СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ 3,3-ДИМЕТИЛБУТИРАЛЬДЕГИДА
METHOD FOR PREPARATION OF 3,3-DIMETHYLBUTYRALDEHYDE

НАЗНАЧЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к подсластителям, а более конкретно к способу получения 3,3-диметилбутиральдегида в качестве промежуточного соединения для получения подсластителя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Неотам как подсластитель разработан американской компанией и характеризуется высокой сладостью и низкой кариесогенностью. Он имеет большой потенциал рынка и был произведен различными способами. Однако как важное промежуточное соединение для получени неотама, 3,3-диметилмасляный альдегид является относительно дорогим. Типичный метод (CN 101311151) для получения 3,3-диметилбутиральдегида использует газообразный этилен в качестве исходного материала. Однако газообразный этилен предъявляет высокие требования к транспортировке, хранению и устройствам для изготовления, и существует риск в транспортировке и в процессе производства. Обычный способ получения длинный и энергоемкий, работает неактивный газ в качестве носителя для газификации смеси 3,3-диметилбутиральдегида и воды при температуре выше 300°С, и использует дегидрирование в присутствии благородного металла. Этот метод имеет низкую безопасность и высокую стоимость производства. Другой способ получения 3,3-диметилбутиральдегида (CN 1301247A) использует дорогостоящие 3,3-диметилбутил в качестве исходного материала. Как экологически загрязняющих диметиловые тиоэфиры производятся во время процедуры, метод требует вспомогательных измерений для лечения загрязнения, что приводит к высокой стоимости производства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] С учетом указанных выше проблем, задача изобретения состоит в создании эффективного способа получения 3,3-диметилбутиральдегида и расширение арсенала способов получения 3,3-диметилбутиральдегида.
Способ имеет низкую стоимость, поскольку использует доступное сырье и использует двухстадийную управляемую реакцию для получения 3-диметилбутиральдегида.
[0004] В соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, предложен способ получения 3,3-диметилбутиральдегида.
Сущность изобретения состоит в том, что способ получения 3,3-диметилбутиральдегида реализуется последовательностью действий, при которой с предварительно охлажденным дихлорметаном последовательно смешивают в емкости хлорид трет-бутил и винилацетат с получением смеси, которая выдерживается для проведения каталитической реакции в присутствии введенного в смесь катализатора с последующим добавлением деионизированной воды и перемешиванием, после чего производят отделение органической фазы и ее промывание с помощью раствора карбоната натрия, а затем осуществляют отделение дихлорметановой органической фазы, осушение, конденсацию и восстановление дихлорметана с последующей перегонкой органической фазы в вакууме и собирают фракцию 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, к которому добавляют кислоту и полученную смесь нагревают до температуры 100°С-110°С для гидролитического диспропорционирования в присутствии катализатора с получением смеси, содержащей 3,3-диметилбутиральдегид, и последующей очисткой смеси путем перегонки с получением очищенного 3,3-диметилбутиральдегида.
Предпочтительно, хлорид трет-бутил и винилацетат последовательно смешивают в емкости с дихлорметаном, предварительно охлажденным до температуры между -7°С и 2°С, а получаемая смесь выдерживается при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
Предпочтительно, хлорид трет-бутил и винилацетат берутся в весовом соотношении 1:(0,84-0,93).
Предпочтительно, используется катализатор из группы: трихлорид алюминия, п-толуолсульфокислота, треххлористое железо.
Предпочтительно, органическую фазу отделяют и промывают с помощью 5%-ного раствора карбоната натрия до достижения значения рН между 8 и 9.
Предпочтительно, дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, органическую фазу перегоняют в вакууме, причем фракцию 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата собирают при температуре/давлении 60-64°С/20 мм рт.ст., соответственно.
Предпочтительно, к собранной фракции 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата добавляют кислоту из группы: 15% серная кислота, 10% соляная кислота, 15% фосфорная кислота.
Предпочтительно, полученную при добавлении кислоты смесь нагревают до температуры между 100°С и 110°С для гидролитического диспропорционирования в течение 3 часов, затем смесь дополнительно нагревают для перегонки до температуры между 104°С и 106°С, и собирают фракцию 3,3-диметилбутиральдегида
[0005] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида осуществляется в частных случаях реализации следующим образом.
[0006] 1) В одном случае реализации в первом реакторе перемешивают 50 кг дихлорметана и охлаждают до температуры в диапазоне -7°С и 2°С. Добавляют 1,3 кг трихлорида алюминия и 20 кг хлорид трет-бутила в течение 3 ч и 18,6 кг винилацетата в течение 2 ч с получением смеси. Смесь выдерживают для реагирования при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
[0007] После реакции в первый реактор добавляют 14 кг деионизированной воды и полностью перемешивают. Органическую фазу отделяют и промывают с помощью 6,7 кг 5%-ного раствора карбоната натрия до достижения значения рН между 8 и 9. Дихлорметановую органическую фазу собирают и добавляют 5 кг безводного сульфата натрия для осушения. Дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, затем органическую фазу перегоняют в вакууме и собирают первую фракцию при 60-64°С/20 мм рт.ст., при этом получают 35,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, его выход составляет 92,5 мас.%.
[0008] 2) Во второй реактор помещают 35,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, добавляют 10 кг 10%-соляной кислоты, и полученную смесь нагревают до температуры между 100°С и 110°С и выдерживают для разделения (гидролитического диспропорционирования) в течение 3 часов в присутствии катализатора. Затем смесь дополнительно нагревают, и собирают вторую фракцию при температуре между 104°С и 106°С с получением после перегонки 19,4 кг 3,3-диметилбутиральдегида. Чистота продукта составляет 99,6 мас.%, его выход составляет 96,7 мас.%.
[0009] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида осуществляется в другом случае реализации следующим образом:
[0010] 1) 225 кг дихлорметана помещают в первый реактор, перемешивают и охлаждают до температуры между -7°С и 2°С. Добавляют 9 кг п-толуолсульфокислоты, добавляют 80 кг хлорида трет-бутилового в течение 2 ч и 70 кг винилацетата добавляют в течение 2 ч с получением смеси. Смесь выдерживают для реагирования при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
[0011] После предшествующей реакции 56 кг деионизированной воды добавляют в первый реактор и полностью перемешивают. Органическую фазу отделяют и промывают с помощью 25 кг 5%-ного раствора карбоната натрия, пока будет достигнуто значение рН между 8 и 9. Дихлорметановую органическую фазу собирают и добавляют 15 кг безводного сульфата натрия для осушения. Дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, затем органическую фазу перегоняют в вакууме и собирают первую фракцию при 60-64°С/20 мм рт.ст., при этом получают 131,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, его выход составляет 90,7 мас.%.
[0012] Во второй реактор помещают 131,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, добавляют, 17 кг 15%-ной фосфорной кислоты, и полученную смесь нагревают до температуры между 100°С и 110°С и выдерживают для разделения (гидролитического диспропорционирования) в течение 3 часов в присутствии катализатора. Затем смесь дополнительно нагревают, и собирают вторую фракцию при температуре между 104°С и 106°С с получением после перегонки. 70,1 кг 3,3-диметилбутиральдегида. Чистота продукта составляет 99,7 мас.%, его выход составляет 95 мас.%.
[0013] Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем.
[0014] Исходные материалы и реакции в способе по настоящему изобретению отличаются от предшествующего уровня техники в том, что способ по изобретению выбирает недорогие ингредиенты хлорид трет-бутил и винилацетата в качестве исходных веществ, благодаря чему существенно снижена себестоимость получаемого целевого продукта, причем исходные материалы относительно безопасны при транспортировке и хранении. Кроме того, способ по изобретению имеет небольшую длительность, умеренные условия реакции, нет требований по обеспечению высокой температуры и высоких требований к безопасности производства.
Чистота получаемого продукта превышает 99,7%, а выход достигает 95%. Наконец, заявляемый способ позволяет избежать загрязнения окружающей среды побочными продуктами, такими как тиоэфиры. Изобретение просто в эксплуатации и упрощает управление различными параметрами процесса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] На Фиг. 1 представлена структурная формула химической реакции согласно настоящему изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0016] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида включает в себя: подготовку трет-бутил хлорид и винилацетата в качестве сырья, проведение каталитической реакции между трет-бутилом и винилацетатом с получением 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата в присутствии катализатора, в котором, весовое соотношение трет-бутилового хлорида и винилацетата составляет 1:(0,84-0,93); пределы регулирования температуры от 100 до 110°С, затем проведение гидролитического диспропорционирования 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата в присутствии катализатора с получением смеси, содержащей 3,3-диметилбутиральдегида; с последующей очисткой смеси путем перегонки с получением очищенного 3,3-диметилбутиральдегида, при этом используется катализатор из группы: трихлорид алюминия, п-толуолсульфокислота, треххлористое железо.
Уравнение химической реакции приведено на фиг. 1.
При выполнении приведенных ниже примеров используется катализатор из группы: трихлорид алюминия, п-толуолсульфокислота, треххлористое железо.
Пример 1
[0017] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида осуществляется следующим образом:
[0018] 1) 50 кг дихлорметана помещают в эмалированный реактор 100 л, перемешивают и охлаждают до температуры между -7°С и 2°С. Добавляют 1,3 кг трихлорида алюминия и добавляют 20 кг хлорида трет-бутилового в течение 3 ч, добавляют 18,6 кг винилацетата в течение 2 ч с получением смеси. Смесь выдерживают для реагирования при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
[0019] После завершения реакции добавляют в реактор 14 кг деионизированной воды и полностью перемешивают. Органическую фазу отделяют и промывают с помощью 6,7 кг 5%-ного раствора карбоната натрия до достижения значения рН между 8 и 9. Дихлорметановую органическую фазу собирают и добавляют 5 кг безводного сульфата натрия для осушения. Дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, затем органическую фазу перегоняют в вакууме, и собирают первую фракцию при 60-64°С/20 мм рт.ст., при этом получают 35,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетат, его выход составляет 92,5 мас.%.
[0020] 2) В эмалированный реактор 50 л помещают 35,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, добавляют 10 кг 10% соляной кислоты, и полученную смесь нагревают до температуры между 100°Си 110°С и выдерживают для разделения (гидролитического диспропорционирования) в течение 3 часов в присутствии катализатора. Затем смесь дополнительно нагревают, и собирают вторую фракцию при температуре между 104°С и 106°С с получением после перегонки 19,4 кг 3,3-диметилбутиральдегида. Чистота продукта составляет 99,6 мас.%, его выход составляет 96,7 мас.%.
Пример 2
[0021] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида осуществляется следующим образом:
[0022] 1) 225 кг дихлорметана помещают в эмалированный реактор емкостью 500 л, перемешивают и охлаждают до температуры между -7°С и 2°С. Добавляют 9 кг п-толуолсульфокислоты, добавляют 80 кг хлорида трет-бутилового в течение 2 ч и 70 кг винилацетата добавляют в течение 2 ч с получением смеси. Смесь выдерживают для реагирования при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
[0023] После предшествующей реакции 56 кг деионизированной воды добавляют в первый реактор и полностью перемешивают. Органическую фазу отделяют и промывают с помощью 25 кг 5%-ного раствора карбоната натрия до достижения значения рН между 8 и 9. Дихлорметановую органическую фазу собирают и добавляют 15 кг безводного сульфата натрия для осушения. Дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, затем органическую фазу перегоняют в вакууме и собирают первую фракцию при 60-64°С/20 мм рт.ст., при этом получают 131,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, его выход составляет 90,7 мас.%.
[0024] 2) Во второй эмалированный реактор емкостью 300 л помещают 131,7 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, добавляют 17 кг 15%-ной фосфорной кислоты, и полученную смесь нагревают до температуры между 100°С и 110°С и выдерживают для разделения (гидролитического диспропорционирования) в течение 3 часов в присутствии катализатора. Затем смесь дополнительно нагревают, и собирают вторую фракцию при температуре между 104°С и 106°С с получением после перегонки 70,1 кг 3,3-диметилбутиральдегида. Чистота продукта составляет 99,7 мас.%, его выход составляет 95 мас.%.
Пример 3
[0025] Способ получения 3,3-диметилбутиральдегида осуществляется следующим образом:
[0026] 1200 кг дихлорметана помещают в эмалированный реактор 3000 л, перемешивают и охлаждают до температуры между -7°С и 2°С. Добавляют 55 кг треххлористого железа и добавляют 480 кг хлорида трет-бутилового в течение 2 ч, добавляют 405,7 кг винилацетата в течение 2 ч с получением смеси. Смесь выдерживают для реагирования при температуре от -2°С до 0°С в течение 2 часов.
[0027] После завершения реакции добавляют в реактор 320 кг деионизированной воды и полностью перемешивают. Органическую фазу отделяют и промывают с помощью 160 кг 5%-ного раствора карбоната натрия до достижения значения рН между 8 и 9. Дихлорметановую органическую фазу собирают и добавляют 100 кг безводного сульфата натрия для осушения. Дихлорметан конденсируется и восстанавливается при температуре между 30°С и 50°С, затем органическую фазу перегоняют в вакууме, и собирают первую фракцию при 60-64°С/20 мм рт.ст., при этом получают 773 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетат, его выход составляет 91,8 мас.%.
[0028] 2) В эмалированный реактор 1500 л помещают 773 кг 1-хлор-3,3-диметилбутилацетата, добавляют 100 кг 15% серной кислоты, и полученную смесь нагревают до температуры между 100°С и 110°С и выдерживают для разделения (гидролитического диспропорционирования) в течение 3 часов в присутствии катализатора. Затем смесь дополнительно нагревают, и собирают вторую фракцию при температуре между 104°С и 106°С с получением после перегонки 405 кг 3,3-диметилбутиральдегида. Чистота продукта составляет 99,8 мас.%, его выход составляет 95,5 мас.%.
Технический результат от использования изобретения обусловлен тем, что в качестве сырья - в качестве исходных материалов - выбраны доступные недорогие ингредиенты хлорид трет-бутил и винилацетат, доступные катализаторы, благодаря чему существенно снижена себестоимость получаемого целевого продукта, причем исходные материалы относительно более безопасны при транспортировке и хранении. Кроме того, способ по изобретению имеет небольшую длительность, умеренные условия осуществления реакции, нет требований по обеспечению высокой температуры и высоких требований к безопасности производства. Способ является более эффективным и производительным, так как чистота получаемого продукта превышает 99,7%, а выход достигает 95%. Наконец, заявляемый способ позволяет избежать загрязнения окружающей среды опасными побочными продуктами, такими как тиоэфиры. Изобретение просто в реализации, так как управление различными параметрами процесса не требует использования сложного оборудования