CN117015533A - 制备3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备1‑(1,3‑苯并二氧杂环戊烯‑5‑基)‑1‑丙酮的方法，该方法包括在本体或负载型催化剂存在下使3,4‑二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤，所述催化剂选自由磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂，全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂组成的组，其中用DLS(动态光散射)或粒度计测量，所述催化剂的平均粒度为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm。该方法有利地在试剂之间的化学计量比下进行，并且是连续方法。

Description

制备3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的方法
技术领域
本发明涉及一种制备3,4-亚甲基二氧基苯丙酮(也称为1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮)(如下所示)的新型且具有创造性的方法。
这种方法是一种改进的、商业上可行的方法，在无溶剂条件下使用非均相催化剂进行。
背景技术
亚烷基二氧基苯衍生物由于其作为最终产品或所需最终产品的中间体的应用，在制药、杀虫剂、杀生物剂、增效剂和食品领域中具有很大的重要性。
例如，许多出版物已经描述了含有苯并[1,3]二氧杂环戊烯基团的具有杀虫活性的化合物。黄樟素和异黄樟素用于增效剂，特别是异黄樟素用于合成用于生产香水和香料的胡椒醛(苯并[1,3]二氧杂环戊烯-5-甲醛)。
在芳基酮中，也被称为1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的3,4-亚甲基二氧基苯丙酮是上述领域中的关键化合物和中间体。
在EP1140894B1中，描述了制备5-(α-羟烷基)苯并[1,3]二氧杂环戊烯的方法，该方法提供了制备酰基衍生物的步骤。具体地，所述方法包括第一步a)通过在合适的溶剂中由1,2-二羟基苯和二氯甲烷反应制备苯并[1,3]间二氧杂环戊烯，随后的步骤b)在作为酰化催化剂的高氯酸存在下使所获得的二苯并[1,3]间二氧杂环戊烯与丙酸酐反应。在说明书中，提出的酰化催化剂是ZnO、ZnCl2、FeCl2、FeCl3、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeO、Fe2O3、H3PO4和HClO4。
WO2020/174271中报道了与这种催化剂相关的缺点。在该国际申请中，强调了所有这些催化剂都是有毒的和腐蚀性的，并且通常在流出物中产生大量的盐酸，结果产生大量的污泥，因此使得该方法高度污染环境并且对环境有害。
因此，该文献提出使用烷基磺酸来容易地分离未反应的羧酸和未反应的底物，其可以重复使用。
在WO2020/174271的实施例14中，通过首先加入甲磺酸和丙酸酐，冷却后加入3,4-亚甲基二氧基苯来制备3,4-亚甲基二氧基苯丙酮。该反应在0℃至5℃下进行4小时，反应完成后，用水稀释反应物，用甲苯萃取获得的3,4-亚甲基二氧基苯丙酮和未反应的3,4-亚甲基二氧基苯。甲苯层的蒸馏允许回收未反应的3,4-亚甲基二氧基苯并获得气体纯度为98％的3,4-亚甲基二氧基苯丙酮。他们还在水相中回收了63g丙酸。
其中描述的方法教导了使用过量的均相催化剂，即需要回收的甲磺酸。事实上，该方法提供了在水/甲苯中的萃取，以便不仅回收期望的产物(在甲苯中)，而且回收催化剂。本发明人研究了该方法，并注意到WO2020/174271的现有技术方法能够获得更高的3,4-亚甲基二氧基苯转化率，并且基于使用过量的催化剂和非常严格的反应条件(在0-5℃进行4小时)而产生目标产物。此外，众所周知，甲磺酸对金属有腐蚀性，即使用于工业也难以操作。
还已知3,4-二亚甲基二氧基苯是一种芳香环醚，其特征在于由于桥位上的基团-CH2-相对于两个氧原子弯曲而使环部分失活(FT-IR Investigation of MethoxySubstituted Benzenes Adsorbed on Solid Acid Catalysts”.J.Phys.Chem.C 2012,116,21308-21317.dx.doi.org/10.1021/jp3023056.“Anomeric Effect in 1,3-Dioxole:ATheoretical Study”.J.Am.Chem.Soc.1996,118,9850-9854)。因此，WO2020/174271中报道的酰化反应的严格和剧烈条件通常是必要的。
此外，如WO 2018/150230中第[0016]段所述，使用常规方法酰化亚烷基二氧基苯化合物导致以低收率和低纯度合成最终产物，因为反应物和产物的-O-(CH2)m-O-环在酸性条件下非常容易断裂。
因此，本发明的目的首先是提供一种制备3,4-亚甲基二氧基苯丙酮(也称为1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮)的经济、有效和环境友好的方法，从而克服现有技术方法的缺点，其次是以良好的产率和纯度将其酰化。
发明内容
尽管已知非均相催化剂，特别是那些基于磺化树脂的非均相催化剂，在催化底物酰化方面的活性非常低，甚至对于杂环开环化合物也是如此，例如在“Perfluorinatednafion-modified SBA-15material for catalytic acylation of anisole”,AppliedCatalyst A:General F.Martinez,G.Morales,A.Martin,R van Grieken中所报道，其中报道了在酰化苯甲醚方面的许多困难，但本发明人发现，特定粒度的非均相催化剂不仅能够增加起始材料即3,4-亚甲基二氧基苯的转化率，还能够增加其选择性。
事实上，本发明人发现特定磺化非均相催化剂的颗粒/粒子的特定尺寸出人意料地增加了选择性，该选择性通常不仅随着非均相催化剂的颗粒/粒子的活性表面的增加而降低，而且由于促进了目标产物上的连续反应而随着芳香底物转化率的增加而降低。
因此，申请人惊奇地发现了一类具有特定粒度的创新的非均相催化剂，可以有效地用于3,4-二亚甲基二氧基苯的酰化。这些微粉化的催化剂不仅能够增加转化率，而且能够增加对底物3,4-二亚甲基二氧基苯(即闭环杂环)的酰化反应的选择性。
因此，本发明涉及制备1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的方法，该方法包括在本体(bulk)或负载型催化剂存在下与丙酸酐反应的步骤，所述催化剂选自由以下项组成的组：磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂，全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂，其中用DLS(动态光散射)或粒度计测量，所述催化剂的平均粒度为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm。
当在本发明中使用定义“粒度”时，是指最终催化剂的单个颗粒/粒子的平均直径。
在本发明方法的有利实施方案中，催化剂的平均粒度为40μm至100μm。
在优选的实施方案中，催化剂是负载在氧化物上的催化剂，优选负载在二氧化硅、氧化锆、二氧化钛或氧化铝上，更优选负载在二氧化硅上。
因此，本发明人惊奇地注意到，以磺酸官能团的存在为特征的本体或载体树脂的使用在3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐的酰化中显示出特殊的催化活性。此外，本发明人注意到，当催化剂为粉末形式，3,4-二亚甲基二氧基苯的酰化过程是极其有效的，所述粉末既用作本体催化剂又用作负载型催化剂。
有利的是，本发明方法的催化剂可以回收、再生和再循环用于再次开始反应。
本文使用的催化剂适用于间歇和连续流动装置，导致3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的选择性形成。
在有利的实施方案中，制备1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的方法是连续的方法。
从以上可以明显看出，本发明的方法不仅对环境友好，操作条件相对于现有技术的方法不太苛刻，而且对于1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的生产极其有效，并且有可能以连续方式进行。
附图说明
图1表示实施例7的结果。
图2表示实施例23的结果。
具体实施方式
因此，本发明涉及制备1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的方法，该方法包括在本体或负载型催化剂存在下使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤，所述催化剂选自选自由以下项组成的组：磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂，全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂，其中用DLS(动态光散射)或粒度计测量，所述催化剂的平均粒度为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm。
当在本发明中使用定义“粒度”时，是指最终催化剂的单个颗粒/粒子的平均直径。
在本发明方法的有利实施方案中，催化剂的平均粒度为40μm至100μm。
本发明包括在本体或负载型催化剂存在下的3,4-二亚甲基二氧基苯酰化反应的步骤，所述本体或负载型催化剂选自由以下项组成的组：磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂，全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂，其中用DLS(动态光散射)或粒度计测量，所述催化剂的平均粒度为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm。
所有这些催化剂被定义为非均相催化剂。
从实验部分可以清楚地看出，本发明人试图使用商购的非均相催化剂直接酰化3,4-二亚甲基二氧基苯，但是这种尝试导致非常差的结果，特别是在低温下。本发明人发现，当用DLS(动态光散射)或粒度计测量，催化剂的平均粒度为1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm时，MDB的酰化可能具有出人意料的结果。
催化剂可以是磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂，以本体形式使用或负载在二氧化硅上。优选地，磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂的特征在于，以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，酸负载量为2至6，更优选2.5至5.5，还更优选约5。
催化剂可以是全氟化磺酸树脂，其以本体形式使用或负载在二氧化硅上。优选地，全氟化磺酸树脂的特征在于，以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，酸负载量为0.2至2，更优选0.7至1.6，还更优选催化剂的酸负载量为约1.2。
在优选的实施方案中，上述催化剂是可商购的催化剂，其经过微粉化步骤以具有用DLS(动态光散射)或粒度计测量的1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm的粒度。
磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂可以是产品Amberlyst，一种可从Rohm andHaas公司获得的交换离子树脂。这些树脂可以是以下命名的产品：
-Amberlyst 15，酸负载量为4.7(以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示)(https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/216399)，
-Amberlyst 36，酸负载量为5.4(以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示)(SibaoLiu and others,‘Renewable Lubricants with Tailored Molecular Architecture’,Science Advances,5.2(2019)(https://doi.org/10.1126/sciadv.aav5487))，
-Amberlyst 39，酸负载量为5(以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示)(TomaszKomońand others,‘Esterification of Acrylic Acid with 2-Ethylhexan-1-Ol:Thermodynamic and Kinetic Study’,Applied Catalysis A:General,451(2013),127–36(https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.018))或
-Amberlyst 70，的酸负载量为2.55(以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示)(Tomasz Komońand others,‘Esterification of Acrylic Acid with 2-Ethylhexan-1-Ol:Thermodynamic and Kinetic Study’,Applied Catalysis A:General,451(2013),127–36(https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.11.018))。
全氟化磺酸树脂可以是产品Aquivion，一种具有以下结构的全氟化树脂。
末端-CF2CF2SO3H基团的存在使全氟化树脂呈强酸性。
树脂Aquivion可以是命名为Aquivion○RPW79S的商业产品，即一种由Solvay生产的粗的酸性全氟化树脂粉末，其基于的四氟乙烯和磺酰氟乙烯基醚(SFVE)CF2＝CF-O-(CF2)2-SO2F的短侧链(SSC)共聚物，并且酸负载量为1.27。
树脂Aquivion可以是命名为Aquivion○RP98-S的商业产品，即磺酰氟(-SO2F)形式的全氟化小丸，其当量(EW)为980g/eq。这种由Solvay生产的全氟化树脂基于独特的四氟乙烯(TFE)和磺酰氟乙烯基醚(SFVE)CF2＝CF-O-(CF2)2-SO2F的短侧链共聚物，并且以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，的酸负载量为1.02。
树脂Aquivion可以是命名为Aquivion○RPW87-S的商业产品，即粉末形式的全氟化树脂。这种由Solvay生产的全氟化树脂基于独特的四氟乙烯(TFE)和磺酰氟乙烯基醚(SFVE)CF2＝CF-O-(CF2)2-SO2F的短侧链共聚物，并且以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，酸负载量为1.15。
根据本发明，设想了使用市购或本实验部分中的其它树脂。
全氟化磺酸树脂可以是产品Nafion，一种具有以下结构的全氟化树脂。
Nafion独特的离子性质是在四氟乙烯(PTFE)主链上引入了以磺酸基封端的全氟乙烯基醚基团的结果。树脂Nafion可以是命名为NafionTM NR50的商业产品，它是一种呈丸状的全氟磺酸nafion树脂，具有高的热稳定性和耐化学性。这种全氟化树脂由DuPont生产，以每g材料的-SO3H基团mmol数表示，其酸负载量为0.8。
根据本发明，设想使用市购或本实验部分中的其他树脂Nafion。
因此，本发明的非均相催化剂的特征在于存在磺酸基团，并且也可以部分或完全与铁或锌或镓交换。
事实上，本文报道的催化材料(酸性树脂)可以通过酸性质子与选自铁(Fe)、锌(Zn)和镓(Ga)的金属离子交换来改性。文献例如Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 411(2016)257-263)中报道了用于在磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂或全氟磺酸树脂上交换氢离子的方法。
出人意料的是，由于金属离子Fe、Zn或Ga的存在，催化剂在酸位密度、强度和可及性方面的改性强烈影响MDB在转化率和对产物的选择性方面的反应性。
当在本发明中交换磺化树脂催化剂时，它是部分交换的。
根据本发明，部分交换是指5-80％百分比的氢原子与选自Fe、Zn和Ga的金属离子。优选地，交换百分比为10％至50％，更优选地，交换百分比为约30％。
与Fe部分交换的树脂的实例可以通过遵循上述文献并使用粉末形式的AquivionPW87-S来制备。
因此，对最终交换的磺化催化剂进行微粉化步骤，从而具有用DLS(动态光散射)或粒度计测量的1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm的粒度。所提及的材料可以在本发明的方法中用作催化剂，其被提供或负载在合适的无机氧化物上。
合适的无机氧化物可以是二氧化硅、氧化锆、二氧化钛和氧化铝，优选其是二氧化硅。特别地，负载型材料可以是可商购的产品或者如文献中所述制备，例如如意大利专利102018000006967中所述制备。
因此，该催化剂可以根据本领域已知的一般程序来负载。在实验部分中以实施例的方式报道了用于制备根据本发明的负载型催化剂的优选方法。
上述命名为Amberlyst、Aquivion和Nafion的树脂可以负载在合适的无机氧化物上。例如，Aquivion D79可以负载在氧化锆或二氧化硅上，而Aquivion PW98-S可以负载在氧化铝上。在二氧化硅上负载的Nafion也可经由Dupont或Merk商购获得。
在本发明中用作催化剂的树脂可以负载在无机氧化物上，无机氧化物优选二氧化硅、氧化铝、二氧化钛和氧化锆，相对于负载型催化剂的总重量，其重量百分比(％)为1-60％，更优选5-30％，还更优选10-15％。
在合成步骤中，将最终负载的磺化催化剂成型，以获得用DLS(动态光散射)或粒度计测量的1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm的粒度。
在优选的实施方案中，用于本发明的催化剂可以是：
-与铁、锌或镓部分交换并负载在无机氧化物上的磺化交联二乙烯基苯树脂，或
-与铁、锌或镓部分交换并负载在无机氧化物上的全氟化磺酸树脂。
在合成步骤中，将最终负载的交换磺化催化剂成型，以获得用DLS(动态光散射)或粒度计测量的1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm的粒度。
在本发明方法的一个实施方案中，在本体或负载型催化剂存在下使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤，在50-200℃、更优选60-150℃、还更优选约80℃的温度范围内进行。所述催化剂预先经过微粉化步骤或以根据本发明的精确粒度范围产生(用DLS(动态光散射)或粒度计测量的粒度范围为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm)，选自由全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂组成的组。在本发明的该实施方案中，反应时间为5-240分钟，更优选5-120分钟，还更优选约60分钟。
在本发明方法的另一个实施方案中，在本体或负载型催化剂存在下使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤，在50-150℃、更优选60-130℃、还更优选约80℃或120℃的温度范围内进行。所述催化剂预先经过微粉化步骤或以根据本发明的精确粒度范围产生(用DLS(动态光散射)或粒度计测量的粒度范围为1μm至300μm，优选1μm至180μm，更优选1μm至100μm)，选自由磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓的部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂组成的组中。在本发明的该实施方案中，反应时间为5-240分钟，更优选5-120分钟，还更优选约60分钟。
在优选实施方案中，该方法在间歇反应器中进行，更优选在无溶剂条件下进行，装载纯催化量的催化剂。
催化剂的量表示为每摩尔限制试剂(通常为3,4-二亚甲基二氧基苯)的H+摩尔数或活性位点摩尔数之间的比率。
在本体或负载型催化剂选自由全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂组成的组情况下，该比率优选为0.0001至1，更优选0.001至0.04，还更优选约0.007。
在本体或负载型催化剂选自由磺化交联二乙烯基苯树脂、与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂组成的组情况下，该比率为0.002至1，更优选0.01至0.08，还更优选约0.03。
有利地，使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤优选在3,4-二亚甲基二氧基苯和丙酸酐之间的摩尔比为2：1至1：2的情况下进行，更优选化学计量比为1：1的情况下进行。
化学计量比是更优选的，因此不需要两种试剂中的一种始终过量。
在有利的方面，本方法的催化剂可以回收、再生和再循环。
在优选的实施方案中，可以通过从反应介质中过滤并悬浮在硝酸的稀酸水溶液中来回收催化剂，优选浓度为2wt％至60wt％，更优选10wt％至40wt％，还更优选20wt％。
在另一个优选的实施方案中，可以通过从反应介质中过滤并悬浮在盐酸的稀酸水溶液中来回收催化剂，优选浓度为2wt％至30wt％，更优选20wt％。
催化剂的回收优选在室温至回流的温度下进行几分钟至4小时，更优选1小时。
因此，催化剂的回收是一种再生处理。再生处理后，可通过以下方法回收催化剂：过滤，用水洗涤直至母液达到中性pH，并在约120℃下干燥约1小时。如此获得的材料，即本发明的催化剂，可以再循环用于另一个反应。
此外，本文报道的催化材料适用于间歇和连续流动装置，导致3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的选择性形成。
因此，本发明人惊奇地注意到，使用具有特定尺寸范围的粒子/颗粒并以磺酸官能团的存在为特征的本体或负载型树脂在3,4-亚甲基二氧基苯与丙酸酐的酰化中显示出特殊的催化活性。此外，本发明人注意到，当催化剂为粉末形式时，即使对于非常少的反应性原料(如3,4-二亚甲基二氧基苯)，3,4-二亚甲基二氧基苯的酰化方法是也极其有效的，所述粉末既用作本体催化剂又用作负载型催化剂，其具有用DLS(动态光散射)或粒度计测量的1μm至300μm、优选1μm至180μm、更优选1μm至100μm的粒度范围。
有利地，本发明方法的催化剂可以回收、再生和再循环用于再次开始反应。
在有利的实施方案中，制备1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的方法是连续的方法。
从以上可以明显看出，本发明的方法相对于现有技术的方法不仅对环境友好、操作条件不太苛刻、无溶剂条件，而且对于1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的生产极其有效，并且有可能以连续方式进行。出人意料的是，本发明的方法不需要使两种试剂中的一种始终过量，并且显示出短的反应时间和相对低的反应温度。该方法的特征还在于催化剂易于回收、再生和再循环。
不受任何理论的束缚，本发明人认为非常重要的是涵盖将本发明的非均相催化剂负载在具有高孔容和/或高表面积的合适载体上的可能性。
本发明的特征和优点也将从以下非限制性实施例中变得更加清楚。
实验部分
以下缩写用于表示实验部分中的成分/产品/效果：
MBD＝3,4-亚甲基二氧基苯
AP＝丙酸酐
MDP1P＝3,4-亚甲基二氧基苯丙酮
X＝转化率
Y＝产量
S＝选择性
实施例1用商购的Aquivion PW87酰化MDB
将2.126克3,4-亚甲基二氧基苯(MBD)和2.2924克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.0988克商购的催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂具有用DLS(动态光散射)或粒度计测量的0.6mm至1.1mm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，并将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为40％，丙酸酐的转化率为64％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为26％，选择性为64％。
实施例2
根据本发明，用催化剂Aquivion PW87-S在80℃下反应1小时制备3,4-亚甲基二氧 基苯丙酮
将2.126克3,4-亚甲基二氧基苯(MBD)和2.2924克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.0988克催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，并将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为50％，丙酸酐的转化率为77％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为41％，选择性为82％。
因此，本发明人注意到，当催化剂处于特定的本发明颗粒/粒度时，不仅允许初始产物的更高转化率，而且允许更高的选择性，这是通过减小催化剂的粒度所不能预期的。
实施例3
粒度对Aquivion PW87催化活性的影响
如实施例2中所述，通过仅改变催化剂的粒度，研究了催化剂粒度对MDB酰化的催化活性的影响。结果报告在下表X中。
μm X MDB(％) X AP(％) S MDP1P(％) Y ACP(％) Y MDP1P(％) Y副产品
841-595 40 64 64 100 26 14
595-400 40 65 70 100 28 12
400-250 45 73 72 100 32 13
250-177 48 75 73 100 35 13
177-100 50 81 75 100 37 13
100-40 50 77 82 100 41 9
40-1 51 78 82 100 42 9
催化剂粒度在反应中起着重要作用。粒度的减小导致MDB转化率的提高，这主要取决于催化剂活性表面(其随着粒度变小而增加)。出人意料的是，当催化剂粒度减小时，对MDP1P的反应选择性也大大提高。
实施例4
催化剂Aquivion PW87-S存在时温度效应的评估
如实施例2中所述，通过仅改变反应温度，即60℃、80℃、100℃和120℃，进行其他四个反应。结果报告在表1中。
表1
如实施例2，反应条件如下：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应时间为1h。
注意到反应温度的增加导致两种试剂的转化率增加(如从动力学的促进中所预期的)，然而MDP1P产率的增加不是线性的，因此观察到选择性的轻微下降，有利于副产物(多烷基化副产物和其它副产物)的形成。
无论如何，所有的温度都有效地平衡了高产率和获得的选择性。
实施例5
放大试验至40mL
将20.21克MDB和21.74克丙酸酐装入250mL三颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。将试剂混合物在80℃的油浴中加热，然后将0.9363克催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入装有两个冷凝器和温度计的烧瓶中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。将反应在磁力搅拌(720rpm)下进行1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在500mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为53％，丙酸酐的转化率为82％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为43％，选择性为81％。
显示出x10因子的增加(与实施例1相比)，既不影响转化率也不影响产率。
实施例6
放大至400mL
将202.16克MDB和217.22克丙酸酐装入装有机械搅拌器、回流冷凝器和温度计的1L夹套反应器中。将试剂混合物加热至80℃，然后将9.3586克催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入其中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。将反应在机械搅拌(250rpm)下进行1小时。反应后，取2mL反应混合物样品，通过过滤分离催化剂。将50μL混合物在10mLHPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为46％，丙酸酐的转化率为71％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为38％，选择性为82％。
实施例7
如实施例6中所述的反应中的PW87-S反应时间效应的评估。
如实施例5所述重复反应，目的是研究反应时间对更大规模反应器的影响。为此，如实施例5所述，在不同时间对反应混合物取样。结果记录在下表2中，并显示在图1中。
表2
通过在不同时间对反应混合物取样，可以证实在反应过程中对所需产物的选择性没有变化。转化率同所需产物的产率一样随着反应时间的延长而增加。产率和反应时间之间的最佳折衷是1h，但是在30分钟后停止反应也可能获得大约相同的结果。在后一种情况下，MDB的转化率和产物的产率低几个点％，但是可以使每天的催化循环次数加倍，从而提高总产率。将反应时间增加至2h，可以在不降低选择性的情况下提高转化率和产率，从而减少必须再循环的反应物的量。
实施例8
当Aquivion PW79是催化剂时优选条件的评估
将2.1305克MDB和2.2879克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.0900克催化剂(Aquivion PW79，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为64％，丙酸酐的转化率为92％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为47％，选择性为73％。
实施例9
用商购的催化剂Aquivion PW98酰化MDB
将2.1307克MDB和2.2879克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.1117克商购催化剂(Aquivion PW98，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂具有用粒度计测量的1.4mm至2.4mm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入100℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为11％，丙酸酐的转化率为18％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为7％，选择性为55％。
实施例10
用根据本发明的催化剂Aquivion PW98酰化MDB
将2.1307克MDB和2.2879克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.1117克催化剂(Aquivion PW98，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入100℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为40％，丙酸酐的转化率为64％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为29％，选择性为72％。
实施例11
用负载在二氧化硅上的催化剂Aquivion D79的本发明方法
将2.1282克MDB和2.2860克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.2999克催化剂(30％负载在二氧化硅上的Aquivion D79，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂的特征在于用DLS(动态光散射)或粒度计测量的粒度为40μm至100μm，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为65％，丙酸酐的转化率为95％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为47％，选择性为72％。
实施例12
本发明方法中催化剂的实验室规模再生的一般程序
首先，通过在装有助滤剂的布氏漏斗上过滤，将催化剂从反应溶液中分离出来。考虑0.1g废催化剂，用HPLC丙酮(25mL)洗涤，以除去反应后残留的所有弱吸附的反应物和产物，并在研钵中精细粉碎。之后，将催化剂放入配有两个冷凝器的烧瓶中。然后用5mL20wt％的HNO3(或HCl)溶液在回流下再生催化剂1小时。然后将所得悬浮液冷却，并通过在装有助滤剂的布氏漏斗上过滤从溶液中分离出来。用水洗涤催化剂直至pH值为中性，然后再次用HPLC丙酮洗涤。在催化试验之前，将催化剂在120℃的烘箱中干燥1小时。
实施例13
催化剂PW87-S的循环试验，用硝酸再生
如实施例12，用50mL 20％w/w的HNO3溶液在100℃下再生实施例5的催化剂1小时。
将13.61克MDB和14.57克丙酸酐装入250mL三颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。将试剂混合物在80℃的油浴中加热，然后将0.6299克再生催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入装有两个冷凝器和温度计的烧瓶中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。将反应在磁力搅拌(720rpm)下进行1小时。反应后，取2mL反应混合物样品，通过过滤与催化剂分离。将50μL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。
进行五次如实施例12中所述的催化剂回收和再生，以便在少量催化运行中测试材料的可循环性。结果报告在下表3中。
表3
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应温度为80℃；反应时间为1h。
通过使用硝酸将催化剂回收和循环使用几次，在工艺效率方面具有明显的优势。
实施例14
催化剂Aquivion PW87-S的循环试验，用盐酸再生
将2.1284克MDB和2.2935克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.0990克催化剂(Aquivion PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。之后，如实施例12中那样用5mL 20％w/w的HCl溶液在100℃再生催化剂1h，如先前报道的那样回收、洗涤和干燥，并在相同的条件下测试酰化反应。结果报告在下表4中。
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应温度为120℃；反应时间为1h。
通过使用盐酸回收和循环使用催化剂，在工艺效率方面具有明显的优势。
实施例15
试剂之间的摩尔比对根据本发明微粉化的催化剂Aquivion PW87-S的影响
如实施例2中所述，通过仅改变试剂之间的摩尔比(mol MDB/mol AP在1：1、1.4：1、2：1和1：2的范围内)，进行其他四个反应。结果报告在下表5中。
表5
反应条件：活性酸位点和限制试剂之间的摩尔比等于0.007；温度为80℃；反应时间为1h。
AP过量的增加导致3,4-二亚甲基二氧基苯的转化率更高，但对选择性有不利影响，另一方面，使用稍微过量的MDB进行导致AP向目标产物更多的选择性转化。在任何情况下，MDB转化率和对MDP1P产物的选择性之间的最佳折衷是试剂的化学计量量。
实施例16
Aquivion PW87-S催化剂负载量受活性酸位点和限制试剂之间摩尔比的影响。
如实施例2中所述，通过仅改变活性酸位点和限制试剂之间的摩尔比，即0.003、0.007和0.014，进行其它三个反应。该催化剂经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。结果如下表6所示。
表6
反应条件：MDB：AP＝1：1；温度为80℃；反应时间为1小时。
催化剂负载量的增加有利于我们试剂的转化，而产物选择性仅略有下降。
实施例17
负载在二氧化硅上的锌交换Aquivion D79。
如实施例9中所述，通过将负载型Aquivion D79与Zn交换(特别是100％与Zn2+交换)进行反应，该Aquivion D79的特征在于用DLS(动态光散射)或粒度计测量的粒度为40μm至100μm。
结果如下表7所示。
表7
条件：MDB：AP＝1：1；温度为120℃；反应时间为1h。
很明显，与100％的锌交换对反应有不利的影响。
因此，本发明人发现，如下面的实施例18所示，只有用部分交换的催化剂才有可能酰化MDB。根据本发明的催化剂的部分交换是5-80％的氢原子与选自Fe、Zn和Ga的金属离子交换，优选交换百分比为10-50％，更优选为约30％。
实施例18
Fe交换Aquivion PW87-S
如实施例2中所述，在80℃或120℃下通过将Aquivion PW87-S与Fe交换进行其他反应：50％与Fe3+交换以及100％与Fe3+交换。最终催化剂的特征在于用DLS(动态光散射)或粒度计测量的粒度为40μm至100μm。在第一个反应循环后，回收催化剂，用2-丙酮洗涤并再循环。
结果报告在下表8中。
表8
条件：MDB：AP＝1：1；反应时间为1h。
当Aquivion与Fe或Zn等离子部分交换时，MDB的转化率大大降低，但选择性增加。
实施例19
催化剂形状的影响
如实施例9中所述，在120℃下进行其它反应，仅改变催化剂形式：粉末(AquivionPW98)和丸状(8-14目，Aquivion P98)，仅将前者经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。结果报告在下表9中。
表9
反应条件：活性酸位点和限制试剂之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；温度为120℃；反应时间为1h。
出人意料地，我们注意到，相对于以8-14目的丸状使用的相同催化剂，具有根据本发明的粒度的催化剂在产率、转化率和选择性方面显示出更好的结果。
实施例20
Aquivion PW79的循环试验，用硝酸再生
将2.1303克MDB和2.2947克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.0903克催化剂(Aquivion PW79，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。
在第一次运行后，如实施例12中那样用5mL 20％w/w的HNO3溶液在100℃下再生催化剂1h，回收，洗涤，干燥，最后在与上述报道的相同的条件下测试。结果报告在下表10中。
表10
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应温度为120℃；反应时间为1h。
通过使用硝酸将催化剂回收和循环使用几次，在工艺效率方面具有明显的优势。
实施例21
Aquivion PW79的循环试验，用盐酸再生
将2.1288克MDB和2.2972克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.0902克催化剂(Aquivion PW79，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。
第一次运行后，如实施例12中那样用5mL 20％w/w的HCl溶液在100℃下再生催化剂1h，回收，洗涤，干燥，最后在与上述报道的相同条件下测试。结果报告在下表11中。
表11
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应温度为120℃；反应时间为1h。
使用硝酸回收和循环使用催化剂，在工艺效率方面具有明显的优势。
实施例22
用商购的具有200-300μm粒度的Amberlyst 39催化剂酰化MDB
将2.1284克MDB和2.2822克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.1003克商购催化剂(Amberlyst 39，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.029)放入液体混合物中，该催化剂具有用DLS(动态光散射)或粒度计测量的200μm至300μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mLHPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为42％，丙酸酐的转化率为65％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为29％，选择性为69％。
实施例23
用微粉化的Amberlyst 30催化剂酰化MDB和循环试验，用硝酸再生
将2.1284克MDB和2.2822克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.1003克催化剂(Amberlyst 39，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.029)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。在第一次运行后，如实施例12中那样用5mL 20％w/w的HNO3溶液在100℃下再生催化剂1h，回收，洗涤，干燥，最后在与上述报道的相同条件下测试。结果报告在下表12中，并显示在图2中。
表12
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.029；MDB：AP＝1：1；反应温度为120℃；反应时间为1h。
通过使用盐酸将催化剂回收和循环使用多次，在工艺效率方面具有明显的优势。
使用优选粒度范围的催化剂可以获得更高的转化率和更好的选择性。
实施例24
用商购的粒度为400-600μm的Nafion NR50催化剂酰化MDB
将2.1274克MDB和2.2815克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将商购的0.1419克催化剂(Nafion NR50，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂具有用粒度计测量的400μm至600μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为20％，丙酸酐的转化率为29％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为11％，选择性为56％
实施例25
用具有根据本发明的粒度的Nafion NR50催化剂酰化MDB
作为一般程序，将2.1274克MDB和2.2815克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.1419克催化剂(Nafion NR50，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用粒度计测量的150μm至300μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入120℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。在第一次运行后，如实施例12中那样用5mL 20％w/w的HNO3溶液在100℃下再生催化剂1h，回收，洗涤，干燥，最后在与上述报道的相同条件下测试。结果报告在下表13中。
表13
反应条件：活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1；反应温度为120℃；反应时间为1h。
本发明人注意到，相对于在本发明范围内没有被微粉化的相同催化剂，根据本发明的催化剂允许更好的转化率、产率和选择性。
实施例26
连续流动条件下的催化试验
在实验室规模的固定床反应器中进行催化试验，在大气压下连续流动操作。首先，将0.1799克(0.4mL)催化剂(Aquivion PW79)与金刚砂混合(总体积为0.6mL)放入由不锈钢管1/4”(在反应器的起始端和末端有石英棉)制成的反应器中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度。用加热带包裹反应器，最后用绝缘陶瓷织物绷带覆盖。当系统达到150℃的温度时，将试剂混合物(由26.007克MDB和28.631克丙酸酐组成)(1/1mol/mol)通过高精度HPLC泵以0.05mL/分钟的速度进料。反应时间从第一滴混合物离开系统出口管线时开始计算。每10分钟取样一次。从每次取样中，将50μL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温过程包括在35℃下6分钟，然后以10.00℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。对应于相关时间点的结果报告在下表14中。
表14
时间(分) X MDB(％) Y MDP1P(％)
40 50 25
80 60 27
120 30 20
160 36 20
200 26 17
290 28 18
320 29 22
反应条件：MDB：AP＝1：1；反应温度为150℃；流速为0.05mL/min。
在流动中进行的这种催化试验的主要目的是涵盖固体酸树脂应用的这种技术方案。试验证明，本发明的方法可以有利地以连续方式进行。
实施例27
用H2O2再生PW87催化剂
将2.1417克MDB和2.2994克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.1004克催化剂(AQUIVION PW87-S，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂预先经过微粉化处理至用DLS(动态光散射)或粒度计测量的40μm至100μm的粒度，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。此后，如实施例9所述，在100℃下用5mL 30％w/wH2O2溶液代替无机酸再生催化剂20分钟，如先前报道的那样回收、洗涤和干燥，并在相同条件下测试酰化反应。结果报告在下表15中。
表15.反应条件：活性位点和MDB之间的摩尔比等于0.007；MDB：AP＝1：1，反应温度为80℃；反应时间为1h。
催化活性得到恢复，在工艺效率方面具有明显的优势。
实施例28
用Aquivion(D72或D79或D82或D98)制备负载型催化剂的一般程序
将重量比分别为68：11：1的Si(MeO)4、蒸馏水和0.04M HCl的混合物搅拌45分钟，得到澄清溶液。将Aquivion分散体(D72或D79或D82或D98)(其可含有例如25％w/w树脂的水溶液、或水和醇的混合物溶液)在水中、或水和醇中稀释。在搅拌下，向含树脂的溶液中加入0.4M NaOH水溶液。将如上所述制备的含硅溶液快速加入到搅拌的树脂/NaOH溶液中，在混合后几秒钟后形成固体凝胶。将固体在95℃的烘箱中干燥过夜。粉碎后，通过搅拌用适量的3.5M HCl水溶液将所得粉末再次酸化，然后用去离子水洗涤。重复4次该过程。然后在75℃下用25％w/w HNO3处理催化剂过夜，用去离子水洗涤并在100℃下干燥12小时。
实施例29
二氧化硅负载13wt％Aquivion的催化剂的合成。
将12.6706g Si(MeO)4、2.0497g蒸馏水和0.1863g 0.04M HCl的混合物搅拌45分钟，得到澄清溶液。制备2.9712g Aquivion D72(或D79或D82或D98)树脂溶液(其包含25％w/w的树脂)、8g蒸馏水和9.96g 1-丙醇的混合物。在搅拌下，向含树脂的溶液中加入10.3mL0.4M NaOH水溶液。将如上所述制备的含硅溶液快速加入到搅拌的树脂/NaOH溶液中，在混合后几秒钟后形成固体凝胶。将固体在95℃的烘箱中干燥过夜。研磨后，通过搅拌，用50mL3.5M HCl水溶液将所得粒度为40μm至100μm的粉末再次酸化，然后用去离子水洗涤。重复4次该过程。然后，在75℃下，用25％w/w HNO3处理催化剂过夜，用去离子水洗涤并在100℃下干燥12小时。
实施例30
二氧化硅负载13wt％Nafion催化剂的合成。
将7.6003g Si(MeO)4、1.2306g蒸馏水和0.1112g 0.04M HCl的混合物搅拌45分钟，得到澄清溶液。制备2.2284g Nafion树脂溶液(其包含20％w/w的树脂)、3.34g蒸馏水和4.16g 1-丙醇的混合物。在搅拌下，向含树脂的溶液中加入5.52mL0.4 M NaOH水溶液。将如上所述制备的含硅溶液快速加入到搅拌的树脂/NaOH溶液中，在混合后几秒钟后形成固体凝胶。将固体在95℃的烘箱中干燥过夜。研磨后，通过搅拌，用50mL 3.5M HCl水溶液将所得粒度为40μm至100μm的粉末再次酸化，然后用去离子水洗涤。重复4次该过程。然后，在75℃下，用25％w/w HNO3处理催化剂过夜，用去离子水洗涤并在100℃下干燥12小时。
实施例31
用二氧化硅负载的Aquivion D72催化剂进行本发明的方法。
将2.1458克MDB和2.3081克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.6726克粒度为40μm至100μm的催化剂(13％w/w负载在二氧化硅上的AquivionD72，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为59％，丙酸酐的转化率为90％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为50％，选择性为85％，副产物的产率为9％。
实施例32
用二氧化硅负载的Aquivion D79催化剂进行本发明的酰化。
将2.1354克MDB和2.2956克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.7448克粒度为40μm至100μm的催化剂(13％w/w负载在二氧化硅上的AquivionD79，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为50％，丙酸酐的转化率为85％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为43％，选择性为86％，副产物的产率为7％。
实施例33
用二氧化硅负载的Aquivion D83催化剂进行本发明的酰化。
将2.1402克MDB和2.3039克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.7754克粒度为40μm至100μm的催化剂(13％w/w负载在二氧化硅上的AquivionD83，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为51％，丙酸酐的转化率为86％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为42％，选择性为83％，副产物的产率为7％。
实施例34
用二氧化硅负载的Aquivion D98催化剂进行本发明方法。
作为一般程序，将1.0673克MDB和1.1502克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.4589克粒度为40μm至100μm的催化剂(13％w/w负载在二氧化硅上的Aquivion D98，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为49％，丙酸酐的转化率为86％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为42％，选择性为85％，副产物。
实施例35
用二氧化硅负载的Aquivion D72催化剂(5％w/w)进行本发明方法。
作为一般程序，将2.146克MDB和2.3044克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将1.762克如实施例29中所述获得的改变了树脂负载量的催化剂(5％w/w负载在二氧化硅上的Aquivion D72，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂的粒度为40μm至100μm，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mLHPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为39％，丙酸酐的转化率为96％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为33％，选择性为86％，副产物的产率为3％。
实施例36
用二氧化硅负载的Aquivion D72催化剂(30％w/w)进行本发明方法。
作为一般程序，将2.152克MDB和2.3269克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。之后，将0.2941克如实施例29中所述获得的改变了树脂负载量的催化剂(30％w/w负载在二氧化硅上的Aquivion D72，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂粒度为40μm至100μm，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为47％，丙酸酐的转化率为78％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为42％，选择性为88％，副产物的产率为8％。
实施例37
用二氧化硅负载的Nafion催化剂(13％w/w)进行本发明方法。
作为一般程序，将1.4281克MDB和1.5415克丙酸酐装入25mL双颈圆底烧瓶中，搅拌得到均匀溶液。此后，将0.630克如实施例29中所述获得的催化剂(13％w/w负载在二氧化硅上的Nafion，对应于活性酸位点和MDB之间的摩尔比等于0.007)放入液体混合物中，该催化剂粒度为40μm至100μm，并且该烧瓶配备有两个冷凝器。然后将反应混合物放入80℃的预热油浴中，在磁力搅拌(500rpm)下反应1小时。反应后，将混合物在冰浴中快速冷却，将反应混合物在50mL HPLC级丙酮中回收。将0.8mL混合物在10mL HPLC级丙酮中稀释，20μL辛烷用作气相色谱定量的内标。在反应结束时，用配有HP-5(Agilent)毛细管柱(所用的升温包括在35℃下6分钟，然后以10℃/分钟的速度加热至280℃)和火焰离子化检测器(FID)的GC对产物进行分析。结果如下：MDB的转化率为49％，丙酸酐的转化率为85％，3,4-亚甲基二氧基苯丙酮的产率为41％，选择性为85％，副产物的产率为6％。

Claims (22)

1.一种制备1-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-1-丙酮的方法，包括在本体或负载型催化剂存在下使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤，所述催化剂选自由磺化交联二乙烯基苯树脂，与铁、锌或镓部分交换的磺化交联二乙烯基苯树脂，全氟化磺酸树脂和与铁、锌或镓部分交换的全氟化磺酸树脂组成的组，其中用DLS(动态光散射)或粒度计测量，所述催化剂的平均粒度为1μm至300μm，优选平均粒度为1μm至180μm，更优选平均粒度为1μm至100μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述本体或负载型催化剂是磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂，其以本体形式使用或负载在二氧化硅上，所述磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂的特征在于，以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，酸负载量为2-6，优选酸负载量为2.5-5.5，更优选酸负载量为约5。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述本体或负载型催化剂是全氟化磺酸树脂，其以本体形式使用或负载在二氧化硅上，所述全氟化磺酸树脂的特征在于，以每g材料的-SO3H基团的mmol数表示，酸负载量为0.2-2，优选酸负载量为0.7-1.6，更优选酸负载量为约1.2。
4.根据权利要求2所述的方法，其中磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂是产品Amberlyst。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述全氟磺酸树脂是产品Aquivion或产品Nafion。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述本体或负载型催化剂是与铁或锌或镓部分交换的磺化交联聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂或全氟化磺酸树脂，其中所述部分交换是5-80％百分比的氢原子与选自Fe、Zn和Ga的金属离子交换，优选交换百分比为10-50％，更优选交换百分比约30％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述催化剂负载在合适的无机氧化物上，所述无机氧化物优选选自氧化锆、氧化铝、二氧化钛和二氧化硅，更优选二氧化硅。
8.根据权利要求7所述的方法，其中相对于负载型催化剂的总重量，催化剂以1-60％、更优选5-30％，还更优选10-15％的重量百分比负载在无机氧化物上。
9.根据权利要求1、3、5-8中任一项所述的方法，其中使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤在50-200℃、优选60-150℃、更优选约80℃的温度范围内进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中反应时间为5-240min，优选反应时间为5-120min，更优选反应时间为约60min。
11.根据权利要求1、2、4、6-8中任一项所述的方法，其中使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤在50-150℃、优选60-130℃、更优选约80℃或约120℃的温度范围内进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中反应时间为5-240min，优选反应时间为5-120min，更优选反应时间为约60min。
13.根据权利要求1、3、5-10中任一项所述的方法，其中以每摩尔限制试剂的H+摩尔数或活性位点摩尔数之间的比率表示，催化剂的量为0.0001至1，优选0.001至0.04，更优选约0.007。
14.根据权利要求1、2、4、6-8、11-12中任一项所述的方法，其中以每摩尔限制试剂的H+摩尔数或活性位点摩尔数之间的比率表示，催化剂的量为0.002至1，更优选催化剂的量为0.01至0.08，还更优选催化剂的量为约0.03。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中使3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐反应的步骤以3,4-二亚甲基二氧基苯与丙酸酐之间的摩尔比在2：1至1：2的范围内进行，优选以1：1的化学计量比进行。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述催化剂被回收、再生和再循环。
17.根据权利要求16所述的方法，其中通过从反应介质中过滤并悬浮在硝酸的稀酸水溶液中来回收催化剂，所述硝酸的稀酸水溶液的浓度优选为2wt％至60wt％，更优选浓度为10wt％至40wt％，还更优选浓度为20wt％。
18.根据权利要求16所述的方法，其中通过从反应介质中过滤并悬浮在盐酸的稀酸水溶液中来回收催化剂，所述盐酸的稀酸水溶液的浓度优选为2wt％至30wt％，更优选浓度为20wt％。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中所述催化剂的回收在室温至回流的温度范围内进行几分钟至4小时，优选进行1小时。
20.根据权利要求16所述的方法，其中使用H2O2进行催化剂的回收、再生和再循环。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中所述催化剂的平均粒度为40μm至100μm。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中所述方法是连续方法。
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