[发明专利]制备缩醛和缩酮的方法

说明书

本发明涉及用于制备缩醛和缩酮的新方法。

已知缩醛和缩酮可以通过醛或酮与醇在酸性催化剂的存在下反应来制备。然而，该反应是可逆的，并且在环境温度或高于环境温度下，反应平衡向起始材料缩醛或酮和醇一侧移动。

现有技术（例如EP1167333）中已知的方法当前用于工厂中，这些方法要求若干个精馏（纯化）步骤。这样的方法会很费时，并且产生大量CO₂排放。因此，本发明的目的是找到一种方法，该方法使得缩醛和缩酮的生产成为简化的反应过程并且没有上面列举的缺点。

因此，本发明涉及用于制备缩醛或缩酮的方法，其包括在低于-40℃的温度下将醛或酮与醇在固体酸的存在下反应，并通过渗透蒸发从反应产物中去除水和低级脂肪醇和/或糖醇。

作为另一个优点，这种根据本发明的方法使得未反应的起始材料的后处理得到简化。

根据本发明的方法允许贯穿反应混合物的共沸限制线（limiting line）（图2）。因此，回收反应中未反应的起始材料可以在一个单个精馏单元中进行。与现有技术中已知的方法相比，该方法减少了时间消耗和CO₂排放。

在上述精馏单元的低部产物中所获得的痕量的反应水的去除可以在另一个渗透蒸发单元中进行。采用这种方式纯化的缩醛和/或缩酮可以被进一步处理。

更具体地，本发明涉及从反应混合物中去除水和低级脂肪醇和/或糖醇的方法，该反应混合物是通过在低于-40℃的温度下在酸存在下醛或酮与醇的反应、尤其是低级脂肪醛或酮与低级脂肪醇或糖醇的反应所获得的，该方法包括将含有缩醛或缩酮连同水和未反应的醛或酮和醇的反应混合物用碱处理，然后进行渗透蒸发。

本文中使用时术语“低级”表示具有1至7个碳原子的化合物。低级脂肪酮的例子为丙酮和甲基乙基甲酮。低级脂肪醛的例子为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛和异丁醛。低级醇的例子为甲醇和乙醇。山梨糖是糖醇的一个实例。

渗透蒸发是将液体与其混合物分离的一种已知方法，例如用于将水与含有机液体诸如醇、醛或酮的混合物分离，参见例如欧洲专利0096339和Chem.Eng.Technol.19(1996)117-126。在渗透蒸发过程中，利用液体或气体透过聚合物膜的不同能力来分离其混合物。

业已提出了渗透蒸发来从例如酯化反应中分离水。另外，也已经报道了成功应用从缩醛化或缩酮化过程中去除反应水（US6806392）。这些方法的焦点是去除水从而使平衡向产物一侧移动。现有技术的这种方法不会导致贯穿反应混合物的共沸限制线（图2）。本发明的方法可以用于任何缩醛化和缩酮化反应。

这种反应的实例为：

·丙酮到2,2-二甲氧基丙烷的转化；

·甲基乙基甲酮到二甲氧基丁烷的转化；

·山梨糖到山梨糖二丙酮化物的转化；

·丁二醇到异丙氧基二氧杂庚烯环(dioxepen)的转化；

·甲基乙二醛到甲基乙二醛1，1-二甲基缩醛(dimal)的转化。

在一个更优选的方面，本发明的方法用于由丙酮和甲醇制备2,2-二甲氧基丙烷。在按照本发明的反应的第一步骤中，固体酸合适地为强酸性聚合物如聚苯乙烯磺酸，它可为大孔型或凝胶型。可使用通常用于催化缩酮化反应的离子交换树脂。这些离子交换树脂的例子是Dowex50(DowChemical)、Amberlite IR120、Amberlyst A15和A36(Rohm & Haas)、Lewatit(Bayer)。

根据本发明的方法的反应温度为低于-40℃。反应温度合适地为约-100℃至约-40℃、优选约-80℃至约-45℃。在第二个反应步骤中所使用的碱的例子是弱碱性离子交换树脂，如带有季铵基团的聚苯乙烯树脂，如IRA96(Rohm & Haas)。

对于渗透蒸发，可以使用任何对反应产物具有耐性且可渗透水的膜。这些膜的例子是亲水性膜，它们可以是聚合物膜或无机陶瓷膜。聚合物膜可以是复合膜，包含例如基于丙烯腈聚合物的支撑层和提供实际活性分离层的聚乙烯醇层。这种膜通常具有2.2至5kg/(hm²)、优选地2.2至4.9kg/(hm²)的对于甲醇的通量密度