專利名稱：堿金屬醇鹽的醇溶液的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述于2000年6月9日遞交的德國(guó)優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)10028754.9，在此將其作為參考完全并入本發(fā)明。
本發(fā)明描述了一種在微反應(yīng)器中制備堿金屬醇鹽的醇溶液的方法。
堿金屬醇鹽在許多有機(jī)混合物的合成中是非常重要的中間體、反應(yīng)物和催化劑。它們的各種制備方法是已知的。
叔醇的堿金屬醇鹽作為催化劑和縮合劑已引起越來(lái)越大的關(guān)注，因?yàn)橄嚓P(guān)的醇是空間位阻的，該醇具有低酸度，并因此是較強(qiáng)的質(zhì)子受體且基本上不象伯或仲醇那樣容易發(fā)生副反應(yīng)。在許多情況下，醇鹽以在相應(yīng)醇中的溶液形式使用。該醇還可用作所需反應(yīng)中的溶劑，這樣可以減少所用溶劑的數(shù)目，提供了涉及較少設(shè)備的經(jīng)濟(jì)的工藝。另外與固體形式相比，在溶液形式下的該醇鹽基本上在工業(yè)規(guī)模時(shí)存在較少的處理問(wèn)題。
制備醇鹽的一種方式是直接將游離堿金屬與醇進(jìn)行反應(yīng)。例如從DE-A-2612642中得知，反應(yīng)隨著醇的鏈長(zhǎng)的增加以及支化度的增加而減慢伯醇反應(yīng)最快，叔醇最慢。
文獻(xiàn)中已知各種制備醇鹽的特定方法。
DE-A-2333634、DE-A-2612642和EP-A-0749947公開(kāi)了在惰性溶劑中通過(guò)堿金屬與醇的間歇反應(yīng)來(lái)制備無(wú)醇的堿金屬醇鹽的方法。DE-A-2333634利用高溫和高壓來(lái)加速反應(yīng)，而DE-A-2612642和EP-A-0749947采用細(xì)分形式的鈉金屬。但所有這些方法的缺點(diǎn)在于另外使用了惰性溶劑。為了得到堿金屬醇鹽的醇溶液，該惰性溶劑必須首先再次完全去除并將所得固體醇鹽重新溶解在醇中。這增加了成本，需要更多的設(shè)備并延長(zhǎng)了工藝時(shí)間。
EP-A-0192608公開(kāi)了一種通過(guò)堿金屬與叔醇的反應(yīng)來(lái)制備堿金屬叔醇鹽的醇溶液的間歇方法，其中在用錨式或葉片攪拌器攪拌的同時(shí)將熱醇加入熔融的堿金屬中。反應(yīng)同樣費(fèi)時(shí)。另外，沸點(diǎn)低于所用堿金屬熔點(diǎn)的醇不能以足夠速率進(jìn)行反應(yīng)，因?yàn)楣腆w堿金屬不能充分地分散在溶劑中。
W099/65849公開(kāi)了一種在催化劑的存在下制備固體堿金屬醇鹽的間歇方法，但該催化劑沒(méi)有隨后去除。
這些方法的一個(gè)共同特征在于，必須同時(shí)使用大量堿金屬并使其與醇接觸，這樣在短時(shí)間內(nèi)還形成顯著量的氫氣。這導(dǎo)致在工業(yè)規(guī)模上的高安全要求。為了得到經(jīng)濟(jì)上有利的反應(yīng)時(shí)間，堿金屬的細(xì)分是決定性的，通常通過(guò)充分地機(jī)械分散而實(shí)現(xiàn)。類似地，將工藝由實(shí)驗(yàn)室規(guī)模變化至大工業(yè)規(guī)模對(duì)于間歇工藝是不容易的且存在問(wèn)題，因?yàn)?，例如容器和攪拌器幾何形狀或傳熱?duì)反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生顯著影響。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上可靠的、快速制備堿金屬醇鹽的醇溶液的方法，該方法甚至在高級(jí)醇和支化醇的情況下也可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)時(shí)間和令人滿意的生產(chǎn)規(guī)模，因?yàn)榉糯笕菀讓?shí)現(xiàn)，且該工藝的安全危險(xiǎn)可例如通過(guò)盡量減少單位反應(yīng)器體積所加的堿金屬的量而最小化。
已知在微反應(yīng)器中進(jìn)行某些化學(xué)反應(yīng)。微反應(yīng)器由槽板堆積構(gòu)成，且描述于DE3926466C2、US-A-5534328和US-A-5811062中。
現(xiàn)已驚人地發(fā)現(xiàn)，微反應(yīng)器可用于制備堿金屬醇鹽的醇溶液。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“微反應(yīng)器”表示僅在反應(yīng)通道結(jié)構(gòu)的尺寸和構(gòu)造上不同的微型和小型反應(yīng)器。可以例如使用從引用參考文件或從Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH，德國(guó)的出版物中得知或市售的微反應(yīng)器，例如來(lái)自Cellular Process ChemistryGmbH，F(xiàn)rankfurt/Main的SelectoTM(基于CytosTM)。
因此，本發(fā)明提供了一種制備堿金屬醇鹽的醇溶液的方法，包括將堿金屬與醇在微反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。
在本發(fā)明的方法中，將堿金屬和醇以液體或熔融形式加料到微反應(yīng)器中并在微反應(yīng)器中連續(xù)地相互混合和反應(yīng)。除了純的醇，也可使用低濃度的堿金屬醇鹽的醇溶液，并通過(guò)在微反應(yīng)器中與堿金屬反應(yīng)而濃縮。類似地，所形成的醇鹽溶液可以回收。以下，兩種反應(yīng)物進(jìn)料(堿金屬和醇/醇鹽溶液)稱作物流。
所形成的氫氣有利地由脫氣區(qū)排出。
類似地，用于常規(guī)工藝的助劑可用于本發(fā)明的方法中。
所用的堿金屬優(yōu)選為鋰、鈉、鉀或鋰、鈉或鉀合金，優(yōu)選鈉或鉀，尤其是鈉。
本發(fā)明方法可用于制備具有1-30個(gè)碳原子，優(yōu)選3-30個(gè)碳原子的醇，特別優(yōu)選具有4-30個(gè)碳原子的仲、叔和支化醇，尤其是仲丁醇、叔丁醇、叔戊醇、3，7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇(芫荽醇)、3，7，11-三甲基-3，6，10-十二碳三烯-3-醇、3，7，11，15-四甲基-1-十六烯-3-醇和四氫芫荽醇的堿金屬醇鹽的醇溶液。進(jìn)一步優(yōu)選用于制備較長(zhǎng)鏈醇，例如硬脂醇或多元醇的堿金屬醇鹽的醇溶液。
所用的醇相對(duì)所用的堿金屬過(guò)量，使得所形成的醇鹽總保持在溶液中或總是呈現(xiàn)為無(wú)固體的熔體。
在反應(yīng)過(guò)程中，溫度有利地保持在堿金屬和醇的熔點(diǎn)之上和在堿金屬醇鹽的所得醇溶液的熔點(diǎn)之上。該溫度可以是25-250℃，優(yōu)選25-200℃，尤其是25-150℃。例如，如果醇在大氣壓下的沸點(diǎn)低于或僅稍高于堿金屬的熔點(diǎn)，該反應(yīng)還可有利地在高壓下進(jìn)行，這樣可以使用高于堿金屬熔點(diǎn)的溫度且反應(yīng)無(wú)需在接近醇沸點(diǎn)下進(jìn)行。該壓力可以在大氣壓和100巴過(guò)壓之間，優(yōu)選大氣壓和50巴之間，尤其在大氣壓和25巴之間。
所制備的醇溶液的濃度有利地為最高70％重量，優(yōu)選5-60％重量，尤其是10-50％重量。
微反應(yīng)器由多個(gè)層壓品構(gòu)成，所述層壓品堆疊并粘結(jié)在一起，且其表面具有能夠相互作用形成化學(xué)反應(yīng)空間的微觀力學(xué)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。該體系包含至少一個(gè)連接到入口和出口的連續(xù)通道。
物流的流速受限于裝置，例如由微反應(yīng)器幾何形狀決定的壓力。微反應(yīng)器反應(yīng)最好完全進(jìn)行，但也可鄰接微型混合器形式的混合區(qū)和/或延遲區(qū)。類似地，物流可重復(fù)加入多個(gè)連續(xù)的位置。
流速有利地為0.05毫升/分鐘至5升/分鐘，優(yōu)選0.05-500毫升/分鐘，特別優(yōu)選0.05-250毫升/分鐘，尤其是0.1-100毫升/分鐘。兩種物流的流速可以不同。
可用于制備堿金屬醇鹽的醇溶液的基本步驟的微反應(yīng)器作為例子描述于

圖1。本發(fā)明微反應(yīng)體系在這種情況下由六個(gè)堆疊并粘結(jié)在一起的微結(jié)構(gòu)化金屬層壓品、以及蓋板(DP)和基板(BP)構(gòu)成，形成一個(gè)牢固固定或粘結(jié)在一起的加工組件，這樣在板之間將密封片材壓緊。
本發(fā)明微反應(yīng)器體系包括兩個(gè)用于冷卻和/或加熱介質(zhì)的熱交換器、用于混合反應(yīng)物的混合區(qū)和短延遲區(qū)。
熱交換器(W1)將單獨(dú)流入板(E)的物流預(yù)熱。物流隨后在板(M)內(nèi)混合，形成一個(gè)共同空間。延遲區(qū)(R)利用熱交換器(W2)使反應(yīng)混合物達(dá)到前述反應(yīng)溫度，這樣可發(fā)生所述反應(yīng)。
微反應(yīng)器體系優(yōu)選連續(xù)操作，且相互混合的物質(zhì)的量在每種情況下在微升(μl)至毫升(ml)的范圍內(nèi)。
反應(yīng)器內(nèi)微結(jié)構(gòu)化區(qū)的尺寸決定了在微反應(yīng)器中制備堿金屬醇鹽的醇溶液的步驟。利用合適的幾何設(shè)計(jì)來(lái)保證沒(méi)有死區(qū)，例如死角或銳角。優(yōu)選具有圓角的連續(xù)路徑。結(jié)構(gòu)必須足夠小，以利用微反應(yīng)技術(shù)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)，即，優(yōu)異的熱控制、層流、擴(kuò)散混合和低內(nèi)容積。
物質(zhì)輸送通道的凈寬有利地為0.1-10000μm，優(yōu)選1-2000μm，特別優(yōu)選1-800μm，尤其是1-100μm。
熱交換器通道的凈寬主要取決于液體-或懸浮液-輸送通道的凈寬，且有利地不超過(guò)10000μm，優(yōu)選不超過(guò)2000μm，尤其是不超過(guò)800μm。熱交換器通道凈寬的下限并不重要，且至多受限于待抽吸的熱交換器流體的壓力升高和對(duì)最佳熱供給或去除的需求。
在圖1中作為例子描述的優(yōu)選微反應(yīng)體系的尺寸為熱交換器結(jié)構(gòu)通道寬度約600μm通道高度約250μm
混合器通道寬度約600μm通道高度約500μm在作為例子描述的微反應(yīng)器類型中，6個(gè)重疊并緊密連接的金屬層壓品優(yōu)選供有所有的熱交換器流體和以上的反應(yīng)物。產(chǎn)物和熱交換器流體優(yōu)選從上方移動(dòng)。流量?jī)?yōu)選通過(guò)精確活塞泵和計(jì)算機(jī)控制的控制體系來(lái)控制。反應(yīng)溫度通過(guò)集成傳感器來(lái)監(jiān)控并利用控制體系和恒溫器/致冷器來(lái)監(jiān)控和控制。
在此描述的體系由不銹鋼制成；也可使用其它材料，例如玻璃、陶瓷、硅、塑料或其它金屬。
驚人且不可預(yù)見(jiàn)的是，堿金屬醇鹽的醇溶液可通過(guò)這種技術(shù)上簡(jiǎn)單且可靠的方式來(lái)制備，因?yàn)椴豢深A(yù)見(jiàn)的是，反應(yīng)能夠在沒(méi)有機(jī)械混合的情況下進(jìn)行，即，微反應(yīng)器中的混合是足夠的。
本發(fā)明方法無(wú)需其它的溶劑或助劑。這消除了例如對(duì)處理第二溶劑的需求。也無(wú)需通過(guò)加入表面活性物質(zhì)來(lái)提高分散和混合，也無(wú)需催化劑。其它優(yōu)點(diǎn)是較低的反應(yīng)溫度；即使溫度稍高于堿金屬的熔點(diǎn)，所得產(chǎn)量在生產(chǎn)規(guī)模上也是經(jīng)濟(jì)的和令人滿意的。低溫還使得非所需副反應(yīng)盡量減少。
按照本發(fā)明制成的堿金屬醇鹽醇溶液可直接用于所有需要醇鹽，尤其是仲和叔醇鹽的醇溶液的合成中。
在以下實(shí)施例中，百分?jǐn)?shù)都是重量計(jì)的。
實(shí)施例1將518克叔戊醇(在2.5巴下的沸點(diǎn)為129℃)裝入進(jìn)料容器中并用泵在120℃以30毫升/分鐘的流速循環(huán)通過(guò)該微反應(yīng)器。隨后將34.5克鈉在103℃下以0.2毫升/分鐘的速率連續(xù)泵入微反應(yīng)器中。壓力密封的進(jìn)料容器配有冷卻器，通過(guò)溢流閥從外部密封該冷卻器。在反應(yīng)過(guò)程中形成的氫氣通過(guò)該閥以受控方式排出，該閥在高于2.5巴的壓力下打開(kāi)。原料儲(chǔ)存容器、反應(yīng)器、管路和泵頭控溫至120℃。完成鈉的計(jì)量加料后，停止氫氣釋放并形成叔戊醚和叔戊醇鈉的30％溶液。
權(quán)利要求
1.一種制備堿金屬醇鹽的醇溶液的方法，包括將堿金屬與醇在微反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述堿金屬和所述醇以熔融或液體形式加料到所述微反應(yīng)器中并在所述微反應(yīng)器中相互連續(xù)混合和反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述堿金屬為鋰、鈉、鉀或鋰、鈉或鉀合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中所述醇為C1-C30醇，優(yōu)選C3-C30醇，尤其是C4-C30醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中至少一項(xiàng)的方法，其中所述醇為仲丁醇、叔丁醇、叔戊醇、3，7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇、3，7，11-三甲基-3，6，10-十二碳三烯-3-醇、3，7，11，15-四甲基-1-十六烯-3-醇或四氫芫荽醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中至少一項(xiàng)的方法，其中所述反應(yīng)在所述堿金屬、所述醇、和所述堿金屬醇鹽的所得溶液的熔點(diǎn)之上進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中至少一項(xiàng)的方法，其中所述反應(yīng)在25-250℃，優(yōu)選25-200℃下進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中至少一項(xiàng)的方法，其中利用一個(gè)或多個(gè)熱交換器使加入的液體在所述微反應(yīng)器中達(dá)到并保持在反應(yīng)溫度下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中至少一項(xiàng)的方法，其中所述液體在具有圓角的連續(xù)路徑中通過(guò)所述微反應(yīng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中至少一項(xiàng)的方法，其中濃度、流速和溫度通過(guò)集成在所述微反應(yīng)器中的傳感器和控制電路來(lái)收集并控制。
全文摘要
在微反應(yīng)器中使堿金屬與醇反應(yīng)。
文檔編號(hào)C07C33/02GK1333202SQ0112085
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2001年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者U·尼克爾, L·安弗多本, J·威伯, E·迪茨, J·帕茨拉夫 申請(qǐng)人:克拉里安特國(guó)際有限公司