专利名称：制备紫罗兰酮,特别是β－紫罗兰酮的改进方法
技术领域：
本发明涉及通过在有机溶剂或稀释剂存在下用浓硫酸环化假紫罗兰酮和通过用水稀释反应混合物来连续制备α-和/或β-紫罗兰酮或它们的同系物的改进方法。
在酸例如硫酸或磷酸存在下，通过假紫罗兰酮的环化获得α-和β-紫罗兰酮的混合物是已知的。所得化合物的比率很大程度取决于进行反应的条件。
由于α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮在工业上都是非常重要的，所以人们一直在努力开发一种制备α-和β-紫罗兰酮的极有利的方法。
现已证明用浓硫酸环化假紫罗兰酮的方法是特别合适的。由于该反应高度放热，因此，为了避免局部过热，尽可能快地除去反应中产生的热是极为重要的。为此，在已知方法中，向反应混合物中加入了稀释剂。这样，在例如德国专利10 80 105和16 68 505中公开了脂族或环脂族烃的使用。该方法的缺点是在其所描述的工艺过程中树脂会比较快地沉积在反应容器中，因此妨碍连续操作。
根据印度专利77 225，反应是在脂族氯化烃，例如二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿和四氯甲烷存在下在-10-+10℃的温度下进行的。
根据DE-A 15 68 108中的描述，上述印度专利的方法是不利的，这是因为由于硫酸使脂族氯化烃消去了氯化氢，从而在短时间内引起了所用装置的腐蚀。为了避免这些缺点，建议在-25-+10℃在低沸点烃和氯化烃的混合物中进行环化作用。最后提到的两个方法的缺点是为了获得好的紫罗兰酮收率，必须使用昂贵的冷却剂以保持低反应温度。
其它的已知方法需要用液化的气体进行蒸发冷却以除去环化作用产生的大量热。因此，在德国专利16 68 496的方法中使用了液化的二氧化硫，在德国专利16 68 505的方法中使用了丙烷、丁烷或异丁烷，在德国专利19 17 132的方法中使用了氯代甲烷，温度为-25℃-室温，优选温度低于+10℃。
这些方法的结果一般非常好。其缺点是重新液化反应中蒸发的气体需要很大的费用。
在捷克专利179 046、前苏联专利458 540和前苏联专利547 445中公开了其它制备β-紫罗兰酮的方法，其中通过使用薄膜式反应器可实现反应物的充分混合和热量的迅速去除。最后提到的两个方法的缺点是每小时每平米薄膜面积上仅得到约3-6kg的β-紫罗兰酮，因此该方法转化到工业规模上将需要庞大的装置。捷克专利中所述方法的缺点是必须采用10-15℃的温度以便获得好的收率，为此也需要昂贵的制冷剂。
在所有的已知方法中总是形成α-和β-紫罗兰酮的混合物。根据DE专利10 80 105、16 68 496和16 68 505，在-20-0℃的反应温度下，优选获得β-紫罗兰酮，而在-10-25℃的反应温度下，α-紫罗兰酮的含量增加。
另外，EP133 668公开了连续制备紫罗兰酮的方法，其中在反应条件下，在沸点为25-65℃的烃中，假紫罗兰酮与浓硫酸混合，同时剧烈搅拌并通过溶剂的部分或全部蒸发进行蒸发冷却，这样，反应混合物的温度为25-65℃，直至用水稀释反应混合物时的停留时间为0.05-20秒。能在小型装置中顺利进行的该方法的缺点是该方法转化到工业规模上会存在困难。
最后，EP628 544 A1公开了在由浓硫酸和另一种与水基本上不溶混的溶剂组成的两相溶剂体系中通过假紫罗兰酮的硫酸催化环化作用制备β-紫罗兰酮的方法，其中一定压力下的液态二氧化碳用作另一种溶剂。该方法的缺点是需使用非常高的压力和极低的温度，并且进行该方法所用的装置也相当复杂。
β-紫罗兰酮是工业上制备维他命A的重要前体。此时，高含量的α-紫罗兰酮将降低β-紫罗兰酮的收率。另一方面，作为香料需要纯的α-紫罗兰酮和烷基取代的紫罗兰酮，其中高含量的β-紫罗兰酮将产生不利的效果。
本发明的目的是开发一种方法，使用该方法可以在工业规模上以最为有利的方式并以高收率和时空收率制得最大纯度的α-紫罗兰酮和最大纯度的β-紫罗兰酮或烷基取代的紫罗兰酮。
现已发现该发明目的可以通过制备通式Ⅰ和Ⅱ表示的紫罗兰酮的下述方法实现，
α异构体β异构体其中R1-R4是H、-CH3或-C2H5，该方法是在有机溶剂或稀释剂存在下，在冷却条件下，在20-90℃，优选在35-65℃，特别是在40-60℃，使用浓硫酸将通式Ⅲ表示的假紫罗兰酮环化，并随后用水或稀硫酸水解反应混合物以终止反应，
其中式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解均是在一个或多个相互串联的反应混合泵中以实质上绝热的反应方式进行，每个反应混合泵基本上是由转动对称的混合室和混合转动件组成，并带有转动传动装置，其中混合室由外围壁和两个端壁形成，而混合转动件由对硫酸呈惰性的材料制成，此处，混合室具有至少一个为各组分而开设的入口和一个为反应混合物而开设的出口，并且在端壁中具有相互以流体连接的环状管道，并且其中在每种情况下两个反应产生的热量均是通过下游热交换器被部分或全部去除。
对新方法而言，适合用作所谓的反应混合泵的泵混合装置在例如DE-A-42 20 239中有所描述，该申请在这些申请中被引作参考。从例如德国的K-ENGINEERING,Sessinghausen26,58 566Kierspe可购得不同类型的所述反应混合泵。这些装置综合了泵、能用来进行特别充分混合的混合器以及可用于进行式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解的反应器的特点。这样，只需对新方法的装置作很小的改进。
该反应泵的混合室由轴承法兰和圆筒形插入件组成，圆筒形插入件具有与混合转动件重叠的外围壁。在反应泵1的外围壁上具有为假紫罗兰酮溶液和浓硫酸各开设的入口和为反应混合物而开设的出口，在反应泵2的外围壁上具有为反应混合物和水或稀硫酸各开设的入口和为反应混合物(该反应混合物在下游热交换器中经冷却后以本身已知的方式被分离成两相，通过蒸馏可后处理有机相)而开设的出口。
现已证明，将反应泵的入口设计成类似于喷嘴并且朝着反应混合室的方向逐渐变细是非常有利的，因为这样可以产生一种抽吸效果。
当然，必须采用对硫酸稳定的材料制成与反应混合物相接触的反应泵部分或者采用对硫酸稳定的材料覆盖与反应混合物相接触的反应泵部分。可提及的对硫酸稳定的材料是金属或金属合金，例如，哈斯特洛伊耐蚀镍基合金、钛或镍，塑料，例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PFE)，或氧化物陶瓷。
反应泵的技术设计一般与混合室中所需的压力条件相一致。
一般，式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解均是在1-10巴，优选1.5-2.5巴的压力下进行。
在反应泵中反应混合物的停留时间由加料速度装置和反应泵的技术设计决定或由混合转动件的转动速度决定。
为了通过假紫罗兰酮的环化来制备α-或β-紫罗兰酮，以0.1-10秒，优选0.5-2秒的停留时间来进行环化和随后的反应混合物的水解。
假紫罗兰酮同系物(即式Ⅲ表示的紫罗兰酮，其中R1-R4中的至少一个基团为-CH3或-C2H5)的环化确实需要较长的停留时间。特别是在α-或β-紫罗兰酮同系物的制备中，在所有情况下，对于每个反应步骤均使用两个或多个串联的反应泵而不是使用一个反应泵是有利的。
例如，根据反应温度，制备甲基紫罗兰酮的停留时间是大约0.2-20秒，特别是1-4秒。
用作原料化合物的假紫罗兰酮是能用已知方法获得的已知化合物。
在环化作用中使用的硫酸浓度可为60-100重量％。所用硫酸的强度优选为80-98重量％，特别是90-96重量％。一般，每摩尔假紫罗兰酮使用2-10摩尔，优选2-7摩尔，特别是4-6摩尔硫酸。当每摩尔假紫罗兰酮使用2-3摩尔硫酸时，主要得到α-紫罗兰酮，而当每摩尔假紫罗兰酮使用多于5摩尔硫酸时，得到α-紫罗兰酮含量低于2％的β-紫罗兰酮。
基本适用的溶剂是芳族、脂族或环脂族烃以及脂族氯化烃。尤其值得一提的是戊烷、己烷、庚烷、异戊烷和环己烷或其混合物。当然，使用在正常情况下沸点为25-100℃的溶剂是特别有利的。优选使用己烷(沸点=68.7℃)。
溶剂的量可以在宽的范围内变动。然而，当所用溶液含有浓度为5-95重量％，优选10-50重量％，特别是10-30重量％的假紫罗兰酮时，可以获得最好的结果。
在环化作用结束后，根据反应温度的不同，立即在热交换器中将温度一般为大约35-65℃的反应混合物冷却至大约20-60℃，并且在另一个反应泵或一系列反应泵中用水进行稀释以实现反应的准确终止。一般，每千克硫酸使用1.5-2.5升水。
在反应混合物离开水解反应泵后，立即在另一个热交换器中将温度一般为大约35-65℃的反应混合物冷却至大约20-60℃，优选30-50℃，然后，在分相器中，从所得紫罗兰酮溶液中分离含水硫酸相，并且以本身已知的方方式经蒸馏后处理紫罗兰酮相。
使用新方法可以高收率和高时空收率并以工业上非常简单和有利的方式制得α-和β-紫罗兰酮及其同系物。就装置成本、所需空间、能量消耗、收率以及所需人员而言，新方法是极为适用的。
下述实施例用于解释新方法。
实施例1-9在所附工艺流程图(参见附图
)中图示的装置中，在每种情况下，在热交换器W1中预冷却假紫罗兰酮(Psi)和己烷(He)的混合物(假紫罗兰酮和己烷的量清楚地列于下表(表1)中)至表1所示的温度T1，在1-10巴的压力下，使用一种用于抽吸和制备混合物的装置(下文称作反应泵P1)来抽吸冷却的混合物，在表1所示的温度T2下停留时间为0.1-10秒，浓硫酸(Ss)的浓度列于表1中，剧烈搅拌，从而将假紫罗兰酮转化为表1所示的紫罗兰酮的混合物。在混合物离开反应泵1后，立即在热交换器W2中将其冷却至大约40℃(参见表1中的T3)以除去产生的部分热量。然后将反应混合物吸入另一个用于抽吸和制备混合物的装置(下文称作反应泵P2)中，在1-10巴的压力下和停留时间为0.1-10秒的条件下，将反应混合物与去离子水(veW)进行充分的混合。在下游热交换器W3中将其冷却至大约40℃以便基本上除去在水解反应中产生的热量。在下游分相器中从所得紫罗兰酮中分离稀硫酸。
表1显示了粗出料中存在的α-和β-紫罗兰酮的量(用气相色谱法测定的百分面积表示)。
表权利要求
1．连续制备通式Ⅰ和Ⅱ表示的紫罗兰酮的方法，
α异构体β异构体其中R1-R4是H、-CH3或-C2H5，该方法是在有机溶剂或稀释剂存在下，在冷却条件下，在20-90℃，使用浓硫酸将通式Ⅲ表示的假紫罗兰酮环化，并随后用水水解反应混合物以终止反应，
其中式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解均是在一个或多个相互串联的反应混合泵中以实质上绝热的反应方式进行，每个反应混合泵基本上是由转动对称的混合室和混合转动件组成，并带有转动传动装置，其中混合室由外围壁和两个端壁形成，混合转动件由对硫酸呈惰性的材料制成，此处，混合室具有至少一个为各组分而开设的入口和一个为反应混合物而开设的出口，并且在端壁中具有相互以流体连接的环状管道，其中在每种情况下两个反应产生的热量均是通过下游热交换器被部分或全部去除。
2．根据权利要求1所述的方法，其中假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解均是在DE-A-42 20 239中公开的装置中进行。
3．根据权利要求1所述的方法，其中假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解是在1-10巴，优选1.5-2.5巴的压力下进行。
4．根据权利要求1所述的方法，其中为了制备α-或β-紫罗兰酮，假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解是在0.1-10秒，优选0.5-2秒的停留时间下进行。
5．根据权利要求1所述的方法，其中在用作溶剂或稀释剂的合适芳族、脂族或环脂族烃或脂族氯化烃或所述烃或氯化烃的混合物存在下，进行式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和反应混合物的水解。
6．根据权利要求1所述的方法，其中在用作溶剂或稀释剂的戊烷、己烷、庚烷或其混合物存在下，进行式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和反应混合物的水解。
7．根据权利要求1所述的方法，其中式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解是在35-65℃下进行。
8．根据权利要求1所述的方法，其中式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化是在硫酸浓度为60-100重量％的条件下进行。
9．根据权利要求1所述的方法，其中用假紫罗兰酮浓度为5-95重量％的假紫罗兰酮在溶剂或稀释剂中的溶液进行式Ⅲ表示的假紫罗兰酮的环化。
全文摘要
连续制备α－和/或β－紫罗兰酮或它们的同系物的方法,该方法是在有机溶剂或稀释剂存在下,在冷却条件下,在20－90℃,使用浓硫酸将假紫罗兰酮环化,并随后用水或稀硫酸水解反应混合物以终止反应,其中假紫罗兰酮的环化和随后的反应混合物的水解均是在一个或多个相互串联的反应混合泵中以实质上绝热的反应方式进行,每个反应混合泵基本上是由转动对称的混合室和混合转动件组成,并带有转动传动装置,其中混合室由外围壁和两个端壁形成,混合转动件由对硫酸呈惰性的材料制成,此处,混合室具有至少一个为各组分而开设的入口和一个为反应混合物而开设的出口,并且在端壁中具有相互以流体连接的环状管道,其中在每种情况下两个反应产生的热量均是通过下游热交换器被部分或全部去除。
文档编号C07B37/00GK1218455SQ97194616
公开日1999年6月2日 申请日期1997年5月2日 优先权日1996年5月14日
发明者U·雷乌德, U·赫尔舍, D·维勒, M·斯特勒泽尔 申请人:Basf公司