分享经过双(羟甲基)丙二酸酯的途径获得亚甲基丙二酸酯的方法

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经过双(羟甲基)丙二酸酯的途径获得亚甲基丙二酸酯的方法
经过双(羟甲基)丙二酸酯的途径获得亚甲基丙二酸酯的 方法
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求2013年 1 月 11 日提交的题为MethodtoObtainMethyleneMalonate viaBis(hydroxymethyl)malonatePathway的美国临时专利申请61/751,366 的优先权,以 及2013年 10月 29 日提交的题为MethodandApparatustoProduceMethyleneMalonates andRelatedMaterials的美国临时专利申请61/896, 926的优先权,其每一篇专利申请的 内容由此通过参考整体地并入本文。
[0003] 通过引用并入
[0004] 本文中所引用或参考的所有文件及在本文引用的文件中引用或参考的所有文件, 与任意制造商的操作指南、说明书、产品规格一起,以及本文中或本文中通过参考并入的任 意文件中提到的任意产品的产物小册子由此通过参考并入,并可以用于本发明的实施中。
[0005] 发明背景
[0006] 1.技术领域
[0007] 本发明涉及使用双(羟甲基)丙二酸酯中间体生产亚甲基丙二酸酯种类。所述中 间体随后裂解得到单体种类。
[0008] 2?背景
[0009] 感兴趣的一类可聚合组合物包括亚甲基丙二酸酯。亚甲基丙二酸酯是具有通式 (I)的化合物:
[0010]
[0011] 其中R和R'可以相同或不同,并且可以代表几乎任意取代基或侧链。这样的化合 物自 1886 年即是已知的,当时W.H.Perkin,Jr. (Perkin,Ber. 19,1053 (1886))第一次证实 亚甲基丙二酸二乙酯的形成。
[0012] 亚甲基丙二酸酯单体及它们的相关的单体基和聚合物基的产物在工业(包括家 用)和医疗应用中是有用的。
[0013] 然而,尽管较早的用于生产亚甲基丙二酸酯的方法为所知已有多年,但是这些现 有方法仍存在显著缺陷,使得它们不能用于获得商业上可行的单体。这样的缺陷包括合成 过程中不想要的单体聚合(例如,聚合物或低聚物或替代复合物的形成)、不需要的副产物 的形成(例如,缩酮或妨碍快速聚合的其它潜在的形成酸的种类)、产物的降解、不足和/或 低收率、及无效的和/或功能不良的单体产物(例如,较差粘合特性、稳定性或其它功能特 性)等问题。由现有方法形成的单体产物的总体较差收率、质量及化学性能已妨碍了在生 产上述商业和工业产物中的实际使用。
[0014] 本申请的某些共同发明人已经提交了关于合成亚甲基丙二酸酯的改进方法的专 利申请,即WO2012/054616SynthesisofMethyleneMalonatesSubstantiallyFree ofImpurities和TO2012/054633SynthesisofMethyleneMalonatesUsingRapid RecoveryinthePresenceofaHeatTransferAgent。其中在此提供的合成程序得到 了迄今难以捉摸的高质量亚甲基丙二酸酯和其它可聚合组合物的改善的产率。
[0015] 虽然在上述专利申请中公开的改进方法能够提供所需的亚甲基丙二酸酯单体,但 人们追求不断改进,尤其是在以商业规模提供材料的方法的开发中。因此,对于获得亚甲基 丙二酸酯和相关的单体的改善的和/或简化的工艺存在需求。
[0016] 发明概述
[0017] 下面的描述将阐述并明了本发明的目的和优势。通过在书面描述和本文的权利要 求书中以及从附图中具体指出的方法和体系将实现并获得本发明的其它优点。
[0018] 本发明提供了在催化剂的存在下从双(羟甲基)丙二酸酯试剂制备亚甲基丙二酸 酯单体的新方法、其聚合物及使用所述单体和聚合物形成的产物。
[0019] 在一方面,本发明提供了一种制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其包括:
[0020] (a)在合适的催化剂的存在下,将双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物反应来形成 亚甲基丙二酸酯单体;及
[0021] (b)分离所述亚甲基丙二酸酯单体。
[0022] 在某些实施方案中,以连续工艺完成所述反应步骤(a)。
[0023] 在某些实施方案中,在不添加溶剂下完成所述反应步骤(a)。
[0024] 在某些实施方案中,在大气压力下完成所述反应步骤(a)。
[0025] 在某些实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯的每个烷基可以相同或不 同,并且是具有1至16个碳原子的直链烃基或支链烃基。
[0026] 在本发明的方法的一个实施方案中,通过下面的方法制备所述双(羟甲基)丙二 酸二烷基酯组合物:
[0027] ⑴在反应催化剂的存在下,将甲醛来源与丙二酸二烷基酯反应以形成包含双 (羟甲基)丙二酸二烷基酯的组合物的二醇反应产物。
[0028] 在某些实施方案中,以连续工艺完成所述反应步骤(i)。
[0029] 在某些实施方案中,在不添加溶剂下完成所述反应步骤(i)。
[0030] 在某些实施方案中,在大气压力下完成所述反应步骤(i)。
[0031] 在步骤(i)的某些实施方案中,所述甲醛来源为甲醛、三噁烷、福尔马林或多聚甲 醛。在步骤(i)的具体实施方案中,甲醛来源为多聚甲醛。在步骤(i)的另外其它实施方 案中,甲醛来源基本上不含甲醇、水或两者皆不合。在步骤(i)的某些其它实施方案中,所 述反应催化剂是碱性催化剂。在步骤(i)的具体实施方案中,所述反应催化剂是氢氧化钙。
[0032] 在本发明的方法的另一个实施方案中,所述步骤(i)的二醇反应产物在所述反应 步骤(a)之前进行二醇纯化步骤(ii)。
[0033] 在某些实施方案中,所述二醇纯化步骤(ii)包括阳离子交换所述步骤(i)的二醇 反应产物以产生双(羟甲基)丙二酸二烷基酯,使所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯进行 蒸发步骤以移除挥发性杂质,或它们的组合。在具体实施方案中,所述二醇纯化步骤(ii) 包括阳离子交换所述步骤(i)的二醇反应产物以产生双(羟甲基)丙二酸二烷基酯,并使 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯进行蒸发步骤以移除挥发性杂质。
[0034] 在本发明的方法的又一个实施方案中,所述方法还包括下列步骤:
[0035] c)纯化步骤(a)中得到的热解产物以得到所述分离的亚甲基丙二酸酯单体。
[0036] 在步骤(C)的某些实施方案中,通过部分冷凝、全冷凝、分馏或它们的任意组合来 纯化所述热解产物。
[0037] 在本发明的方法的一些实施方案中,所述合适的催化剂是酸性或碱性催化剂。在 本发明的方法的其它实施方案中,所述合适的催化剂是沸石。在本发明的方法的具体实施 方案中,所述合适的催化剂是硅铝酸盐沸石。在其它示例性实施方案中,所述合适的催化剂 是金属沸石。
[0038] 在本发明的方法的另一个实施方案中,所述合适的催化剂呈柱的形式,所述双 (羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物通过所述柱。在某些实施方案中,所述双(羟甲基)丙二 酸二烷基酯组合物作为液体通入所述柱。在其它实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二 烷基酯组合物作为气体通入所述柱。
[0039] 在一些实施方案中,所述催化剂柱被加热至约180°C与约250°C之间、约200°C至 约230°C之间、或至约210°C的壁温。在具体实施方案中,在整个所述反应步骤中保持所述 合适的催化剂的温度。
[0040] 在一些其它实施方案中,所述催化剂柱具有约0. 5英寸至约4. 0英寸、约I. 0英寸 至约3. 5英寸或约1. 5英寸至约3. 0英寸的直径。在另外其它实施方案中,所述催化剂柱 具有约3英寸至约200英寸、约12英寸至约72英寸或约18英寸至约60英寸的长度。
[0041] 在另外其它实施方案中,将所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约0.Olkg/ 小时至65kg/小时、约0. 5kg/小时至25kg/小时或约I. 5kg/小时至IOkg/小时的速率通 入所述催化剂柱。
[0042] 在具体实施方案中,
[0043] 所述催化剂柱具有约0. 5英寸至约4. 0英寸的直径;
[0044] 所述催化剂柱具有约3英寸至约200英寸的长度;并且
[0045] 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约0.Ikg/小时至65kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0046] 在其它具体实施方案中,
[0047] 所述催化剂柱具有约I. 0英寸至约3. 5英寸的直径;
[0048] 所述催化剂柱具有约12英寸至约72英寸的长度;并且
[0049] 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约0. 05kg/小时至25kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0050] 在另外其它具体实施方案中,
[0051] 所述催化剂柱具有约1. 5英寸至约3. 0英寸的直径;
[0052] 所述催化剂柱具有约18英寸至约60英寸的长度;并且
[0053] 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约I. 5kg/小时至15kg/小时的速率 通入所述催化剂柱。
[0054] 在其中使用二醇纯化步骤的方法的某些实施方案中,使用离子交换柱阳离子交换 所述步骤(i)的二醇反应产物。在一些实施方案中,所述离子交换柱填充有离子交换树脂。 在另外其它实施方案中,所述离子交换柱是加压的离子交换柱。在具体实施方案中,所述加 压的离子交换柱被加压高达1000 psi。
[0055] 在其中使用二醇纯化步骤的方法的其它实施方案中,通过短暂热停留时间装置进 行所述蒸发步骤。在某些实施方案中,通过刮膜蒸发、旋转蒸发或水平的或垂直的薄膜蒸发 进行所述蒸发步骤。在具体实施方案中,通过刮膜蒸发进行所述蒸发步骤。
[0056] 在某些实施方案中,作为间歇工艺进行本发明的方法。
[0057] 在某些其它实施方案中,作为连续工艺进行本发明的方法。
[0058] 在某些实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物具有少于500ppm的 阳离子、少于50ppm的阳离子或少于5ppm的阳离子。
[0059] 在示例性实施方案中,所述合适的催化剂具有大于12小时、大于200小时或大于 2000小时的产生周期之间的寿命。
[0060] 在示例性实施方案中,所述合适的催化剂可以通过使用酸来再生。
[0061] 在示例性实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物包括0和30%之 间的水,0至20%之间的水,0至10%之间的水、0至5%之间的水、0和1 %之间的水或0和 0. 5%之间的水。
[0062] 在示例性实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物具有0和0. 30% 之间的水。
[0063] 在示例性实施方案中,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物是蒸气态,并且包 括水作为载气。
[0064] 在另一个方面,本发明提供了根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体。
[0065] 在又一个方面,本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的组合物。
[0066] 在再一个方面,本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的产物,其中所述产物是粘合剂组合物、涂料组合物,密封剂、复合材料或表面活性剂。
[0067] 在某些实施方案中,本发明的产物还包含酸性稳定剂、自由基稳定剂、螯合剂、固 化促进剂、流变改性剂、增塑剂、触变剂、天然橡胶、合成橡胶、填料剂、增强剂或它们的组 合。
[0068] 在一些实施方案中,其中所述产物包含酸性稳定剂,所述酸稳定剂具有-15至5的 范围的pKa。在某些实施方案中,所述酸稳定剂以0.Ippm至IOOppm的浓度存在。
[0069] 在其它实施方案中,所述产物包含自由基稳定剂。在某些实施方案中,所述自由基 稳定剂是酸类自由基稳定剂。在其它实施方案中,所述自由基稳定剂以〇.Ippm至1000 Oppm 的浓度存在。
[0070] 在另外其它实施方案中,其中所述产物包含螯合剂,所述螯合剂是冠醚、硅基冠(silylcrown)、杯芳经(calixarene)、聚乙二醇或它们的组合。
[0071] 在又其它实施方案中,其中所述产物包含固化促进剂,所述固化促进剂为乙酸钠、 乙酸钾、四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基氢氧化铵、苯甲酸盐、2,4_戊二酮盐、山梨酸 盐、丙酸盐或它们的组合。
[0072] 在其它实施方案中,其中所述产物包含流变改性剂,所述流变改性剂是羟乙基纤 维素、乙基羟乙基纤维素、甲基纤维素、聚合物增稠剂、热解硅石或它们的组合。
[0073] 在另一个方面,本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的粘合剂产物。
[0074] 在又一个方面,本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的一种或多种单元的聚合物。
[0075] 在再一个方面,本发明提供了包含根据本发明的方法制备的亚甲基丙二酸酯单体 的一种或多种单元的聚合物产物。在一些实施方案中,所述聚合物产物是密封剂、隔热涂 层、织物纤维、水处理聚合物、油墨载体、涂料载体、包装膜、制模、医用聚合物、聚合物膜、聚 合物纤维或聚合物片。
[0076] 在又一方面,本发明提供了用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中所述设备 包括一个或多个模块单元,其中所述一个或多个模块单元是二醇生产单元、二醇纯化单元、 单体生产单元、单体纯化单元或它们的组合。
[0077] 在一些实施方案中,所述用于生产根据本发明的亚甲基丙二酸酯单体的设备包 括:
[0078] 至少一个二醇生产单元,
[0079] 至少一个二醇纯化单元,
[0080] 和至少一个单体生产单元。
[0081] 在一些实施方案中,所述用于生产根据本发明的亚甲基丙二酸酯单体的设备包 括:
[0082] 至少一个二醇生产单元,
[0083] 至少一个二醇纯化单元,
[0084] 至少一个单体生产单元,和
[0085] 至少一个单体纯化单元。
[0086] 在一些实施方案中,所述用于生产根据本发明的亚甲基丙二酸酯单体的设备包 括:
[0087] 至少一个单体生产单元,和
[0088] 至少一个单体纯化单元。
[0089] 在一些实施方案中,所述用于生产根据本发明的亚甲基丙二酸酯单体的设备包 括:
[0090] 至少一个二醇生产单元,
[0091] 任选地,至少一个二醇纯化单元,
[0092] 至少一个单体生产单元,和
[0093] 任选地,至少一个单体纯化单元。
[0094] 在本发明的设备的某些实施方案中,所述二醇生产单元包括能够在反应催化剂的 存在下使丙二酸二烷基酯和甲醛来源反应的二醇反应器装置。
[0095] 在本发明的设备的某些其它实施方案中,所述二醇纯化单元包括离子交换柱和刮 膜蒸发装置。
[0096] 在本发明的设备的另外其它实施方案中,所述单体生产单元包括至少一个催化剂 柱和用于保持所述至少一个催化剂柱的温度的加热装置。
[0097] 在本发明的设备的另外其它实施方案中,所述单体生产单元包括多个催化剂柱和 用于保持所述多个催化剂柱的温度的至少一个加热装置。
[0098] 在本发明的设备的又一个实施方案中,所述单体生产单元包括向多个催化剂柱供 料的至少一个单一的反应物供料线。
[0099] 在本发明的设备的又其它实施方案中,所述单体纯化单元包括冷凝装置、分馏装 置或两者。
[0100] 在本发明的设备的某些实施方案中,所述设备具有两个或更多个模块单元,所述 模块单元彼此连通以使第一单元的产物输出是进入另一单元用于反应的输入;从而
[0101] 第一二醇生产单元与二醇纯化单元或单体生产单元连通,
[0102] 第一二醇纯化单元与单体生产单元连通,或
[0103] 第一单体生产单元与单体纯化单元连通。
[0104] 附图简述
[0105] 从而,本发明所涉及领域的普通技术人员参考附图会更容易理解如何制备及使用 本发明、下文将详细描述的其优选实施方案,其中:
[0106] 图1描绘了显示双(羟甲基)丙二酸二乙酯中间体的生产的HNMR。
[0107] 图2描绘了显示通过在滴加下热解双(羟甲基)丙二酸二乙酯中间体而生产亚甲 基丙二酸二乙酯的HNMR。
[0108] 图3描绘了显示通过以间歇工艺热解双(羟甲基)丙二酸二乙酯中间体而生产亚 甲基丙二酸二乙酯的HNMR。
[0109] 图4描绘了具有内标和6. 5分钟质谱的双(羟甲基)丙二酸二乙酯起始材料的 GC/MS〇
[0110] 图5描绘了具有内标和8. 4分钟质谱的双(羟甲基)丙二酸二乙酯起始材料的 GC/MS〇
[0111] 图6描绘了从具有内标和5分钟质谱的双(羟甲基)丙二酸二乙酯起始材料的得 到的裂化材料的GC/MS。
[0112] 发明详述
[0113]
[0114] 除非另有定义,否则本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本发明所属领域 技术人员通常理解的含义。以下参考为技术人员提供本发明中所使用的许多术语的通用定 义:Singleton等人,DictionaryofMicrobiologyandMolecularBiology(第二版,1994 年);TheCambridgeDictionaryofScienceandTechnology(Walker编辑,1988 年); TheGlossaryofGenetics,第 5 版,R.Rieger等人(编辑),SpringerVerlag(1991 年); 及Hale&Marham,TheHarperCollinsDictionaryofBiology(1991 年)。如本文所使用, 下面的术语具有下文所赋予它们的含义,除非另有规定。
[0115] 如本文中所用,术语"亚甲基丙二酸酯"是指具有核心式0C(0)-C(= CH2)-C(O)-O-----的化合物。
[0116] 如本文中所用,术语"二(羟甲基)丙二酸酯"是指具有核心式----0C(0)-C(CH20 H)2-C(O)-O-----的化合物。
[0117] 术语"烷基"包括饱和的脂族基团,其包括直链烷基、支链烷基、环烷(脂环)基、 烷基取代的环烷基和环烷基取代的烷基。在某些实施方案中,直链或支链烷基具有30个或 更少个碳原子在其主链中,例如,对于直链为C1-C30或对于支链为C3-C30。在某些实施方 案中,直链或支链烷基具有20个或更少个碳原子在其主链中,例如,对于直链为C1-C20或 对于支链为C3-C20,并且更优选为18个或更少。同样,优选的环烷基具有3-10个碳原子在 它们的环结构中,并且更优选具有4-7个碳原子在环结构中。术语"低级烷基"是指具有1 至6个碳原子在链中的烷基,及指具有3至6个碳原子在环结构中的环烷基。
[0118] 此外,如用于整个说明书和权利要求书中的术语"烷基"(包括"低级烷基")包括 "未取代的烷基"和"取代的烷基",后者是指具有取代烃主链的一个或多个碳上的氢的取代 基的烷基部分。这样的取代基可以包括例如卤素、羟基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧羰氧 基、芳氧幾氧基、駿酸酯、烷基幾基、烷氧基幾基、氣基幾基、烷基硫代幾基、烷氧基、憐酸根、 膦酸根合(phosphonato)、次膦酸根合(phosphinato)、氰基、氨基(包括烧氨基、二烧氨基、 芳氨基、二芳氨基和烷基芳氨基)、酰氨基(包括烷基羰氨基、芳基羰氨基、氨基甲酰基和 脲基)、脒基、亚氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸根、硫酸根、磺酸根合、氨磺酰、磺酰氨 基、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、芳烷基或芳族或杂芳族部分。本领域技术人员会 理解,如果合适的话,在烃链上取代的部分本身可被取代。环烷基可被例如上文所述的取代 基进一步取代。"芳烷基"部分是被例如具有1至3个独立或稠合的环及具有6至约18个 碳环原子(例如苯基甲基(苄基))的芳基取代的烷基。如本文中所用,术语"单官能的"是 指具有仅一个核心式的丙二酸酯或亚甲基丙二酸酯。
[0119] 如本文中所用,术语"沸石"是指含有铝硅酸盐晶格的分子筛,例如通常与一些铝、 硼、镓、铁和/或钛结合。在以下讨论和本公开通篇中,术语分子筛和沸石会或多或少互换 使用。本领域技术人员会认识到,涉及沸石的教导与也可以应用于更通用类型的被称为分 子筛的材料。
[0120] 如本文中所用,术语"反应产物"是指使本发明的方法的一个步骤的试剂反应后而 生成的材料。
[0121] 如本文中所用,术语"反应容器"是指其中反应物、溶剂、催化剂或其它材料可以被 组合用于反应的任意容器。这样的反应容器可以由本领域技术人员已知的任意材料例如金 属、陶瓷或玻璃制成。
[0122] 如本文中所用,术语"回收"或"得到"或"分离亚甲基丙二酸酯单体"中的"分离" 是指由本文中所描述的一种方法从反应混合物、气相、或浓缩蒸汽相移除单体,所以其呈大 体上纯的形式。
[0123] 如本文中所用,术语"短暂热停留时间装置"是指能够将足以蒸发挥发性材料的热 引入至材料的装置,而不使材料在升高的温度下经过长停留时间。示例性的低热停留时间 装置包括刮膜蒸发器、旋转蒸发器、水平的或垂直的薄膜蒸发器等。
[0124] 如本文中所用,术语"挥发性"和"非挥发性"是指在挥发性情况中能够在正常温 度和压力下容易地蒸发的化合物;或在非挥发性情况中不能够在正常温度和压力下容易地 蒸发的化合物。术语"挥发性"和"非挥发性"也可以指材料间的相对挥发性,如在给定温 度和压力下在第一材料中可以比第二材料更具挥发性(即更易蒸发)。
[0125] 如本文中所用,如在"保持催化剂的温度"中的术语"保持"是指在整个反应工艺 中的环境基本上是相同的条件。本领域技术人员会理解,可以使用任意数目的方法来保持 具体的条件,例如,加热或冷却温度。通常,如果一种性能保留在具体条件的10% (高于或 低于)以内,则它被认为是保持。
[0126] 如本文中所用,术语"间歇工艺"是指其中反应物被添加至反应容器中并且一种或 更多种反应物或产物积累在其中的工艺。
[0127] 如本文中所用,术语"连续工艺"是指其中将反应物以连续方式供料至反应容器中 而无反应物或反应中形成的产物蓄积的工艺。在某些连续工艺中,有稳定的进料和稳定的 出料。所述产物可以被收集在产物收集容器或装置中。
[0128] 如本文中所用,如"基本上不含甲醇或水"中的术语"基本上不含"是指包含与总反 应混合物相比小于1% (重量)的具体组分的试剂或反应混合物。在某些实施方案中,"基 本上不含"是指与总反应混合物相比小于〇. 7% (重量)、小于0. 5% (重量)、小于0. 4% (重量)、小于〇? 3% (重量)、小于0? 2% (重量)或小于0? 1% (重量)的具体组分。在 某些其它实施方案中,"基本上不含"是指与总反应混合物相比小于1. 0% (体积)、小于 0? 7% (体积)、小于0? 5% (体积)、小于0? 4% (体积)、小于0? 3 % (体积)、小于0? 2 % (体积)或小于〇? 1 % (体积)的具体组分。
[0129] 如本文中所用,例如在"稳定的"亚甲基丙二酸酯或含有其的组合物的上下文中 的术语"稳定的"是指本发明的亚甲基丙二酸酯(或它们的组合物)随时间推移基本上不 聚合的倾向,随时间推移基本上不硬化、形成凝胶、变稠或以其它方式增加粘度的倾向,和/ 或基本上显示出固化速度随时间推移的损失最小(即保持固化速度)的倾向。
[0130] 如本文中所用,术语"热解"是指通过热解离化学化合物。如本文中所用,术语"裂 化"或"裂解"是指一种热解工艺。在某些示例性实施方案中,术语"裂解反应"是指热解双 (羟甲基)丙二酸二烷基酯成单体种类并放出甲醛和水。
[0131] 如本文中所用,术语"设备"是指被用来进行本发明的方法的一系列的装置。"设 备"可以指任何尺寸的装置,包括小规模台式装置和大规模商用装置。如本文中所用,"设 备"可以包括容纳在多个位置或相同的位置内的装置。
[0132] 如本文中所用,术语"模块单元"是指被用来进行本发明的方法的具体步骤的一系 列的装置。在某些实施方案中,但不限于这些,所述"模块单元"可以被容纳于柜中、拖车中 或可在具体设备内被运输的其它容器中。在其它实施方案中,所述"模块单元"可以被固定 在设备内。
[0133] 如本文中所用,除非另有记录,否则所有百分数(%)是指重量百分数(重量%)。
[0134] 任意数值范围包括范围端点和包含于给定范围内的任意子范围。
[0135] 示例件实施方案
[0136] I?中间体制备:双(羟甲基)丙二酸二烷基酯("二醇")
[0137] 需要一种给予一致的可重复的性能良好的产物质量的稳健的可缩放工艺。已经发 现的是,限制和/或识别在二醇制造过程中添加和形成的杂质减少二元醇转化为所需的单 体种类的副反应。提供了单体生产的示例性实施方案。此外,还讨论了所述方法的某些改 进。所述改进可以提供可操作性、控制、收率、速率、稳健性(robustness)、成本、废料、质量 和易于放大的改善。
[0138] 在示例性实施方案中,通过在合适的反应条件下,在反应催化剂的存在下,将丙二 酸二烷基酯和甲醛来源反应来制备二醇。此后收集并处理二醇来为热解转化至所需的单体 种类作准备。所述丙二酸二烷基酯可以包含相同或不同的烷基。以甲醛:丙二酸二烷基酯 的约2 : 1的摩尔比提供反应物。在反应过程中,在活性炭处添加两个(-CH2-OH)基以制 备双(羟甲基)丙二酸二烷基酯(即"二醇")。
[0139] 合适的反应催化剂包括碱,例如氢氧化钙、碳酸钙、氢氧化钠、碳酸氢钠、胺和其聚 合物负载形式、三烷基胺、三甲基胺、三乙基胺、负载碱诸如离子交换树脂。
[0140] 实施例1 :在连续反应器中的二醇制备
[0141] 在连续流动反应器中制备二醇。反应物包括甲醛来源,在此情况下,商业可购买的 福尔马林(37重量%,用7重量%甲醇稳定)和丙二酸二乙酯(DEM)。反应催化剂是氢氧化 钙。将反应催化剂(基于待反应的DEM的量为0. 17mol% )溶于福尔马林(目标是每摩尔 DEM2摩尔甲醛)中并混合约1小时,或用于所需结果的足够长的时间。将福尔马林/催化 剂混合物进料至长静态混合器管中。DEM被注入静态混合器管中的多个位置。已经发现的 是,通过分步添加DEM可以改善至二醇的转化,部分是因为可以更容易地控制由于放热反 应造成的温度上升。此外,如本领域技术人员会容易地确定的那样,静态混合器管可以保持 在水浴中或其它介质来控制反应温度。在示例性实施方案中,二醇的制备反应温度被保持 在约30C-40C。在充分的反应时间之后,可淬灭反应以防止或最小化不想要的副产物的形 成。在示例性实施方案中,因为二醇的制备反应是通过碱催化的,可以任选地引入pH降低 剂来淬灭反应。在其它示例性实施方案中,这样的反应动力学是可以不需要淬灭剂的。在 某些示例性实施方案中,反应产物可以包括60-65重量%的二醇和约27重量%的水。通过 工程化反应容器、严密控制反应温度、减少或消除在福尔马林中的水和/或甲醇的量、优化 催化剂载量及本领域技术人员已知的其它反应优化方法可以预期改善的二醇收率。在二醇 的形成过程中,需要的是,最小化不想要种类的形成,因为它们可能对二醇转化为单体有不 利的影响。
[0142] 图7提供了连续的二醇生产反应器100的示意图。反应器100包括沿其长度分 布的具有多个静态混合器106的壳104。在示例性实施方案中,壳104可适于冷却来控制 由放热反应产生的热。将福尔马林/催化剂系统110引入至反应器100。可以在多个入口 112、114引入丙二酸二烷基酯。在连续反应器中,在出口 116移除所需反应产物,双(羟甲 基)丙二酸二烷基酯。在示例性实施方案中,任选地将PH降低剂在入口 118引入以淬灭反 应。本领域技术人员将理解,这里示出的反应器100仅仅图示出了一种设计和变型,或其它 设计可以成功地用来实现本发明的目的。
[0143] 实施例2 :在间歇式反应器中的二醇制备
[0144] 可以在间歇式反应器中进行二醇制备反应。在示例性实施方案中,将反应催化剂 (例如,氢氧化钙)添加至在22C的福尔马林和EffiM的预混合溶液。在另一个示例性实施方 案中,初始反应温度为约10C。反应进行迅速,并伴随着一个温度尖峰,至约60-85C。反应 产物混合物可以自然冷却,也可以通过冰浴、冷却线圈等来辅助。在冷却至约30C后,将pH 降低剂(例如,HCl、H3P04、H2SO4)添加至反应混合物以淬灭反应。使pH降低至约4. 5。将 反应产物混合物过滤以移除固体并干燥为热解作准备。
[0145] 实施例3 :计量反应
[0146] 将EffiM计量加入福尔马林和氢氧化钙的预混合溶液。添加DEM并监测反应混合物 的温度和pH。当反应pH下降至约6. 5,添加额外的催化剂。使用此示例性程序,最大的反 应温度范围为从约35C至约44C。过滤反应产物混合物为热解作准备。
[0147] 实施例4 :多相催化剂反应器
[0148] 在连续反应器的一个部分中使用呈Na+形式的SIR-300离子交换树脂以由福尔马 林和DEM制备二醇。反应器部分包括一个福尔马林入口和一个DEM入口。使福尔马林和 DEM通过弱碱树脂床。使在出口处收集的材料通过催化剂床,总共通过三次。最终的反应产 物包含约23重量%至约36重量%的二醇。
[0149] 实施例5 :间歇工艺:缓慢添加DEM
[0150] 在5L圆底烧瓶中装入37%甲醛水溶液(1620g,20mol)和碳酸钠(45g,0.42mol)〇 在冰水冷却下缓慢加入丙二酸二乙酯(1600g,10mol),保持温度在15-20°C之间。反应后, 用10%HCl将反应产物混合物的pH调节至6和7之间。此后,施加真空(IOOmmHg),并将 反应产物混合物温热至约45-50°C以去除甲醇。然后将反应产物混合物冷却至20-25°C之 间。将NaCl(250g)添加至反应产物混合物,并搅拌30min。然后使反应产物混合物沉降约 1小时以使得相分离。然后移除下面的水层。用无水Na2SO4(100g)干燥包括反应产物的有 机层。将产物过滤,然后用NMR和GCMS分析。所需的反应产物是双(羟甲基)丙二酸二乙 酯。在示例性实施方案中,收率为1960g(89-90%)。纯度为99%。参见图1。
[0151] II.为热解作准备的二醇
[0152] 在某些示例性实施方案中,在二醇制备反应之后,包含所需双(羟甲基)丙二酸二 乙酯的反应产物经过进一步的处理步骤为热解作准备。如上文提供的某些实施例中讨论 的,由某些途径制备的二醇可受益于过滤步骤。制备二醇的某些示例性途径可受益于水洗 和随后的干燥。
[0153] 在其它示例性实施方案中,粗二醇产物任选地经过阳离子交换工艺。然后在随后 的抛光(干燥)步骤中任选地移除过量的水(和来自商用福尔马林的甲醇)。
[0154] 实施例6 :阳离子夺换
[0155] 在示例性实施方案中,包含双(羟甲基)丙二酸二乙酯的反应产物经过离子交换 工艺以将来自反应催化剂的反应产物中负载的阳离子交换另一阳离子,特别是H+。目前,将 二醇反应产物按来自二醇反应器中的原样供料。在离子交换柱中装入ResinTechSIR-300 树脂(基于亚氨基二乙酸官能团的大孔弱酸阳离子交换树脂)和作为默认离子形式的钠。 在与反应产物二醇一起使用之前,所述树脂是经酸洗(使用2NHC1)的以用(H+)交换树脂 上的(Na+)。然后将二醇反应产物通过离子交换柱供料以交换来自反应催化剂的存在于反 应产物中的(Ca+2)。可以通过测量pH和来自柱的流出物的电导率来监测脱钙的水平。在 示例性实施方案中,成功的离子交换得到约2. 5至3的pH和约10-15yS的电导率。
[0156] 本领域技术人员将理解,假设在针对缩放活性的可接受的流速下,可以修改输入 流速率、压力、柱高、交换树脂等以得到所需的抛光产物。
[0157] 实施例7 :二醇于燥(水分蒸发)
[0158] 在示例性实施方案中,通过上文讨论的某些实施例制备的二醇可以包括过量的水 和残留的甲醇(来自商用的稳定的福尔马林)。在示例性实施方案中,一定水平的水是所需 的,因为通过防止二醇在随后的反应步骤中冻结(固化)来改善二醇处理。然而,过量的水 可以在随后的工艺中带来有害的副反应,并也将需要在下游移除。因此,本领域技术人员将 理解,二醇产物中可接受的水的水平将平衡易于处理和移除难度及它可能带来的任何有害 作用。在示例性实施方案中,"干燥"二醇可以包含与约27重量%的初始进料水的水平相 比的高达约25重量%、1-10重量%之间或4重量% -7重量%之间的水和约I. 3重量%的 甲醇水平("湿"二醇)。在其它示例性实施方案中,干二醇可以包括较低的水的水平(例 如,约3. 0重量%、约2. 5重量%、约1重量% )。
[0159] 在示例性实施方案中,将"湿"二醇以预定进料速率(例如3kg/小时)引入至刮 膜蒸发器(WFE)中。在示例性实施方案中,在约5mmHg真空下将WFE用热油浴封套保持在 约150C。在示例性实施方案中,离开WFE的"干燥"二醇含有约3-5重量%的水,并且基本 上不含甲醇,如本文所定义的,或含有非常少的甲醇(少于约1. 3重量% )。如果需要的话, 较低的水的水平是可以达到的。
[0160] 在示例性实施方案中,使用WFE来蒸发过量的水和甲醇以提供短暂热停留时间, 从而最小化不希望的副产物和/或杂质的产生。
[0161] 相关领域技术人员将理解,可以使用其它装置(例如旋转蒸发仪、水平的或垂直 的薄膜蒸发器等)来干燥二醇产物。据认为,当最小化热停留时间时,可以得到所需的结 果。本领域技术人员将认识到,可以使用其它的分离装置和方法来得到所需的二醇组合物。
[0162] 实施例8 :非商用的福尔马林
[0163] 在某些示例性实施方案中,用于二醇制备反应的甲醛来源包括新制备的福尔马林 (由多聚甲醛和水制成),而无存在于商用的福尔马林中的甲醇稳定剂。"湿二醇"包括约 27%的水,但基本上不合甲醇。其它新制备的福尔马林实例改变水和甲醇含量。干燥通过 使这些非商用的福尔马林情况反应而形成的二醇产物,如列于上面的例子中所阐明的,并 经过后续的热解操作。
[0164] 本领域技术人员将会理解,二醇生产、任选的阳离子交换工艺和任选的干燥工艺 可以在不连续阶段发生,同时二醇产物被收集并存储用于进一步处理。在其它示例性实施 方案中,一种或多种二醇生产阶段呈流动连通,使得来自一个阶段的输出可以立即被供料 至后续阶段的输入中。此外,来自任意二醇生产阶段的二醇产物可以与二醇热解反应器流 动连通,如将在下面更详细地描述的那样。
[0165] II?二醇热解
[0166] 据观察,(如在上文提到的专利申请WO2012/054616SynthesisofMethylene MalonatesSubstantiallyFreeofImpurities和WO2012/054633Synthesisof MethyleneMalonatesUsingRapidRecoveryinthePresenceofaHeatTransfer Agent中所描述的)在使用多聚甲醛和DEM的Knoevenagel反应中,在8. 4分钟时在GC迹 线中注意到显著量的材料。据推测,所述峰是由于反应产物(低聚种类)中双(羟甲基) 丙二酸二乙酯的存在。为了确认这种猜测,商业可购买的双(羟甲基)丙二酸二乙酯的样 品被溶解在乙酸乙酯中,并获得GC/MS。商用产品的GC迹线表明在GC本身中形成少量的亚 甲基丙二酸二乙酯(DEMM)。参见图4和图5。之后,在真空下(100mmHg)在230°C下进行 了实验室尝试裂解少量(15g)的商用的双(羟甲基)丙二酸二乙酯。要进行热解的材料是 固体,并在49-5rc熔融。使用热风枪来熔融样品,并确保在裂解过程中它保持在液体状态。 也可使用加热胶带或封套的加料漏斗。反应产物得到10. 6g的裂化材料,其中33重量%被 确定为DEMM。因此,该实验证实了可以通过双(羟甲基)丙二酸酯的热分解来获得DEMM。 参见图6。以间歇工艺进行该实验。然后努力进行来制备可缩放的用于二醇热解的连续工 -H- 〇
[0167] 实施例9 :用于热解橾作的实验宰规樽的管式反应器
[0168] 在示例性实施方案中,连续的热解操作包括具有以12XIV2英寸柱的形式装填的 催化剂的管式反应器。示例性催化剂是作为ZSM-5的商用可购买的沸石。将柱温保持在约 180C-200C的温度。在柱末端处的热y适配器提供了反应产物的第一分离。较少的挥发性 材料掉落(例如,未反应的二醇/重质物质(heavies))而更多的挥发性物质(例如,DEMM、 DEM、其它轻质物质(lights))被支撑至热冷凝器用于进一步分离反应产物。热冷凝器用于 从所需单体种类分离出更多挥发性种类。产物流还携带具有类似沸点及其它杂质的化合 物。此产物流然后经过进一步纯化的措施,例如分馏。本领域技术人员将理解,在连续工艺 中,可利用多种反应器设计来收集所需的产物流。在此示例性实施方案中,粗产物可以被收 集并储存用于进一步下游加工。在其它示例性实施方案中,热解操作可以与单体纯化工艺 连续流动连通。
[0169] 在此示例性实施方案中,所述二醇优选被预加热至约50-100C,优选约70-85C。如 果供料线也被加热和或绝热以防止二醇冻结,则其是有益的。在此示例性实施方案中,在大 气压力下完成热解操作。在此示例性实施方案中,某些聚合抑制剂可以在热解操作中存在 以防止单体的过早聚合。例如,可以使用液相稳定剂(例如,MSA)、蒸汽相稳定剂(例如, TFA)和自由基稳定剂(例如,MeHQ)。上文所参考和通过参考并入本文中的专利申请更充分 地解释了这样的抑制剂的选择和功能。在某些示例性实施方案中,可以将抑制剂与二醇一 起引入至所述热解反应器中。在示例性实施方案中,抑制剂包在热解操作之前被立即添加 至二醇。在其它示例性实施方案中,可以将抑制剂包添加至在产物流中收集的粗产物中。在 某些其它示例性实施方案中,在任意进一步纯化操作之前可以将抑制剂包添加至粗产物。
[0170] 实施例10 :用于热解橾作的试验件设备规樽的管式反应器
[0171] 在示例性实施方案中,使用实施例9的实验室反应器中的放大版本以连续工艺进 行热解操作。在示例性实施方案中,使催化剂柱容纳在具有标称1. 5英寸的实际直径和约 30英寸的高度、容纳约400g的ZSM-5沸石的反应器管中。使用设定至200-230C之间的加 热温度的循环热油加热反应器。将二醇加热器设定至约80-90C,并且将二醇进料线加热至 约 50-60C。
[0172] 在示例性实施方案中,将管式反应器的壁加热并保持在约180-250C。需要合适的 热传递以确保所需要的反应温度保持在催化剂柱中。在示例性实施方案中,在大气压下发 生热解。在其它示例性实施方案中,可以在真空条件下或加压条件下进行热解。
[0173] 如在实验室规模的反应器中那样,使用多种装置(例如拆卸冷凝器、热冷凝器、冷 凝器等)将来自热解反应器的产物分成多个流。在示例性实施方案中,将包含粗单体种类 和其它封闭的锅炉或杂质的产物流收集用于进一步的下游处理。所述下游处理可以包括多 种蒸馏或其它分离技术和阶段以得到所需的分离的单体种类。
[0174] 在示例性实施方案中,粗单体产物流可与下游的纯化操作流动连通。
[0175] 所述催化剂柱直径可以是1/2英寸、1英寸、3英寸、4英寸或能够提供所需反应温 度的任意尺寸。在某些示例性实施方案中,所述热解反应器可以包括多个催化剂柱。在某 些示例性实施方案中,可以用单一的二醇进料线供料至所述多个柱。在其它示例性实施方 案中,可以用多个二醇进料线供料至所述多个柱。本领域技术人员会确定,为了得到所需的 结果,多种反应器设计是可能的。
[0176] 据认为,当反应温度为约180C和220C之间时会发生有效的二醇热解。在理论反 应中,二醇将会分离或"裂解",对于每摩尔所形成的单体释放出一摩尔的甲醛和一摩尔的 水。需要最佳反应条件,从而减少不需要的副产物,并将单体产率最大化。如本领域技术人 员会容易理解的,反应条件包括温度、催化剂载量、催化剂形状(例如圆柱体、珠粒)、入口 二醇温度、进料速率、反应压力和反应设备(例如,冷凝器,收集瓶)中多种装置的温度。
[0177] 实施例11 :间歇工艺、反应物的滴加
[0178] 组装装备有250mL圆底烧瓶、加料漏斗、机械搅拌器、冷凝器、接收烧瓶和真空的 短路径蒸馏装置。用铜沸石(2g)装填250mL圆底烧瓶。用油浴加热内容物至200°C。施加 真空(100mmHg)。将中间体双(轻甲基)丙二酸二乙酯(30g,0. 136mol)逐滴地缓慢加入到 铜沸石上。在此添加完毕后,冷却装置至25°C并用队回填装置。经无水Na2SO4 (Ig)干馏。所 需的反应产物是亚甲基丙二酸二乙酯(DEMM)。在示例性实施方案中,收率为20. 5g(88% )。 参见图2。
[0179] 实施例12 :间歇工艺,一锅法
[0180] 组装装备有250mL圆底烧瓶、机械搅拌器、冷凝器、接收烧瓶和真空的短路径蒸馏 装置。用铜沸石(2g)和双(羟甲基)丙二酸二乙酯(30g,0. 136mol)装填250mL圆底烧瓶。 施加真空(100mmHg)。用油浴加热内容物至200°C。在将反应烧瓶降低放入油浴中之前预 热油浴至200°C。在热解完成之后,冷却装置至25°C并用队回填装置。经无水Na2SO4 (Ig) 干馏。所需的反应产物是DEMM。在示例性实施方案中,收率为19g(81%)。参见图3。
[0181] 实施例13:商用二醇的热解
[0182] 在示例性实施方案中,使用商业可购买的双(羟甲基)丙二酸二乙酯,而不是在实 验室中从DEM合成二醇。双(羟甲基)丙二酸二乙酯经过本发明所公开的某些热解工艺, 并且纯化反应产物以得到所需的单体。在其它示例性实施方案中,商业可购买的其它丙二 酸二烷基酯的二醇经过根据本文所公开的某些方法的热解以得到所需的单体种类。在其它 示例性实施方案中,首先合成其它丙二酸二烷基酯的二醇,然后经过本文所公开的某些热 解方法,以得到所需的单体种类。
[0183] 实施例14:催化剂浆料
[0184] 在再一个示例性实施方案中,合适的催化剂可以被承载于二醇浆料中并与热表面 接触,或以其他方式暴露于足够的热以实现二醇热解反应。
[0185]III.产物清理
[0186] 来自热解操作的反应产物可以通过多种方法进行纯化。在示例性实施方案中,采 用多种分离技术。例如,可以采用一系列的冷凝和/或蒸馏步骤来从杂质和副反应产物分 离所需的单体种类。在示例性实施方案中,可以使用热冷凝器、冷凝器、减压蒸馏装置、简单 蒸馏装置和/或分馏装置。在一些示例性实施方案中,根据合理的工程化原理,可以在大气 压力下,在真空下或在升高的压力下使用分离技术。同样地,根据合理的工程化原理,可以 在室温下、在降低的温度或在升高的温度下使用分离技术。
[0187]IV.设备设计:模块单元
[0188] 本发明的示例性实施方案包括用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备。可以用模块 单元设计所述设备,其中一个或多个模块单元是二醇生产单元、二醇纯化单元、单体生产单 元、单体纯化单元或它们的组合。每个单元可以是用于与其相关的所需的工艺所自包含的。 可选地,一个或多个的模块单元可以是流动连通的,以使来自一种工艺的出口以连续方式 进料至另一种工艺的入口。
[0189] 示例性设备包括至少一个二醇生产单元、至少一个二醇纯化单元和至少一个单体 生产单元。
[0190] 另一个示例性设备包括至少一个二醇生产单元、至少一个二醇纯化单元、至少一 个单体生产单元和至少一个单体纯化单元。
[0191] 另一个示例性设备包括至少一个单体生产单元和至少一个单体纯化单元。
[0192] 另一个示例性设备包括至少一个二醇生产单元、任选地至少一个二醇纯化单元、 至少一个单体生产单元和任选地至少一个单体纯化单元。
[0193] 示例性二醇生产单元包括能够在反应催化剂的存在下使丙二酸二烷基酯和甲醛 来源反应的二醇反应器装置。
[0194] 示例性二醇纯化单元包括离子交换柱和分离装置,例如刮膜蒸发器、旋转蒸发器、 或垂直的或水平的薄膜蒸发器。
[0195] 示例性单体生产单元包括至少一个催化剂柱和用于保持所述至少一个催化剂柱 的温度的加热装置。
[0196] 另一个示例性单体生产单元包括多个催化剂柱和用于保持所述多个催化剂柱的 温度的至少一个加热装置。
[0197] 等效方案
[0198] 本领域技术人员仅使用常规实验就会认识到或能够确定本文所述的本发明的具 体实施方案的很多等效方案。本发明意图包含这样的等效方案。

1. 一种制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其包括: (a) 在合适的催化剂的存在下,将双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物反应来形成亚甲 基丙二酸酯单体;及 (b) 分离所述亚甲基丙二酸酯单体。2. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中作为连续工艺进行所 述反应步骤(a)。3. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中作为间歇工艺进行所 述反应步骤(a)。4. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中在大气压力下进行所 述反应步骤(a)。5. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中每种烷基可以相同或 不同,并且是具有1至16个碳原子之间的直链烃基或支链烃基。6. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中通过下面的方法制备 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物: (i)在催化剂的存在下,将甲醛来源与丙二酸二烷基酯反应以形成包含双(羟甲基)丙 二酸二烷基酯的组合物的反应产物。7. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中作为连续工艺进行所 述反应步骤(i)。8. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中不添加溶剂来进行所 述反应步骤(i)。9. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中在大气压力下进行所 述反应步骤(i)。10. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述甲醛来源为甲 醛、三噁烷、福尔马林或多聚甲醛。11. 根据权利要求10所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述甲醛来源为福 尔马林。12. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述甲醛来源基本 上不含甲醇、水或两者皆不合。13. 根据权利要求6所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述步骤(i)的反应 产物在所述反应步骤(a)之前进行二醇纯化步骤(ii)。14. 根据权利要求13所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述二醇纯化步骤 (ii)包括将所述步骤(i)的反应产物阳离子交换以产生双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合 物,使所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物进行蒸发步骤以移除挥发性杂质或它们的 组合。15. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其还包括下列步骤: (c) 纯化步骤(a)中得到的热解产物以得到所述分离的亚甲基丙二酸酯单体。16. 根据权利要求15所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中纯化步骤(c)中的 热解产物包括选自部分冷凝、全冷凝、分馏或它们的任意组合的分离技术。17. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 是酸性或碱性催化剂。18. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 是沸石。19. 根据权利要求18所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 是硅铝酸盐沸石。20. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 呈柱的形式,所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物通过所述柱。21. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基)丙 二酸二烷基酯组合物呈液态或气态。22. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱被加 热至约180°C与约250°C之间的壁温。23. 根据权利要求22所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱被加 热至约200°C至约230°C之间的壁温。24. 根据权利要求23所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱被加 热至约2KTC的壁温。25. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中在整个所述反应步 骤(a)中保持所述合适催化剂的温度。26. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约〇. 5英寸至约4. 0英寸的直径。27. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约I. 〇英寸至约3. 5英寸的直径。28. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约1. 5英寸至约3. 0英寸的直径。29. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约3英寸至约200英寸的长度。30. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约12英寸至约72英寸的长度。31. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述催化剂柱具有 约18英寸至约60英寸的长度。32. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物作为液体通入所述催化剂柱。33. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物作为气体通入所述催化剂柱。34. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物以0.0 lkg/小时至65kg/小时的速率通过所述催化剂柱。35. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物以0. 5kg/小时至25kg/小时的速率通过所述催化剂柱。36. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物以I. 5kg/小时至12kg/小时的速率通过所述催化剂柱。37. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中: 所述催化剂柱具有〇. 5英寸至约3. 5英寸的直径; 所述催化剂柱具有约6英寸至约84英寸的长度;并且 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约.〇. Olkg/小时至65kg/小时的速率通 入所述催化剂柱。38. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中: 所述催化剂柱具有约I. 〇英寸至约3. 3英寸的直径; 所述催化剂柱具有约12英寸至约72英寸的长度;并且 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约〇. 5kg/小时至25kg/小时的速率通入 所述催化剂柱。39. 根据权利要求20所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中: 所述催化剂柱具有约1. 5英寸至约2. 5英寸的直径; 所述催化剂柱具有约18英寸至约60英寸的长度;并且 所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物以约I. 5kg/小时至12kg/小时的速率通入 所述催化剂柱。40. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述步骤⑴的合适 的催化剂是碱性催化剂。41. 根据权利要求40所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述步骤(i)的碱 性催化剂是氢氧化钙。42. 根据权利要求13所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述二醇纯化步骤 (ii)包括将所述步骤(i)的反应产物阳离子交换以产生双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合 物,使所述双(羟甲基)丙二酸二烷基酯组合物进行蒸发步骤以移除挥发性杂质。43. 根据权利要求13所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中使用离子交换柱阳 离子交换所述步骤(i)的反应产物。44. 根据权利要求43所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述离子交换柱填 充有尚子交换树脂。45. 根据权利要求44所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述离子交换柱是 加压的尚子交换树脂。46. 根据权利要求45所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述加压的离子交 换柱被加压高达1000 psi。47. 根据权利要求13所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中通过刮膜蒸发、旋 转蒸发或薄膜蒸发进行所述蒸发步骤。48. 根据权利要求47所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中通过刮膜蒸发进行 所述蒸发步骤。49. 根据权利要求1-41中任一项所述的方法,其中作为间歇工艺进行所述方法。50. -种亚甲基丙二酸酯单体,其是根据权利要求1-49中任一项所述的方法制备的。51. -种组合物,其包含根据权利要求1-49中任一项所述的方法制备的亚甲基丙二酸 酯单体。52. -种产物,其包含根据权利要求1-49中任一项所述的方法制备的亚甲基丙二酸酯 单体,其中所述产物是粘合剂、涂料,密封剂、复合材料或表面活性剂。53. 根据权利要求52所述的产物,还包含酸性稳定剂、自由基稳定剂、螯合剂、固化促 进剂、流变改性剂、增塑剂、触变剂、天然橡胶、合成橡胶、填料剂、增强剂或它们的组合。54. 根据权利要求53所述的产物,其包含酸性稳定剂,其中所述酸性稳定剂以0.1 ppm 至IOOppm的浓度存在。55. 根据权利要求53所述的产物,其包含自由基稳定剂。56. 根据权利要求55所述的产物,其中所述自由基稳定剂以0.1 ppm至1000 Oppm的浓 度存在57. -种粘合剂产物,其包含根据权利要求1-49中任一项所述的方法制备的亚甲基丙 二酸酯单体。58. -种聚合物,其包含根据权利要求1-49中任一项所述的方法制备的亚甲基丙二酸 酯单体的一种或多种单元。59. -种聚合物产物,其包含根据权利要求57所述的聚合物。60. 根据权利要求59所述的聚合物产物,其中所述产物是密封剂、隔热涂层、织物纤 维、水处理聚合物、油墨载体、涂料载体、包装膜、制模、医用聚合物、聚合物膜、聚合物纤维 或聚合物片。61. 用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中所述设备包括一个或多个模块单元,其 中所述一个或多个模块单元是二醇生产单元、二醇纯化单元、单体生产单元、单体纯化单元 或它们的组合。62. 根据权利要求61所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中所述设备包 括: 至少一个二醇生产单元, 至少一个二醇纯化单元, 和至少一个单体生产单元。63. 根据权利要求61所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中所述设备包 括: 至少一个二醇生产单元, 至少一个二醇纯化单元, 至少一个单体生产单元,和 至少一个单体纯化单元。64. 根据权利要求61-63中任一项所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中 所述二醇生产单元包括能够在催化剂的存在下使丙二酸二烷基酯和甲醛来源反应的二醇 反应器装置。65. 根据权利要求61-63中任一项所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中 所述二醇纯化单元包括离子交换柱和刮膜蒸发装置。66. 根据权利要求61-63中任一项所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中 所述单体生产单元包括催化剂柱和用于保持所述催化剂柱的温度的加热装置。67. 根据权利要求61-63中任一项所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其中 所述单体纯化单元包括冷凝装置、分馏装置或两者。68. 根据权利要求61-63中任一项所述的用于生产亚甲基丙二酸酯单体的设备,其具 有两个或更多个模块单元,所述模块单元彼此连通以使第一单元的产物输出是进入另一单 元用于反应的输入;从而 第一二醇生产单元与二醇纯化单元或单体生产单元连通, 第一二醇纯化单元与单体生产单元连通,或 第一单体生产单元与单体纯化单元连通。69. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基)丙 二酸二烷基酯组合物具有少于500ppm的阳离子、少于50ppm的阳离子或少于5ppm的阳离 子。70. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 具有大于12小时、大于200小时或大于2000小时的产生周期之间的寿命。71. 根据权利要求70所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述合适的催化剂 可以通过使用酸来再生。72. 根据权利要求1所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基)丙 二酸二烷基酯组合物包括〇和30%之间的水。73. 根据权利要求72所述的制造亚甲基丙二酸酯单体的方法,其中所述双(羟甲基) 丙二酸二烷基酯组合物具有0和0. 30%之间的水。
按双(羟甲基)丙二酸酯途径获得的亚甲基丙二酸酯和相关单体的方法。接着使双(羟甲基)丙二酸酯中间体反应(即经受热解)以提供亚甲基丙二酸酯的单体种类。在碱性催化剂(例如,氢氧化钙)的存在下,提供甲醛来源(例如,福尔马林),在合适的反应条件下向其添加丙二酸酯(例如,丙二酸二乙酯)以得到所需中间体(例如,双(羟甲基)丙二酸二烷基酯)。在合适的条件下在合适的催化剂(例如,沸石)的存在下使中间体反应(即经受热解)以获得亚甲基丙二酸酯单体。在示例性实施方案中,热解反应包括添加双(羟甲基)丙二酸酯中间体至加热的催化剂上。收集并纯化反应产物。可以以连续操作来进行所公开的方法。可以通过使用设备内的模块单元进行各自的步骤。
C07C61/00, C07C69/07
CN105008321
CN201480003455
B.M.马罗夫斯基, A.G.马罗夫斯基, J.M.萨利文, P.B.基桑加, J.J.安德森, M.C.m.科克雷姆, P.J.卡尔伯格
瑟拉斯公司
2015年10月28日
2014年1月10日
EP2943462A1, US9108914, US20150218081, US20150343415, WO2014110388A1

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