制季戊四醇的方法

1、1.4季戊四醇的制备美国人于20世纪30年代发现，甲醛与乙醛在碱性催化剂氢氧化钠作用下， 可以发生缩合反响，偶然间发现了制备出季戊四醇的方法，从此季戊四醇的工业化生产便在美国实现了。季戊四醇的应用范围及市场需求不断扩大，导致国内及国外都加大了对季戊四醇生产技术的研究， 季戊四醇的开发研究进入了炽热的时 期。季戊四醇的制备根据催化剂的不同，总体来说分为两种途径，一种途径是选 用强碱性催化剂，例如氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，然而这个过程最大的缺 点是形成大量副产物甲酸盐，甲酸盐没有适宜的销路；另一种途径是选择碱性较 弱的胺类作为反响的催化剂，尤其是三乙胺，非常适合作为此反响的催化剂，在 三乙胺的

2、催化作用下，甲醛与乙醛发生反响，三羟甲基乙醛是羟醛缩合反响的主 要产物，然后通过加氢反响，制得最终产物季戊四醇30。1.4.1 Canni zzaro 缩合法甲醛、乙醛会发生反响生成三羟甲基乙醛，该制备过程选择的催化剂大多为 碱性较强的催化剂，生产的中间产物再经过Cannizzaro反响生成季戊四醇，整个 反响过程的机理研究已相当成熟，Ca nni zzaro缩合法制备季戊四醇的过程分为两 个阶段，Cannizzaro缩合法的第一步反响是过量甲醛与乙醛混合发生羟醛缩合反 应，生成三羟甲基乙醛31。Cannizzaro缩合法的第一步反响是可逆反响，具体的 反响过程如下所示：OH-CH3CHO+

3、HCHOCH2OHCH2CHOCH2OHCH2CHO+HCHO0H(CH2OH)2CHCHO(CH2OH)2CHCHO + HCHOH(CH2OH)3CCHO经过羟醛缩合反响制得中间产物三羟甲基乙醛，再与甲醛进一步发生Canni zzaro反响，最终制得产物季戊四醇，并且有相应的副产物甲酸盐生成，第 二步反响的具体机理如下：Cannizzaro反响的反响速度较慢，是不可逆反响，通常是在30°C以上、pH<9 的碱性条件下完成的。Cannizzaro反响结束时，需要及时进行pH调节，通过pH 的调节来平衡反响体系32。近些年Cannizzaro反响方法主要有以下几种：1) 钙法钙

4、法就是指多元醇制备过程中选择氢氧化钙作为催化剂。 选择氢氧化钙作为 季戊四醇制备过程的催化剂，虽然本钱价格适宜，但涉及到的后处理步骤麻烦， 季戊四醇溶液中会含有钙离子， 钙离子的存在会影响季戊四醇纯度， 此外产品中 剩余的钙灰不利于季戊四醇的存在， 钙离子必须除去， 因此后处理过程中就需要 增加沉淀和过滤的步骤 33。此外一些科研人员声明，甲醛能在此碱性条件下发 生缩合反响，严重干扰季戊四醇的纯度及产率 34。2) 钠法钠法是指多元醇制备过程中选择氢氧化钠作为催化剂。 钠法的出现促使制备 季戊四醇的工艺路线发生了转变， 季戊四醇的生产水平得到了进一步的提高。 这 虽然增加了季戊四醇的生产本钱，

5、 但是钠法生成的副产品溶于水， 减轻了后处理 任务，而且该反响体系中季戊四醇也可以稳定存在 35。季戊四醇制备过程中，无论选择氢氧化钠还是氢氧化钙均存在缺陷：(1)季戊四醇的制备过程涉及两个反响机理：羟醛缩合反响和Cannizzaro反响。前者属于吸热反响， 而后者属于放热反响， 而且缩合过程需要严格控制升温速率， 否那么 很容易引发副反响36。反响过程中如果温度超过20C,就会引发反响速度加剧， 该过程产生的反响热不能及时处理， 进一步诱发了副反响， 极为严重的破坏了季 戊四醇的纯度及收率 37。 (2)反响过程中每得到 1mol 的季戊四醇，便会有 1mol 的副产物甲酸盐随之出现， 目前

6、难以实现两者别离， 而且副产物还没有找到适宜 的销售途径，影响季戊四醇的质量及数量。(3)常用的结晶方法不能使产品充分结晶别离，就随母液被排放了，不仅资源得不到合理利用，造成浪费，还造成了 环境的污染。 (4)而选用强碱性的催化剂，该催化剂会腐蚀设备，影响设备使用。“钠法工业化生产季戊四醇的过程中， 存在多种工艺控制条件， 工艺种类 繁多，原料配比和温度是季戊四醇合成过程主要的影响因素， 基于原料配比的大 小以及反响温度的上下，将季戊四醇的生产工艺归纳为以下几类 38：a) 低配比高温工艺本工艺要求原料甲醛、乙醛的物质的量比例小于 5 比 1，初始反响温度为 20-30C，最终反响为30-50

7、E。碱性条件下甲醛在升温的过程中会遭到破坏，生 成的糖类、甲酸盐、甲醇等，会随着蒸发脱水和别离的过程而去除。国内通常采 用此法生产季戊四醇，该方法生产工艺简单，而且根本上不消耗冷冻液。b) 高配比低温工艺本工艺要求原料甲醛、乙醛的物质的量比例大于 5 比 1，初始反响温度为 15C，最终反响大于30E。该反响工艺整个反响体系温度较低，目的是碱性条 件下使其尽量少的发生歧化反响， 如果反响原料中甲醛的量远大于需要的量， 就 会增大甲醛与乙醛相互碰撞发生反响的几率， 使发生副反响的的几率降低， 产品 的产率及纯度均有所提高， 目前国内甚至是国外的一些厂家都引用了此套季戊四 醇的生产技术。c) 高配

8、比高温工艺低温高配比生产工艺利用釜式间歇反响装置， 虽然可以使甲醛、 乙醛、三羟 甲基乙醛发生自聚反响的几率减小， 并使原料及催化剂的消耗减少， 但是低温反 应在能耗方面的问题相当严重， 不利于控制本钱。 将常压间歇釜式反响装置改装 为加压管式连续反响器，使用的压力，反响的初始温度从14-16C提高到25-30C, 最终反响温度从28-30E提至30-50E，反响温度的升高对加快反响速率有着积 极的意义。 能耗随之极大的降低， 并且可以用循环水代替冷冻盐水， 产品的市场 竞争力得到极大的提高。3) 离子交换催化法近年来，一些研究说明， 可以用强碱性离子交换树脂作为季戊四醇制备过程 中的催化剂，

9、 替代传统工艺中的氢氧化钠、 氢氧化钙等催化剂， 而且该过程所使 用的离子交换树脂是可以回收利用的， 减低了本钱， 防止了对环境的破坏。 本生 产工艺使用固定床间歇式反响装置， 通过蒸馏的方法别离出甲醛溶液， 浓缩母液 的方法别离出产物季戊四醇和相同物质的量的副产品甲酸盐 39。再生离子交换 树脂时需要使用稀的强碱溶液浸泡， 然后再使用回收的甲醛溶液洗涤。 使用离子 交换树脂的最大优势在于， 防止了甲醛发生自身的缩合反响， 然而该工艺相对会 加重整个过程的工作量， 离子交换树脂需要再生、 洗涤， 加大了生产过程的工作 量，而且该过程不可防止的产生副产物甲酸盐， 该工艺尚未成熟， 同样制约着产品

10、的生产规模，目前还处于摸索阶段40 04) 光照与Y射线辐射法Irie和Setsuk发现碱性条件下，光照、丫寸线辐射可以引起多羟基醛的选 择性反响。光辐射的作用下，甲醛与乙醛为反响原料，制得的产品中不会含有单 季的醚化物，此方法制得的单季纯度极高，而 丫寸线辐射会促使中间产物及其 他副产品的产生。虽然该工艺方法在反响选择性方面优于其它方法，得到的产品 纯度也相对高于其它方法，但是该方法的技术难度过于巨大，目前该方法还未工 业化。5) 混合碱法国外研究者提出利用弱碱性的碳酸盐和碳酸氢盐作为反响的碱性催化剂，替代强碱性的氢氧化钠、氢氧化钙，该方法可以解决传统生产工艺中存在的某些问 题。混合碱法的反

11、响过程与第一种及第二种方法极为相像，都是先发生羟醛缩合 反响，再发生康尼查罗反响，生成目标产物季戊四醇，同时也会伴有物质的量等 同的副产品甲酸钠41 0混合碱法与钠法不同的是，该方法后处理过程中增加了 甲酸盐转变为碳酸氢盐的过程，贵金属催化剂可以促使甲酸盐经氧化反响或水解 反响转变成碳酸氢盐和碳酸盐。该制备过程的具体工艺原理如下：羟醛缩合：0H_CH3CHO+ HCHOCH2OHCH2CHOCH2OHCH 2CHO+ HCHO 0H (CHzOHbCHCHO(CH2OH)2CHCHO + HCHO(CH2OH)3CCHOCanni zzaro 反响：(CH2OH)3CCHO+CO-+HCHO+H2O c(ch3oh)4 +hcoo +hco3以下是由甲酸盐制备碳酸氢盐的机理，该过程涉及到氧化反响或者水解反 应。氧化反响：I1COO-+1/2O 11CO<水解反响:HCOO+H；O H2O+HCO/碳酸氢盐转变为碳酸盐。2HCOf CO/+CO2+H2O混合碱法与之前的第一种、第二种方法相比拟而言，有如下几项优势：(1)选用混合碱法合成的工艺，所需要的各项条件相对稳定，副反响的存在几率减小， 季戊四醇的产率及纯度都得到了相应的提高42。(2)该方法使用的催化剂腐蚀能 力不大，对仪器设备没有太大的危害。(3)在后处理阶段，借助