本发明属于化工技术领域，具体涉及一种香料惕格酸的工业化制备方法。
背景技术
惕格酸(tiglicacid)，化学名称为：2-甲基-反-2-丁烯酸，英文名称为trans-2-methyl-2-butenoicacid，cas号为80-59-1，化学结构式如下。
惕格酸天然存在于芹菜叶中，嗅觉上具有焦糖、烘烤、酸辣及熟水果的香气，口味上具有甜、烘烤、水果、果酱等许多味道。惕格酸作为香料可直接用于朗姆、焦糖、面包、水果、果酱香精的配制，它的酯类在香精配方中具有更广泛的用途。从惕格酸可以异构化制备它的反式异构体-当归酸(angelicacid)，当归酸及其酯也有重要的香料用途。目前国外有aldrich、bedoukian、ctc、penta等多家公司提供惕格酸及其酯类产品，但国内生产的厂家还很少，因此，该香料具有巨大的社会经济效益和良好的市场前景。
现有的惕格酸其主要合成方法如下：
专利cn105439848a公开一种惕格酸的工业化制备方法(反应式如下)，以及文献《香料香精化妆品》2008年12月第六期17-18页公开了《惕格酸的合成》，两种方法均是以乙醛、丁酮为原料，用浓硫酸做催化剂，经醇醛缩合制得3-甲基-3-戊烯-2-酮，然后滴加进一定比例融合的次氯酸钠与氢氧化钠混合液中，经卤仿反应得惕格酸。由于该方法在工艺路线中采用浓硫酸作催化剂，其强酸性会严重腐蚀生产设备，使得设备成本大大增加，长期使用将给工业生产和环境污染带来众多问题；卤仿反应在是常规搅拌式反应器中进行的，热效率低、能量消耗高，同时釜式搅拌反应器生产方式，反应时间长，生产成本高，操作工序复杂且重复，从而大大降低了生产效率。因此，该方法不利于工业化批量生产。
在以上公开的惕格酸的制备方法中，均有某些不足因素，存在不同程度的局限性，不利于实现工业化生产；并且工艺反应时间长，生产成本高，总收率低，对设备腐蚀性大，存在严重的三废污染。故要求寻找一种操作简单、高效、安全环保、收率和质量高、生产成本低的制备惕格酸的方法是非常有必要的。本发明为此而完成。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种惕格酸制备方法，本发明的方法克服了现有技术的不足之处，其优势在于所用催化剂廉价易得，催化活性高，对设备没有腐蚀，三废污染少；连续流动反应器提供更好的热效率、更低的能量消耗，同时相比分批次生产，缩短生产工时，产物收率高，操作简单，更适合工业化生产。
为实现本发明的目的，提供如下实施方案。
在实施方案中，本发明提供一种惕格酸(式i)的制备方法，其特征在于以酸式硫酸钠为催化剂，用三聚乙醛(式iii)与丁酮反应制得式ii化合物，式ii化合物与次氯酸钠水溶液、氢氧化钠水溶液在连续流动反应器中进行卤仿反应得惕格酸(式i)，
在上述实施方案中，本发明的惕格酸制备方法，包括：
步骤(1)：将三聚乙醛(式iii)与丁酮反应制得式ii化合物；
步骤(2)：将步骤(1)醇醛缩合物(式ii)与次氯酸钠水溶液、氢氧化钠在连续流动反应器中进行卤仿反应得惕格酸(式i)，
在上述具体实施方案中，本发明的惕格酸制备方法，其中在步骤(1)所述酸式硫酸钠催化剂为硫酸氢钠，包括：无水硫酸氢钠、一水合硫酸氢钠。
在上述具体实施方案中，本发明的惕格酸制备方法，其中在步骤(1)所述反应温度为40℃～45℃；所述iii化合物与丁酮的摩尔比为1∶(3.0～3.6)；式iii化合物与催化剂的摩尔比为1∶(0.1～0.3)。
在上述具体实施方案中，本发明的惕格酸制备方法，其中步骤(2)所述的连续流动反应方法，所述次氯酸钠水溶液浓度为13％；式ii化合物与次氯酸钠的摩尔比为1∶(3.0～3.6)；所述氢氧化钠水溶液浓度为40％；式ii化合物与氢氧化钠的摩尔比为1∶(1.0～1.5)；所述反应温度为55℃～60℃。
以下是本发明对所用原料及流动反应器作进一步详细说明：
1)催化剂：酸式硫酸钠(本发明特指硫酸氢钠)为强酸酸式盐，常温下为无色结晶，表现出硫酸和硫酸盐混合物的性质，难溶于有机反应体系中，除了能有效克服强酸性催化剂的不足外，还具有价格便宜，对设备腐蚀小，且能重复使用，具有绿色化学和绿色合成的特点。
2)连续流动反应器：所述流动反应器包括具有温度控制装置、一个或多个静止混合部件、单个导管或多个导管的管式反应器。流动反应器的静止混合器可以提供更好的热传递以及更大的内径；流动反应器的温度控制装置，即内部冷却夹套或冷却罐，通过温度控制装置将反应温度控制在一定的范围内；流动反应器的单个导管或多个导管，反应物流体穿过导管平行地流动。从而实现连续生产。多种材料可以用于流动反应器，包括不锈钢管或衬有玻璃或特氟龙的管材。本发明所用流动反应器的内径为5毫米至10毫米。这样的内径会提供热传递所需要的足够的面积，以更好地控制卤仿反应的反应温度。
本发明的优点如下：
1)本发明采用酸式硫酸钠作为催化剂，反应过程条件温和，对设备腐蚀性小，对环境污染小。
2)酸式硫酸钠催化活性强，价廉易得，得到的产品收率高，质量稳定。
3)连续流动反应器提供更好的热效率、更低的能耗，缩短了生产工时，降低了生产成本。
4)本发明工艺步骤简短，操作简便安全，三废污染少，适合大规模工业化生产。
以下通过实施例进一步说明和解释本发明惕格酸的制备方法，但不限制本发明的范围。
附图说明
图1解释了用于制备惕格酸的连续方法的示意图。
具体实施方式
实施例1
1.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、无水硫酸氢钠(27.7kg，0.23kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(101.7kg，0.77kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率88.5％，以三聚乙醛计算)。
1.2惕格酸(i)的制备
参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3999.2kg，6.98kmol)、氢氧化钠水溶液(291kg，2.91kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率84.3％)。
实施例2
2.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、无水硫酸氢钠(27.7kg，0.23kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(122kg，0.92kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率86.1％，以三聚乙醛计算)。
2.2惕格酸(i)的制备
继续参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3332.3kg，5.82kmol)、氢氧化钠水溶液(291kg，2.91kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率80.9％)。
实施例3
3.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、无水硫酸氢钠(9.2kg，0.08kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(101.7kg，0.77kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率85.7％，以三聚乙醛计算)。
3.2惕格酸(i)的制备
继续参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3999.2kg，6.98kmol)、氢氧化钠水溶液(194kg，1.94kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率82.1％)。
实施例4
4.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、一水合硫酸氢钠(31.8kg，0.23kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(101.7kg，0.77kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率87.2％，以三聚乙醛计算)。
4.2惕格酸(i)的制备
继续参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3999.2kg，6.98kmol)、氢氧化钠水溶液(233kg，2.33kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率83.9％)。
实施例5
5.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、一水合硫酸氢钠(11kg，0.08kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(107.7kg，0.81kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率87.8％，以三聚乙醛计算)。
5.2惕格酸(i)的制备
继续参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3776.9kg，6.60kmol)、氢氧化钠水溶液(291kg，2.91kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率82.2％)。
实施例6
6.13-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)的制备
将丁酮(200kg，2.77kmol)、无水硫酸氢钠(19.4kg，0.16kmol)加入到反应釜中，开启搅拌，升温至45℃～50℃，缓慢滴加三聚乙醛(iii)(107.7kg，0.81kmol)，并保持反应温度在45℃～50℃。滴加完毕后保温反应2小时，反应结束后用20％氢氧化钠溶液中和，静置分层。有机层经分馏后得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(gc归一纯度＞99.0％，收率86.6％，以三聚乙醛计算)。
6.2惕格酸(i)的制备
继续参考图1，将3-甲基-3-戊烯-2-酮(ii)(190kg，1.94kmol)，次氯酸钠水溶液(3332.3kg，5.82kmol)、氢氧化钠水溶液(233kg，2.33kmol)加入到流动反应器中，55℃～60℃反应1小时。反应结束后静置分层，水层冷却至5℃冷冻结晶，过滤得惕格酸(i)(gc归一纯度＞99.0％，收率81.4％)。
对比实施例
3-甲基-3-戊烯-2-酮的制备
在2000ml反应瓶中先加入1215g丁酮、60g浓硫酸，搅拌温热到50℃，从滴液漏斗中慢慢滴加150g乙醛，并保持反应温度在50～55℃范围，约1h加完，在同样的温度下继续搅拌反应4h结束。反应液用20％naoh溶液中和，静置分层，分去水层，放出油层约1300g。
将反应液加到2000ml装有分馏柱的分馏装置中分馏，分出约1000回收丁酮和182g3-甲基-3-戊烯-2-酮。分析含量为98.0％，得率53.4％(以乙醛计算)。
惕格酸的制备
在2000ml反应瓶中，加入667g7.0％次氯酸钠碱性水溶液。在搅拌下用冰盐水冷却至10℃以下，慢慢从滴液漏斗中滴加40ml含量98％的3-甲基-3-戊烯-2-酮(40g)，约1h滴完，在相同温度下保温反应2h结束。静置分层，分去反应联产品氯仿，水层冷冻结晶过滤或甲苯萃取蒸馏得惕格酸20g，含量98.0％，得率49.0％。
从对比实施例的结果看出，对比实施例以丁酮和乙醛为原料，用硫酸做催化剂，50～55℃反应得3-甲基-3-戊烯-2-酮，然后在碱性水溶液中与次氯酸钠发生卤仿反应得惕格酸。由于催化剂为浓硫酸，其强酸性会严重腐蚀生产设备，使得设备成本大大增加；大量的废水也造成了环境污染；同时丁酮的使用大大过量，在后续分馏过程中增加了产品的回收难度，导致能耗增加，收率降低。在对比实施例惕格酸的制备中，卤仿反应在是常规搅拌式反应器中进行的，热效率低、能量消耗高，同时釜式搅拌反应器分批次间隙生产方式，反应时间长，生产成本高，操作工序复杂且重复，反应转化率低下，从而大大降低了生产效率。
前面已经详述了本发明，包括其优选的实施方案。但是，应当明白，考虑到本发明公开的内容，本领域技术人员可在上述权利要求书的精神范围内对本发明进行改变和/或改进，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。