[发明专利]氢化衣康酸的方法

说明书

技术领域

本发明是涉及衣康酸，更特别涉及氢化衣康酸的方法。

背景技术

以植物产生的醣类、纤维、或叶茎废弃物转化成生质油品及塑化中间体原料可减少对石油的依赖度，进而减缓能源危机及温室效应等环保问题。衣康酸(IUPAC命名为2-甲基-1，4-丁二酸)是其中相当有潜力的生质材料选项之一，可由植物的醣类或叶茎废弃物经由适当菌种发酵生产，通过进一步氢化反应后可转化成2-甲基-1，4-丁二醇。上述二醇(diol)的结构近似1，4-丁二醇，其主要应用于聚酯或聚氨酯(PU)等聚合物。

目前2-甲基-1，4-丁二醇并无大量生产的技术或产品，只有Aldrich贩售克级计量的试剂等级的手性化合物。在美国专利US 6,204,417中，主要使用双金属催化剂系列如Pt-Re或PtO-ReO催化10wt％的衣康酸水溶液以形成2-甲基-1，4-丁二醇，其反应器为高压反应釜，在60巴(bar)以上的氢气压力及150℃下进行氢化反应，其最高产率可达70％。在美国专利US 4,782,167中，主要使用Pd-Re/TiO₂催化4wt％的衣康酸水溶液以形成二醇产物。其反应器为固定床，适合万吨级产量的规模，但其主产物为2-甲基丁内酯，二醇产物只有1.8％。上述氢化反应需耗费大量的水作为溶剂，且水的高沸点及其与二醇产物的互溶性将使纯化步骤耗费大量能量。此外，进料浓度偏低(10wt％以下)需要更高的制备工艺反应器耐压能力，这将提高设备投资的成本。另外，衣康酸的水溶液具有明显的酸性，会酸化催化剂并降低催化剂寿命。

综上所述，目前业界仍需新的氢化方法使衣康酸转化成2-甲基-1，4-丁二醇、2-甲基丁内酯、3-甲基-丁内酯、及2-甲基琥珀酸酯。

发明内容

本发明的目的在于解决了现有技术大量耗水的问题，从而提供了一种能耗低、适合大规模生成、可有效增加催化剂寿命的新的氢化衣康酸的方法。

本发明提供一种氢化衣康酸的方法，包括提供衣康酸与醇类进行酯化反应，形成衣康酸二烷酯，以及以催化剂氢化衣康酸二烷酯，形成2-甲基-1，4-丁二醇、2-甲基丁内酯、3-甲基-丁内酯、及2-甲基琥珀酸酯。

与现有技术的单一步骤氢化相较，本发明并不直接氢化衣康酸而是采取酯化后再氢化的二段式方法，该方法的优点在于：虽然本发明多了一道酯化步骤，但高产率的酯化反应并不会减损后续高进料率的氢化反应的价值；此外，本发明的衣康酸二烷酯为中性，不似衣康酸会毒化氢化催化剂，可有效延长催化剂的使用寿命；本发明解决了现有技术大量耗水的问题，因而可降低成本。

具体实施方式

本发明提供一种氢化衣康酸的方法，包括提供衣康酸与醇类进行酯化反应，形成衣康酸二烷酯。在本发明一实施例中，醇类为C_1-4的醇类如甲醇或乙醇。若使用碳数超过4的醇类如戊醇，将会提高成本且不利于酯化反应产率。酯化反应器可为批式反应器或固定床反应器，反应温度介于50至200℃之间，反应压力介于1巴至20巴之间，反应时间介于0.5至6小时之间。反应时可加入约0.5-5wt％的酸性催化剂，包含均相催化剂如对甲苯磺酸，或异相催化剂磺酸树脂等。一般来说，衣康酸酯化为衣康酸二烷酯的产率会随醇与酸的比例不同而改变。经酯化反应后的产物可直接使用于后续的氢化反应，也可以蒸馏方法或加入碱液沉淀未完全反应物及过滤等纯化法去除未反应的衣康酸、部份酯化的衣康酸、与醇类。分离出的衣康酸、部份酯化的衣康酸及醇类可回收至酯化反应器以再次酯化。