专利名称：3,3－二甲基丁醛的制备方法
3, 3-二甲基丁醛的制备方法本申请是2000年6月29日提交的中国专利申请200810005724.X的分案申请。中国专利申请200810005724.X是中国专利申请00809749.6 (PCT/US00/17946)的分案申请。
背景技术：
本发明涉及3，3- 二甲基丁醛的制备方法，更具体地涉及制备3，3- 二甲基丁醛及其前体的改进的方法。Nofre等的美国专利5480668描述了人造甜味剂，其包含天冬甜素的N-取代衍生物。Nofre所述的优选例子是N-[N-(3，3_ 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]_L_苯基丙氨酸1-甲基酯。该文献中还描述了该产品可以通过3，3- 二甲基丁醛与天冬甜素和还原剂例如氰基硼氢化钠在溶剂介质例如甲醇中反应来制备。Nofre等的美国专利5510508和Prakash的美国专利5728862描述了通过还原烷基化反应来制备N- [N- (3，3- 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1_甲基酯，包括席夫碱的催化氢化反应，席夫碱通过3，3- 二甲基丁醛与天冬甜素的缩合反应来制备。为了促进N- [N- (3，3- 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1_甲基酯的生产，在本领域需要一种改进和经济的制备3，3-二甲基丁醛中间体的方法。目前，3，3-二甲基丁醛可以从商业获得，但其量有限，且价格昂贵。目前可行的生产方法通常不能提供满意的收率，或不能生产具有足够纯度的基本不含副产物例如叔丁基乙酸的醛中间体。最近，已开发了改进的方法，但是仍然需要更令人满意的3，3- 二甲基丁醛的工业生产方法。Prakash等的美国专利5856584描述了一种由3，3_ 二甲基丁醇的氧化反应制备3，3- 二甲基丁醛的方法。在该方法中所用的氧化组分包括氧化金属氧化物或2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧基自由基和氧 化剂例如次氯酸钠。通过金属氧化物进行的氧化反应可以使3，3- 二甲基丁醇在含有惰性载体气体的气相中与氧化金属氧化物接触来进行。通过2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧基自由基和次氯酸钠进行的氧化反应可以在溶剂体系中进行。Slaugh的美国专利4891446描述了一种具有5_20个、优选7_18个碳原子的饱和伯醇的催化脱氢方法。使该醇通过在立式塔或水平管式反应器中的黄铜颗粒固定床。尽管氢气是反应的产物，但将额外的氢气引入反应器中以便得到良好的催化剂寿命或稳定性。具体的操作实施例是c9、C13和C15醇的脱氢反应。Gulkova等在“在氧化锌-氧化铬催化剂上的取代醇向醛的脱氢反应”，Collect.Czech.Chem.Commun.,第57卷，2215-2226 M (1992)中报告了通过在固体催化剂上进行脱氢由十六种伯醇得到相应的醛。所实验的基质是3，3_ 二甲基丁醇。该文献报告了 3，3_ 二甲基丁醇基质的脱氢反应的特定速率常数信息，但并未描述该基质转化成3，3- 二甲基丁醛的特定条件。Banthorpe等在“消除反应的机理，第XX部分，在双分子烯烃消除反应中的位阻应力的非本质性”，T.C.S.,1960,4084-4087页中描沭了 3，3-二甲基丁醇向3，3-二甲基丁醛的脱氢反应，其中3，3_ 二甲基丁醇被蒸入含有浮石载附的亚铬酸铜催化剂的垂直管中，并通过回流冷凝器收集。在反应40分钟后该催化剂被还原，并通过于320°C在空气流中暴露2小时来再生。当3，3-二甲基丁醛衍生自3，3-二甲基丁醇时，提供满意的制备醛的工业方法时还要求选择和/或开发经济有效的制备醇的方法。Hoffman等的美国专利3754052描述了异丁烯、乙烯与硫酸在异丁烷存在下反应制备在异丁烷中的3，3-二甲基丁醇的硫酸酯。除去未反应的乙烯，并于>25°C用异丁烷使硫酸酯烷基化以制备3，3- 二甲基丁烷。Wiese的美国专利2660602描述了通过乙烯、烯烃共反应剂和硫酸制备支化的伯硫酸酯的方法，特别是包括3，3-二甲基丁基氢硫酸酯的制备，其中烯烃共反应剂是异丁烯。该反应通过同时使强硫酸与乙烯和共反应剂接触、优选冷接触来进行。保持了乙烯对共反应剂的高比率。烃稀释剂优选存在于反应区中，特别是当使用低分子量共反应剂，即小于C12时。该文献公开了 3，3- 二甲基丁基一氢硫酸酯水解成3，3- 二甲基丁醇，并进一步暗示制备该醇的乙酸酯，据述该酯用作清漆溶剂。Wiese等还建议通过邻苯二甲酸酐与支链醇的酯化反应制备邻苯二甲酸二辛酯增塑剂。已描述了这样的反应，其中羧酸和酯被强还原剂例如常用的氢化铝锂还原成醇。这种反应必须小心操作，因为还原剂的反应性高。Tournal of Organic Chemistry,第46卷(1981) ,2579-2581页公开了羧酸酰胺可以通过混合硼氢化钠和甲磺酸和二甲基硫醚(DMSO)而被还原成相应的胺。其中还公开了乙酸和苯基乙酸可以在相似的条件下被还原成相应的醇。但是，该文献未暗示将其它酸还原成相应的醇。硼氢化钠是常用的还原剂，且能较安全地操作，但一般不认为其适用于还原羧酸酯基团，因为其还原能力一般。Journal of the American Chemical Society,第 73 卷,(1951) 555 页公开了1-氯-3，3-二甲基丁烷与碳酸钾在密闭体系中水解，以65%收率生成3，3_二甲基丁醇。由于在反应中产生二氧化碳，所以该方法需要在高压下操作以避免汽提出含水相。
发明概述 所以本发明的目的是提供一种制备3，3- 二甲基丁醛的方法；提供使用可行和价廉的原料来实施该方法；提供用于3，3- 二甲基丁醛的中间体的生产方法；提供在3，3- 二甲基丁醛和/或其中间体的制备中获得高收率的方法；提供制备3，3-二甲基丁醇的方法；提供制备3，3-二甲基丁醇的方法和其作为转化成3，3-二甲基丁醛的基质的用途；提供制备3，3- 二甲基丁醇和在不需要实质上精制3，3- 二甲基丁醇的情况下将其转化成3，3- 二甲基丁醛的方法；提供制备3，3- 二甲基丁醛的方法，该方法不需要生成卤化物副产物或杂质；提供生产3，3- 二甲基丁醇和3，3- 二甲基丁醛的方法，该方法可通过可接受的投资和操作成本来实施；和提供生产3，3_ 二甲基丁醛的方法和将其用于制备N-[N-(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1-甲基酯(下文中称作“丙氨酸酯”)的用途。所以简而言之，本发明涉及3，3-二甲基丁醛的制备方法。3，3-二甲基丁醇的酯通过使异丁烯、乙烯和无机酸反应来制备。该酯被水解以制备3，3_ 二甲基丁醇；并将该醇转化成3，3-二甲基丁醛。本发明进一步涉及3，3- 二甲基丁醛的制备方法，包括使3，3- 二甲基丁醇与用于将醇脱氢成相应醛的催化剂接触，在任何催化剂再生反应的间歇之前，转化率至少为5摩尔二甲基丁醛/摩尔催化剂活性相。本发明进一步包括3，3-二甲基丁醇的制备方法，其中将含有3，3-二甲基丁酯和无机酸的水解进料混合物在水的存在下加热，从而水解该酯并制备含有3，3- 二甲基丁醇的水解反应混合物。将由水解形成的3，3_ 二甲基丁醇从水解反应混合物中蒸馏出来。本发明进一步涉及3，3-二甲基丁醛的制备方法，其中使含有3，3-二甲基丁醇和惰性气体的气相与脱氢催化剂接触，以制备含有3，3- 二甲基丁醛的脱氢反应产物气体，在任何催化剂再生反应的间歇之前，转化率至少为5摩尔二甲基丁醛/摩尔催化剂活性相。从脱氢反应混合物中回收3，3-二甲基丁醛。本发明进一步涉及3，3-二甲基丁醛的制备方法，其中制备含有颗粒脱氢催化剂和3，3- 二甲基丁醇的淤浆，和通过在该淤浆中的催化脱氢反应将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3_ 二甲基丁醛。制备了含有催化剂和3，3_ 二甲基丁醛的脱氢反应产物淤浆。从脱氢反应产物淤浆中回收3，3- 二甲基丁醛。本发明进一步包括3，3-二甲基丁醛的制备方法，其中使3，3-二甲基丁酸或其酯与还原剂接触，从而制备3，3- 二甲基丁醇。将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。本发明还涉及一种3，3- 二甲基丁醛的制备方法，其中将选自1-氯_3，3- 二甲基丁烷和1-溴_3，3- 二甲基丁烷的基质进行水解以制备3，3- 二甲基丁醇。将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3-二甲基丁醛。本发明还涉及一种3，3-二甲基丁醛的制备方法，其中3，3-二甲基丁醛如下制备:使1-卤代_3，3-二甲基丁烷或1-酰氧基_3，3-二甲基丁烷在碱的存在下进行水解；和将3，3-二甲基丁醇转化成3，3-二甲基丁醛。本发明还涉及一种制备3，3-二甲基丁醇的方法，其中I，2-环氧基-3，3-二甲基丁烷氧化物被还原成3，3- 二甲基丁醇，和将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。本发明还涉及一种制备3，3_ 二甲基丁醛的方法，其中使叔丁基有机金属化合物与环氧乙烷反应形成3，3- 二甲基丁醇，和将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。本发明进一步涉及一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，其中使3，3-二甲基丁醇与用于将醇脱氢成相应醛的催化剂接触，该催化剂基本上对人体无毒。其它目的和特征将是从以下描述表现出来。附图简沭
图1是在图中所示条件下进行的实施例2所述组合烷基化反应/酯化反应和水解反应的烷基化反应/酯化反应期间，3，3- 二甲基丁醇的总收率和基于硫酸、乙烯和异丁烯的收率与反应物添加时间的关系曲线；图2是在图中所示其它固定条件下进行的实施例2所述组合烷基化反应/酯化反应和水解反应的烷基化反应/酯化反应期间，基于异丁烯、乙烯(已反应的)、乙烯(进料的)和硫酸的3，3_ 二甲基丁醇收率与乙烯压力的关系曲线；图3是在图中所示其它固定条件下进行的实施例2所述组合烷基化反应/酯化反应和水解反应的烷基化反应/酯化反应期间，在不同乙烯压力下，累积乙烯吸收量与时间的关系曲线；图4是在实施例6所述的3，3- 二甲基丁醇进行固定床催化脱氢反应转化成3，3-二甲基丁醛期间，选择性与时间的关系曲线；图5是在实施例7的48 小时脱氢实验期间，在3，3_ 二甲基丁醇向3，3_ 二甲基丁醛的催化脱氢反应中，3，3- 二甲基丁醛的含量、3，3- 二甲基丁醇的含量、转化率和选择性与时间的关系曲线；图6是在实施例7的48小时实验操作期间，脱氢反应气体中的杂质含量与时间的关系曲线；图1是本发明制备3，3_ 二甲基丁醛的全过程的流程图；图8是本发明连续制备3，3-二甲基丁醇的全过程的实施方案的工艺设备和流程图；图9是3，3- 二甲基丁醇向3，3- 二甲基丁醛的催化脱氢反应的实施方案的工艺设备和流程图；图10是另一个催化脱氢反应的实施方案的工艺设备和流程图。在这些图中,相应的参考符号表示相应的部件。优选实施方案的描述根据本发明，已开发了制备3，3_二甲基丁醇、3，3_二甲基丁醛和N-[N_(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1-甲基酯(丙氨酸酯)的有利方法。在包括制备3，3- 二甲基丁醇初始步骤的烷基化反应和酯化反应中，使异丁烯、乙烯和无机酸进行反应以制备含有3，3-二甲基丁醇和无机酸的酯的混合物。例如，用硫酸作为无机酸，单酯和二酯通常按照以下反应来制备:
权利要求
1.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 通过使异丁烯、乙烯和无机酸反应来制备3，3-二甲基丁醇的酯； 水解所述酯以制备3，3- 二甲基丁醇；和 将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
2.一种制备3，3- 二甲基丁醛的方法，包括使3，3- 二甲基丁醇与用于将醇脱氢转化成相应醛的催化剂接触，其中在任何催化剂再生反应的间歇之前，转化率至少为5摩尔3，3- 二甲基丁醛/摩尔催化剂活性相。
3.一种制备3，3-二甲基丁醇的方法，包括 将含有3，3- 二甲基丁酯和无机酸的水解进料混合物在水的存在下加热，从而水解该酯并制备含有3，3- 二甲基丁醇的水解反应混合物；和 将由水解形成的3，3- 二甲基丁醇从水解反应混合物中蒸馏出来。
4.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使含有3，3- 二甲基丁醇和惰性气体的气相与脱氢催化剂接触，以制备含有3，3- 二甲基丁醛的脱氢反应产物气体，在任何催化剂再生反应的间歇之前，转化率至少为约5摩尔3，3- 二甲基丁醇/摩尔催化剂活性相；和从脱氢反应产物中回收3，3-二甲基丁醛。
5.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 制备含有颗粒脱氢催化剂和3，3- 二甲基丁醇的淤浆； 通过在所述淤浆中的催化脱氢反应将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛，从而制得含有所述催化剂和3，3- 二甲基丁醛的脱氢反应产物淤浆； 从脱氢反应产物淤浆中回收3，3- 二甲基丁醛。
6.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使3，3- 二甲基丁酸或其酯与还原剂接触，从而制备3，3- 二甲基丁醇；和 将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
7.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 将选自1_氯_3，3- 二甲基丁烧、1-溴-3，3- 二甲基丁烧和1-碘-3，3- 二甲基丁烧的基质进行水解以制备3，3- 二甲基丁醇；和 将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
8.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 制备3，3-二甲基丁醇，其中3，3-二甲基丁醇的制备包括使1-卤代-3，3-二甲基丁烷或1-酰氧基_3，3- 二甲基丁烷在碱的存在下进行水解；和将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
9.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 将1，2-环氧基-3，3- 二甲基丁烷氧化物还原成3，3- 二甲基丁醇；和 将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
10.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使叔丁基有机金属化合物与环氧乙烷反应形成3，3- 二甲基丁醇；和 将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛。
11.一种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括使3，3-二甲基丁醇与用于将醇脱氢转化成相应醛的催化剂接触，所述催化剂对人体基本上无毒。
12.—种制备3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使3，3- 二甲基丁酸或其酯与还原催化剂接触，从而生成3，3- 二甲基丁醇；和将3，3- 二甲基丁醇转化成3，3- 二甲基丁醛，其中3，3- 二甲基丁醇与用于将该醇氧化成3，3- 二甲基丁醛的氧化剂接触，且所述氧化剂包括能将醇化学计量氧化成相应醛的氧化 铜。
全文摘要
由3，3-二甲基丁醇制备3，3-二甲基丁醛。中间体3，3-二甲基丁醇通过使乙烯、异丁烯和无机酸反应以制备3，3-二甲基丁基酯，然后该酯被水解成醇来制备。水解步骤通过反应性蒸馏来进行。或者，由通过相应羧酸或1，2-环氧基-3，3-二甲基丁烷的还原或通过1-卤代-3，3-二甲基丁烷的水解制得的3，3-二甲基丁醇来制备3，3-二甲基丁醛。固定床气相和搅拌釜液相方法用于通过催化脱氢将3，3-二甲基丁醇转化成3，3-二甲基丁醛。
文档编号C07K5/072GK103073402SQ20121047069
公开日2013年5月1日 申请日期2000年6月29日 优先权日1999年7月2日
发明者J·R·艾博纳, Z·郭, A·赫施曼, L·M·克莱恩, W·D·麦格西, M·D·帕斯特, I·帕拉卡施 申请人:纳特拉斯维特公司