專利名稱：3,3－二甲基丁醛的制備方法
3, 3-二甲基丁醛的制備方法本申請是2000年6月29日提交的中國專利申請200810005724.X的分案申請。中國專利申請200810005724.X是中國專利申請00809749.6 (PCT/US00/17946)的分案申請。
背景技術：
本發明涉及3，3- 二甲基丁醛的制備方法，更具體地涉及制備3，3- 二甲基丁醛及其前體的改進的方法。Nofre等的美國專利5480668描述了人造甜味劑，其包含天冬甜素的N-取代衍生物。Nofre所述的優選例子是N-[N-(3，3_ 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]_L_苯基丙氨酸1-甲基酯。該文獻中還描述了該產品可以通過3，3- 二甲基丁醛與天冬甜素和還原劑例如氰基硼氫化鈉在溶劑介質例如甲醇中反應來制備。Nofre等的美國專利5510508和Prakash的美國專利5728862描述了通過還原烷基化反應來制備N- [N- (3，3- 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1_甲基酯，包括席夫堿的催化氫化反應，席夫堿通過3，3- 二甲基丁醛與天冬甜素的縮合反應來制備。為了促進N- [N- (3，3- 二甲基丁基)-L- α -天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1_甲基酯的生產，在本領域需要一種改進和經濟的制備3，3-二甲基丁醛中間體的方法。目前，3，3-二甲基丁醛可以從商業獲得，但其量有限，且價格昂貴。目前可行的生產方法通常不能提供滿意的收率，或不能生產具有足夠純度的基本不含副產物例如叔丁基乙酸的醛中間體。最近，已開發了改進的方法，但是仍然需要更令人滿意的3，3- 二甲基丁醛的工業生產方法。Prakash等的美國專利5856584描述了一種由3，3_ 二甲基丁醇的氧化反應制備3，3- 二甲基丁醛的方法。在該方法中所用的氧化組分包括氧化金屬氧化物或2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧基自由基和氧 化劑例如次氯酸鈉。通過金屬氧化物進行的氧化反應可以使3，3- 二甲基丁醇在含有惰性載體氣體的氣相中與氧化金屬氧化物接觸來進行。通過2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧基自由基和次氯酸鈉進行的氧化反應可以在溶劑體系中進行。Slaugh的美國專利4891446描述了一種具有5_20個、優選7_18個碳原子的飽和伯醇的催化脫氫方法。使該醇通過在立式塔或水平管式反應器中的黃銅顆粒固定床。盡管氫氣是反應的產物，但將額外的氫氣引入反應器中以便得到良好的催化劑壽命或穩定性。具體的操作實施例是c9、C13和C15醇的脫氫反應。Gulkova等在“在氧化鋅-氧化鉻催化劑上的取代醇向醛的脫氫反應”，Collect.Czech.Chem.Commun.,第57卷，2215-2226 M (1992)中報告了通過在固體催化劑上進行脫氫由十六種伯醇得到相應的醛。所實驗的基質是3，3_ 二甲基丁醇。該文獻報告了 3，3_ 二甲基丁醇基質的脫氫反應的特定速率常數信息，但并未描述該基質轉化成3，3- 二甲基丁醛的特定條件。Banthorpe等在“消除反應的機理，第XX部分，在雙分子烯烴消除反應中的位阻應力的非本質性”，T.C.S.,1960,4084-4087頁中描沭了 3，3-二甲基丁醇向3，3-二甲基丁醛的脫氫反應，其中3，3_ 二甲基丁醇被蒸入含有浮石載附的亞鉻酸銅催化劑的垂直管中，并通過回流冷凝器收集。在反應40分鐘后該催化劑被還原，并通過于320°C在空氣流中暴露2小時來再生。當3，3-二甲基丁醛衍生自3，3-二甲基丁醇時，提供滿意的制備醛的工業方法時還要求選擇和/或開發經濟有效的制備醇的方法。Hoffman等的美國專利3754052描述了異丁烯、乙烯與硫酸在異丁烷存在下反應制備在異丁烷中的3，3-二甲基丁醇的硫酸酯。除去未反應的乙烯，并于>25°C用異丁烷使硫酸酯烷基化以制備3，3- 二甲基丁烷。Wiese的美國專利2660602描述了通過乙烯、烯烴共反應劑和硫酸制備支化的伯硫酸酯的方法，特別是包括3，3-二甲基丁基氫硫酸酯的制備，其中烯烴共反應劑是異丁烯。該反應通過同時使強硫酸與乙烯和共反應劑接觸、優選冷接觸來進行。保持了乙烯對共反應劑的高比率。烴稀釋劑優選存在于反應區中，特別是當使用低分子量共反應劑，即小于C12時。該文獻公開了 3，3- 二甲基丁基一氫硫酸酯水解成3，3- 二甲基丁醇，并進一步暗示制備該醇的乙酸酯，據述該酯用作清漆溶劑。Wiese等還建議通過鄰苯二甲酸酐與支鏈醇的酯化反應制備鄰苯二甲酸二辛酯增塑劑。已描述了這樣的反應，其中羧酸和酯被強還原劑例如常用的氫化鋁鋰還原成醇。這種反應必須小心操作，因為還原劑的反應性高。Tournal of Organic Chemistry,第46卷(1981) ,2579-2581頁公開了羧酸酰胺可以通過混合硼氫化鈉和甲磺酸和二甲基硫醚(DMSO)而被還原成相應的胺。其中還公開了乙酸和苯基乙酸可以在相似的條件下被還原成相應的醇。但是，該文獻未暗示將其它酸還原成相應的醇。硼氫化鈉是常用的還原劑，且能較安全地操作，但一般不認為其適用于還原羧酸酯基團，因為其還原能力一般。Journal of the American Chemical Society,第 73 卷,(1951) 555 頁公開了1-氯-3，3-二甲基丁烷與碳酸鉀在密閉體系中水解，以65%收率生成3，3_二甲基丁醇。由于在反應中產生二氧化碳，所以該方法需要在高壓下操作以避免汽提出含水相。

發明概述 所以本發明的目的是提供一種制備3，3- 二甲基丁醛的方法；提供使用可行和價廉的原料來實施該方法；提供用于3，3- 二甲基丁醛的中間體的生產方法；提供在3，3- 二甲基丁醛和/或其中間體的制備中獲得高收率的方法；提供制備3，3-二甲基丁醇的方法；提供制備3，3-二甲基丁醇的方法和其作為轉化成3，3-二甲基丁醛的基質的用途；提供制備3，3- 二甲基丁醇和在不需要實質上精制3，3- 二甲基丁醇的情況下將其轉化成3，3- 二甲基丁醛的方法；提供制備3，3- 二甲基丁醛的方法，該方法不需要生成鹵化物副產物或雜質；提供生產3，3- 二甲基丁醇和3，3- 二甲基丁醛的方法，該方法可通過可接受的投資和操作成本來實施；和提供生產3，3_ 二甲基丁醛的方法和將其用于制備N-[N-(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1-甲基酯(下文中稱作“丙氨酸酯”)的用途。所以簡而言之，本發明涉及3，3-二甲基丁醛的制備方法。3，3-二甲基丁醇的酯通過使異丁烯、乙烯和無機酸反應來制備。該酯被水解以制備3，3_ 二甲基丁醇；并將該醇轉化成3，3-二甲基丁醛。本發明進一步涉及3，3- 二甲基丁醛的制備方法，包括使3，3- 二甲基丁醇與用于將醇脫氫成相應醛的催化劑接觸，在任何催化劑再生反應的間歇之前，轉化率至少為5摩爾二甲基丁醛/摩爾催化劑活性相。本發明進一步包括3，3-二甲基丁醇的制備方法，其中將含有3，3-二甲基丁酯和無機酸的水解進料混合物在水的存在下加熱，從而水解該酯并制備含有3，3- 二甲基丁醇的水解反應混合物。將由水解形成的3，3_ 二甲基丁醇從水解反應混合物中蒸餾出來。本發明進一步涉及3，3-二甲基丁醛的制備方法，其中使含有3，3-二甲基丁醇和惰性氣體的氣相與脫氫催化劑接觸，以制備含有3，3- 二甲基丁醛的脫氫反應產物氣體，在任何催化劑再生反應的間歇之前，轉化率至少為5摩爾二甲基丁醛/摩爾催化劑活性相。從脫氫反應混合物中回收3，3-二甲基丁醛。本發明進一步涉及3，3-二甲基丁醛的制備方法，其中制備含有顆粒脫氫催化劑和3，3- 二甲基丁醇的淤漿，和通過在該淤漿中的催化脫氫反應將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3_ 二甲基丁醛。制備了含有催化劑和3，3_ 二甲基丁醛的脫氫反應產物淤漿。從脫氫反應產物淤漿中回收3，3- 二甲基丁醛。本發明進一步包括3，3-二甲基丁醛的制備方法，其中使3，3-二甲基丁酸或其酯與還原劑接觸，從而制備3，3- 二甲基丁醇。將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。本發明還涉及一種3，3- 二甲基丁醛的制備方法，其中將選自1-氯_3，3- 二甲基丁烷和1-溴_3，3- 二甲基丁烷的基質進行水解以制備3，3- 二甲基丁醇。將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3-二甲基丁醛。本發明還涉及一種3，3-二甲基丁醛的制備方法，其中3，3-二甲基丁醛如下制備:使1-鹵代_3，3-二甲基丁烷或1-酰氧基_3，3-二甲基丁烷在堿的存在下進行水解；和將3，3-二甲基丁醇轉化成3，3-二甲基丁醛。本發明還涉及一種制備3，3-二甲基丁醇的方法，其中I，2-環氧基-3，3-二甲基丁烷氧化物被還原成3，3- 二甲基丁醇，和將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。本發明還涉及一種制備3，3_ 二甲基丁醛的方法，其中使叔丁基有機金屬化合物與環氧乙烷反應形成3，3- 二甲基丁醇，和將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。本發明進一步涉及一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，其中使3，3-二甲基丁醇與用于將醇脫氫成相應醛的催化劑接觸，該催化劑基本上對人體無毒。其它目的和特征將是從以下描述表現出來。附圖簡沭

圖1是在圖中所示條件下進行的實施例2所述組合烷基化反應/酯化反應和水解反應的烷基化反應/酯化反應期間，3，3- 二甲基丁醇的總收率和基于硫酸、乙烯和異丁烯的收率與反應物添加時間的關系曲線；圖2是在圖中所示其它固定條件下進行的實施例2所述組合烷基化反應/酯化反應和水解反應的烷基化反應/酯化反應期間，基于異丁烯、乙烯(已反應的)、乙烯(進料的)和硫酸的3，3_ 二甲基丁醇收率與乙烯壓力的關系曲線；圖3是在圖中所示其它固定條件下進行的實施例2所述組合烷基化反應/酯化反應和水解反應的烷基化反應/酯化反應期間，在不同乙烯壓力下，累積乙烯吸收量與時間的關系曲線；圖4是在實施例6所述的3，3- 二甲基丁醇進行固定床催化脫氫反應轉化成3，3-二甲基丁醛期間，選擇性與時間的關系曲線；圖5是在實施例7的48 小時脫氫實驗期間，在3，3_ 二甲基丁醇向3，3_ 二甲基丁醛的催化脫氫反應中，3，3- 二甲基丁醛的含量、3，3- 二甲基丁醇的含量、轉化率和選擇性與時間的關系曲線；圖6是在實施例7的48小時實驗操作期間，脫氫反應氣體中的雜質含量與時間的關系曲線；圖1是本發明制備3，3_ 二甲基丁醛的全過程的流程圖；圖8是本發明連續制備3，3-二甲基丁醇的全過程的實施方案的工藝設備和流程圖；圖9是3，3- 二甲基丁醇向3，3- 二甲基丁醛的催化脫氫反應的實施方案的工藝設備和流程圖；圖10是另一個催化脫氫反應的實施方案的工藝設備和流程圖。在這些圖中,相應的參考符號表示相應的部件。優選實施方案的描述根據本發明，已開發了制備3，3_二甲基丁醇、3，3_二甲基丁醛和N-[N_(3，3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨酰基]-L-苯基丙氨酸1-甲基酯(丙氨酸酯)的有利方法。在包括制備3，3- 二甲基丁醇初始步驟的烷基化反應和酯化反應中，使異丁烯、乙烯和無機酸進行反應以制備含有3，3-二甲基丁醇和無機酸的酯的混合物。例如，用硫酸作為無機酸，單酯和二酯通常按照以下反應來制備:
權利要求
1.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 通過使異丁烯、乙烯和無機酸反應來制備3，3-二甲基丁醇的酯； 水解所述酯以制備3，3- 二甲基丁醇；和 將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
2.一種制備3，3- 二甲基丁醛的方法，包括使3，3- 二甲基丁醇與用于將醇脫氫轉化成相應醛的催化劑接觸，其中在任何催化劑再生反應的間歇之前，轉化率至少為5摩爾3，3- 二甲基丁醛/摩爾催化劑活性相。
3.一種制備3，3-二甲基丁醇的方法，包括 將含有3，3- 二甲基丁酯和無機酸的水解進料混合物在水的存在下加熱，從而水解該酯并制備含有3，3- 二甲基丁醇的水解反應混合物；和 將由水解形成的3，3- 二甲基丁醇從水解反應混合物中蒸餾出來。
4.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使含有3，3- 二甲基丁醇和惰性氣體的氣相與脫氫催化劑接觸，以制備含有3，3- 二甲基丁醛的脫氫反應產物氣體，在任何催化劑再生反應的間歇之前，轉化率至少為約5摩爾3，3- 二甲基丁醇/摩爾催化劑活性相；和從脫氫反應產物中回收3，3-二甲基丁醛。
5.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 制備含有顆粒脫氫催化劑和3，3- 二甲基丁醇的淤漿； 通過在所述淤漿中的催化脫氫反應將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛，從而制得含有所述催化劑和3，3- 二甲基丁醛的脫氫反應產物淤漿； 從脫氫反應產物淤漿中回收3，3- 二甲基丁醛。
6.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使3，3- 二甲基丁酸或其酯與還原劑接觸，從而制備3，3- 二甲基丁醇；和 將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
7.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 將選自1_氯_3，3- 二甲基丁燒、1-溴-3，3- 二甲基丁燒和1-碘-3，3- 二甲基丁燒的基質進行水解以制備3，3- 二甲基丁醇；和 將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
8.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 制備3，3-二甲基丁醇，其中3，3-二甲基丁醇的制備包括使1-鹵代-3，3-二甲基丁烷或1-酰氧基_3，3- 二甲基丁烷在堿的存在下進行水解；和將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
9.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 將1，2-環氧基-3，3- 二甲基丁烷氧化物還原成3，3- 二甲基丁醇；和 將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
10.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使叔丁基有機金屬化合物與環氧乙烷反應形成3，3- 二甲基丁醇；和 將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛。
11.一種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括使3，3-二甲基丁醇與用于將醇脫氫轉化成相應醛的催化劑接觸，所述催化劑對人體基本上無毒。
12.—種制備3，3-二甲基丁醛的方法，包括: 使3，3- 二甲基丁酸或其酯與還原催化劑接觸，從而生成3，3- 二甲基丁醇；和將3，3- 二甲基丁醇轉化成3，3- 二甲基丁醛，其中3，3- 二甲基丁醇與用于將該醇氧化成3，3- 二甲基丁醛的氧化劑接觸，且所述氧化劑包括能將醇化學計量氧化成相應醛的氧化 銅。
全文摘要
由3，3-二甲基丁醇制備3，3-二甲基丁醛。中間體3，3-二甲基丁醇通過使乙烯、異丁烯和無機酸反應以制備3，3-二甲基丁基酯，然后該酯被水解成醇來制備。水解步驟通過反應性蒸餾來進行。或者，由通過相應羧酸或1，2-環氧基-3，3-二甲基丁烷的還原或通過1-鹵代-3，3-二甲基丁烷的水解制得的3，3-二甲基丁醇來制備3，3-二甲基丁醛。固定床氣相和攪拌釜液相方法用于通過催化脫氫將3，3-二甲基丁醇轉化成3，3-二甲基丁醛。
文檔編號C07K5/072GK103073402SQ20121047069
公開日2013年5月1日 申請日期2000年6月29日 優先權日1999年7月2日
發明者J·R·艾博納, Z·郭, A·赫施曼, L·M·克萊恩, W·D·麥格西, M·D·帕斯特, I·帕拉卡施 申請人:納特拉斯維特公司