制季戊四醇的方法

1、1.4季戊四醇的制備美國人于20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)，甲醛與乙醛在堿性催化劑氫氧化鈉作用下， 可以發(fā)生縮合反響，偶然間發(fā)現(xiàn)了制備出季戊四醇的方法，從此季戊四醇的工業(yè)化生產(chǎn)便在美國實現(xiàn)了。季戊四醇的應(yīng)用范圍及市場需求不斷擴大，導(dǎo)致國內(nèi)及國外都加大了對季戊四醇生產(chǎn)技術(shù)的研究， 季戊四醇的開發(fā)研究進入了熾熱的時 期。季戊四醇的制備根據(jù)催化劑的不同，總體來說分為兩種途徑，一種途徑是選 用強堿性催化劑，例如氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鈣，然而這個過程最大的缺 點是形成大量副產(chǎn)物甲酸鹽，甲酸鹽沒有適宜的銷路；另一種途徑是選擇堿性較 弱的胺類作為反響的催化劑，尤其是三乙胺，非常適合作為此反響的催化劑，在 三乙胺的

2、催化作用下，甲醛與乙醛發(fā)生反響，三羥甲基乙醛是羥醛縮合反響的主 要產(chǎn)物，然后通過加氫反響，制得最終產(chǎn)物季戊四醇30。1.4.1 Canni zzaro 縮合法甲醛、乙醛會發(fā)生反響生成三羥甲基乙醛，該制備過程選擇的催化劑大多為 堿性較強的催化劑，生產(chǎn)的中間產(chǎn)物再經(jīng)過Cannizzaro反響生成季戊四醇，整個 反響過程的機理研究已相當(dāng)成熟，Ca nni zzaro縮合法制備季戊四醇的過程分為兩 個階段，Cannizzaro縮合法的第一步反響是過量甲醛與乙醛混合發(fā)生羥醛縮合反 應(yīng)，生成三羥甲基乙醛31。Cannizzaro縮合法的第一步反響是可逆反響，具體的 反響過程如下所示：OH-CH3CHO+

3、HCHOCH2OHCH2CHOCH2OHCH2CHO+HCHO0H(CH2OH)2CHCHO(CH2OH)2CHCHO + HCHOH(CH2OH)3CCHO經(jīng)過羥醛縮合反響制得中間產(chǎn)物三羥甲基乙醛，再與甲醛進一步發(fā)生Canni zzaro反響，最終制得產(chǎn)物季戊四醇，并且有相應(yīng)的副產(chǎn)物甲酸鹽生成，第 二步反響的具體機理如下：Cannizzaro反響的反響速度較慢，是不可逆反響，通常是在30°C以上、pH<9 的堿性條件下完成的。Cannizzaro反響結(jié)束時，需要及時進行pH調(diào)節(jié)，通過pH 的調(diào)節(jié)來平衡反響體系32。近些年Cannizzaro反響方法主要有以下幾種：1) 鈣法鈣

4、法就是指多元醇制備過程中選擇氫氧化鈣作為催化劑。 選擇氫氧化鈣作為 季戊四醇制備過程的催化劑，雖然本錢價格適宜，但涉及到的后處理步驟麻煩， 季戊四醇溶液中會含有鈣離子， 鈣離子的存在會影響季戊四醇純度， 此外產(chǎn)品中 剩余的鈣灰不利于季戊四醇的存在， 鈣離子必須除去， 因此后處理過程中就需要 增加沉淀和過濾的步驟 33。此外一些科研人員聲明，甲醛能在此堿性條件下發(fā) 生縮合反響，嚴(yán)重干擾季戊四醇的純度及產(chǎn)率 34。2) 鈉法鈉法是指多元醇制備過程中選擇氫氧化鈉作為催化劑。 鈉法的出現(xiàn)促使制備 季戊四醇的工藝路線發(fā)生了轉(zhuǎn)變， 季戊四醇的生產(chǎn)水平得到了進一步的提高。 這 雖然增加了季戊四醇的生產(chǎn)本錢，

5、 但是鈉法生成的副產(chǎn)品溶于水， 減輕了后處理 任務(wù)，而且該反響體系中季戊四醇也可以穩(wěn)定存在 35。季戊四醇制備過程中，無論選擇氫氧化鈉還是氫氧化鈣均存在缺陷：(1)季戊四醇的制備過程涉及兩個反響機理：羥醛縮合反響和Cannizzaro反響。前者屬于吸熱反響， 而后者屬于放熱反響， 而且縮合過程需要嚴(yán)格控制升溫速率， 否那么 很容易引發(fā)副反響36。反響過程中如果溫度超過20C,就會引發(fā)反響速度加劇， 該過程產(chǎn)生的反響熱不能及時處理， 進一步誘發(fā)了副反響， 極為嚴(yán)重的破壞了季 戊四醇的純度及收率 37。 (2)反響過程中每得到 1mol 的季戊四醇，便會有 1mol 的副產(chǎn)物甲酸鹽隨之出現(xiàn)， 目前

6、難以實現(xiàn)兩者別離， 而且副產(chǎn)物還沒有找到適宜 的銷售途徑，影響季戊四醇的質(zhì)量及數(shù)量。(3)常用的結(jié)晶方法不能使產(chǎn)品充分結(jié)晶別離，就隨母液被排放了，不僅資源得不到合理利用，造成浪費，還造成了 環(huán)境的污染。 (4)而選用強堿性的催化劑，該催化劑會腐蝕設(shè)備，影響設(shè)備使用?！扳c法工業(yè)化生產(chǎn)季戊四醇的過程中， 存在多種工藝控制條件， 工藝種類 繁多，原料配比和溫度是季戊四醇合成過程主要的影響因素， 基于原料配比的大 小以及反響溫度的上下，將季戊四醇的生產(chǎn)工藝歸納為以下幾類 38：a) 低配比高溫工藝本工藝要求原料甲醛、乙醛的物質(zhì)的量比例小于 5 比 1，初始反響溫度為 20-30C，最終反響為30-50

7、E。堿性條件下甲醛在升溫的過程中會遭到破壞，生 成的糖類、甲酸鹽、甲醇等，會隨著蒸發(fā)脫水和別離的過程而去除。國內(nèi)通常采 用此法生產(chǎn)季戊四醇，該方法生產(chǎn)工藝簡單，而且根本上不消耗冷凍液。b) 高配比低溫工藝本工藝要求原料甲醛、乙醛的物質(zhì)的量比例大于 5 比 1，初始反響溫度為 15C，最終反響大于30E。該反響工藝整個反響體系溫度較低，目的是堿性條 件下使其盡量少的發(fā)生歧化反響， 如果反響原料中甲醛的量遠(yuǎn)大于需要的量， 就 會增大甲醛與乙醛相互碰撞發(fā)生反響的幾率， 使發(fā)生副反響的的幾率降低， 產(chǎn)品 的產(chǎn)率及純度均有所提高， 目前國內(nèi)甚至是國外的一些廠家都引用了此套季戊四 醇的生產(chǎn)技術(shù)。c) 高配

8、比高溫工藝低溫高配比生產(chǎn)工藝?yán)酶介g歇反響裝置， 雖然可以使甲醛、 乙醛、三羥 甲基乙醛發(fā)生自聚反響的幾率減小， 并使原料及催化劑的消耗減少， 但是低溫反 應(yīng)在能耗方面的問題相當(dāng)嚴(yán)重， 不利于控制本錢。 將常壓間歇釜式反響裝置改裝 為加壓管式連續(xù)反響器，使用的壓力，反響的初始溫度從14-16C提高到25-30C, 最終反響溫度從28-30E提至30-50E，反響溫度的升高對加快反響速率有著積 極的意義。 能耗隨之極大的降低， 并且可以用循環(huán)水代替冷凍鹽水， 產(chǎn)品的市場 競爭力得到極大的提高。3) 離子交換催化法近年來，一些研究說明， 可以用強堿性離子交換樹脂作為季戊四醇制備過程 中的催化劑，

9、 替代傳統(tǒng)工藝中的氫氧化鈉、 氫氧化鈣等催化劑， 而且該過程所使 用的離子交換樹脂是可以回收利用的， 減低了本錢， 防止了對環(huán)境的破壞。 本生 產(chǎn)工藝使用固定床間歇式反響裝置， 通過蒸餾的方法別離出甲醛溶液， 濃縮母液 的方法別離出產(chǎn)物季戊四醇和相同物質(zhì)的量的副產(chǎn)品甲酸鹽 39。再生離子交換 樹脂時需要使用稀的強堿溶液浸泡， 然后再使用回收的甲醛溶液洗滌。 使用離子 交換樹脂的最大優(yōu)勢在于， 防止了甲醛發(fā)生自身的縮合反響， 然而該工藝相對會 加重整個過程的工作量， 離子交換樹脂需要再生、 洗滌， 加大了生產(chǎn)過程的工作 量，而且該過程不可防止的產(chǎn)生副產(chǎn)物甲酸鹽， 該工藝尚未成熟， 同樣制約著產(chǎn)品

10、的生產(chǎn)規(guī)模，目前還處于摸索階段40 04) 光照與Y射線輻射法Irie和Setsuk發(fā)現(xiàn)堿性條件下，光照、丫寸線輻射可以引起多羥基醛的選 擇性反響。光輻射的作用下，甲醛與乙醛為反響原料，制得的產(chǎn)品中不會含有單 季的醚化物，此方法制得的單季純度極高，而 丫寸線輻射會促使中間產(chǎn)物及其 他副產(chǎn)品的產(chǎn)生。雖然該工藝方法在反響選擇性方面優(yōu)于其它方法，得到的產(chǎn)品 純度也相對高于其它方法，但是該方法的技術(shù)難度過于巨大，目前該方法還未工 業(yè)化。5) 混合堿法國外研究者提出利用弱堿性的碳酸鹽和碳酸氫鹽作為反響的堿性催化劑，替代強堿性的氫氧化鈉、氫氧化鈣，該方法可以解決傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中存在的某些問 題?；旌蠅A法的反

11、響過程與第一種及第二種方法極為相像，都是先發(fā)生羥醛縮合 反響，再發(fā)生康尼查羅反響，生成目標(biāo)產(chǎn)物季戊四醇，同時也會伴有物質(zhì)的量等 同的副產(chǎn)品甲酸鈉41 0混合堿法與鈉法不同的是，該方法后處理過程中增加了 甲酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟潲}的過程，貴金屬催化劑可以促使甲酸鹽經(jīng)氧化反響或水解 反響轉(zhuǎn)變成碳酸氫鹽和碳酸鹽。該制備過程的具體工藝原理如下：羥醛縮合：0H_CH3CHO+ HCHOCH2OHCH2CHOCH2OHCH 2CHO+ HCHO 0H (CHzOHbCHCHO(CH2OH)2CHCHO + HCHO(CH2OH)3CCHOCanni zzaro 反響：(CH2OH)3CCHO+CO-+HCHO+H2O c(ch3oh)4 +hcoo +hco3以下是由甲酸鹽制備碳酸氫鹽的機理，該過程涉及到氧化反響或者水解反 應(yīng)。氧化反響：I1COO-+1/2O 11CO<水解反響:HCOO+H；O H2O+HCO/碳酸氫鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}。2HCOf CO/+CO2+H2O混合堿法與之前的第一種、第二種方法相比擬而言，有如下幾項優(yōu)勢：(1)選用混合堿法合成的工藝，所需要的各項條件相對穩(wěn)定，副反響的存在幾率減小， 季戊四醇的產(chǎn)率及純度都得到了相應(yīng)的提高42。(2)該方法使用的催化劑腐蝕能 力不大，對儀器設(shè)備沒有太大的危害。(3)在后處理階段，借助