专利名称:乙醛酸酯的半缩醛及乙醛酸酯的分离方法
本发明涉及到从混合物中分离含有C1-C4酯基的乙醛酸酯的方法，混合物主要含这一类乙醛酸酯和水，及/或含有1-4个碳原子的低碳醇。即是说，除了乙醛酸酯外主要还含水或低碳醇，或二者兼而有之，更确切说，它们部分或全部以化学结合的形式，即作为乙醛酸酯的半缩醛，水合物或低聚物而存在。
这类混合物，比如说，是在低碳醇ROH与乙醛酸水溶液的反应中生成的，在同时蒸馏出水的过程中，乙醛酸酯的半缩醛ROCH(OH)-COOR便作为主要产物，而相应的全缩醛便作为副产物产生。在这种情况下，半缩醛的酯基如同半缩醛基一样均衍生自同一种醇ROH。当乙醇酸酯气相氧化脱氢高转化率生成的反应混合物被缩合时，情况也如此(EP-A2-0，149，456)。在这种情况下，反应混合物还含有少量未转化的乙醇酸酯。
此外，如果把特定的醇换成其它低碳醇制成乙醛酸酯时，也能生成含乙醛酸酯和水，以及/或低碳醇(以游离的或化学结合的形式存在)的混合物。那么在这种情况下，半缩醛的酯基衍生自不同于产生半缩醛基的其它醇。
完全从乙醛酸酯半缩醛中制取纯乙醛酸酯迄今在文献中被视为难关，原因之一是所用化合物的反应性很高。一般是通过化学计量的P2O5的作用以及最后进行蒸馏来实现这种裂解和分离。例如，该法已由欧罗什尼克等人做过介绍(J.Amer.Chem.Soc.1941，63，3338)。该法虽然有效，但作为大量生产工艺则由于成本昂贵以及与其关连的废品处理问题而被摒弃。
在欧洲专利申请EP-A1-0，140，866中阐述了由混合物制取纯乙醛酸酯的方法，该混合物含有乙醛酸酯，水和低碳醇以及各种杂质，但每摩尔乙醛酸酯至少尚含1摩尔乙醇酸酯。当氧化脱氢转化率较低时，由乙醇酸酯气相氧化脱氢制乙醛酸酯，最后缩合便可生成这种混合物。如果需要的话，通过加入乙醇酸酯调节乙醇酸酯对乙醛酸酯的摩尔比至少为1∶1。但采用该法只能得到以游离或化学结合形式存在于进料混合物中70%左右的乙醛酸酯(实例1)。
现已发现，乙醛酸酯可基本上完全从其含有水及/或低碳醇的混合物中制得，该混合物微含或不含乙醇酸酯。
本发明的目的是由混合物抽取含C1-C4酯基的乙醛酸酯的方法，该混合物主要含有这类乙醛酸酯、水及/或C1-C4醇ROH，其中乙醛酸酯，水及/或醇部分或全部以化学结合的形式而存在，该法的特征在于，加入沸点高于180℃的较高碳醇R′OH，并且在最高为800毫巴压力下先将水及/或醇ROH蒸馏出去，然后蒸馏出乙醛酸酯。
加入较高碳醇R′OH后或加入过程中第一步是蒸馏出水及/或醇ROH，第二步是蒸馏出乙醛酸酯，这两步最好是在两个串联的塔或膜式蒸发器中连续进行。也可以间断进行，在这种情况下一般只用一个塔或一个膜式蒸发器即可，在操作时将两步依次进行。最好是连续操作，因为较短的停留时间可以较少地引起不希望的副反应发生。最好是采用沸点高于200℃的醇R′OH，因为可基本上完全获取乙醛酸酯。
按照本发明方法所用的混合物中涉及到的乙醛酸酯，醇及水的概念，如上所述，也包括这些物质的化学结合形式如乙醛酸酯-水合物，乙醛酸酯-低聚物，乙醇酸酯-半缩醛。如果添加了少量乙醇酸酯，则它也可作为乙醛酸酯-乙醇酸酯-半缩醛而存在(因为乙醇酸酯还有一个游离的醇基)。对每摩尔乙醛酸酯，乙醇酸酯含量最高为0.5摩尔。在起始混合物中每摩尔乙醛酸酯最好是最高含0.2摩尔乙醇酸酯，尤以最高含0.1摩尔乙醇酸酯为佳。乙醛酸酯，醇ROH以及有时也包括乙醇酸酯中的烷基有1-4个碳原子，它们可以相同或不同。最好是相同，尤以全是甲基为佳。“1-4个碳原子的低碳醇”的概念不包括乙醇酸的甲酯或乙酯(乙醇酸也含游离的醇基，并有3或4个碳原子)，而只包括甲醇，乙醇，丙醇及丁醇。
按照本发明方法的第一步即在最高800毫巴压力下，最好是在大约15-530毫巴压力下把水及/或低碳醇ROH蒸馏出去。在该过程中，事前或同时加入较高碳醇R′OH。例如可将其加入反应混合物中，该混合物是在上述乙醇酸酯气相氧化脱氢过程中生成的，而且也可在该反应混合物缩合之前或其后加入。
一般说R′OH对乙醛酸酯的摩尔比在加入一元醇时至少为1.0∶1。但是，如果使用多OH-基醇(多元醇)如二甘醇或三甘醇作为R′OH时，即使采用低于1.0∶1的摩尔比，即大约0.5∶1，也可明显取得满意的结果。摩尔比越高，脱水和脱醇(ROH)就越彻底。
即是说，在使用一元醇R′OH时，摩尔比通常在约1.0∶1到约4.0∶1范围内。最好是摩尔比在1.0∶1到2.5∶1范围内。
在使用多元醇时，通常选用摩尔比为0.5∶1到4.0∶1，最好是0.5∶1到2.0∶1。
摩尔比高于4.0∶1当然也可以，但不能明显改善脱水和脱醇效果，而且使蒸馏费用更高。
当然使用的醇R′OH在预定的操作条件下要不可变成固体。其熔点最好低于50℃。尤以下列醇为宜，只要沸点高于180℃，最好高于200℃即可a)最高为16个碳原子的直链或支链的链烷醇;
b)聚乙二醇
H，n＝2至24;
c)聚乙二醇单醚
R″，n＝2至24，式中R″为最高4个碳原子的直链或支链烷基。
也可采用上述醇的混合物。最适于采用1-癸醇、2-癸醇、二甘醇、三甘醇、二甘醇单丁醚以及三甘醇单甲醚。
第一步蒸馏的塔釜物主要含有乙醛酸酯及R′OH，其中绝大部分乙醛酸酯作为与R′OH结合的半缩醛存在。
本法的第二步包括从该塔釜物蒸馏制取纯乙醛酸酯。在塔顶得到这种纯乙醛酸酯，而R′OH醇残留下来。R′OH醇可返回第一步去。
第二步的压力又是最高为800毫巴，最好是大约15到530毫巴。
乙醛酸酯原则上能完全与R′OH醇蒸馏分开。但它要求相当高的温度、这就意味着增加分解的危险性。因此最好不全部蒸馏出乙醛酸酯。塔釜残留物除有R′OH醇外还含有少量乙醛酸酯。按照本发明方法该塔釜物可重新使用。
本发明的另一目的在于制备通式为R″′OCH(OH)COOR＊的乙醛酸酯半缩醛，式中R＊为1-4个碳原子的直链或支链烷基，最好是甲基，式中R″′为下列结构之一a)9-16个碳原子的直链或支链烷基，最好为1-癸基，2-癸基或1-十二烷基。
b)
H，n＝2至24;最好是n＝2或3。
c)
R″，n＝2至24，最好是n＝2或3、式中R″为最多是4个碳原子的直链或支链烷基。
用加热及蒸馏半缩醛的方法，从这些半缩醛中制得游离的乙醛酸酯。
基于其高反应性，这些游离乙醛酸酯是合成一系列具有药效的化合物的宝贵起始原料及中间产物，例如用于制尿囊素，取代的甘氨酸或生物碱(例如四氢异喹啉-生物碱)。
最近，还在讨论采用乙醛酸酯制取洗涤剂用聚合物型并可生物降解的磷酸盐代用材料。
现以下列实例对本发明作进一步说明。
实例1将1摩尔(88克)乙醛酸甲酯经过克莱森台秤(Claisen Brücke)加入带有搅拌器的接收器中，于130毫巴压力下进行蒸馏，该接收器中相应地装有1摩尔相应的醇R′OH。该混合物置于蒸馏塔(长450毫米，直径20毫米，填料布伦瑞克(Braunschweiger)玻璃螺旋体，回流比4∶1)的塔釜，蒸馏在恒压下进行。蒸馏过程中定期从塔顶取样，并用气相色谱或经典方法分析。第一馏分几乎全是乙醛酸甲酯，继续蒸馏直到确认塔顶馏分中含有少量当时加入的R′OH为止。在不同操作压力下及采用不同的醇R′OH所取得的试验结果均列在表1中。在80毫巴下的蒸馏物具有高纯度(约97.5%);杂质主要是水，甲醇及R′OH。从试验结果看出，分离的乙醛酸甲酯的量随R′OH沸点增加而明显上升。从作为R′OH的乙醇酸甲酯对比试验1a(按EP-A1-0，140，866)中看出，所达到的收率远低于本发明方法的收率。更好的试验结果是采用(1e)至(1j)试验中优先选出的醇取得的。
表1醇R′OH 常压下 蒸馏压力 乙醛酸甲 蒸馏物中乙沸点 (毫巴) 酯收率 醛酸甲酯含(%) 量(重量%)a 乙醇酸甲酯 151℃ 80 32.2 97.2(对比)b 2-乙基己醇 184℃ 333 56.1 95.180 25.7 96.7c 二甘醇单甲醚 193℃ 27 71.3 97.3d 正辛醇 194℃ 80 63.1 97.7e 二甘醇单丁醚 228℃ 80 96.2 96.9f 正癸醇 230℃ 80 97.4 98.3g 二甘醇 245℃ 80 98.1 98.4h 三甘醇单甲醚 249℃ 80 96.2 97.1i 三甘醇 276℃ 27 97.0 98.1j 三甘醇单正丁醚 282℃ 80 96.0 97.6
实例2采用西德专利公开说明书(DE-OS)3，417，649所介绍的方法对乙醇酸甲酯进行氧化，并对反应器出料物(产物)进行缩合。每100克缩合物加入117克二甘醇，生成的混合物组成(以重量%计)如下36.1%乙醛酸甲酯，7.8%水，1.3%甲醇，53.9%二甘醇，其它0.9%。将每小时80克该混合物预热到大约70℃，并在连续操作的蒸馏塔(长100厘米、直径2厘米、填料布伦瑞克玻璃螺旋体)的中间段加入。玻璃螺旋体的料层高度在抽提部分为60厘米，在浓缩部分为30厘米。蒸馏塔在40毫巴下操作，回流比为2∶1。试验过程中，釜温约在115℃。达到反应平衡后，每小时产生72.6克塔釜物，且具有如下组成(重量%)39.7%乙醛酸甲酯，0.34%水，0.14%甲醇，59.4%二甘醇，其余为0.42%。需进一步脱除水和甲醇。清洗蒸馏塔以备第二步蒸馏时使用。
第1步蒸馏得到的塔釜物作为第2步的进料。每小时将66.0克该混合物预热到大约70℃，并在蒸馏塔中段与第一步相同的位置加入。蒸馏塔在80毫巴下操作，回流比为2∶1。试验过程中，釜温及顶温分别约为167℃及51℃。在达到反应平衡后，每小时得到25.5克塔顶物，具有下列组成(重量%)98.8%乙醛酸甲酯，0.67%水，0.1%甲酯、其余为0.43%。此外，每小时产生40.4克塔釜物，它具有下列组成(重量%)2.23%乙醛酸甲酯，0.03%水，0.17%甲醇，97.0%二甘醇，其余为0.57%。
实例3此处重新采用在实例1中所介绍的蒸馏塔。进料混合物具有如下组成(以重量%计)29.5%乙醛酸甲酯，1.5%乙醇酸甲酯及69.0%三甘醇单正丁醚。将250克这种混合物加入蒸馏釜，以4∶1回流比及80毫巴压力蒸馏。在分出主馏分过程中，塔顶温度约保持在51℃，该主馏分由68.8克97.7%的纯乙醛酸甲酯组成。其余的乙醛酸甲酯则作为混合馏分与乙醇酸甲酯和三甘醇丁基醚一起分离出来。
实例4将200.0克具有如下组成的混合物(以重量%计)加入蒸馏塔釜(长100厘米、直径2厘米，填料布伦瑞克被玻璃螺旋体)95.2%CH3OCH(OH)-COOCH3，2.1%(CH3O)2CH-COOCH3，1.7%OCH-COOH，0.5%甲醇及0.5%水。在60毫巴压力及3∶1回流比下蒸馏该混合物，并同时在塔的最高1/3处加入180克二甘醇(120克/小时)。在1.5小时试验后，得到327.4克具有下列组成的塔釜混合物(以重量%计)42.6%CHO-COOCH3，1.3%(CH3O)2CH-COOCH3，1.0%OCH-COOH，0.06%水及55.0%二甘醇，其中乙醛酸甲酯主要以二甘醇的半缩醛形式存在。在塔顶得到52.6克具有如下组成的混合物甲醇98.5重量%，水1.5重量%。塔釜物主要为乙醛酸甲酯及二甘醇。
实例5将0.74摩尔(65克)乙醛酸甲酯经过克莱森台秤加入带有搅拌器的接收器中，于100毫巴压力下进行蒸馏，该接收器中装有0.74摩尔(78.4克)二甘醇。生成的半缩醛由C13核磁共振谱(在丙酮-d6中记录)得到验证。
碳原子 化学位移 相对强度(ppm)a 52.4 1b 169.7 1c 93.3 1d 67.2 1e 70.5 1f 72.7 1g 61.5 1在光谱中不存在其它峰。峰数，峰位及相对强度均与半缩醛结构一致。二甘醇有两个峰，即在61.4和72.6ppm处，而半缩醛显示四个O-CH2单峰(在61.5，72.7，67.2及70.5ppm处)(d至g)。93.3ppm处的单峰是具有下述结构的半缩醛-碳原子的表证
未发现未反应的乙醛酸甲酯的特征峰。
实例6将0.34摩尔(29.9克)乙醛酸甲酯经过克莱森台秤加入带有搅拌器的接收器中，于130毫巴压力下进行蒸馏，该接收器中装有0.34摩尔(55.1克)二甘醇单正丁醚。生成的半缩醛由C13核磁共振谱(在丙酮-d6中进行)得到验证。
碳原子 化学位移 单峰 相对强度(ppm)a 52.2 1 1b 169.4 1 1c 93.4 1 1d+e+f+g 70.3至 4 ∑＝471.0h 67.3 1 1i 32.1 1 1j 19.6 1 1k 14.0 1 1在光谱中不存在其它峰。峰数，峰位及相对强度均与半缩醛结构一致。93.4ppm处的单峰是具有下述结构的半缩醛-碳原子的表证
实例7将0.35摩尔(30.8克)乙醛酸甲酯经过克莱森台秤加入带有搅拌器的接收器中，于100毫巴压力下进行蒸馏，该接收器中装有0.35摩尔(55.3克)正癸醇。生成的半缩醛由C13核磁共振谱(在丙酮-d6中进行)得到验证。
碳原子 化学位移 单峰 相对强度(ppm)a 52.1 1 1b 170.1 1 1c 93.3 1 1d 68.1 1 1e 29.8-30.2 5 ∑＝5f 26.6 1 1g 32.4 1 1h 23.1 1 1i 14.2 1 1在光谱中不存在其它峰。峰数，峰位及相对强度均与半缩醛结构一致。
权利要求
1.从混合物中制取含有C1-C4酯基的乙醛酸酯的方法，该混合物主要含这一类乙醛酸酯和水，及/或C1-C4醇ROH，其中乙醛酸酯和水，及/或醇部分或全部以化学结合的形式存在，本法的特征在于，加入沸点高于180℃的较高碳醇R′OH，并且在最高为800毫巴压力下，先把水及/或醇ROH蒸馏出去，最后蒸馏出乙醛酸酯。
2.根据权利要求
1所述方法，其特征在于，采用沸点高于200℃的较高碳醇R′OH。
3.根据权利要求
1或2所述方法，其特征在于，所用较高碳醇R′OH属于下列三类中的一种a)最高为16个碳原子的直链或支链的链烷醇，b)聚乙二醇
H，n＝2至24，c)聚乙二醇单醚
R″，n＝2至24，式中R″为最高4个碳原子的直链或支链烷基。
4.根据权利要求
1至3中的一项所述方法，其特征在于，在约15至530毫巴压力下进行操作。
5.根据权利要求
1至4中之一所述方法，其特征在于，所指乙醛酸酯为甲酯，所指低碳醇ROH为甲醇。
专利摘要
本发明涉及乙醛酸酯半缩醛以及从混合物中制取含有C
文档编号C07C67/48GK87100429SQ87100429
公开日1987年11月11日 申请日期1987年1月24日
发明者罗伯特·肯尼思·德里斯科尔, 厄恩斯特·恩格·鲁波德, 约亚奇姆·舒茨 申请人:赫彻斯特股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan