备是实施例3中所用的设备。

图4显示了连续操作装置的实验设备的示意图。

具体实施方式

图提及醇为丁醇。然而，应了解，丁醇仅仅是可用于实施本发明的醇的一个实例。

图1显示了关于分批馈送实验的实验设备的示意图。主要元件是：(T1)馈料糠醇/丁醇槽，(P)泵，以及(R1)搅拌反应器。

图2显示了连续搅拌槽式反应器的示意图。主要元件是：(T1)馈料糠醇/丁醇槽，(T3)催化剂槽，(R1)搅拌反应器以及(PFR)塞流式反应器。

图3显示了替换连续搅拌槽式反应器的示意图。主要元件是：(T1)馈料糠醇槽，(T2)馈料丁醇槽，(SM1)混合糠醇馈料与丁醇馈料的静态混合器，(T3)催化剂槽，(R1)搅拌反应器以及(PFR)塞流式反应器。

本文参考图1至3描述，数种变化是可能的。

变化A：因此，使用图1的实验设备，以分批馈送模式进行实施例1、2和4。将反应器R1(1000mL)装载219.14g丁醇(2.94mol，99.4％纯度)和0.032mol酸催化剂(6.05g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度)。随后，将丁醇和催化剂混合(600rpm)，并且将混合物加热到130℃。一旦达到反应温度，就开始经由管1和泵(P)馈送205.79g丁醇(2.76mol，99.4％纯度)与205.54g糠醇(FFOH)(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.35:1)。经410分钟的时间段连续地馈送混合物，确保反应器中的糠醇浓度始终低于0.2wt％。反应器R1中维持130℃的反应温度。丁醇/糠醇的最终总摩尔比是2.78；糠醇/pTSA的摩尔比是65.2并且重量比是33.6。

馈送结束之后，将反应器(R1)保持在反应温度下2小时，以允许最后痕量的糠醇和所有中间体转化成乙酰丙酸丁酯。

本文中的实施例已经使用丁醇与糠醇预先混合的变化A，实施例3除外，其中使用变化C。

变化B(参见图2)类似于变化A。在反应器R1装载219.14g丁醇(2.94mol，99.4％纯度)和0.032mol酸催化剂(6.05g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度)，经由泵和管3)后，混合丁醇和催化剂(600rpm)，并将混合物加热到130℃。一旦达到反应温度，就开始经由管1、泵和管4馈送205.79g丁醇(2.76mol，99.4％纯度)与205.54g糠醇(FFOH)(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.35:1)。R1可以是分批馈送反应器。可替代地，当装填时，R1可以变成连续搅拌槽式反应器，任选地向前馈送到塞流式反应器(PFR)。

变化C(参见图3)也类似于变化A。在反应器R1装载219.14g丁醇(2.94mol，99.4％纯度，从T2，经由管2和4(以及泵和静态混合器(SM1)))和0.032mol酸催化剂(6.05g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度)，自T3，经由管3)后，混合丁醇和催化剂(600rpm)，并将混合物加热到130℃。一旦达到反应温度，就开始经由管2和1、静态混合器1(SM1)和管4馈送205.79g丁醇(2.76mol，99.4％纯度)与205.54g糠醇(FFOH)(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.35:1)。R1可以是分批馈送反应器。可替代地，当装填时，R1可以变成连续搅拌槽式反应器，任选地向前馈送到塞流式反应器。

变化D：这一变化与变化A至C相同，但在馈送结束之后，反应器(R1)保持在比反应温度高15℃的温度下0.5小时，以允许最后痕量的糠醇和所有中间体转化成乙酰丙酸丁酯。这减少了分批馈送实验中的循环时间。

变化E：与变化A相同，但参考图3，差异如下。

将反应器R1(1000mL)装载219.14g丁醇(2.94mol，99.4％纯度)。随后，将丁醇和催化剂混合(600rpm)，并且将丁醇和催化剂加热到130℃。一旦达到反应温度，就开始馈送205.79g丁醇(2.76mol，99.4％纯度，从T2，经由管2)与205.54g糠醇(从T1，经由管1)(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.35:1)。将两者在静态混合器SM1中混合并馈送到反应器R1。与混合物馈送的开始同时，经由单独的管3从T3开始馈送0.032mol酸(6.05g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度))。经410分钟的时间段连续地馈送混合物以及催化剂，确保反应器中的糠醇浓度始终低于0.2wt％。所有其它条件与变化A或B相同。

丁醇/糠醇的最终总摩尔比是2.78；糠醇/pTSA的摩尔比是65.2并且重量比是33.6。

馈送结束之后，可以将反应器R1保持在反应温度下2小时，以允许最后痕量的糠醇和所有中间体转化成乙酰丙酸丁酯。预计变化E的优点是将制造显著减少的二丁基醚。

图4显示了连续操作装置的实验设备的示意图。主要元件是：(T1)馈料糠醇槽，(T2)馈料丁醇槽，(SM1)混合糠醇馈料与丁醇馈料的静态混合器，(T3)催化剂槽，和(R1)连续搅拌槽式反应器(CSTR)。R1与塞流式反应器(PFR)连接，PFR基本上是长管。PFR与酒精蒸馏塔(C1)连接，顶部可以经由管7再循环到T2丁醇槽，底部经由管8馈送到C2乙酰丙酸塔，从其顶部收集乙酰丙酸酯在T5中并从其底部收集重组分在T4中。

连续模式反应的启动与关于图1所描述的分批馈送相同，并且操作模式可以是变化A至E中的每一者。一旦反应器R1装填好，反应器(R1)开始充当CSTR反应器。也就是说，糠醇与丁醇以例如1.3的摩尔比的混合物连续地馈送到R1，并同时经由单独的管将任选地溶于醇(例如丁醇)中的催化剂pTSA连续地馈送到R1，使得反应器R1中的pTSA的浓度维持在1wt％，同时，经由管5，从搅拌反应器R1去除与两个物流一起相同的体积到塞流式反应器(PFR)。在CSTR R1中，停留时间足够长，使得糠醇转化超过99％。在140℃下，时间是2.4小时(144分钟)。最终少于1％的糠醇和中间体全部在塞流式反应器(PFR)中在140℃下在30分钟停留时间内转化成乙酰丙酸丁酯。接着物流进入如上所述的蒸馏塔C1。

定义：

“多相催化剂”是固体催化剂，因此处于与作为液相的反应混合物不同的相。相比之下，均相催化剂可溶于反应混合物，因此均相催化是指催化剂处于与反应物相同的相，主要处于溶解状态的反应。本文中，反应混合物是液体，催化剂溶于液体反应相。

如本文所用，使用以下等式计算乙酰丙酸酯产物的“选择性”：

选择性(mol％)＝(反应结束时乙酰丙酸烷酯的摩尔数/(馈送到反应器的糠醇的摩尔数-反应结束时糠醇的摩尔数)，以mol％为单位

因此，当100％转化时，反应结束时反应混合物中没有未反应的糠醇剩余。

“磺酸催化剂”是均相催化剂。然而，如本文所用，“磺酸催化剂”可以是水合物，但不是盐。具体地说，“磺酸催化剂”排除盐，例如磺酸官能化的离子液体。

“强质子酸”定义为在25℃/1atm压力下解离常数或Ka值为至少约55的质子化酸。“弱质子酸”定义为Ka值小于55的质子化酸。

磺酸RSO₂OH的特征是四面体硫中心，意指硫处于四个原子的中心：三个氧和一个碳。对甲苯磺酸和甲磺酸的pKa值分别是-2.8和-1.9。然而，由于其具有强酸度，所以不能直接测量其pKa值，并且通常引用的值应被认为是间接的估计值，具有显著不确定性。举例来说，多种来源已经报告甲磺酸的pKa高达-0.6或低到-6.5。

强酸的pKa<-1.74，因此p-TSA是强酸。应了解，Ka 10等于pKa-1，Ka 55等于pKa-1.74，因为它是-对数标度。

催化剂性能是根据活性、转化率、选择性和生产力测量的，并且在昂贵和/或多相催化剂的情况下，还根据催化剂寿命测量。活性是每一量的催化剂和时间单位可以转化的底物的量，并且与生产力直接相关，生产力是每单位体积和每单位时间生产的产物的量。低活性可以用增加量的催化剂补偿，但伴随着较高的催化剂费用。高选择性是重要的，因为低选择性意味废弃的原材料和对成本高的能源密集的产物分离的需求。需要高转化率以最大程度地降低或避免分离成本以使起始物质再循环。如果催化剂是昂贵的，多相催化剂或具有贵金属的均相催化剂常常如此，那么催化剂寿命和再循环对经济竞争力是重要的。代替寿命，更好的量度是在工业条件下每一量的催化剂制得的产物的量。

实施例

材料

所有化学物质均从Sigma Aldrich购买。

分析方法

GC-分析

产物浓度通过装备有火焰离子化检测器的气相色谱法(GC-FID)分析。GC-FID分析用毛细管柱进行：柱-Restek Rxi-5ms，30米，0.25mm ID.0.25μm膜厚度，并使用以下作为条件：

·He流速为1.5mL/min；

·在40℃下开始并在该温度下保持2分钟；

·温度以20℃/min增加，达到300℃，并在该温度下保持5分钟；

·FID在300℃下；并且1,2,4-三甲苯用作GC内标。

样品制备程序

i.称取150-300mg样品，并添加3g MTBE溶剂，记录重量，过滤，并在GC上运行。

ii.经由外部校准曲线定量。在MTBE中制得介于5mg/g与50mg/g之间的每种感兴趣组分的几种浓度(典型地，5种)。这些浓度在GC上运行，并将每种组分的面积计数求积分，并通过GC软件生成校准曲线。

iii.接着通过输入GC制剂的重量，使用校准曲线定量未知样品中的组分，并且然后针对色谱图中发现的每种组分，生成每种组分的重量％。

iv检查仪器校准精度，根据需要，通过运行已知纯度的乙酰丙酸丁酯对照样品来调整结果，队列中的每5个样品一个对照样品。

产物的产率和选择性由其量与参考标准的量相比较来计算并用实验上针对二烷基醚、烷醇、糠醇和乙酰丙酸烷酯确定的校正因子校正。

基于中间体和重组分的O/C比率(氧与碳比率，因为它对FID(火焰离子化检测器)的灵敏度有重大影响)或其关于未知化合物预期的O/C比率，估计中间体和重组分的校正因子。

水分析

在Mettler Toledo DL31仪器上经由卡尔·费歇尔法(Karl Fisher method)(ASTM E203-16：使用容量法卡尔·费歇尔滴定的水标准试验方法)分析水含量。

进一步借助于以下非限制性实施例说明本发明的方法。

实施例1A和比较实施例1B

分批馈送实验

图1显示了关于分批馈送实验的实验设备的示意图。主要元件是：(T1)丁醇/糠醇馈料槽，(R1)反应器，(P)泵装置，例如来自Scientific Systems公司的泵，HPLC型活塞泵系列1，0-10ml/min。

实施例1A使用图1的实验设备以分批馈送模式进行。

将219.14g丁醇(2.94mol，99.4％纯度)和0.032mol酸性中心(或质子)(6.05g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度))手动添加到反应器R1(1000mL)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气(减少氧化副反应)并减少大气湿度对反应器内的条件的影响。然后将混合物加热到130℃，并且压力是自生压力，约为2巴。经410分钟时间将205.79g丁醇(2.76mol，99.4％纯度)与205.54g糠醇(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.35:1)缓慢并连续地馈送到反应器(1000mL)(每小时反应混合物中每克催化剂4.97克糠醇或每摩尔催化剂和每小时940g糠醇)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.78。糠醇/pTSA的摩尔比是65.2，重量比是33.6(均参考反应混合物)。反应混合物的总重量是636.52g，反应混合物中的催化剂是0.95wt％。磺酸催化剂包含约0.95％(w/w)反应混合物。

比较实施例1B也使用图1的实验设备以分批馈送模式进行。

将218.23g丁醇(2.93mol，99.4％纯度)和0.032mol酸性中心(或质子)(3.156g硫酸，98％纯度))手动添加到反应器R1(1000ml)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气(氧气和湿度)。然后将混合物加热到130℃，并且压力是自生压力，约为2巴。经410分钟时间(这410分钟的馈送时间在实施例3中称为约7小时)将202.44g丁醇(2.71mol，99.4％纯度)与205.44g糠醇(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.32:1)缓慢并连续地馈送到反应器R1(1000mL)(每小时反应混合物中每克催化剂9.52克糠醇或每摩尔催化剂和每小时940g糠醇)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.75。糠醇/硫酸的摩尔比是65.1，重量比也是65.1，因为它们具有相同分子量(均参考反应混合物)。

对于实施例1A和比较实施例1B中的每一者，醇和酸催化剂最初在室温下馈送到反应器R1。将反应器R1闭合，并用氮气冲洗代替空气。然后，加热混合物直达到到反应温度(实施例1A和比较实施例1B都是130℃)。一旦达到130℃的反应温度，则将糠醇/丁醇混合物馈送到反应器R1，在600rpm下搅拌410分钟的时间段；同样维持130℃的反应温度。一旦馈送结束，则继续在130℃的给定反应温度下反应1小时。然后冷却反应器R1，并通过GC-FID利用内标分析样品。假定在这些条件下，硫酸仅1个质子解离，因此在两个反应中，存在相同量的质子。两个反应每摩尔催化剂每小时具有相同940g的糠醇，那就是说，当硫酸只有1个质子解离(很有可能)时，它们具有相同数目的酸性(或质子)中心。

结果-实施例1A和比较实施例1B

表1

*如果馈送100mol糠醇并最终10mol丁醇转化成二丁基醚，则10mol％转化

实施例1A显示与比较实施例1B相比，二丁基醚的形成显著更低，同时糠醇转化成乙酰丙酸丁酯的摩尔转化率更高。发现一些痕量的乙酰丙酸，但由于量少和峰拖尾，无法将其求积分。在两种情况下，量低于0.2wt％。在反应停止之后所有中间体都转化。

乙酰丙酸丁酯产物的选择性通过乙酰丙酸丁酯摩尔数/(初始糠醇摩尔数–最终糠醇摩尔数)×100算得，如果最终所有的糠醇都转化(所有实验都是这样)，那么它将等于产率。

实施例1A显示与比较实施例1B相比乙酰丙酸丁酯的产率更高，90.84％对比84.44％(因为在所有实验中糠醇的转化率是100％，所以产率等于选择性)。

这些结果令人意外，因为基于先前的文献(Lange等人2009)，预期在130℃的第一反应温度下，pTSA和硫酸将得到相同的乙酰丙酸丁酯的产率和选择性，因为存在相同量的质子并且质子均容易接近。

比较实施例2A、比较实施例2B和比较实施例2C

除以下之外，实验以与实施例1A和比较实施例1B中相同的方式以分批馈送进行：

·现在反应温度是116℃，

·添加时间是5小时，以及

·以重量计，与硫酸相比，使用约两倍的量的pTSA，以便以摩尔计，当硫酸只有1个质子解离时，存在相同量的酸性中心，因此使用相同量的催化剂。

比较实验2A以分批馈送模式进行。最初，将435.11g丁醇(5.84mol，99.4％纯度)和0.0708mol酸(13.74g对甲苯磺酸一水合物(p-TSA，99％纯度))手动馈送到反应器R1(2000mL)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气和空气湿度。然后将混合物加热到约丁醇的沸点(116℃)，并且压力是自生压力，约为1巴(116℃下)。经300分钟时间将404.03g丁醇(5.42mol，99.4％纯度)与411.34g糠醇(4.11mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.32:1)缓慢并连续地馈送到反应器(馈送速率为每小时反应混合物中每克催化剂5.99克糠醇或每摩尔催化剂和每小时1162g糠醇)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.74。糠醇/pTSA的摩尔比是58.04，重量比是29.93(均参考反应混合物)。

比较实验2B也以分批馈送模式进行。将435.9g丁醇(5.55mol，99.4％纯度)和0.063mol酸(6.28g硫酸，98％纯度))馈送到反应器(2000mL)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气和空气湿度。然后将混合物加热到116℃，并且压力是自生压力，约为1巴(116℃下)。经5小时将404.01g丁醇(5.14mol，99.4％纯度)与412.17g糠醇(4.12mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.25:1)缓慢馈送到反应器(2000mL)(馈送速率为每小时反应混合物中每克催化剂13.13克糠醇或每摩尔催化剂和每小时1308g糠醇)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.60。糠醇/硫酸的摩尔比是65.66，重量比是65.66(均参考反应混合物)。

比较实验2C也以分批馈送模式进行。将435.65g丁醇(5.54mol，99.4％纯度)和0.063mol酸(6.26g硫酸，98％纯度))馈送到反应器(2000mL)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气和空气湿度。然后将混合物加热到116℃，并且压力是自生压力，约为1巴(116℃下)。经5小时将404.74g丁醇(5.15mol，99.4％纯度)与412.5g糠醇(4.12mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.25:1)缓慢馈送到反应器(2000mL)(馈送速率为每小时反应混合物中每克催化剂13.18克糠醇或每摩尔催化剂和每小时1310g糠醇)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.60。糠醇/硫酸的摩尔比是65.88，重量比是65.88(均参考反应混合物)。

最初，在室温下将醇和酸催化剂手动馈送到反应器。将反应器闭合，并用氮气冲洗代替空气。然后将该混合物加热直到达到反应温度。一旦达到反应温度，则将糠醇/丁醇混合物馈送到反应器，在600rpm下搅拌300分钟(5小时)的时间段，同时维持该反应温度。一旦馈送结束，则继续在给定反应温度下反应1小时。然后冷却反应器，并通过GC-FID利用内标分析样品。假定在那些条件下，硫酸只有1个质子解离，因此pTSA存在略微更多的质子，但硫酸是更强的酸。

已经包括比较实验2B和2C，说明在几乎相同的反应条件下，结果显示类似的作用。

结果-比较实施例2A和比较实施例2B和比较实施例2C

表2

实施例	产率	转化成二丁基醚的丁醇的摩尔数
				乙酰丙酸丁酯	表示为丁醇摩尔数并基于初始糠醇的摩尔数*
	(mol％)	(mol％)
2A	76.67	0.55
			2B	86.07	2.29
2C	86.32	2.15

*如果馈送100mol糠醇并最终10mol丁醇转化成二丁基醚，则10mol％转化

比较实施例2A显示与比较实施例2B和2C相比二丁基醚的形成显著较低。然而，与比较实施例2B和2C相比，比较实施例2A的乙酰丙酸丁酯的产率也较低。在反应停止之后所有中间体都转化。

因此，在较低温度下，作为催化剂，硫酸比pTSA选择性更大，即使在pTSA下反应中质子的摩尔量略微更高。

比较实施例2A显示，116℃是对于与pTSA反应来说太低的一个温度(与实施例1A相比)。

相比之下，在116℃下硫酸的选择性大于130℃下(参见比较实施例1B)。

温度对硫酸的影响与对pTSA不同，这是没有预料到的。

实施例3A至3G

在实施例3A至3G中，按照实施例1A的程序(1L反应器)，反应条件(pTSA浓度、馈料中和总反应混合物中的丁醇/糠醇比率以及温度)发生变化。通过将所需摩尔比的丁醇/糠醇放入T1，使用图1的实验设备。可替代地，实验设备是图3的实验设备，对于实施例3F，允许糠醇与丁醇的馈料独立地变化。

结果-实施例3A至3G

表3

*如果馈送100mol糠醇并最终10mol丁醇转化成二丁基醚，则10mol％转化

实施例3A’是实施例3A的再现。然而，原始实施例3A中有校准误差，因此实施例3A’中的数据更有代表性。实施例3A’中的数据显示，当温度从140℃(实施例3B)升高时，乙酰丙酸丁酯产率略微上升，而二丁基醚产率加倍。

实施例3H在160℃的温度下进行7小时。

在这些实验室规模条件下，实施例3B目前在这些反应条件下是最佳的，并且已经用粗体突出显示。这是因为乙酰丙酸丁酯(BL)的产率随着温度而上升，但二丁基醚副产物更加随着温度而上升。因此，在160℃下(实施例3H)，乙酰丙酸丁酯的产率优良，但制得大量二丁基醚。

实施例3B和1A的不同之处仅仅是它们的反应温度。在140℃的第一反应温度下产率和选择性均更佳。

实施例3C和3D的不同之处仅仅是它们的馈送时间。当丁醇与糠醇的混合物经10小时馈送到反应器时，与4小时相比，产率和选择性均更佳，但较低的馈送速率增加制得的二丁基醚的量并且10小时的馈送时间不改良乙酰丙酸丁酯的产率，因此在这些条件下7小时的反应时间视为最佳。

实施例3E和3F的不同之处是馈送到反应器的馈料中丁醇与糠醇的摩尔比。对于实施例3E和3F中的每一者，丁醇与糠醇的混合物经7小时馈送到反应器，并且在丁醇和糠醇已完成添加之后反应器保持在第一反应温度下2小时。当馈料中的摩尔比是1.3:1(丁醇:糠醇)时，产率和选择性略佳。

实施例显示，在125℃与170℃之间的温度下获得优良产率。然而，增加温度也增加二烷基醚的形成，超过170℃，形成的二烷基醚的量高到无法接受。前面实施例2已经显示，116℃下的产率(比较实施例2A)显著较低。较高温度增加二丁基醚的产率。糠醇较慢地馈送到反应混合物(实施例3C)不增加乙酰丙酸丁酯的产率，但增加二丁基醚的产率。糠醇较快地馈送使产率下降(实施例3D)。当糠醇较快地馈送时二丁基醚较低，但当较慢地馈送时较高(实施例3C)。如果馈料中(实施例3F)或反应器中(实施例3E)丁醇的量与糠醇相比减少，则乙酰丙酸丁酯产率仍然是高的并且二丁基醚变化不显著。催化剂的量减少50％确实减少乙酰丙酸丁酯的量，但其很微小，二丁基醚减少也很微小(实施例3G)。

实施例3I和3J分别在125℃和170℃下进行。在170℃下，开始形成一些丁烯并且乙酰丙酸丁酯产率有小小的下降(当与在160℃下进行的实施例3H相比时)。然而，170℃下的产率仍然可接受。在125℃下，乙酰丙酸丁酯产率与实施例1A(在130℃下进行)中观察到的产率相当。

鼓励实施例3B代表在140℃的反应温度下，使用对甲苯磺酸作为磺酸催化剂，最佳的乙酰丙酸丁酯选择性(91.72％)，具有可接受的二丁基醚形成(6.36％)。

实施例4

实验设备是图2的实验设备。可替代地，实验设备是图3的实验设备，允许糠醇与丁醇的馈料独立地变化。

如实施例3B至3F中的mol/mol比(丁醇/FFOH)变化为1.5、1.8和2.2，温度固定为140℃，催化剂浓度1wt％pTSA一水合物，并分别使用以下作为CSTR和PFR的停留时间：

·6.5小时与20.8分钟

·5小时与16.15分钟，以及

·3.5小时与11.3分钟

CSTR/PFR实验基于分批馈送实验，其中另外变化温度和酸浓度。在分批馈送中，7小时反应馈送时间达到91.72％产率(实施例3B)，然后，批料继续反应1小时或2小时，以将所有的中间体都转化成乙酰丙酸丁酯。发现2.7的mol/mol比对于反应产率为最佳。在收费制造中反应扩大规模，并且达到接近94％的反应器产率。

还进行了一些CSTR-PFR实验，其中当CSTR的停留时间是6.5小时时，PFR的停留时间是1小时。

发现乙酰丙酸丁酯产率随着以下而增加：

·停留时间

·温度(高达140℃)

·丁醇/糠醇摩尔比

·pTSA浓度

对于二丁基醚，产率强烈依赖于：

·温度

·丁醇/糠醇摩尔比(140℃、1wt％pTSA.H2O、5小时CSTR停留时间)

o 2.2摩尔比丁醇/糠醇得到1.24kg/100kg糠醇

o 1.8摩尔比丁醇/糠醇得到0.44kg/100kg糠醇

o 1.5摩尔比丁醇/糠醇得到0.34kg/100kg糠醇

·pTSA浓度

·弱依赖于停留时间(140℃、1wt％pTSA.H2O、2.2mol/mol丁醇/FFOH)

o 6.5小时停留时间得到1.8kg/100kg糠醇

o 5小时停留时间得到1.24kg/100kg糠醇

o 3.5小时停留时间得到0.94kg/100kg糠醇

在馈送期间，两个物流的液滴不应彼此混合。另外，液滴应在反应器中在分子水平上迅速混合，以避免局部高浓度的糠醇和pTSA。

实施例5

本实施例举例说明糠醇与乙醇的反应以产生乙酰丙酸乙酯。

实施例5与实施例1A同等地进行(使用图1的实验设备)，摩尔量类似(乙醇/糠醇摩尔比为1.32:1(馈料)和2.83:1(总))，但重量不同，因为乙醇的分子量不同于丁醇的分子量，显然自生压力也不同，现在是大约6巴。

在室温下将无水乙醇(小于0.2wt％水)和对甲苯磺酸(最终反应混合物中1wt％)馈送到反应器。将反应器(高压釜)闭合，并用氮气冲洗代替空气。然后将混合物加热直到达到反应温度。一旦达到反应温度(135℃)，就将糠醇/乙醇混合物馈送到高压釜，在600rpm下搅拌，同时维持反应温度，历经420分钟的时间段(7小时；馈送速率为每小时反应混合物中每克催化剂大约5克糠醇)。一旦馈送结束，继续在给定反应温度下反应1小时或2小时(总共480分钟或540分钟)。然后冷却反应器，并通过GC-FID利用内标分析样品。

实施例5B至5C类似地进行，以下也是一样：烷醇/糠醇摩尔比为1.3:1(馈料)，并且最终反应混合物中为2.7:1(总)，7小时馈送时间并且在反应之后2小时(总时间540分钟)并且最终反应混合物上1wt％pTSA。

结果实施例5-表4

*如果馈送100mol糠醇并最终10mol乙醇转化成乙醚，则10mol％转化

**来自实验室的实验，但在缓缓添加之后没有那60分钟。

2-辛醇是本文中采用的仲醇的一个实例。

乙基己醇是本文中采用的支链醇的一个实例。

实施例5显示，用其它醇获得优良产率，所述醇例如为另一短链伯醇(乙醇)、支链长链伯醇(乙基己醇)和仲醇(2-辛醇)。

实施例6

实施例6使用图1的实验设备以分批馈送模式进行。本实施例比较多种磺酸催化剂，包括作为脂族磺酸的实例的甲磺酸，和作为环脂族磺酸的实例的樟脑磺酸。

本实施例还比较了磺酸与离子液体催化剂-[BMIm-SH][HSO4](1-丁基磺酸3-甲基咪唑鎓硫酸)以及tFA(三氟乙酸)和Bi-TFA(三氟甲磺酸铋)两者。

实施例6D、6E和6F是比较实施例。

在所有实施例中，将216g丁醇(2.91mol，99.4％纯度)和以酸催化剂的最终总混合物计1wt％(重量百分比，约6.25g)手动添加到反应器R1(1000mL)。将反应器闭合并用氮气冲洗5分钟，以去除大部分的空气(减少氧化副反应)并减少大气湿度对反应器内的条件的影响。然后将混合物加热到140℃，并且压力是自生压力。经420分钟将200g丁醇(2.71mol，99.4％纯度)与206g糠醇(2.05mol，98％纯度)的混合物(摩尔比1.31:1)缓慢且连续地馈送到反应器(1000mL)。反应混合物中丁醇/糠醇的总摩尔比是2.73。在停止馈送之后，在反应温度下并且在连续搅拌下反应2小时，然后取最终样品。

所用的催化剂是pTSA(对甲苯磺酸、CSA(樟脑磺酸)、MSA(甲磺酸)、[BMIm-SH][HSO4](1-丁基磺酸、3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐离子液体)、Bi-TFA(三氟甲磺酸铋、路易斯酸(Lewis acid))和tFA(三氟乙酸)。

*根据以下计算：当馈送100mol糠醇并最终10mol丁醇转化成二丁基醚时，将10除以100，或10mol％转化。

**无保留时间-0小时沉降时间

实施例3B、6B和6C显示所有的磺酸都得到了优良的乙酰丙酸丁酯产率。与pTSA比较，甲磺酸得到较高量的二丁基醚，而樟脑磺酸得到较低量的二丁基醚(不过樟脑磺酸在不同的条件下)。

从Sigma Aldrich购买的离子液体[BMIm-SH][HSO4](目录号：57457-100G-F；批号：BCCD9481)具有意外低的产率(约60％)，但二丁基醚的形成极低(0.47％)(比较实施例6D)。这些结果是意外的，因为Rode等人(Single pot conversion of furfuryl alcoholto levulinic esters andγ-valerolactonein the presence of sulfonic acidfunctionalized ILs and metal catalysts,Green Chem.,2013,15,2540-2547)公布产率很高。这种差异的原因是推测的。在实验结果中，没有公开是否使用标准(内部或外部)，因此如果没有使用标准并且如果制得了在GC方法中不可见的重组分，那么计算的产率将过高估计。但如前所述，这是推测的。显然，低产率使其在经济上无法与均相磺酸竞争。此外，离子液体制造起来更加昂贵，并且具有高黏度(Mauro C.C.Ribeiro,High Viscosity ofImidazolium Ionic Liquids with the Hydrogen Sulfate Anion:A RamanSpectroscopy Study J.Phys.Chem.B2012,116,24,7281-7290)，这使得它们更难以处理。

Jerome教授团队使用金属三氟甲磺酸盐；其中三氟甲磺酸铋(均相催化剂，但不是均相磺酸催化剂)性能最佳(美国专利No10,590,060；Alban Chappaz,Francois Jerome,Karine De Oliveira Vigier,Eric Muller,Jonathan Lai,Matthieu Corbet,DidierMorvan,Process for the preparation of levulinate esters,assigned toUniversity of Poitiers)。使用Bi-TFA，观察到优良产率(比较实施例6E，81.6％)。然而，使用Bi-TFA的产率显著低于在均相磺酸下观察到的产率，另外，在相同条件下二丁基醚的产率比使用均相磺酸时观察到的产率高得多。

三氟乙酸(比较实施例6F)具有低乙酰丙酸丁酯产率以及低二丁基醚形成。然而，乙酰丙酸丁酯产率太低，而使得其在经济上不可行。

实施例7

本实施例用于使用图1的实验设备大规模生产乙酰丙酸乙基己酯。

在不锈钢馈料槽中，将1120kg乙基己醇与720kg糠醇混合(摩尔比EH/FFA＝1.3)。将1360kg乙基己醇连同30kg对甲苯磺酸一起装入5000l反应器中。将反应器加热到140℃，并且当温度达到135℃时，乙基己醇与糠醇的混合物开始馈送。混合物经7小时的时间段馈送，之后保持反应器在140℃(+或-5℃)下2小时，然后冷却到60℃。将催化剂用纯碱中和，并在分批蒸馏之后，回收1465kg乙酰丙酸乙基己酯，对应87.44％的总回收产率(反应产率本身将较高)。另外，鉴定出33.2kg二乙基己醚，对应相较于存在的糠醇的摩尔量，以摩尔计3.7％乙基己醇。

实施例8

根据图2，以CSTR、后面是PFR的模式进行实施例8。为此，糠醇和丁醇混合物(T3)以及丁醇和pTSA(4.85％溶液)混合物(T1)都制成大批料。因此，在1种条件的测试期间，不需要再装填批料槽(T1和T3)。显然，在额外的泵和批料槽以及静态混合器下，可在如图3中所说明的设备中进行相同实验。

CSTR的有效体积是750ml，并且塞流式反应器的体积是40ml，为此，使用1/2英寸管。反应以分批馈送模式启动(根据实施例1)，一旦达到反应器有效体积，则将系统转换到CSTR-PFR模式。当达到稳态条件时取样品。第一次，反应器体积需要替换8次。然后，选择接近先前条件的新条件，以便当反应体积替换3次时，达到新的稳态条件。一旦达到稳态条件，以反应器的1次停留时间作为时间间隔，取样品点，并在取得3个样品之后，求平均值并在这里加注。如果有离群值，那么取额外的样品并省略离群值。

mol/mol比(丁醇/FFOH)(丁醇包括用于稀释pTSA的丁醇)变化为1.5、1.8和2.2，温度固定为140℃，催化剂浓度1wt％pTSA一水合物。

实施例8A至8G

实施例8A、8B和8D显示减少停留时间减少乙酰丙酸丁酯的产率和二丁基醚的形成。

实施例8B和8C以及实施例8A和8E显示降低丁醇/糠醇的摩尔比更强烈地减少乙酰丙酸丁酯的产率和二丁基醚的形成。

Claims (19)

1.一种使糠醇转化成乙酰丙酸酯的方法，所述方法包括在125℃至180℃范围内的第一反应温度下使糠醇；醇或其混合物；和均相催化剂接触以形成反应混合物；以及在所述反应混合物中形成所述乙酰丙酸酯，

所述方法的特征在于

所述第一均相催化剂是磺酸催化剂。

2.如权利要求1所述的方法，其中第一反应温度介于125℃或130℃与170℃、125℃或130℃与160℃、125℃或130℃与150℃之间，进一步任选地为约140℃。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述磺酸催化剂选自由以下组成的组：烷基-芳族磺酸、芳族磺酸、卤代磺酸和脂族磺酸。

.如权利要求1或2所述的方法，其中所述磺酸催化剂选自由以下组成的组：烷基-芳族磺酸、芳族磺酸和脂族直链或环状磺酸。

.如权利要求1或2所述的方法，其中所述磺酸催化剂选自对甲苯磺酸、甲磺酸或7,7-二甲基-2-氧代二环[2.2.1]庚烷-1-基)甲磺酸(樟脑磺酸)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述磺酸催化剂占所述反应混合物的约0.1％至约5％(w/w)，任选地约0.5％至约3％(w/w)；进一步任选地约0.5％至约1.5％(w/w)，更任选地约1％(w/w)；和/或其中添加到所述反应混合物的所述醇与所述糠醇的摩尔比介于约1:1至5:1之间，任选地约1.1:1与3:1之间；进一步任选地介于约1.2:1与2.7:1之间；更进一步任选地为约2.2:1或约1.5:1；和/或其中所述糠醇以每小时所述反应混合物中每克所述催化剂至多200克糠醇，任选地至多100g/g/h，更任选地至多50g/g/h的馈送速率馈送到所述反应混合物中。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述醇是选自C1-24直链或支链醇的伯醇或仲醇；进一步任选地选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、正癸醇或2-乙基己-1-醇；烷氧基-烷醇，任选地为烷氧基乙醇，例如β-甲氧基乙醇或β-乙氧基乙醇；或它们中的两者或更多者的组合；

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述醇选自脂环族醇，所述脂环族醇任选地选自环己醇、环戊醇、四氢糠醇和5-甲基-2-(丙烷-2-基)环己-1-醇；或不饱和脂族醇，所述不饱和脂族醇任选地选自丙-2-烯-1-醇、3,7-二甲基辛-2,6-二烯-1-醇和丙-2-炔-1-醇；或作为伯醇的二醇，所述二醇任选地选自乙二醇、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇；或它们中的两者或更多者的组合；或

7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述醇是一种或多种伯醇或仲醇的混合物；和/或一种或多种脂环族醇的混合物；和/或一种或多种不饱和脂族醇的混合物；任选地选自杂醇和格尔伯特醇；以及一种或多种二醇的混合物。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，所述接触在分批馈送反应器中进行。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述反应混合物如下形成：

在所述分批馈送反应器中提供(i)第一混合物，所述第一混合物包含所述醇或其混合物，以及任选地所述均相磺酸催化剂；

将(ii)第二混合物连续地或间断地馈送到所述分批馈送反应器中的(i)所述第一混合物，所述第二混合物包含所述糠醇，以及额外量的所述醇或其混合物；以及

与所述第二混合物分开，将第三混合物连续地或间断地馈送到所述分批馈送反应器，如果所述第一混合物包含所述均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含(iii)额外量的所述均相磺酸催化剂；或者如果所述第一混合物不包含所述均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含所述均相磺酸催化剂。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述第二混合物与所述第一混合物已完成混合之后，所述第一温度维持长达约2小时，任选地约5分钟至60分钟；或可替代地，在所述第二混合物与所述第一混合物已完成混合之后，将所述第一温度升高到第二反应温度，并且任选地在所述第二反应温度下维持持续5分钟至120分钟。

11.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述方法是连续的并在连续搅拌槽式反应器中进行。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述连续搅拌槽式反应器如下来装填所述反应混合物：

在所述反应器中提供(i)第一混合物，所述第一混合物包含所述醇或其混合物，以及任选地所述均相磺酸催化剂；

将(ii)第二混合物连续地或间断地馈送到所述反应器中的(i)所述第一混合物，所述第二混合物包含所述糠醇，以及额外量的所述醇或其混合物；以及

与所述第二混合物分开，将第三混合物连续地或间断地馈送到所述反应器，如果所述第一混合物包含所述均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含(iii)额外量的所述均相磺酸催化剂；或者如果所述第一混合物不包含所述均相磺酸催化剂，则所述第三混合物包含所述均相磺酸催化剂。

13.如权利要求12所述的方法，其中在将所述第二混合物和所述第三混合物与所述第一混合物混合之前将所述第一混合物加热到所述第一反应温度。

14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中选择所述磺酸催化剂，使得所述磺酸催化剂占所述反应混合物的约0.1％至约5％(w/w)，任选地约0.5％至约3％(w/w)；进一步任选地约0.5％至约1.5％(w/w)，更任选地约1％(w/w)。

15.如权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述第二混合物以每小时所述反应混合物中每克所述催化剂至多200克糠醇，任选地至多100g/g/h，更任选地至多50g/g/h的馈送速率添加到所述反应混合物中。

16.如权利要求9至15中任一项所述的方法，其中所述第一混合物和所述第二混合物包含的所述醇与所述糠醇的摩尔比总计介于约1:1至5:1，任选地1.1:1与3:1之间；进一步任选地介于约1.2:1与2.7:1之间；更进一步任选地为约2.2:1或约1.5:1。

17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述反应混合物中所述醇或其混合物与所述糠醇的摩尔比为至少20:1，任选地为至少50:1，进一步任选地为至少100:1，更进一步任选地为至少200:1。

18.如权利要求12至17中任一项所述的依赖于权利要求11的方法，其中当所述连续搅拌槽式反应器已装填到所需体积时，从所述连续搅拌槽式反应器抽出一定体积的所述反应混合物；并通过将所述第二混合物连续地或间断地馈送到所述反应器，补充所述所需体积；并且分开地将所述第三混合物连续地或间断地馈送到所述反应器，其中所抽出的体积任选地馈送到与所述连续搅拌槽式反应器串联的第二反应器，任选地为塞流式反应器。

19.如权利要求18所述的方法，其中在上述第二反应器中在第二反应温度下进行所述方法，所述第二反应温度与所述连续搅拌槽式反应器中的所述第一反应温度相同或比所述第一反应温度高5℃至15℃；和/或所述第二反应器中的停留时间在5分钟至120分钟，任选地约10分钟至60分钟范围内。

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