技术领域：
本发明涉及一种制备用于化妆品、药物和家用产品中的高质量1-烷基甘油醚的方法。具体而言，本发明涉及一种制备1-(2-乙基己基)甘油醚的方法。
背景技术：
：作为具体的烷基甘油醚，1-(2-乙基己基)甘油醚(乙基己基甘油，旧名称为辛氧基甘油)是用于化妆品制剂的多功能添加剂，并注册为商品名SC50(Schülke&MayrGmbH，Norderstedt，FederalRepublicofGermany)主要用做除臭剂活性成分、护肤添加剂和用于选择的微生物活性成分的效果促进剂。根据现有技术，乙基己基甘油是如下制备的：2-乙基己基缩水甘油醚与低级链烷酮(例如丙酮)进行路易斯酸催化的反应得到2,2-二烷基-4-(2-乙基己基氧基-甲基)二氧戊环，并随后进行酸性水解(例如用硫酸)和分馏。这种方法形成了工业合成乙基己基甘油的基础。此方法不可避免地在多于一个阶段中进行，在技术上是复杂的，容易受到干扰(例如在所用原料的不同初始级别的情况下)，并通常导致产物的不愉快气味，产物必须进而提纯，这是复杂的。现有技术中已知用于制备烷基甘油醚的其它方法是：1.甘油与烷基卤化物在碱的存在下反应，2.醇与甘油在酸性催化剂的存在下反应，和3.醇与缩水甘油用酸性或碱性催化剂反应。这些方法有许多缺点：-制备过程不能以选择性方式进行；-形成不需要的副产物，它们会不利地影响产率、颜色和气味，并且具有不可接受的毒性作用；这些副产物必须通过蒸馏分离，这是复杂的，-处理原料存在风险，例如缩水甘油(2,3-环氧基丙醇-1)对皮肤和呼吸道具有相当大的局部刺激作用，引起严重的眼睛损伤，并且在经常接触的情况下可能出现皮炎和过敏症状，-产生高的盐含量，-产生大量的废物产品，其不能利用，并因此必须丢弃，这是昂贵的，-最终产品的质量对于化妆品或药物应用而言是不足的，和-需要有时昂贵的设备和高的保养花费(例如在加压反应的情况下)。根据JP6025053，为了制备烷基甘油醚，在第一阶段中，将乙酸加入缩水甘油醚和水中。所得的中间体然后在第二阶段中处理以获得最终产物。在这里，在第一阶段中，优选使用5-7mol的水，基于定量的缩水甘油醚计。水的存在导致较长的反应时间和低的时空产率。根据JP6025053的公开内容，使用小于3mol水/mol缩水甘油基化合物导致形成高沸点的副产物和所需烷基缩水甘油醚的低产率。根据JP58134049，在第一阶段中，缩水甘油醚与酸酐在酸的存在下反应，例如路易斯酸，优选在20-40℃下进行。形成了二酰化的缩水甘油醚。然后水解。在第一阶段中，需要严格的温度控制。此外，酸酐必须过量使用，这是不经济的。根据JP2002114727，为了制备甘油醚，先加入羧酸、碱和水的混合物，加入缩水甘油醚，并打开环氧基。在此方法中，优选使用10mol水/mol缩水甘油醚，因此此方法也具有低反应速率和低时空产率。所以，需要一种改进的制备1-烷基甘油醚的方法，例如乙基己基甘油，此方法不存在现有技术的缺点，是更经济可行的，尤其能获得高质量的产品。技术实现要素：惊奇的是，现在发现1-烷基甘油醚可以通过具有明显优于现有技术的优点的方法以工业规模制备。在本发明方法的第一阶段(a)中，烷基缩水甘油醚与低级羧酸、它们的酯或酸酐反应并开环，得到酰基烷基甘油醚衍生物。在第二阶段(b)中，酰基分裂出去。所以，本发明涉及一种制备式(I)的1-烷基甘油醚的方法：其中，(a)将式(II)的烷基缩水甘油醚加入以下物质中：(x)具有1-10个碳原子的羧酸，(y)具有1-10个碳原子的羧酸的酯，和/或(z)具有1-10个碳原子的羧酸的酸酐，其中R是未支化或支化的C1-C24烷基，其中烷基可以被一个或多个羟基和/或C1-C4烷氧基取代，和/或烷基链可以被最多4个氧原子间隔，并且含有催化量强酸的低水含量的反应混合物在高于40℃的温度下反应，得到酰化烷基甘油醚，和(b)酰化烷基甘油醚进行反应以获得式(I)的烷基甘油醚。优选，本发明方法是在惰性气体中进行，例如在氮气氛中。在一个可能的实施方案中，根据本发明，可以将非最优纯的1-烷基甘油醚(例如来自先前生产工艺)加入阶段(a)和/或阶段(b)中，并进而通入处理操作。优选，在阶段(a)和(b)(以及尤其在制备1-(2-乙基己基)甘油醚期间)中，不使用额外的溶剂。在制备例如固体甘油醚期间或当使用固体或粘稠的缩水甘油醚时，可以加入惰性溶剂。阶段(a)在阶段(a)中，下式的缩水甘油醚被酰化，R优选是C3-C18烷基，更优选C6-C12烷基，最优选C8烷基，尤其是2-乙基己基。R的其它例子是例如丙基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、孟基、十八烷基、十六烷基和9-十八碳烯基。根据本发明，也可以使用具体缩水甘油醚的混合物。在一个优选实施方案中，用于酰化反应的羧酸(x)具有1-6个碳原子，优选1-3个碳原子，最优选1-2个碳原子。羧酸可以是单羧酸，尤其是甲酸或乙酸；二羧酸，尤其是琥珀酸或戊二酸；或羟基羧酸，尤其是乙醇酸或乳酸。羧酸酯(y)可以是甲酸酯或乙酸酯(例如在阶段(b)中蒸馏出去的酯)。羧酸酐(z)可以是乙酸酐或琥珀酸酐。也可以使用混合的酸酐，即两种不同羧酸的酸酐。本领域技术人员知道甲酸酐是未知的，但是甲酸和乙酸的混合酸酐是确实存在的。另外，可以使用(x)羧酸、(y)酯和/或(z)酸酐的混合物。优选式(II)的烷基缩水甘油醚与(x)羧酸、(y)酯和/或(z)酸酐之间的摩尔比是在1：0.5至1：10的范围内，优选1：1至1：3。特别优选此摩尔比是约1：2。本领域技术人员知道当使用酸酐时，主要获得二酰化的甘油醚，而当使用羧酸或酯时，主要形成单酰化的甘油醚。在阶段(a)中使用的强酸具有小于4的pKa值，优选小于3。为了本发明的目的，认为pKa值<4的羧酸(例如甲酸，pKa值＝3.75)是羧酸(x)，而不是强酸。这表示根据本发明，强酸的存在规定为不是羧酸。在阶段(a)中使用的强酸可以是非常强的无机酸，尤其是硫酸或盐酸；有机酸，尤其是烷基磺酸或芳基磺酸，或是固体或聚合的酸，尤其是酸性阳离子交换剂。优选使用低水含量的强酸，例如96％浓度的硫酸。也可以使用强酸的混合物。优选，阶段(a)在不存在卤代酸的情况下进行，例如盐酸，这是因为在存在卤代酸时，不能排除形成不需要(额外)的有机卤素化合物。烷基缩水甘油醚：羧酸的摩尔比优选是1：0.5至1：10，优选1：1至1：3，特别优选约1：2，或者特别优选约1：1。根据本发明，优选先加入强酸和羧酸，然后加入缩水甘油醚。在此实施方案中，强酸在反应混合物中的比例可以是0.01-10重量％，优选0.5-5重量％，特别优选1-3重量％，基于羧酸组分和强酸的混合物计。或者，此工序可以包括将强酸和缩水甘油醚混合，并将其加入羧酸中。但是，其中先加入缩水甘油醚和硫酸的实验导致更高比例的二聚物和聚合物。此外，产率显著更低(在粗产物中50％)，并最终不优选用例如浓硫酸加热缩水甘油醚。本发明方法的特征是在阶段(a)中缺少水。优选，在阶段(a)中的反应混合物含有小于1mol水/mol所用式(II)烷基缩水甘油醚，例如至多0.9mol、更优选至多0.7mol、最优选至多0.5mol的水，基于所用式(II)烷基缩水甘油醚的量计。用另一种方式表示，在阶段(a)中的水含量优选小于20重量％，更优选小于10重量％，尤其小于5重量％，例如小于4重量％，小于3重量％，小于2重量％，或尤其小于1重量％，基于反应混合物计(含有式(II)的缩水甘油醚以及(x)、(y)和/或(z)以及任选水)。2-乙基己基缩水甘油醚与甲酸按照1：2的摩尔比反应，当使用纯甲酸(纯度大于99重量％时)，以高产率产生了高质量产物。当使用含水甲酸(85重量％)时，产率与“纯”甲酸的反应相当，但是最终产物的气味有些差，但是整体上可以用于例如工业应用中。当使用含量为50重量％的甲酸(对应于水含量为25重量％或5.1mol水/mol缩水甘油醚)，产率和气味不能被接受。与含量大于80重量％、优选大于85重量％、尤其大于90重量％或大于95重量％、例如大于98重量％或大于99重量％的作为羧酸组分(x)的甲酸之间的反应因此获得比稀甲酸具有更好气味的最终产物，所以是优选的。阶段(a)中的反应优选在55-110℃范围内的温度下进行，更优选60-105℃，尤其是约65℃。优选，在本发明方法中，在阶段(a)中，此方法包括先加入羧酸、羧酸的酯和/或羧酸的酸酐，加入强酸，并将羧酸和强酸的混合物加热到50-120℃，优选55-110℃，最优选60-105℃，尤其是约65℃。然后加入式(II)的烷基缩水甘油醚，优选分份加入和尤其是滴加。在添加期间，在必要时进行搅拌，而混合物的温度是优选至少45℃，尤其是至少50℃，和/或优选不超过150℃、更优选120℃、最优选100℃。反应温度是例如约65℃，先加入甲酸，加入硫酸，将混合物加热到65℃，并在65℃下搅拌，加入缩水甘油醚，其中在冷却的同时控制添加使得反应温度不超过70℃。反应保持在尽可能低的温度下，从而避免甲酸可能分解成CO和水。在阶段(a)中，可以加入水结合剂，例如氯化钙、硫酸钠或硫酸镁，以及能结合水的多孔粒子，例如分子筛。因为羧酸酐(y)和羧酸酯(z)可能在应用时作为反应物结合水，所以优选不使用特殊的水结合剂。阶段(b)在阶段(b)中，酰化甘油醚进行反应以获得式(I)的1-烷基甘油醚。其中，可以在阶段(a)中处理酰化甘油醚，并然后将其用于阶段(b)中。但是，优选在阶段(b)中，来自阶段(a)的产物在不处理酰化甘油醚的情况下使用。在阶段(b)的一个优选实施方案中，这在下文中称为(b)(i)，反应是如下进行的：酰化烷基甘油醚用碱化剂在pH>7下水解，然后中和并分馏以获得式(I)的1-烷基甘油醚。1-烷基甘油醚的分离通过分馏进行。在阶段(b)(i)中的反应工序优选通过用含水碱金属氢氧化物在20-80℃的温度下水解酰化烷基甘油醚来进行。在方案(b)(i)中，可以用含水碱金属氢氧化物水解酰化烷基甘油醚(例如在室温或更高的温度下，例如40℃或80℃)。但是，本发明方法的阶段(b)(尤其是根据(b)(ii)，酰化甘油醚与醇进行酯交换，得到羧酸酯)也优选在低水含量的情况下进行，如下文所述。在另一个阶段(b)的优选实施方案中，下文中称为(b)(ii)，(优选酸催化的)反应是如下进行的；加入过量摩尔量的具有1-4个碳原子的脂族醇进行酯交换，并蒸馏出所得的由羧酸与脂族醇形成的烷基酯以及过量的脂族醇。在一个优选实施方案中，酰化甘油醚存在于反应容器中，并加入所述醇，这种操作的优点是反应产物原样保留在反应容器中。然后，在反应溶液中保留的催化量的强酸用碱化剂中和，然后此混合物进行分馏以获得式(I)的烷基甘油醚。本发明方法的实施方案(b)(ii)优于实施方案(b)(i)。在阶段(b)(ii)中，优选在低水含量条件下进行。在阶段(b)中的水含量优选小于20重量％，更优选小于10重量％，尤其小于5重量％，例如小于4重量％，小于3重量％，小于2重量％，或尤其小于1重量％，基于反应混合物计。在阶段(b)(ii)中，所用的脂族醇可以例如是乙醇或甲醇。在这里，甲醇是优选的。也可以使用脂族醇的混合物。阶段(b)(ii)中的反应工序可以进行使得在酯交换之前，将混合物冷却到低于脂族醇沸腾温度的温度(或者低于所形成的酯的沸腾温度)。在这里，此工序典型地包括在阶段(a)中加入全部量的缩水甘油醚之后，在反应结束时，在最佳的反应温度下进行后搅拌一定时间，例如1小时。仅仅当将反应混合物冷却(例如通过空气冷却或水冷却)到低于用于酯交换的醇(或形成的酯)的沸腾温度的温度时，在阶段(b)(ii)中的装置才能安全地操作。在蒸馏分离期间，在一步法的情况下，应当注意的是：在缩水甘油醚与例如羧酸(x)反应之后(＝阶段(a))，将醇加入酰化甘油醚中(＝阶段(b)(ii))。羧酸与醇形成的酯通过蒸馏从平衡中除去。如果酯交换已经完成和如果羧酸与醇形成的酯已经定量地蒸馏出去，则剩余的醇通过蒸馏除去。然后，催化量的强酸被中和。现在，1-烷基甘油醚可以进行蒸馏(例如真空下)。为了能有用地进行分离，羧酸与醇形成的酯应当具有比其它组分的沸点显著更低的沸点。这确保了这种酯能从平衡中除去，即发生酯交换。下面列举了醇和酯之间的沸腾温度差异：羧酸(x)醇酯△[K]1甲酸甲醇甲酸甲酯32甲酸乙醇甲酸乙酯251沸腾温度差异(b.p.醇-b.p.酯)对于沸腾温度差异△>20K，在此方法中通过蒸馏从平衡定量除去酯的操作是在经济上特别简单的。上表显示了作为在阶段(a)中的羧酸(x)，尤其优选甲酸是最合适的，并且作为阶段(b)(ii)中的醇，甲醇是最合适的。乙醇作为阶段(b)(ii)中的醇是另一个选择，但是成本较高，摩尔体积更大，因此对于相同的批料尺寸等而言产率较低，考虑到其较低的毒性。在一个特别优选的实施方案(下文称为一步法)中，酯交换(b)(ii)是在发生反应(a)的相同反应容器中进行的。在这里，在阶段(b)中，在蒸馏出低沸点组分之后，粗产物用碱化剂例如NaOH中和，并进行真空分馏。优选，在阶段(a)中，没有路易斯酸用做强酸，因为它们会导致不需要的副产物，尤其是在所述的一步法的情况下。与在阶段(b)中的工序是(i)或(ii)无关，优选在阶段(b)(i)或(b)(ii)中分馏之后，将稳定剂加入式(I)的1-烷基甘油醚中。在阶段(b)(i)或(b)(ii)中的碱化剂可以例如是碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠或氢氧化钾，碱土金属氧化物或氢氧化物，例如氢氧化钙或氧化钙，和/或碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐。优选使用氢氧化钠和/或氢氧化钾的浓缩水溶液。认为在本发明一步法中的产物中的有机卤素(AOX)含量降低，这是因为蒸馏出不可避免地含有盐的粗产物(来自中和的强酸+碱化剂)。如果需要的话，可以提高盐含量和/或可以加入能还原有机卤素的添加剂(例如碱金属碳酸盐，碱金属碳酸氢盐)。优选的烷基缩水甘油醚具有至少80重量％的含量，更优选至少90重量％，特别优选至少99重量％。在目前的工业生产工艺之后，所得产物可能被有机氯化合物污染，这些化合物来源于原料(缩水甘油醚，从表氯醇和2-乙基己基醇制备)，并难以通过蒸馏除去。在这种公知方法中，最终产物都不会与碱性反应介质接触，所述介质会导致有机卤素化合物的降解。相比之下，本发明尤其基于这样的事实：本发明方法优选包括用碱化剂处理(例如用于中和催化剂酸)。在这里，用碱化剂处理的操作进行使得(任选在用量、温度、处理时间方面变化)有机卤素化合物的降解按照目标方式发生，且不会损失产率和最终产物的质量。本发明方法具有以下优点：-经济，-高产率，-高选择性，-可以用一步法，即不需要以任何其它方式分离、储存或处理中间体，-高质量的最终产物(尤其是在颜色、气味、稳定性、杂质方面)，-杂质的类型和量显著减少(例如缩水甘油醚、2-乙基己醇、有机卤素化合物)，尤其是1,3-二(2-乙基己氧基)丙-2-醇，其难以通过蒸馏分离出去，是在所述反应期间以不可检测量形成的，-干扰工艺的低潜在性(例如由于在原料中的质量波动)，-当获取和储存原料、提供和保养设备、准备和清洁设备、处理残余物时的低费用，-获得了低有机卤素含量、优选不含有机卤素的产物，-没有使用(和丢弃)额外的溶剂，包括水，-产生相对较少和少量的不可利用的废料产物，-尽可能经济地利用反应产物(例如羧酸酯)，-尽可能地在分离之后再利用反应物(例如低级醇，可能被羧酸酯污染；例如在阶段(a)中再利用来自阶段(b)的羧酸酯)，-较温和的反应条件，-紧密的反应体积(对于高产率而言较低的反应体积，例如在一步法中约875g原料产生320g的最终产物)，-高的时空产率，-尽可能高地利用装置容量，和-较短的反应时间。本发明的优点尤其从以下实施例表现出来。研究表明与100％甲酸之间的反应产生了比用稀甲酸时具有更好气味的最终产物。实施例将4ml的甲酸(98％浓度，BASF)和2g的浓硫酸加热到80℃，并与总共2mol的2-乙基己基缩水甘油醚混合，使得不超过100℃的反应温度。然后将此混合物于95℃再搅拌1小时，然后冷却到60℃，与摩尔过量(9mol)的甲醇混合，并通过塔蒸馏出甲酸甲酯。残余物用NaOH中和，并真空蒸馏。这得到透明的、无色的、气味小的产物(2-乙基己基甘油醚)，产率为78.1％。产物具有99.5％的纯度。在本发明的另一个实验中，在阶段(b)中与乙醇进行酯交换。产率是65.7％。在相应的对比实验(在阶段(a)中不使用硫酸)中，在阶段(b)中也与乙醇进行酯交换，产率仅仅是56.7％。当前第1页1 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