本发明涉及一种4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与其加氢产物4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离方法。
背景技术：
4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛是一种制备各种阿朴胡萝卜素醛和二阿朴胡萝卜素醛以及维生素A的重要中间体.
目前，4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的合成方法多样，其中，众所周知的方法是丙醛和乙醛衍生物的分子间缩合。但是，在两种不同的醛化合物进行交叉醛缩合的反应时，如果使用公知的醛缩合催化剂如氢氧化钠等，那么各个醛化合物会发生自身的缩合反应，从而以交叉缩合为目的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的选择性会降低，同时会给精制操作带来不可避免的麻烦。
中国公开专利CN1495151A和CN97115390.6公开了一种以乙缩醛、丙烯醚为原料，经烯醇醚缩合、裂解、卤代、乙酰氧基化制备4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的方法，但是，该方法反应步骤多、产品收率低(约53％)、反应废渣废液多，环保经济性欠佳。
美国专利US5055620描述了一种羟醛aldol缩合过程，制备2-乙基-2-己烯醛，使用MgO-Al2O3为催化剂，丁醛缩合反应在固定床中进行，反应温度为150℃。
上述是合成4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的常用方法，但未涉及4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与其加氢产物4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离方法。
由于4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的沸点相差5℃以内(205～210℃之间)，两者相对挥发度相近很难通过精馏进行分离。因此，需要一种将这两种物质进行有效分离的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是解决上述现有技术问题，首次通过引入一种亲二烯体使4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与亲二烯体发生[4+2]Diels–Alder反应(以后简称DA反应)，然后将4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛与DA反应缩合产品进行分离，最终再将DA缩合产物优选在m咪唑类离子液体中通过热裂解得到4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与亲二烯体。该方法解决了精馏无法分离的分离4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的难题。
具体地，本发明提供了一种4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛(结构I)与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛(结构II)的分离方法，通过该方法可以实现4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离，其中重要中间体狄尔斯-阿尔德(DA)缩合产物结构如III所示。
为达到以上目的，本发明的技术方案如下：
一种4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离方法，该方法包括：
(A)将4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合物和亲二烯体投入反应器中，使4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与亲二烯体发生狄尔斯-阿尔德反应([4+2]Diels–Alder)反应，而4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛不发生该反应；
(B)将4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛与狄尔斯-阿尔德缩合产物(DA缩合产物)分离，得到4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛产品；
(C)将狄尔斯-阿尔德缩合产物任选在离子液体作为溶剂的条件下通过热裂解得到4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和亲二烯体，然后将4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和亲二烯体分离(例如经过精馏)，得到4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛。
4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合物中，4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的质量比一般为60～90:40～10，例如70-85:30～15。
优选地，狄尔斯-阿尔德反应在反应温度为60-120℃，优选80-100℃，反应压力为0-5bar(绝压)的条件下进行。
为保证后续分离效果，步骤(A)中，4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛反应的转化率为90％以上，优选95％以上，更优选4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和亲二烯体基本定量反应。
优选地，步骤B中的分离通过蒸馏来完成，蒸馏条件为压力10Pa-1000Pa，优选50-500Pa，馏分温度为60-80℃。
优选地，为保证4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛完全转化，亲二烯体和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的摩尔比为0.95-1.1倍，优选等摩尔反应，反应停留时间为10min-10h，优选0.5h-5h。
反应结束后，将反应液中DA缩合产物和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛进行分离，得到的DA缩合产物用于裂解。
所述“任选在离子液体作为溶剂的条件下”是指，可以在离子液体存在的条件下进行热裂解，也可以在没有离子液体存在的条件下进行热裂解。
优选地，将上述得到的DA缩合产物在咪唑类离子液体中，在减压的条件进行裂解，反应温度为50-150℃，优选80-100℃。
优选地，为保证裂解反应得顺利进行，需要将裂解产生的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和亲二烯体移除，该反应可以在减压条件下进行，裂解反应的压力为0.1mmHg-100mmHg，优选1mmHg-10mmHg。
优选地，裂解反应产生的馏分冷却后进入精馏塔进行分离，精馏所需的塔板数为10-50块塔板，优选20-30块塔板，回流比为1:1-10:1，优选2:1-5:1，精馏压力1-10mmHg，优选3-8mmHg，更优选约5mmHg，馏分温度为60-80℃。
中间体狄尔斯-阿尔德缩合产物的结构式中，R1为吸电子基团如醛基、氰基、酯基、酸酐等，R2为氢、烷基、醛基、氰基、酯基等，亲二烯体优选丙烯腈、丙烯醛、马来酸酐、马来酸二乙酯等双键旁带有吸电子基团的化合物，其中更优选马来酸二乙酯。
离子液体优选为咪唑类离子液体，更优选阴离子为四氟硼酸、六氟磷酸的咪唑类离子液体，咪唑阳离子可以被烷基取代或者未被取代，离子液体与DA缩合产物的质量比例如可以为1：1-5:1，优选1.5-3:1，更优选2:1，离子液体作为溶剂可以将裂解反应起始温度降低70℃左右。
本发明中的离子液体优选如下式所示，R3、R4可以为甲基、乙基等烷基，阴离子为BF4-、PF6-等，优选R4＝丁基，R3＝甲基，阴离子为BF4-的离子液体，记为[R3R4im]+[BF4]，即[mbim]+[BF4]-。
本发明方法中4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛与DA缩合产物分离可以采用精馏也可以采用简单蒸馏，由于DA缩合产物与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的沸点相差较大可以采用简单蒸馏，为操作简单此处采用蒸馏，蒸馏的压力为10Pa-1000Pa，优选50-500Pa，馏分温度为60-80℃。
为保证塔釜DA缩合产物的纯度，当塔釜温度达到130-150℃时停止蒸馏，此时塔釜DA缩合产物的纯度＞90％。
通过上述分离方案可以得到纯度＞95％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛以及纯度＞94％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛，分离收率＞90％。
本发明的积极效果在于首次提出通过4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛通过DA缩合反应以及缩合产物裂解反应实现4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离。
4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛两者相对挥发度相近，因此很难通过精馏进行分离。本发明通过引入一种亲二烯体，首先使4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与亲二烯体发生[4+2]Diels–Alder反应(以后简称DA反应)，然后将4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛与DA反应缩合产品进行分离，最终再将DA缩合产物通过热裂解得到4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与亲二烯体，由于DA裂解反应温度高，同时物料具有热敏性，以咪唑类离子液体作为溶剂能够有效的降低反应温度，提高4-乙酰氧基-2-亚甲基的收率，同时离子液体可以循环套用降低生产成本。该方法解决了4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛与4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛无法通过精馏分离的难题，同时4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛是制备各种阿朴胡萝卜素醛和二阿朴胡萝卜素醛以及维生素A的重要中间体，亦用于其他有机合成。
具体实施方式
以下通过具体实施例来详细说明本发明。在本申请中，“％”和“份”是指质量％，除非另有规定。
本发明中的气相色谱分析条件如下：
色谱柱：安捷伦HP-5(规格为30m×0.32mm×0.25mm)
进样口温度：280℃
分流比：30:1
柱流量：1.5ml/min
柱温：100℃0.5min
15℃/min升高到260℃，保持8min
检测器温度：280℃，H2流量：35ml/min
空气流量：350ml/min
对比例1
将含有80％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液在精馏塔中进行分离，精馏塔填料层高度为1.2m，内径为24mm，内部装有3*3三角螺旋填料，总塔板数为36-43，精馏压力为5torr(绝压)，回流比为5:1，当塔釜温度为118℃时，塔顶馏分温度为72℃，馏分组成中含有30.2％的20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛以及69.8％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛，说明在如此多的塔板数和高回流比下，4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分离效果依然很差。
实施例1
在2L反应釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入3.099mol的马来酸二乙酯532.96g，用氮气置换反应釜内的空气后，加热至95℃，反应3h后停止反应，经过分析后4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的转化率为99.5％，选择性为97.0％。将上述得到的釜液直接进行蒸馏，蒸馏压力为200Pa，共得到68℃馏分101.60g，其中0.98％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、97.94％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.26％的马来酸二乙酯、0.08％马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.74％。塔釜得到纯度＞91.65％的马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品931.36g。将上述得到的DA缩合产物加热至165℃，并将分解产生的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和马来酸二乙酯收集，反应时间7.5h，共收集到产品773.21g，馏分组成为45.10％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、54.78％的马来酸二乙酯、0.04％马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.08％，最终釜残为158.15g。将裂解得到的馏分在精馏塔中进行精馏，精馏塔塔板数为30，精馏压力5torr，回流比为5:1的条件下进行精馏分离，塔顶得到73℃的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛产品350.95g，其组成为99.25％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、0.60％的马来酸二乙酯，其它0.15％，塔釜温度为112℃，其组成为0.09％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、99.80％的马来酸二乙酯、马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.11％，其中4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的总收率为87.08％。
实施例2
在2L反应釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入2.817mol的马来酸二乙酯484.51g，用氮气置换反应釜内的空气后，加热至95℃，反应4h后停止反应，经过分析后4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的转化率为98.50％，选择性为96.30％。将上述得到的釜液直接进行蒸馏，蒸馏压力为200Pa，共得到72℃馏分103.63g，其中2.89％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、96.01％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.70％的马来酸二乙酯、0.08％马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.32％。塔釜得到纯度＞95.24％的马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品880.87g。向上述得到的DA缩合产物加入[mbim]+[BF4]-离子液体1500g加热至100℃，裂解压力为0.5mmHg并将分解产生的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和马来酸二乙酯收集，反应时间6h，共收集到产品831.54g，馏分组成为45.03％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、54.89％的马来酸二乙酯、0.01％马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.07％，最终釜液为1549.34g。将裂解得到的馏分在精馏塔中进行精馏，精馏塔塔板数为30，精馏压力5torr，回流比为5:1的条件下进行精馏分离，塔顶得到73℃的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛产品376.85g，其组成为99.26％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、0.60％的马来酸二乙酯，其它0.14％，塔釜温度为112℃，其组成为0.08％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、99.89％的马来酸二乙酯、0.02％马来酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.01％，其中4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的总收率为93.52％。
实施例3
在2L反应釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入2.817mol的马来酸酐276.06g，用氮气置换反应釜内的空气后，加热至90℃，反应4.5h后停止反应，经过分析后4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的转化率为97.60％，选择性为94.50％。将上述的到的釜液直接进行蒸馏，蒸馏压力为200Pa，共得到68℃馏分105.39g，其中4.55％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、94.41％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.63％的马来酸酐、0.06％马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.35％。塔釜得到纯度＞92.96％的马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品670.67g。向上述得到的DA缩合产物加入[mbim]+[BF4]-离子液体1000g加热至100℃，裂解压力为0.5mmHg并将分解产生的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和马来酸酐收集，反应时间7h，共收集到产品618.70g，馏分组成为58.85％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、41.05％的马来酸酐、马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.10％，最终釜液为1051.97g。将裂解得到的馏分在精馏塔中进行精馏，精馏塔塔板数为40，精馏压力5torr，回流比为8:1的条件下进行精馏分离，塔顶得到67℃的马来酸酐原料253.16g，其组成为0.14％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、99.81％的马来酸酐，其它0.05％，塔釜温度为102℃，其组成为99.51％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、0.35％的马来酸酐、马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.14％，其中4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的总收率为90.94％。
实施例4
在2L反应釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入3.099mol的马来酸酐532.96g，用氮气置换反应釜内的空气后，加热至95℃，反应3h后停止反应，经过分析后4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的转化率为99.5％，选择性为97.0％。将上述的到的釜液直接进行蒸馏，蒸馏压力为200Pa，共得到68℃馏分101.19g，其中0.99％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、98.33％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.15％的马来酸酐、0.06％马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.47％。塔釜得到纯度＞92.88％的马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品702.47g。向上述得到的DA缩合产物加入[mbim]+[BF4]-离子液体2000g加热至100℃，裂解压力为0.5mmHg并将分解产生的4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛和马来酸酐收集，反应时间7.5h，共收集到产品638.53g，馏分组成为59.05％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、40.86％的马来酸酐、0.01％马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.08％，最终釜液为2063.94g。将裂解得到的馏分在精馏塔中进行精馏，精馏塔塔板数为40，精馏压力5torr，回流比为8:1的条件下进行精馏分离，塔顶得到67℃的马来酸酐原料260.08g，其组成为0.15％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、99.80％的马来酸酐，其它0.05％，塔釜温度为102℃，其组成为99.53％4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛、0.34％的马来酸酐、马来酸酐和4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的DA缩合产品以及其它组成占0.13％，其中4-乙酰氧基-2-亚甲基-丁醛的总收率为94.16％。