用于制造1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯的可持续方法与流程

2,5-二氢呋喃已经反应成1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯，其中2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃与甲醇的摩尔比≥1:45；
13.c)任选向包含h2o、甲醇、1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯和2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃的混合物中加入碱性化合物；
14.d)在所述碱性化合物的存在下蒸馏所述包含h2o、甲醇、1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯、2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃的混合物，以将这些化合物与彼此分离，由此获得了1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯、甲醇和未反应的2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃；
15.其中在步骤c)中向混合物中加入碱性化合物，或者在步骤d)的蒸馏期间存在碱性化合物。
16.在方法1的优选实施方式中，将步骤d)中获得的未反应的2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃分别循环回步骤a)或b)，由此增加该方法的可持续性。
17.下面更详细地公开了单个步骤。
18.步骤a)
19.相对于dmdf的量，c
4-二缩醛的量为优选《1mol％，更优选《0.5mol％，最优选《0.1mol％。
20.步骤b)
21.优选地，如本领域技术人员所已知，反应是在反应器中以连续模式进行的。特别优选的是固定床或管式反应器或管束反应器。
22.该反应优选在0℃至50℃范围内的温度下，更优选在10℃至30℃范围内的温度下，最优选在15℃至25℃范围内的温度下执行，和/或优选在大气压下执行。
23.催化剂
24.在一个优选的实施方式中，步骤b)中使用的催化剂是酸性离子交换剂，该酸性离子交换剂具有至少2.5当量/kg，优选至少3.0当量/kg，更优选至少4.0当量/kg，最优选5.0当量/kg的酸性位点浓度。如果使用酸性位点浓度低于2.5当量/kg的酸性离子交换剂，则选择性和转化率仍然很高，但是反应时间更长(参见实施例1f与实施例1a至1e的比较)。
25.在一个更优选的实施方式中，催化剂是酸性离子交换剂，所述酸性离子交换剂含有磺酸基团并且具有至少2.5当量/kg，优选至少3.0当量/kg，更优选至少4.0当量/kg，最优选5.0当量/kg的酸性位点浓度。
26.令人惊讶的是，已经发现，使用具有如上给出的优先项的具有一定粒度分布和一定保水能力的酸性离子交换剂，导致对产物即c
4-二缩醛的甚至更高选择性。
27.这种优选的催化剂是粒度分布≥400μm且保水能力《60％，优选地保水能力在40％至60％的范围内，更优选地保水能力在50％至60％的范围内的酸性离子交换剂，或者是粒度分布《400μm且保水能力》60％，优选地保水能力在60％至80％范围内，更优选地保水能力在60％至75％范围内的酸性离子交换剂。
28.酸性离子交换剂在长时间段内表现出高活性。然而，如果它们的活性降低，则它们可以通过用极性有机溶剂洗涤，优选通过用甲醇洗涤，或通过用质子有机溶剂洗涤，或通过用质子无机溶剂(例如酸)洗涤再活化。
29.本领域技术人员将根据反应混合物的量来选择催化剂的量，即，床体积。
30.任何具有如上给出的优选特征中的一种或多种优选特征的酸性离子交换剂都可
以成功地在本发明的方法中采用。
31.最优选的酸性离子交换剂具有如以上给出的所有优选特征。
32.甲醇的量
33.步骤b)中2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃与甲醇的摩尔比优选在1:45至1:100的范围内，更优选在1:50至1:90的范围内，甚至更优选在1:60至1:80的范围内，最优选在1:70至1:80的范围内。
34.转化率
35.优选地，反应进行直到至多75％的dmdf已经反应成c
4-二缩醛，更优选地直到20％至72％的dmdf已经反应成c
4-二缩醛，甚至更优选地直到分别有35％至70％的dmdf/40％至65％的dmdf/45％至60％的dmdf已经反应成c
4-二缩醛，最优选地直到50％至60％的dmdf已经反应成c
4-二缩醛。
36.不存在除甲醇以外的缩醛化剂
37.在本发明方法的一个优选实施方式中，不存在除甲醇以外的缩醛化剂。特别排除的是如在ep 581 097和wo 2006/108664的方法中使用的原甲酸三烷基酯的使用，因为原甲酸三烷基酯的使用会导致甲酸甲酯形成，甲酸甲酯增加了该方法中产生的废物。因为在本发明的方法中不存在除甲醇以外的缩醛化剂，所以废物的量被最小化。
38.由于在反应期间形成了h2o，此有利于使反应返回至起始材料，以及反应成副产物dmb，h2o的量优选低于一定水平以仍然保证足够的转化率。已经发现，当停止步骤b)的反应时，相对于2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃的量，水的量优选在0mol％至100mol％的范围内，更优选在20mol％至80mol％的范围内，最优选在30mol％至65mol％的范围内。
39.步骤c)和d)的组合也是一项发明。因此，本发明还涉及一种从包含h2o、甲醇、1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯和2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃的混合物中分离1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯(＝c
4-二缩醛)、甲醇和2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃(＝dmdf)的方法(“方法2”)，所述方法包括以下步骤：
40.i)提供包含h2o、甲醇、c
4-二缩醛、dmdf和任选的碱性化合物的混合物；
41.ii)任选向所述混合物中加入碱性化合物；
42.iii)在所述碱性化合物的存在下蒸馏所述包含h2o、甲醇、c
4-二缩醛和dmdf的混合物，以将甲醇、c
4-二缩醛和dmdf与彼此分离；
43.其中碱性化合物已经存在于步骤i)中提供的混合物中，或者碱性化合物在步骤ii)中加入。
44.分别的步骤c和d)/步骤i)和ii)
45.基于c
4-二缩醛和dmdf的总量，起始混合物包含优选《70mol％的dmdf，更优选量在20mol％至70mol％范围内的dmdf，甚至更优选量在30mol％至60mol％范围内的dmdf，最优选量在40mol％至50mol％范围内的dmdf。
46.基于c
4-二缩醛和dmdf的总量，起始混合物中c
4-二缩醛的量为优选》30mol％，更优选其在30mol％至80mol％的范围内，甚至更优选其在40至70mol％的范围内，最优选其在50mol％至60mol％的范围内。
47.基于c
4-二缩醛、h2o和dmdf的总量，起始混合物中水的量优选》30mol％，更优选在30mol％至80mol％的范围内，甚至更优选在40mol％至70mol％的范围内，最优选在50mol％
至60mol％的范围内。
48.优选地，碱性化合物是非均相碱性化合物，更优选其为碱金属盐或碱性离子交换剂或它们的混合物，最优选所述碱性化合物是碱性离子交换剂。有利的是，碱性化合物可以再循环使用。
49.一般来说，任何可溶于甲醇的碱性盐都是合适的。此类盐是例如可溶于甲醇中的碱金属盐、碱土金属盐和铵盐。此类盐的优选示例是碳酸钾、碳酸钠和磷酸氢二铵，其中碳酸钾和碳酸钠是优选的。也可以使用这些盐的混合物，尤其是这些优选盐的混合物。
50.碱性离子交换剂涵盖含有羟基或对应盐的强阴离子交换树脂。
51.基于包含甲醇、h2o、c
4-二缩醛和dmdf的反应混合物的总重量，所述碱性化合物的量优选在0.01重量％至1重量％的范围内，更优选在0.02重量％至0.75重量％的范围内，甚至更优选在0.03重量％至0.5重量％的范围内，最优选在0.03重量％至0.3重量％的范围内。
52.可以使用更高量的碱性化合物，但是会导致更多的废物，从而使得该方法更不可持续。
53.碱性化合物的存在防止了在混合物蒸馏期间所需产物(＝c
4-二缩醛)和未反应起始材料(＝dmdf)的损失。由于碱性化合物的存在，所以c
4-二缩醛和dmdf这两种化合物的损失可以减少到小于7mol％的量，优选减少到小于5mol％的量。
54.步骤iii
55.步骤iii)优选地在20℃至180℃范围内的温度下，更优选在30℃至150℃范围内的温度下，最优选在40℃至110℃范围内的温度下执行，和/或优选在0.1毫巴至1013毫巴范围内的压力下，更优选在0.5毫巴至500毫巴范围内的压力下，最优选在1毫巴至100毫巴范围内的压力下执行。
56.本发明涵盖方法1和2的如上所述的一个或多个优选实施方式的任何组合。
57.本发明的进一步实施方式是如上所定义的碱性化合物在包含h2o、1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯和2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃的混合物的蒸馏中的用途，以及酸性离子交换剂在2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃与甲醇反应生成1,1,4,4-四甲氧基-2-丁烯中作为催化剂的用途，其中2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃与甲醇的摩尔比≥1:45。
58.现在在以下非限制性实施例中进一步说明本发明。
59.实施例
60.测试了以下酸性离子交换剂：
61.酸性离子交换剂
62.amberlyst 15wet(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：大孔；粒度分布：400-1200μm；保水能力：52-57％；酸性位点的浓度：5当量/kg离子交换剂；
63.amberlyst 46(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：大孔；粒度分布：400-1200μm；保水能力：26-36％；酸性位点的浓度：1当量/kg的离子交换剂；
64.dowex88h(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：大孔；粒度分布：300-1200μm；保水能力：
42-48％；酸性位点的浓度：5当量/kg离子交换剂；
65.dowex50wx4 50-100目(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：凝胶；粒度分布：200-400μm；保水能力：64-72％；酸性位点的浓度：5当量/kg离子交换剂；
66.dowex50wx4 16-25目(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：凝胶；粒度分布：400-1200μm；保水能力：64-72％；酸性位点的浓度：5当量/kg离子交换剂；
67.dowex50wx4 200-400目(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：凝胶；粒度分布：37-74μm；保水能力：64-72％；酸性位点的浓度：5当量/kg离子交换剂；
68.碱性离子交换剂
69.amberlyst a26(可从dupont water solutions-ddp specialty products germany gmbh&co.kg,neu-isenburg,germany商购获得)：粒度分布：560-700μm；保水能力：66-75％；表面积：30m2/g(氮bet)；孔隙直径：
70.实施例1a至1h：dmdf至c
4-二缩醛的酸催化转化
71.用50mm玻璃棉填充反应器，然后加入根据表1至表3的酸性离子交换剂(＝催化剂)。然后将甲醇泵送通过催化剂床，直到溶剂无色。制备dmdf(408mmol)在甲醇(1250ml，31.2mol)中的溶液，并以不同的温度(11-21℃)和流率(1-24ml/min)泵送通过催化剂床。在恒定条件下，在流过三倍床体积后取样。用气相色谱法分析起始溶液和样本。
72.表1：在相似条件下测试的各种酸性离子交换剂
[0073][0074]
表2：在各种催化剂床保留时间下测试的amberlyst 15wet
[0075]
[0076]
表3：在各种反应温度下测试的amberlyst 15wet
[0077][0078]
实施例2a至2e：dmdf至c
4-二缩醛的酸催化转化
[0079]
用50mm玻璃棉填充反应器，并加入酸性离子交换剂amberlyst 15wet(＝催化剂)。然后将甲醇泵送通过催化剂床，直到溶剂无色。制备dmdf(408mmol)在甲醇(1250ml，31.2mol)中的溶液，并于21℃以4ml/min的流率泵送通过催化剂床。在一定时段后取样。用气相色谱法分析起始溶液和样本。如下表4所示，即使在大于70个小时后，催化剂仍显示出恒定的高选择性。
[0080]
表4：amberlyst 15wet：在恒定反应条件下的长期稳定性
[0081][0082]
实施例3a至3e：dmdf和c
4-二缩醛的混合物至c
4-二缩醛的酸催化转化
[0083]
用50mm玻璃棉填充反应器，并加入酸性离子交换剂amberlyst15wet(＝催化剂)。然后将甲醇泵送通过催化剂床，直到溶剂无色。制备dmdf(408mmol)和各种量的c
4-二缩醛(0-142.8mmol)在甲醇(1250ml，31.2mol)中的溶液，并于20℃以不同流率(2-14ml/min)泵送通过amberlyst 15wet的催化剂床。在一定时间段后取样。用气相色谱法分析起始溶液和样本。结果在表5中显示。
[0084]
表5：dmdf和c
4-二缩醛的混合物至c
4-二缩醛的amberlyst15wet催化转化
[0085][0086]
在c
4-二缩醛的存在下，选择性仍然很高。
[0087]
实施例4a至4b：dmdf、c
4-二缩醛和h2o的混合物至c
4-二缩醛的酸催化转化
[0088]
用50mm玻璃棉填充反应器，并加入酸性离子交换剂amberlyst15wet(＝催化剂)。然后将甲醇泵送通过催化剂床，直到溶剂无色。制备dmdf(408mmol)、c
4-二缩醛
(142.8mmol)和h2o(0或1224mmol)在甲醇(1250ml，31.2mol)中的溶液，并于22℃泵送通过amberlyst 15wet的催化剂床达18分钟的停留时间。在一定时间段后取样。用气相色谱法分析起始溶液和样本。结果在表6中显示。
[0089]
表6
[0090][0091]
如果水的存在量是dmdf量的3倍，则dmdf至c
4-二缩醛的转化率减少。
[0092]
实施例5a至5d：蒸馏期间dmdf和c
4-二缩醛在水存在下的稳定性测试
[0093]
向2000ml圆底烧瓶中装入溶于甲醇(1000ml，25mol)中的dmdf(245mmol)、c
4-二缩醛(245mmol)和h2o(0或1000mmol)，并根据表7加入另外的碱性化合物。将反应混合物于70℃/700毫巴下蒸发至一定量。用气相色谱法分析蒸发的溶液和起始溶液。结果在表7中显示。
[0094]
表7
[0095][0096][0097]
5a至5d是起始溶液。
[0098]“ev”表示对应的样本已经蒸发，直到剩余如在表7中给出的量。
[0099]
样本5a(887g)例如最初含有249mmol的c
4-二缩醛和245mmol的dmdf；其余为甲醇。
当溶剂已经蒸发时(＝样本“5a(ev)”)，可取得245mmol的c
4-二缩醛(原始量的98.4％)和242mmol的dmdf(原始量的98.8％)。
[0100]
然而，当起始溶液中已经存在水并且没有碱性化合物时(分别参见实施例5b和5b(ev))，则只能取得150mmol的c
4-二缩醛(原始量的60.3％)和215mmol的dmdf(原始量的87.8％)；从而导致所需产物(＝c
4-二缩醛)和未反应的起始材料(＝dmdf)的大量损失。
[0101]
碱性化合物的存在可以防止这种损失—分别参见实施例5c/5c(ev)和5d/5d(ev)：
[0102]
在起始溶液5c中存在0.5g的k2co3的情况下，在蒸发后可取得244mmol的c
4-二缩醛(原始量的99.2％)和245mmol的dmdf(原始量的100.4％*)。
[0103]
在起始溶液5d中存在2.0g的碱性离子交换剂amberlyst a26的情况下，蒸发后可取得237mmol的c
4-二缩醛(原始量的96.7％)和244mmol的dmdf(原始量的100％)。
[0104]
*在碱性化合物的存在下，副产物dmb与dmdf反应，使得取得比最初存在的更多的dmdf。