CN101448774A - 制备α-羟基羧酸的方法 - Google Patents

Abstract

制备α－羟基羧酸酯的连续的方法，其中作为反应物将α－羟基羧酰胺与醇在催化剂的存在下，在获得产物混合物的情况下反应，所述产物混合物含有α－羟基羧酸酯、氨、未反应的α－羟基羧酰胺以及醇和催化剂；其中将含有作为反应物的α－羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；使所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴的压力下彼此反应；并贫化所述产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下，在不借助额外的汽提－介质的情况下蒸馏出来。所述连续的方法是特别有利地在工业方面可应用的。

Description

制备α-羟基羧酸的方法

技术领域

本发明涉及一种以工业规模制备α-羟基羧酸酯的方法。本发明尤其涉及根据权利要求1的上位概念制备α-羟基羧酸酯的连续方法。

背景技术

α-羟基羧酸酯在工业合成丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯(以下称作(甲基)丙烯酸烷基酯)方面是有价值的中间体。(甲基)丙烯酸烷基酯的主要使用领域还在于与其它可聚合的化合物制备聚合物和共聚物。

关于用于制备(甲基)丙烯酸酯的常用方法的概要在文献(如Weissermel，Arpe“Industrielle organische Chemie”，VCH，Weinheim1994，第4版，305页及其后或Kirk Othmer“Encyclopedia of ChemicalTechnology”，第3版，第15卷，第357页)中可找到。

如果力求甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯)的合成，则作为α-羟基羧酸酯，2-羟基异丁酸甲酯(＝HIBSM)是用于其制备的核心中间体。

通过醇与α-羟基羧酰胺的反应的α-羟基羧酸酯的制备示例性地描述于公开文本DE-A-24 54 497中。所述公开文本描述了铅化合物用于催化所述反应的用途。在此还提到连续的方法，但是没有提供其中以高效率获得所述产物的技术解决方案。

此外，文献DE-A-25 28 524描述了制备α-羟基羧酸酯的方法。在此使用各种催化剂，其尤其包括镧化合物。虽然在DE-A-25 28 524中还提到，可连续地进行所述方法，但在该公开文本中也没有提供在此出现的问题的令人满意的解决方式。

这类方法由EP 0 945 423是已知的。在此公开了制备α-羟基羧酸酯的方法，其包括如下步骤，使α-羟基羧酰胺和醇在催化剂的存在下在液相中彼此反应，同时将反应溶液中的氨浓度经此保持在0.1重量％或更低，即将所产生的氨作为气体脱除到气相中。

为了从反应溶液中作为气体将氨脱除到气相中，将氨从反应溶液中蒸馏出来。为此将反应溶液加热直至沸腾和/或将汽提-气体(即惰性气体)冒泡地贯穿反应溶液(hindurchgeperlt)。

EP 0 945 423中公开的通过相应的α-羟基羧酰胺的醇解制备α-羟基羧酸酯的方法的缺点归纳如下：

i.根据在EP 0 945 423中描述的方法变化方案的氨的简单蒸馏是不够有效的。为了实现该提议需要极其有效的分离塔和由此特别的技术的耗费。

ii.如果附加地或仅使用惰性汽提-气体，则虽然改善了氨去除的效果，但以另外的工艺组件为代价，其处理意味着额外的耗费。

iii.如果使用α-羟基异丁酰胺和甲醇作为反应物，在EP 0 945 423中描述的条件下所产生的氨和剩余-甲醇只有非常困难地彼此分离。

几乎总是必须使用惰性气体用于氨脱除和由此相关的进一步的物质流的额外处理(分离汽提气体/氨)使所建议的处理方法经济上相对没有吸引力，这还反映于，其至今缺少已公开的方法的工业转换。

发明内容

鉴于现有技术，现在本发明的任务在于提供一种制备α-羟基羧酸酯的方法，其可简单地且成本有利地进行。

本发明的另一个任务在于，提供一种方法，其中可非常选择性地获得α-羟基羧酸酯。

此外，本发明的任务在于，提供一种制备α-羟基羧酸酯的方法，其中不产生副产物或只产生少量副产物。在此，应尽可能地以高产率，且(总体上看)在少量的能量消耗下获得产物。

所解决的是这些以及其它的没有详细提到的任务，但是其由在此引入讨论的关联性是轻而易举地通过具有权利要求1的所有特征的方法可引出或可推断的。本发明的方法的有利的变化方案在返引权利要求1的从属权利要求中提出保护。

本发明的主题与此相应地是制备α-羟基羧酸酯的连续方法，其中作为反应物使α-羟基羧酰胺与醇在催化剂的存在下并在获得产物混合物的情况下反应，所述产物混合物含有α-羟基羧酸酯、氨、未反应的α-羟基羧酰胺以及醇和催化剂；其中所述方法的特征在于，

将含有作为反应物的α-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；和

贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下，在不借助额外的汽提介质的情况下蒸馏出来。

通过本发明的措施可尤其实现下面的优点：

●在本发明的反应中令人惊奇地将所产生的氨可以用相对少量的耗费顺利地从醇，例如甲醇(其用于α-羟基羧酰胺的醇解或甲醇解)中分离出来。这是可能的，虽然醇或者甲醇和氨在溶解的形式下在通常的条件下是非常难以彼此分离的。

●在所述分离过程中氨已经以非常纯的形式产生，并可由此在没有进一步的纯化步骤的情况下在各种过程中再次使用。所述醇也如此产生，即其以过程适宜(prozesstauglich)的质量存在，并例如到制备过程中是可再生的。

●在此，本发明的方法避免了用于分离氨的助剂的使用，特别是作为氨的汽提介质使用惰性气体成为非必要的。与此相应地，在本发明的方法中不产生较大量的额外的惰性的气体流，其再次从氨分离。

●通过本发明的方法，以高产率和纯度获得α-羟基羧酸酯。这特别是符合与EP-A-0945423中描述的方法的比较，在该方法中将α-羟基羧酰胺在保持非常少量的实际氨浓度下在液相中醇解生成α-羟基羧酸酯。令人惊奇地可发现，通过使用与简单的蒸馏/精馏结合的压力，不仅可省略用惰性气体汽提的额外的措施，而且在液相中较高的氨浓度是可承受的，而不在此放弃总体上较高的选择性。

●在此副产物的形成是非同寻常地少的。此外，特别是在考虑到高选择性的情况下，达到了高转化率。

●此外，本发明的方法具有极其小的形成副产物的倾向。

●此外，本发明的方法可为成本有利的，特别是在少量的能量需要下进行。在此，用于α-羟基羧酰胺的醇解的催化剂经过长时间使用而没有选择性或活性没有下降。就这方面来说所述催化剂具有长使用寿命。

●最后可特别有利地工业地实施本发明的方法。

在本发明的方法中，通过在催化剂的存在下反应物α-羟基羧酰胺和醇之间的反应制备α-羟基羧酸酯。

通常在羧酰胺基团的α-位上具有至少一个羟基的所有那些羧酰胺属于在本发明的反应中可使用的α-羟基羧酰胺。

羧酰胺而且是本领域中一般已知的。其通常是指下列具有式-CONR′R″-的化合物，其中R′和R″独立地表示氢或具有1-30个碳原子的基团，所述基团特别是包含1-20，优选1-10和特别是1-5个碳原子。所述羧酰胺可包含式-CONR′R″-的1、2、3、4或更多个基团。特别是式R(-CONR′R″)_n属于此类，其中残基R表示具有1-30个碳原子的基团，所述基团特别是含有1-20，优选1-10，尤其是1-5和特别优选2-3个碳原子，R′和R″具有前述的意义且n表示1-10，优选1-4范围内的整数且特别优选1或2。

表述“具有1至30个碳原子的基团”指具有1至30个碳原子的有机化合物。其除了包括芳族和杂芳族基团外，还包括脂族和杂脂族基团，例如烷基-、环烷基-、烷氧基-、环烷氧基-、环烷硫基-和烯基基团。在此所述的基团可为支化的或非支化的。

根据本发明芳族的基团是指具有6至20，尤其是6至12个C-原子的芳族化合物的单环或多环的残基。

杂芳族的基团是指芳残基，其中至少一个CH-基团由N取代和/或至少两个相邻的CH-基团由S、NH或0取代。

根据本发明优选的芳族或杂芳族基团衍生自苯、萘、联苯、二苯醚、二苯甲烷、二苯基二甲基甲烷、Bisphenon、二苯砜、噻吩、呋喃、吡咯、噻唑、噁唑、咪唑、异噻唑、异噁唑、吡唑、1，3，4-噁二唑、2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑、1，3，4-噻二唑、1，3，4-***、2，5-二苯基-1，3，4-***、1，2，5-三苯基-1，3，4-***、1，2，4-噁二唑、1，2，4-噻二唑、1，2，4-***、1，2，3-***、1，2，3，4-四唑、苯并[b]噻吩、苯并[b]呋喃、吲哚、苯并[c]噻吩、苯并[c]呋喃、异吲哚、苯并噁唑、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并异噁唑、苯并异噻唑、苯并吡唑、苯并噻二唑、苯并***、二苯并呋喃、二苯并噻吩、咔唑、吡啶、联吡啶、吡嗪、吡唑、嘧啶、哒嗪、1，3，5-三嗪、1，2，4-三嗪、1，2，4，5-三嗪、四嗪、喹啉、异喹啉、喹喔啉、喹唑啉、噌啉、1，8-萘啶、1，5-萘啶、1，6-萘啶、1，7-萘啶、酞嗪、吡啶并嘧啶、嘌呤、蝶啶或喹嗪、4H-喹嗪、二苯醚、蒽、苯并吡咯、苯并氧杂噻二唑、苯并氧杂二唑、苯并吡啶、苯并吡嗪、苯并pyrazidin、苯并嘧啶、苯并三嗪、吲嗪、吡啶并嘧啶、咪唑并嘧啶、吡嗪并吡啶、咔唑、吖啶(Aciridin)、吩嗪、苯并喹啉、吩噁嗪、吩噻嗪、Acridizin、苯并蝶啶、菲咯啉和菲，其任选地也可被取代。

属于优选的烷基基团的是甲基-、乙基-、丙基-、异丙基-、1-丁基-、2-丁基-、2-甲基丙基-、叔丁基-、戊基-、2-甲基丁基-、1，1-二甲基丙基-、己基-、庚基-、辛基-、1，1，3，3-四甲基丁基、壬基-、1-癸基-、2-癸基-、十一烷基-、十二烷基-、十五烷基-和二十烷基-基团。

属于优选的环烷基基团的是环丙基-、环丁基-、环戊基-、环己基-、环庚基-和环辛基-基团，其任选地用支化的或非支化的烷基基团取代。

属于优选的烯基基团的是乙烯基-、烯丙基-、2-甲基-2-丙烯-、2-丁烯基-、2-戊烯基-、2-癸烯基-和2-二十烯基-基团。

前述优选的烷基-和环烷基残基属于优选的杂脂族基团，其中至少一个碳-单元由O、S或者基团NR⁸或NR⁸R⁹取代，且R⁸和R⁹独立地表示具有1至6个碳原子的烷基-、具有1至6个碳原子的烷氧基或芳基基团。

根据本发明尤其特别优选所述羧酰胺具有支化的或非支化的具有1至20个碳原子，优选1至12、有利地1至6、特别是1至4个碳原子的烷基-、或烷氧基基团，和具有3至20个碳原子，优选5至6个碳原子的环烷基-或者环烷氧基基团。

残基R可具有取代基。属于优选的取代基的尤其是卤素，特别是氟、氯、溴，以及烷氧基-或羟基残基。

在本发明的方法中，可单个地或者作为两种或三种或更多种不同的α-羟基羧酰胺的混合物使用所述α-羟基羧酰胺。α-羟基异丁酰胺和/或α-羟基异丙酰胺属于特别优选的α-羟基羧酰胺。

此外，在本发明的方法的变化方案中特别引起关注的是使用这样的α-羟基羧酰胺，其通过由酮或醛与氢氰酸的氰醇合成是可获得的。在第一个步骤中，在此使羰基化合物(例如酮(特别是丙酮)或醛(例如乙醛、丙醛、丁醛))与氢氰酸反应生成各自的氰醇。在此，特别优选使丙酮和/或乙醛以典型的方式在少量碱金属或胺作为催化剂的使用下反应。在另一步骤中，将如此获得的氰醇与水反应生成α-羟基羧酰胺。

所述反应典型地在催化剂的存在下进行。对此适宜的，特别是氧化锰催化剂，如例如在EP-A-0945429、EP-A-0561614以及EP-A-0545697中所描述的那些。在此可使用二氧化锰形式的氧化锰，其通过用高锰酸钾处理硫酸锰在酸性条件下获得(参见Biochem.J.，50第43页(1951)和J.Chem.Soc.，1953，第2189页，1953)或通过在水溶液中硫酸锰的电解氧化反应获得。一般所述催化剂经常以具有合适粒度的粉末或颗粒的形式使用。此外，可将所述催化剂涂覆到载体上。在此，还可特别是使用所谓的浆料-反应器或固定床-反应器，其还可作为滴流床(Rieselbett)操作并尤其描述于EP-A-956 898中。此外，可通过酶催化所述水解反应。属于适合的酶的尤其是腈水合酶。所述反应示例性地描述于＂Screening，Characterization and Application ofCyanide-resist antNitrile Hydratases＂Eng.Life.Sci.2004，4，No.6中。此外，可通过酸，特别是硫酸催化所述水解反应。这尤其在JP平4-193845中有说明。

属于在本发明的方法中成功地可使用的醇类的是所有本领域技术人员熟悉的醇类以及醇类的前体化合物，其在给定的压力和温度条件下能够与α-羟基羧酰胺以醇解的方式反应。优选α-羟基羧酰胺的反应通过与醇的醇解进行，所述醇优选含有1-10个碳原子，特别优选1至5个碳原子。优选的醇类尤其为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，特别是正丁醇和2-甲基-1-丙醇、戊醇、己醇、庚醇、2-乙基己醇、辛醇、壬醇和癸醇。特别优选作为醇使用甲醇和/或乙醇，其中甲醇是尤其特别有利的。使用醇的前体原则上也是可能的。如此可例如使用甲酸烷基酯。特别是甲酸甲酯或者甲醇与一氧化碳的混合物。

在本发明的范围内，α-羟基羧酰胺和醇的反应在压力反应器中进行。在这方面原则上是指反应空间，其允许在反应期间维持过压。过压在该关联中是指大于大气压的压力，即特别是大于1巴。在本发明的范围内，所述压力在大于1巴至小于等于100巴的范围内。由已述的内容不可避免地得出，所述压力不仅在本发明的α-羟基羧酰胺的反应/醇解期间而且在氨从产物混合物分离/脱除期间大于大气压或大于1巴。这特别是意味着，在反应中产生的氨也在大于1巴的压力下从混合物中蒸馏出来，其中完全省略了用于蒸馏去除氨的助剂(如汽提气体)的使用。

所述产物混合物在本发明的意义下不仅将氨贫化，而且还将未反应的醇贫化。恰恰对于这种情况，为了醇解使用甲醇，产生尤其具有原则上非常难以彼此分离的成分氨和甲醇的产物混合物。在最简单的情况下，为了贫化产物混合物的氨和醇，将上述的两种组分直接作为物质混合物从产物混合物中脱除。然后对这两种物质进行随后启动的分离操作，例如精馏。另一方面，在本发明的意义上也可能的是，将这两种组分醇(甲醇)和氨在一道工序中从产物混合物分离出来，并在此同时也使这两种成分氨和醇(甲醇)进一步彼此分离。

在本发明的优选的方法变化方案中，可特别引起关注的是，将反应步骤和将氨/醇从产物混合物脱除的过程空间上彼此分离并在不同的机组中进行。为了该目的可例如设计一个或多个压力反应器，将这些反应器与压力蒸馏塔连接。在此涉及一个或多个反应器，其在蒸馏-/反应-塔外设置于分离的区域中。

在最宽广的意义中包括用于制备α-羟基羧酸酯的连续方法，其中作为反应物α-羟基羧酰胺与醇在催化剂的存在下在获得产物混合物的情况下反应，所述产物混合物包含α-羟基羧酸酯、氨、未反应的α-羟基羧酰胺以及醇和催化剂；其中所述方法的特征在于，

a)将含有作为反应物的α-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

b)所述反应物流在压力反应器中在大于1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；

c)将由步骤b)产生的包含α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的产物混合物从压力反应器引出；和

d)贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下蒸馏出来。

根据前面已述的内容，特别有利的方法变化方案计划

b1)使反应物在压力反应器中在5巴至70巴范围内的压力下彼此反应；

b2)将由步骤b1)产生的产物混合物减压到小于在压力反应器中的压力且大于1巴；

c1)将由步骤b2)产生的经减压的产物混合物输入到蒸馏塔中；

c2)在所述蒸馏塔中将氨和醇经顶部蒸馏出，其中在蒸馏塔中压力保持在大于1巴至小于等于10巴的范围；和

d1)将含有α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的，由步骤c2)产生的经过氨和醇贫化的产物混合物从该塔引出。

根据该方法变化方案所述反应物的反应和氨/醇的分离在两个不同的空间上彼此分开的机组中发生。换句话说，反应器/反应空间和用于产物混合物的氨/醇分离的分离装置是彼此分开的。这具有优点，即对于反应物的反应/转化和随后的氨/醇分离可应用不同的压力区域。通过将该方法的拆分，压力反应器中的反应步骤在比压力塔中的分离步骤中更大的压力下进行，其中这两个步骤均在过压(即大于1巴)下进行，成功地以不可毫无困难地预见的方式，在本发明方法的第一个变化方案中除迄今为止的已说明的优点之外，更显著地改善了分离效果和提高了氨/醇-混合物的分离效率。

通过将分离塔底部(压力蒸馏塔)的氨和醇经贫化的产物混合物在压力反应器中重复反应一次或多次的方式，所述质量特征还可进一步改善，其中所述反应步骤在多个顺序启动的压力反应器上转移。

就这方面来说，尤其特别优选方法的变化方案，其特征在于

e)将在步骤d1)中引出的产物混合物压缩到5至70巴的范围的压力；

f)将所述的根据步骤e)经压缩的混合物为了反应输入到另一个压力反应器中并重新反应；和

g)重复前面列举的步骤b2)、c1)、c2)和d1)。

由此，引起特别的关注的是，将氨和醇经贫化的混合物从在第一个蒸馏塔的底部上的塔板采出，压缩到比在蒸馏塔中更高的压力并随即输入到第二个压力反应器中，从那里在提高的压力和温度的作用下和在获得二次反应的产物混合物的情况下的重新进行的反应之后，将其再次减压到比在第二个压力反应器中更低且大于1巴的压力，并随后将其引回到第一个蒸馏塔中(低于输出进入第二个压力反应器的所述塔板但高于第一个蒸馏塔的底部)，其中在获得二次经过氨和醇贫化的混合物的情况下，将氨和醇重新经过顶部蒸馏出来。

可将该方法步骤任意地重复，特别有利的是例如三次至四次重复。就这方面而言优选的是方法，其特征在于，将在压力反应器中的反应、经反应的混合物的减压、到第一个蒸馏塔的输入、在第一个蒸馏塔中氨和醇的贫化、经贫化的混合物的采出、经贫化的混合物压缩和输入到另一个压力反应器中多次重复，其中视串联连接的反应器的数字n而定，经n次氨和醇贫化的产物混合物在压力蒸馏塔的塔板获得。在此n可为大于零的正整数。优选n在2至10的范围内。

有利的方法变化方案计划多次重复前面提及和限定的步骤e)至g)。

非常特殊的方法变化方案包括，在使用四个顺序启动的压力反应器的情况下在获得经四次氨和醇的贫化的产物混合物的情况下进行四次反应和贫化。所述方法变化方案的特征在于，将步骤e)至g)还至少重复两次，以便在总共至少四个前后启动的压力反应器中进行反应。

在所述关联中对于本领域技术人员是显而易见的，即在每个反应步骤中都有足够量的醇存在。因此，所述产物混合物优选仅仅部分地进行醇的贫化。另一方面，还可将醇分开地输入到各个反应中。

对于所述的方法变化方案，在塔和反应器中的各种温度范围被证明是特别有利的。

根据前面描述的方法变化方案，可在比根据步骤d)的氨的蒸馏更高的压力下进行根据步骤c)的反应。优选压力差为至少10巴，特别优选至少40巴和尤其特别优选至少50巴。

如此所述压力蒸馏塔一般和优选具有约50℃至约160℃范围内的温度。典型地通过沸腾***取决于存在的压力条件调节精确的温度。

在反应器中的温度优选在约120℃-240℃的范围内。在此尤其特别有利的是，反应器的温度逐一下降，例如在3-15℃(优选4-10℃)的范围内的步骤中，且尤其特别有利地在5℃的步骤中进行。由此积极地影响所述反应的选择性。

用于提高选择性的其它措施还可在于，逐一减少反应器容积。用减少的反应器容积在增加的转化率的情况下同样获得改进的选择性。优选所述反应器容积的减少可在1％至50％，特别优选2％至20％且尤其特别优选5％至10％的范围内，在每种情况下以较大的反应器的容积计。

在此，可特别有利地将用于提高选择性的各种措施组合。如此本领域技术人员可以简单的方式通过压力、温度和停留时间的变化而优化选择性。特别优选地可例如在200至220℃范围内的温度下进行所述反应，其中可优化所述停留时间。通过从反应混合物分离氨可多次重复所述反应，其中由此可实现特别有利的反应控制，即实现在低成本的情况下的高选择性。

如在前已经提到的，有利的是将要从压力蒸馏塔采出的产物混合物在塔的特定的位置采出。在此为了指导说明(Orientierung)，作为相对的位置说明，使用采出位置到塔的底部的距离(塔板)。特别有利地在本发明的范围内如此进行，将根据步骤c1)的减压的产品混合物在压力反应器中的每个重新进行的反应之后更邻近蒸馏塔底部地输入，以在前的步骤c1)的输入过程的输入位置计。

所述方法变化方案的特征可有利地在于，根据步骤b)反应在20巴至90巴，特别优选40巴至80巴和尤其特别优选50巴至70巴范围内的压力下进行。

根据步骤d)的氨的蒸馏可优选在1.2巴至10巴，特别优选1.5巴至3巴范围内的压力下进行。

除了所述的变化方案外，其中α-羟基羧酰胺与醇的反应与在此尤其将产生的氨的除去在两个空间上彼此分开但在相连的机组中进行，可在另一个的方法变化方案中优选的是，在单个的机组中进行反应步骤和分离步骤。在此，压力反应器和压力蒸馏塔在单个的机组中实现，几乎同时进行。

根据本发明这种特别的实施方式，其包括用于制备α-羟基羧酸酯的连续方法，其中将α-羟基羧酰胺与醇作为反应物在催化剂的存在下在获得产物混合物的情况下反应，所述产物混合物含有α-羟基羧酸酯、氨、未反应的α-羟基羧酰胺以及醇和催化剂；其中所述方法的特征在于，

a′)将含有作为反应物的α-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

b′)使所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；和

c′)贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下，在不借助额外的汽提介质的情况下蒸馏出来；和

d′)将由步骤c′)产生的氨和醇经贫化的包含α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的产物混合物从压力反应器中引出。

在前面所述的本发明的变化方案中保持的压力范围(优选在用作反应器反应性蒸馏塔中)在宽泛的范围中是可变化的。在此，本发明优选的实施方式包括，将步骤a′)至c′)同时在反应性蒸馏塔中在2巴至50巴，优选5巴至40巴范围内的压力下实施。特别有利的是方法，其特征在于，将步骤a′)至c′)同时在反应性蒸馏塔中在10巴至30巴的压力下实施。

在根据本发明的方法的优选变化方案中，将所述反应物的反应在作为压力塔设计的反应性蒸馏塔中实施，并将所产生的氨在反应期间连续地经过所述塔的顶部蒸馏出来。由此实现了令人惊奇的效果，氨可在不必须减少压力的情况下，以最简单的方式分离出来，并以高纯度再次获得。此外引起特别关注的在此是其中将氨在压力下经过塔的顶部蒸馏出来并将醇通过底部或通过侧流从塔中除去的变化方案。通过所述反应性蒸馏塔的相应设计的分离作用实现了直接的氨和醇的分离。

本发明的反应的反应温度在宽泛的范围中变化，其中所述反应速度一般随着温度的增加而增加。温度上限一般由所使用的醇的沸点得出。优选所述反应温度在40-300℃，特别优选120-240℃和尤其特别优选180℃至220℃范围内。

对于本发明有利的可以是，如果最高10重量％，优选最高5重量％和特别优选最高1重量％的在反应相中存在的醇通过气相从反应***中除去。通过所述措施可特别成本有利地进行所述反应。在此，所述反应***有利地是，将该***始终保持于大于1巴的压力下。在此，所述反应***尤其可包括其中进行反应的***区域，和其中将氨从产物和醇中分离的***区域，特别是蒸馏塔。与此相应地，氨和醇的分离可优选在大于1巴，特别优选大于1.5巴的压力下以非常高的效率进行。在此，特别有利的可以是，最高10重量％的醇(以在停留时间内添加的醇计)，与氨一起从该反应***中蒸馏出来。

优选所述停留时间可为30秒至2小时，特别优选为1分钟至30分钟和尤其特别优选为2分钟至15分钟。所述数据优选地基于反应器容积。在多个反应器的情况下，在此使用所述压力反应器的容积总和而不将蒸馏装置的容积计算在内。在使用反应性蒸馏器的情况下，所述停留时间相应地由反应性蒸馏器的容积得出。

对于本发明可根据变化方案使用任何多级的耐压蒸馏塔，其优选具有二或更多的分离级。作为分离级的数目在本发明中是指在层板塔中的塔板数目或者在填料塔(Packungskolonne)或具有填充物的塔的情况下理论分离级的数目。

具有塔板的多级蒸馏塔的实例包括这些如泡罩板塔、筛板塔、槽板塔()、浮阀板塔、隙缝板塔(

)、筛-隙缝板塔、筛-泡罩板塔、喷射板塔(

)、离心式板塔(

)，具有填充物(

)的多级蒸馏塔的实例包括这些(如Raschig-环、Lessing-环、鲍尔-环、Berl-鞍、Intalox鞍)和具有填料(Packungen)的多级蒸馏塔的实例包括Mellapak(Sulzer)、Rombopak(Kühni)、Montz-Pak(Montz)型的这些和具有催化剂包(Katalysatortaschen)的填料，例如Kata-Pak。

同样可使用具有由塔板区域、由填充物区域或由填料区域组成的组合的蒸馏塔。

所述经氨贫化的产物混合物尤其具有争取获得的α-羟基羧酸酯。为了所述酯的进一步分离和纯化可在有利的方法变化方案中将经氨贫化的产物混合物经蒸馏塔的底部排出并输入第二个蒸馏塔中，在第二个蒸馏塔中在获得既经过氨也经过醇贫化的混合物的情况下将醇经所述塔的顶部蒸馏出并优选输入到反应器中。

为了由经过氨和醇贫化的混合物进一步分离并获得α-羟基羧酸酯，则一种方法是优选的，其中将氨和醇经贫化的混合物经过另一个蒸馏塔的底部引出并还输入再另一个蒸馏塔中，其中将α-羟基羧酸酯经顶部蒸馏出来并将如此获得的经氨、醇和α-羟基羧酸酯贫化的混合物，任选地在其它的纯化步骤之后，输入到反应器中。经所述塔的顶部获得的α-羟基羧酸酯产物是高纯度的并可将其例如极其有利地输入到其它的反应步骤中用于获得(甲基)丙烯酸烷基酯。

优选所述蒸馏装置如所述具有至少一种区域(称作反应器)，其中设置至少一种催化剂。该反应器可，如所述，优选存在于蒸馏塔内。

在本发明的范围内发现，所述的方式可容忍宽范围的反应物的量比例。如此可在相对大的针对α-羟基羧酰胺的醇过量或-不足量的情况下进行醇解。特别优选的是其中将反应物的反应在从1:3至20:1范围内的醇与α-羟基羧酰胺的摩尔初始比例下进行的方法。尤其特别有利的是1:2至15:1的比例且更有利的是1:1至10:1的比例。

此外，这样的方法是优选的，其特征在于，使用羟基异丁酰胺作为α-羟基羧酰胺和使用甲醇作为醇。

所述根据本发明的反应在催化剂的存在下发生。可例如通过碱金属催化剂加速所述反应。这包括均相催化剂以及多相催化剂。

对于本发明的方法的实施尤其特别引起关注的是作为催化剂的镧系化合物，其中耐水的镧系化合物是特别优选的。这种均相催化剂的使用在本发明的方法中是新颖的并导致令人惊奇地有利的结果。表述“耐水的”意味着，所述催化剂在水的存在下保持其催化能力。与此相应地本发明的反应可在高达2重量％的水存在下进行，而没有将催化剂的催化能力经此实质性地破坏。在此关联中表述“实质性地”意味着反应速度和/或选择性最高降低了50％，以没有水存在下的反应计。

镧系化合物是指La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Td、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或Lu的化合物。优选使用含有镧的镧系化合物。

优选所述镧系化合物具有在水中的溶解性至少为1g/l，优选至少为10g/l(25℃下)。

优选的镧系化合物为盐，其优选以氧化态3存在。

特别优选的耐水的镧系化合物为La(NO₃)₃和/或LaCl₃。所述化合物可作为反应混合物的盐被加入或在原位形成。

碱金属醇盐和钛、锡和铝的有机金属化合物属于其它的本发明成功地可应用的均相催化剂。优选使用醇化钛或醇化锡，例如四异丙基氧化钛或四丁基氧化锡。

特别的方法变化方案包括，作为催化剂使用可溶的金属络合物，其含有钛和/或锡和α-羟基羧酰胺。

其他的特定的本发明方法变化方案设计，作为催化剂使用金属-三氟甲烷磺酸盐。在此，优选使用金属-三氟甲烷磺酸盐，其中所述金属选自由在周期表的1、2、3、4、11、12、13和14族中的元素组成的组。由此，优选使用这样的金属-三氟甲烷磺酸盐，其中金属对应一种或多种镧系元素。

除了优选的均相催化的变化方案外，在一些状况下应用多相催化剂的方法也是有利的。尤其氧化镁、氧化钙以及碱性离子交换剂及其类似物属于成功地可应用的多相催化剂。

如此例如这样的方法可以是优选的，其中所述催化剂是不可溶性金属氧化物，其至少含有一种选自由Sb、Sc、V、La、Ce、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Si、Sn、Pb和Bi组成的组的元素。

可选地，优选的方法可以是，其中作为催化剂使用不溶性金属，其选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、In、Bi和Te组成的组。

在本发明的方法的范围内，所述醇解中释放出的氨可例如以简单的方式被引回用于制备烷基(甲基)丙烯酸酯的总过程中。例如可使氨和甲醇反应生成氢氰酸。这例如描述于EP-A-0941984中。此外，氢氰酸可由氨和甲烷根据BMA-或Andrussow-方法获得，其中所述方法描述于“Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry第5版在CD-ROM上，关键词Inorganic Cyano Compounds”中。同样可将所述氨可在氨氧化过程中(例如丙烯腈由氨、氧和丙烯的工业合成)导回。所述丙烯腈的合成在关键词Sohio-Prozess下描述于Indsutrial OrganicChemistry von K.Weisermehl und H.-J.Arpe 307页及其后的页上。

附图说明

第一个本发明变化方案的一般方法流程，参考图1

根据特别优选的实施方式，所述醇解(优选甲醇解)可在图1所示的组合中进行，所述组合由一个压力精馏塔和多个压力反应器组成。将所述羟基异羧酰胺，例如羟基异丁酰胺(经管线(1))与甲醇(经管线(2))和甲醇/催化剂混合物(经管线(3))通过管线(4)一起输送到压力反应器(R-1)中。在前面所述的反应条件下，在反应器(R-1)中形成由羟基异羧酸酯和氨，未反应的羟基异羧酰胺和甲醇，催化剂以及痕量的副产物组成的反应混合物。将所述混合物在离开反应器(R-1)后减压到更低的压力级上，并经过管线(5)引导到压力塔(K-1)中。该塔优选装有填料。在那里将氨和部分甲醇从反应混合物中分离，并在顶部作为馏出物获得。将更高沸点的组分(羟基异羧酸酯、副产物和未反应的羟基异丁酰胺)与剩余的甲醇一起再次从该塔排出，压缩到反应器压力并输入第2个压力反应器(R-2)中。所述反应优选在4个串联连接的压力反应器(R-1至R-4)中进行。所述经过底部离开塔(K-1)的产物混合物由羟基异羧酸酯、痕量的副产物和羟基异丁酰胺组成。将其通过管线(9)引导至蒸馏塔(K-2)中。在那里羟基异羧酸酯作为馏出物产生并将其经过管线(10)排出。所述羟基异羧酰胺/催化剂-混合物经过底部离开塔(K-2)并将其部分地经过管线(12)和(4)引导返回到第一个压力反应器(R-1)中。将分流(11)输送到薄膜蒸发器(D-1)中。所述蒸发器使混合物(其由酰胺、高沸点的副产物和催化剂组成)经过管线(13)的引出成为可能。

将所述在塔(K-1)中作为馏出物获得的氨/甲醇-混合物压缩并经过管线(14)输送到另一塔(K-3)中。该塔从甲醇(其经过管线(15)和(4)回送到第一个压力反应器(R1)中)中分离氨(其以纯的形式在顶部产生)。

第二个本发明的变化方案的一般方法流程，参考图2

醇解(优选甲醇解)例如可在图2中所示的装置中进行。将羟基异羧酰胺，例如羟基异丁酰胺(经管线(1))与甲醇(经管线(2))和甲醇/催化剂混合物(经管线(3))一起输送到反应性蒸馏塔(K-1)中。该塔作为压力塔设计并优选装备有塔板。在前面提到的反应条件下在该塔的塔板上形成反应混合物，所述反应混合物由羟基异羧酸酯和氨、未反应的羟基异羧酰胺和甲醇、催化剂以及痕量的副产物组成。氨作为馏出物产生并经过管线(7)排出。所述高沸点的组分(羟基异羧酸酯，副产物和未反应的反应物羟基异丁酰胺和甲醇)通过底部离开该塔。经过管线(6)将所述混合物引导到另一个蒸馏塔(K-2)中。在该塔中作为馏出物产生甲醇，可将其通过管线(9)和(5)引回到塔(K-1)中。将从底部获得的混合物(其由羟基异羧酸酯、副产物和羟基异羧酰胺)通过管线(8)引导到蒸馏塔(K-3)中。在那里羟基异氰酸酯经过管线(10)作为馏出物排除。所述羟基异羧酰胺/催化剂-混合物经过底部离开该塔，并经过管线(12)、(4)和(5)引回到塔(K-1)中。将分流(11)输送到薄膜蒸发器(D-1)中。这使混合物(其由酰胺、高沸点物和催化剂组成)经过管线(13)的引出成为可能。

以下应根据实施例更详尽地解释本发明。

具体实施方式

实施例1：

在由反应物计量添加装置(Eduktdosierung)和连续运行的搅拌釜反应器组成的实验室试验装置中，经过48h试验期间，输送具有0.8重量％的催化剂含量的157g/h的甲醇/催化剂-混合物和35g/h的α-羟基异丁酰胺。在使用La(NO₃)₃作为催化剂的情况下进行所述反应。借助气相色谱法分析所产生的产物混合物。以α-羟基异丁酰胺计生成α-羟基异丁酸甲酯的摩尔选择率为98.7％，其中产生0.7重量％的在产物混合物中的氨浓度。

实施例2-7：

表1显示了其它的实施例，将其在所述试验装置中在14:1的MeOH:HIBA的摩尔反应物比例，但不同的反应温度和停留时间下实施。

表1

 

实施例	反应-温度[℃]	停留时间[分钟]	生成HIBSM的选择率[％]	重量％[NH3]
					2	200	5	95	0.356
3	220	5	98	0.588
					4	180	10	92	0.154
5	200	10	94	0.285
					6	200	30	89	0.611
7	220	30	89	0.791

表1清楚地显示，生成HIBSM(α-羟基异丁酸甲酯)的选择性不仅取决于在反应器中的反应混合物中的氨浓度，而且还取决于反应技术参数停留时间和温度并因此取决于精确的反应控制。

实施例8：

在所述的实验室试验装置中经过48h的试验期间，连续地将具有1.0重量％催化剂含量的甲醇/催化剂-混合物和α-羟基异丁酰胺以7:1的摩尔比例计量加入。所述生成HIBSM和氨的反应在75巴的压力和220℃的反应温度下以5分钟的停留时间进行。在使用La(NO₃)₃作为催化剂的情况下进行所述反应。借助气相色谱法分析所产生的产物混合物。以α-羟基异丁酰胺计生成α-羟基异丁酸甲酯的摩尔选择率为99％，其中产生0.63重量％的在产物混合物中的氨浓度。

实施例9-12：

在所述的实验室试验装置中经过48h的试验期间，连续地将具有0.9重量％的催化剂含量的甲醇/催化剂-混合物和α-羟基异丁酰胺以10:1的摩尔比例计量加入。所述生成HIBSM和氨的反应在75巴的压力和200和220℃的反应温度下以5分钟或者10分钟的停留时间进行。在使用La(NO₃)₃作为催化剂的情况下进行所述反应。借助气相色谱法分析所产生的产物混合物。以α-羟基异丁酰胺计生成α-羟基异丁酸甲酯的摩尔选择率和产物混合物中的氨浓度在表2中列出。

表2：

 

实施例	反应-温度[℃]	停留时间[分钟]	生成HIBSM的选择率[％]	重量％[NH3]
					9	200	5	97	0.429
10	220	5	98	0.73
					11	200	10	98	0.544
12	220	10	96	0.889

Claims (39)

1.制备α-羟基羧酸酯的连续的方法，其中作为反应物将α-羟基羧酰胺与醇在催化剂的存在下，在获得产品混合物的情况下反应，所述产品混合物包括α-羟基羧酸酯、氨、未反应的α-羟基羧酰胺以及醇和催化剂；

其特征在于

将含有作为反应物的α-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；和

贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下，在不借助额外的汽提介质的情况下蒸馏出来。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，

a)将含有作为反应物的联-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

b)所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；和

c)将由步骤b)产生的包含α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的产物混合物从压力反应器引出；和

d)贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下蒸馏出来。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，

b1)使反应物在压力反应器中在5巴至70巴范围内的压力下彼此反

应；

b2)将由步骤b1)产生的产物混合物减压到小于在压力反应器中的压力且大于1巴；

c1)将由步骤b2)产生的经减压的产物混合物输入到蒸馏塔中；

c2)在所述蒸馏塔中将氨和醇经顶部蒸馏出，其中在蒸馏塔中压力保持在大于1巴至小于等于10巴的范围；和

d1)将含有α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的，由步骤c2)产生的经过氨和醇贫化的产物混合物从所述塔引出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

e)将在步骤d1)中引出的产物混合物压缩到5至70巴的范围的压力；

f)将所述的根据步骤e)经压缩的混合物为了反应输入到另一个压力反应器中并重新反应；和

g)重复根据权利要求2的步骤b2)、c1)、c2)和d1)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多次重复步骤e)至g)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，重复步骤e)至g)至少两次，以便总共在至少四个串联的压力反应器中进行反应。

7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据步骤c1)的经减压的产物混合物，在压力反应器中的每个重新进行的反应后，更邻近蒸馏塔的底部地输入，以前述步骤c1)的输入的输入位置计。

8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，反应器的温度逐一下降。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，温度的下降在3至15℃的范围内。

10.根据权利要求4-9任一项所述的方法，其特征在于，反应器容积逐一减少。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，反应器容积的减少在2％至20％的范围内，以在每种情况下更大的反应器体积计。

12.根据权利要求2-11任一项所述的方法，其特征在于，将根据步骤c)的反应在比根据步骤d)的氨的蒸馏更高的压力下进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，压力差为至少40巴。

14.根据权利要求2-13任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤d)的氨的蒸馏在1.5巴至3巴范围内的压力下进行。

15.根据权利要求2-14任一项所述的方法，其特征在于，在50至70巴的压力下进行根据步骤b)的反应物的反应。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

a′)将含有作为反应物的α-羟基羧酰胺、醇和催化剂的反应物流输入到压力反应器中；

b′)使所述反应物流在压力反应器中在1巴至100巴范围内的压力下彼此反应；

c′)贫化产物混合物的醇和氨，其中将氨在始终大于1巴的压力下，在不借助额外的汽提介质的情况下蒸馏出来；和

d′)将由步骤c′)产生的氨和醇经贫化的包含α-羟基羧酸酯、未反应的α-羟基羧酰胺和催化剂的产物混合物从压力反应器中引出。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将步骤a′)至c′)同时地在反应蒸馏塔中在5巴至40巴范围内的压力下进行。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，将步骤a′)至c′)同时地在反应蒸馏塔中在10巴至30巴范围内的压力下进行。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，将氨在压力下经过所述塔的顶部蒸馏出并将醇经过底部或经过侧流从塔中除去。

20.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，在1:3至20:1的醇和α-羟基羧酰胺的摩尔初始比例下进行反应物的反应。

21.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，使用α-羟基异丁酰胺和/或α-羟基异丙酰胺。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，作为α-羟基羧酰胺使用羟基异丁酰胺和作为醇使用甲醇。

23.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，在120-240℃范围内的温度下进行所述反应。

24.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，在所述反应物的反应中的停留时间在1至30分钟的范围内。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述停留时间在2至15分钟的范围内。

26.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，将最高10重量％的基于停留时间内输入的醇，与氨一起由反应***蒸出。

27.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，通过至少一种镧系化合物催化所述反应。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，通过至少一种耐水的镧系化合物催化所述反应。

29.根据权利要求27或28所述的方法，其特征在于，所述镧系化合物是盐。

30.根据前述权利要求27至29中任一项所述的方法，其特征在于，以氧化态III使用所述镧系化合物。

31.根据前述权利要求27至30中至少一项所述的方法，其特征在于，所述镧系化合物在水中显示至少10g/l的溶解度。

32.根据前述权利要求27至31中至少一项所述的方法，其特征在于，所述镧系化合物含有镧。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述镧系化合物包括La(NO₃)₃和/或LaCl₃。

34.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，作为催化剂使用可溶性金属络合物，其含有钛和/或锡和α-羟基羧酰胺。

35.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，作为催化剂使用金属-三氟甲烷磺酸盐。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，使用金属-三氟甲烷磺酸盐，其中所述金属选自由在周期表的1，2，3，4，11，12，13和14族中的元素组成的组。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，使用金属-三氟甲烷磺酸盐，其中所述金属是一种或多种镧系元素。

38.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，所述催化剂是不可溶性金属氧化物，其包含至少一种选自由Sb、Sc、V、La、Ce、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Si、Sn、Pb和Bi组成的组的元素。

39.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，作为催化剂使用不可溶性金属，其选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、In、Bi和Te组成的组。

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