一种2,2-二羟甲基丁酸的合成方法

专利名称：一种2,2-二羟甲基丁酸的合成方法
技术领域：
本发明属于化工领域，涉及2， 2-二羟甲基丁酸的合成方法。
背景技术：
2， 2-二羟甲基丁酸的结构式为
OH
2， 2-二羟甲基丁酸在一个季碳原子上分别连有两个羟甲基、 一个羧基和一个乙基。四 个基团在空间体积上的接近和季碳原子类似金刚石的共价结构，决定了该化合物对光和热 的相对稳定性；而二个反应性的官能团，使该分子既具有醇类、又具有酸类化合物的特性。 亲油性的碳骨架及亲水性的官能团结构使其具有独特的溶解特性，成为一种性能优异的交 联剂和有机中间体，有极其广泛的用途，从而引起应用领域科学家的广泛注意，相关的应 用报道逐年增加.有望取代现用的2， 2-二羟甲基丙酸成为新一代的绿色环保化学品。
另外由于2， 2-二羟甲基丁酸上的叔羧基没有保护，所以两个羟基容易和二异氰酸酯等 发生酯化反应，然后未反应的羧基经中和可实现整个化合物的水性化。利用这种特性，可 用于制备水溶性聚氨酯、环氧树脂等，也可用于水性涂料方面。由于2， 2-二羟甲基丁酸易 溶于以丙酮为代表的酮类溶剂，制备聚氨酯时的操作性能好且2， 2—二羟甲基丁酸是一种 具有多官能团的新型功能性单体，在水溶剂以外的范围，其用途也正在日益扩大，应用于 水性环氧树脂、胶粘剂、涂饰剂等方面。
Paulis等使用铌酸(Nb205 tiH20)作为催化剂,进行丙酮气相羟醛縮合反应,发现反应产 物种类与催化剂酸性中心的的酸强度和酸度密切相关。研究表明，铌酸催化剂表面的Br《 nsted酸性中心酸强度较强,在催化縮醛和缩酮的反应中,具有很好的催化活性,选择性和稳定 性。
Dumitriu等将具有不同酸性的MFI沸石用于低碳醛的气相羟醛縮合反应，通过改变催 化剂中Si与三价铁,调节Brosted酸性中心的酸强度和酸度，结果发现表面酸强度的增强,可以 促进低碳酸气相羟醛縮合反应的进行,提高反应转化率。
1901年，Kochl等人利用甲醛和丙醛，在碱的催化作用下进行羟醛縮合反应，制备出2,2-二羟甲基丙醛，再用羟氨将其转成肟，再由乙酸酐处理，变成二乙酰腈，然后水解得到2，2-二羟甲基丙酸。这种方法步骤多，理论收率为12% (Koch.2,2-二羟甲基垸酸的制备.Monatsh. Chem. W01,22 ,443-59)。
1999年，日本学者高野捻等(JP11-130719， JP11-228478)研究了以2, 2-二羟甲基烷醛 为原料，在低级醇、酮、醋酸酯或水作溶剂，5atm的条件下，使用空气进行氧化，2,2-二羟 甲基垸酸的克分子收率可达到65.7%(以2,2-二羟甲基垸醛计)。此法的氧化剂便宜，且氧化
过程中又没有加入金属催化剂，有助于降低产品的灰份，具有较强的工业价值。但反应要 在一定压力下进行，成本较高。
1999年，日本的齐藤秀史(JP11-228490)报道了2， 2-二羟甲基丁酸的合成。方法为:甲 醛和丁醛縮合生成2,2-二羟甲基丁醛，然后用双氧水氧化成2,2-二羟甲基丁酸。整个工艺包 括六个工程，其中在垸酸回收工程中需加入47%的硫酸，用以去除縮合催化剂氢氧化钠中含 有的钠离子，还需加入甲基异丁基酮作为晶析溶剂。2, 2-二羟甲基丁酸的收率也仅为45%(以 转化的丁醛为基准)。
2000年，黑龙江省化学工业学校的张伟光(张伟光，马明军.2,2-二羟甲基丁酸的合成工 艺研究.齐齐哈尔大学学报.2000,16(4)， 77-78)发表了2， 2-二羟甲基丁酸的合成工艺研究文 章。合成方法为:以甲醛和丁醛为主要原料，以三乙胺作缩合反应的催化剂，经羟縮合及氧 化两步反应，合成了2,2-二羟甲基丁酸，产品摩尔总收率为54.8%。文章中确定的适宜氧化 温度高达95C 。反应条件苛刻，产率低。
CN02103245公开了一种通过氧化三羟甲基烷制备2， 2-二羟甲基烷酸的方法，但反应要 在较高的温度下进行，而且需要贵金属催化剂，成本较高。
上述方法都会导致较高的副产物含量，从而使2,2 二羟甲基丙酸或2,2 二羟甲基丙酸的 产率下降。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种副产物少、产率高的2， 2—二羟甲基丁酸的合 成方法。
本发明提供一种2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，包括下列步骤
1) 在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催 化剂，甲醛和催化剂的比例为l: 0.02 1: 0.08，摩尔比；
2) 丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2:1 2.2:1，摩尔比；
3) 启动搅拌，控制PH二10 11、温度为25 4(TC，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持 pH在10-11继续反应3 6h;
4) 反应结束后,加入适量的甲酸中和至pH二7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减 压蒸熘(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
5) 步骤4)的产物加入水，加热至50'C-7(TC，加入氧化剂氧化，反应4 6小时；
6) 0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶， 得到2，2-二羟甲基丙酸白色晶体。
所述甲醛为37%的甲醛水溶液或多聚甲醛。
所述催化剂选自Ba(OH)2、 Na2C03(固体)、三乙胺与Na2C03(固体)的混合物、或三乙 胺与Ba(OH)2的混合物。催化剂优选三乙胺与Na2C03(固体)的混合物或三乙胺与Ba(OH)2 的混合物。
所述氧化剂为过氧化氢或氧气。
优选的，步骤5)中，缓慢滴加30%过氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为0.9: l
1.2: 1;
优选的，步骤5)中，以重量空速20-35g/h向四口瓶中输入氧气。未反应的氧气从反应
体系逸出，排入大气。
优选的，步骤5)中，所述的水为蒸馏水，加入量为步骤4)所得溶液体积的2 — 3倍， 体积比。
优选的，步骤4)中用甲基异丁基酮萃取三次，除去副反应产物甲基丙烯醛。萃取剂与 母液的体积比为l: 1，萃取时间为10分钟，静置后分两层，将下层的水相放出。
更优选的，甲基异丁基酮相含少量的2， 2-二羟甲基丙醛，用水反向萃取三次，合并得 粘稠状液体2， 2-二羟甲基丙醛。
步骤6)所述的重结晶，使用95%乙醇为重结晶溶剂。
本发明的选用复合催化剂进行縮合反应，反应条件温和、产率高、副反应少，而且PH 容易控制，非常适合大规模生产。氧化步骤使用氧气或过氧化氢，副反应少，氧化效率高， 成本低。
发明详述
1)2， 2-二羟甲基丁醛的制备(羟醛縮合反应)
化学反应方程式是
在理论上酸、碱都能够催化此反应的进行，但是在实际的实验室制备及生产过程中选 用碱性催化剂，由于在酸性条件下，正丁醛易于脱去小分子水。 实验大体操作步骤
(1) 在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和
催化剂，甲醛和催化剂的比例为l: 0.02 1: 0.08，摩尔比；
(2) 丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2:1 2.2:1，摩尔比；
(3) 启动搅拌，控制PH二10 11、温度为25 40'C，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保 持pH在10-11继续反应3 6h;
(4) 加入适量的甲酸中和至pH二7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压蒸馏(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
所述甲醛为37%的甲醛水溶液或多聚甲醛。
对于縮合反应，催化剂的选自非常重要。文献报道的催化剂很多，但普遍比较昂贵， 而且反应后难以除去。我们试验了多种催化剂，最后吃惊的发现，NaC03、 Ba(0H)2、三乙 胺与NaC03的混合物、或三乙胺与Ba(OH)2的混合物作为催化剂，不仅具有优良的催化效 果，而且反应残存的NaC03、 Ba(OH)2容易除去，副产物少。
由于氢氧化钠作为催化剂反应速度较快，PH值不好控制在10左右，副反应多，从而 加大了实际操作时的工作量；氢氧化钙的固体颗粒较易与空气中的C02生成碳酸钙，且其 颗粒较细，在减压蒸馏过程中不易分离；三乙胺在单独应用时，在适宜温度下易挥发，用 量大且PH不好控制。Ca(OH)2、 Ba(OH)2、三乙胺与Ca(OH)2的混合物、或三乙胺与Ba(OH)2
的混合物。催化剂选用三乙胺与Ca(OH)2的混合物、三乙胺与Na2C03(固体)的混合物或三 乙胺与Ba(OH)2的混合物。
Ba(OH)2在反应体系中的溶解度很低，仅溶解的那部分即可起到很好的催化作用，用量 少，反应速度快，产率高，但PH不易控制。反应完后，将Ba(OH)2不溶的部分过滤除去。三 乙胺和NaC03、 Ba(OH)2复合，可以更好控制PH，且产率高。
当用37%的甲醒时，反应时间为4h产率最高可达86.9。/。;当用多聚甲醛为反应原料时，其 他条件相同反应时间为511时产率可达90.7%。因为在反应的进行过程中，随着反应的进行， 多聚甲醛释放甲醛的速度较慢可以使之与正丁醛反应的更为充分，与此同时副反应也相应 的减少，提高了转化率，但反应时间要相应延长。
由于甲醛和丁醛在空气中可能被氧化成酸，以及康尼扎罗反应生成的副产物酸都可能 消耗掉一部分催化剂，引起pH的下降，所以催化剂用量不能太少。但催化剂加入量太多， 反应体系碱性极强，容易促进2， 2-二羟甲基丁醛的脱水反应，以及丁醛的自身缩合。因此 要选择恰当的催化剂用量。
甲醛和丁醛的縮合反应是一个动力学和热力学之间的平衡反应。甲醛与丁醛生成主产 物2, 2-二羟甲基丁醛的反应是由动力学控制的可逆反应:而副产物乙基丙烯醛则是热力学控 制的不可逆反应。随着反应的进行，主产品收率逐渐升高，当反应进行一定时间后，主产 品收率开始下降，副产物乙基丙烯醛则逐渐增加，最后达到一个平衡状态。因此，在反应 过程中，原料为37%甲醛时，反应的最佳时间为4h，原料为多聚甲醛时，反应的最佳时间要 相应延长。
首先用甲酸中和反应液中过量的碱，由于甲酸易于挥发且为甲醛氧化后的副产物，所 以用甲酸中和碱不仅可以防止在减压蒸馏时由于温度的升高,碱浓度的增大,必然会引起的 副反应。而且本方法采取在縮合反应完成后,向反应液中加入甲酸,中和碱性的措施,又可以抑 制在氧化反应时的副反应。减压蒸馏结束后,会有无机盐析出，除去无机盐,可使2 ,2-二羟甲基 丁酸易结晶,起到提前除去灰分的作用。 2) 2， 2-二羟甲基丁酸的制备
反应方程式如下<formula>formula see original document page 6</formula>
在氧化剂的选择方面氧气和H202均为廉价且产物无环保要求的优良试剂。 氧化反应机理
实验操作步骤(1)加70 100ml溶剂于制备的2,2-羟甲基丁醛，搅拌下加热到 50°C-70°C。 (2)缓慢滴加30%过氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为0.9:1 1.2:1;或以 重量空速20-35g/h向四口瓶中输入氧气，未反应的氧气从反应体系逸出，排入大气。然后后 继续反应4 6小时。(3) 0.4 0.8大气压下减压蒸馏浓縮反应液，得无色的油状产物。(4) 油状物经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，得到2，2-羟甲基丁酸晶体.
当氧化剂用量少时，氧化反应无法进行完全，并且因縮合液中含有少量未除去的甲醛
和丁醛，以及中间副产物2-羟甲基丁醛，都易被氧化成相应的酸，这也要消耗部分过氧化 氢，故过氧化氢要适当过量。但用量过多，又存在目的产物2,2-二羟甲基丁酸与过氧化氢的 副反应，所以双氧水与DMB的摩尔比超过1.1时，产率有明显的下降。
当水的加入体积为DMB的三倍时，得到产品的最高摩尔收率为68.3%。水量过多或过 少，都将降低产物收率。这是因为2,2-二羟甲基丁醛为极性很强的分子，当质量百分数较大 时，2,2-二羟甲基丁醛可能以聚合体的状态存在，这就使原本由于受a位两个羟甲基的影响 而难于被氧化的2,2-二羟甲基丁醛更难被氧化。加入适当量的水，由于水的空间位阻很小， 更易与醛分子形成氢键，改变了2,2-二羟甲基丁醛的聚集态，使以分子状态存在，有利于亲 核反应的进行。DMB的氧化为一放热反应，反应加适量的水稀释利于扩大散热的效果，防 止温度过高，从而减少副反应，水量过多则降低分子间的碰撞机会，从而降低了反应速率。 故应选择一个最佳的水量。
由于2,2-二羟甲基丁醛氧化比较困难，如果反应时间过短，氧化反应进行不完全；但如 果氧化时间过长，随着产物2， 2-二羟甲基丁酸在反应体系中浓度的上升，被氧化物2,2-二 羟甲基丁醛浓度相对下降，减少了与过氧化氢分子碰撞的机会，且过量的双氧水会与2， 2-二羟甲基丁酸进一步反应产生过氧化物，使产率下降。 3) 2， 2-二羟甲基丁酸的提纯与析晶
减压蒸馏蒸去大部分的水和部分甲酸丁酸等副产物，将油状液体置于O'C下等待结晶。 由于反应物、中间产物及目的产物都是含醛基的化合物，除能够发生醛的自身縮合反应、 各种各样的交叉羟醛缩合反应外，还能发生进一步的康尼扎罗反应，这些副反应的存在不 可避免地使产品中含有一定量的副产物，最简单有效的方法之一就是重结晶。
重结晶过程:秤取一定量的粗产品放入锥形瓶中，先加入少量的水或乙醇，加热到沸腾， 然后逐渐地添加溶剂，加入后，再加热煮沸，直到固体全部溶解为至。然后慢慢地冷却结 晶。必要时再重结晶一次。
具体实施例方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。 实施例l
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入37%的甲醛
水溶液和催化剂，甲醛和催化剂的比例为l: 0.02，摩尔比；所述催化剂为Ba(0H)2;
丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH二ll、温度为25'C，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在ll继续 反应3h;
反应结束后,加入适量的甲酸中和至pH=7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；用甲基异丁基酮萃取三次，除去副反应
产物甲基丙烯醛。萃取剂与母液的体积比为1: 1,萃取时间为10分钟，静置后分两层，将
下层的水相放出。甲基异丁基酮相含少量的2， 2-二羟甲基丙醛，用水反向萃取三次，合并 得粘稠状液体2， 2-二羟甲基丙醛。
上述产物加入水，加入量为所得溶液体积的2倍，体积比。加热至5(TC,缓慢滴加30%
过氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为0.9: 1 1.2: 1;反应4小时；
0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，使用 95%乙醇为重结晶溶剂。得到2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率80%,相对丙醛的摩尔产 率(以下同)。 实施例2:
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入多聚甲醛和
催化剂，所述为Na2C03(固体)；多聚甲醛和催化剂的比例为1: 0.06，摩尔比；
丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2.1:1,摩尔比；
启动搅拌，控制PH二IO、温度为4(TC，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在10继 续反应4h;
反应结束后,加入适量的甲酸中和至pH=7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
上述产物加入蒸馏水，加入量为所得溶液体积的3倍，体积比。加热至7(TC，缓慢滴
加30%过氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为1.2: 1;反应5小时；
6) 0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶， 使用95%乙醇为重结晶溶剂。得到2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率84.2%
多聚甲醛的摩尔数按甲醛单体计算。 实施例3
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催化 剂，所述催化剂为三乙胺与Na2C03(固体)的混合物；甲醛和催化剂的比例为l: 0.04，摩尔 比；
丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2.2:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH40、温度为35'C，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在10继 续反应5h;
反应结束后,加入适量的甲酸中和至pH=7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.S大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；用甲基异丁基酮萃取三次，除去副反应
产物甲基丙烯醛。萃取剂与母液的体积比为1: 1，萃取时间为10分钟，静置后分两层，将
下层的水相放出。甲基异丁基酮相含少量的2， 2-二羟甲基丙醛，用水反向萃取三次，合并 得粘稠状液体2， 2-二羟甲基丙醛。
上述产物加入蒸馏水，加入量溶液体积的3倍，体积比。加热至6(TC，以重量空速30g/h 向四口瓶中输入氧气。未反应的氧气从反应体系逸出，排入大气。反应5小时；
0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、千燥、重结晶，得到 2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率86.8%
所述甲醛为37%的甲醛水溶液。 实施例4
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催化 剂，所述催化剂为三乙胺与Ba(OH)2的混合物；甲醛和催化剂的比例为l: 0.08，摩尔比； 丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁酸的比例为2.2:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH二10.5、温度为3(TC，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在110.5
继续反应6h;
反应结束后，加入适量的甲酸中和至PH = 7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
上述产物加入水，加入量为所得溶液体积的3倍，体积比。加热至55'C，以重量空速
20g/h向四口瓶中输入氧气。未反应的氧气从反应体系逸出，排入大气。反应6小时；
0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，使用 95%乙醇为重结晶溶剂。得到2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率87.2%。
所述甲醛为多聚甲醛，多聚甲醛的摩尔数按甲醛单体计算。 实施例5
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催化 剂，所述催化剂选自为三乙胺与Na2C03(固体)的混合物；甲醛和催化剂的比例为l: 0.06， 摩尔比；
丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁酸的比例为2.1:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH二10.5、温度为30'C，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在10.5 继续反应5h;
反应结束后，加入适量的甲酸中和至pH=7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.S大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；用甲基异丁基酮萃取三次，除去副反应
产物甲基丙烯醛。甲基异丁基酮与母液的体积比为1: 1，萃取时间为10分钟，静置后分两
层，弃去甲基异丁基酮相，将下层的水相放出，作为下步反应物。
上述产物加入水，加热至65'C，以重量空速35g/h向四口瓶中输入氧气。未反应的氧 气从反应体系逸出，排入大气。反应4小时；
0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，使用 95%乙醇为重结晶溶剂。得到2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率87.8%
所述甲醛为多聚甲醛，多聚甲醛的摩尔数按甲醛单体计算。 实施例6
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催化 剂，所述催化剂为三乙胺与Ba(0H)2的混合物；甲醛和催化剂的比例为l: 0.04，摩尔比； 丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2.2:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH二ll、温度为35'C，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在ll继续 反应4h;
反应结束后,加入适量的甲酸中和至pH=7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸熘(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
上述产物加入水，加入量为溶液体积的3倍，体积比。加热至7(TC，缓慢滴加30%过 氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为1: l;，反应6小时；
0.6大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，使用95 %乙醇为重结晶溶剂。得到2,2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率88.2%
所述甲醛为37%的甲醛水溶液。 实施例7:
在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入多聚甲醛和 催化剂，所述催化剂为三乙胺与Ba(0H)2的混合物；甲醛和催化剂的比例为l: 0.06，摩尔
比；
丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2.2:1，摩尔比；
启动搅拌，控制PH二IO、温度为4(TC，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在10继 续反应6h;
反应结束后，加入适量的甲酸中和至pH二7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压 蒸馏(0.4 0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；
先把縮合液直接减压蒸馏，在l个真空度下减压蒸馏除去大部分水以及部分甲醛、丁醛、 2—乙基丙烯醛，再在釜液中加入同体积的甲醇，充分摇匀后，在40mmHg减压蒸馏。此后， 在釜液中加入0.5倍体积的甲醇，减压蒸馏，重复操作3次。上述操作保持釜液温度55'C以下， 以防止二轻甲基丁酸发生热变质
上述减压蒸馏所得到的釜液，加入l倍(体积比)的甲基异丁基酮，充分振荡，萃取。静 置，分层后，放出水相。在甲基异丁基酮相中加入相同体积的水，居烈震荡8分钟，静置， 分为两层，放出下层的水相。再对甲基异丁基酮相按相同的方法进行二次反萃取。合并三 次萃取得到的水相，用于下一步的氧化。
上述产物加入水，加入量为溶液体积的3倍，体积比。加热至60'C，缓慢滴加30%过 氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为1.1: l;，反应4小时；
0.4 0.8大气压下减压蒸馏除去未反应物，经冷却、结晶、过滤、干燥、重结晶，使用 95%乙醇为重结晶溶剂。得到2，2-二羟甲基丙酸白色晶体。产率85.7% 实施例8: 2， 2-二羟甲基丁酸结构的表征
重结晶的产品进行了红外光谱分析，所得产品的红外谱图与标准谱图基本一致，主要 官能团的特征峰分布1456 cm"和1378 cm—1附近有吸收峰说明有甲基亚甲基存在，3330 cm"和1692 cm'1附近有吸收峰说明有伯羟基存在，3330 cm" ， 1693 cm'1和1246 cm"有 吸收带说明有羧基存在。
核磁共振谱图分析S=0.860 0、 898的三重峰为CH3CH2-的三个甲基H; 5=1.567 1.623的四重峰为CH3CH2-的二个亚甲基H; S=3.715 3.833的四重峰2个CH2-OH的四 个亚甲基H; S=5 6间的包峰为2个CH2-OH的二个与O相连的H，产生包峰的原因是由 于试样中含有微量的水，H与水间的存在动态离子平衡。在S-12左右应出现一峰是-COOH 的H，由于羧基氢活泼性较强所以有可能会成为氢离子分散到少量水中，故也有不出现的 可能性。
权利要求
1. 一种2，2—二羟甲基丁酸的合成方法，包括下列步骤1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250ml的四口瓶中加入甲醛和催化剂，甲醛和催化剂的比例为10.02～10.08，摩尔比；2)丙醛加于滴液漏斗中，甲醛和丁醛的比例为2:1～2.2:1，摩尔比；3)启动搅拌，控制PH＝10～11、温度为25～40℃，缓缓滴加丁醛，滴加完毕，保持pH在10-11继续反应3～6h；4)反应结束后，加入适量的甲酸中和至pH＝7，将反应物料加到一圆底烧瓶中，进行减压蒸馏(0.4～0.8大气压)，除去未反应的甲醛、丁醛；5)步骤4)的产物加入水，加热至50℃-70℃，加入氧化剂氧化，反应4～6小时；
2. 如权利要求1所述的2， 2—二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，所述甲醛为37% 的甲醛水溶液或多聚甲醛。
3. 如权利要求1所述的2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，所述催化剂选自 Ba(OH)2、 Na2C03(固体)、三乙胺与^2(303(固体)的混合物、或三乙胺与Ba(OH)2的混合物。 催化剂优选三乙胺与Na2C03(固体)的混合物或三乙胺与Ba(OH)2的混合物。
4. 如权利要求1所述的2， 2—二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，所述氧化剂为过 氧化氢或氧气。
5. 如权利要求4所述的2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，步骤5)中，缓 慢滴加30%过氧化氢溶液，过氧化氢与丙醛摩尔比为0.9: 1 1.2: 1,
6. 如权利要求4所述的2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，步骤5)中，以 重量空速20-35g/h向四口瓶中输入氧气。未反应的氧气从反应体系逸出，排入大气。
7. 如权利要求1所述的2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，歩骤5)中，所 述的水为蒸馏水，加入量为步骤4)所得溶液体积的2—3倍，体积比。
8. 如权利要求1所述的2， 2—二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，步骤4)用甲基 异丁基酮萃取三次，除去副反应产物甲基丙烯醛。甲基异丁基酮与母液的体积比为h 1， 萃取时间为10分钟，静置后分两层，弃去甲基异丁基酮相，将下层的水相放出，作为下步 反应物。
9. 如权利要求8所述的2， 2 — 二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，甲基异丁基酮相 含少量的2， 2-二羟甲基丁醛，用水反向萃取三次，合并得粘稠状液体2， 2-二羟甲基丁醛。
10. 如权利要求1所述的2， 2—二羟甲基丁酸的合成方法，其特征是，步骤6)所述 的重结晶，使用95%乙醇为重结晶溶剂。
全文摘要
本发明属于精细有机合成领域，本发明选用NaCO₃、Ba(OH)₂、三乙胺与NaCO₃的混合物、或三乙胺与Ba(OH)₂的混合物为催化剂，利用丁醛和甲醛经过羟醛缩合反应，在过氧化氢或氧气的氧化下制备2，2-羟甲基丁酸。本发明在碱性条件下制备2，2-羟甲基丁酸，副反应较少，2，2-羟甲基丁酸的产率较高，比较容易实现工业化。
文档编号C07C51/16GK101381299SQ20081015749
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者月 吴, 吴建国, 静 张, 房士敏, 王兰兰, 青 班, 秦小刚, 钱山巍 申请人:山东轻工业学院