CN1264789C - 烯丙基醇的异构化 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在催化剂存在下将反应物烯丙基醇异构化为产物烯丙基醇的方法,其中在含有催化剂的合适的反应器中以半连续或连续的方式使反应物烯丙基醇重排为产物烯丙基醇。特别地将根据本发明的方法用于从香叶醇和/或橙花醇制备里哪醇。
Description
本发明涉及一种在催化剂的存在下将反应物烯丙基醇异构化为产物烯丙基醇的方法,其中在含有催化剂的合适的反应器中以半连续或连续的方式将反应物烯丙基醇重排为产物烯丙基醇。特别地将根据本发明的方法用于由香叶醇和/或橙花醇制备里哪醇。
烯丙基醇是工业有机产品合成中的重要中间体。叔烯丙基醇特别地用于例如作为制备香料的中间体或者作为肥皂和洗涤剂中的添加剂。
烯丙基醇在酸催化下进行异构化。该异构化对应于羟基的1,3-迁移和双键的内部迁移,如下述关于通式I和II的方程所示:
其中R1至R5各自为氢或者单-或多不饱和或饱和C1-C12-烃基,其可任选地被取代。
香叶醇(2-反式-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-8-醇)、橙花醇(2-顺式-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-8-醇)和2-里哪醇(3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇)是香料工业中的重要化合物。他们可直接用作香料或者通过与其他化合物反应而转化成较高分子量的香料。这些萜烯醇类作为合成维生素例如维生素E和维生素A中的C10结构单元同样具有重要意义。
起初采用酸作为催化剂来实现烯丙基醇与酸的异构化反应。然而,这些方法的重要性只是有限的,因为这些方法受到副反应例如脱水作用或环化作用的控制。
就反应物烯丙基醇重排为产物烯丙基醇来说,特别是就香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物重排为里哪醇来说,现有技术介绍的是间歇方法。
DE 25 16 698描述了香叶醇和/或橙花醇重排为里哪醇的间歇方法,其中首先加入反应物,添加催化剂,然后建立该平衡并随后将形成的里哪醇从反应混合物中蒸馏出来。
所述方法的缺点在于必须非常频繁地中断重排作用,以除去底部出现的高沸点物并计量加入新鲜的催化剂。
所述复杂的间隙不连续的反应控制会导致反应时间长,并且对于工业规模而言,导致产率不能令人满意。
此外,现有技术中描述的所有方法都是从已经通过提纯除去了副产物的被分离的反应物烯丙基醇开始的。
当里哪醇的制备例如直接从由柠檬醛氢化获得的橙花醇和/或香叶醇开始时,还必须在反应控制中考虑柠檬醛氢化中得到的副产物。所述副产物的种类会对转变为里哪醇的重排产生影响。
例如在EP 71787中介绍了间歇式的柠檬醛氢化。
本发明的目在于开发一种将反应物烯丙基醇异构化为产物烯丙基醇的方法,特别是用于将香叶醇/橙花醇异构化为里哪醇的方法,其首先不具有间歇方法的缺点,其次即便从未经提纯除去副产物的反应物开始也会导致一种具有优良时空产率的经济可行的方法。
我们已经发现该目的可以通过一种将通式(I)的反应物烯丙基醇异构化为通式(II)的产物烯丙基醇的方法来实现,
其中R1至R5各自为氢或单-或多不饱和或饱和C1-C12-烃基,其可任选地被取代,该方法通过向含有催化剂的合适的反应器中同时计量加入至少一个反应物烯丙基醇或其混合物而使至少一种反应物烯丙基醇或其混合物以连续或半连续的方式重排得到相应的产物烯丙基醇。
优选的是同时蒸馏出形成的产物烯丙基醇。
借助本发明的方法可以有利地使其异构化的通式(I)或(II)的烯丙基醇包括:2-甲基-3-丁烯-2-醇、异戊烯醇(3-甲基-2-丁烯-1-醇)、里哪醇、橙花醇和香叶醇,以及法呢醇(3,7,11-三甲基十二碳-2,6,10-三烯-1-醇)和橙花叔醇(3,7,11-三甲基十二碳-1,6,10-三烯-3-醇),特别是里哪醇、橙花醇和香叶醇。
当所用的反应物烯丙基醇是香叶醇和/或橙花醇并且制备的产物烯丙基醇是2-里哪醇时,本发明的方法特别有利。
所述的反应物烯丙基醇可以直接从没有经预先提纯和除去任何存在的副产物的前体开始使用,或者从经过分离和纯化的前体开始使用。例如,柠檬醛的氢化得到的香叶醇/橙花醇混合物具有特殊副产物类型,这会对转变为里哪醇的重排产生影响。
香叶醇/橙花醇中的下列副产物会对这种重排的实施方案产生重要作用:
由过度氢化形成的香茅醇依氢化转化率可以以1~10%的含量存在于香叶醇/橙花醇中。
下文被称为异橙花醇1和异橙花醇2的反式-和顺式-3,7-二甲基-3,5-辛二烯醇在氢化流出物中存在的量为0.1~5%。
异橙花醇1 异橙花醇2 香茅醇
如果有的话,也只能以可接受的复杂性和费用非常困难地从香叶醇和橙花醇中除去这三种化合物。因此当希望将来自柠檬醛氢化的香叶醇和/或橙花醇重排为里哪醇时,不得不将它们引入重排反应中。
合适的催化剂是那些例如在DE 10046865.9或WO 00/142177中公开的催化剂,或者通式(III)的二氧代钨(VI)配合物。
其中
L1,L2各自独立地为选自氨基醇、氨基酚或其混合物的配体,m,n各自为1或2。
就所述异构化的实现方式而言,存在三种方法方案。该异构化可以在反应器中或在一组至少3个反应器中或者在中间区域装配有反应器区的反应塔中进行,以达到所需的停留时间。
所述重排实施方案的重要事实是该重排是平衡反应,并且对于香叶醇和/或橙花醇的异构化来说,希望的产物一里哪醇的沸点比香叶醇和橙花醇低,因此可以通过蒸馏将其从该平衡中除去。这样导致在该平衡反应中不断地生成新的里哪醇。
下文采用香叶醇和/或橙花醇异构化为里哪醇的实例一般地介绍了该方法方案。
当以半连续方式实施该方法时,最初是将香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物供入附有蒸馏塔的反应器中。然后计量加入催化剂并开始蒸馏除去形成的里哪醇。同时,进一步计量加入香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物以保持反应器中的量恒定。在此方法期间,还可以连续地或者不连续地添加另外的催化剂,以抵消催化剂的部分失活。
当所用的起始香叶醇和/或橙花醇混合物是直接由柠檬醛的氢化获得的香叶醇或橙花醇时,在半间歇反应的过程中沸点比里哪醇高的副产物在反应器中积累达到不断增加的程度。这毫无疑问地会导致对于所希望的香叶醇或橙花醇重排为里哪醇的反应可获得的反应器体积不断减小,这会导致随着时间的推移里哪醇的生成速率下降。
当里哪醇的生成速率由于反应器中积累的副产物而降低的程度太大时,停止计量供入香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物并进一步蒸除里哪醇,直至实际上反应器中仍旧存在的所有香叶醇和橙花醇已经被转化为里哪醇。此时,除非常少量的里哪醇外,该反应器包含香叶醇和橙花醇、提到的副产物、催化剂以及该反应期间形成的高沸点物。这时将香茅醇、异橙花醇1和异橙花醇2副产物从高沸点物和催化剂中蒸除。
可对残留物进行处理,或者如果其中存在的催化剂仍旧足够活泼,那么还可以将残留物再次用于下批物料中。也可以例如通过结晶将催化剂从残留物中除去,并再次使用这样获得的催化剂。
可以这样除去香茅醇、异橙花醇1和异橙花醇2副产物,随后在没有损失重要产物的情况下将其分离并任选地进一步使用它们。
如果反应中使用的香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物仅仅包含少量的(如果有的话)提到的香茅醇、异橙花醇1和异橙花醇2副产物以及其他的只能困难地从香叶醇或橙花醇中除去的副产物,那么计量加入原料和蒸除里哪醇的时间可以显著地延长,因为单位时间积累在残留物中的副产物较少。如果由于失活作用导致催化剂活性降低的程度太大,那么建议计量加入另外的催化剂。
也可以取消在半间歇反应结束时除去副产物。
本方法还非常适合包含其他难以从香叶醇或橙花醇中除去的副产物的香叶醇或橙花醇或香叶醇/橙花醇混合物的重排。
在完全连续的方法方案中,同时将催化剂和香叶醇或橙花醇或香叶醇和橙花醇的混合物连续地计量加入连续式反应器中,并连续地蒸除生成的里哪醇。此外,通过以下方法排出高沸点物:通过同样连续地取出部分量的反应器内容物,并且通过蒸馏(例如通过简单蒸发或使用塔)从反应期间形成的高沸点物中除去仍旧存在的香叶醇、橙花醇和重要的里哪醇产物。不挥发的催化剂或者残留在供至处理操作的高沸点物中,或者可以通过冷却将其从高沸点物中沉淀出来、除去并再此使用。将已被蒸除的重要产物再循环回反应器中。
该方法能够完全连续地使香叶醇或橙花醇或香叶醇和橙花醇的混合物重排为里哪醇,而不必为排除高沸点物或添加催化剂使反应中断。
连续和半连续的方法均在130~220℃,优选150~200℃下,在大气压力或降低的压力下进行。当在显著低于里哪醇沸点的反应温度下时,建议在降低的条件下进行反应,以便能够从反应器中蒸除里哪醇。
还可以在由多个以组排列方式串连的反应器组成的装置中进行异构化。所用反应器的数目通常为2~10,优选为2~5,并特别优选使用3个反应器。
在第一反应器中,在60~1000毫巴的压力和150~200℃的温度下计量加入香叶醇和/或橙花醇以及催化剂并使其部分异构化。将部分转化的混合物泵送入第二反应器中,在那里实现香叶醇和橙花醇的完全转化。在第二反应器中的完全转化是通过分别从第一和第二反应器中取出蒸气流而实现的。在第一反应器的塔中混合并精馏这两股蒸气流。除去的塔顶产物包含里哪醇、低沸点物和水,并且将香叶醇/橙花醇再循环到第一反应器中。第三反应器包含低沸点物和催化剂以及在某些情况下的香茅醇和异橙花醇。任选地将香茅醇和异橙花醇一起作为第三反应器的塔中的塔顶产物除去。从第三反应器的底部除去连续的液体料流,并在蒸发器中将香茅醇和异橙花醇一起从高沸点物和催化剂中除去。丢弃高沸点物和催化剂;将来自蒸发器的香茅醇和异橙花醇再循环至第三反应器的底部。
在所有方法中合适的反应器是非反混反应器例如管式反应器或装备内部构件的延时容器,但是优选反混反应器例如搅拌釜、回路反应器、喷射回路反应器或喷嘴反应器。然而,也可以使用串连连接的反混反应器和非反混反应器的组合。
还可以任选地将多个反应器结合在多阶段设备中。这些反应器例如是装配有筛板的回路反应器、容器组、具有中间进料塔或搅拌塔的管式反应器。建议为所有或一些反应器装备换热器。在反应器中,必须确保反应物混合良好,这可以通过例如搅拌或强制循环、任选地结合用静态混合器或混合喷嘴处理来实现。
反应器的体积应该使得反应混合物在反应器中的平均停留时间处于5分钟和8小时之间,特别是10分钟和5小时之间。尽管原则上也可以使用具有不同体积的反应器,但是特别有利的是使用体积大致相同的反应器进行操作。
反应器中的温度通常为150~200℃。
反应器中的压力不是关键的,但是应当足够高以使得反应器的内容物实际上保持液态。这通常要求压力为1~40巴,有利地压力为1~6巴。
在另外的方法方案中,可以在装配有Lord反应器(具有混合的和仅仅低的压降的液体空间)的蒸馏塔中进行异构化。
Lord反应器的特点是沿纵向依次向上排列的至少两个室;所述的室彼此通过液密塔板分开;各室通过每种情况下的一个液体溢流装置与正下方的室连接并经由所述液体溢流装置从最低的室除去液体产物料流;各室中位于液面上方的气体空间与位于正上方的室在每种情况下通过一个或多个导向管连接,所述导向管各自通向具有低于液面的用于排出气体的开口的气体分配器,并且其各自围绕每个气体分配器具有至少一个垂直放置的导向板;导向板的上端终止于液面下方并且其下端终止于该室的液密塔板上方,并且它将各室分隔为一个或多个有气流的室和一个或多个没有气流的室。
将催化剂溶液引入处于上面的分离区和其下方的反应区之间的塔板上,这些塔板组成多个依次向上放置的Lord反应器。
在催化剂计量点的上方是分离区,其中物流被分成里哪醇、低沸点物和水、以及香叶醇、橙花醇和某些情况下的香茅醇和异橙花醇。在该测量点的下方,催化剂流入反应区。在最低的反应室(即刚好位于底部上方),大约所有香叶醇/橙花醇通过异构化被消耗掉。这里应该通过取出侧流而部分地除去存在的任何香茅醇和异橙花醇。将一定比例的底部内容物连续地通过蒸发器。将不可挥发的高沸点物与催化剂一起从残留物中部分地除去,并部分地再循环到新鲜的香叶醇/橙花醇中。来自蒸发器的可挥发残留物组分主要包含(如果存在的话)香茅醇和异橙花醇,并使其再循环至底部。
下面的实施例详细地描述了本发明的方法,但是不是对它的限制:连续法
实施例1
首先向附有蒸馏塔的1.6升搅拌反应器中加入825克的香叶醇含量为69.5%和橙花醇含量为29.5%的香叶醇/橙花醇混合物,并将该反应器加热到160℃,并施加132~135毫巴的真空。然后加入5.14克的氧代二过氧化钨溶液(通过在6小时期间于40℃温度下将1.29克钨酸溶解于3.86克30%过氧化氢中而制备)和2.63克8-羟基喹啉在26.3克甲醇中溶液的混合物。同时,开始经由蒸馏塔首先蒸除催化剂的溶剂,然后蒸除生成的里哪醇。为此,使用回流分配器通过塔顶温度控制经由顶部取出的里哪醇的量。在133.8℃的顶部温度下,以每小时110克里哪醇连续地蒸除,其中里哪醇含量约为98%。同时,在含量控制下,同样连续地计量供给大致相同量(112g/h)的香叶醇/橙花醇混合物和1g/h上述的钨酸在30%过氧化氢中的溶液与8-羟基喹啉在甲醇中的溶液的混合物。此外,使用薄膜式蒸发器从110g/h的所述反应混合物中同样地连续除去高沸点物。107g/h的薄膜式蒸发器中的顶部流出物大体上包含香叶醇、橙花醇和里哪醇,并且将其再循环到反应器中。薄膜式蒸发器的底部流出物(3g/h)仍然包含少量的香叶醇、橙花醇和里哪醇、反应器中形成的高沸点物以及部分催化剂,并将其除去。
实施例2和3
用纯净的香叶醇以及纯净的橙花醇作为原料以完全类似的方式进行反应,并且得到的结果与用香叶醇/橙花醇混合物作为原料的结果相同。半连续法
实施例4
首先向附有蒸馏塔的1.6升搅拌反应器中加入800克从柠檬醛的间歇氢化得到的含有72%香叶醇、21%橙花醇、2%香茅醇、2%异橙花醇1和1%异橙花醇2的香叶醇/橙花醇混合物,然后将该反应器加热到160℃,并施加132~135毫巴的真空。然后加入5.14克的氧代二过氧化钨溶液(通过在6小时期间于40℃温度下将1.29克钨酸溶解于3.86克30%过氧化氢中而制备)与2.63克8-羟基喹啉在26.3克甲醇中的溶液的混合物。同时,开始首先蒸除催化剂的溶剂,然后蒸除生成的里哪醇。为此,使用回流分配器通过塔顶温度控制由顶部取出的里哪醇的量,该实验中塔顶温度保持在133.8℃。同时,在含量控制下,同样连续地计量供给与被蒸除的里哪醇大致相同量的香叶醇/橙花醇混合物。直至停止计量加入的实验持续时间为79小时。除最初加入的香叶醇/橙花醇混合物之外,另外连续地定量加入6305克香叶醇/橙花醇混合物,并在实验持续30小时后,又一次性地计量加入相同量的如上所述的催化剂溶液。一旦香叶醇/橙花醇的计量加入停止,持续蒸馏直至不再有里哪醇蒸出。蒸出的里哪醇的总量为6570克的98%的里哪醇。然后将真空度降低至120~80毫巴,并蒸出298克混合物,其包含41%香茅醇、28%异橙花醇1、18%异橙花醇2和4%里哪醇。在该蒸馏后,残留177g残余物并且将其排出。
实施例5-8
使用以下原料按类似的方式进行实施例1的重排:
实施例5
45%香叶醇、50%橙花醇、4%香茅醇、0.6%异橙花醇1和2的混合物
实施例6
96%香叶醇、0.2%橙花醇、0.1%香茅醇、3.9%异橙花醇1和2的混合物
实施例7
99%香叶醇
实施例8
99%橙花醇
在实施例7和8中,计量加入原料和蒸出里哪醇的时间相对于实施例1加倍,因为在底部每单位时间内积聚的副产物较少。80小时后和115小时后,又一次定量加入催化剂。此外,取消在半间歇反应结束的时候除去副产物。
Claims (13)
2.根据权利要求1所述的方法,其中同时蒸出形成的产物烯丙基醇。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所用的反应物烯丙基醇选自香叶醇、橙花醇或它们的混合物。
4.根据权利要求2所述的方法,其中所用的反应物烯丙基醇选自香叶醇、橙花醇或它们的混合物。
5.根据权利要求3或4所述的方法,其中直接使用来自柠檬醛的氢化的香叶醇和/或橙花醇。
6.根据权利要求3或4所述的方法,其中香叶醇/橙花醇具有的香茅醇的含量为1~10%。
7.根据权利要求3或4所述的方法,其中香叶醇/橙花醇具有的反式-和顺式-3,7-二甲基-3,5-辛二烯醇的含量为0.1~5%。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述异构化在搅拌容器中进行。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述异构化在反应器组中进行。
11.根据权利要求1至4任一项所述的方法,其中所述异构化在反应塔中进行。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述方法在130~220℃下进行。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中分离并任选地再使用存在于被除去的副产物中的催化剂。
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