CN1292374A - 连续制备3,5,5－三甲基环己－3－烯－1－酮(β－异佛尔酮)的方法 - Google Patents

连续制备3,5,5－三甲基环己－3－烯－1－酮(β－异佛尔酮)的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用均相的催化剂对α－异佛尔酮进行异构化连续制备β－异佛尔酮的方法。上述方法包括向反应区中加入α－异佛尔酮和碱性氢氧化物溶液,使反应混合物的温度达到150—216℃,通过蒸馏从该反应混合物中提取含有30—90%(重量)β－异佛尔酮的馏分,同时泄流出重质产物,然后通过蒸馏对上述从反应混合物提取的馏分进行精馏。

Description

连续制备3，5，5-三甲基环己-3-烯 -1-酮(β-异佛尔酮)的方法
本发明涉及一种连续制备3，5，5-三甲基环己-3-烯-1-酮(下文称β-异佛尔酮)的方法，其中用均相催化剂，在液相中使3，5，5-三甲基环己-2-烯-1-酮(下文称α-异佛尔酮)进行异构化作用而得到的。
β-异佛尔酮是合成制备类胡萝卜素、维生素、如维生素E以及医药产品的中间物。
它还直接用于合成香料(水)和天然产品，例如虾青素、脱落酸及一些衍生物。
β-异佛尔酮是α-异佛尔酮的(同分)异构体，它是经过在碱性介质中的丙酮的三聚作用制得的，二者的区别在于双键的位置：该双键不再与羰基共轭了，如下所示：
Figure 0012681200041
由α-异佛尔酮异构化成β-异佛尔酮是一个双键与羰基去共轭的平衡反应。为此，热力学平衡定位于α-异佛尔酮方向。
迄今已介绍了许多由α-异佛尔酮异构化成β-异佛尔酮的方法，但都存在许多缺点，例如化学品的过高消耗(特别是催化剂)、过低的产率、形成一些α-异佛尔酮的缩合产物(重质产物)、导致反应混合物的温度的提高，从而加速了重质产物的生成，它们会造成体系的不稳定。
欧洲专利文献EP832871中的实例7描述了一种对α-异佛尔酮进行催化异构化制备β-异佛尔酮的方法。该方法包括第一步骤，即通过蒸馏连续不断地从反应混合物中提取含有20-22％的β-异佛尔酮的初混合物。然后通过蒸馏从该混合物中分离出其纯度约为98％的β-异佛尔酮。然而，在该实施步骤中，发现在循环蒸发器中集聚了由约90％α-异佛尔酮和10％重质产物组成的混合物。考虑到操作时间(约15个小时)和在上述蒸发器中产物的集聚量(615克)，因此可以算出上述重质产物的每小时生成量，大约为4克／小时。
此外，使用了大量的催化剂，它占所用α-异佛尔酮的0．6％。
如果考虑反应的热力学，人们发现实施异构化作用的温度决定了β-异佛尔酮的平衡浓度：温度愈高，β-异佛尔酮的平衡浓度愈高，由于β-异佛尔酮比α-异佛尔酮更易挥发，因此，通过蒸馏最易挥发的产物，可以移动上述平衡。此外，在加热时，β-异佛尔酮可反向异构化成α-异佛尔酮，即使催化剂没有参与反应：这种热反向异构化作用的动力学是缓慢的。
人们对实现高温异构化作用感兴趣。
在异构化温度下，只用一个反应柱是不可能制取纯的(即β-异佛尔酮／α-异佛尔酮≥99％)β-异佛尔酮的。实际上，对β-异佛尔酮／α-异佛尔酮的分离不仅需要具有许多理想板数的塔柱，而且也需要高的回流比。上述回流比R是指在蒸馏柱顶上取得的冷凝物总量与提取的产物量之比。上述回流比值的增加可以提高所提取的β-异佛尔酮的浓度，直至一个确定的极限。这是因为，高的回流比可增加β-异佛尔酮在蒸馏柱中的平均停留时间，也就是说，温度愈高，愈促使热逆向反应。
因此，高的回流比不会生产出被视为纯的β-异佛尔酮。
另一方面，为了实施异构化作用，必须借助于中间产物烯醇或烯醇盐，它们也是醛醇缩合／丁烯醛化反应的中间物，它导致了构成重质产物的异佛尔酮缩聚物的形成，该形成应受到抑制，因为它标志了在制备β-异佛尔酮过程中的异佛尔酮的损失。另一方面，催化剂的浓度和温度都能促使重质产物的形成。
因此，使用非均相催化剂显得不大适宜，因为它会增加在固体催化剂表面上的重质产物的浓度，从而使该催化剂钝化。
现在我们发现了一种连续制备3，5，5-三甲基环己-3-烯-1-酮(β-异佛尔酮)的方法，其中把通过丙酮在碱性介质中的三聚化作用制得的3，5，5-三甲基环己-2-烯-1-酮(α-异佛尔酮)，在均相催化剂存在下，进行异构化作用，该方法的特点在于包括下列几个步骤：
a)向反应区中连续加入α-异佛尔酮和碱性氢氧化物溶液，
b)使该反应混合物的温度控制在至少等于150℃，优选地185-216℃，
c)从该反应混合物中同时连续地提取下列物质：
①通过在350毫巴至大气压范围的压力下，及在150-216℃温度范围内，蒸馏提取含有30～90％(重量)或优选地是50-70％(重量)的β-异佛尔酮的馏分；
②通过泄流提取重量含量至多占反应混合物7％(重量)的重质产物。
d)在减压和温度为100-150℃的条件下，连续不断和同时地对上述在c)①中提取的馏分进行精馏提纯，以获得其纯度(按β-异佛尔酮／α-异佛尔酮的比例计)高于99％的β-异佛尔酮，
e)连续不断地将精馏后的残渣送回反应区。
根据本发明，上述碱性氢氧化物是NaOH或KOH，并优选KOH。上述碱性氢氧化物可溶解于水或低分子量的脂族醇，如甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇，通常使用甲醇或乙醇。
根据本发明，上述所用的碱性氢氧化物重量至多占加入到反应区中的α-异佛尔酮重量的0．03％。
优选地，上述所用的碱性氢氧化物的重量比例是0．010～0．020％。
含有β-异佛尔酮的馏分的蒸馏回流比是调节该馏分中β-异佛尔酮浓度的参数，它是这样选定的，使热逆反应达到最小化，以获得最高的β-异佛尔酮纯度。
根据本发明，连续不断地提取至多含有7％(重量)重质产物的一种混合物。其余为α-与β-异佛尔酮的混合物。上述重质产物主要是由异佛尔酮的二聚物和三聚物以及残留催化剂所组成的。最好在丙酮的三聚作用之后和在碱性催化剂的中和之前，将上述重质产物送入用碱式催化作用制备α-异佛尔酮的生产线中。
根据本发明的连续制备方法，其特征在于连续不断地泄流出重质产物，其限制沸腾反应器中该重质产物的浓度的益处是，稳定了异构化作用温度。
本发明方法的另一个优点是不需要为上述重质产物实施昂贵的处理措施，因为这些产物可以在制备α-异佛尔酮系统中循环使用。
本发明方法还具有只消耗少量催化剂的优点。
下列实例详述本发明：
本发明使用下列设备装置：
1)能容纳300克α-异佛尔酮的异构化反应器或沸腾反应器，在其上面安装一个1米长和20毫米直径的绝热塔柱，内装有316L不锈钢的Sulzer EX20结构的填料，以及一个其回流比受定时器控制的绝热柱顶；
2)与上述置于该沸腾反应器上部的塔柱相同的精馏塔柱，α-与β-异佛尔酮的混合物被送入所述精馏塔柱中间。
实例1
向上述设备装置中，即向上述反应器中送入300克(ELF ATOCHEM SA)α-异佛尔酮，其中含有0．02％(重量)的KOH(用纯KOH表示)，后者预先溶解在甲醇中，并形成大约为20％(重量)的KOH浓度。
在600毫巴压力下，使上述混合物加热至沸腾，195℃时开始回流，并稳定在196℃，柱顶的温度稳定在约166℃。起动定时计调节回流比到80。
同时，起动原料泵向异构化反应器中输送反应物料，即以16．5克／小时送入含有0．004％(重量)的溶解于甲醇的KOH(以纯KOH表示)的α-异佛尔酮，并起动异构化反应器的泄流泵使其流出量调至1．5克／小时。
经运行4个小时后，柱顶温度稳定在175-176℃，并生产出15克／小时平均组成为72／28的β-异佛尔酮／α-异佛尔酮混合物。
使上述设备装置运转210个小时。
上述异构化反应器的温度稳定在196-197℃。柱顶温度稳定保持在176-177℃。在柱顶提取的混合物的组成与流量是稳定不变的：分别为平均72％的β-异佛尔酮，介于在70％与75％之间变化，其流量平均为14．5克／小时，介于在14克／小时与15克／小时之间变动。
纯β-异佛尔酮的产率平均为10克／小时。
从异构化反应器中连续泄流出的物料的组成是稳定的，从第8个小时后，含有2％的重质产物(通过气相色谱分析测定)，97％的α-与β-异佛尔酮，以及1％的其它物质。
用210个小时，加入了3605克α-异佛尔酮。并生产了3036克其β-异佛尔酮／α-异佛尔酮比例为72／28的混合物，即2185克β-异佛尔酮。从异构化反应器中泄流出311克含有2％重质产物与1％其它物的异佛尔酮，与添加的异佛尔酮相比，相当于0．2％的损失量。重质产物的每小时产量相当于0．03克／小时。
柱顶的流出物经过一个存贮罐贮存之后被输送到其操作压力为100毫巴的精馏塔柱中间。柱顶的温度稳定在110℃，而柱底的温度稳定在135℃。柱顶馏分的β-异佛尔酮的纯度为99．2％。柱底的泄流物中含有6％-4％的β-异佛尔酮。回流比是7。在柱顶回收2140克99％的β-异佛尔酮，即等于98％的送入精馏塔柱的β-异佛尔酮。在柱底回收896克平均含有5％的β-异佛尔酮的α-异佛尔酮。
将上述混合物直接送入异构化反应器循环、或装有催化剂的商用异佛尔酮混合器中循环。
实例2
经过210个小时的运行后，改变蒸馏塔柱的回流比值，其中用沸腾反应器作为异构化反应器，将该比值调至20，再运转操作24个小时。
在柱顶提取的馏分含有20％(重量)的β-异佛尔酮，其流量为52克／小时。柱顶的温度稳定在190℃，而异构化反应器的温度则稳定在196℃。
调节α-异佛尔酮的加入流量，使异构化反应器中保持恒定的质量：加入流量=53．5克／小时的含有0．0005％KOH的α-异佛尔酮(比在实例1中所用的溶液稀释4倍)。异构化反应器的泄流物流出量保持在1．5克／小时，该流出物的含量分析稳定：约97％的异佛尔酮、2％的重质产物和1％的其它物。
β-异佛尔酮的产率平均为10．4克／小时，即与实例1的产率近似。
用24个小时，生产出240克其纯度为99．2％的β-异佛尔酮。

Claims (10)

1)连续制备3，5，5-三甲基环己-3-烯-1-酮(β-异佛尔酮)的方法，其中把通过丙酮在碱性质中的三聚化作用制得的3，5，5-三甲基环己-2-烯-1-酮(α-异佛尔酮)在均相催化剂存在下，进行异构化作用，该方法的特征在于实施下列几个步骤：
a)向反应区中连续地加入α-异佛尔酮和碱性氢氧化物溶液，
b)使该反应混合物的温度为至少等于150℃，
c)从该反应混合物中同时连续地提取下列物质：
①在350毫巴至大气压的压力下和在150-216℃温度下，蒸馏提取含有30-90％(重量)的β-异佛尔酮的馏分，
②通过泄流，提取其重量含量至多占反应混合物的7％(重量)的重质产物，
d)在减压和温度为100-150℃的条件下，连续不断和同时地对上述在c)①中提取的馏分进行精馏，以获得纯度，按β-异佛尔酮／α-异佛尔酮的比例计，高于99％的β-异佛尔酮，
e)连续不断地将精馏后的残渣送回反应区。
2)根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中，反应混合物的温度控制为185-216℃。
3)根据权利要求1或2所述的方法，其特征是在上述步骤c)①中蒸馏馏分中含有50-70％(重量)的β-异佛尔酮。
4)根据权利要求1-3中之一所述的方法，其特征是该碱性氢氧化物是KOH。
5)根据权利要求1至4中之一所述的方法，其特征是所述碱性氢氧化物是溶于低分子量的脂族醇中。
6)根据权利要求5所述的方法，其特征是所述低分子量的脂族醇是甲醇或乙醇。
7)根据权利要求1-6中之一所述的方法，其特征是所述碱性氢氧化物的使用重量至多等于所用的(即送入反应区)的α-异佛尔酮的0．03％(重量)。
8)根据权利要求7所述的方法，其特征是所述碱性氢氧化物的使用重量占所用的α-异佛尔酮的0．010-0．020％(重量)。
9)根据权利要求1所述的方法，其特征是使从异构化反应器中泄流出的重质产物(即步骤c)②)在制备α-异佛尔酮的生产线中循环。
10)根据权利要求9所述的方法，其特征是在丙酮三聚合反应之后，并在碱性催化剂进行中和之前，把所述重质产物送入制备α-异佛尔酮的生产线。
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