CN103408396B - 一种去除多元醇中含硼杂质的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种去除多元醇中含硼杂质的装置及方法。该装置使用两个反应器作为一个组合；第一反应器配有第一搅拌器和第一冷凝器，第二反应器配有第二搅拌器和第二冷凝器以及填料塔；第一反应器和第一冷凝器相连，第一冷凝器和第一冷凝液管道相连，第一冷凝液管道通入第二反应器中；第二反应器和填料塔相连，填料塔和第二冷凝器相连，第二冷凝器和第二冷凝液管道相连，第二冷凝液管道通入第一反应器中，第一搅拌器置于第一反应器中，第二搅拌器置于第二反应器中。使用该装置可有效地除去多种多元醇生产过程中的含硼杂质，获得高纯度的多元醇。

Description

一种去除多元醇中含硼杂质的装置及方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种去除多元醇中含硼杂质的装置及方法。

背景技术

本发明涉及一种去除手性或者非手性的多元醇（式Ⅰ）中含硼杂质装置及方法。

 （Ⅰ）

手性或者消旋的的多元醇可以作为许多医药及农药合成过程中的关键中间体，具有重要的应用价值。例如，消旋1,2,4-丁三醇是用途广泛的溶剂和合成中间体，可用于合成火箭推进剂1，2，4-丁三醇三醇三硝酸酯。2-羟甲基-1，4-丁二醇是合成农药呋虫胺（Dinotefuran）的重要中间体。抗艾滋病毒药物安瑞那韦（Amprenavir）的合成中使用到手性的(S)-1,2,4-丁三醇（Org.Biomol.Chem.  2004, 2, 2061-2070）。韩国专利(KR.008793，2010)披露一种重要的降血脂药物瑞舒伐他汀（Rosuvastatin）的合成中也使用到(S)-1,2,4-丁三醇作为原料。

硼酸可以和多元醇的中的邻二醇及间二醇形成络合物（天然药物化学，P90，第二版，人民卫生出版社），这类络合物通常具有良好的水溶性，难以将其与多元醇以简单的萃取、蒸馏、结晶等方法分离。

在合成这些多元醇的过程中，通常都使用相应的羧酸或者羧酸甲酯及乙酯为原料。使用硼烷或者硼氢化钠等硼试剂为还原剂，无论使用哪种硼试剂，还原产物经水解后，均不能直接得到相应的多元醇，而是得到含硼杂质的多元醇。这些含硼杂质包括，硼酸和多元醇的络合物（式Ⅱ）和残留的硼酸。这些含硼杂质的存在均会影响多元醇的蒸馏提纯，使得蒸馏物脱水、分解、炭化，导致无法获得产品或者高纯度的产品。

 （Ⅱ）

以(S)-1,2,4-丁三醇为例，Honda等(Org.Biomol.Chem.  2004, 2, 2061-2070)使用硼氢化钠还原L-苹果酸二甲酯，在水解后，即使是非常少量的残留硼酸或者硼酸络合物的存在都会导致蒸馏步骤的失败。

因此，使用硼试剂还原多元醇的相应羧酸或者羧酸酯，其纯化的决定性步骤是如何有效的除去这些含硼杂质。美国专利（US6949684，2005）和韩国专利（KR.0092864，2001）中披露，使用键合有氨基葡萄糖类的除硼离子交换树脂Amberlite IRA-743 去除残留硼酸及硼酸络合物，该方法在工业化上需要使用大量的树脂，生产每公斤(S)-1,2,4-丁三醇需要用到20公斤以上的树脂，浓缩洗脱液需要蒸馏大量的水，成本高昂，不利于工业规模的制备。

Pawlak.等提到的方法（ J.Org.Chem. 1987, 52, 2896-2901）在合成(S)-1,2,4-丁三醇的过程中需要使用柱色谱纯化，该方法也不具备工业化的应用价值。

因此，有必要开发一种去除多元醇中含硼杂质的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低、适于工业化应用的去除多元醇中含硼杂质的装置及方法。

本发明提出的去除多元醇中含硼杂质的装置，使用两个反应器作为一个组合；第一反应器1配有第一搅拌器3和第一冷凝器5，第二反应器2配有第二搅拌器4和第二冷凝器6以及填料塔9；第一反应器1和第一冷凝器5相连，第一冷凝器5和第一冷凝液管道7相连，第一冷凝液管道7通入第二反应器2中；第二反应器2和填料塔9相连，填料塔9和第二冷凝器6相连，第二冷凝器6和第二冷凝液管道8相连，第二冷凝液管道8通入第一反应器1中；第一搅拌器3置于第一反应器1中，第二搅拌器4置于第二反应器2中，搅拌器用于搅拌反应器中的反应物。

在第一反应器1中，将含硼杂质的多元醇与低碳醇搅拌混合加热，含硼杂质的多元醇与低碳醇发生反应，解离出多元醇留在第一反应器1中，反应同时产生低碳醇硼酸酯和低碳醇形成的共沸物，该共沸物经第一冷凝器5冷却，通过第一管道7流入到加有与第一反应器1中相同的低碳醇和水解低碳醇的硼酸酯试剂的第二反应器2，在第二反应器2中水解，生成硼酸盐留在第二反应器2中，而低碳醇得以再生，经填料塔9分馏进入到第二冷凝器6，低碳醇冷凝液通过第二管道8返回到第一反应器1。

本发明可以有效地除去多元醇中的含硼杂质，获得高纯度的多元醇，而低碳醇可以再生循环，大大降低了低碳醇的使用量。该发明去除多元醇含硼杂质方法的原理和反应式如下式：

       

所述的方法具体步骤如下：

(1).在反应器1中加入含硼杂质的多元醇和低碳醇；

(2).在反应器2中加入该低碳醇、水解低碳醇硼酸酯试剂的水溶液；

(3).将反应器加热至该操作压力下的沸点，将反应器1中的冷凝液导入反应器2中，而反应器2中的冷凝液导入到反应器1中，该过程为除硼过程；

(4).除硼结束后，将反应器1中的反应液调pH值到6-8；过滤，浓缩反应液，减压精馏，获得相应的高纯度的多元醇。

所述方法中，使用所述的除硼装置（说明书附图），将含硼杂质的多元醇和低碳醇加入到装置的第一反应器1，低碳醇和含硼杂质多元醇的体积重量（kg/L）比从1:1到100:1，优选的是3：1到50:1，更优选的是4:1到20：1。低碳醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等，优选的是甲醇、乙醇，更优选的是甲醇。

将低碳醇和水解低碳醇的硼酸酯试剂加入到第二反应器2中，水解低碳醇的硼酸酯试剂包括为碱金属氢氧化物的水溶液、碱土金属的氢氧化物的水溶液、碱金属的碳酸盐的水溶液、碱金属的碳酸氢盐的水溶液。其中优选的是碱金属氢氧化物的水溶液、碱土金属的氢氧化物的水溶液、碱金属的碳酸盐的水溶液。更优先的是碱金属氢氧化物的水溶液、碱土金属的氢氧化物的水溶液。最优选的是碱金属氢氧化物的水溶液。在第二反应器2中，水解低碳醇的硼酸酯试剂的质量分数（浓度）从1%到80%之间，优选的是从10%到70%之间，更优选的是30%-40%之间。

第一反应器1和第二反应器2加完试剂后，开启加热和搅拌，设定一定的压力，其压力在5atm到0.09atm之间，优选的是1.5atm到0.05atm之间。加热使得第一反应器1和第二反应器2都沸腾，将第一反应器1中的冷凝液导入到第二反应器2中第二，反应器2的冷凝液导入到第一反应器1中。这样，第一反应器1中的含硼杂质将和低碳醇反应生成低碳醇的硼酸酯被导入到第二反应釜2中，与第二反应釜2中的硼酸酯反应试剂反应，而低碳醇得以再生返回到第一反应器1中，经过多次这样的循环，使用较少量的低碳醇就可以将第一反应器1中的含硼杂质中的硼除尽。

除硼过程结束后，将第一反应器1中的反应液调pH值到6-8之间。浓缩，减压精馏即可得到高纯度的相应的多元醇。

本发明中，所述的多元醇的结构式为式（Ⅰ）所示

     （Ⅰ）

其中，R₁为氢、羟甲基、C₁-C₃烷基；R₂为氢、羟基、C₁-C₃烷基；n为0-1个碳原子；所述的多元醇为手性的或者是非手性的。

本发明中，所述的含硼杂质是游离的硼酸、硼酸与多元醇的络合物。

本发明中，所述的低碳醇为C₁-C₅的直链和支链醇及它们的混合物。

本发明中，低碳醇的沸腾在中压、常压或者减压下进行,压力从5atm到0.09atm。

本发明方法的优点在于原料廉价易得，操作简便，低碳醇可以循环使用，适于工业化生产。

附图说明

图1为本发明的生产装置结构示意图。

图中标号：1-第一反应器1，2第二-反应器2，3-第一搅拌器3，4-第二搅拌器4，5-第一冷凝器5，6-第二冷凝器6，7-第一冷凝液管道7，8-第二冷凝液管道8，9-填料塔。

具体实施方式

下列实施例以一种多元醇1,2,4-丁三醇的除硼过程为例，是为了进一步说明本发明，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应10小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇24.5kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的3000L搪玻璃反应釜1中，再加入2000L甲醇。在如图所示的1000L不锈钢反应釜2中加入400L甲醇，120L水和6公斤氢氧化钠。在4.5atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应10小时，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品12.6kg，收率78%。

¹H-NMR(D₂O):1.57(1H,m),1.66(1H,m),3.40(1H,m),3.51(1H,m),3.63(2H,m),3.73(1H,m)ppm。

¹³C-NMR (D₂O): 34.74, 58.29, 65.54, 68.85 ppm。

实施例2

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应10小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇25.8kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的500L搪玻璃反应釜1中，再加入200L甲醇。在如图所示的500L不锈钢反应釜2中加入200L甲醇，60L水和20公斤氢氧化钠。在2.5atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应12小时，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品12.9kg，收率80%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施例1一致。

实施例3

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应10小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇25.3kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的200L搪玻璃反应釜1中，再加入80L甲醇。在如图所示的200L不锈钢反应釜2中加入48L甲醇，30L水和30公斤氢氧化钠。在1.5atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应13小时，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品12.2kg，收率75%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施例1一致。

实施例4

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应10小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇25.5kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的200L搪玻璃反应釜1中，再加入80L甲醇。在如图所示的200L不锈钢反应釜2中加入48L甲醇，30L水和150公斤氢氧化钠。在1.0atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应9小时，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品14.3kg，收率89%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施例1一致。

实施例5

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入21kg 苹果酸，加入40L的四氢呋喃，搅拌下，降温至-10℃，氮气保护下，逐步滴加50L(4M)硼烷四氢呋喃到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应12小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸22公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇35.6kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的200L搪玻璃反应釜1中，再加入80L甲醇。在如图所示的200L不锈钢反应釜2中加入48L甲醇，40L水和80公斤氢氧化钾。在0.6atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应10小时左右，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品15.1kg，收率94%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施例1一致。

实施例6

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应12小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇29.8kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置中的200L搪玻璃反应釜1中，再加入80L甲醇。在如图所示的200L不锈钢反应釜2中加入48L甲醇，25L水和8公斤碳酸钠。在0.3atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应16小时左右，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品11.0kg，收率67%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施例1一致。

实施例7

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入21kg 苹果酸，加入40L的四氢呋喃，搅拌下，降温至-10℃，氮气保护下，逐步滴加50L(4M)硼烷四氢呋喃到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应12小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸22公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇37.2kg。将此含硼杂质的混合物加入到如附图所示的除硼装置的200L搪玻璃反应釜1中，再加入80L甲醇。在如图所示的200L不锈钢反应釜2中加入48L甲醇，20L水和10公斤碳酸钾。在0.1atm压力下，设定搅拌速度80转/分钟，加热反应釜1和反应釜2至沸腾，使得反应釜1的冷凝液进入反应釜2，而反应釜2的冷凝液进入反应釜1。反应14小时左右，除硼结束。将反应釜1中的反应液导出，回收甲醇。浓缩液为1,2,4-丁三醇的粗品。粗品精馏，得到1,2,4-丁三醇精品13.6kg，收率84%。

¹H-NMR(D₂O):与实施例1一致。

¹³C-NMR (D₂O): 与实施1一致。

对比实施例

在一个200L的搪瓷反应釜中，加入80L的四氢呋喃，再加入7.2kg硼氢化钠，搅拌下，降温至-5℃，将24.8kg 苹果酸二甲酯逐步滴加入到反应釜中，控制温度在-5℃到0℃之间。加完苹果酸二甲酯后，控温在-5℃到0℃之间搅拌反应10小时。反应结束，慢慢加入36%的浓盐酸18公斤，有气体放出，析出白色沉淀。加完浓盐酸后继续搅拌1小时。过滤，滤饼用四氢呋喃（5L×3）洗涤，合并滤液，减压回收四氢呋喃，滤液浓缩至粘稠状液体，得到含硼杂质的1,2,4-丁三醇24.5kg。将此液体直接精馏，得到焦化的碳化产物，未得到1,2,4-丁三醇。

Claims (8)

1.一种去除多元醇中含硼杂质的装置，其特征在于使用两个反应器作为一个组合；第一反应器配有第一搅拌器和第一冷凝器，第二反应器配有第二搅拌器和第二冷凝器以及填料塔；第一反应器和第一冷凝器相连，第一冷凝器和第一冷凝液管道相连，第一冷凝液管道通入第二反应器中；第二反应器和填料塔相连，填料塔和第二冷凝器相连，第二冷凝器和第二冷凝液管道相连，第二冷凝液管道通入第一反应器中，第一搅拌器置于第一反应器中，第二搅拌器置于第二反应器中。

2.一种使用权利要求1所述装置去除多元醇中含硼杂质的方法，其特征在于具体步骤为：将含硼杂质的多元醇与低碳醇加入第一反应器中，搅拌混合，并加热，含硼杂质的多元醇与低碳醇发生反应，解离出多元醇留在第一反应器中，反应同时产生低碳醇硼酸酯和低碳醇形成的共沸物，该共沸物经第一冷凝器冷却，通过第一冷凝液管道流入到加有与第一反应器中相同的低碳醇和水解低碳醇的硼酸酯试剂的第二反应器，在第二反应器中水解，生成硼酸盐，留在第二反应器中，而低碳醇得以再生，经填料塔分馏进入到第二冷凝器，低碳醇冷凝液通过第二冷凝液管道返回到第一反应器；

所述的低碳醇为C₁-C₅的直链和支链醇及它们的混合物。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于具体操作步骤如下：

(1).在第一反应器中加入含硼杂质的多元醇和低碳醇；

(2).在第二反应器中加入该低碳醇、水解低碳醇硼酸酯试剂的水溶液；

(3).将两个反应器加热至该操作压力下的沸点，将第一反应器中的冷凝液导入第二反应器中，而第二反应器中的冷凝液导入到第一反应器中，该过程为除硼过程；

(4).除硼结束后，将第一反应器中的反应液调pH值到6-8；过滤，浓缩反应液，减压精馏，获得相应的高纯度的多元醇。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述加入到第一反应器的含硼杂质的多元醇和低碳醇中，低碳醇和含硼杂质多元醇的体积重量比为1:1到100:1（kg/L），所述低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述加入到第二反应器的水解低碳醇的硼酸酯的试剂为碱金属氢氧化物的水溶液、碱土金属的氢氧化物的水溶液、碱金属的碳酸盐的水溶液或碱金属的碳酸氢盐的水溶液；水解低碳醇的硼酸酯试剂的质量分数为1%到80%。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：第一反应器和第二反应器加完反应物后，开始加热和搅拌，并设定压力为5atm到0.09atm；加热使得第一反应器和第二反应器都沸腾，将第一反应器中的冷凝液导入到第二反应器中，第二反应器的冷凝液导入到第一反应器中；这样，第一反应器中的含硼杂质将和低碳醇反应生成低碳醇的硼酸酯被导入到第二反应釜中，与第二反应釜中的硼酸酯反应试剂反应，而低碳醇得以再生返回到第一反应器中，经过多次这样的循环，低碳醇将第一反应器中的含硼杂质中的硼除尽。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的多元醇的结构式为式（Ⅰ）所示

     （Ⅰ）

其中，R₁为氢、羟甲基、C₁-C₃烷基；R₂为氢、羟基、C₁-C₃烷基；n为0-1个碳原子；所述的多元醇为手性的或者是非手性的。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的含硼杂质是游离的硼酸、硼酸与多元醇的络合物。