[发明专利]一种磷灰石类固体碱催化合成羟基新戊醛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以一种磷灰石类固体碱为催化剂，异丁醛与甲醛发生缩合反应生成羟基新戊醛的方法。

背景技术

羟基新戊醛是一种重要的有机中间体，主要由异丁醛和甲醛缩合生成。缩合反应的催化剂可以是酸催化剂，也可以是碱催化剂。对于异丁醛和甲醛的缩合反应，一般认为在酸催化条件下进行，副反应较多，羟基新戊醛的收率和选择性较低。因此，工业生产上通常采用碱催化异丁醛甲醛缩合生产羟基新戊醛。目前国内外研究的碱性催化剂主要有五类：一是氢氧化钠、碳酸钠等无机碱催化剂，这类催化剂的优点是价格低廉、反应温度低，但存在选择性差、设备腐蚀性强等缺点。二是有机胺催化剂，美国专利US3808280曾报道采用有机胺催化异丁醛和甲醛缩合生成羟基新戊醛，且优选三乙胺、三甲胺等叔胺类催化剂。有机胺类催化剂的活性和选择性较好，对设备腐蚀性小，但有机胺易与甲醛发生康尼查罗反应，降低羟基新戊醛产品的纯度，并对羟基新戊醛下游产品的生产带来不利影响。三是阴离子交换树脂，中国专利CN98813171提出以弱碱性阴离子交换树脂作为醇醛缩合催化剂，其中树脂的官能团为伯胺、叔胺、仲胺中的一种或几种，但树脂催化剂的活性较低，且反应温度受树脂耐热性的限制。四是不溶于水的碱性氧化物，世界专利W09735825采用MgO催化异丁醛和甲醛的缩合反应，但活性及选择性均较低，且催化剂使用寿命短。五是碱性离子液体，中国专利CN101219939A公开了一种阳离子为1，3-二烷基咪唑的碱性离子液体，将其用于异丁醛甲醛缩合合成羟基新戊醛的反应，反应性能好，催化剂易于分离、可重复使用，但离子液体成本高，不适合工业化生产。

发明内容

本发明目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种环境友好、催化反应性能好、催化剂成本低、易分离可重复使用的羟基新戊醛合成新方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种磷灰石类固体碱催化合成羟基新戊醛的方法，其特征在于异丁醛与甲醛在磷灰石类固体碱催化剂的催化作用下发生缩合反应生成羟基新戊醛。该磷灰石类固体碱催化剂的化学式为A_x[PO₄]_yZ₂，式中A是2价或1价阳离子，可以是Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Sr²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Zr²⁺、Ba²⁺、稀土元素离子或碱金属离子(Na⁺，K⁺、Ag⁺)中的一种或两种；[PO₄]可用[SiO₄]^4-、[SO₄]^2-、[CO₃]^2-、[AsO₄]^3-、[VO₄]^3-或[CrO₄]^2-中的一种替代；Z为F^-、OH^-或Cl^-中的一种；y与x的比为1/100-2/3，优选1/6-3/5。异丁醛和甲醛缩合反应的条件为反应温度0-80℃、反应压力0.1-3.0MPa、甲醛与异丁醛的摩尔比为0.8-3.0、反应时间0.5-6.0小时、溶剂为H₂O(甲醛水溶液中的H₂O)或C1-C6的醇与H₂O(甲醛水溶液中的H₂O)混合，固体碱催化剂用量为原料(异丁醛、甲醛和溶剂)总重量的0.5-20％，优选条件为反应温度40-60℃、反应压力0.1-1.0MPa、甲醛与异丁醛的摩尔比1.0-2.5、反应时间3.0-5.0小时、溶剂为H₂O(甲醛水溶液中的H₂O)，固体碱催化剂用量为原料(异丁醛、甲醛和溶剂)总重量的5-10％，反应完毕对反应液进行过滤或离心，得到催化剂经溶剂洗涤后可循环使用。

与已有的技术相比，本发明具有以下优点：

1)反应温度低，羟基新戊醛收率和选择性高；

2)催化剂为固体催化剂，成本低，耐水性好，易于分离和回收，可重复使用；

3)反应过程无废液产生，环境友好，对反应及分离装置无特殊要求。