[发明专利]一种2;2-二羟甲基丁酸的制备方法

说明书

本发明公开了一种2,2‑二羟甲基丁酸的制备方法，以丁醛和多聚甲醛为原料，在有机碱催化剂作用下反应生成β，β‑二羟甲基丁醛，再在双氧水的作用下进行氧化得到β，β‑二羟甲基丁酸，利用无机碱进行中和得到β，β‑二羟甲基丁酸盐，通过蒸馏、过滤得到高纯β，β‑二羟甲基丁酸盐，最后在酸的作用下进行酸化即可得到2,2‑二羟甲基丁酸。本发明特点在于通过一种新的合成方法制备2,2‑二羟甲基丁酸，省去了传统工艺中的重结晶步骤，反应效率高、产品易分离，能够大大提高产品的收率，并且能废弃物少，符合绿色化学的设计思路。

技术领域

本发明涉及一种制备2,2-二羟甲基丁酸的方法，具体属于有机化工技术领域。

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，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性能，成为一种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、交联剂等方面。

目前国内外合成2,2-二羟甲基丁酸主要是分两步法进行。一是在碱性催化剂的存在下，甲醛水溶液和丁醛进行羟醛缩合反应，生成2,2-二羟甲基丁醛；二是再以过氧化氢为氧化剂，经过2,2-二羟甲基丁醛氧化、结晶、重结晶，二次结晶，得到2,2-二羟甲基丁酸白色晶体。羟醛缩合反应是两步法的关键步骤，其碱性催化剂多见采用无机碱(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)。由于在缩合反应过程中有康尼扎罗反应等副反应发生，致使反应体系的pH值改变较大，存在催化剂选性差、反应性差、产品收率低等问题。另外在烷酸回收工程中需加入7wt％的硫酸，用以除去催化剂无机碱。

现有的2,2-二羟甲基丁酸的制备方法存在以下弊病：一、以甲醛水溶液为原料在运输的过程中容易聚合，甲醛利用率低；二、单分子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；三、氧化液中含有聚合物等杂质，冷却后粘性变大，造成产品难以析出，即使有产品析出也要进行重结晶和二次重结晶，产品从混合液中的回收率较低，并且析晶过程不稳定；四、甲醛与丁醛在缩合的过程中使用无机碱，在后期需要使用酸来中和该碱使得生产成本上升。上述存在的弊端使得2,2-二羟甲基丁酸工业化生成受到极大限制。

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，未见文献报道、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)以多聚固体甲醛和丁醛为原料，在催化剂作用下反应生成含有β,β-二羟甲基丁醛的反应液；

(2)减压条件下除去步骤1)中的反应液中的催化剂和小分子副产物。在加热状态下加入双氧水进行氧化后得含2,2-二羟甲基丁酸的混合液；

(3)向2,2-二羟甲基丁酸的混合液中加入无机碱进行中和，蒸馏除去水并加入一定量有机溶剂，经过滤即可析出纯2,2-二羟甲基丁酸盐；

(4)加入一定量水溶解2,2-二羟甲基丁酸盐，并加入等量的酸进行酸化，蒸馏除去水并加入一定量的有机溶剂析出无机盐，过滤、母液减压蒸馏即可得到纯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)中所述的多聚甲醛为3聚或者4聚的固体甲醛。