一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法。所述方法按如下步驟進行：1、參數設置及輸入；2、原料液體及催化劑的輸入；3、混液及加熱加壓催化合成反應；4、降溫降壓處理；5、靜置分層；6、法尼基丙酮產品的輸送；7、催化劑的循環(huán)使用。該方法將分步反應合成法尼基丙酮的方法，改為一步反應合成，且能降低銠元素在有機相中的含量，該方法使反應中的催化劑反復循環(huán)使用，同時大大降低了貴金屬銠的流失，提高了催化效率，縮短了合成反應時間，使用該方法既能生產法尼基丙酮，還能生產縮合物中間體。
【專利說明】
一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及到化學合成領域，特別涉及到一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物 的方法。
【背景技術】
[0002] 異植物醇是生產維生素 E及維生素 K的中間體，目前全球的總需求量超過10萬噸。 異植物醇的分子結構特點是由四個異戊二烯首尾相連而構成的線形的雙萜類二十碳烯丙 醇，其分子結構式為
異植物醇的化學合成存在共同的特點，即使用合適的起始原料通過碳碳鍵形成的化學 反應或者重排反應逐步延長碳鏈，最后合成二十碳的異植物醇。例如，異植物醇可由法尼基 丙酮先全氫化得到的六氫法尼基丙酮，再經過格氏反應或乙炔化后再氫化的方法增加兩個 碳原子而合成，其化學反應式為：
根據不同的合成路線，可選擇使用的起始原料包括甲醛、丙酮、異丁烯、異戊二烯、異戊 醛等基礎化工原料以及源自植物提取的更高級的中間體，如芳樟醇、蒎烯、檸檬醛、月桂烯 或法尼烯等。
[0003] 實現碳碳鍵形成的反應包括格氏加成、乙炔加成、Carroll重排、丙酮加成、氫羰基 化反應以及金屬催化的丁二烯類化合物同活性亞甲基化合物的縮合反應等。
[0004] 其中，金屬催化的共輒丁二烯類化合物同活性亞甲基化合物的縮合反應是一類十 分重要的反應，其原子經濟性達到100%，是真正綠色清潔的化學轉化，其優(yōu)點包括：（1)可以 利用更高級的天然萜類化合物，如十五碳的法尼烯為原料，這樣只需增加五個碳就能合成 出目標分子，合成路線短，合成步驟少，設備投資少；（2)其反應條件相對溫和，無高溫高壓， 操作簡單，不使用劇毒有害原料和試劑；（3)使用水作為反應的溶劑，并且可以循環(huán)套用，收 率尚，污染少，等等。
[0005] 前Rh6ne_Poulenc公司的Didier More在專利US4460786中最早報道了共輒丁二稀 類化合物同活性亞甲基化合物的在銘催化劑下的縮合反應。再此之前，同為Rhane-Poulenc 公司的Emile Kuntz在專利US4142060中報道了水溶性膦配體的在兩相均相催化反應中的 應用。Didier More的反應中的關鍵點是：（1)在反應中使用基于金屬銠的催化劑，反應的選 擇性大大優(yōu)于EmiIe Kuntz所使用的鈀、鎳、鉬和鈷，使加成能選擇性地發(fā)生在共輒丁二稀 化合物最小位阻的碳原子上；（2)反應使用水或者水-低級醇混合溶劑和至少一種可溶于水 或者水-低級醇的膦配體；（3)反應結束后，降溫靜置分出與產品不互溶的催化體系循環(huán)套 用，降低帯仝屌銠的伸田成太_ 仆堂皮疝忒加T.
隨后，Didier More在專利US4621165中報道了含有約45%的法尼烯的異戊二烯三聚體 混合物同乙酰乙酸甲酯的銠催化縮合反應而分離三聚物異構體的方法，這一方法收率很 低，不具有工業(yè)使用的意義。
[0006]前Rh6ne_Poulenc公司的Pierre Chabardes在專利US5874636中報道了 月桂稀、法 尼烯及異戊二烯等共輒丁二烯類化合物同乙酰乙酸酯縮合，縮合產物在水的存在下脫羧制 備萜基丙酮的方法，其化學反應式如下：
2015年12月16日，W02015165959公開了BASF公司的Schelwies Mathias等遞交的法尼 烯和乙酰乙酸酯的反應通過加強分散效果而促進反應效率的方法。
[0007] 雖然銠催化的反應有其優(yōu)點，但是已公開的工藝中存在著許多在實際中應用時難 以克服的問題。例如，一次性投入的金屬銠的量大，反應周期長，金屬銠的流失，反應設備高 要求大投入，能耗高等等工業(yè)化應用中難以解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法。其目的一 為:通過連續(xù)催化反應系統(tǒng)使得水溶性的金屬銠催化相實現循環(huán)連續(xù)使用而，減少一次性 金屬銠的投料量和總使用量;其目的二為:連續(xù)催化反應由于裝置小型化或微型化，使得催 化反應的催化劑-底物比能夠很大提高，反應時間大大縮短；目的三為:連續(xù)催化反應能夠 實現縮合-脫羧一步合成，直接得到酮類化合物。
[0009] 為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為： 一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，所述方法按如下步驟進行： 1、參數設置及輸入:將反應溫度、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥和催化劑排 放閥的開啟和關閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； 2、 原料液體及催化劑的輸入:將含量為95-99%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，由 流速控制器設定流速，液體以流速為0.4-0.8L/min進入，將含量為95-99%乙酰乙酸酯原料 液由進液管經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為0.1-0.4L/min進入，催化劑原 料液由催化劑進液管經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為1.5-2.5L/min進入， 上述三種液體同時輸入至加熱設備的入口處； 3、 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟2中所述的三種液體，進入加熱設備后，在加熱 設備內進行液體混合，在液體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為 170-200 °C，反應壓力為0.1 _2MPa，其化學反應方程式為：
反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； 4、 降溫降壓處理:從步驟3中獲得的反應后生成的混合液體，由壓力控制閥進入換熱設 備中，將混合液的液體溫度降至10-40°C，壓力降至常壓； 5、 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑的混合液體經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備的頂部排出； 6、 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟5中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速控 制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； 7、 催化劑的循環(huán)使用:步驟5中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速控制 器設定流速為1.5-2.5L/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重新參 加反應。
[0010]所述催化劑為:銠催化劑、水溶性膦配體和共溶劑。
[0011]所述的水溶性膦配體為:三苯基膦三間磺酸鈉鹽、三苯基膦雙間磺酸鈉鹽、三苯基 膦單間磺酸鈉鹽或聯萘膦配體雙磺酸鈉鹽中的任意一種。
[0012] 所述的共溶劑為：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的任意一種，其中醇和水的比例為5-0.5 ： 1 〇
[0013] 所述的銠催化劑為（1，5_環(huán)辛二烯)氯化銠二聚體、氯二（乙烯基)銠(I)二聚體、羰 基乙酰丙酮(三苯基磷基)銠(1)、[1，4_雙(二苯基膦基)丁烷](1，5_環(huán)辛二烯)銠（I)四氟硼 酸鹽。
[0014] 所述的乙酰乙酸酯為：乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸丙酯、乙酰乙酸異 丙酯中的任意一種。
[0015] 本發(fā)明的積極效果為： 1、 該方法將以前分步反應合成法尼基丙酮的方法，改為一步反應合成法尼基丙酮，且 合成的法尼基丙酮能大大降低銠元素在有機相中的含量； 2、 該方法使反應中的催化劑反復循環(huán)使用，同時大大降低了貴金屬銠的流失，提高了 催化效率，縮短了合成反應時間； 3、 當系統(tǒng)內的反應溫度控制在80-160°C、反應壓力控制在0. l_2MPa時，使用該方法還 能生產縮合物中間體。
【附圖說明】
[0016] 圖1、連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物工藝流程框圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖1和實施例進一步對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0018] 實施例一 參見圖1 1、 參數設置及輸入:將反應溫度、反應時間、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥和 催化劑排放閥的開啟和關閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； 2、 原料液體及催化劑的輸入:將含量為97%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，由流速 控制器設定流速，液體以流速為0.4L/min進入，將含量為95%乙酰乙酸甲酯原料液由進液管 經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為0.3L/min進入，由（1，5-環(huán)辛二烯)氯化銠 二聚體、三苯基膦三間磺酸鈉鹽、水和甲醇構成的催化劑原料液由催化劑進液管經平流栗， 由流速控制器設定流速，液體以流速為1.5L/min進入，上述三種液體同時輸入至加熱設備 的入口處； 3、 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟2中所述的三種液體，進入加熱設備后，在加熱 設備內進行液體混合，在液體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為 170 °C，反應壓力為0.1 MPa，其化學反應方程式為：
反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； 4、 降溫降壓處理:從步驟3中獲得的反應后生成的混合液體，由壓力控制閥進入換熱設 備中，將混合液的液體溫度降至l〇°C，壓力降至常壓； 5、 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑的混合液體經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備頂部排出； 6、 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟5中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速控 制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； 7、 催化劑的循環(huán)使用:步驟5中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速控制 器按流速為1.5L/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重新參加反應。
[0019] 實施例二 參見圖1 1、 參數設置及輸入:將反應溫度、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥和催化劑排 放閥的開啟和關閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； 2、 原料液體及催化劑的輸入:將含量為95%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，由流速 控制器設定流速液體以流速為0.5L/min進入，將含量為97%乙酰乙酸乙酯原料液由進液管 經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為0.2L/min進入，由氯二（乙烯基)銘（I)二 聚體、三苯基膦雙間磺酸鈉鹽、水和乙醇構成的催化劑原料液由催化劑進液管經平流栗，由 流速控制器設定流速，液體以流速為1.7L/min進入，上述三種液體同時輸入至加熱設備的 入口處； 3、 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟2中所述的三種液體，進入加熱設備后，在既然 設備內進行液體混合，在液體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為 190 °C，反應壓力為1.5MPa，其化學反應方程式為：
反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； 4、 降溫降壓處理:從步驟3中獲得的反應后生成的混合液體，由壓力控制閥進入換熱設 備中，將混合液的液體溫度降至20°C，壓力降至常壓； 5、 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑的混合液體經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備頂部排出； 6、 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟5中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速控 制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； 7、催化劑的循環(huán)使用：步驟5中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速控 制器按流速為1.7L/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重新參加反 應。
[0020] 實施例三 參見圖1 1、 參數設置及輸入:將反應溫度、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥和催化劑排 放閥的開啟和關閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； 2、 原料液體及催化劑的輸入:將含量為98%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，由流速 控制器設定流速，液體以流速為〇.7L/min進入，將含量為98%乙酰乙酸丙酯原料液由進液管 經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為〇.3L/min進入，由羰基乙酰丙酮(三苯基 磷基)銠(I)、三苯基膦單間磺酸鈉鹽、水和丙醇構成的催化劑原料液由催化劑進液管經平 流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為2. OL/min進入，上述三種液體同時輸入至加熱 設備的入口處； 3、 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟2中所述的三種液體，進入加熱設備后，在加熱 設備內進行液體混合，在液體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為 180 °C，反應壓力為0.9MPa，其化學反應方程式為：
反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； 4、 降溫降壓處理:從步驟3中獲得的反應后生成的混合液，由壓力控制閥進入換熱設備 中，將混合液的液體溫度降至30°C，壓力降至常壓； 5、 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑的混合液體經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備頂部排出； 6、 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟5中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速控 制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； 7、 催化劑的循環(huán)使用:步驟5中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速控制 器按流速為2. OL/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重新參加反應。
[0021]實施例四 參見圖1 1、 參數設置及輸入:將反應溫度、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥和催化劑排 放閥的開啟和關閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； 2、 原料液體及催化劑的輸入:將含量為99%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，由流速 控制器設定流速液體以流速為〇.8L/min進入，將含量為99%乙酰乙酸異丙酯原料液由進液 管經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為0.4L/min進入，由[1，4_雙（二苯基膦 基)丁烷](1，5_環(huán)辛二烯)銠(I)四氟硼酸鹽、聯萘膦配體雙磺酸鈉鹽、水和異丙醇構成的催 化劑原料液由催化劑進液管經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為2.5L/min進 入，上述三種液體同時輸入至加熱設備的入口處； 3、 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟2中所述的三種液體，進入加熱設備后，在加熱 設備內進行液體混合，在液體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為 200°C，反應壓力為2MPa，其化學反應方程式為：
反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； 4、 降溫降壓處理:從步驟3中獲得的反應后生成的混合液體，由壓力控制閥進入換熱設 備中，將混合液的液體溫度降至40°C，壓力降至常壓； 5、 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑的混合液體經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備頂部排出； 6、 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟5中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速控 制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； 7、 催化劑的循環(huán)使用:步驟5中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速控制 器按流速為2.5L/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重新參加反應。 [0022]實例檢測結果：
配樣:加1滴反應液到小瓶中，用4ml乙腈溶解，取出3ml后再稀釋至4ml，再重復一次稀 釋操作后可進樣。
[0023]定量:用適量大小容量瓶稱取標樣(按0.5mg/ml) 銠含量檢測采用原子吸收光譜外標法：
以上所述僅是發(fā)明的非限定實施方式，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本 發(fā)明創(chuàng)造構思和不作出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以做出若干變形和改進的實施例，這些 都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述方法按如下步驟 進行： (1) 參數設置及輸入:將反應溫度、反應壓力、換熱溫度和壓力、壓力控制閥的開啟和關 閉時間、流速控制器的液體流速值的各種數值，輸入到操作臺內； (2) 原料液體及催化劑的輸入:將含量為95-99%的法尼烯原料液由進液管經平流栗，流 速控制器設定流速，液體以流速為0.4-0.8L/min進入，將含量為95-99%乙酰乙酸酯原料液 由進液管經平流栗，由流速控制器設定流速，液體以流速為0.1-0.4L/min進入，催化劑原料 液由催化劑進液管經平流栗，流速控制器設定流速，液體以流速為1.5-2.5L/min進入，上述 三種液體同時輸入至加熱設備入口處； (3) 混液及加熱加壓催化合成反應:步驟(2)中所述的三種液體，進入加熱設備后，在液 體混合的同時按下列條件進行催化合成反應，此時反應溫度為170-200°C，反應壓力為0.1-2MPa，其化學反應方程式為：反應后生成的混合液體從加熱設備出口處輸出； (4) 降溫降壓處理:從步驟(3)中獲得的反應后生成的混合液體，由壓力控制閥進入換 熱設備中，將混合液體的液體溫度降至10-40°C，壓力降至常壓； (5) 靜置分層:降溫降壓后的法尼基丙酮和催化劑混合液體，經壓力控制閥進入靜置設 備中，進行靜置分層處理，分層后靜置設備的上層為法尼基丙酮液體產品，下層為催化劑液 體，反應產生的二氧化碳氣體從靜置設備頂部排出； (6) 法尼基丙酮產品的輸送:將步驟(5)中獲得的法尼基丙酮液體產品經平流栗和流速 控制器，通過出液管輸送至產品儲罐中； (7) 催化劑的循環(huán)使用：步驟(5)中獲得催化劑液體經催化劑排放閥和平流栗，由流速 控制器設定流速為1.5-2.5L/min，通過催化劑進液管重新輸送到加熱設備的入口處，并重 新參加反應。2. 根據權利要求1所述的連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述 催化劑為:銠催化劑、水溶性膦配體和共溶劑。3. 根據權利要求1所述的連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述 的水溶性膦配體為:三苯基膦三間磺酸鈉鹽、三苯基膦雙間磺酸鈉鹽、三苯基膦單間磺酸鈉 鹽或聯萘膦配體雙磺酸鈉鹽中的任意一種。4. 根據權利要求1所述的連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述 的共溶劑為：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的任意一種，其中醇和水的比例為5-0.5:1。5. 根據權利要求1所述的連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述 的銠催化劑為（1，5_環(huán)辛二烯)氯化銠二聚體、氯二（乙烯基)銠（I)二聚體、羰基乙酰丙酮 (三苯基磷基)銠(1)、[1，4_雙(二苯基膦基)丁烷](1，5_環(huán)辛二烯)銠(I)四氟硼酸鹽。6. 根據權利要求1所述的連續(xù)循環(huán)催化反應合成酮類化合物的方法，其特征在于:所述 的乙酰乙酸酯為：乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸丙酯、乙酰乙酸異丙酯中的任意 一種。
【文檔編號】C07C45/68GK105859534SQ201610212113
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】代齊敏, 鄭由滸, 陳強, 姚亮, 周顯亮, 劉鵬
【申請人】能特科技有限公司