本发明属于化学化工
技术领域：
，具体涉及一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法。
背景技术：
：羟基新戊酸是一种非常有价值的化工产品，是化工生产中重要的中间体。在农药、医药、染料、制革助剂生产等方面有着广泛的应用。目前，工业生产羟基新戊酸的方法主要有以下几种：1、羟基新戊醛在浓碱作用下发生自身歧化反应，产生羟基特戊酸和新戊二醇.但该方法产率低(最高只有50％)、分离难，在工业上分离羟基新戊酸和新戊二醇很不容易。2、酯化-氧化-水解法生产羟基新戊酸，这种方法采用羟基新戊醛不经过卡尼扎罗歧化反应，而是与羧酸反应生成酯来保护羟基，然后用氧化剂氧化再经水解得到羟基新戊酸的方法。此方法虽然在收率上有很大提高，但是存在反应步骤多、分离复杂、成本高、污染环境等弊端。3、以羟基新戊醛为原料，以溴为氧化剂制取羟基新戊酸，这种方法具有反应时间短、转化率高等优点，但是产品收率不是很高，而且存在成本高、环境污染等弊端。日本专利公开了新戊二醇在钯催化剂作用下，在弱酸溶液中通过空气氧化转变为羟基新戊酸，具体如下：首先是羟基新戊醛与氢氧化钠反应生成羟基新戊酸钠和新戊二醇，然后在钯催化剂作用下，向体系通入空气，保持PH值在7-10之间，最后生成羟基新戊酸。反应式如下：通过上述对羟基新戊酸合成方法的讨论可以看出，现有的合成方法中普遍存在的问题就是反应时间长、成分分离复杂、成本高、环境污染严重等。技术实现要素：本发明的目的是提供一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，解决了羟基新戊酸合成反应时间长、分离复杂、成本高、环境污染的问题，本发明合成工艺采用磷钨酸做催化剂，不仅缩短了反应时间，而且使产品的回收率大为提高，同时也解决了环境污染等相关问题。本发明所采用的技术方案是，一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，包括以下步骤：1)羟基新戊醛的制备：往反应器中加入异丁醛和甲醛水溶液，然后加热到45℃，再加入三乙胺，开始搅拌，反应温度由45℃上升至62℃，当温度升至94℃时，反应完成；将反应完的溶液冷却至60℃，减压蒸馏出未反应的异丁醛和水以后，继续冷却至室温，析出白色固体，过滤得到羟基新戊醛；2)羟基新戊酸的制备：在反应器中加入水，在搅拌下加入步骤1)制备的羟基新戊醛和磷钨酸催化剂，然后开始升温，当温度达到55℃时，开始缓慢加入过氧化氢，在2小时内加完，然后进行减压脱水，脱水结束后过滤得到催化剂，取出重复利用，滤液冷却结晶得到羟基新戊酸溶液；3)干燥：将羟基新戊酸溶液过滤得到湿品，利用真空干燥器进行干燥，最终得到羟基新戊酸产品。进一步地，步骤1)中，所述的甲醛水溶液的质量溶度为37％，异丁醛和甲醛水溶液的重量比为60:30-60:100，三乙胺与异丁醛的重量比为1:60-10:60。进一步地，异丁醛和甲醛水溶液的重量比为60:65；所述三乙胺与异丁醛的重量比为4:60。进一步地，步骤2)中，羟基新戊醛与水的体积重量比为85:10-85:100g/ml，羟基新戊醛与磷钨酸催化剂的重量比为85:0.5-85:1，过氧化氢与羟基新戊醛的重量比为100-150:85。进一步地，羟基新戊醛与水的体积重量比为85:40g/ml；所述羟基新戊醛与磷钨酸催化剂的重量比为85:0.85；过氧化氢与羟基新戊醛的重量比为123:85。进一步地，步骤3)中，温度控制在55℃-60℃，真空度控制在0.08-0.09Mpa。本发明的有益效果是：(1)、反应时间明显缩短：现有羟基新戊酸生产方法中氧化反应时间最短的也要9小时，而本发明所采用的工艺只需要4小时即可得到产品。(2)、产品收率提高：现有几种羟基新戊酸生产方法中，产品最高收率为75％左右，而本发明产品的收率可以达到80％-85％。(3)、简化了生产工艺：本发明克服原有工艺中副产物多，分离困难等缺点，有效地提高了产品纯度，而且简化了工艺过程。(4)、降低了成本：本发明采用的催化剂可以反复使用，而且催化剂活性降低速度较为缓慢，另外，氧化过程中能源消耗少，从而降低了生产成本。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明提供一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，具体步骤如下：1)羟基新戊醛的制备：往反应器中加入异丁醛和甲醛水溶液，异丁醛和甲醛水溶液的重量比为60:30-100，然后加热到45℃，再加入三乙胺，三乙胺与异丁醛的重量比为1-10:60，开始搅拌，反应温度由45℃上升至62℃，随着反应的进行温度继续上升，当温度升至94℃时，反应完成；将反应完的溶液冷却至60℃，减压蒸馏出未反应的异丁醛和水以后，继续冷却至室温，析出白色固体，过滤得到羟基新戊醛；2)羟基新戊酸的制备：在反应器中加入水，在搅拌下加入步骤1)制备的羟基新戊醛和磷钨酸催化剂，羟基新戊醛与水的体积重量比为85:10-100g/ml，羟基新戊醛与磷钨酸催化剂的重量比为85:0.5-1，然后开始升温，当温度达到55℃时，开始缓慢加入过氧化氢，过氧化氢与羟基新戊醛的重量比为100-150:85，在2小时内加完，然后进行减压脱水，脱水结束后过滤得到催化剂，取出重复利用，滤液冷却结晶得到羟基新戊酸溶液；3)干燥：将羟基新戊酸溶液过滤得到湿品，利用真空干燥器进行干燥，温度控制在55℃-60℃，真空度控制在0.08-0.09MPa，最终得到羟基新戊酸产品。实施例1一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，具体步骤如下：1)羟基新戊醛的制备(它的合成是用异丁醛和甲醛在三乙胺催化作用下进行羟醛缩合反应)：在500ml的三口瓶中加入60g异丁醛和65g甲醛水溶液(37％)，加热到45℃，然后加入4g三乙胺，同时开启搅拌，反应温度由45℃上升至62℃，随着反应的进行温度继续上升，当温度升至94℃时，说明反应已经完成。将上述溶液冷却至60℃，减压蒸馏出未反应的异丁醛和少量水以后，继续冷却至室温，析出白色固体，过滤得到羟基新戊醛。2)合成羟基新戊酸：在500ml的三口瓶中加入40ml水，开启搅拌后再加入85g羟基新戊醛和磷钨酸催化剂0.85g，然后开始升温，当温度升至55℃时，开始缓慢加入123g过氧化氢，2小时内加完；氧化液进行减压脱水，脱水结束后过滤得到催化剂，取出重复利用，滤液冷却结晶得到羟基新戊酸溶液。3)干燥：将羟基新戊酸溶液过滤得到湿品，利用真空干燥器进行干燥，温度控制在58℃，真空度控制在0.085MPa，最终得到羟基新戊酸产品，产品收率为85％。实施例2一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，具体步骤如下：1)羟基新戊醛的制备(它的合成是用异丁醛和甲醛在三乙胺催化作用下进行羟醛缩合反应)：在500ml的三口瓶中加入60g异丁醛和30g甲醛水溶液(37％)，加热到45℃，然后加入1g三乙胺，同时开启搅拌，反应温度由45℃上升至62℃，随着反应的进行温度继续上升，当温度升至94℃时，说明反应已经完成；将上述溶液冷却至60℃，减压蒸馏出未反应的异丁醛和少量水以后，继续冷却至室温，析出白色固体，过滤得到羟基新戊醛。2)合成羟基新戊酸：在500ml的三口瓶中加入10ml水，开启搅拌后再加入85g羟基新戊醛和磷钨酸催化剂0.5g，然后开始升温，当温度升至55℃时，开始缓慢加入100g过氧化氢，2小时内加完；氧化液进行减压脱水，脱水结束后过滤得到催化剂，取出重复利用，滤液冷却结晶得到羟基新戊酸溶液；3)干燥将羟基新戊酸溶液过滤得到湿品，利用真空干燥器进行干燥，温度控制在55℃，真空度控制在0.08MPa，最终得到羟基新戊酸产品，产品收率为83％。实施例3一种磷钨酸催化氧化法制备羟基新戊酸的方法，具体步骤如下：1)羟基新戊醛的制备(它的合成是用异丁醛和甲醛在三乙胺催化作用下进行羟醛缩合反应)：在500ml的三口瓶中加入60g异丁醛和100g甲醛水溶液(37％)，加热到45℃，然后加入10g三乙胺，同时开启搅拌，反应温度由45℃上升至62℃，随着反应的进行温度继续上升，当温度升至94℃时，说明反应已经完成。将上述溶液冷却至60℃，减压蒸馏出未反应的异丁醛和少量水以后，继续冷却至室温，析出白色固体，过滤得到羟基新戊醛。2)合成羟基新戊酸：在500ml的三口瓶中加入100ml水，开启搅拌后再加入85g羟基新戊醛和磷钨酸催化剂1g，然后开始升温，当温度升至55℃时，开始缓慢加入150g过氧化氢，2小时内加完。氧化液进行减压脱水，脱水结束后过滤得到催化剂，取出重复利用，滤液冷却结晶得到羟基新戊酸溶液。3)干燥：将羟基新戊酸溶液过滤得到湿品，利用真空干燥器进行干燥，温度控制在60℃，真空度控制在0.09MPa，最终得到羟基新戊酸产品，产品收率为84％。下面结合具体的实验过程来说明本发明的技术效果：对于羟基新戊酸的研制，国内外的报道极少，由羟基新戊醛氧化制取羟基新戊酸，我们采用的是双氧水做氧化剂，磷钨酸做催化剂进行氧化反应，这种方法的最大特点就是产品收率高，原料成本低，副产物少、环境污染少、生产条件易于控制等，具体操作过程如下：1、试验仪器玻璃四口烧瓶、分液漏斗、球形冷凝器、温度计、恒速电动搅拌器、恒温水浴锅、旋片真空泵。2、试验药品羟基新戊醛(自制)、水、双氧水、磷钨酸催化剂、钯碳催化剂。3、试验步骤本实验是在装有冷凝器、温度计、恒速搅拌器的四口瓶中进行的，四口瓶装入恒温水浴锅中。在四口瓶中按比例加入水、羟基新戊醛、催化剂后开始搅拌，用水浴加热至50℃-60℃后，分批加入双氧水，2小时内加完后启动真空泵共沸脱水、脱水结束后冷却结晶、结晶产品干燥、母液回收利用。4、试验过程(1)、优化试验本试验采用单纯形序贯法进行了优化试验，根据确定的参数、初值、界线和步长选择适当的初始单纯形表格，建立初始单纯形有各种方法，本试验采用平均水平法。确定初始单纯形以后，在此基础上进行试验，根据试验结果进行优化试验，催化剂暂用日本文献介绍的钯碳催化剂，结果如下：表1优化试验表试验号反应温度(℃)反应时间(h)摩尔比(n:n)催化剂(％)产品收率(％)18071.401.051.827561.351.059.74-->37051.301.065.546541.250.573.456031.200.575.265521.150.2574.375011.100.2571.6通过优化试验可以看出试验5的收率最高，因此，利用这个条件进行下列试验，研究各种因素对氧化反应的影响。(2)、温度的影响根据优化试验结果，我们选定试验条件为：反应时间为3小时；羟基新戊醛与双氧水摩尔比为1:1.2；催化剂加入量0.5％，试验结果见下表：表2温度对氧化反应的影响从表2可以看出温度过高或过低对羟基新戊酸的收率都是不利的，温度低羟基新戊醛溶解性不好，影响了双氧水与羟基新戊醛之间的充分反应，温度高则双氧水分解速度大于反应速度，从而使收率降低，因此，反应温度选择在50℃-60℃之间。(3)、羟基新戊酸与双氧水摩尔比的影响表3羟基新戊酸双氧水摩尔比影响从理论上讲双氧水与羟基新戊醛是等摩尔反应，但是双氧水性质不稳定，所以要过量加入，表3可以看出等摩尔反应时收率和转化率都很低，但是摩尔比超过1:1.3后收率及转化率也要降低，其原因是双氧水过量太多，往往会形成更多的过氧化物，从而影响了产品收率。因此，摩尔比控制在1:1.1-1:1.2之间比较适宜。(4)、反应时间的影响表4反应时间的影响通过多次实验发现，双氧水加完后羟基新戊酸的收率很快达到一个稳定状态，再增加反应时间产品收率也不会提高，反而会有所降低，因此反应时间确定为2-3小时之间。(5)、催化剂的影响本发明另一个创新点就是采用了磷钨酸做催化剂，磷钨酸做催化剂最重要的优点是它的多功能性和结构易调性，在温和条件下就表现出快速可逆的多电子氧化一还原转变，它的酸一碱性和氧化一还原性可以通过改变其化学组成而在很大的范围内调整，本实验选择与本发明较为相似的日本专利介绍的钯碳催化剂做比较，结果如下：表5催化剂的影响从表5可以看出采用磷钨酸作催化剂，在同等加入量的情况下，产品收率远远大于钯碳作催化剂的收率。另外，催化剂加入量在低于0.5％以后，产品收率会有所下降，因此，我们确定催化剂加入量为0.5％。5、试验结果根据以上试验我们确定了磷钨酸催化氧化制取羟基新戊酸的最佳条件，根据这个试验条件又做了大量平行试验，取其中具有代表性的几个试验结果加以说明，具体如下：表6平行试验结果从表6可以看出，反应温度在50℃-60℃之间，其他条件不变的情况下，产品收率及产品纯度都比较稳定。6、结论以羟基新戊醛为原料，磷钨酸催化氧化制取羟基新戊酸，研究了反应时间、反应温度、反应物摩尔比、催化剂与与收率、转化率及选择性之间的关系。结果表明磷钨酸催化氧化制取羟基新戊酸的方法，其转化率和选择性都很高，而且反应时间短、副产物少、产品纯度均可达到98％以上，产品收率也可达到85％以上。当前第1页1 2 3