TW200829548A - Process for preparing alpha-hydroxycarboxylic acids - Google Patents

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200829548 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種α -羥基羧酸酯之工業規模製備方 法。特別地，本發明係關於一種如申請專利範圍第一項之 前文之製備α -羥基羧酸酯之連續方法。 【先前技術】 α -羥基羧酸酯是丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯，下文稱 爲（甲基）丙烯酸烷酯之工業規模合成中之有價値的中間 體。（甲基）丙烯酸烷酯轉而在製備聚合物及與其他可聚 合化合物之共聚物中發現其主要應用領域。 製備（甲基）丙烯酸酯之慣用方法的回顧可發現於文 獻，例如 Weissermel, Arpe “Industrielle organische Chemie” [Industrial Organic Chemistry], VCH, Weinheim 1 994, 4th edition, p. 3 0 5 ff.或 Kirk Othmer uEncyclopedia of Chemical Technology”，3rd edition，Vo 1. 15， p. 357 ° 當欲合成甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯時，2-羥基異丁酸甲酯（=MHIB )作爲α -羥基羧酸酯，是其製 備之重要中間體。 此形式之方法由ΕΡ 0 945 423得知。在此，揭示一種 製備α -羥基羧酸酯之方法，其包含在液相中觸媒存在下 令α -羥基羧醯胺與醇反應，同時藉著將所形成之呈氣體 形式之氨移入氣相中，反應溶液中氨濃度保持在0.1重量 -5- 200829548 %或更小。 爲了將呈氣體形式之氨自反應溶液中移入氣相中，彼 自反應溶液中被蒸餾出。就此而論，反應溶液被加熱至沸 騰及/或汽提用氣體（亦即惰性氣體）被吹泡以經過該反 應溶液。 EP G 94 5 423所揭示之藉相關^ —羥基羧醯胺之醇解 作用以製備α -羥基羧酸酯之方法的缺點可以摘述如下： i·在ΕΡ 0 945 423中所揭示之方法變更中簡單地蒸 餾出氨是相當無效率的。此計畫之實施需要極有效之分離 塔且因此需要特別程度之技術複雜性。 ii·當另外或獨特地使用惰性汽提用氣體時，氨之移 除效率被改良，卻犧牲另外之方法成分，後者之處置含示 另外之複雜性。 iii·當使用α -羥基異丁醯胺及甲醇作爲反應物時， 在ΕΡ 0 94 5 423所揭示之條件下所形成之氨及殘留之甲醇 僅能及困難地彼此分離。 幾乎總是需要使用惰性氣體以移除氨及相關之另外之 流之額外處置（汽提用氣體/氨分離）之事實使得所建議 之程序在經濟上較不令人感興趣，這也反映在迄今仍缺乏 所揭示之方法之工業實施上。 【發明內容】 鑒於先前技藝，因此本發明之目的是提供一種製備α -羥基羧酸酯之方法，其可以簡單及不昂貴之方式進行。 -6 - 200829548 本發明之另外目的是提供一種可極具選擇性地獲得α -羥基羧酸酯的方法。 此外，本發明之目的是提供一種製備α -羥基羧酸酯 的方法，其中不得到副產物或僅得到少量副產物。同時， 應盡可能高產率地獲得產物且整體視之有低的能量消耗。 藉著具有如申請專利範圍第1項之所有特徵之方法， 可以達成此目的及另外目的，後者未明確地闡述但可經由 引用由本文中所討論之相關敘述立即地推演或辨識。依本 發明之方法之合適的變更受申請專利範圍第1項之依附項 所保護。 本發明因此提供一種製備α -羥基羧酸酯之連續方法 ，其中經反應之反應物是α -羥基羧醯胺與醇，在觸媒存 在下獲得包含α -羥基羧酸酯、氨、未轉化之α -羥基羧 酸酯及醇以及觸媒之產物混合物，其中該方法特徵在於 a’）包含作爲反應物之α -羥基羧醯胺、醇及觸媒之 反應物流被送入壓力反應器中； b’）在壓力反應器中於高於1巴至1〇〇巴之壓力範圍 內反應物流彼此反應； c’）步驟b’）所得且包含α -羥基羧酸酯、未轉化之 α -羥基羧醯胺、氨、醇及觸媒之產物混合物由壓力反應 器排出；及 d’）藉著恆定保持於高於1巴之壓力下，且無須藉助 於另外之汽提媒介，將氨蒸餾出以將產物混合物之醇及氨 除去。 200829548 本發明之方法可以達成以下優點尤其： •令人意外地’由本發明之反應所得之氨可相當低複 雜性地且容易地自醇（例如甲醇）中移除，後者用於α -羥基羧醯胺之醇解作用或甲醇解作用。這是可能的，即使 是醇（亦即甲醇）及呈溶解形式之氨在慣用條件下僅能極 困難地彼此分離。 •在分離時，氨已呈極純淨之形式被獲得且因此可在 不同方法中被再使用，而無須另外之純化步驟。醇亦以呈 適於方法之品質來獲得且可再循環，例如，入製備方法中 〇 •同時，本發明之方法避免使用輔助劑以移除氨；特 別地，不需使用惰性氣體以作爲氨之汽提媒介。因此，在 依本發明之方法中，沒有獲得較大量之另外的惰性氣流， 其依序必須自氨中除去。 •依本發明之方法提供高產率及純度之α -羥基羧酸 酯。在與ΕΡ-Α-0945423中所述之方法相比時，以上特別 真確，在後項方法中，α -羥基羧醯胺被施予醇解作用而 成爲α -羥基羧酸酯，同時於液相中保持極低流通的氨濃 度。令人意外地，已發現：壓力結合簡單蒸餾/精餾作用 的使用不僅能免除以惰性氣體汽提之額外步驟，也使液相 能耐受較高之氨濃度，卻沒有犧牲較高之整體選擇性。 •同時，副產物之形成異常地低。此外，特別是考慮 高選擇性時，達成高轉化率。 •本發明之方法也具有極低之形成副產物傾向。 -8- 200829548 •此外’依本發明之方法可以不昂貴地執行，特別是 需極低之能量。同時，用於α -羥基羧醯胺之醇解的觸媒 可以被長期地使用’且不減低選擇性及活性。在此方面， 觸媒具有高壽命。 •最後，本發明之方法可以特別有利地以工業規模進 行。 在本發明之方法中，α -羥基羧酸酯藉著在觸媒存在 下令α -羥基羧醯胺與醇反應而製備。 在本發明之反應中所用之α -羥基羧醯胺類典型包括 所有在羧醯胺基之α位置上具有至少一羥基之羧醯胺類。 羧醯胺依次在技術領域中是慣用的知識。典型地，這 些據了解是指明具有式-CONR’R”-基團的化合物，其中R’ 及R”個別獨立是氫或具有1- 30個碳原子之基團，其特 別包含1 一 20，較佳是1 一 1 0且特別是1 一 5個碳原子。 羧醯胺可包含 1、2、3、4或更多個式-CON R’R”-基團。 這些特別包括式R(-C0NR’R”）n之化合物，其中R基團是 具有1 一 30個碳原子，特別是具有1 一 20，較佳是具有1 一 10，特別是具有1 一 5且更佳是具有2 - 3個碳原子之基 團，R’及R”個別如以上所定義者，及η是1-10，較佳是 1-4且更佳是1或2範圍內之整數。 “具有1至30個碳原子之基團”之表不法指明具有1 至30個碳原子之有機化合物基團。除了芳族及雜芳族基 團之外，彼也包括脂族及雜脂族基團，例如烷基、環烷基 、環烷氧基、環烷硫基及烯基。所述之基團可以是分枝或 -9 - 200829548 未分枝的。 依本發明，芳族指明較佳具有6至2 0，特別；| 至12個碳原子之單-或多環芳族化合物之基團。 雜芳族指明芳基，其中至少一個CH基團已被 替，或至少二個鄰接之CH基團已被S、NH或Ο 〇 依本發明較佳之芳族或雜芳族基團衍生自苯、 苯、二苯醚、二苯基甲烷、二苯基二甲基甲烷、聯 二苯基颯、噻吩、呋喃、吡咯、噻唑、噁唑、咪哇 唑、異噁唑、吡唑、1，3，4 —噁二唑、2，5 —二苯基 一噁二唑、1，3,4一噻二唑、1,3,4一***、2,5-二 1，3,4 一 ***、1，2,5 —三苯基—1，3,4 一 ***、1，2,4 唑、1，2,4 一噻二唑、1，2,4一 ***、1，2,3 — ***、 —四唑、苯並[b]噻吩、苯並[b]呋喃、吲哚、苯並 、苯並[c]呋喃、異吲哚、苯並噁唑、苯並噻唑、 唑、苯並異噁唑、苯並噻二唑、苯並吡唑、苯並噻 二苯並呋喃、二苯並噻吩、咔唑、吡啶、二吡啶、 B比哗、丨密D定、噠嗪、1，3，5 -三曉、1，2，4 一三嗪、 一三曉、四曝、喹啉、異喹啉、陸π惡啉、嗤11坐啉、 1，8 —萘啶、1，5 -萘啶、1，6 -萘啶、1,7 -萘啶、 吡啶並嘧啶、嘌呤、蝶啶或喹嗪、4Η 一喹嗪、二 蒽、苯並吡咯、苯並噁噻二唑、苯並嚼二唑、苯並 苯並吡嗪、苯並噠嗪、苯並嘧啶、苯並三嗪、 indolizine)、吡啶並吡啶、咪唑並嘧啶、吡嗪並 I具有6 N所代 所代替 萘 '聯 苯酮、 、異噻 —1，3,4 苯基--噁二 1，2,3,4 [c]噻吩 苯並咪 二嗤、 吡嗪、 1,2,4,5 噌啉、 酞嗪、 苯醚、 吡啶、 吲嗪（ 嘧啶、 -10- 200829548 咔唑、吖啶、吩嗪、苯並喹啉、吩噁嗪、吩噻嗪、π丫陡曉 、苯並蝶啶、菲繞啉及菲，每一者可隨意地被取代。 較佳之烷基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丨一丁 基、2 - 丁基、2-甲基丙基、特丁基、戊基、2〜甲基丁 基、1，1 一二甲基丙基、己基、庚基、辛基、Usd —四 甲基丁基、壬基、1 一癸基、2—癸基、十一院基、十二院 基、十五烷基及廿烷基。 較佳之環烷基包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基 、環庚基及環辛基，每一者可隨意地被分枝或未分枝之烷 基所取代。 較佳之烯基包括乙烯基、烯丙基、2 —甲基一 2-丙嫌 基、2- 丁烯基、2-戊烯基、2-癸烯基及2—廿碳烯基 〇 較佳之雜脂族包括上述較佳之烷基及環烷基，其中至 少一個碳單元已被0、S或NR8或NR8R9基團所代替，且 R8及R9個別獨立地是具有1至6個碳原子之烷基，具有 1至6個碳原子之烷氧基或芳基。 依本發明，羧醯胺最佳具有分枝或未分枝之烷基或烷 氧基（其具有1至20個碳原子，較佳具有1至12個，合 適具有1至6個，特別具有1至4個碳原子），及環烷基 或環烷氧基（其具有3至20個碳原子，較佳具有5至6 個碳原子）。 R基團可具有取代基。較佳之取代基包括鹵素、特別 是氟、氯、溴、及院氧基或經基。 -11 - 200829548 ^ -羥基羧醯胺類可單獨地或以二或三或更多之不同 α -翔基殘醯胺之混合物形式用於本發明方法中。特別較 佳之α -羥基羧醯胺類包括α —羥基異丁醯胺及/或以一 羥基異丙醯胺。 在依本發明方法之改良中，也特別令人感興趣地使用 藉酮類或醛類及氫氰酸之偕醇腈合成所得之α -羥基竣醯 胺類。在第一步驟中，羰基化合物，例如酮類，特別是丙 酮，或醛類如乙醛、丙醛、丁醛與氫氰酸反應以得到特別 之偕醇腈。特別較佳是以典型方式使用少量之鹼或氨作爲 觸媒以令丙酮及/或乙醛反應。在另外之步驟中，由此所 得之偕醇腈與水反應以得到α —羥基羧醯胺。 此反應典型在觸媒存在下進行。用於此目的之適合的 觸媒特別是例如 ΕΡ-Α-0945429、ΕΡ-Α-056 1 6 1 4 及 ΕΡ-Α-0545 697中所述之氧化錳觸媒。氧化錳可呈二氧化 錳形式被使用，後者藉著在酸性條件下用高錳酸鉀處理硫 酸錳（參考 Biochem. J·，50, p. 43 (1 95 1 )及 J.Chem. Soc·， 1 953，ρ· 2189，1 95 3 )或藉著在水溶液中電解氧化硫酸錳 而獲得。通常，在很多情況中使用具有適合粒子尺寸之粉 末或顆粒形式的觸媒。此外，觸媒可應用至載體。特別地 ，也可能使用所謂之漿液反應器或固定床反應器，其也可 以滴流床操作且特別被描述於ΕΡ-Α-956 898中。此外， 水解反應可藉酵素來催化。適合之酵素包括腈水解酵素。 此反應舉例描述於 “Screening Characterization and Application of Cyanide-resistant Nitrile Hydratases” Eng. 200829548

Life. Sci. 2004，4，No· 6中。此外’水解反應可被酸，特 別是硫酸所催化。此特別詳述於JP Hei 4- 1 93 845中。 可成功地用於本發明之方法中之醇類包括精於此技藝 者所熟悉之所有醇類及在特定之壓力及溫度條件下在醇解 作用中能與α -羥基羧醯胺類反應之醇類的先質化合物。 較佳是藉著使用醇（其較佳包含1至10個碳原子，更佳 包含1至5個碳原子）之醇解作用以轉化α -羥基羧醯胺 。較佳之醇類包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，特別是正丁 醇及2—甲基一 1—丙醇、戊醇、己醇、庚醇、2 —乙基己 醇、辛醇、壬醇及癸醇。所用之醇更佳是甲醇及/或乙醇 ，甲醇是極特別適合的。原則上也可能使用醇之先質。例 如，可使用甲酸烷酯。甲酸甲酯或甲醇與一氧化碳之混合 物是特別是適合的。 在本發明之內容中，α -羥基羧醯胺與醇間之反應是 在壓力反應器中進行。原則上，此據了解是指一種在反應 期間能保持提高之壓力的反應室。在本文中，提高之壓力 意指高於大氣壓之壓力，亦即特別是高於1巴之壓力。在 本發明之內容中，壓力可在高於1巴至低於或等於100巴 之範圍。無可避免地，照著所作之陳述，在本發明之α -羥基羧醯胺之反應/醇解二作用期間及在將氨自反應混合 物除去期間之壓力皆是高於大氣壓或高於1巴。特別地， 此意味：在反應時所形成之氨也在高於1巴之壓力下自混 合物中蒸餾出，同時完全地避免使用輔助劑例如用於蒸餾 除去氨之汽提用氣體。 -13- 200829548 在本發明之內容中，產物混合物不僅被除去氨也除去 未轉化之醇。特別是在使用甲醇以供醇解作用之情況中， 結果是產物混合物特別包含成分氨及醇，後二者原則上極 難以彼此分離。在最簡單之情況中，產物混合物藉直接以 物質混合物之形式將氨及醇二成分自產物混合物除去以排 除氨及醇。此二物質而後進行下游分離操作，例如進行精 餾作用。另一方面，在本發明之內容中也可能在一操作中 / 將該二成分醇（甲醇）及氨自產物混合物中除去，同時也 將該二成分氨及醇（甲醇）彼此分離。 在本發明之一較佳方法改良中，特別令人感興趣地是 :反應步驟及自產物混合物除去氨/醇之步驟在空間上是 彼此分離的且是在不同單元中進行。爲此目的，例如一或 多個壓力反應器可被提供且這些可以用壓力蒸餾塔來連接 。這些是安排在蒸餾/反應塔外部之分離區域中的一或多 個反應器。 I 就最廣泛意義而言，此包括製備α-羥基羧酸酯之連 續方法，其中經反應之反應物是α 一羥基羧醯胺與醇，於 觸媒存在下，獲得包含α -羥基羧酸酯、氨、未轉化之^ -羥基羧醯胺及醇、及觸媒之產物混合物；該方法其特徵 在於 a’）包含作爲反應物之α -羥基羧醯胺、醇及觸媒之 反應物流被送入壓力反應器中； b’）在壓力反應器中於高於1巴至1〇〇巴之壓力範圍 內反應物流彼此反應； -14- 200829548 C ’）步驟b ’）所得且包含α -羥基羧酸酯、未轉化之 α -羥基羧醯胺及觸媒之產物混合物由壓力反應器排出； 及 d’）藉著恆定保持於高於1巴之壓力下，將氨蒸餾出 以將產物混合物之醇及氨除去。 依以上所做之陳述，想像特別適合之方法改良： b’l)反應物在壓力反應器中於5巴至70巴之壓力範 圍內彼此反應； b’2)步驟b’l)所得之產物混合物減壓至其壓力低於 壓力反應器中之壓力且高於1巴； c ’ 1 )步驟b ’ 2 )所得之經減壓之產物混合物送入蒸餾 塔中； d’ 1 )經由蒸餾塔之頂部蒸餾出氨及醇，蒸餾塔中壓 力保持於高於1巴且低於1 0巴之範圍內； d’2)步驟d’l)所得之已除去氨及醇且包含α -羥基 羧酸酯、未轉化之α -羥基羧醯胺及觸媒的產物混合物由 塔排出。 在此方法變更中，反應物之反應及氨/醇之除去是在 二個不同之空間分離的單元中進行。換言之，反應器/反 應室及用以自產物混合物除去氨/醇之分離單元是彼此分 離的。此之優點是反應物之反應及隨後之氨/醇之除去可 以利用不同之壓力範圍。將本方法分成在相較於壓力塔中 之分離步驟中更高之壓力下之壓力反應器中之反應步驟（ =步驟皆在提高之壓力，亦即高於1巴之壓力下進行）， -15- 200829548 會以無法立即預測之方式，完成迄今在依本發明方法之第 一變更中所述之優點之外，亦再次顯著改良分離作用且增 加氨/醇混合物之除去效率。 即使進一步藉著使用分離塔（壓力蒸餾塔）之塔底中 已除去氨及醇之產物混合物將壓力反應器內之反應重複一 或多次，可以改良所述之品質特徵，反應步驟變遷至串聯 連接之多個壓力反應器。 就此而論，極特佳是一種方法變更，其特徵在於： e5)步驟d’2)中所排出之產物混合物被加壓至5至 70巴之壓力範圍； f’）按照步驟e 5 )之方式被加壓的混合物被送入供反 應用之另外壓力反應器中且使之再次反應；及 g’）重複如上列之步驟b’2) 、c’l) 、d’l)及d’2) ο 因此，特別令人感興趣的是：除去氨及醇之混合物自 第一蒸餾塔之塔底之上的盤中引流出，加壓至比蒸餾塔中 者更高之壓力，而後送入第二壓力反應器，在此處於提高 之壓力及溫度之作用下之另一反應以得經二次反應之產物 混合物後，彼被減壓成比第二壓力反應器中者更低且高於 1巴之壓力，而後再循環入第一蒸餾塔中低於進行第二壓 力反應器之送料之盤且高於第一蒸餾塔之塔底，其中氨及 醇再次經由塔頂蒸餾出以獲得二次除去氨及醇之混合物。 本方法步驟可以視需要重複，例如重複3至4次是特 佳的。就此而論，較佳是一種方法，其特徵在於壓力器中 -16- 200829548 之反應，經反應之混合物之減壓，送料入第一蒸飽塔，在 第一蒸餾塔中氨及醇之除去，經除去之混合物的引流，加 壓及經除去之混合物送入另外之壓力反應器被重複一次以 上以在壓力蒸餾塔之塔底得到產物混合物，其中氨及醇已 按照串聯連接之壓力反應器之數目η除去η次。η可以是 大於〇之正整數。η較佳在2至10之範圍內。 合適之方法改良假設：以上定義之上述步驟e，）至 g’）被重複一次以上。 極特別之方法變更包括使用四個串聯連接之壓力反應 器以進行反應及除去四次以得到氨及醇被除去四次之產物 混合物。此方法變更因此特徵在於步驟e’）至g，）被重 複至少2次以上，以致反應整個在至少四個串聯連接之壓 力反應器中進行。 對於此特定之方法變更而言，已發現塔及反應器中不 同之溫度範圍是特別適合的。 例如，壓力蒸餾塔通常且較佳具有約5 0°C至約160°C 範圍內之溫度。按照現存之壓力條件典型藉沸騰系統建立 真實之溫度。 反應器中之溫度較佳是在約120 °C至240 °C之範圍內 。逐個反應器降低溫度是極特佳的，例如以3至1 5 °C之 降幅，較佳4至1 〇°C之降幅且及特別適合是5 t之降幅。 這對反應之選擇率有正面影響。 增加選擇率之另外之方法也包括逐個反應器減低反應 器體積。隨著減低反應器體積，轉化率增加，同樣地也獲 -17- 200829548 得經改良之選擇率。 如已在以上所述的，在塔中之某些點上將欲自壓力蒸 飽塔引流出之產物混合物引流出是有利的。就方向而言， 引流點與塔底之距離被用來作爲位置之相關陳述。在本發 明之內容中，在壓力反應器中每一進一步之反應後，在比 先前步驟C ’ 1 )之送料的送料點更密切接近蒸餾塔之塔底 之處送入步驟c ’ 1 )之經減壓之產物混合物，是特別適合 的。 在本發明之方法的醇解作用中所釋出之氨可以例如用 簡單的方式再循環至製備（甲基）丙烯酸烷酯之整個方法 中。例如，氨可與曱醇反應以得到氫氰酸。此於例如 EP- 1 -094 1 984中詳述。此外可以藉BMA或Andrussow方 法從氨及甲烷獲得氫氰酸，這些方法描述於Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry 5th edition on CD-ROM, under “Inorganic Cyano Compounds’’。氨同樣地可 以再循環至氨氧化方法中，例如由氨、氧及丙烯工業規模 合成丙嫌腈方法中。丙嫌腈合成描述於“Sohio Process” in Industrial Organic Chemistry by K. Weisermehl and H.-J. Arpe on page 3 07 ff 中。 反應溫度同樣地可以廣範圍地變化，反應速率通常隨 著溫度增加而增加。溫度上限通常隨著所用之醇的沸點上 升。反應溫度較佳在40至300 °C，更佳在120至240 °C之 範圍內。 對於本發明而言，在一變更中可以使用多階段抗壓反 -18- 200829548 應性蒸餾塔，其較佳具有二或多個分離的階段。在本發明 中分離階段之數目係指盤塔中盤之數目或在具有結構塡充 之塔或具有無規塡充之塔情況中之理論板數目。 具有盤之多階段蒸餾塔之實例包括例如泡罩盤、篩盤 、隧道式罩盤、閥盤、狹縫盤、狹縫篩盤、泡罩篩盤、噴 射盤、離心盤者；對於具有無規塡充之多階段蒸餾塔而言 爲例如 Raschig 環、Lessing 環、Pall 環、Berl 鞍、 Intalox鞍者；及對於具有結構塡充之多階段蒸餾塔而言 爲例如 Mellapak ( Sulzer ) 、Rombopak ( Ktihni)、

Montz-Pak ( Montz )及具有觸媒包之結構塡充例如Kata-Pak 者 ° 同樣地可以使用具有盤區、無規塡充區或結構塡充區 之組合之蒸餾塔。 除去氨之產物混合物特別包含所要之α -羥基羧酸酯 。對於酯之另外之離析及純化而言，在合適之方法改良中 ，可能經由蒸餾塔底引流出已除去氨之產物混合物且將之 送至另外之第二蒸餾塔，其中醇經由塔頂蒸出以獲得除去 氨及醇之混合物且較佳再循環至反應器。 爲了進一步將α -羥基羧酸酯自已除去氨及醇之混合 物中離析且回收，較佳是一種方法，其中已除去氨及醇之 混合物經由另外之蒸餾塔底部被排出且送至又一個另外的 蒸餾塔內，在此α -羥基羧酸酯經由頂部被蒸出且由此所 得之除去氨、醇及α _羥基羧酸酯之混合物若合適在另外 之醇化步驟後再循環入反應器。經由塔頂所得之α _羥基 -19- 200829548 羧酸酯產物是極純的且例如可以極有利地送至另外之反應 步驟以獲得（甲基）丙烯酸烷酯。 如所列出者，蒸餾裝置較佳具有至少一已知爲反應器 之區域，其中提供至少一觸媒。此反應器如所述較佳可以 在蒸餾塔內。 在本發明之內容中，已發現：所列出之程序可容忍大 範圍之定量比例的反應物。例如，醇解作用可以在相對於 α -羥基羧醯胺爲相當大之醇過量或缺乏之情況下進行。 特別較佳是以下方法，其中在醇對α -羥基羧醯胺之起初 莫耳比例於1 : 3至20 : 1之範圍內進行反應物之反應。 該比例極特別適合是1 : 2至1 5 : 1，且更適合是1 : 1至 10:1° 較佳是以下方法，其特徵在於所用之α -羥基羧醯胺 是羥基異丁醯胺且所用之醇是甲醇。 依本發明之反應是在觸媒之存在下進行。例如藉鹼性 觸媒可以加速反應。這些包括均質觸媒及非均質觸媒。 用於進行依本發明之方法之極特別令人感興趣之觸媒 是水安定性鑭系化合物。使用此型之均質觸媒於本發明之 方法是新穎的且得到令人意外之有利結果。“水安定”一詞 意指在水之存在下該觸媒仍保持其催化性。因此，本發明 之反應可以在至多2重量％之水之存在下進行而不致顯著 破壞觸媒之催化能力。在本文中，“顯著”之表示法意指以 沒有水存在之反應爲基準計反應速率及/或選擇率至多減 低 50%。 -20- 200829548 鑭系化合物係指 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd 、Td、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及/或Lu。較佳是使用包 含鑭之鑭系化合物。 鑭系化合物較佳在2 5 °C下具有至少1克/升，較佳 至少10克/升之水溶解度。 較佳之鑭系化合物是氧化態爲3之鹽類。 特別較佳之水安定性鑭系化合物是La(N03)3及/或 LaCl3。這些化合物可呈鹽形式添加至反應混合物或在原 位上形成。 對本發明而言，可以有利地是當至多1 0重量％，較 佳至多5重量％且更佳至多1重量％之反應相中所存在之 醇經由氣相從反應系統中除去。此方式使反應能特別便宜 地進行。 可成功地用於本發明中之另外的均質觸媒包括鈦、錫 及鋁之鹼金屬烷氧化物及有機基金屬化合物。較佳是使用 烷氧化鈦或烷氧化錫，例如四異丙基氧化鈦或四丁基氧化 錫。 特別之方法變更包括使用包含鈦及/或錫及α -羥基 羧醯胺之可溶性金屬錯合物作爲觸媒。 本發明方法之另外特定之改良是：所用之觸媒是三氟 甲烷磺酸之金屬鹽。較佳是使用三氟甲烷磺酸之金屬鹽， 其中該金屬選自元素週期表之1、2、3、4、11、12、13 及14族元素。在這些中，較佳是使用金屬相當於一或多 種鑭系化合物之三氟甲烷磺酸之金屬鹽。 -21 - 200829548 除了均質催化作用之較佳變更之外，在相同條件下使 用非均質觸媒之方法也是適合的。可成功地被使用之非均 質觸媒包括氧化鎂、氧化鈣及鹼性離子交換劑及類似者。 例如，較佳是觸媒爲包含至少一種選自以下之元素的 不溶性金屬氧化物的方法：Sb、Sc、V、La、Ce、Ti、Zr 、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Fe、Co、Ni 、Cu、A1、Si、Sn、Pb 及 Bi。 可選擇地，較佳是所用之觸媒爲選自以下之不溶性金 屬的方法：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、 Co、Ni、Cu、Ga、In、Bi 及 Te。 本發明之變更的一般方法操作係參考圖1。 在一特佳之具體表現中，醇解作用，較佳是甲醇解作 用可在如圖1中所示之壓力精餾塔及數個壓力反應器之組 合中進行。羥基異羧醯胺，例如羥基異丁醯胺經由管線（ 1 )，連同經由管線（2 )之甲醇及經由管線（3 )之甲醇 /觸媒混合物一同經管線（4 )被送至反應器（R-1 )。在 上述反應條件下，由羥基異羧酸酯及氨、未轉化之羥基異 _醯胺及甲醇、觸媒及微量副產物所組成之反應混合物在 反應器（R-1 )中形成。在離開反應器（R-1 )之後，此混 合物被減壓至較低之壓力且經由管線（5 )通入壓力塔（ 1 )。此塔較佳配備有結構塡充物。氨在此與一部分之 甲醇自反應混合物中分離出且在塔頂獲得爲餾出物。較高 沸點之成分、羥基異羧酸酯、副產物及未轉化之羥基異丁 _胺與其餘之甲醇被引回以離開此塔，加壓至反應器壓力 -22- 200829548 且送至第二壓力反應器（R-2 )。反應較佳在四個串聯連 接之壓力反應器（R-1至R_4 )中進行。經由塔底離開該 塔（K-1 )之反應混合物由羥基異羧酸酯、微量副產物及 羥基異丁醯胺組成。彼經由管線（9 )通入蒸餾塔（K-2 ) 中。在此獲得呈餾出物形式之羥基異羧酸酯且經由管線（ 1 0 )引流出。羥基異羧醯胺/觸媒混合物經由塔底離開該 塔（K-2 )且部分經由管線（12 )及（4 )返回至第一壓力 反應器（R-1)中。部分流（11)送至薄膜型蒸發器（D-1 )中。這使得醯胺、高沸點副產物及觸媒之混合物可經由 管線（13 )排出。 所得之呈塔（K-1 )之餾出物形式的氨/甲醇混合物 被加壓且經由管線（1 4 )送至另外之塔（K-3 )。此舉將 在塔頂所得之純氨與甲醇分離，該甲醇經由管線（1 5 )及 (4)再循環至第一壓力反應器（R-1)。 反應條件，—塔+4個外部反應器 溫度[°C ] 120-240 反應器壓力[巴] 5-70 塔壓力[巴] 1-10 Ι1(：Η3 0Η:Η 醯胺 1:3-20:1 本發明將在下文中參考實例以詳述。 【實施方式】 實例1 在由反應物送料及連續攪拌槽反應器所組成之實驗室 -23- 200829548 級測試裝置中，1 5 7克/小時之具有〇 · 8重量％觸媒含量的 甲醇/觸媒混合物及35克/小時之α -羥基異丁醯胺在48 小時之實驗時間內被送入。使用La(N03)3作爲觸媒以進 行反應。所形成之產物混合物藉氣相層析術來分析。以α -羥基異丁醯胺爲基準之α -羥基異丁酸甲酯的莫耳選擇 率是98.7%，且發現產物混合物中之氨濃度是〇·7重量％ 實例2 — 7 : 表 1顯示以MeOH: ΗΙΒΑ=14: 1之反應物莫耳比例 ，但在不同之溫度及滯留時間下在所述之測試裝置中所進 行另外之實例。 表1 實施例 反應溫度 [°C ] 滯留時間 『mini 對MHIB之選擇率 Γ%1 重量％ ΓΝΗ31 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 0.79 1 表1明確顯示：ΜΗΙΒ ( α -羥基異丁酸甲酯）之選 擇率不僅依反應器中反應混合物之氨濃度而定，亦依反應 參數一滯留時間及溫度而定且因此依真實之反應控制而定 • 24· 200829548 實例8 : 在所述之實驗室級測試裝置中，在4 8小時之實轉日寺 間內連續計量入具有1·〇重量％之觸媒含量之甲醇/觸媒 混合物及α -羥基異丁醯胺’其莫耳比例爲7 : i。在75 巴之壓力及220C之反應溫度與5分鐘之滯留時間下轉化 成MHIB及氨。使用La(N〇3)3作爲觸媒以進行反應。所 形成之產物混合物藉氣相層析術來分析。以α 一經基異丁 醯胺爲基準之α -羥基異丁酸甲酯之莫耳選擇率是99% ，且發現產物混合物中氨濃度是0.63重量％。 實例9 一 1 2 : 在所述之實驗室級測試裝置中，在4 8小時之實驗時 間內連續計量入具有0.9重量％之觸媒含量之甲醇/觸媒 混合物及α -羥基異丁醯胺，其莫耳比例爲1〇: 1。在75 巴之壓力及200及220 °C之反應溫度與5分鐘或10分鐘 之滯留時間下轉化成MHIB及氨。使用La(N03)3作爲觸 媒以進行反應。所形成之產物混合物藉氣相層析術來分析 。以α -羥基異丁醯胺爲基準之α -羥基異丁酸甲酯之莫 耳選擇率％及產物混合物中氨濃度列於表2中。 -25- 200829548 表2 : 實施例 反應溫度 滯留時間 對MHIB之選擇率 重量％ [°c ] [min] ί%1 [NH31 9 200 5 97 0.429 10 220 5 98 0.73 11 200 10 98 0.544 12 220 10 96 0.889 【圖式簡單說明】 圖1顯示壓力精餾塔及數個壓力反應器之組合。 【主要元件符號說明】 1至16 :管線 R-1至R-4 :壓力反應器 K-1至K-3 :壓力塔 D-1 :薄膜型蒸發器 -26-

Claims (1)

1. 200829548 十、申請專利範圍 1. 一種製備α -羥基羧酸酯的連續方法，其中經反 應之反應物是α -羥基羧醯胺與醇，於觸媒之存在下獲得 包含α -羥基羧酸酯、氨、未轉化之α -羥基羧醯胺及醇 、觸媒之產物混合物；其特徵在於 a’）包含作爲反應物之α -羥基羧醯胺、醇及觸媒之 反應物流被送入壓力反應器中； b’）在壓力反應器中於1巴至100巴之壓力範圍內反 應物流彼此反應； c ’）步驟b ’）所得且包含α -羥基羧酸酯、未轉化之 α -羥基羧醯胺及觸媒以及氨和醇之產物混合物由壓力反 應器排出；及 d’）藉著恆定保持於高於1巴之壓力下，且無須藉助 於另外之汽提媒介，將氨蒸餾出以將產物混合物之醇及氨 除去。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中 b’l)反應物在壓力反應器中於5巴至70巴之壓力範 圍內彼此反應； b’2)步驟b’l)所得之產物混合物減壓至其壓力低於 壓力反應器中之壓力且高於1巴； c’l)步驟b’2)所得之經減壓之產物混合物送入蒸餾 塔中； d’l )經由蒸餾塔之頂部蒸餾出氨及醇，蒸餾塔中壓 力保持於高於1巴且低於1 〇巴之範圍內；及 -27- 200829548 d’2)步驟d’l)所得之已除去氨及醇且包含α 一羥基 羧酸酯、未轉化之α -羥基羧醯胺及觸媒的產物混合物由 塔排出。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中 e ’）步驟d ’ 2 )中所排出之產物混合物被加壓至5至 70巴之壓力範圍； f’）按照步驟e ’）之方式被加壓的混合物被送入供反 應用之另外壓力反應器中且使之再次反應；及 g ’）重複如申請專利範圍第2項之步驟b ’ 2 ) 、c ’ 1 ) 、d，l )及 d，2 )。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中步驟e，）至 g ’）重複不止一次。 5 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中步驟e，）至 g ’）重複至少二次以上，以使反應在全部至少四個串聯的 壓力反應器中進行。 6 ·如申請專利範圍第3至5項中任一項之方法，其 中在壓力反應器中每一進一步的反應後，步驟c，l)之經 減壓的產物混合物以基於先前步驟c ’ 1 )之進料的進料議占 更密切鄰接於蒸餾塔底之方式被送入。 7.如申請專利範圍第1項之方法，其中反應物之反 應是在醇對α -羥基羧醯胺之起始的莫耳比例於1 : 3 g 20 : 1之範圍內進行。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中使用至少〜 種α -羥基羧醯胺。 -28- 200829548 9.如申請專利範圍第1項之方法，其中使用^ 一經 基異丁醯胺及/或α -羥基異丙醯胺。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中所用之α — 羥基羧醯胺是α -羥基異丁醯胺，及所用之醇是甲醇。 11·如申請專利範圍第1項之方法，其中反應是在 1 20 — 240°C之溫度範圍內進行。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中反應物之反 應停留時間是1至3 0分鐘範圍內。 1 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中反應是藉由 至少一種水安定性鑭系化合物予以催化。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該鑭系化 合物是鹽類。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3或1 4項之方法，其中使用 呈III氧化態之鑭系化合物。 1 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鑭系化合 物具有至少1 0克/升之水溶解度。 17.如申請專利範圍第1項之方法，其中該鑭系化合 物包含鑭。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之方法，其中該鑭系化 合物包含La(N03)3或LaCl3。 1 9.如申請專利範圍第i項之方法，其中所用之觸媒 是包含鈦及/或錫及α -羥基羧醯胺之可溶性金屬錯合物 〇 20·如申請專利範圍第1項之方法，其中所用之觸媒 -29- 200829548 是金屬 21 三氟甲 1 1、1 2 22 三氟甲 23 有至少 V、La 、Re、 24 選自T: 、C u、 三氟甲烷磺酸鹽。 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中使用金屬 烷磺酸鹽，其中金屬係選自週期表第1、2、3、4、 、：I 3及1 4族之元素。 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中使用金屬 烷磺酸鹽，其中金屬是一或多種鑭系金屬。 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該觸媒是含 一種選自以下金屬的不溶性金屬氧化物：Sb、Sc、 、Ce、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc Fe、Co、Ni、Cu、A卜 Si、Sn、Pb 及 Bi。 .如申請專利範圍第1項之方法，其中所用觸媒是 ί、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni Ga、In、Bi及Te之不溶性金屬。 -30-