经过双(羟甲基)丙二酸酯的途径获得亚甲基丙二酸酯的方法
【专利说明】经过双（羟甲基）丙二酸酯的途径获得亚甲基丙二酸酯的 方法
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求2013年 1 月 11 日提交的题为MethodtoObtainMethyleneMalonate viaBis(hydroxymethyl)malonatePathway的美国临时专利申请61/751，366 的优先权，以 及2013年 10月 29 日提交的题为MethodandApparatustoProduceMethyleneMalonates andRelatedMaterials的美国临时专利申请61/896, 926的优先权，其每一篇专利申请的 内容由此通过参考整体地并入本文。
[0003] 通过引用并入
[0004] 本文中所引用或参考的所有文件及在本文引用的文件中引用或参考的所有文件， 与任意制造商的操作指南、说明书、产品规格一起，以及本文中或本文中通过参考并入的任 意文件中提到的任意产品的产物小册子由此通过参考并入，并可以用于本发明的实施中。
[0005] 发明背景
[0006] 1.技术领域
[0007] 本发明涉及使用双（羟甲基）丙二酸酯中间体生产亚甲基丙二酸酯种类。所述中 间体随后裂解得到单体种类。
[0008] 2?背景
[0009] 感兴趣的一类可聚合组合物包括亚甲基丙二酸酯。亚甲基丙二酸酯是具有通式 (I)的化合物：
[0010]
[0011] 其中R和R'可以相同或不同，并且可以代表几乎任意取代基或侧链。这样的化合 物自 1886 年即是已知的，当时W.H.Perkin，Jr. (Perkin，Ber. 19,1053 (1886))第一次证实 亚甲基丙二酸二乙酯的形成。
[0012] 亚甲基丙二酸酯单体及它们的相关的单体基和聚合物基的产物在工业（包括家 用）和医疗应用中是有用的。
[0013] 然而，尽管较早的用于生产亚甲基丙二酸酯的方法为所知已有多年，但是这些现 有方法仍存在显著缺陷，使得它们不能用于获得商业上可行的单体。这样的缺陷包括合成 过程中不想要的单体聚合（例如，聚合物或低聚物或替代复合物的形成）、不需要的副产物 的形成（例如，缩酮或妨碍快速聚合的其它潜在的形成酸的种类）、产物的降解、不足和/或 低收率、及无效的和/或功能不良的单体产物（例如，较差粘合特性、稳定性或其它功能特 性）等问题。由现有方法形成的单体产物的总体较差收率、质量及化学性能已妨碍了在生 产上述商业和工业产物中的实际使用。
[0014] 本申请的某些共同发明人已经提交了关于合成亚甲基丙二酸酯的改进方法的专 利申请，即WO2012/054616SynthesisofMethyleneMalonatesSubstantiallyFree ofImpurities和TO2012/054633SynthesisofMethyleneMalonatesUsingRapid RecoveryinthePresenceofaHeatTransferAgent。其中在此提供的合成程序得到 了迄今难以捉摸的高质量亚甲基丙二酸酯和其它可聚合组合物的改善的产率。
[0015] 虽然在上述专利申请中公开的改进方法能够提供所需的亚甲基丙二酸酯单体，但 人们追求不断改进，尤其是在以商业规模提供材料的方法的开发中。因此，对于获得亚甲基 丙二酸酯和相关的单体的改善的和/或简化的工艺存在需求。
[0016] 发明概述
[0017] 下面的描述将阐述并明了本发明的目的和优势。通过在书面描述和本文的权利要 求书中以及从附图中具体指出的方法和体系将实现并获得本发明的其它优点。
[0018] 本发明提供了在催化剂的存在下从双（羟甲基）丙二酸酯试剂制备亚甲基丙二酸 酯单体的新方法、其聚合物及使用所述单体和聚合物形成的产物。
[0019] 在一方面，本发明提供了一种制造亚甲基丙二酸酯单体的方法，其包括：
[0020] (a)在合适的催化剂的存在下，将双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物反应来形成 亚甲基丙二酸酯单体；及
[0021] (b)分离所述亚甲基丙二酸酯单体。
[0022] 在某些实施方案中，以连续工艺完成所述反应步骤（a)。
[0023] 在某些实施方案中，在不添加溶剂下完成所述反应步骤（a)。
[0024] 在某些实施方案中，在大气压力下完成所述反应步骤（a)。
[0025] 在某些实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯的每个烷基可以相同或不 同，并且是具有1至16个碳原子的直链烃基或支链烃基。
[0026] 在本发明的方法的一个实施方案中，通过下面的方法制备所述双（羟甲基）丙二 酸二烷基酯组合物：
[0027] ⑴在反应催化剂的存在下，将甲醛来源与丙二酸二烷基酯反应以形成包含双 (羟甲基）丙二酸二烷基酯的组合物的二醇反应产物。
[0028] 在某些实施方案中，以连续工艺完成所述反应步骤（i)。
[0029] 在某些实施方案中，在不添加溶剂下完成所述反应步骤（i)。
[0030] 在某些实施方案中，在大气压力下完成所述反应步骤（i)。
[0031] 在步骤（i)的某些实施方案中，所述甲醛来源为甲醛、三噁烷、福尔马林或多聚甲 醛。在步骤（i)的具体实施方案中，甲醛来源为多聚甲醛。在步骤（i)的另外其它实施方 案中，甲醛来源基本上不含甲醇、水或两者皆不合。在步骤（i)的某些其它实施方案中，所 述反应催化剂是碱性催化剂。在步骤（i)的具体实施方案中，所述反应催化剂是氢氧化钙。
[0032] 在本发明的方法的另一个实施方案中，所述步骤（i)的二醇反应产物在所述反应 步骤（a)之前进行二醇纯化步骤（ii)。
[0033] 在某些实施方案中，所述二醇纯化步骤（ii)包括阳离子交换所述步骤（i)的二醇 反应产物以产生双（羟甲基）丙二酸二烷基酯，使所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯进行 蒸发步骤以移除挥发性杂质，或它们的组合。在具体实施方案中，所述二醇纯化步骤（ii) 包括阳离子交换所述步骤（i)的二醇反应产物以产生双（羟甲基）丙二酸二烷基酯，并使 所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯进行蒸发步骤以移除挥发性杂质。
[0034] 在本发明的方法的又一个实施方案中，所述方法还包括下列步骤：
[0035] c)纯化步骤（a)中得到的热解产物以得到所述分离的亚甲基丙二酸酯单体。
[0036] 在步骤（C)的某些实施方案中，通过部分冷凝、全冷凝、分馏或它们的任意组合来 纯化所述热解产物。
[0037] 在本发明的方法的一些实施方案中，所述合适的催化剂是酸性或碱性催化剂。在 本发明的方法的其它实施方案中，所述合适的催化剂是沸石。在本发明的方法的具体实施 方案中，所述合适的催化剂是硅铝酸盐沸石。在其它示例性实施方案中，所述合适的催化剂 是金属沸石。
[0038] 在本发明的方法的另一个实施方案中，所述合适的催化剂呈柱的形式，所述双 (羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物通过所述柱。在某些实施方案中，所述双（羟甲基）丙二 酸二烷基酯组合物作为液体通入所述柱。在其它实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二 烷基酯组合物作为气体通入所述柱。
[0039] 在一些实施方案中，所述催化剂柱被加热至约180°C与约250°C之间、约200°C至 约230°C之间、或至约210°C的壁温。在具体实施方案中，在整个所述反应步骤中保持所述 合适的催化剂的温度。
[0040] 在一些其它实施方案中，所述催化剂柱具有约0. 5英寸至约4. 0英寸、约I. 0英寸 至约3. 5英寸或约1. 5英寸至约3. 0英寸的直径。在另外其它实施方案中，所述催化剂柱 具有约3英寸至约200英寸、约12英寸至约72英寸或约18英寸至约60英寸的长度。
[0041] 在另外其它实施方案中，将所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物以约0.Olkg/ 小时至65kg/小时、约0. 5kg/小时至25kg/小时或约I. 5kg/小时至IOkg/小时的速率通 入所述催化剂柱。
[0042] 在具体实施方案中，
[0043] 所述催化剂柱具有约0. 5英寸至约4. 0英寸的直径；
[0044] 所述催化剂柱具有约3英寸至约200英寸的长度；并且
[0045] 所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物以约0.Ikg/小时至65kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0046] 在其它具体实施方案中，
[0047] 所述催化剂柱具有约I. 0英寸至约3. 5英寸的直径；
[0048] 所述催化剂柱具有约12英寸至约72英寸的长度；并且
[0049] 所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物以约0. 05kg/小时至25kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0050] 在另外其它具体实施方案中，
[0051] 所述催化剂柱具有约1. 5英寸至约3. 0英寸的直径；
[0052] 所述催化剂柱具有约18英寸至约60英寸的长度；并且
[0053] 所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物以约I. 5kg/小时至15kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0054] 在其中使用二醇纯化步骤的方法的某些实施方案中，使用离子交换柱阳离子交换 所述步骤（i)的二醇反应产物。在一些实施方案中，所述离子交换柱填充有离子交换树脂。 在另外其它实施方案中，所述离子交换柱是加压的离子交换柱。在具体实施方案中，所述加 压的离子交换柱被加压高达1000 psi。
[0055] 在其中使用二醇纯化步骤的方法的其它实施方案中，通过短暂热停留时间装置进 行所述蒸发步骤。在某些实施方案中，通过刮膜蒸发、旋转蒸发或水平的或垂直的薄膜蒸发 进行所述蒸发步骤。在具体实施方案中，通过刮膜蒸发进行所述蒸发步骤。
[0056] 在某些实施方案中，作为间歇工艺进行本发明的方法。
[0057] 在某些其它实施方案中，作为连续工艺进行本发明的方法。
[0058] 在某些实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物具有少于500ppm的 阳离子、少于50ppm的阳离子或少于5ppm的阳离子。
[0059] 在示例性实施方案中，所述合适的催化剂具有大于12小时、大于200小时或大于 2000小时的产生周期之间的寿命。
[0060] 在示例性实施方案中，所述合适的催化剂可以通过使用酸来再生。
[0061] 在示例性实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物包括0和30%之 间的水，0至20%之间的水，0至10%之间的水、0至5%之间的水、0和1 %之间的水或0和 0. 5%之间的水。
[0062] 在示例性实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物具有0和0. 30% 之间的水。
[0063] 在示例性实施方案中，所述双（羟甲基）丙二酸二烷基酯组合物是蒸气态，并且包 括水作为载气。
[0064] 在另一个方面，本发明提供了根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体。
[0065] 在又一个方面，本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的组合物。
[0066] 在再一个方面，本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的产物，其中所述产物是粘合剂组合物、涂料组合物，密封剂、复合材料或表面活性剂。
[0067] 在某些实施方案中，本发明的产物还包含酸性稳定剂、自由基稳定剂、螯合剂、固 化促进