[发明专利]异戊烷衍生物的生产方法

说明书

本发明涉及优选从可再生原料来源生产异戊烷衍生物，特别是异戊醛(3-甲基丁醛)、特戊酸、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸、2,3-二甲基-2-丁烯、2,3-二甲基丁烷-2,3-二醇(频哪醇)和甲基叔丁基甲酮(频哪酮)的方法。

这些化合物是重要的工业产品。已知用于生产例如异戊醛的方法已有一段时间，尤其描述于Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry(乌尔曼工业化学百科全书),Wiley-VCH,6th edition,2003,volume 2,pages 73-74和W.J.Scheidmeir,Chem.Ztg.96,1972,Pages 383-387中。通常是以异丁烯开始，使其例如在氧代或加氢甲酰化反应中延长一个碳原子。然而由于这些异戊烷衍生物对工业化学极为重要，因此要持续寻找对用于生产异戊烷衍生物的替代方法和替代原料来源的进一步改进。

使用可再生原料作为工业规模生产有机化学制品的起始物料变得越来越重要。一方面，应保留基于石油、天然气和煤炭的资源，另一方面，使用可再生原料，可将二氧化碳归属于工业可用碳源，其主要在于便宜并可大量提供。使用可再生原料进行有机化学制品工业生产的例子包括生产柠檬酸、1,3-丙二醇、L-赖氨酸、丁二酸、乳酸和亚甲基丁二酸。

可再生原料还没有被用于生产异戊烷衍生物。因此，本发明的任务是提供优选从可再生原料来源生产异戊烷衍生物的可替代的改进方法。本文中对于使用异戊烷衍生物尤其重要的是，优选使用无同分异构体的异丁烯来生产异戊烷衍生物。

术语“异戊烷衍生物”具体而言是指异戊醛(3-甲基丁醛)、特戊酸及其酯、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸及其酯、2,3-二甲基-2-丁烯、2,3-二甲基丁烷-2,3-二醇(频哪醇)和甲基叔丁基甲酮(频哪酮)以及这些化合物的混合物。

通过生产异戊烷衍生物的方法来实现该目的，所述方法包括以下步骤：

a)发酵制备异丁烯；

b)延长一个碳原子以获得异戊烷衍生物；以及

c)可选地进一步衍生化。

意外地发现，随后的延长赋予异戊烷衍生物高纯度和高产率，这在随后可选的衍生化中也提高了纯度和产率。在现有技术方法中，已知在实验室规模上通过生化方法形成高纯度异丁烯。因此，Gogerty,D.S.和Bobik，T.A.(Gogerty,D.S.and Bobik,T.A.,2010，Applied and Environmental Microbiology，pages 8004-8010)，探究从直接前驱体3-羟基异戊酸酯(3-羟基-3-丁酸甲酯)开始通过发酵酶法合成异丁烯，其中根据GC，在有价值的产物中显示没有大量正丁烯同分异构体。

发酵过程中形成的副产物二氧化碳和其它任选的惰性气体可以通过常规方式用适当的分离方法任选地除去。

由于对发酵产物中作为C₄-烯烃的异丁烯的高选择性，将通过发酵过程获得的高纯度异丁烯进一步加工为中间产物异戊醛和特戊酸以及可选的其它衍生物，这意味着极大地简化生成异戊醛和特戊酸以及相应衍生物的工艺顺序。

根据本发明步骤a)和b)的优选实施方案，在步骤a)和b)之间不进行去除线型丁烯异构体的异丁烯纯化。在本发明的该实施方案中，本发明的发酵方法利用了对作为C₄-烯烃的异丁烯的高选择性。本文中“纯化”具体而言指(但不限制于)以下方法：

-蒸馏方法(然而，出于以下原因，蒸馏方法很复杂：由于同分异构体彼此之间的沸点非常接近，因此整个过程中产生的线型丁烯异构体需要花很大精力分离，参见Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology(化学工艺学百科全书),3rd edition,1978,vol.4,John Wiley&Sons Inc.,pp.358-360)。

-纯化或分离方法，其中由于化学反应性提高，借助于化学反应来分离异丁烯，然后再转化回异丁烯。这包括例如可逆质子催化的水加成反应转化为叔丁醇或通过甲醇加成反应转化为甲基-叔丁基醚的方法(见EP1489062)。通过可逆反应可以从这些加合物回收异丁烯(见Weissermel,Arpe,Industrielle Organische Chemie(工业有机化学),VCHVerlagsgesellschaft,3rd edition,1988,pp.74-79)。