本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种通过光催化异构化反应由3-甲基-3-丁烯醇制备3-甲基-2-丁烯醇的方法。
技术背景
3-甲基-2-丁烯醇，又叫做异戊烯醇，是一种重要的有机合成中间体，可用于生产多种精细化工品以及药品，包括柠檬醛、异植物醇、贲亭酸甲酯等，此外还可以作为合成橡胶的原料以及其他有机合成原料。
cn107141197公开了一种催化剂体系，包括羰基铁化合物、有机碱和环氧基配体，用于3-甲基-3-丁烯醇异构化制备3-甲基-2-丁烯醇，该反应体系所需催化剂制备过程复杂，成本较高。
cn101391939公开了一种制备3-甲基-2-丁烯醇的技术路线，该方法以2-甲基-3-丁烯-2-醇为原料，经过氯化、缩合、水解等一系列步骤得到最终产品，虽然该过程副反应较少，但是流程复杂，增加了生产成本和降低了原料利用率。
cn111217674公开了一种以3-甲基-3-丁烯醇为原料，在含氢载气的存在下使用异构化催化剂制备3-甲基-2-丁烯醇的方法。该路线是在氢气存在的条件下发生的临氢异构反应，很容易产生加氢副产物异戊醇，难以与产物分离，造成收率降低。
cn103861633公开了一种非均相催化剂制备3-甲基-2-丁烯-1-醇的方法，其催化剂由pd、au、pt、mo等金属构成，该反应中过度加氢产物异戊醇含量大幅降低至0.8％，其分离除去的成本仍然非常昂贵。
针对现有技术制备3-甲基-2-丁烯醇各种工艺过程中的不足，急需开发一种无副产物异戊醇产生，催化剂环保易分离，反应条件温和且产品收率高的制备方法。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种光催化制备3-甲基-2-丁烯醇式(ii)的方法，该方法从3-甲基-3-丁烯醇式(i)出发，通过光催化反应，实现分子的异构化得到产品3-甲基-2-丁烯醇。该方法具有操作简单、反应条件温和、催化剂成本低、环境友好等诸多优点，且反应工艺中无需使用氢气，因此无副产物异戊醇产生、产品纯度高、转化率高，适合工业化生产。
为实现上述技术效果，本发明采用如下的技术方案：
一种光催化制备3-甲基-2-丁烯醇的方法，其特征在于，以3-甲基-3-丁烯醇作为反应原料，在含锂催化剂的存在下，在惰性气体氛围下发生光催化、经异构化反应得到3-甲基-2-丁烯醇。
在一个优选的实施方案中，以3-甲基-3-丁烯醇式(i)作为反应原料，在含锂催化剂的存在下，在惰性气体氛围下发生光催化、经异构化反应得到3-甲基-2-丁烯醇式(ii)。
在一个具体的实施方案中，所述含锂催化剂选自四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、三氟甲烷磺酸锂、钼酸锂、六氟磷酸锂中的任一种或多种；优选为六氟磷酸锂。
在一个优选的实施方案中，所述含锂催化剂的用量以锂原子的摩尔量为基准计，为原料3-甲基-3-丁烯醇物质的量的0.005mol％～1mol％，优选为0.01mo1％～0.5mo1％，进一步优选为0.01mo1％～0.1mo1％。即含锂催化剂用量为含锂催化剂物质的量占原料3-甲基-3-丁烯醇物质的量的百分比，在前述优选用量范围，所述异构化反应催化效果好，且不会造成成本高的负担。
在一个具体的实施方案中，所述异构化反应需要在溶剂的存在下进行，所述的溶剂选自具有醚类结构的溶剂，优选四氢呋喃、冠醚和聚乙二醇中的一种或多种，更优选为聚乙二醇200；以溶剂和反应原料3-甲基-3-丁烯醇的总质量计，原料3-甲基-3-丁烯醇的质量浓度为10％～40％，优选20～30％。即反应原料3-甲基-3-丁烯醇的质量占溶剂和反应原料3-甲基-3-丁烯醇的总质量的比例为10％～40％，优选20～30％。
在一个具体的实施方案中，所述异构化反应在惰性气体氛围下进行，所述惰性气体可以是高纯氮气或高纯氩气等，其中，所述惰性气体中氧气含量优选小于20ppm(v/v)，进一步小于10ppm(v/v)。
在一个具体的实施方案中，所述光催化、异构化反应需要在特定的光照条件下发生，需要合适的光源与波长，所述光催化反应光源为汞灯或氙灯，所述光催化反应的光源波长为400～850nm，优选550～650nm。
在一个具体的实施方案中，所述制备3-甲基-2-丁烯醇的反应步骤为：将原料3-甲基-3-丁烯醇以及溶剂输送至反应釜内，通入惰性气体保持无氧环境，然后将锂催化剂加入到反应釜中，恒定温度至所需要反应温度，打开光源经光催化、发生异构化反应得到3-甲基-2-丁烯醇。
例如，所述的锂催化剂和原料向反应釜中的添加方式为：首先将原料转移至反应设备中，之后通入惰性气体，在惰性气体的氛围下，将锂催化剂加入到原料中，搅拌至混合液清澈透明。
添加完锂催化剂和原料并搅拌至混合液清澈透明后，开动搅拌，搅拌速率100rpm～1000rpm。原料与催化剂混合均匀形成均相溶液后，打开光源进行异构化反应，所述光源进行的光照时间与下述反应时间相同，所述光源波长为400～850nm，光源的光照强度优选300～400w。
在一个具体的实施方案中，所述异构化反应的反应温度为-10～25℃，反应时间为6～24h；优选地，所述异构化反应的反应温度为-10～10℃；反应时间为8～12h。
其中，所述光催化、异构化反应均在常压下进行，本领域技术人员可以理解的是，常压下的反应，通常在高压下也能够进行，为了本质安全的设计，本发明优选在常压下反应，但高压的反应情形也不能脱离本发明的保护范围。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明所使用的含锂催化剂在特殊光照的条件下，表现出了令人惊讶的光催化活性，在室温条件下能够使3-甲基-3-丁烯醇发生异构化反应，高产率的得到产物3-甲基-2-丁烯醇。
(2)本发明的异构化反应过程为光激发，锂催化剂吸收光后，从基态首先激发到单线态，并进一步达到能量更高的三线态，随后与3-甲基-3-丁烯醇相互作用，并将能量转移到3-甲基-3-丁烯醇，这种能量使得3-甲基-3-丁烯醇自身转化为双自由基中间体三线态。由于3-甲基-2-丁烯醇在热力学上更加稳定，双自由基中间体三线态的3-甲基-3-丁烯醇越过能垒，转化为3-甲基-2-丁烯醇。本发明反应条件温和，对环境友好，低耗能，高转化，同时克服了传统路线使用临氢异构的方法制备3-甲基-2-丁烯醇中容易产生加氢副产物异戊醇的问题，解决了后分离处理的难题。本发明的方法还具有操作简单、产品收率高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的产物gc分析检测谱图。
图2为本发明对比例1制备的产物gc分析检测谱图。
具体实施方法
下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
分析方法：
气相色谱仪：agilent7820a，色谱柱wax(30m×320μm×0.25μm)，进样口温度：200℃，分流比50:1；载气流量：10ml/min；升温程序：50℃下保持2min，以8℃/min速度升温至120℃，保持5min，然后以5℃/min升温至180℃，保持0min，然后以20℃/min升温至280℃，保持5min；检测器温度：280℃。
原料及试剂：
3-甲基-3-丁烯醇，99.5％，阿拉丁试剂有限公司。
四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、三氟甲烷磺酸锂、钼酸锂、六氟磷酸锂，99％，阿拉丁试剂有限公司。
光源：350w汞灯光源cme-m350，中科微能(北京)科技有限公司。
反应器：光化学控温一体反应器guigo-rdpr10s，上海桂戈实业有限公司。
实施例1
在无氧无水氛围下，将258.6g四氢呋喃、86.2g(1.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入75.96mg(0.5mmol)六氟磷酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.05mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度0℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为650nm，以350w的功率照射8h，通过校准gc分析测定转化率为97％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
实施例2
在无氧无水氛围下，将1551.6g四氢呋喃、172.4g(2.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入18.75mg(0.2mmol)四氟硼酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.01mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度-10℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为550nm，以350w的功率照射12h，通过校准gc分析测定转化率为96％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
实施例3
在无氧无水氛围下，将344.8g四氢呋喃、86.2g(1.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入193.8mg(1.0mmol)二草酸硼酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.1mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度5℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为400nm，以350w的功率照射6h，通过校准gc分析测定转化率为94％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
实施例4
在无氧无水氛围下，将689.6g聚乙二醇-200、172.4g(2.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入15.61mg(0.1mmol)三氟甲烷磺酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.005mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度25℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为850nm，以350w的功率照射24h，通过校准gc分析测定转化率为92％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
实施例5
在无氧无水氛围下，将129.3g聚乙二醇-200、86.2g(1.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入1.738g(10mmol)钼酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为1mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度15℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为500nm，以350w的功率照射10h，通过校准gc分析测定转化率为96％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
实施例6
在无氧无水氛围下，将258.6g聚乙二醇-200、86.2g(1.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到光化学反应器中，随后向反应器中通入惰性气体，加入0.7596g(5mmol)钼酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.5mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度10℃，打开反应器内的汞灯，控制波长为700nm，以350w的功率照射15h，通过校准gc分析测定转化率为94％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成。
对比例1
在无氧无水氛围下，将258.6g四氢呋喃、86.2g(1.0mol)3-甲基-3-丁烯醇加入到反应釜中，随后向反应器中通入惰性气体，加入75.96mg(0.5mmol)六氟磷酸锂(相对于3-甲基-3-丁烯醇为0.05mol％)，开动搅拌至溶液混合澄清透明，随后保持温度0℃，搅拌8h，然后通过校准gc分析测定原料3-甲基-3-丁烯醇未发生反应，未有3-甲基-2-丁烯醇生成。
本发明实施例和对比例的主要反应条件和结果见下表：
由上表中的结果可知，实施例1与对比例1相比，对比例1未提供特殊光照条件，从而没有进行光催化，导致最终即使在加入含锂催化剂的条件下，异构化反应几乎没有发生，对比例1反应产物gc分析谱图见图2，未见目标产物3-甲基-2-丁烯醇的峰；而本发明的实施例1在同样的条件下提供特殊光照条件，发生光催化，通过异构化反应得到3-甲基-2-丁烯醇，反应收率为97％，3-甲基-2-丁烯醇选择性为99.9％，未检测到异戊醇的生成，产物gc分析谱图见图1。
本发明的光催化制备3-甲基-2-丁烯醇的方法，在含锂催化剂和惰性气氛条件下，通过光催化反应高效地使3-甲基-3-丁烯醇发生异构化反应得到3-甲基-2-丁烯醇，收率不低于92％，未见异戊醇副产物产生。该方法在常温常压下就能进行，解决了3-甲基-2-丁烯醇传统的制备过程中产生异戊醇的问题，具有反应条件温和、操作简单、产品收率高、分离容易的优点。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。