本發(fā)明涉及一種4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與其加氫產(chǎn)物4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離方法。

背景技術(shù)：

4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛是一種制備各種阿樸胡蘿卜素醛和二阿樸胡蘿卜素醛以及維生素A的重要中間體.

目前，4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的合成方法多樣，其中，眾所周知的方法是丙醛和乙醛衍生物的分子間縮合。但是，在兩種不同的醛化合物進行交叉醛縮合的反應(yīng)時，如果使用公知的醛縮合催化劑如氫氧化鈉等，那么各個醛化合物會發(fā)生自身的縮合反應(yīng)，從而以交叉縮合為目的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的選擇性會降低，同時會給精制操作帶來不可避免的麻煩。

中國公開專利CN1495151A和CN97115390.6公開了一種以乙縮醛、丙烯醚為原料，經(jīng)烯醇醚縮合、裂解、鹵代、乙酰氧基化制備4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的方法，但是，該方法反應(yīng)步驟多、產(chǎn)品收率低(約53％)、反應(yīng)廢渣廢液多，環(huán)保經(jīng)濟性欠佳。

美國專利US5055620描述了一種羥醛aldol縮合過程，制備2-乙基-2-己烯醛，使用MgO-Al₂O₃為催化劑，丁醛縮合反應(yīng)在固定床中進行，反應(yīng)溫度為150℃。

上述是合成4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的常用方法，但未涉及4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與其加氫產(chǎn)物4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離方法。

由于4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的沸點相差5℃以內(nèi)(205～210℃之間)，兩者相對揮發(fā)度相近很難通過精餾進行分離。因此，需要一種將這兩種物質(zhì)進行有效分離的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，首次通過引入一種親二烯體使4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與親二烯體發(fā)生[4+2]Diels–Alder反應(yīng)(以后簡稱DA反應(yīng))，然后將4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛與DA反應(yīng)縮合產(chǎn)品進行分離，最終再將DA縮合產(chǎn)物優(yōu)選在m咪唑類離子液體中通過熱裂解得到4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與親二烯體。該方法解決了精餾無法分離的分離4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的難題。

具體地，本發(fā)明提供了一種4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛(結(jié)構(gòu)I)與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛(結(jié)構(gòu)II)的分離方法，通過該方法可以實現(xiàn)4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離，其中重要中間體狄爾斯-阿爾德(DA)縮合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)如III所示。

為達到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離方法，該方法包括：

(A)將4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合物和親二烯體投入反應(yīng)器中，使4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與親二烯體發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應(yīng)([4+2]Diels–Alder)反應(yīng)，而4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛不發(fā)生該反應(yīng)；

(B)將4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛與狄爾斯-阿爾德縮合產(chǎn)物(DA縮合產(chǎn)物)分離，得到4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛產(chǎn)品；

(C)將狄爾斯-阿爾德縮合產(chǎn)物任選在離子液體作為溶劑的條件下通過熱裂解得到4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和親二烯體，然后將4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和親二烯體分離(例如經(jīng)過精餾)，得到4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛。

4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合物中，4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的質(zhì)量比一般為60～90:40～10，例如70-85:30～15。

優(yōu)選地，狄爾斯-阿爾德反應(yīng)在反應(yīng)溫度為60-120℃，優(yōu)選80-100℃，反應(yīng)壓力為0-5bar(絕壓)的條件下進行。

為保證后續(xù)分離效果，步驟(A)中，4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為90％以上，優(yōu)選95％以上，更優(yōu)選4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和親二烯體基本定量反應(yīng)。

優(yōu)選地，步驟B中的分離通過蒸餾來完成，蒸餾條件為壓力10Pa-1000Pa，優(yōu)選50-500Pa，餾分溫度為60-80℃。

優(yōu)選地，為保證4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛完全轉(zhuǎn)化，親二烯體和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的摩爾比為0.95-1.1倍，優(yōu)選等摩爾反應(yīng)，反應(yīng)停留時間為10min-10h，優(yōu)選0.5h-5h。

反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液中DA縮合產(chǎn)物和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛進行分離，得到的DA縮合產(chǎn)物用于裂解。

所述“任選在離子液體作為溶劑的條件下”是指，可以在離子液體存在的條件下進行熱裂解，也可以在沒有離子液體存在的條件下進行熱裂解。

優(yōu)選地，將上述得到的DA縮合產(chǎn)物在咪唑類離子液體中，在減壓的條件進行裂解，反應(yīng)溫度為50-150℃，優(yōu)選80-100℃。

優(yōu)選地，為保證裂解反應(yīng)得順利進行，需要將裂解產(chǎn)生的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和親二烯體移除，該反應(yīng)可以在減壓條件下進行，裂解反應(yīng)的壓力為0.1mmHg-100mmHg，優(yōu)選1mmHg-10mmHg。

優(yōu)選地，裂解反應(yīng)產(chǎn)生的餾分冷卻后進入精餾塔進行分離，精餾所需的塔板數(shù)為10-50塊塔板，優(yōu)選20-30塊塔板，回流比為1:1-10:1，優(yōu)選2:1-5:1，精餾壓力1-10mmHg，優(yōu)選3-8mmHg，更優(yōu)選約5mmHg，餾分溫度為60-80℃。

中間體狄爾斯-阿爾德縮合產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式中，R₁為吸電子基團如醛基、氰基、酯基、酸酐等，R₂為氫、烷基、醛基、氰基、酯基等，親二烯體優(yōu)選丙烯腈、丙烯醛、馬來酸酐、馬來酸二乙酯等雙鍵旁帶有吸電子基團的化合物，其中更優(yōu)選馬來酸二乙酯。

離子液體優(yōu)選為咪唑類離子液體，更優(yōu)選陰離子為四氟硼酸、六氟磷酸的咪唑類離子液體，咪唑陽離子可以被烷基取代或者未被取代，離子液體與DA縮合產(chǎn)物的質(zhì)量比例如可以為1：1-5:1，優(yōu)選1.5-3:1，更優(yōu)選2:1，離子液體作為溶劑可以將裂解反應(yīng)起始溫度降低70℃左右。

本發(fā)明中的離子液體優(yōu)選如下式所示，R₃、R₄可以為甲基、乙基等烷基，陰離子為BF₄^-、PF₆^-等，優(yōu)選R₄＝丁基，R₃＝甲基，陰離子為BF₄^-的離子液體，記為[R₃R₄im]⁺[BF₄]，即[mbim]⁺[BF₄]^-。

本發(fā)明方法中4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛與DA縮合產(chǎn)物分離可以采用精餾也可以采用簡單蒸餾，由于DA縮合產(chǎn)物與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的沸點相差較大可以采用簡單蒸餾，為操作簡單此處采用蒸餾，蒸餾的壓力為10Pa-1000Pa，優(yōu)選50-500Pa，餾分溫度為60-80℃。

為保證塔釜DA縮合產(chǎn)物的純度，當(dāng)塔釜溫度達到130-150℃時停止蒸餾，此時塔釜DA縮合產(chǎn)物的純度＞90％。

通過上述分離方案可以得到純度＞95％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛以及純度＞94％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛，分離收率＞90％。

本發(fā)明的積極效果在于首次提出通過4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛通過DA縮合反應(yīng)以及縮合產(chǎn)物裂解反應(yīng)實現(xiàn)4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離。

4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛兩者相對揮發(fā)度相近，因此很難通過精餾進行分離。本發(fā)明通過引入一種親二烯體，首先使4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與親二烯體發(fā)生[4+2]Diels–Alder反應(yīng)(以后簡稱DA反應(yīng))，然后將4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛與DA反應(yīng)縮合產(chǎn)品進行分離，最終再將DA縮合產(chǎn)物通過熱裂解得到4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與親二烯體，由于DA裂解反應(yīng)溫度高，同時物料具有熱敏性，以咪唑類離子液體作為溶劑能夠有效的降低反應(yīng)溫度，提高4-乙酰氧基-2-亞甲基的收率，同時離子液體可以循環(huán)套用降低生產(chǎn)成本。該方法解決了4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛與4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛無法通過精餾分離的難題，同時4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛是制備各種阿樸胡蘿卜素醛和二阿樸胡蘿卜素醛以及維生素A的重要中間體，亦用于其他有機合成。

具體實施方式

以下通過具體實施例來詳細說明本發(fā)明。在本申請中，“％”和“份”是指質(zhì)量％，除非另有規(guī)定。

本發(fā)明中的氣相色譜分析條件如下：

色譜柱：安捷倫HP-5(規(guī)格為30m×0.32mm×0.25mm)

進樣口溫度：280℃

分流比：30:1

柱流量：1.5ml/min

柱溫：100℃0.5min

15℃/min升高到260℃，保持8min

檢測器溫度：280℃，H₂流量：35ml/min

空氣流量：350ml/min

對比例1

將含有80％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液在精餾塔中進行分離，精餾塔填料層高度為1.2m，內(nèi)徑為24mm，內(nèi)部裝有3*3三角螺旋填料，總塔板數(shù)為36-43，精餾壓力為5torr(絕壓)，回流比為5:1，當(dāng)塔釜溫度為118℃時，塔頂餾分溫度為72℃，餾分組成中含有30.2％的20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛以及69.8％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛，說明在如此多的塔板數(shù)和高回流比下，4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的分離效果依然很差。

實施例1

在2L反應(yīng)釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入3.099mol的馬來酸二乙酯532.96g，用氮氣置換反應(yīng)釜內(nèi)的空氣后，加熱至95℃，反應(yīng)3h后停止反應(yīng)，經(jīng)過分析后4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的轉(zhuǎn)化率為99.5％，選擇性為97.0％。將上述得到的釜液直接進行蒸餾，蒸餾壓力為200Pa，共得到68℃餾分101.60g，其中0.98％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、97.94％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.26％的馬來酸二乙酯、0.08％馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.74％。塔釜得到純度＞91.65％的馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品931.36g。將上述得到的DA縮合產(chǎn)物加熱至165℃，并將分解產(chǎn)生的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和馬來酸二乙酯收集，反應(yīng)時間7.5h，共收集到產(chǎn)品773.21g，餾分組成為45.10％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、54.78％的馬來酸二乙酯、0.04％馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.08％，最終釜殘為158.15g。將裂解得到的餾分在精餾塔中進行精餾，精餾塔塔板數(shù)為30，精餾壓力5torr，回流比為5:1的條件下進行精餾分離，塔頂?shù)玫?3℃的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛產(chǎn)品350.95g，其組成為99.25％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、0.60％的馬來酸二乙酯，其它0.15％，塔釜溫度為112℃，其組成為0.09％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、99.80％的馬來酸二乙酯、馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.11％，其中4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的總收率為87.08％。

實施例2

在2L反應(yīng)釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入2.817mol的馬來酸二乙酯484.51g，用氮氣置換反應(yīng)釜內(nèi)的空氣后，加熱至95℃，反應(yīng)4h后停止反應(yīng)，經(jīng)過分析后4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的轉(zhuǎn)化率為98.50％，選擇性為96.30％。將上述得到的釜液直接進行蒸餾，蒸餾壓力為200Pa，共得到72℃餾分103.63g，其中2.89％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、96.01％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.70％的馬來酸二乙酯、0.08％馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.32％。塔釜得到純度＞95.24％的馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品880.87g。向上述得到的DA縮合產(chǎn)物加入[mbim]⁺[BF₄]^-離子液體1500g加熱至100℃，裂解壓力為0.5mmHg并將分解產(chǎn)生的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和馬來酸二乙酯收集，反應(yīng)時間6h，共收集到產(chǎn)品831.54g，餾分組成為45.03％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、54.89％的馬來酸二乙酯、0.01％馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.07％，最終釜液為1549.34g。將裂解得到的餾分在精餾塔中進行精餾，精餾塔塔板數(shù)為30，精餾壓力5torr，回流比為5:1的條件下進行精餾分離，塔頂?shù)玫?3℃的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛產(chǎn)品376.85g，其組成為99.26％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、0.60％的馬來酸二乙酯，其它0.14％，塔釜溫度為112℃，其組成為0.08％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、99.89％的馬來酸二乙酯、0.02％馬來酸二乙酯和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.01％，其中4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的總收率為93.52％。

實施例3

在2L反應(yīng)釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入2.817mol的馬來酸酐276.06g，用氮氣置換反應(yīng)釜內(nèi)的空氣后，加熱至90℃，反應(yīng)4.5h后停止反應(yīng)，經(jīng)過分析后4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的轉(zhuǎn)化率為97.60％，選擇性為94.50％。將上述的到的釜液直接進行蒸餾，蒸餾壓力為200Pa，共得到68℃餾分105.39g，其中4.55％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、94.41％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.63％的馬來酸酐、0.06％馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.35％。塔釜得到純度＞92.96％的馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品670.67g。向上述得到的DA縮合產(chǎn)物加入[mbim]⁺[BF₄]^-離子液體1000g加熱至100℃，裂解壓力為0.5mmHg并將分解產(chǎn)生的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和馬來酸酐收集，反應(yīng)時間7h，共收集到產(chǎn)品618.70g，餾分組成為58.85％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、41.05％的馬來酸酐、馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.10％，最終釜液為1051.97g。將裂解得到的餾分在精餾塔中進行精餾，精餾塔塔板數(shù)為40，精餾壓力5torr，回流比為8:1的條件下進行精餾分離，塔頂?shù)玫?7℃的馬來酸酐原料253.16g，其組成為0.14％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、99.81％的馬來酸酐，其它0.05％，塔釜溫度為102℃，其組成為99.51％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、0.35％的馬來酸酐、馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.14％，其中4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的總收率為90.94％。

實施例4

在2L反應(yīng)釜中，投入80％的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛(2.817mol)以及20％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛的混合液500g，并加入3.099mol的馬來酸酐532.96g，用氮氣置換反應(yīng)釜內(nèi)的空氣后，加熱至95℃，反應(yīng)3h后停止反應(yīng)，經(jīng)過分析后4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的轉(zhuǎn)化率為99.5％，選擇性為97.0％。將上述的到的釜液直接進行蒸餾，蒸餾壓力為200Pa，共得到68℃餾分101.19g，其中0.99％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、98.33％的4-乙酰氧基-2-甲基-丁醛、0.15％的馬來酸酐、0.06％馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.47％。塔釜得到純度＞92.88％的馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品702.47g。向上述得到的DA縮合產(chǎn)物加入[mbim]⁺[BF₄]^-離子液體2000g加熱至100℃，裂解壓力為0.5mmHg并將分解產(chǎn)生的4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛和馬來酸酐收集，反應(yīng)時間7.5h，共收集到產(chǎn)品638.53g，餾分組成為59.05％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、40.86％的馬來酸酐、0.01％馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.08％，最終釜液為2063.94g。將裂解得到的餾分在精餾塔中進行精餾，精餾塔塔板數(shù)為40，精餾壓力5torr，回流比為8:1的條件下進行精餾分離，塔頂?shù)玫?7℃的馬來酸酐原料260.08g，其組成為0.15％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、99.80％的馬來酸酐，其它0.05％，塔釜溫度為102℃，其組成為99.53％4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛、0.34％的馬來酸酐、馬來酸酐和4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的DA縮合產(chǎn)品以及其它組成占0.13％，其中4-乙酰氧基-2-亞甲基-丁醛的總收率為94.16％。