一种四甲基庚二酮的制备装置系统及制备方法与流程

本发明属于化学合成，涉及一种β-二羰基化合物的合成方法，具体涉及一种四甲基庚二酮的制备装置系统及制备方法。

背景技术：

1、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮是一种β-二羰基类化合物，其可以作为有机合成单元的中间体使用；2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮具有的双羰基作为配位点使其易与诸多金属离子配位而形成结构稳定的配合物。而且，2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的金属配合物的用途广泛，可作为催化剂用于多种合成反应，具有较高的催化性能；还可与金属铕和镨形成配合物，作为nmr位移试剂使用；更重要的是，2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的贵金属配合物能够用作mocvd前驱体，通过进一步加工成贵金属薄膜等半导体材料，具有优异的应用前景。

2、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮一般通过克莱森酯缩合反应制备，但由于2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的位阻较大，使用该方法进行合成的难度较大。例如，现有技术中存在报道，使用氨基钠作为催化剂，以甲基酮和脂肪酯为原料制备2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，产率约为20％。以氢化钠为缩合剂，三甲基乙酸甲酯、频哪酮为原料，乙二醇二甲醚为溶剂合成2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，产率约为60％。

3、cn1636422a公开了一种β-二酮化合物的制备方法及其金属配合物的方法，包括在不使用其它溶剂且以新戊酸烷基酯作为溶剂的情况下，在碱金属醇盐催化剂存在下使新戊酸烷基酯与频哪酮反应，或在碱金属醇盐催化剂存在下使它们在酰胺型溶剂或脲型溶剂中反应。其公开的制备方法中，收率最高也只能达到70％。

4、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮产率低的原因包括但不限于：原料中的含水较多，使催化剂变性失活；加入频哪酮的速度太快或三甲基乙酸酯的用量太少，导致频哪酮局部浓度过高，存在频哪酮的大量自缩合。另外，利用克莱森缩合反应制备2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的后处理过程为，加酸中和、萃取、减压蒸馏得到产物，该后处理过程会产生较多废液，未反应原料以及催化剂难以进行回收利用。

5、由此可知，现有技术中公开的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的合成存在转化率低、制备成本高以及后处理复杂的缺点，导致2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的制备成本较高，难以实现大规模制备应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种四甲基庚二酮的制备装置系统及制备方法，其能够安全稳定、操作简单、成本低廉且环保的进行2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的制备。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种四甲基庚二酮的制备装置系统，所述制备装置系统包括清洁单元、反应单元、蒸馏单元、过滤单元以及减压蒸馏单元；

4、所述反应单元包括反应装置以及至少3套相互独立的原料供给装置；所述原料供给装置的出料口与反应装置的进料口连接；

5、所述蒸馏单元包括依次连接的第一冷凝器与醇类储罐；所述第一冷凝器的进料口与反应装置的出气口连接；

6、所述过滤单元包括临时储罐与至少两套相互并联的过滤装置；所述过滤装置的进料口与反应装置的出料口连接；所述过滤装置出料口与临时储罐连接；

7、所述减压蒸馏单元包括依次连接的减压蒸馏装置、冷凝段、冷阱以及真空装置；所述冷凝段包括并联连接的第一冷凝段与第二冷凝段；所述临时储罐的出料口与减压蒸馏装置的进料口连接；

8、所述第一冷凝段包括第二冷凝器；第二冷凝器的进料口与减压蒸馏装置的出气口连接；第二冷凝器的上端出料口连接有轻相储罐；第二冷凝器的下端出料口连接有重相储罐；

9、所述第二冷凝段包括第三冷凝器，第三冷凝器的下端出料口连接有产品储罐；

10、所述清洁单元包括分别与原料供给装置连接的保护气体吹扫管路。

11、本发明提供的制备装置系统中的反应装置还设置有搅拌装置，本发明在此不做过多限定，只要能够实现搅拌功能即可。本发明提供的制备装置系统还包括必要的连接管路以及阀门，本发明不做过多限定，只要能够实现各装置的作用即可。

12、本发明提供的生产装置应用于2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的制备时，能够有效抑制副反应的发生，配合蒸馏单元、过滤单元以及减压蒸馏单元的操作，能够得到纯度较高的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，并具有较高的原料转化率。

13、优选地，所述反应单元包括3套相互独立的原料供给装置，分别为频哪酮供给装置、三甲基乙酸酯供给装置以及催化剂分散液供给装置。

14、优选地，所述减压蒸馏装置的底部出料口与催化剂回收储罐连接。

15、优选地，所述重相储罐的出料口与减压蒸馏装置的回流口连接。

16、优选地，所述保护气体吹扫管路为惰性气体吹扫管路或氮气吹扫管路。

17、优选地，所述保护气体吹扫管路还与减压蒸馏装置连接，用于将减压蒸馏装置中的固体催化剂吹扫至催化剂回收储罐。

18、第二方面，本发明提供了一种四甲基庚二酮的制备方法，所述制备方法在第一方面所述制备装置系统中进行，包括如下步骤：

19、(1)反应装置内首先混合三甲基乙酸酯与催化剂分散液，升温至反应温度，然后滴加频哪酮，滴加结束后继续反应至结束，得到反应液；反应过程中通过第一冷凝器收集反应中生成的醇至醇类储罐，促进反应正向进行；

20、(2)蒸馏步骤(1)所得反应液，在醇类储罐中收集反应中产生的醇；

21、(3)步骤(2)蒸馏后的反应液进行过滤，通过过滤装置收集未溶解的催化剂；过滤装置所得滤液经临时储罐进入减压蒸馏装置，经过减压蒸馏，得到2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮。

22、本发明提供的制备方法，还包括反应进行前的保护气体置换，本发明在此不做过多限定。

23、本发明提供的制备方法是在克莱森酯缩合反应的基础上进行的改进，制备方法配合制备装置进行，能够有效抑制副反应的发生，而后，通过对反应液进行蒸馏、过滤以及减压蒸馏的操作，能够得到纯度较高的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，并具有较高的原料转化率。

24、优选地，步骤(1)所述三甲基乙酸酯包括三甲基乙酸甲酯和/或三甲基乙酸乙酯。

25、优选地，步骤(1)所述催化剂分散液中的催化剂包括叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钠或氨基钠中的任意一种或至少两种的组合。

26、优选地，步骤(1)所述催化剂分散液中的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚、1,4-二氧六环或n-甲基-2-吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。

27、优选地，步骤(1)所述催化剂分散液中，催化剂与溶剂的质量比为1:(2-10)。

28、优选地，步骤(1)所述频哪酮与三甲基乙酸酯的摩尔比为1:(1.2-3)。

29、优选地，步骤(1)所述频哪酮与催化剂的摩尔比为1:(2-4)。

30、优选地，步骤(1)所述反应温度的数值范围为30-90℃；

31、优选地，步骤(1)所述频哪酮的滴加时间为2-10h。

32、优选地，步骤(1)所述继续反应的时间为8-20h。

33、优选地，步骤(3)所述过滤包括保护气体保护的加压过滤。

34、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

35、(1)本发明提供的生产装置应用于2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮的制备时，能够有效抑制副反应的发生，配合蒸馏单元、过滤单元以及减压蒸馏单元的操作，能够得到纯度较高的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，并具有较高的原料转化率；

36、(2)本发明提供的制备方法是在克莱森酯缩合反应的基础上进行的改进，制备方法配合制备装置进行，能够有效抑制副反应的发生，而后，通过对反应液进行蒸馏、过滤以及减压蒸馏的操作，能够得到纯度较高的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮，并具有较高的原料转化率。