发明综述
作为在此公开的本发明的一部分,现已发现,在除去大部分TMP或TME、过量甲醛、水和碱缩合剂之后所获得的重质馏分残渣中占主要比例的是三羟甲基烷烃双-单直链缩甲醛,其化学式为:
在此R在三羟甲基丙烷双-单直链缩甲醛(TMP-BMLF)(化学文摘索引名为1,3-丙二醇,2,2’-[亚甲基双(氧甲撑)]双[2-乙基-],CASNo.(化学文摘物质号)为[93983-16-5])的情况下是乙基,或R在三羟甲基乙烷双-单直链缩甲醛(TME-BMLF)(化学文摘索引名为1,3-丙二醇,2,2’,-[亚甲基双(氧甲撑)]双[2-甲基-],化学文摘物质号为[636073-72-5])的情况下为甲基。因此,按照本发明最广的方面,一种组合物其包括相当大百分比的TMP-BMLF或TME-BMLF(如至少约40wt.%)、不超过约5wt.%的水、和不超过约0.5wt.%的甲醇,所有百分比均按组合物总重量计,在高温下使该组合物与强酸催化剂接触足够时间,以使大量所述TMP-BMLF或TME-BMLF转化为TMP或TME以及具有如下化学式的相应的三羟甲基烷烃单环缩甲醛,
在此R在三羟甲基丙烷单环缩甲醛(TMP-MCF)(化学文摘索引名为1,3-二氧六环-5-甲醇,5-乙基,化学文摘物质号为[5187-23-5])的情况下为乙基,或R在三羟甲基乙烷单环缩甲醛(TME-MCF)(化学文摘索引名为1,3-二氧六环-5-甲醇,5-甲基,化学文摘物质号为[1121-97-7])的情况下为甲基。用该方法得到的另外的TMP和TMP-MCF或TME和TME-MCF具有比所消耗的TMP-BMLF或TME-BMLF显著更高的价值。在许多情况下,所处理的组合物是重质馏分残渣,其是在将大部分水、过量甲醛、碱缩合剂及被提纯的TMP或TME分离之后的纯化处理过程中,从TMP或TME粗产物中获得的。
发明详述
受这种常规酸处理的组合物,在许多情况下包含例如至少约10wt.%、优选至少约20-30wt.%的TMP-BMLF或TME-BMLF,一般为无水的至不超过约5wt.%、优选不超过约1.0wt.%的水,和不超过约0.5wt.%、优选不超过约0.1wt.%的甲醇。另外,该被处理的组合物通常还含有不超过约5wt.%、优选不超过约0.6wt.%的具有常压沸点低于水沸点的以游离态存在的任何化合物,如甲醛。该组合物在高温下如约30-300℃,优选约90-220℃,与强酸催化剂接触一段时期,例如约2-8小时,优选约1-6小时,足以使大量TMP-BMLF或TME-BMLF分别转化为TMP和TMP-MCF或TME和TME-MCF。
任何强酸均可作为催化剂用于本发明方法。尽管这种酸可以是无机酸如硫酸或磷酸,但大多数情况下优选使用链烷磺酸如甲烷磺酸,芳基磺酸如甲苯磺酸,或磺化的酸型阳离子交换树脂、如磺化的聚苯乙烯基阳离子交换树脂。酸量可变化很大,但常常是其量可使转化反应的酸度处在例如相当于由小于约15wt.%、优选约0.3~1.3wt.%的强酸所提供的酸度范围。
一般,加入的强酸量要足以使反应的pH范围低于约4,优选在约2和3之间,已发现提纯后的BMLF最佳是在大约102℃、pH约2.35及约4小时的条件下转化为TMP。
如前所提出的,在受本发明酸处理的组合物中可存在不足5wt.%的少量水。此外,在TMP-BMLF或TME-BMLF分别转化为TMP-MCF或TME-MCF时会生成附加量的水。尽管不需要由此方法获得好处,但在有些情况下,有望使水量保持在比通常情况更低的水平。为此目的,可在开始反应之前添加少量可与水形成低沸点共沸物且与该组合物任何组分基本不混溶的一种化合物,如按组合物重量计,加入低于约15wt.%、优选低于约10wt.%的该化合物。这种化合物优选为烃类,如环己烷、甲苯或苯。
如曾所述,本发明方法使得初始组合物中的大量TMP-BMLF或TME-BMLF分别转化为TMP和TMP-MCF或TME和TME-MCF。例如,在TMP情况下,已发现由本发明方法酸处理后所得产物可含有比进行这种酸处理的初始组合物中多至少约5wt.%的TMP-MCF,按总组合物重量计。
反之,例如,产物中TMP-BMLF的量比酸处理之前初始组合物中的TMP-BMLF重量减少了至少约70wt.%。
如前所述,用于本发明酸处理的组合物,在许多情况下,应是在含水体系中于碱缩合剂如氢氧化钠存在下,通过正丁醛或丙醛与甲醛反应制备TMP或TME的方法而获得的重质馏分残渣。这种残渣是通过对反应产物的提纯而获得,包括下述步骤:1)除去过量甲醛;2)除去水;3)从被提纯的液体中分离TMP或TME和高沸点杂质和碱缩合剂,以及4)在真空下加热粗TMP,以闪蒸并回收高纯度的TMP或TME。留下的残渣即为打算用于本发明酸处理的含高沸点杂质的重质馏分残渣。
当被处理的组合物是来自前述TMP方法中的重质馏分残渣时,这种组合物除含TMP-BMLF外,通常还含有小于约60wt.%、一般通常为约8-20wt.%的TMP;及含有小于约15wt.%、一般约7-10wt.%的双-三甲基丙烷(Di-TMP)。所述重质馏分残渣中出现的TMP-MCF量一般都比后面的化合物少,通常小于约0.1wt.%,而且常常是检测不出的。
按照本发明的另一方面,由本发明方法所得组合物中的TMP-MCF或TME-MCF与过量的如含1-6个碳原子的一元醇或二元醇,在如约30-300℃的高温和酸催化剂的存在下经过醇解转移反应(transalcoholysis reaction)会产生另外的TMP或TME和通常工业上所希望的缩醛副产物,其中所用的酸催化剂例如可以是前述公开的与TMP-BMLF或TME-BMLF酸处理相关的任何同样的酸。因此,例如,由本发明酸处理所得组合物中的TMP-MCF或TME-MCF可与过量甲醇反应,以产生另外的TMP或TME和二甲氧基甲烷,可在有机合成、香料、粘合剂等等中用作溶剂,不过TMP-MCF或TME-MCF可与过量乙二醇反应,以产生另外的TMP或TME和1,3-二氧戊环,可作为低沸点溶剂和萃取剂用于油品、脂肪、蜡、染料和纤维素衍生物中。
TMP-MCF和TME-MCF除了在醇解转移中作为中间体以制备另外的TMP或TME及其它有用化合物以外,它们还用于可通过其它反应制备有用的产品。因此,如USP 4,076,727、4,207,155和4,876,368所披露的,可制备TMP-MCF和TME-MCF的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,其在涂料组合物、塑料薄膜、纤维及塑料涂料的制备中作为反应单体,尤其在各种不饱和体系中、特别是在紫外光可固化的涂料组合物中作为稀释剂。
下述实施例是对本发明的进一步说明。利用环己烷作为共沸剂,来除去系统中的少量水。
实施例1和1A
在实施例1中,于室温下向一装备有悬架搅拌器、带冷凝器的迪安-斯达克榻分水器和加热系统的圆底烧瓶中加入91.30克事先分析过的由提纯上述TMP粗产物所得的重质馏分残渣、12.53克的环己烷和0.25克作为催化剂的甲烷磺酸。于90分钟内加热进料至98℃,并取出产物样品加以分析。
在实施例1A中,重复实施例1的步骤,但不同的是,在275分钟内加热进料至110℃。
实施例1和1A的初始重质馏分残渣进料的组成及处理后的组成,按总组合物重量计,最显著组分的重量百分数示于表I中。
表I
组分 |
初始进料 |
处理后的组成 |
实施例1 |
实施例1A |
TMP-MCF |
0.05% |
27.77% |
25.64 |
TMP |
22.67% |
36.31% |
34.13 |
TMP-乙酸酯 |
未检测出 |
未检测出 |
0.15 |
Di-TMP |
7.65% |
4.39% |
3.54 |
TMP-BMLF |
41.74% |
0.55% |
未检测出 |
DMB |
0.11% |
8.86% |
7.66 |
MMB |
5.99% |
0.31% |
0.25 |
实施例2
按照实施例1和1A的步骤进行,但不同的是,初始进料为重质馏分残渣462.00克、环己烷69.19克和作为催化剂的磺化丙烯酸-聚苯乙烯基酸型阳离子交换树脂69.19克(由Rohm and Haas公司以“Amberlyst 36(干型)”出售)。在采用此实施例的固体树脂催化剂中,对实验装置进行了如下的改进:称量树脂,将其投入连接在搅拌轴上的“不锈钢丝网吊筐中”。此筐外形似“X”,有四个装填树脂的构件。一旦装填完后,将筐与悬架搅拌器马达连接。该“筐”各侧长~7.5厘米、宽4厘米及深1.5厘米,其由~42网目尺寸的金属丝制成。对筐的这种设计及用法可使重质馏分残渣与固体酸型树脂密切接触,并可防止固体催化剂由于来自搅拌器桨叶的“研磨”而降解。
在190分钟内将进料从25℃加热到99.6℃,并另外在99.5-99.8℃之间保持180分钟(总计加热时间370分钟)。于不同时间间隔和温度下取出的样品的组成示如表II所示。“N/D”指未检测出。
表II
时间(分) |
温度℃ |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
TMP-BMLF |
H2O |
0 |
25 |
N/D |
10.04 |
7.11 |
58.56 |
0.10 |
40 |
83.4 |
0.42 |
10.85 |
7.00 |
52.90 |
0.25 |
105 |
95.5 |
23.28 |
26.87 |
4.23 |
5.60 |
0.79 |
190 |
99.6 |
32.77 |
28.58 |
4.46 |
0.61 |
0.65 |
250 |
99.8 |
32.89 |
28.43 |
4.18 |
0.56 |
0.53 |
320 |
99.6 |
32.84 |
28.46 |
4.06 |
0.56 |
0.53 |
370 |
99.5 |
31.36 |
27.19 |
3.88 |
0.53 |
0.53 |
实施例3
按照实施例2的步骤进行,但不同的是,初始进料的组成为709.43克的重质馏分残渣、96.00克的环己烷及67.35克作为催化剂的磺化丙烯酸-聚苯乙烯基酸型阳离子交换树脂(由Rohm andHaas公司销售以“Amberlyst 35(干型)”出售)。
在295分钟内将进料从25℃加热到95.7℃,于不同时间间隔和温度下取出的样品的组成示如表III所示。
表III
时间(分) |
温度℃ |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
TMP-BMLF |
H2O |
0 |
25 |
N/D |
10.04 |
7.11 |
58.56 |
0.10 |
38 |
73.9 |
N/D |
10.38 |
7.31 |
57.54 |
0.28 |
72 |
83.3 |
14.81 |
25.07 |
4.05 |
11.02 |
1.39 |
130 |
91.6 |
34.06 |
30.64 |
4.81 |
0.63 |
1.03 |
175 |
93 |
33.24 |
30.03 |
4.52 |
0.61 |
1.25 |
245 |
94.3 |
33.65 |
29.77 |
4.20 |
0.62 |
0.63 |
295 |
95.7 |
33.5 |
30.02 |
4.30 |
0.62 |
0.89 |
实施例4
按照实施例1的步骤进行,但不同的是,初始进料的组成为157.85克的重质馏分残渣、24.58克的环己烷及0.86克作为催化剂的改性甲苯磺酸(由Witco Chemical公司以“Witco TX Acid”出售),该催化剂含1.0wt.%的水分和2.0wt.%的硫酸,熔点为15℃,254℃的比重为1.30,酸值为330。在182分钟内将进料从25℃加热到200℃,于不同时间间隔和温度下取出的样品的组成示如表IV所示。
表IV
时间(分) |
温度℃ |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
TMP-BMLF |
H2O |
0 |
25 |
N/D |
10.04 |
7.11 |
58.56 |
0.10 |
60 |
100 |
31.39 |
29.62 |
5.07 |
0.78 |
0.20 |
75 |
112 |
32.65 |
30.80 |
5.14 |
0.65 |
0.10 |
80 |
127 |
32.37 |
31.31 |
5.06 |
0.71 |
0.14 |
85 |
143 |
32.28 |
32.22 |
4.55 |
0.62 |
0.11 |
98 |
160 |
33.00 |
32.13 |
4.51 |
0.80 |
0.27 |
108 |
175 |
34.06 |
31.72 |
4.38 |
0.80 |
0.38 |
120 |
185 |
36.61 |
27.89 |
3.76 |
0.82 |
0.45 |
151 |
190 |
41.66 |
20.45 |
2.58 |
0.75 |
0.37 |
182 |
200 |
46.13 |
17.43 |
2.36 |
0.84 |
0.34 |
实施例5
按照实施例4的步骤进行,但不同的是,初始进料的组成为186.54克的重质馏分残渣、24.82克的环己烷及0.92克的改性甲苯磺酸催化剂。在138分钟内将进料加热至121℃,并另外在121~133℃之间保持265分钟,总计加热时间为403分钟。于不同时间间隔和温度下取出的样品的组成如表V所示。
表V
时间(分) |
温度℃ |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
TMP-BMLF |
H2O |
0 |
25 |
N/D |
10.04 |
7.11 |
58.56 |
0.10 |
---- |
40 |
2.09 |
17.66 |
6.23 |
39.4 |
0.81 |
11 |
50 |
11.91 |
25.97 |
4.13 |
11.61 |
0.62 |
17 |
60 |
12.56 |
25.53 |
4.21 |
11.02 |
0.72 |
24 |
74 |
16.36 |
26.77 |
4.36 |
8.46 |
0.85 |
28 |
80 |
12.76 |
25.91 |
4.23 |
11.62 |
0.79 |
59 |
90 |
29.88 |
28.81 |
5.04 |
0.85 |
0.52 |
88 |
100 |
31.66 |
29.92 |
4.99 |
0.62 |
0.19 |
126 |
112 |
31.80 |
31.71 |
4.51 |
0.73 |
0.12 |
138 |
121 |
32.38 |
32.22 |
4.39 |
0.72 |
0.12 |
151 |
125 |
32.67 |
32.01 |
4.43 |
0.78 |
0.19 |
223 |
125 |
34.8 |
28.71 |
4.04 |
0.78 |
0.36 |
283 |
133 |
34.56 |
28.26 |
3.92 |
0.72 |
0.15 |
343 |
121 |
34.22 |
27.6 |
3.76 |
0.65 |
0.17 |
403 |
126 |
35.39 |
28.11 |
4.06 |
0.76 |
0.11 |
如示于上述表中的实施例1-5的数据可见,对由提纯含有相当大百分比TMP-BMLF的TMP粗产物所获得的重质馏分残渣在本发明条件下进行酸处理,可使其大部分TMP-BMLF转化为TMP及TMP-MCF。对提纯TME粗产物所获得的重质馏分残渣进行相应的酸处理,可使在该残渣中的TME-BMLF同样转化为TME及TME-MCF。
如前所述,可在酸催化剂存在下,用过量的一元醇或二元醇与由本发明方法所得组合物中的TMP-MCF或TME-MCF进行醇解转移反应,产生另外的TMP或TME和有价值的缩醛副产物。此反应可在温度例如约20-400℃下完成,优选在约25-300℃,更优选在约35-210℃下完成,并且反应可进行例如约0-300分钟,优选约60-240分钟。
与TMP-MCF或TME-MCF反应的一元醇或二元醇可含如1个至约6个碳原子,如由甲醇产生二甲氧基甲烷、由乙二醇产生1,3-二氧戊环、由1-丙醇产生二-1-丙氧甲烷、由2-丙醇产生二-2-丙氧甲烷,或由2-溴丙醇产生二-2-溴丙氧甲烷,各自除产生TMP或TME外。也如前所述,用于此反应的酸催化剂可以是被公开的任何适合于催化TMP-BMLF或TME-BMLF间反应,以分别形成TMP-MCF或TME-MCF及另外的TMP或TME的液态或固态的强酸催化剂。TMP-MCF与乙二醇(EG)反应形成1,3-二氧戊环及另外的TMP,例如可按下述反应式进行:
一元醇或二元醇的量可以是例如略高于与TMP-MCF或TME-MCF反应以形成另外的TMP或TME及缩醛副产物所必需的化学计量的范围,即每摩尔TMP-MCF或TME-MCF用2摩尔的一元醇或1摩尔的二元醇,或不超过高于该化学计量的约5-20倍。实际用量将取决于本领域技术人员已知的各种因素,例如在工艺物流中所用的醇和反应物的浓度及其它因素。
与一元醇或二元醇反应的TMP-MCF或TME-MCF可以是比较纯的物质,如通过对含TMP-MCF或TME-MCF的物质进行进一步蒸馏所获得的物质,该含TMP-MCF或TME-MCF的物质是按照本发明对含TMP-BMLF或TME-BMLF的重质馏分残渣进行酸处理而获得的,而该重质馏分残渣是在分离了正丁醛或丙醛与甲醛的反应产物中的大部分TMP或TME、过量甲醛、水及碱缩合剂后而残留下来的。对较纯TMP-MCF与乙二醇(EG)间的转化说明于实施例6中。
实施例6
首先向实施例1及1A所述的设备中加入EG(50.5克,0.82摩尔),然后加入TMP-MCF(30.25克,0.21摩尔),最后加入甲烷磺酸(MSA)的70wt.%的溶液(0.13克,0.001摩尔)。接着缓慢加热至约205℃进行反应。
由气相色谱仪(GC)分析发现,在添加MSA前室温下(25.5℃),初始进料的组成为1.39wt.%的H2O、63.59wt.%的EG和36.95wt.%的TMP-MCF,而未能检测出1,3-二氧戊环、TMP及或二-TMP的数量。在添加MSA后于各时间间隔所取的样品的温度及组成,以气体色谱仪分析确定的最显著组分的重量百分数表示,如表VI所示,其中“ND”指“未检测出”。
表VI
时间(分) |
温度℃ |
H2O |
1,3-二氧戊环 |
EG |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
0 |
25.5 |
0.97 |
ND |
56.15 |
37.44 |
<0.1 |
ND |
15 |
51.0 |
1.08 |
ND |
61.89 |
36.9 |
<0.1 |
ND |
30 |
87.8 |
1.16 |
ND |
62.52 |
36.64 |
0.1 |
ND |
45 |
116.0 |
0.95 |
1.02 |
56.46 |
29.16 |
5.86 |
ND |
60 |
134.6 |
0.82 |
1.57 |
54.94 |
27.83 |
7.38 |
ND |
90 |
152.1 |
1.15 |
2.01 |
55.9 |
26.45 |
8.35 |
ND |
120 |
159.7 |
1.00 |
2.07 |
52.18 |
26.45 |
8.07 |
ND |
150 |
158.0 |
1.02 |
1.12 |
53.43 |
25.94 |
8.88 |
ND |
180 |
162.7 |
1.13 |
1.52 |
51.11 |
25.97 |
9.06 |
ND |
210 |
164.1 |
1.08 |
1.39 |
51.53 |
24.75 |
10.65 |
ND |
240 |
165.5 |
1.20 |
1.24 |
50.25 |
24.61 |
11.61 |
ND |
270 |
168.7 |
1.23 |
0.73 |
47.17 |
24.55 |
12.57 |
ND |
300 |
171.1 |
1.15 |
0.94 |
50.43 |
21.01 |
15.52 |
ND |
330 |
169.5 |
1.18 |
0.78 |
49.12 |
19.86 |
16.73 |
ND |
360 |
170.9 |
1.14 |
0.77 |
47.82 |
18.53 |
18.41 |
ND |
390 |
170.3 |
1.12 |
0.65 |
46.17 |
17.54 |
19.34 |
ND |
420 |
170.6 |
1.27 |
ND |
44.62 |
17.49 |
19.91 |
ND |
450 |
184.2 |
1.11 |
0.28 |
43.59 |
13.10 |
23.84 |
<0.4 |
480 |
189.1 |
1.27 |
0.40 |
38.98 |
8.52 |
24.65 |
<0.4 |
510 |
190.2 |
1.1 |
ND |
35.63 |
5.71 |
26.8 |
0.37 |
540 |
195.6 |
0.86 |
ND |
29.53 |
3.73 |
25.46 |
0.89 |
570 |
196.8 |
1.09 |
ND |
26.26 |
3.10 |
21.64 |
1.16 |
615 |
202.7 |
1.09 |
ND |
16.26 |
3.67 |
15.9 |
0.99 |
662 |
204.4 |
0.89 |
ND |
11.57 |
2.86 |
10.56 |
1.03 |
刚添加MSA之后的反应溶液呈无色。反应时间150分钟时,反应溶液呈浅黄色。反应180分钟后,迪安-斯达克榻分水器(DST)内开始充液。360分钟时,反应溶液呈褐色。
480分钟后迪安-斯达克榻分水器(DST)被排空,510分钟后DST中收集的液体形成两相。反应完成后,气体色谱仪分析结果为,反应溶液含0.92wt.%的H2O、9.03wt.%的EG、3.34wt.%的TMP-MCF、10.59wt.%的TMP及0.97wt.%的二-TMP。
最后,DST底部相经称重为6.72克,气体色谱仪分析其内含56.24wt.%的H2O、24.56wt.%的1,3-二氧戊环;而DST顶部相经称重为4.28克,其内含3.97wt.%的H2O及27.2wt.%的1,3-二氧戊环,而480分钟反应时间后所取出的DST内容物经称重为10.55克,其内含13.16wt.%的H2O和78.75wt.%的1,3-二氧戊环。
根据气体色谱仪分析,收集的1,3-二氧戊环的总量为11.12克(0.15摩尔)。但是,根据水分析,生成的1,3-二氧戊环的量为16.21克(0.21摩尔)。这种差异可能部分归因于气体色谱仪方法所用的系数。由于在气体色谱方法中没有观察到其它组分,所以可认为根据水分析计算是更准确的。实验结束时保留在反应混合物中TMP的量经测定为2.46克(0.018摩尔)。但是,在生产1,3-二氧戊环过程中,发现TMP的量为7.42克(0.53摩尔)。用高反应温度易解释形成这样低量的TMP的原因。
尽管用于与一元醇或二元醇进行上述醇解转移反应以形成TMP或TME和缩醛副产物的TMP-MCF或TME-MCF,被描述为是通过对由正丁醛或丙醛与甲醛反应形成的TMP-BMLF或TME-BMLF进行处理而获得的,但是为形成TMP或TME,用于醇解转移的这样的TMP-MCF或TME-MCF实际上可通过任何来源获得。
在对由酸处理含TMP-BMLF或TME-BMLF残渣所获得的含TMP或TME的TMP-MCF或TME-MCF分别进行提纯的过程中,轻质馏分塔顶物流是通过对TMP或TME粗产物进行蒸馏精制处理而获得的,如分别含有一些TMP或TME及少量TMP-MCF或TME-MCF的轻馏分。但是,已发现后面这些化合物是酸洗的颜色形成体,即当后面这些化合物在某些场合与酸接触时,它们会使TMP或TME显色。尽管通过蒸馏比较容易使TMP-MCF或TME-MCF从TMP或TME中分离,但这会造成循环到系统中的一些TMP或TME的损失。因此,按照本发明的另一方面,在酸催化剂存在下,用过量一元醇或二元醇对轻质塔顶馏出物流进行处理,使至少一部分存在于该物流中的TMP-MCF或TME-MCF进行醇解转移,形成另外的TMP或TME和有价值的缩醛副产物。
受到这种醇解转移处理的轻质塔顶馏分一般含有的TMP或TME的量例如为约70wt.%,优选为约50-60wt.%,且含有的TMP-MCF或TME-MCF的量例如为约1-15wt.%,优选为约2-10wt.%。时间和温度条件以及合适的酸催化剂的实例均与前述用于较纯TMP-MCF或TME-MCF的醇解转移反应相同。在实施例7和8中,对用MSA作为催化剂及乙二醇(EG)作为反应醇对轻质塔顶TMP物流中的馏出TMP-MCF进行的醇解转移进行了说明。
实施例7
向实施例1及1A所述的设备中加入121.9克的TMP轻质塔顶馏分,通过气体色谱仪测定,该馏分包括4.15wt.%的TMP-MCF(5.06克,0.035摩尔)、36.55wt.%的TMP及0.12wt.%的H2O,然后加入EG(8.31克,0.13摩尔)及最后加入为70%溶液的MSA(0.201克,0.0002摩尔)。
接着,缓慢加热至约190℃进行反应。温度及于添加MSA后的不同时间取出的样品的组成示于表VII,组成按气体色谱仪测定的显著组分的wt.%百分数计,在此“ND”指“未检测出”。
表VII
时间(分) |
温度℃ |
H2O |
EG |
TMP-MCF |
TPM |
0 |
26 |
0.28 |
ND |
5.42 |
33.09 |
15 |
43.7 |
0.34 |
<0.21 |
5.87 |
34.02 |
30 |
79.3 |
0.06 |
1.97 |
4.08 |
34.60 |
45 |
109.7 |
0.44 |
<0.21 |
5.22 |
34.01 |
60 |
127.2 |
0.42 |
<0.21 |
7.99 |
35.27 |
90 |
142.5 |
0.52 |
1.77 |
12.20 |
37.00 |
120 |
189.9 |
0.60 |
<0.21 |
14.55 |
35.98 |
150 |
19.2 |
0.72 |
1.37 |
14.69 |
37.89 |
180 |
154.7 |
0.58 |
ND |
14.19 |
37.50 |
210 |
158.5 |
0.66 |
0.26 |
15.07 |
37.70 |
240 |
161.7 |
0.86 |
1.39 |
14.43 |
37.22 |
270 |
163.9 |
0.90 |
0.63 |
15.16 |
38.13 |
300 |
170.1 |
0.78 |
<0.21 |
16.14 |
35.93 |
330 |
174.9 |
0.75 |
<0.21 |
15.25 |
36.66 |
360 |
177.4 |
0.77 |
0.21 |
14.87 |
37.23 |
390 |
179.2 |
0.83 |
<0.21 |
15.99 |
36.98 |
423 |
179.2 |
0.08 |
1.40 |
14.38 |
37.38 |
450 |
179.7 |
0.83 |
<0.21 |
15.75 |
36.98 |
480 |
180.4 |
0.73 |
<0.21 |
15.3 |
36.23 |
510 |
181.2 |
0.75 |
<0.21 |
14.72 |
36.38 |
540 |
188.2 |
0.46 |
<0.21 |
14.64 |
38.57 |
在所有抽取样品中基本上均未检测出1,3-二氧戊环。120分钟后,DS分水器开始充液,且反应完成后对所收集的液体进行气体色谱仪测定,其内含有2.55wt.%的H2O、5.74wt.%的基本上完全由该反应生成的1,3-二氧戊环、以及不足0.21wt.%的EG。
反应结束时,根据水分析,DS分水器中收集的1,3-二氧戊环的量为1.30克(0.018摩尔)。如同实施例6,气体色谱仪分析与水分析间数据的差异可部分归因于气体色谱仪方法所用的系数,由于同样的原因,按水分析的计算被认为是更准确的。实验结束时反应混合物中保留的TMP量增加了1.03克。
实施例8
为检验与最佳化前述实施例中所述的TMP轻质塔顶馏出物与EG的反应,在塔顶馏出物料中加入较纯的TMP-MCP。将250.0克内含TMP-MCF(10.38克,0.07摩尔)的TMP轻质塔顶馏出物加入实施例1与1A所述的设备,接着加入EG(18.10克,0.29摩尔),最后加入70%溶液的MSA(0.59克,0.004摩尔),并缓慢加热这种混合物。当温度达到约150℃时,加入另外10.91克(0.18摩尔)的EG,接着加热该混合物至约207℃。按实施例6与7所述方法所得的结果示于表VIII中。
表VIII
时间(分) |
温度℃ |
H2O |
EG |
TMP-MCF |
TMP |
0 |
26.6 |
1.30 |
<0.44 |
9.21 |
31.07 |
15 |
51 |
0.58 |
<0.44 |
9.50 |
32.12 |
30 |
83.1 |
0.55 |
<0.44 |
10.37 |
32.85 |
45 |
112.5 |
0.65 |
<0.44 |
16.88 |
34.14 |
60 |
136.6 |
0.63 |
<0.44 |
18.76 |
36.17 |
90 |
153.3 |
0.78 |
0.80 |
17.08 |
36.37 |
92 |
150 |
0.73 |
<0.44 |
18.54 |
34.11 |
105 |
156.6 |
0.88 |
7.51 |
15.44 |
34.41 |
120 |
162.2 |
0.93 |
<0.44 |
19.95 |
31.51 |
135 |
166.3 |
0.99 |
3.83 |
16.67 |
33.25 |
150 |
172 |
1.18 |
7.26 |
15.56 |
33.98 |
173 |
176.7 |
1.13 |
1.73 |
17.90 |
33.42 |
195 |
178 |
1.37 |
0.44 |
18.02 |
32.28 |
210 |
179.5 |
1.33 |
5.50 |
15.84 |
33.84 |
240 |
189.9 |
1.27 |
<0.44 |
19.99 |
33.29 |
270 |
203.5 |
1.18 |
0.46 |
16.63 |
32.15 |
300 |
205.8 |
1.49 |
<0.44 |
17.22 |
28.79 |
330 |
204.9 |
1.09 |
3.72 |
15.01 |
31.65 |
360 |
204.9 |
1.62 |
2.88 |
13.86 |
27.83 |
390 |
204.3 |
0.93 |
2.38 |
13.54 |
28.46 |
420 |
205.6 |
0.92 |
3.01 |
12.53 |
27.11 |
450 |
206.5 |
0.79 |
0.82 |
12.97 |
25.59 |
约60分钟反应时间后DS分水器开始充液,且约270分钟后DS分水器中液体分离成两相。约90分钟反应时间后加入另外的EG。
于203-207℃间的不同温度下抽取DS分水器底部或顶部的液体,用气体色谱仪测定其重量及1,3-二氧戊环与H2O的重量百分数。结果示于表IX中。
表IX
|
H2O |
1,3-二氧戊环 |
克数 |
203℃时分出的DS分水器底部相 |
22.78 |
4.63 |
15.29 |
205.5℃时分出的DS分水器底部相 |
82.12 |
4.98 |
5.88 |
204.3℃时分出的DS分水器底部相 |
85.68 |
5.73 |
2.01 |
204.3℃时分出的DS分水器顶部相 |
2.29 |
8.35 |
16.62 |
206.5℃时分出的DS分水器底部相 |
85.19 |
6.24 |
2.51 |
206.5℃时分出的DS分水器顶部相 |
2.85 |
8.56 |
4.84 |
根据气体色谱仪分析,在此实例中形成约3.1克(0.04摩尔)的1,3-二氧戊环。实施例7及8的结果表明,本发明处理轻质塔顶馏出物的方法对于生产1,3-二氧戊环副产物及另外的TMP是有效的,表明系统中TMP-MCF总量降低。
按照本发明的再一方面,对含相当大百分比的TMF-BMLF或TME-BMLF的组合物,如含TMP-BMLF或TME-BMLF的重馏分残渣(其是在通过正丁醛或丙醛与甲醛的反应产生和提纯TMP或TME的过程中获得的)的前述酸处理是在一元醇或二元醇存在下完成的,形成的另外的TMP或TME的量比在无一元醇或二元醇的情况下酸处理所获得的更大,而且还另外形成了缩醛副产物。在某些情况下,这种方法可用于替代前述单独在无一元醇或二元醇的情况下对含TMF-BMLF或TME-BMLF的重质残渣进行酸处理,并接着用一元醇或二元醇对所得的含TMP-MCF或TME-MCF的物流处理的方法,或与之结合使用。
含TMP-BMLF或TME-BMLF的重质馏分残渣和酸处理的条件如时间、温度及酸催化剂的性质,是与无一元醇或二元醇的前述酸处理的相同,而且加至重质馏分残渣中的过量醇的性质及数量也与前述适用于TMP-MCF或TME-MCF反应的相同:注意完成反应所需的醇的化学计量数为残渣中每摩尔TMP-BMLF或TME-BMLF需至少2摩尔的一元醇或1摩尔的二元醇。
实施例9及10说明了用乙二醇(EG)处理具有表I中“初始进料”所示组成的含TMP-BMLF的重质馏分残渣的情况。
实施例9
首先在实施例1及1A所述的设备中加入404.28克的重质馏分残渣、接着加入过量EG(48.0克,0.77摩尔)及最后加入70%溶液的MSA催化剂(1.48克,1.08×10-2摩尔)。用类似于前述实施例给出的条件及所得结果如表X所示,包括用气体色谱仪测定的抽取样品中不同组分的重量百分数,其中“NR”指“气体色谱仪分析未测出”。
表X
时间(分) |
温度℃ |
EG |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
0 |
63.5 |
NR |
NR |
NR |
NR |
40 |
97.8 |
NR |
NR |
NR |
NR |
70 |
110 |
5.71 |
29.39 |
32.90 |
3.04 |
95 |
118.1 |
4.82 |
30.006 |
33.50 |
2.35 |
115 |
123.1 |
NR |
NR |
NR |
NR |
140 |
127.4 |
3.83 |
29.29 |
32.94 |
2.39 |
170 |
131.2 |
2.03 |
29.98 |
33.94 |
2.02 |
220 |
139.9 |
4.28 |
29.87 |
33.43 |
2.42 |
237 |
143.1 |
NR |
NR |
NR |
NR |
294 |
153.4 |
NR |
NR |
NR |
NR |
237分钟时液体在DS分水器中开始凝结,实验结束时DS分水器中全部液体分成两相,在任何抽取样品中未检测到H2O或1,3-二氧戊环,并认为该DS分水器全量收集了这些化合物,对其底部相称重为12.41克,经气体色谱仪测定,该底部相内含73.59wt.%的H2O、9.28wt.%的1,3-二氧戊环及2.93wt.%的TMP-MCF,而其顶部相经称重为8.69克,该顶部相内含2.37wt.%的H2O、19.64wt.%的1,3-二氧戊环及4.41wt.%的TMP-MCF。
实施例10
一般按照实施例9的步骤进行,但不同的是,加入的料为重质残渣202.14克,接着加入过量EG(24克,0.39摩尔),最后加入70%溶液的MSA催化剂(0.74克,5.38×10-3摩尔)。添加MSA之前,于温度26.7℃下经气体色谱仪测定,反应溶液含22.93wt.%的EG、25.71wt.%的TMP、4.42wt.%的二-TMP及17.75wt.%的TMP-BMLF。没检测出TMP-MGF。反应条件及结果示于表XI中,在此“ND”指“气体色谱仪未测出”。
表XI
时间(分) |
温度℃ |
EG |
TMP-MCF |
TMP |
Di-TMP |
TMP-BMLF |
0 |
30 |
ND |
6.05 |
29.61 |
3.83 |
15.214 |
5 |
44 |
ND |
5.10 |
30.12 |
3.08 |
12.212 |
20 |
47.4 |
24.779 |
4.99 |
25.32 |
2.27 |
5.910 |
35 |
89.9 |
2.257 |
15.82 |
30.97 |
2.42 |
5.631 |
65 |
105.5 |
5.615 |
29.04 |
33.07 |
3.03 |
ND |
95 |
120 |
4.113 |
29.58 |
33.52 |
2.51 |
ND |
125 |
140 |
3.405 |
29.72 |
32.67 |
2.25 |
ND |
185 |
150 |
4.120 |
30.57 |
30.62 |
2.32 |
ND |
270 |
168.9 |
3.138 |
36.25 |
31.79 |
2.60 |
ND |
65分钟时液体在DS分水器中开始凝结,液体聚集且在185分钟时分成两相。反应结束时,DS分水器底部相经称重为23.31克,内含10.74wt.%的1,3-二氧戊环和3.14wt.%的TMP-MCF,而DS分水器顶部相经称重为38.73克,内含25.04wt.%的1,3-二氧戊环和2.51wt.%的TMP-MCF。实施例9及10的结果表明,在乙二醇存在下对含TMP-BMLF的TMP重质馏分残渣的酸催化处理,对产生1,3-二氧戊环副产物和另外的TMP并减少或脱除残渣中的TMP-BMLF是有效的。