CN111393321A - 1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种1‑氰基‑2‑丙烯基乙酸酯的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)使氢氰酸和丙烯醛在第一催化剂的存在下反应，得到含丙烯醛氰醇的反应液；(2)使得到的所述含丙烯醛氰醇的反应液与酯化剂在第二催化剂的存在下反应，得到含1‑氰基‑2‑丙烯基乙酸酯的反应液。所述第一催化剂和所述第二催化剂相同或不同，且各自独立地为N,N‑二甲氨基吡啶羧酸盐。根据本发明提供的制备方法，通过高效催化剂N,N‑二甲氨基吡啶羧酸盐作为两步反应共用的催化剂，可以高效催化两步主反应的进行，从而可以使两步主反应按接近化学计量比进行；产品1‑氰基‑2‑丙烯基乙酸酯的收率可以达到99％以上，纯度可以达到99.5％以上；并且节约投资，提高产品竞争力。

Description

1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法
技术领域
本发明涉及1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，属于有机合成领域。
背景技术
1-氰基-2-丙烯基乙酸酯(ACA)主要用做生产农药草铵膦的中间体。
ACA的合成路线主要有两种：一种是丙烯醛先与氢氰酸或者氢氰酸水溶液反应生成丙烯醛氰醇，得到的丙烯醛氰醇与有机酰卤或者酸酐反应得到ACA反应液，再用***从反应液中萃取得到有机相，有机相经碳酸钠溶液中和、无水硫酸钠干燥、过滤、精馏得到产品ACA；另一种是丙烯醛与NaCN或者NaCN水溶液混合后，再与酸酐混合，经一锅法反应得到ACA反应液，再经后处理得到产品ACA。
专利CN108727220A公开了制备丙烯醛氰醇的方法。该方法包括，使至少一种式(II)化合物(如丙烯醛)、与氢氰酸和至少一种碱在-50-80℃的温度下进行反应，由此得到含有式(I)化合物(如丙烯醛氰醇)和氢氰酸的粗产物；通过对粗产物汽提至少部分地去除其中的氢氰酸，由此得到包含式(I)化合物的纯产物。
Figure BDA0002500680230000011
(其中，R1和R2彼此独立地选自氢、具有1-6个碳原子的烷基、苯基、苄基)
所述碱为氨、三烷基胺、铵盐，优选三乙胺、碳酸铵、碳酸氢铵。该发明优选在氢氰酸30％摩尔过量的条件下进行，制备得到丙烯醛氰醇后，脱除氢氰酸。
上述反应过程中，为了尽可能完全转化成丙烯醛氰醇，会出现反应物氢氰酸的过量。这样，不仅造成原料的浪费，同时过量氢氰酸的存在会导致自聚。
R.M.Nowak[J.Org.Chem.28,p1182-1187]将丙烯醛缓慢添加到***溶液中，控制温度在-10～0℃，之后滴加醋酸酐，反应后用***萃取、精制得到ACA。当反应过程中***：丙烯醛为2:1时，反应收率可以达到90％，但等摩尔反应条件下收率仅为55～65％。
H.Ohse和R.Palm[Angew.Chem.78,p1093]将0.77mol的丙烯醛和1.12mol***的水溶液混合后，将0.77mol的醋酸酐滴加到混合物中，反应得到ACA反应液，经后处理可得到ACA产品。该反应过程中***过量大约45％，得到ACA产品的收率为87％。
McIntosh[Can.J.Chem.55,p4200]则使用溶剂稀释来提高ACA反应效率，其反应过程采用相转移催化剂(TEBAC)，并以二氯甲烷为溶剂，KCN过量20％，收率为66％。该方法后期分离纯化步骤较复杂，并且产生大量废水需要处理，虽然此过程氰化物过量较少，但是相转移催化剂的分离和回收成本也是需要考虑的问题。
专利US4336206公开了ACA的制备方法。在该方法中，使醛、氰化物水溶液、有机酰氯或者酸酐在与水不混溶的惰性有机溶剂中反应，且醛：氰化物：酰氯或酸酐的摩尔比为约1:1～1.1:1～1.1。反应过程可以是间歇操作和连续操作。其中的实施例4中，将814克26.5％NaCN水溶液(4.4摩尔)和800克二氯甲烷加入4升烧瓶中并冷却至0℃。在搅拌下在30分钟内分别地同时滴加与180克二氯甲烷混合的236克丙烯醛(4.0摩尔)、以及449克醋酸酐(4.4摩尔)。通过外部冷却使反应温度保持在0℃。滴加完成后，加入360g水以溶解沉淀的盐，静置分相，蒸馏下部有机相而不干燥。常压下蒸馏除去二氯甲烷后，还通过在20mbar和73℃下蒸馏得到纯度为98％、理论收率为96％的480克ACA产品。该方法需要使用大量溶剂，且会产生大量含氰盐废水，需要进行环保处理，环保成本增加，并且产品的纯度和收率仍然存在提高的空间。
发明内容
发明要解决的问题
针对上述不同合成工艺所存在的问题，本发明提供一种连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，该方法在特定催化剂的存在下，以丙烯醛、氢氰酸为起始原料，经过氢氰化加成、酯化两步反应得到高纯度、高收率的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯(即，ACA)。
用于解决问题的方案
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其包括以下步骤：
(1)使氢氰酸和丙烯醛在第一催化剂的存在下反应，得到含丙烯醛氰醇的反应液；
(2)使得到的所述含丙烯醛氰醇的反应液与酯化剂在第二催化剂的存在下反应，得到含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液；
所述第一催化剂和所述第二催化剂相同或不同，且各自独立地为N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐，优选为N,N-二甲氨基吡啶甲酸盐、N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁酸盐、N,N-二甲氨基吡啶戊酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己酸盐、N,N-二甲氨基吡啶辛酸盐、N,N-二甲氨基吡啶癸酸盐、N,N-二甲氨基吡啶草酸盐、N,N-二甲氨基吡啶柠檬酸盐、N,N-二甲氨基吡啶苹果酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁二酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己二酸盐、和N,N-二甲氨基吡啶癸二酸盐中的一种或多种；更优选为N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(1)中，所述氢氰酸与丙烯醛的摩尔比为1～1.02:1，所述第一催化剂的加入量的摩尔数为丙烯醛的加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％；
所述步骤(2)中，所述酯化剂与丙烯醛氰醇的摩尔比为1～1.02:1，所述第二催化剂加入量的摩尔数为丙烯醛加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述酯化剂选自酰氯和酸酐的至少一种；其中所述酰氯包括乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、乙酰溴或苄基氯；所述酸酐包括醋酸酐、丙酸酐或丁酸酐。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(1)的反应在第一反应器中进行，
并且所述步骤(1)中还包括，在所述第一反应器的中上部检测所述含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛和氢氰酸的残余量，并且在所述第一反应器的顶部出口检测所述含丙烯醛氰醇的反应液中残余丙烯醛的含量。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(2)的反应在第二反应器中进行，
并且所述步骤(2)中还包括，在所述第二反应器的中上部检测所述含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液中丙烯醛氰醇与酯化剂的含量，和在所述第二反应器的顶部出口检测所述含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液中丙烯醛氰醇的残余量。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(1)和步骤(2)中的各检测均采用在线拉曼光谱进行。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(1)中，所述第一反应器内从下部到上部，反应温度升高。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(1)中，所述第一反应器的下部温度为-10～10℃，优选为-5～5℃；上部温度为10～50℃，优选为20～40℃；反应物在所述第一反应器内的停留时间为0.1～2h，优选为0.3～1h。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述步骤(2)中，所述第二反应器内的反应温度为20～60℃，优选为30～50℃；反应物在所述第二反应器内的停留时间为0.5～2h。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其中，所述第一反应器和第二反应器各自采用多级搅拌反应器，且所述第一反应器和第二反应器的搅拌级数各自为6～30级，优选各自为10～20级。
发明的效果
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)通过催化剂的特定选择，即，当选择了高效催化剂例如N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐作为两步反应共用的催化剂时，可以高效催化两步主反应的进行，从而可以使两步主反应按接近化学计量比进行。
此外，在优选的实施方案中，采用在线拉曼光谱对两步反应都进行检测控制，使两步反应均可实现进一步接近化学计量比的反应，大大降低副反应的几率，提高反应选择性，减少后处理步骤和成本。
产品1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的收率(按照丙烯醛计算)可以达到99％以上，纯度可以达到99.5％以上。
(2)整个反应过程中不需要使用溶剂，减少了后续去除溶剂的步骤。可以简化操作，降低成本。
(3)在优选的实施方案中，采用多级搅拌、多级滴加、分级控温反应器，使得操作控制方便，可以节约投资，提高产品竞争力。
附图说明
图1为连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的流程图。
图2为氢氰酸、丙烯醛、丙烯醛氰醇的拉曼光谱对比。
图3为丙烯酸氰醇与ACA的拉曼光谱对比。
图4为醋酸与醋酸酐的拉曼光谱对比。
其中，图1中的各符号所表示的含义如下：
R1——第一反应器
R2——第二反应器
R3——蒸发器
R4——精馏塔
LM1～LM4——拉曼光谱检测器
具体实施方式
以下参考附图对本发明的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法的具体实施方式进行进一步详细地说明。
根据本发明提供的连续制备1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的方法，其包括以下步骤：
(1)使氢氰酸和丙烯醛在第一催化剂的存在下反应，得到含丙烯醛氰醇的反应液。
(2)使得到的所述含丙烯醛氰醇的反应液与酯化剂在第二催化剂的存在下反应，得到含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液。
以下进行更详细地说明。
(1)丙烯醛氰醇的制备
该步反应以氢氰酸和丙烯醛为原料，在第一催化剂的作用下，在第一反应器R1内进行加成反应，得到丙烯醛氰醇。其反应式如下：
Figure BDA0002500680230000061
其中，第一催化剂为N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐；优选为，N,N-二甲氨基吡啶甲酸盐、N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁酸盐、N,N-二甲氨基吡啶戊酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己酸盐、N,N-二甲氨基吡啶辛酸盐、N,N-二甲氨基吡啶癸酸盐、N,N-二甲氨基吡啶草酸盐、N,N-二甲氨基吡啶柠檬酸盐、N,N-二甲氨基吡啶苹果酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁二酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己二酸盐、N,N-二甲氨基吡啶癸二酸盐；更优选为，N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐。
在优选情况下，为了保证步骤(1)中丙烯醛和氢氰酸按所需的摩尔比进行反应，在第一反应器R1的中上部设置拉曼光谱检测器LM1，通过检测丙烯醛氰醇反应液中丙烯醛和氢氰酸的残余量，计算得到的反应液中残余的丙烯醛和氢氰酸的摩尔比，并以此确定补加氢氰酸的量，使得丙烯醛能够在反应中完全消耗；
同时在第一反应器R1的顶部出口设置拉曼光谱检测器LM2，通过检测丙烯醛氰醇反应液中残余丙烯醛的含量来分析丙烯醛是否完全反应，若未完全反应，则进行氢氰酸补加量的微调，以确保丙烯醛在反应中完全消耗。
关于步骤(1)中通过拉曼光谱的检测，具体描述如下。
通过拉曼光谱检测器LM1对含丙烯醛氰醇反应液中的丙烯醛和氢氰酸的含量进行分析，可以用波数1200cm-1处(图2)的特征吸收峰确定丙烯醛的含量，用波数2100cm-1处(图2)的特征吸收峰确定氢氰酸的含量，由此可以计算残余丙烯醛与氢氰酸的摩尔比，并确定氢氰酸的补加量。经过在第一反应器R1的上部各级充分反应之后，通过在顶部出料口的拉曼光谱检测器LM2再次进行检测以分析丙烯醛是否完全反应，若未完全反应，则通过丙烯醛或氢氰酸的残留量对氢氰酸的量进行微调，以确保丙烯醛完全反应，其流程图见图1。
在步骤(1)中，原料氢氰酸与丙烯醛的摩尔比为1～1.02:1；并且第一催化剂加入量的摩尔数为丙烯醛加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％。
在优选情况下，在步骤(1)中，从第一反应器R1的下部到上部，反应温度逐渐升高。优选地，第一反应器R1的下部温度控制在-10～10℃，更优选为-5～5℃；第一反应器R1的上部温度为10～50℃，更优选为20～40℃。此外，反应物在第一反应器R1内的停留时间优选为0.1～2h，更优选为0.3～1h。
在优选情况下，在步骤(1)中，第一反应器R1选用多级搅拌反应器，其搅拌级数为6～30级，优选为10～20级。并且，更优选的是，第一反应器R1各级搅拌区域的反应温度可以单独控制。
(2)ACA产品的制备
在第二催化剂的作用下，丙烯醛氰醇与酯化剂在第二反应器R2内反应，得到包含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液。其反应式如下：
Figure BDA0002500680230000081
所述步骤(2)中，第二催化剂为N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐；优选为，N,N-二甲氨基吡啶甲酸盐、N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁酸盐、N,N-二甲氨基吡啶戊酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己酸盐、N,N-二甲氨基吡啶辛酸盐、N,N-二甲氨基吡啶癸酸盐、N,N-二甲氨基吡啶草酸盐、N,N-二甲氨基吡啶柠檬酸盐、N,N-二甲氨基吡啶苹果酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁二酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己二酸盐、和N,N-二甲氨基吡啶癸二酸盐中的一种或多种；更优选为，N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐。
所述步骤(2)中所采用的第二催化剂与步骤(1)中的第一催化剂可以相同或者不同，优选第二催化剂与第一催化剂相同，由此在整个反应过程中可以不更换催化剂。
在优选情况下，为了保证步骤(2)中丙烯醛氰醇与酯化剂按所需摩尔比进行反应，在第二反应器R2的中上部设置拉曼光谱检测器LM3，通过检测含ACA的反应液中丙烯醛氰醇与醋酸酐的含量来确定残余丙烯醛氰醇与酯化剂的摩尔比，并以此确定补加酯化剂的量，使得丙烯醛氰醇能够在酯化反应中完全消耗；
同时在第二反应器R2的顶部出口管路上设置拉曼光谱检测器LM4，通过检测含ACA的反应液中丙烯醛氰醇的残余量来分析丙烯醛氰醇是否完全反应，如果未完全反应，则进行酯化剂补加量的微调，以确保丙烯醛氰醇在反应中完全消耗。
关于步骤(2)中通过拉曼光谱的检测，具体描述如下。
通过拉曼光谱检测器LM3对含ACA反应液中的丙烯醛氰醇和如醋酸酐的酯化剂的含量进行分析，可以用波数1110cm-1处(图3)的特征吸收峰来确定丙烯醛氰醇的含量，用波数780cm-1处(图4)的特征吸收峰来确定如醋酸酐的酯化剂的含量，由此可以计算残余丙烯醛氰醇与如醋酸酐的酯化剂的摩尔比，并确定如醋酸酐的酯化剂的补加量。经过第二反应器R2上部各级充分反应之后，通过在顶部出料口的拉曼光谱检测器LM4再次进行检测来分析丙烯醛氰醇是否完全反应，如果未完全反应，则通过丙烯醛氰醇或酯化剂的残留量对酯化剂的量进行微调，以确保丙烯醛氰醇完全反应，其流程图见图1。
所述步骤(2)中，酯化剂与丙烯醛氰醇的摩尔比为1～1.02:1，第二催化剂加入量的摩尔数为丙烯醛加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％。
在步骤(2)中，酯化剂可以采用本领域中常用的酯化剂。例如，酯化剂可以包括选自酰氯和酸酐的至少一种。其中，优选地，酰氯包括乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、乙酰溴、或苄基氯；并且优选地，酸酐包括醋酸酐、丙酸酐、或丁酸酐。
在优选情况下，在步骤(2)中，第二反应器R2中的反应温度为20～60℃，更优选为30～50℃；并且，反应物在第二反应器R2中的停留时间为0.5～2h。
在步骤(2)中，第二反应器R2优选使用多级搅拌反应器，其搅拌级数为6～30级，优选为10～20级。
在优选情况下，步骤(2)还包括：使包含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液进入蒸发器进行减压蒸馏以除去副产物乙酸，到得1-氰基-2-丙烯基乙酸酯粗品。随后，使1-氰基-2-丙烯基乙酸酯粗品在精馏塔中进行减压精馏以提纯，得到1-氰基-2-丙烯基乙酸酯产品，精馏塔塔底的催化剂可以回收套用。
在上述过程中，蒸发器可以采用常用的蒸发装置，优选采用刮膜蒸发器。
本发明的核心在于选择了高效催化剂N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐，可以作为两步反应共用的催化剂，该催化剂可以高效催化两步主反应的进行，从而可以使两步反应按接近化学计量比进行。
此外，根据本发明的优选的实施方案，在反应物料配比的精确控制手段上，本发明采用在线拉曼光谱在各反应器上分两段检测，可以保证物料按所需计量比进行反应，并确保主要原料反应完全。
另外，根据本发明的又一优选的实施方案，为实现该反应体系需要滴加和按程序进行升温的要求，本发明采用每级都可以独立控温的多级搅拌反应器组合而成的塔式反应器，该反应器结构紧凑，设备投资低，从而可以降低综合生产成本，提高产品竞争力。
下面参考图1进一步详细描述本发明的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法的流程。
(1)丙烯醛氰醇的制备
使丙烯醛、催化剂由第一反应器R1底部连续加入，氢氰酸分别从第一反应器R1下部的各级入口中加入，使丙烯醛与氢氰酸进行反应，并且将第一反应器R1的反应温度控制为从下部至上部温度升高，下部温度为-10～10℃，优选为-5～5℃；上部温度为10～50℃，优选为20～40℃；反应物在第一反应器R1内的停留时间为0.1～2h，优选为0.3～1h。
经过在第一反应器R1中上部设置的在线拉曼光谱检测器LM1的检测，对含丙烯醛氰醇反应液中的丙烯醛和氢氰酸的含量进行分析，由此可以计算残余丙烯醛与氢氰酸的摩尔比，并确定氢氰酸的补加量。补加的氢氰酸与丙烯醛在第一反应器R1的上部继续反应，使得丙烯醛充分转化。经过第一反应器R1顶部出口的在线拉曼光谱检测器LM2的检测来分析丙烯醛是否完全反应，若未完全反应则对氢氰酸的量进行微调，以确保丙烯醛完全反应。
(2)ACA产品的制备
从第一反应器R1顶部出来的含丙烯醛氰醇的反应液由第二反应器R2下部的各级分别加入，酯化剂送入第二反应器R2下部的第1级，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，控制第二反应器R2内的反应温度为20～60℃，优选为30～50℃；反应物在第二反应器R2内的的停留时间为0.5～2h。
经过在第二反应器R2的中上部设置的在线拉曼光谱检测器LM3的检测，对含ACA反应液中的丙烯醛氰醇和酯化剂的含量进行分析，由此可以计算残余丙烯醛氰醇与酯化剂的摩尔比，并确定酯化剂的补加量。补加的酯化剂与丙烯醛氰醇在第二反应器R2的上部继续反应，使丙烯醛氰醇充分转化。经第二反应器R2顶部出料管路上的在线拉曼光谱检测器LM4来分析丙烯醛氰醇是否完全反应，如果未完全反应，则通过丙烯醛氰醇或酯化剂的残留量对酯化剂的量进行微调，以确保丙烯醛氰醇完全反应。
将含ACA的反应液通入蒸发器R3进行减压蒸馏，用于加热的热介质(如蒸汽)从下部进入，从顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品，将ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，从塔顶得到提纯的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
图1中的控制器为在线拉曼光谱的控制器。
下面结合实施例进一步说明本发明，但这并不限制本发明的保护范围。
在以下实施例和比较例中，产品ACA的纯度的测试方法采用气相色谱法；且产品ACA的收率采用下式来计算：
产品ACA的收率＝产品对应丙烯醛的摩尔数/原料丙烯醛摩尔数
实施例1
根据图1所示流程图进行1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的连续制备。其中：
R1为直径0.1m、高1m的多级搅拌反应器，总级数10级，
R2为直径0.1m、高1.1m的多级搅拌反应器，总级数10级，
R3为刮膜蒸发器，
R4为减压精馏塔。
(1)丙烯醛氰醇的制备
丙烯醛以85.0g/min、催化剂N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐以1.8g/min由第一反应器R1底部连续加入，氢氰酸以40.0g/min的总量分别从第一反应器R1下部的1-5级中加入，使丙烯醛与氢氰酸进行反应，其中的1～3级的反应温度控制在-5℃左右，4～5级的反应温度控制在0℃左右，自第一反应器R1下部起的第6～10级的反应温度依次控制在10℃、20℃、25℃、30℃、35℃左右，反应物的总停留时间约为1h。
经过在第一反应器R1的第7级设置的在线拉曼光谱检测器LM1的检测，确定丙烯醛已转化96.2％，残余氢氰酸与丙烯醛的摩尔比为1:1.33，据此计算需要补加的氢氰酸的量为0.5g/min，补加的氢氰酸与丙烯醛在第一反应器R1的第8～10级继续反应，使得丙烯醛充分转化。经过第一反应器R1顶部出口的在线拉曼光谱检测器LM2的检测，含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛的含量已低于检出限，确定丙烯醛基本反应完全。
(2)ACA产品的制备
从第一反应器R1出来的含丙烯醛氰醇的反应液由第二反应器R2下部的1～5级分别加入，醋酸酐以149.1g/min送入第二反应器R2下部的第1级，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，反应温度控制在50℃，反应物的停留时间约为0.5h。
经过在第二反应器R2的第7级设置的在线拉曼光谱检测器LM3的检测，确定丙烯醛氰醇的转化率为96.6％，残余丙烯醛氰醇与醋酸酐的摩尔比为1.23:1，计算需要补加的醋酸酐的量为1.2g/min，补加的醋酸酐与丙烯醛氰醇在第二反应器R2的第8～10级继续反应，使丙烯醛氰醇充分转化。经第二反应器R2顶部出料管路上的在线拉曼光谱检测器LM4检测，ACA反应液中丙烯醛氰醇的含量已低于检出限，确定丙烯醛氰醇基本反应完全。
将含ACA的反应液通入刮膜蒸发器R3进行减压蒸馏，从刮膜蒸发器R3的顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品。ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，塔顶以184.9g/min得到含量为99.91％的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
按照丙烯醛计算，得到收率为99.3％的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯。
实施例2
根据图1所示的流程图进行1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的连续制备。其中：
R1为直径0.1m、高1.5m的多级搅拌反应器，总级数15级，
R2为直径0.2m、高3.2m的多级搅拌反应器，总级数15级，
R3为刮膜蒸发器，
R4为减压精馏塔。
(1)丙烯醛氰醇的制备
丙烯醛以255.0g/min、催化剂N,N-二甲氨基吡啶柠檬酸盐以2.7g/min由第一反应器R1底部连续加入，氢氰酸以120.0g/min的总量分别从第一反应器R1下部的1～8级中加入，使丙烯醛与氢氰酸进行反应，其中的1～4级的反应温度控制在-5℃左右，5～8级的反应温度控制在5℃左右，自第一反应器R1下部起的第9～15级的反应温度依次控制在10℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃左右，反应物的总停留时间约为0.5h。
经过在第一反应器R1的第10级设置的在线拉曼光谱检测器LM1检测，确定丙烯醛已转化96.8％，残余氢氰酸与丙烯醛摩尔比为1:1.27，据此计算需要补加的氢氰酸的量为0.4g/min，补加的氢氰酸与丙烯醛在第一反应器R1的第11～15级继续反应，使得丙烯醛充分转化。经过第一反应器R1顶部出口的在线拉曼光谱检测器LM2的检测，含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛的含量已低于检出限，确定丙烯醛基本反应完全。
(2)ACA产品的制备
从第一反应器R1出来的含丙烯醛氰醇的反应液由第二反应器R2下部的1～8级分级加入，醋酸酐以447.2g/min送入第二反应器R2下部的第1级，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，反应温度控制在30℃，反应物的停留时间约为2.0h。
经过在第二反应器R2的第10级设置的在线拉曼光谱检测器LM3的检测，确定丙烯醛氰醇的转化率为96.9％，残余丙烯醛氰醇与醋酸酐的摩尔比为1.21:1，计算需要补加的醋酸酐的量为2.9g/min，补加的醋酸酐与丙烯醛氰醇在第二反应器R2的第11～15级继续反应，使丙烯醛氰醇充分转化。经第二反应器R2顶部出料管路上的在线拉曼光谱检测器LM4检测，含ACA反应液中丙烯醛氰醇的含量已低于检出限，确定丙烯醛氰醇基本反应完全。
将含ACA的反应液通入刮膜蒸发器R3进行减压蒸馏，从刮膜蒸发器R3的顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品。ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，塔顶以556.7g/min得到含量为99.89％的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
按照丙烯醛计算，得到收率为99.6％的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯。
实施例3
根据图1所示流程图进行1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的连续制备。其中：
R1为直径0.1m、高2.0m的多级搅拌反应器，总级数20级，
R2为直径0.2m、高3.6m的多级搅拌反应器，总级数20级，
R3为刮膜蒸发器，
R4为减压精馏塔。
(1)丙烯醛氰醇的制备
丙烯醛以566.7g/min、催化剂N,N-二甲氨基吡啶己二酸盐以1.2g/min由第一反应器R1底部连续加入，氢氰酸以266.7g/min总量分别从第一反应器R1下部的1～12级中加入，使丙烯醛与氢氰酸进行反应，其中的1～6级的反应温度控制在0℃左右，7～12级的反应温度控制在5℃左右，自第一反应器R1下部起的第13～20级的反应温度依次控制在10℃、20℃、25℃、25℃、30℃、30℃、35℃、40℃左右，反应物的总停留时间约为0.3h。
经过在第一反应器R1第14级设置的在线拉曼光谱检测器LM1检测，确定丙烯醛已转化97.2％，残余氢氰酸与丙烯醛摩尔比为1:1.35，据此计算需要补加的氢氰酸的量为2.6g/min，补加的氢氰酸与丙烯醛在第一反应器R1的第15～20级继续反应，使得丙烯醛充分转化。经过第一反应器R1顶部出口的在线拉曼光谱检测器LM2的检测，含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛的含量已低于检出限，确定丙烯醛基本反应完全。
(2)ACA产品的制备
从第一反应器R1出来的含丙烯醛氰醇的反应液由第二反应器R2下部的1～12级分级加入，醋酸酐以996.6g/min送入第二反应器R2下部的第1级，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，反应温度控制在40℃，反应物的停留时间约为1.0h。
经过在第二反应器R2的第14级设置的在线拉曼光谱检测器LM3的检测，确定丙烯醛氰醇的转化率为97.3％，残余丙烯醛氰醇与醋酸酐的摩尔比为1.26:1，计算需要补加的醋酸酐的量为7.0g/min，补加的醋酸酐与丙烯醛氰醇在第二反应器R2的第15～20级继续反应，使丙烯醛氰醇充分转化。经第二反应器R2顶部出料管路上的拉曼光谱检测器LM4检测，含ACA反应液中丙烯醛氰醇的含量已低于检出限，确定丙烯醛氰醇基本反应完全。
将含ACA的反应液通入刮膜蒸发器R3进行减压蒸馏，从刮膜蒸发器R3的顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品。ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，塔顶以1237g/min得到含量为99.83％的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
按照丙烯醛计算，得到收率为99.5％的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯。
比较例1
根据图1所示流程图进行1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的连续制备。其中：
R1为直径0.1m、高1m的多级搅拌反应器，总级数10级，
R2为直径0.1m、高1.1m的多级搅拌反应器，总级数10级，
R3为刮膜蒸发器，
R4为减压精馏塔。
(1)丙烯醛氰醇的制备
丙烯醛以85.0g/min、催化剂三乙胺以0.15g/min由第一反应器R1底部连续加入，氢氰酸以40.0g/min的总量分别从第一反应器R1下部的1-5级中加入，使丙烯醛与氢氰酸进行反应，其中的1～3级的反应温度控制在-5℃左右，4～5级的反应温度控制在0℃左右，自第一反应器R1下部起的第6～10级的反应温度依次控制在10℃、20℃、25℃、30℃、35℃左右，反应物的总停留时间约为1.5h。
经过在第一反应器R1的第7级设置的在线拉曼光谱检测器LM1的检测，确定丙烯醛已转化90.2％，残余氢氰酸与丙烯醛的摩尔比为1:1.45.据此计算需要补加的氢氰酸的量为0.6g/min，补加的氢氰酸与丙烯醛在第一反应器R1的第8～10级继续反应，使得丙烯醛充分转化。经过第一反应器R1顶部出口的在线拉曼光谱检测器LM2的检测，含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛的含量已低于检出限，确定丙烯醛基本反应完全。
(2)ACA产品的制备
从第一反应器R1出来的含丙烯醛氰醇的反应液由第二反应器R2下部的1～5级分别加入，醋酸酐以149.1g/min送入第二反应器R2下部的第1级，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，反应温度控制在50℃，反应物的停留时间约为0.5h。
经过在第二反应器R2的第7级设置的在线拉曼光谱检测器LM3的检测，确定丙烯醛氰醇的转化率为91.6％，残余丙烯醛氰醇与醋酸酐的摩尔比为1.76:1，计算需要补加的醋酸酐的量为5.2g/min，补加的醋酸酐与丙烯醛氰醇在第二反应器R2的第8～10级继续反应，使丙烯醛氰醇充分转化。经第二反应器R2顶部出料管路上的在线拉曼光谱检测器LM4检测，ACA反应液中丙烯醛氰醇的含量已低于检出限，确定丙烯醛氰醇基本反应完全。
将含ACA的反应液通入刮膜蒸发器R3进行减压蒸馏，从刮膜蒸发器R3的顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品。ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，塔顶以184.9g/min得到含量为84.78％的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
按照丙烯醛计算，得到收率为82.6％的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯。
比较例2
(1)丙烯醛氰醇的制备
丙烯醛以85.0g/min、催化剂N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐以1.8g/min由常规搅拌反应器(替代R1)底部连续加入，氢氰酸以40.0g/min的总量分别从常规反应器下部加入，反应物的总停留时间约为1.5h。
(2)ACA产品的制备
得到的含丙烯醛氰醇的反应液由常规搅拌反应器(替代R2)下部加入，醋酸酐以149.1g/min送入该反应器下部，并且与含丙烯醛氰醇的反应液混合并反应，反应温度控制在50℃，反应物的停留时间约为0.5h。
将含ACA的反应液通入刮膜蒸发器R3进行减压蒸馏，从刮膜蒸发器R3的顶部除去反应副产物醋酸，并从底部得到ACA粗品。ACA粗品由精馏塔R4的下部送入以进行减压精馏，塔顶以185.9g/min得到含量为91.44％的ACA产品，塔底为催化剂与少量副产物的混合物，可以通过中和、萃取、成盐后回收套用。
按照丙烯醛计算，得到收率为89.6％的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯。
从以上实施例1-3和比较例1-2可以看出，根据本发明的实施例1-3，产品1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的收率(按照丙烯醛计算)可以达到99.3％以上，纯度可以达到99.83％以上。而在比较例1中，其与实施例1采用相同的多级搅拌第一反应器R1和第二反应器R2，但是未采用本发明的催化剂，其产品1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的收率仅为82.6％，纯度仅为84.78％。在比较例2中，其未采用本发明的多级搅拌第一反应器R1和第二反应器R2，仅采用与实施例1相同的催化剂，其产品1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的收率为89.6％，纯度为91.44％。

Claims (10)

1.一种1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其包括以下步骤：
(1)使氢氰酸和丙烯醛在第一催化剂的存在下反应，得到含丙烯醛氰醇的反应液；
(2)使得到的所述含丙烯醛氰醇的反应液与酯化剂在第二催化剂的存在下反应，得到含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液；
所述第一催化剂和所述第二催化剂相同或不同，且各自独立地为N,N-二甲氨基吡啶羧酸盐，优选为N,N-二甲氨基吡啶甲酸盐、N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丙酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁酸盐、N,N-二甲氨基吡啶戊酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己酸盐、N,N-二甲氨基吡啶辛酸盐、N,N-二甲氨基吡啶癸酸盐、N,N-二甲氨基吡啶草酸盐、N,N-二甲氨基吡啶柠檬酸盐、N,N-二甲氨基吡啶苹果酸盐、N,N-二甲氨基吡啶丁二酸盐、N,N-二甲氨基吡啶己二酸盐、和N,N-二甲氨基吡啶癸二酸盐中的一种或多种；更优选为N,N-二甲氨基吡啶乙酸盐。
2.根据权利要求1所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，
所述步骤(1)中，所述氢氰酸与丙烯醛的摩尔比为1～1.02:1，所述第一催化剂的加入量的摩尔数为丙烯醛的加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％；
所述步骤(2)中，所述酯化剂与丙烯醛氰醇的摩尔比为1～1.02:1，所述第二催化剂加入量的摩尔数为丙烯醛加入量的摩尔数的0.05～2％，优选为0.1～1％。
3.根据权利要求1或2所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述酯化剂选自酰氯和酸酐的至少一种；其中所述酰氯包括乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、乙酰溴或苄基氯；所述酸酐包括醋酸酐、丙酸酐或丁酸酐。
4.根据权利要求1-3任一项所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(1)的反应在第一反应器中进行，
并且所述步骤(1)中还包括，在所述第一反应器的中上部检测所述含丙烯醛氰醇的反应液中丙烯醛和氢氰酸的残余量，并且在所述第一反应器的顶部出口检测所述含丙烯醛氰醇的反应液中残余丙烯醛的含量。
5.根据权利要求1-4任一项所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(2)的反应在第二反应器中进行，
并且所述步骤(2)中还包括，在所述第二反应器的中上部检测所述含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液中丙烯醛氰醇与酯化剂的含量，和在所述第二反应器的顶部出口检测所述含1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的反应液中丙烯醛氰醇的残余量。
6.根据权利要求4或5所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(1)和步骤(2)中的各检测均采用在线拉曼光谱进行。
7.根据权利要求4所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(1)中，所述第一反应器内从下部到上部，反应温度升高。
8.根据权利要求4所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(1)中，所述第一反应器的下部温度为-10～10℃，优选为-5～5℃；上部温度为10～50℃，优选为20～40℃；反应物在所述第一反应器内的停留时间为0.1～2h，优选为0.3～1h。
9.根据权利要求5所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述步骤(2)中，所述第二反应器内的反应温度为20～60℃，优选为30～50℃；反应物在所述第二反应器内的停留时间为0.5～2h。
10.根据权利要求4或5所述的1-氰基-2-丙烯基乙酸酯的制备方法，其中，所述第一反应器和第二反应器各自采用多级搅拌反应器，且所述第一反应器和第二反应器的搅拌级数各自为6～30级，优选各自为10～20级。
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