专利名称：连续加氢方法
技术领域：
本发明涉及一种α-酮羰基化合物对映选择性加氢的连续方法。
具体地说，本发明涉及一种α-酮酯和α-酮内酯对映选择性加氢的连续方法。
美国专利US4329487描述了一种α-酮酯不对称加氢的方法，该方法包括将α-酮酯在用金鸡纳生物碱溶液改性的铂-氧化铝催化剂存在下，进行不对称加氢反应，其中金鸡纳生物碱选自奎宁、奎尼定、辛可尼定、辛可宁中的至少一种。
根据美国专利US4329487，α-酮酯在压力容器如高压釜中，以间歇法进行反应。
A．Baiker等在Journal of Catalysis，176，569-571，(1998)中研究并描述了酮泛内酯(ketopantolactone)在经辛可尼定改性的铂-氧化铝催化剂的作用下，以间歇法进行的加氢反应。
日本专利公告J62158268描述了α-酮内酯在经金鸡纳生物碱溶液改性的铂-碳催化剂存在下，以间歇过程进行的不对称加氢反应，其中金鸡纳生物碱选自奎宁、辛可宁或辛可尼定中的至少一种。催化剂的制备包括例如将0．5克5％Pt／C与40毫升1％辛可尼定／乙醇混合，并回流所述混合物3小时，催化剂经离心分离。催化剂与诸如酮泛内酯在苯中的混合物经高压釜处理，得到D-泛内酯(pantolactone)。反应温度为约10～约100℃，优选是约室温。氢气压力为常压至约100kg／cm2，优选60kg／cm2。
间歇法的缺点在于反应与固-液分离需要巨大的反应器体积。间歇法的另一个缺点在于需要搅拌器，从而引起催化剂颗粒的机械磨损。[M．Garland，H．P．Jalett和H．U．Blaser，Stud．Surf．Sci．Catal．59(1991)177]。
本发明的目的在于提供一种克服上述缺点的方法，同时保留间歇法较高的对映选择性的特点。
现已发现可以连续地进行α-酮羰基化合物的加氢反应。
因此，本发明涉及一种含有或由α-酮羰基化合物组成的底物的催化加氢的连续方法，该方法包括以下步骤
(ⅰ)在反应器中，将底物与氢气在改性铂催化剂存在下接触，任意地在溶剂存在下，更任意地在超临界共溶剂存在下，温度为约-20℃～约100℃，压力为约2巴～约150巴，使所述的α-酮羰基化合物转化为相应的α-羟基羰基化合物；(ⅱ)连续地向反应器中通入所述的底物，该底物任选含有改性剂；(ⅲ)连续地向反应器中通入氢气；(ⅳ)连续地从反应器中排出反应产物；以及(ⅴ)从反应产物中回收α-羟基羰基化合物。
此处所用的术语“底物”是指固体α-酮羰基化合物的溶液或液体α-酮羰基化合物。如果合适的话，液体α-酮羰基化合物可与溶剂混合。
此处所用的术语“α-酮羰基化合物”是指α-酮内酯，如α-酮泛内酯，或指α-酮酯，如α(C1-C6)烷基酮丙酸的酯，或α-芳基酮丙酸的酯。α(C1-C6)烷基酮丙酸酯的实例为丙酮酸乙酯(CH3COCOOC2H5)。α-芳基酮丙酸酯的实例为苯甲酰甲酸乙酯(苯基-COCOOC2H5)。
优选的固体α-酮羰基化合物为α-酮泛内酯，优选的液体α-酮羰基化合物为丙酮酸乙酯。
能溶解固体α-酮羰基化合物的合适溶剂包括有机溶剂和有机溶剂与水的混合物。
能与液体α-酮羰基化合物相混的合适溶剂包括有机溶剂、超临界溶剂和有机溶剂与水的混合物。
合适的有机溶剂包括芳族溶剂如甲苯、苯、枯烯；脂族溶剂如己烷、环己烷、戊烷、环戊烷、二乙醚、四氢呋喃、乙酸、醇、丙酮、甲酰胺及其混合物。优选的醇为例如乙醇或丙醇。优选的甲酰胺为例如二甲基甲酰胺。
加入少量(0．1～5重量％)的羧酸(例如乙酸、三氟乙酸)或胺(例如三乙胺、喹啉)也是有用的。
溶剂的选择并不是关键的。任何能溶解α-酮羰基化合物的溶剂均能用于本发明。如果存在溶剂，反应优选在超临界状态下进行。
用于超临界状态下进行反应的合适的溶剂或共溶剂选自甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、六氟化硫、氯化和氟化溶剂等。
此处所用的术语“铂催化剂”是指沉积在不同载体上的金属铂，其中载体诸如炭黑、碳酸钙，活性氧化铝、二氧化硅或沸石。这些催化剂均为众所周知的，并可商购得到。合适的催化剂含有约0．5重量％～约10重量％的铂。例如一种含有5重量％的沉积在氧化铝上的铂的催化剂由Engelhard Corp．以代码4759出售。这种催化剂装于固定床反应器中。超过5重量％铂的金属填料可能要求用惰性颗粒来稀释催化剂床。
此处所用的术语“改性铂催化剂”是指将铂催化剂与金鸡纳生物碱或其衍生物、2-羟基-2-芳基-乙胺或其衍生物、1-芳基-乙胺或其衍生物的溶液接触进行改性的铂催化剂。
合适的金鸡纳生物碱为例如奎宁、加氢奎宁、辛可尼定、10-11-二氢辛可尼定、邻-甲基-辛可尼定、10-11-二氢-邻-甲基-辛可尼定表奎尼定、表辛可尼定(epicinchonidine)、辛可宁、表辛可宁(epicinchonine)、表奎宁、氢化奎尼定、4-氯苯甲酸酯-表奎宁或4-氯苯甲酸酯-表辛可宁。优选辛可尼定和二氢辛可尼定。
2-羟基-2-芳基乙胺或其衍生物的实例为2-(1-吡咯烷基)-1-(1-萘基)-乙醇、2-(1-吡咯烷基)-1-(4-氮杂萘基)乙醇和2-(1-(N，N-二甲基)氨基)-1-(1-萘基)乙醇。
1-芳基乙胺及其衍生物的例子为1-(1-萘基)-乙胺、1-(1-萘基)-(N-甲基)-乙胺、1-(1-萘基)-(N-丙基)-乙胺和N-[1’-(1-萘基)乙基]-2-氨基丙酸乙酯。
所有改性剂均为胺类碱。它们可以游离碱或与酸形成盐的形式使用，其中酸诸如HCl、HClO4、CF3COOH等。一种可市购的改性剂为辛可尼定盐酸盐。
改性剂可在加氢反应前加至底物中，由此在铂催化剂流经反应器时得到改性，或者，在将催化剂装入反应器之前，将铂催化剂浸渍于改性剂溶液中来对铂催化剂进行改性。优选在加氢反应开始之前将改性剂加至底物中。
改性剂通常以溶液形式加入。任何能溶解改性剂的有机溶剂均可加入，例如上述定义的有机溶剂。优选用同种溶剂来溶解改性剂和α-酮羰基化合物。
对于反应器大小没有限制，只要能保证充分的热交换。合适的反应器由一个1～40毫升的、可用电加热带加热或用冷却夹套来冷却的不锈钢或铬镍铁合金管道组成。以热电偶来测量管中心温度。根据反应器体积，催化剂床含有例如，约0．1～约20克催化剂。然而，可以使用其它类型或大小的适于进行连续加氢反应的反应器。
在该方法的最后，反应产物从反应器中排出，并通过现有技术中熟知的方法诸如结晶或蒸馏回收α-酮羰基化合物。
现在，本发明将以下图来说明。
图1为以加氢反应装置简图形式所示的本发明一个实施方案的流程图。先将固体α-酮羰基化合物溶于有机溶剂中，形成底物，将改性剂加入到底物中。实施例1和2为根据图1进行的加氢反应过程。
本方法通常开始于在容器(1)中溶解α-酮羰基化合物和改性剂。得到的溶液中含有约0．1重量％～约100重量％的α-酮羰基化合物和约1·10-5重量％～约0．5重量％的改性剂。
在反应温度开始质量流，例如实施例1和2中所用的分别为17℃和20℃。上述含α-酮羰基化合物和改性剂的溶液泵入固定床反应器(2)中，并与氢气接触开始加氢反应。在进行催化前，反应器先以氮气冲扫。
随后，容器(1)中的内含物连续泵入固定床反应器中。溶液流速优选为约0．1～约50毫升／分钟。优选α-酮羰基化合物的流量为2．10-5～2．10-2摩尔／克催化剂／分钟。更优选溶液流速为约2．5～约10毫升／分钟，α-酮羰基化合物的流量为约2·10-4～约3·10-3摩尔／克催化剂／分钟。
改性剂的流速优选为约2·10-9～约2·10-4摩尔／克催化剂／分钟，更优选为约2·10-8～约7·10-6摩尔／克催化剂／分钟。
氢气通过包括一个压缩机(4)和压力控制系统(5)的流送管(3)不断注入固定床反应器中。惰性气体，例如氮气，经管线(7)注入反应器(2)中。
进入反应器的氢气流速由转子流量计来计量与监控。合适的氢气流速为约0．0001摩尔／分钟(2．4毫升／分钟)～约1摩尔／分钟(24000毫升／分钟)，以及约5·10-6～约10摩尔／克催化剂／分钟。
加氢反应过程可在约-20℃～约100℃相对较低的温度下进行，优选温度范围为约-10℃～约50℃，最优选的温度范围是约0℃～约20℃。
压力适当地调至约2巴～约150巴，优选约40巴～约100巴。
加氢反应区的流出物经两步膨胀组件(6)后流至分离器，在其中回收α-羟基羰基化合物。
图2为以加氢反应装置简图形式表示的本发明另一个实施方案的流程图。反应器装有超临界溶剂。实施例3和4为根据图2进行的加氢反应。
本方法开始于在容器(1)中溶解α-酮羰基化合物和改性剂，或将含改性剂的溶液加至液体α-酮羰基化合物中。所得溶液的浓度如下约0．1重量％～约100重量％的α-酮羰基化合物和约1·10-6重量％～约0．5重量％的改性剂。
反应器(2)通过含一个压缩机(4)和压力控制系统(5)的流送管(3)来装入超临界溶剂。
在反应温度，如实施例3和4分别所用的为50℃和36℃下，有机相开始流动。上述溶液泵入固定床反应器(2)中，并与氢气接触开始加氢反应。
随后将容器(1)中的内含物以与图1所示的方法相同的溶液流速连续泵入固定床反应器中。
超临界共溶剂的流速优选为约50毫升／分钟～5000毫升／分钟。
使用液体α-酮羰基化合物时，所用的超临界共溶剂的流速为约50毫升／分钟～约5000毫升／分钟。
改性剂的流速优选为约2·10-11～约2·10-4摩尔／克催化剂／分钟。
氢气经包括压力控制系统的流送管(7)连续注入固定床反应器中。进入反应器的氢气流速由转子流量计来计量与监控。
合速的氢气流速为约0．0001摩尔／分钟(2．4毫升／分钟)～约1摩尔／分钟(24000毫升／分钟)，以及约5·10-6～约10摩尔／克催化剂／分钟。
加氢反应可在约-20℃～约100℃相对较低的温度下进行，优选温度范围为30℃～60℃，最优选温度范围是约35℃～约50℃。压力适当地调至约2巴～约150巴，优选约40巴～约100巴。
为了更全面地证明本发明的优点，进行了下列实施例，在这些实施例中，使用体积为38毫升的固定床反应器。
权利要求
1．一种含有或由α-酮羰基化合物组成的底物催化加氢的连续方法，包括以下步骤(ⅰ)在改性铂催化剂存在下，任选在溶剂存在下，更任选在超临界共溶剂存在下，在温度为约-20℃～约100℃，压力为约2巴～约150巴，将底物与氢气在反应器中接触，使所述的α-酮羰基化合物转化为相应的α-羟基羰基化合物；(ⅱ)连续地向反应器中通入所述的底物，底物任选地含有改性剂；(ⅲ)连续地向反应器中通入氢气；(ⅳ)连续地从反应器中排出反应产物；以及(ⅴ)从反应产物中回收α-羟基羰基化合物。
2．如权利要求1所述的方法，其中底物为液体α-酮羰基化合物或固体α-酮羰基化合物的溶液。
3．如权利要求2所述的方法，其中液体α-酮羰基化合物为丙酮酸乙酯，固体α-酮羰基化合物为α-酮泛内酯。
4．如权利要求1-3之一所述的方法，其中固体α-酮羰基化合物溶于有机溶剂或有机溶剂的混合物，或有机溶剂与水的混合物中。
5．如权利要求1-3之一所述的方法，其中液体α-酮羰基化合物与有机溶剂或有机溶剂的混合物，或有机溶剂与水的混合物相混合。
6．如权利要求4和5所述的方法，其中有机溶剂为甲苯、苯、枯烯、己烷、环己烷、戊烷、环戊烷、二乙醚、四氢呋喃、乙酸、乙醇、丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺及其混合物。
7．如权利要求1和5所述的方法，其中溶剂或共溶剂为甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳和六氟化硫。
8．如权利要求1-7之一所述的方法，其中底物含有改性剂。
9．如权利要求1-8之一所述的方法，其中改性的铂催化剂为沉积在炭黑、碳酸钙、活化氧化铝、二氧化硅或沸石上的铂，并通过铂催化剂与金鸡纳-生物碱或其衍生物、2-羟基-2-芳基-乙胺或其衍生物、1-芳基乙胺或其衍生物的溶液接触而得到改性。
10．如权利要求9所述的方法，其中改性的铂催化剂含有约0．5重量％～约10重量％的沉积在氧化铝上的铂，并通过铂催化剂与辛可尼定或二氢辛可尼定溶液接触而得到改性。
11．如权利要求1-10之一所述的方法，其中底物溶液含有约0．1重量％～约100重量％的α-酮羰基化合物和约1．10-6重量％～约0．5重量％的改性剂。
12．如权利要求1-11之一所述的方法，其中加氢反应在温度为约-10℃～约50℃，优选约0℃～约20℃，压力为约40巴～约100巴、没有超临界共溶剂的条件下进行。
全文摘要
本发明涉及一种α－酮羰基化合物如α－酮酯和α－酮内酯对映选择性催化加氢制备α－羟基羰基化合物的连续方法。
文档编号C07D307/33GK1290685SQ0011889
公开日2001年4月11日 申请日期2000年6月22日 优先权日1999年6月23日
发明者阿方斯·贝克, 尼克劳斯·金兹利, 塔马斯·马拉特 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司