一种五碳醛的制备方法与流程

1.本发明属于化工中间体合成领域，具体涉及一种va中间体五碳醛的制备方法。


背景技术：

2.4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛(以下简称“五碳醛”)是合成维生素a的重要中间体。由于五碳醛在合成维生素a行业的重要性，五碳醛的合成工艺长期以来一直是研究热点。
3.专利us5424478公开了一种以异戊二烯为起始原料的制备五碳醛的合成路线。该方法生产过程中会产生大量的废水，污染较严重。合成路线如下式：
[0004][0005]
专利cn103467287a公开了一种以环氧乙烷和丙烯醛为起始原料制备五碳醛的合成路线。该路线中使用价格昂贵的有机膦试剂和钯金属催化剂，且中间体16生成五碳醛的收率低，只有51％。合成工艺如下式：
[0006][0007]
上述各方法在工业化生产中均存在一定的缺陷，经济性不高，且操作复杂，因此开发一种新的合成五碳醛的工艺是很有必要的。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于提供一种新的合成维生素a中间体的路线，新路线步骤少，产率高，操作简单，中间体稳定易分离，经济性良好。
[0009]
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
[0010]
一种维生素a中间体五碳醛的制备方法，包括以下步骤：
[0011]
(1)羟基乙醛在酰化试剂存在下生成2-酰氧基乙醛；
[0012][0013]
(2)2-酰氧基乙醛在碱性条件下和丙醛缩合生成4-酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛(五碳醛)，结构式如式(ii)；
[0014][0015]
一些实施方式中，合成线路如下式所示：
[0016][0017]
本发明中，控制原料羟基乙醛中杂质(缩醛1)含量在10-100ppm，优选20-40ppm；
[0018]
研究过程中发现，原料羟基乙醛中关键杂质缩醛1的含量对酰化反应助剂有极大影响，缩醛1的可能来源是原料羟基乙醛的自身缩合，缩醛1含量低于10ppm，不足以引发助剂对反应的催化作用，反应速度和产物选择性降低，缩醛1含量高于100ppm，造成反应助剂失活，酰化反应效率降低；
[0019]
本发明中，步骤(1)中酰化试剂种类可以是酸酐，如乙酸酐、丙酸酐和棕榈酸酐，也可以是酰氯，如乙酰氯、丙酰氯和棕榈酰氯；优选乙酸酐和乙酰氯。具体使用的酰化试剂的种类和希望得到的va类似物有关，如希望得到va棕榈酸酯，则酰化试剂可以选择棕榈酸酐和棕榈酰氯。
[0020]
酰化试剂和羟基乙醛的摩尔比为(1-3)：1，优选(1.1-1.5):1。
[0021]
本发明中，步骤(1)中需要添加助剂，助剂选自三氯化铝、三氯化铁、二氯化镁、硫酸铁、硫酸铝、硫酸镁和乙酸铁中的一种或多种，助剂和羟基乙醛的质量比为(0.005-0.1)：1，优选(0.02-0.05)：1。
[0022]
本发明中，步骤(1)在溶剂中进行，溶剂选自四氢呋喃、甲醇、乙醇、乙腈、正己烷、甲苯、二氯乙烷和二甲基甲酰胺中的一种或多种，优选乙腈；溶剂和羟基乙醛的用量比为(0.5-8)l：1kg，优选(2-6)l：1kg。
[0023]
本发明中，步骤(1)中反应温度为0-100℃，优选20-50℃；反应时间1-6h，优选2-3h。
[0024]
本发明中，步骤(2)中丙醛和2-酰氧基乙醛的摩尔比为(1-4)：1，优选(2-3)：1。
[0025]
本发明中，步骤(2)使用的碱选自吡啶、氢氧化钠、氢氧化钾和三乙胺中的一种或多种，优选氢氧化钠，碱和丙醛的摩尔比为(1-3)：1，优选(1.5-2)：1。
[0026]
本发明中，步骤(2)在溶剂中进行，溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙腈和甲苯中的一种或多种，优选甲醇；溶剂和丙醛的用量比为(2-10)l：1kg，优选(3-5)l：1kg。
[0027]
本发明中，步骤(2)中，将丙醛、碱和溶剂进行预反应，预反应温度10-100℃，优选30-50℃，预反应时间1-6h，优选2-3h；之后将2-酰氧基乙醛滴加到预反应后的丙醛溶液中，滴加时间1-5h，优选2-3h；2-酰氧基乙醛滴加结束后需要保温，滴加温度和保温温度均为10-100℃，优选30-50℃，保温时间2-10h，优选5-7h。
[0028]
本发明的积极效果在于：
[0029]
(1)反应步骤少，总收率高(两步总收率》85％，远高于已有报道三步或四步路线中60％左右的收率)，催化剂廉价易得，路线经济性高；
[0030]
(2)可以根据产品需求选择相应的酰化试剂，如需要制备va棕榈酸酯，则步骤(1)中可以选择棕榈酰氯或酸酐作为酰化试剂，对产品种类的调控极为方便。
具体实施方式
[0031]
下面对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0032]
气相色谱分析：色谱型号：agilent wax:1701.42249；载气：高纯氮气；进样模式：自动进样器；氮气流量：66.0ml/min；汽化室温度：285℃；分流进样，分流比：1：50；进样量：0.2μl；柱流速1.8ml/min；柱温：一阶程序升温，初始温度150℃，保持2分钟，然后以15℃/min的速率升至285℃，保持15分钟；检测器温度300℃；选用外标法定量。
[0033]
nmr分析：核磁共振数据(1h 400mhz,
13
c 100mhz)均经由varian 400nmr核磁共振波谱仪测得，溶解试剂为cdcl3。
[0034]
实施例和对比例中部分试剂规格及来源
[0035]
试剂名称试剂规格生产厂家羟基乙醛、丙醛、乙酸酐、棕榈酸酐ar百灵威甲醇、乙醇、乙腈、甲苯ar西陇试剂三氯化铁、三氯化铝、吡啶、氢氧化钠、硫酸铁ar阿拉丁试剂
[0036]
实施例1
[0037]
(1)2-乙酰氧基乙醛的制备：
[0038]
在1l反应釜中加入120.0g羟基乙醛(纯度99.1％，缩醛1含量13ppm)、240.0g乙腈、2.4g三氯化铁和224.47g乙酸酐，氮气置换三次，反应维持温度20℃，反应3小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率99.8％，2-乙酰氧基乙醛选择性97.2％。
[0039]
反应结束，反应液精馏分离得2-乙酰氧基乙醛，纯度99.0％，收率98.8％。
[0040]
(2)五碳醛的制备：
[0041]
在2l反应釜内加入116.08g丙醛、237.12g吡啶和306.09g甲醇，开启搅拌，加热至30℃，搅拌2h，随后30℃通过蠕动泵滴加2-乙酰氧基乙醛102.03g，滴加时间3h，滴加结束后30℃保温5h。气相色谱检测反应液，2-乙酰氧基乙醛转化率99.9％，乙酰氧基取代的五碳醛选择性95.4％。
[0042]
反应结束，反应液精馏分离得五碳醛，纯度99.3％，收率95.8％。
[0043]
实施例2
[0044]
(1)2-棕榈酰氧基乙醛的制备：
[0045]
在5l反应釜中依次加入120.0g羟基乙醛(纯度99.3％，缩醛1含量96ppm)、720.24g乙腈、6.0g三氯化铝和1496.58g棕榈酸酐，氮气置换三次，反应维持温度50℃，反应3小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率99.8％，2-棕榈酰氧基乙醛选择性96.3％。
[0046]
反应结束，反应液精馏分离得2-棕榈酰氧基乙醛，纯度99.1％，收率97.9％。
[0047]
(2)五碳醛的制备：
[0048]
在2l反应釜内加入174.12g丙醛，239.94g氢氧化钠和510.15乙醇，开启搅拌，加热至50℃，搅拌3h，随后50℃通过蠕动泵滴加2-棕榈酰氧基乙醛298.25g，滴加时间2h，滴加结束后50℃保温7h。气相色谱检测反应液，2-棕榈酰氧基乙醛转化率99.9％，棕榈酰氧基取代的五碳醛选择性95.8％。
[0049]
反应结束，反应液精馏分离得五碳醛，纯度99.2％，收率96.0％。
[0050]
实施例3
[0051]
(1)2-乙酰氧基乙醛的制备：
[0052]
在2l反应釜中依次加入120.0g羟基乙醛(纯度99.2％，缩醛1含量20ppm)、60.02g四氢呋喃、0.6g三氯化铁和204.06g乙酸酐，氮气置换三次，反应维持温度10℃，反应1.5小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率99.6％，2-乙酰氧基乙醛选择性97.5％。
[0053]
反应结束，反应液精馏分离得2-乙酰氧基乙醛，纯度99.0％，收率98.8％。
[0054]
(2)五碳醛的制备：
[0055]
在1l反应釜内加入58.04g丙醛，86.94g吡啶和204.06g乙腈，开启搅拌，反应维持20℃，搅拌5h，随后30℃通过蠕动泵滴加2-乙酰氧基乙醛102.03g，滴加时间1h，滴加结束后升温至80℃保温2h。气相色谱检测反应液，2-乙酰氧基乙醛转化率99.9％，乙酰氧基取代的五碳醛选择性95.7％。
[0056]
反应结束，反应液精馏分离得五碳醛，纯度99.2％，收率95.7％。
[0057]
实施例4
[0058]
(1)2-乙酰氧基乙醛的制备：
[0059]
在3l反应釜中依次加入120.0g羟基乙醛(纯度99.4％，缩醛1含量40ppm)、960.32g甲苯、12g硫酸铁和612.18g乙酸酐，氮气置换三次，反应维持温度80℃，反应2小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率99.9％，2-乙酰氧基乙醛选择性95.4％。
[0060]
反应结束，反应液精馏分离得2-乙酰氧基乙醛，纯度99.0％，收率97.9％。
[0061]
(2)五碳醛的制备：
[0062]
在3l反应釜内加入232.16g丙醛，479.88g氢氧化钠和1020.3g乙腈，开启搅拌，反应维持70℃，搅拌6h，随后30℃通过蠕动泵滴加2-乙酰氧基乙醛102.03g，滴加时间5h，滴加结束后降温至10℃保温10h。气相色谱检测反应液，2-乙酰氧基乙醛转化率99.9％，乙酰氧基取代的五碳醛选择性95.0％。
[0063]
反应结束，反应液精馏分离得五碳醛，纯度99.3％，收率95.1％。
[0064]
对比例1
[0065]
采用与实施例1类似的步骤与工艺，但步骤(1)中缩醛1含量150ppm。
[0066]
(1)2-乙酰氧基乙醛的制备：
[0067]
在1l反应釜中依次加入120.0g羟基乙醛(纯度99.3％，缩醛1含量150ppm)、240.0g乙腈、2.4g三氯化铁和224.47g乙酸酐，氮气置换三次，反应维持温度20℃，反应3小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率55.8％，2-乙酰氧基乙醛选择性72.1％。
[0068]
从实验结果可以看出，羟基乙醛中缩醛1含量过高，相同条件下，羟基乙醛转化率和2-乙酰氧基乙醛选择性降低。
[0069]
对比例2
[0070]
采用与实施例1类似的步骤与工艺，但步骤(1)中缩醛1含量5ppm。
[0071]
(1)2-乙酰氧基乙醛的制备：
[0072]
在1l反应釜中依次加入120.0g羟基乙醛(纯度99.1％，缩醛1含量5ppm)、240.0g乙腈、2.4g三氯化铁和224.47g乙酸酐，氮气置换三次，反应维持温度20℃，反应3小时。气相色谱检测反应液，羟基乙醛转化率15.8％，2-乙酰氧基乙醛选择性82.8％。
[0073]
从实验结果可以看出，羟基乙醛中缩醛1含量过低，相同条件下，羟基乙醛转化率和2-乙酰氧基乙醛选择性降低。