製備紫羅蘭酮,特別是β－紫羅蘭酮的改進方法

2023-12-03 08:00:21

專利名稱：製備紫羅蘭酮,特別是β－紫羅蘭酮的改進方法
技術領域：
本發明涉及通過在有機溶劑或稀釋劑存在下用濃硫酸環化假紫羅蘭酮和通過用水稀釋反應混合物來連續製備α-和/或β-紫羅蘭酮或它們的同系物的改進方法。
在酸例如硫酸或磷酸存在下，通過假紫羅蘭酮的環化獲得α-和β-紫羅蘭酮的混合物是已知的。所得化合物的比率很大程度取決於進行反應的條件。
由於α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮在工業上都是非常重要的，所以人們一直在努力開發一種製備α-和β-紫羅蘭酮的極有利的方法。
現已證明用濃硫酸環化假紫羅蘭酮的方法是特別合適的。由於該反應高度放熱，因此，為了避免局部過熱，儘可能快地除去反應中產生的熱是極為重要的。為此，在已知方法中，向反應混合物中加入了稀釋劑。這樣，在例如德國專利10 80 105和16 68 505中公開了脂族或環脂族烴的使用。該方法的缺點是在其所描述的工藝過程中樹脂會比較快地沉積在反應容器中，因此妨礙連續操作。
根據印度專利77 225，反應是在脂族氯化烴，例如二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿和四氯甲烷存在下在-10-+10℃的溫度下進行的。
根據DE-A 15 68 108中的描述，上述印度專利的方法是不利的，這是因為由於硫酸使脂族氯化烴消去了氯化氫，從而在短時間內引起了所用裝置的腐蝕。為了避免這些缺點，建議在-25-+10℃在低沸點烴和氯化烴的混合物中進行環化作用。最後提到的兩個方法的缺點是為了獲得好的紫羅蘭酮收率，必須使用昂貴的冷卻劑以保持低反應溫度。
其它的已知方法需要用液化的氣體進行蒸發冷卻以除去環化作用產生的大量熱。因此，在德國專利16 68 496的方法中使用了液化的二氧化硫，在德國專利16 68 505的方法中使用了丙烷、丁烷或異丁烷，在德國專利19 17 132的方法中使用了氯代甲烷，溫度為-25℃-室溫，優選溫度低於+10℃。
這些方法的結果一般非常好。其缺點是重新液化反應中蒸發的氣體需要很大的費用。
在捷克專利179 046、前蘇聯專利458 540和前蘇聯專利547 445中公開了其它製備β-紫羅蘭酮的方法，其中通過使用薄膜式反應器可實現反應物的充分混合和熱量的迅速去除。最後提到的兩個方法的缺點是每小時每平米薄膜面積上僅得到約3-6kg的β-紫羅蘭酮，因此該方法轉化到工業規模上將需要龐大的裝置。捷克專利中所述方法的缺點是必須採用10-15℃的溫度以便獲得好的收率，為此也需要昂貴的製冷劑。
在所有的已知方法中總是形成α-和β-紫羅蘭酮的混合物。根據DE專利10 80 105、16 68 496和16 68 505，在-20-0℃的反應溫度下，優選獲得β-紫羅蘭酮，而在-10-25℃的反應溫度下，α-紫羅蘭酮的含量增加。
另外，EP133 668公開了連續製備紫羅蘭酮的方法，其中在反應條件下，在沸點為25-65℃的烴中，假紫羅蘭酮與濃硫酸混合，同時劇烈攪拌並通過溶劑的部分或全部蒸發進行蒸發冷卻，這樣，反應混合物的溫度為25-65℃，直至用水稀釋反應混合物時的停留時間為0.05-20秒。能在小型裝置中順利進行的該方法的缺點是該方法轉化到工業規模上會存在困難。
最後，EP628 544 A1公開了在由濃硫酸和另一種與水基本上不溶混的溶劑組成的兩相溶劑體系中通過假紫羅蘭酮的硫酸催化環化作用製備β-紫羅蘭酮的方法，其中一定壓力下的液態二氧化碳用作另一種溶劑。該方法的缺點是需使用非常高的壓力和極低的溫度，並且進行該方法所用的裝置也相當複雜。
β-紫羅蘭酮是工業上製備維他命A的重要前體。此時，高含量的α-紫羅蘭酮將降低β-紫羅蘭酮的收率。另一方面，作為香料需要純的α-紫羅蘭酮和烷基取代的紫羅蘭酮，其中高含量的β-紫羅蘭酮將產生不利的效果。
本發明的目的是開發一種方法，使用該方法可以在工業規模上以最為有利的方式並以高收率和時空收率製得最大純度的α-紫羅蘭酮和最大純度的β-紫羅蘭酮或烷基取代的紫羅蘭酮。
現已發現該發明目的可以通過製備通式Ⅰ和Ⅱ表示的紫羅蘭酮的下述方法實現，
α異構體β異構體其中R1-R4是H、-CH3或-C2H5，該方法是在有機溶劑或稀釋劑存在下，在冷卻條件下，在20-90℃，優選在35-65℃，特別是在40-60℃，使用濃硫酸將通式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮環化，並隨後用水或稀硫酸水解反應混合物以終止反應，
其中式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解均是在一個或多個相互串聯的反應混合泵中以實質上絕熱的反應方式進行，每個反應混合泵基本上是由轉動對稱的混合室和混合轉動件組成，並帶有轉動傳動裝置，其中混合室由外圍壁和兩個端壁形成，而混合轉動件由對硫酸呈惰性的材料製成，此處，混合室具有至少一個為各組分而開設的入口和一個為反應混合物而開設的出口，並且在端壁中具有相互以流體連接的環狀管道，並且其中在每種情況下兩個反應產生的熱量均是通過下遊熱交換器被部分或全部去除。
對新方法而言，適合用作所謂的反應混合泵的泵混合裝置在例如DE-A-42 20 239中有所描述，該申請在這些申請中被引作參考。從例如德國的K-ENGINEERING,Sessinghausen26,58 566Kierspe可購得不同類型的所述反應混合泵。這些裝置綜合了泵、能用來進行特別充分混合的混合器以及可用於進行式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解的反應器的特點。這樣，只需對新方法的裝置作很小的改進。
該反應泵的混合室由軸承法蘭和圓筒形插入件組成，圓筒形插入件具有與混合轉動件重疊的外圍壁。在反應泵1的外圍壁上具有為假紫羅蘭酮溶液和濃硫酸各開設的入口和為反應混合物而開設的出口，在反應泵2的外圍壁上具有為反應混合物和水或稀硫酸各開設的入口和為反應混合物(該反應混合物在下遊熱交換器中經冷卻後以本身已知的方式被分離成兩相，通過蒸餾可後處理有機相)而開設的出口。
現已證明，將反應泵的入口設計成類似於噴嘴並且朝著反應混合室的方向逐漸變細是非常有利的，因為這樣可以產生一種抽吸效果。
當然，必須採用對硫酸穩定的材料製成與反應混合物相接觸的反應泵部分或者採用對硫酸穩定的材料覆蓋與反應混合物相接觸的反應泵部分。可提及的對硫酸穩定的材料是金屬或金屬合金，例如，哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金、鈦或鎳，塑料，例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PFE)，或氧化物陶瓷。
反應泵的技術設計一般與混合室中所需的壓力條件相一致。
一般，式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解均是在1-10巴，優選1.5-2.5巴的壓力下進行。
在反應泵中反應混合物的停留時間由加料速度裝置和反應泵的技術設計決定或由混合轉動件的轉動速度決定。
為了通過假紫羅蘭酮的環化來製備α-或β-紫羅蘭酮，以0.1-10秒，優選0.5-2秒的停留時間來進行環化和隨後的反應混合物的水解。
假紫羅蘭酮同系物(即式Ⅲ表示的紫羅蘭酮，其中R1-R4中的至少一個基團為-CH3或-C2H5)的環化確實需要較長的停留時間。特別是在α-或β-紫羅蘭酮同系物的製備中，在所有情況下，對於每個反應步驟均使用兩個或多個串聯的反應泵而不是使用一個反應泵是有利的。
例如，根據反應溫度，製備甲基紫羅蘭酮的停留時間是大約0.2-20秒，特別是1-4秒。
用作原料化合物的假紫羅蘭酮是能用已知方法獲得的已知化合物。
在環化作用中使用的硫酸濃度可為60-100重量％。所用硫酸的強度優選為80-98重量％，特別是90-96重量％。一般，每摩爾假紫羅蘭酮使用2-10摩爾，優選2-7摩爾，特別是4-6摩爾硫酸。當每摩爾假紫羅蘭酮使用2-3摩爾硫酸時，主要得到α-紫羅蘭酮，而當每摩爾假紫羅蘭酮使用多於5摩爾硫酸時，得到α-紫羅蘭酮含量低於2％的β-紫羅蘭酮。
基本適用的溶劑是芳族、脂族或環脂族烴以及脂族氯化烴。尤其值得一提的是戊烷、己烷、庚烷、異戊烷和環己烷或其混合物。當然，使用在正常情況下沸點為25-100℃的溶劑是特別有利的。優選使用己烷(沸點=68.7℃)。
溶劑的量可以在寬的範圍內變動。然而，當所用溶液含有濃度為5-95重量％，優選10-50重量％，特別是10-30重量％的假紫羅蘭酮時，可以獲得最好的結果。
在環化作用結束後，根據反應溫度的不同，立即在熱交換器中將溫度一般為大約35-65℃的反應混合物冷卻至大約20-60℃，並且在另一個反應泵或一系列反應泵中用水進行稀釋以實現反應的準確終止。一般，每千克硫酸使用1.5-2.5升水。
在反應混合物離開水解反應泵後，立即在另一個熱交換器中將溫度一般為大約35-65℃的反應混合物冷卻至大約20-60℃，優選30-50℃，然後，在分相器中，從所得紫羅蘭酮溶液中分離含水硫酸相，並且以本身已知的方方式經蒸餾後處理紫羅蘭酮相。
使用新方法可以高收率和高時空收率並以工業上非常簡單和有利的方式製得α-和β-紫羅蘭酮及其同系物。就裝置成本、所需空間、能量消耗、收率以及所需人員而言，新方法是極為適用的。
下述實施例用於解釋新方法。
實施例1-9在所附工藝流程圖(參見附圖
)中圖示的裝置中，在每種情況下，在熱交換器W1中預冷卻假紫羅蘭酮(Psi)和己烷(He)的混合物(假紫羅蘭酮和己烷的量清楚地列於下表(表1)中)至表1所示的溫度T1，在1-10巴的壓力下，使用一種用於抽吸和製備混合物的裝置(下文稱作反應泵P1)來抽吸冷卻的混合物，在表1所示的溫度T2下停留時間為0.1-10秒，濃硫酸(Ss)的濃度列於表1中，劇烈攪拌，從而將假紫羅蘭酮轉化為表1所示的紫羅蘭酮的混合物。在混合物離開反應泵1後，立即在熱交換器W2中將其冷卻至大約40℃(參見表1中的T3)以除去產生的部分熱量。然後將反應混合物吸入另一個用於抽吸和製備混合物的裝置(下文稱作反應泵P2)中，在1-10巴的壓力下和停留時間為0.1-10秒的條件下，將反應混合物與去離子水(veW)進行充分的混合。在下遊熱交換器W3中將其冷卻至大約40℃以便基本上除去在水解反應中產生的熱量。在下遊分相器中從所得紫羅蘭酮中分離稀硫酸。
表1顯示了粗出料中存在的α-和β-紫羅蘭酮的量(用氣相色譜法測定的百分面積表示)。
表權利要求
1．連續製備通式Ⅰ和Ⅱ表示的紫羅蘭酮的方法，
α異構體β異構體其中R1-R4是H、-CH3或-C2H5，該方法是在有機溶劑或稀釋劑存在下，在冷卻條件下，在20-90℃，使用濃硫酸將通式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮環化，並隨後用水水解反應混合物以終止反應，
其中式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解均是在一個或多個相互串聯的反應混合泵中以實質上絕熱的反應方式進行，每個反應混合泵基本上是由轉動對稱的混合室和混合轉動件組成，並帶有轉動傳動裝置，其中混合室由外圍壁和兩個端壁形成，混合轉動件由對硫酸呈惰性的材料製成，此處，混合室具有至少一個為各組分而開設的入口和一個為反應混合物而開設的出口，並且在端壁中具有相互以流體連接的環狀管道，其中在每種情況下兩個反應產生的熱量均是通過下遊熱交換器被部分或全部去除。
2．根據權利要求1所述的方法，其中假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解均是在DE-A-42 20 239中公開的裝置中進行。
3．根據權利要求1所述的方法，其中假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解是在1-10巴，優選1.5-2.5巴的壓力下進行。
4．根據權利要求1所述的方法，其中為了製備α-或β-紫羅蘭酮，假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解是在0.1-10秒，優選0.5-2秒的停留時間下進行。
5．根據權利要求1所述的方法，其中在用作溶劑或稀釋劑的合適芳族、脂族或環脂族烴或脂族氯化烴或所述烴或氯化烴的混合物存在下，進行式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和反應混合物的水解。
6．根據權利要求1所述的方法，其中在用作溶劑或稀釋劑的戊烷、己烷、庚烷或其混合物存在下，進行式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和反應混合物的水解。
7．根據權利要求1所述的方法，其中式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解是在35-65℃下進行。
8．根據權利要求1所述的方法，其中式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化是在硫酸濃度為60-100重量％的條件下進行。
9．根據權利要求1所述的方法，其中用假紫羅蘭酮濃度為5-95重量％的假紫羅蘭酮在溶劑或稀釋劑中的溶液進行式Ⅲ表示的假紫羅蘭酮的環化。
全文摘要
連續製備α－和/或β－紫羅蘭酮或它們的同系物的方法,該方法是在有機溶劑或稀釋劑存在下,在冷卻條件下,在20－90℃,使用濃硫酸將假紫羅蘭酮環化,並隨後用水或稀硫酸水解反應混合物以終止反應,其中假紫羅蘭酮的環化和隨後的反應混合物的水解均是在一個或多個相互串聯的反應混合泵中以實質上絕熱的反應方式進行,每個反應混合泵基本上是由轉動對稱的混合室和混合轉動件組成,並帶有轉動傳動裝置,其中混合室由外圍壁和兩個端壁形成,混合轉動件由對硫酸呈惰性的材料製成,此處,混合室具有至少一個為各組分而開設的入口和一個為反應混合物而開設的出口,並且在端壁中具有相互以流體連接的環狀管道,其中在每種情況下兩個反應產生的熱量均是通過下遊熱交換器被部分或全部去除。
文檔編號C07B37/00GK1218455SQ97194616
公開日1999年6月2日 申請日期1997年5月2日 優先權日1996年5月14日
發明者U·雷烏德, U·赫爾舍, D·維勒, M·斯特勒澤爾 申請人:Basf公司