CN1273963A - 制备2,3,5－三甲基氢醌二酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过使用酰化剂和酸性可溶或不溶性催化剂使2,6,6－三甲基－2－环己烯－1,4－二酮(4－氧代异佛尔酮、氧代异佛尔酮、KIP)芳构化来制备2,3,5－三甲基氢醌二酯的方法,该方法可以连续或间歇进行。该方法的特征在于,a)使用具有C1－C4－烷基残基的羧酸酐作为酰化剂,在该反应之后b)任选地通过蒸馏除去部分产生的羧酸c)冷却反应溶液,d)分离已结晶的产物,并洗涤,以及e)将滤液返回步骤a)。

Description

制备2，3，5-三甲基氢醌二酯的方法
本发明涉及一种通过使用酰化剂和酸性可溶或不溶性催化剂使2，6，6-三甲基-2-环己烯-1，4-二酮(4-氧代异佛尔酮、氧代异佛尔酮(ketoisophoron)、KIP)芳构化来制备2，3，5-三甲基氢醌二酯的方法，该方法可以连续或间歇进行。
2，3，5-三甲基氢醌二酯不仅是维生素E合成和其它药物学上的活性苯并二氢吡喃化合物合成中的重要中间体，而且广泛地作为抗氧化剂使用。
在强酸性催化剂和酰化剂例如羧酸酐、酰基卤或烯醇酯的存在下由KIP制备2，3，5-三甲基氢醌二酯是已知的，并且描述在多个专利中(例如DE 26 46 172 C2、EP 808 815 A2和EP 0 850 910 A1)。
此外已知，尽管可以在高达100％的转化率下进行芳构化，但选择性(主要取决于催化剂)只是80至95％。主要形成的副产物是异构3，4，5-三甲基焦儿茶酚二酯。这种一直出现的副反应描述在EP 0 850912 A1。
从反应溶液中分离2，3，5-三甲基氢醌二酯并纯化是复杂的，并且必然伴有大量的损失。在使用可溶催化剂的实施例中，通过加入水或碱性水溶液使2，3，5-三甲基氢醌二酯和3，4，5-三甲基焦儿茶酚二酯的混合物发生沉淀，并且通过从有机溶剂中再结晶出而被纯化。从滤液中回收催化剂是复杂的，在重结晶时的产率显著降低。在芳构化反应中过量加入的酰化剂水解，并且不能在随后的反应中使用。
当使用不溶解的催化剂时，例如强酸性离子交换剂或H-Y沸石，催化剂的分离和再利用是简单的，但是在2，3，5-三甲基氢醌二酯的分离和损失高的纯化方面与使用可溶催化剂的反应溶液无差别。
由于低的分离率和大量的废料，作为工业生产方法，该方法在经济和环境方面具有严重缺陷。
本发明的目的是提供一种方法，借助于该方法可以使用固体或溶解的催化剂制备2，3，5-三甲基氢醌二酯，该方法可以连续或间歇方式或这二者组合进行，并产生最低量的废料。
本发明提供一种通过氧代异佛尔酮(KIP)与酰化剂的催化反应来制备2，3，5-三甲基氢醌二酯的方法，其特征在于，
a)使用具有C1-C4-烷基残基的羧酸酐作为酰化剂，在该反应之
  后
b)任选地通过蒸馏除去产生的部分羧酸
c)将反应溶液冷却至-10至35℃，优选0至30℃，
d)分离出已经结晶出的产物，并且洗涤，以及
e)任选地通过蒸馏除去部分产生的羧酸之后和任选地在排出部
  分滤液之后，将滤液返回步骤a)。
在强酸性催化剂存在下KIP与羧酸酐反应形成2，3，5-三甲基氢醌二酯、异构三甲基焦儿茶酚二酯和羧酸。每摩尔反应的KIP形成2摩尔羧酸。
已经发现，在反应期间产生的羧酸非常适合于分离2，3，5-三甲基氢醌二酯和3，4，5-三甲基焦儿茶酚二酯。通过简单地从羧酸，优选乙酸中结晶可使这二种芳族化合物分离。虽然分子类似，但是未产生混合晶体。
一旦反应完成，冷却反应溶液，并结晶出2，3，5-三甲基氢醌二酯。一旦已经分离出晶体(这里当然已经首先通过过滤除去可能使用的固体催化剂)，相应地滤液中仍保留了还未滤出的2，3，5-三甲基氢醌二酯，作为副产物形成的3，4，5-三甲基焦儿茶酚二酯，可能溶解存在的催化剂和过量加入的羧酸酐。被称作循环溶液的该滤液，即包括所有副产物、未反应的原料和可能的催化剂的饱和产物溶液，完全被循环，其中在均相反应的情况下无需加入新的催化剂。现在可以引入化学计算量的酰化剂，因为循环滤液中包含了KIP完全转化所需的过量酰化剂。
每次循环时，随着每摩尔转化的KIP形成2摩尔羧酸，溶液的体积增大，这里由于好的溶解能力，仅部分形成的二酯结晶出。因此，优选通过蒸馏除去部分羧酸，这样可以保持循环溶液的体积恒定。蒸馏步骤可以在结晶分离之前或之后进行。
三甲基焦儿茶酚二酯和其它二次产物(多少有点)积累在循环溶液中。三甲基氢醌二酯的浓度可以升高至接近饱和浓度，而无不利情况。该值可以由溶解度曲线和结晶温度获得。在二乙酸酯的情况下，在20℃的结晶温度下，循环溶液中的三甲基焦儿茶酚二乙酸酯浓度可以升至高达20重量％，这里分离的产物仍然是纯的。该溶液中副产物的浓度可以通过排出一部分循环溶液而保持在可忍受的水平。其中在该循环中适时地加入催化剂和酰化剂来补偿它们在该循环中的量。
本发明制备三甲基氢醌二酯的方法还具有另一优点。当循环溶液中的三甲基焦儿茶酚二乙酸酯的浓度升高时，进一步形成副产物的选择性降低。当循环溶液中的浓度从0升高至15重量％时，进一步形成副产物的选择性近乎减半。
使用通过蒸馏可以回收的相应羧酸、产物在羧酸中的饱和溶液或者惰性溶剂例如烃或醚洗涤所需产物的结晶。
在本发明的方法中，可以任选地设计所有的工艺步骤，以使可以连续、间歇或者二者组合进行该方法。
该方法由以下分步骤组成：化学反应(I)、蒸馏(II)、结晶(III)和固体分离(IV)。这里分步骤II和III可以合并为一个单个步骤。也可以这样选择顺序，即在化学反应(I)之后，首先进行结晶(III)和固体分离(IV)，然后蒸馏(II)。
在化学反应的反应器中加入原料、氧代异佛尔酮和酰化剂，优选乙酸酐和循环溶液。反应器的种类受所使用的催化剂性能的影响，并且例如可以是具有固定床的反应器、简单的罐或具有随后停留区域的混合容器。对于加入的每千克氧代异佛尔酮，循环溶液的量是4至20千克，优选5至10千克，并且应该这样计算该量以致于在结晶之后晶体淤浆可自由流动。
所需的停留时间取决于所用催化剂的特性和数量以及选择的温度，其中最好这样选择反应条件以致于1至3小时的停留时间便足以。因为在本发明的方法中使滤液中存在的过剩原料循环使用，所以氧代异佛尔酮的转化率可能低于100％。
羧酸，在优选使用乙酸酐的情况下，乙酸通过经塔连续或间歇蒸馏而便利地除去，该塔的分离效率应足以使羧酸酐保留在底部。除去的馏出液的量应该使循环溶液的体积保持恒定。
当反应溶液冷却时，三甲基氢醌二酯结晶出，而三甲基焦儿茶酚二酯保持溶解在溶液中。结晶工序的温度为-10至35℃，其中优选0至30℃。结晶可以在单个或多个步骤中进行。结晶步骤以已知的方式连续或间歇进行，其中，由于溶液的过饱和倾向性，加入晶种是有利的。
固体分离可以使用常规装置连续或间歇进行，其中必须小心以确保无水分存在，这样滤液中存在的过量酰化剂就不会水解。为了置换出所有附着的母液，需要一个洗涤步骤。所用的洗涤液例如可以是部分通过蒸馏除去的羧酸、惰性有机溶剂例如石油醚或者有利地是三甲基氢醌二酯于羧酸中的溶液。
滤液与过量的原料和任选地与溶解的催化剂和副产物一起被循环。滤液中三甲基焦儿茶酚二酯的浓度可以升高至20重量％，而无任何不利。为了获得始终纯净的产物，根据本发明，在滤液循环几次之后，排出一部分滤液。排出的量应使得在循环中新形成量的焦儿茶酚二酯被溶解于其中。
下面的实施例用于说明本发明的方法，但不是对本发明的限制。
实施例1
反应容器由控制温度的套层容器组成，该容器配有搅拌器、溢流管和循环溶液、KIP和乙酸酐的人口。每小时泵送入76克KIP、110克乙酸酐和500克循环溶液。循环溶液包括31％三甲基氢醌二乙酸酯、17％三甲基焦儿茶酚二乙酸酯、0.8％三氟甲烷磺酸、38％乙酸和10％乙酸酐。控制容器的温度，使内部温度为50至55℃。使均相溢流溶液通过作为补充反应器的控制温度为55℃的管。反应容器和补充反应器的总体积是1.4升。
将反应溶液加入蒸馏装置中，通过在30毫巴下蒸馏除去58克乙酸/小时。
将蒸馏底部产物加入结晶装置中，并冷却至20℃，同时搅拌。每间隔5小时，过滤所获得的悬浮液，通过用220克三甲基氢醌二乙酸酯于乙酸中的饱和溶液洗涤来置换出粘附的溶液。排出4％的滤液。将剩余的滤液与1.3克新催化剂一起重新加入反应容器中。
在真空下干燥固体。获得的三甲基氢醌二乙酸酯的纯度＞98％，相对于加入的氧代异佛尔酮，分离产率是88％。

Claims (9)

1、一种通过氧代异佛尔酮(KIP)与酰化剂的催化反应来制备2，3，5-三甲基氢醌二酯的方法，其特征在于，
a)使用具有C1-C4-烷基残基的羧酸酐作为酰化剂，在该反应之后
b)任选地通过蒸馏除去部分产生的羧酸
c)将反应溶液冷却至-10至35℃，优选0至30℃，
d)分离已结晶的产物，并洗涤，以及
e)任选地通过蒸馏除去部分产生的羧酸之后和任选地在排出部分
滤液之后，将滤液返回步骤a)。
2、权利要求1的方法，其特征在于，当使用固体催化剂时，在步骤c)之前分离所述催化剂。
3、权利要求1或2的方法，其特征在于，使用的酰化剂是乙酸酐或丙酸酐。
4、上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，在循环下进行该反应。
5、权利要求1的方法，其特征在于，通过蒸馏除去部分羧酸，保持循环溶液的体积恒定。
6、权利要求1的方法，其特征在于，通过排出部分循环溶液保持反应溶液中三甲基焦儿茶酚的浓度在结晶温度下低于溶解度极限。
7、权利要求4的方法，其特征在于，在0至30℃下结晶出产物(步骤c)。
8、上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，计算循环溶液量，以使在结晶之后，晶体淤浆是易流动的。
9、上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，该方法连续、半连续或间歇进行。
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