專利名稱：制備2,3,5－三甲基氫醌二酯的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種通過使用?；瘎┖退嵝钥扇芑虿蝗苄源呋瘎┦?，6，6-三甲基-2-環(huán)己烯-1，4-二酮(4-氧代異佛爾酮、氧代異佛爾酮(ketoisophoron)、KIP)芳構(gòu)化來制備2，3，5-三甲基氫醌二酯的方法，該方法可以連續(xù)或間歇進行。
2，3，5-三甲基氫醌二酯不僅是維生素E合成和其它藥物學上的活性苯并二氫吡喃化合物合成中的重要中間體，而且廣泛地作為抗氧化劑使用。
在強酸性催化劑和?；瘎├玺人狒Ⅴ；u或烯醇酯的存在下由KIP制備2，3，5-三甲基氫醌二酯是已知的，并且描述在多個專利中(例如DE 26 46 172 C2、EP 808 815 A2和EP 0 850 910 A1)。
此外已知，盡管可以在高達100％的轉(zhuǎn)化率下進行芳構(gòu)化，但選擇性(主要取決于催化劑)只是80至95％。主要形成的副產(chǎn)物是異構(gòu)3，4，5-三甲基焦兒茶酚二酯。這種一直出現(xiàn)的副反應描述在EP 0 850912 A1。
從反應溶液中分離2，3，5-三甲基氫醌二酯并純化是復雜的，并且必然伴有大量的損失。在使用可溶催化劑的實施例中，通過加入水或堿性水溶液使2，3，5-三甲基氫醌二酯和3，4，5-三甲基焦兒茶酚二酯的混合物發(fā)生沉淀，并且通過從有機溶劑中再結(jié)晶出而被純化。從濾液中回收催化劑是復雜的，在重結(jié)晶時的產(chǎn)率顯著降低。在芳構(gòu)化反應中過量加入的?；瘎┧?，并且不能在隨后的反應中使用。
當使用不溶解的催化劑時，例如強酸性離子交換劑或H-Y沸石，催化劑的分離和再利用是簡單的，但是在2，3，5-三甲基氫醌二酯的分離和損失高的純化方面與使用可溶催化劑的反應溶液無差別。
由于低的分離率和大量的廢料，作為工業(yè)生產(chǎn)方法，該方法在經(jīng)濟和環(huán)境方面具有嚴重缺陷。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，借助于該方法可以使用固體或溶解的催化劑制備2，3，5-三甲基氫醌二酯，該方法可以連續(xù)或間歇方式或這二者組合進行，并產(chǎn)生最低量的廢料。
本發(fā)明提供一種通過氧代異佛爾酮(KIP)與?；瘎┑拇呋磻獊碇苽?，3，5-三甲基氫醌二酯的方法，其特征在于，a)使用具有C1-C4-烷基殘基的羧酸酐作為酰化劑，在該反應之后b)任選地通過蒸餾除去產(chǎn)生的部分羧酸c)將反應溶液冷卻至-10至35℃，優(yōu)選0至30℃，d)分離出已經(jīng)結(jié)晶出的產(chǎn)物，并且洗滌，以及e)任選地通過蒸餾除去部分產(chǎn)生的羧酸之后和任選地在排出部分濾液之后，將濾液返回步驟a)。
在強酸性催化劑存在下KIP與羧酸酐反應形成2，3，5-三甲基氫醌二酯、異構(gòu)三甲基焦兒茶酚二酯和羧酸。每摩爾反應的KIP形成2摩爾羧酸。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在反應期間產(chǎn)生的羧酸非常適合于分離2，3，5-三甲基氫醌二酯和3，4，5-三甲基焦兒茶酚二酯。通過簡單地從羧酸，優(yōu)選乙酸中結(jié)晶可使這二種芳族化合物分離。雖然分子類似，但是未產(chǎn)生混合晶體。
一旦反應完成，冷卻反應溶液，并結(jié)晶出2，3，5-三甲基氫醌二酯。一旦已經(jīng)分離出晶體(這里當然已經(jīng)首先通過過濾除去可能使用的固體催化劑)，相應地濾液中仍保留了還未濾出的2，3，5-三甲基氫醌二酯，作為副產(chǎn)物形成的3，4，5-三甲基焦兒茶酚二酯，可能溶解存在的催化劑和過量加入的羧酸酐。被稱作循環(huán)溶液的該濾液，即包括所有副產(chǎn)物、未反應的原料和可能的催化劑的飽和產(chǎn)物溶液，完全被循環(huán)，其中在均相反應的情況下無需加入新的催化劑。現(xiàn)在可以引入化學計算量的?；瘎?，因為循環(huán)濾液中包含了KIP完全轉(zhuǎn)化所需的過量?；瘎?。
每次循環(huán)時，隨著每摩爾轉(zhuǎn)化的KIP形成2摩爾羧酸，溶液的體積增大，這里由于好的溶解能力，僅部分形成的二酯結(jié)晶出。因此，優(yōu)選通過蒸餾除去部分羧酸，這樣可以保持循環(huán)溶液的體積恒定。蒸餾步驟可以在結(jié)晶分離之前或之后進行。
三甲基焦兒茶酚二酯和其它二次產(chǎn)物(多少有點)積累在循環(huán)溶液中。三甲基氫醌二酯的濃度可以升高至接近飽和濃度，而無不利情況。該值可以由溶解度曲線和結(jié)晶溫度獲得。在二乙酸酯的情況下，在20℃的結(jié)晶溫度下，循環(huán)溶液中的三甲基焦兒茶酚二乙酸酯濃度可以升至高達20重量％，這里分離的產(chǎn)物仍然是純的。該溶液中副產(chǎn)物的濃度可以通過排出一部分循環(huán)溶液而保持在可忍受的水平。其中在該循環(huán)中適時地加入催化劑和酰化劑來補償它們在該循環(huán)中的量。
本發(fā)明制備三甲基氫醌二酯的方法還具有另一優(yōu)點。當循環(huán)溶液中的三甲基焦兒茶酚二乙酸酯的濃度升高時，進一步形成副產(chǎn)物的選擇性降低。當循環(huán)溶液中的濃度從0升高至15重量％時，進一步形成副產(chǎn)物的選擇性近乎減半。
使用通過蒸餾可以回收的相應羧酸、產(chǎn)物在羧酸中的飽和溶液或者惰性溶劑例如烴或醚洗滌所需產(chǎn)物的結(jié)晶。
在本發(fā)明的方法中，可以任選地設計所有的工藝步驟，以使可以連續(xù)、間歇或者二者組合進行該方法。
該方法由以下分步驟組成化學反應(I)、蒸餾(II)、結(jié)晶(III)和固體分離(IV)。這里分步驟II和III可以合并為一個單個步驟。也可以這樣選擇順序，即在化學反應(I)之后，首先進行結(jié)晶(III)和固體分離(IV)，然后蒸餾(II)。
在化學反應的反應器中加入原料、氧代異佛爾酮和?；瘎?，優(yōu)選乙酸酐和循環(huán)溶液。反應器的種類受所使用的催化劑性能的影響，并且例如可以是具有固定床的反應器、簡單的罐或具有隨后停留區(qū)域的混合容器。對于加入的每千克氧代異佛爾酮，循環(huán)溶液的量是4至20千克，優(yōu)選5至10千克，并且應該這樣計算該量以致于在結(jié)晶之后晶體淤漿可自由流動。
所需的停留時間取決于所用催化劑的特性和數(shù)量以及選擇的溫度，其中最好這樣選擇反應條件以致于1至3小時的停留時間便足以。因為在本發(fā)明的方法中使濾液中存在的過剩原料循環(huán)使用，所以氧代異佛爾酮的轉(zhuǎn)化率可能低于100％。
羧酸，在優(yōu)選使用乙酸酐的情況下，乙酸通過經(jīng)塔連續(xù)或間歇蒸餾而便利地除去，該塔的分離效率應足以使羧酸酐保留在底部。除去的餾出液的量應該使循環(huán)溶液的體積保持恒定。
當反應溶液冷卻時，三甲基氫醌二酯結(jié)晶出，而三甲基焦兒茶酚二酯保持溶解在溶液中。結(jié)晶工序的溫度為-10至35℃，其中優(yōu)選0至30℃。結(jié)晶可以在單個或多個步驟中進行。結(jié)晶步驟以已知的方式連續(xù)或間歇進行，其中，由于溶液的過飽和傾向性，加入晶種是有利的。
固體分離可以使用常規(guī)裝置連續(xù)或間歇進行，其中必須小心以確保無水分存在，這樣濾液中存在的過量酰化劑就不會水解。為了置換出所有附著的母液，需要一個洗滌步驟。所用的洗滌液例如可以是部分通過蒸餾除去的羧酸、惰性有機溶劑例如石油醚或者有利地是三甲基氫醌二酯于羧酸中的溶液。
濾液與過量的原料和任選地與溶解的催化劑和副產(chǎn)物一起被循環(huán)。濾液中三甲基焦兒茶酚二酯的濃度可以升高至20重量％，而無任何不利。為了獲得始終純凈的產(chǎn)物，根據(jù)本發(fā)明，在濾液循環(huán)幾次之后，排出一部分濾液。排出的量應使得在循環(huán)中新形成量的焦兒茶酚二酯被溶解于其中。
下面的實施例用于說明本發(fā)明的方法，但不是對本發(fā)明的限制。
實施例1反應容器由控制溫度的套層容器組成，該容器配有攪拌器、溢流管和循環(huán)溶液、KIP和乙酸酐的人口。每小時泵送入76克KIP、110克乙酸酐和500克循環(huán)溶液。循環(huán)溶液包括31％三甲基氫醌二乙酸酯、17％三甲基焦兒茶酚二乙酸酯、0.8％三氟甲烷磺酸、38％乙酸和10％乙酸酐?？刂迫萜鞯臏囟?，使內(nèi)部溫度為50至55℃。使均相溢流溶液通過作為補充反應器的控制溫度為55℃的管。反應容器和補充反應器的總體積是1.4升。
將反應溶液加入蒸餾裝置中，通過在30毫巴下蒸餾除去58克乙酸/小時。
將蒸餾底部產(chǎn)物加入結(jié)晶裝置中，并冷卻至20℃，同時攪拌。每間隔5小時，過濾所獲得的懸浮液，通過用220克三甲基氫醌二乙酸酯于乙酸中的飽和溶液洗滌來置換出粘附的溶液。排出4％的濾液。將剩余的濾液與1.3克新催化劑一起重新加入反應容器中。
在真空下干燥固體。獲得的三甲基氫醌二乙酸酯的純度＞98％，相對于加入的氧代異佛爾酮，分離產(chǎn)率是88％。
權(quán)利要求
1.一種通過氧代異佛爾酮(KIP)與?；瘎┑拇呋磻獊碇苽?，3，5-三甲基氫醌二酯的方法，其特征在于，a)使用具有C1-C4-烷基殘基的羧酸酐作為酰化劑，在該反應之后b)任選地通過蒸餾除去部分產(chǎn)生的羧酸c)將反應溶液冷卻至-10至35℃，優(yōu)選0至30℃，d)分離已結(jié)晶的產(chǎn)物，并洗滌，以及e)任選地通過蒸餾除去部分產(chǎn)生的羧酸之后和任選地在排出部分濾液之后，將濾液返回步驟a)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，當使用固體催化劑時，在步驟c)之前分離所述催化劑。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，使用的酰化劑是乙酸酐或丙酸酐。
4.上述權(quán)利要求之一或多個的方法，其特征在于，在循環(huán)下進行該反應。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過蒸餾除去部分羧酸，保持循環(huán)溶液的體積恒定。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過排出部分循環(huán)溶液保持反應溶液中三甲基焦兒茶酚的濃度在結(jié)晶溫度下低于溶解度極限。
7.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在0至30℃下結(jié)晶出產(chǎn)物(步驟c)。
8.上述權(quán)利要求之一或多個的方法，其特征在于，計算循環(huán)溶液量，以使在結(jié)晶之后，晶體淤漿是易流動的。
9.上述權(quán)利要求之一或多個的方法，其特征在于，該方法連續(xù)、半連續(xù)或間歇進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過使用?；瘎┖退嵝钥扇芑虿蝗苄源呋瘎┦?,6,6－三甲基－2－環(huán)己烯－1,4－二酮(4－氧代異佛爾酮、氧代異佛爾酮、KIP)芳構(gòu)化來制備2,3,5－三甲基氫醌二酯的方法,該方法可以連續(xù)或間歇進行。該方法的特征在于,a)使用具有C
文檔編號C07C69/16GK1273963SQ00101688
公開日2000年11月22日 申請日期2000年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月28日
發(fā)明者S·克里爾, H·威格爾, K·胡斯馬徹, N·施, G·馬克茲, V·哈福內(nèi) 申請人:底古薩－胡爾斯股份公司