[发明专利]一种2,2-二羟甲基丁酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种2,2-二羟甲基丁酸的制备方法。

背景技术

2,2-二羟甲基丁酸是在一个季碳原子上分别连有两个羟甲基、一个羧基和一个乙基，四个基团与季碳原子在空间组成类似金刚石的共价结构，决定了该化合物对光和热的相对稳定性；而其中的羟基和羧基作为反应性官能团，使得该分子既具有醇类，又具有酸类化合物的特性。亲油性的碳骨架及亲水性的官能团结构使其具有独特的溶解特性，成为一种性能优异的交联剂和有机中间体，可广泛用于水溶性聚氨酯、聚酯、环氧树脂、胶黏剂等方面。

目前，有关2,2-二羟甲基丁酸的应用研究很多，而合成的研究报道较少，且多以丁醛与甲醛为原料通过羟醛缩合生成2,2-二羟甲基丁醛，进而通过氧化得到，合成工艺采用的介质主要为无机碱（碳酸钠、氢氧化钠）、混合碱（碳酸钠和氢氧化钠的混合物）或有机碱（三乙胺），日本公开专利JP11228490A报道了2,2,-二羟甲基丁酸的合成，方法为：甲醛和丁醛缩合生成2,2-二羟甲基丁醛，然后用双氧水氧化成2,2-二羟甲基丁酸，整个工艺包括六个工程，其中在烷酸回收工程中需加入47wt%的硫酸，用以除去催化剂氢氧化钠中含有的钠离子，其2,2-二羟甲基丁酸总收率为45%左右（以丁醛计）。其它的方法例如CN1369475A公开了一种通过氧化三羟甲基烷酸制备2,2-二羟甲基丁酸的方法，但反应要在100℃以上的较高温度下进行，而且需要贵金属催化剂，成本较高。

现有的以甲醛和丁醛为原料的2,2-二羟甲基丁酸的制备方法存在以下弊病：一是由于在羟醛缩合反应过程中有康尼扎罗反应等副反应发生，致使反应体系pH改变较大，催化剂选择性差、反应性差；二是产品收率低，由于未反应的原料甲醛氧化后形成甲酸，甲酸对产品有良好的增溶作用，使产品形成稳定的过饱和溶液而不能析出产品，另外氧化液中含有未被氧化的二羟甲基丁醛、正丁醛的自聚物等杂质，冷却后粘性变大，造成结晶缓慢，难以分离，致使产品实际收率均难以高于50%；三是工艺路线复杂，在氧化及除盐过程中废水排放量大，处理成本高、环境污染严重等问题，不符合从源头有效减少污染的绿色化学的设计思路。上述存在的弊病不但在实际生产中未能得到解决，即使在有关研究机构、高等院校的研究成果也未能得到解决。

发明内容

本发明的目的地在于克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、全新高效的2,2-二羟甲基丁酸的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种2,2-二羟甲基丁酸的制备方法，所述的方法包括以下步骤：

1）以丁酸甲酯和甲醛为原料，在催化剂作用下反应生成含有β，β-二羟甲基丁酸甲酯的反应液；

2）除去1）步得到的反应液中未反应的甲醛以及催化剂后，在加热回流状态下加入酸液进行水解反应；

3）向水解反应后的物料中加入甲基异丁基酮进行精馏，分离出甲醇和水，再经过后处理即得到2,2-二羟甲基丁酸。

本发明反应方程式如下：

本发明的方法中，步骤1）中所述的甲醛为30-40wt%的甲醛水溶液。

本发明的方法中，步骤1）中所述的催化剂为有机碱催化剂，其分子式为(C_nH_2n+1)₃N，n为≤8的正整数，选自三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺和三戊胺等中的一种或两种或多种，优选三甲胺和三乙胺中的一种或两种。

本发明的方法中，步骤1）中丁酸甲酯的加入量与甲醛的加入量的摩尔比为1:2-5，优选1:2.5-3.5。

本发明的方法中，步骤1）中催化剂的加入量与丁酸甲酯的加入量的摩尔比为0.04-0.3:1，优选0.08-0.2:1。

本发明的方法中，步骤1）中丁酸甲酯与甲醛的反应温度为20-60℃，优选35-50℃，丁酸甲酯与甲醛的反应时间0.5-5h，优选1-3h。

本发明的方法中，步骤2）中所述的酸液为无机酸或有机酸，其中无机酸选自稀硫酸、磷酸和碳酸中的一种，有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和丁二酸中的一种，优选甲酸和乙酸中的一种；在50-90℃加热回流状态下滴加酸液将除去未反应的甲醛以及催化剂后的反应液的pH调节到2-6，优选3-5，水解反应时间为0.5-5h，优选1-3h。