經(jīng)過(guò)雙(羥甲基)丙二酸酯的途徑獲得亞甲基丙二酸酯的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】經(jīng)過(guò)雙（羥甲基）丙二酸酯的途徑獲得亞甲基丙二酸酯的 方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年 1 月 11 日提交的題為MethodtoObtainMethyleneMalonate viaBis(hydroxymethyl)malonatePathway的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/751，366 的優(yōu)先權(quán)，以 及2013年 10月 29 日提交的題為MethodandApparatustoProduceMethyleneMalonates andRelatedMaterials的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/896, 926的優(yōu)先權(quán)，其每一篇專(zhuān)利申請(qǐng)的 內(nèi)容由此通過(guò)參考整體地并入本文。
[0003] 通過(guò)引用并入
[0004] 本文中所引用或參考的所有文件及在本文引用的文件中引用或參考的所有文件， 與任意制造商的操作指南、說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品規(guī)格一起，以及本文中或本文中通過(guò)參考并入的任 意文件中提到的任意產(chǎn)品的產(chǎn)物小冊(cè)子由此通過(guò)參考并入，并可以用于本發(fā)明的實(shí)施中。
[0005] 發(fā)明背景
[0006] 1.技術(shù)領(lǐng)域
[0007] 本發(fā)明涉及使用雙（羥甲基）丙二酸酯中間體生產(chǎn)亞甲基丙二酸酯種類(lèi)。所述中 間體隨后裂解得到單體種類(lèi)。
[0008] 2?背景
[0009] 感興趣的一類(lèi)可聚合組合物包括亞甲基丙二酸酯。亞甲基丙二酸酯是具有通式 (I)的化合物：
[0010]
[0011] 其中R和R'可以相同或不同，并且可以代表幾乎任意取代基或側(cè)鏈。這樣的化合 物自 1886 年即是已知的，當(dāng)時(shí)W.H.Perkin，Jr. (Perkin，Ber. 19,1053 (1886))第一次證實(shí) 亞甲基丙二酸二乙酯的形成。
[0012] 亞甲基丙二酸酯單體及它們的相關(guān)的單體基和聚合物基的產(chǎn)物在工業(yè)（包括家 用）和醫(yī)療應(yīng)用中是有用的。
[0013] 然而，盡管較早的用于生產(chǎn)亞甲基丙二酸酯的方法為所知已有多年，但是這些現(xiàn) 有方法仍存在顯著缺陷，使得它們不能用于獲得商業(yè)上可行的單體。這樣的缺陷包括合成 過(guò)程中不想要的單體聚合（例如，聚合物或低聚物或替代復(fù)合物的形成）、不需要的副產(chǎn)物 的形成（例如，縮酮或妨礙快速聚合的其它潛在的形成酸的種類(lèi)）、產(chǎn)物的降解、不足和/或 低收率、及無(wú)效的和/或功能不良的單體產(chǎn)物（例如，較差粘合特性、穩(wěn)定性或其它功能特 性）等問(wèn)題。由現(xiàn)有方法形成的單體產(chǎn)物的總體較差收率、質(zhì)量及化學(xué)性能已妨礙了在生 產(chǎn)上述商業(yè)和工業(yè)產(chǎn)物中的實(shí)際使用。
[0014] 本申請(qǐng)的某些共同發(fā)明人已經(jīng)提交了關(guān)于合成亞甲基丙二酸酯的改進(jìn)方法的專(zhuān) 利申請(qǐng)，即WO2012/054616SynthesisofMethyleneMalonatesSubstantiallyFree ofImpurities和TO2012/054633SynthesisofMethyleneMalonatesUsingRapid RecoveryinthePresenceofaHeatTransferAgent。其中在此提供的合成程序得到 了迄今難以捉摸的高質(zhì)量亞甲基丙二酸酯和其它可聚合組合物的改善的產(chǎn)率。
[0015] 雖然在上述專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的改進(jìn)方法能夠提供所需的亞甲基丙二酸酯單體，但 人們追求不斷改進(jìn)，尤其是在以商業(yè)規(guī)模提供材料的方法的開(kāi)發(fā)中。因此，對(duì)于獲得亞甲基 丙二酸酯和相關(guān)的單體的改善的和/或簡(jiǎn)化的工藝存在需求。
[0016] 發(fā)明概述
[0017] 下面的描述將闡述并明了本發(fā)明的目的和優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在書(shū)面描述和本文的權(quán)利要 求書(shū)中以及從附圖中具體指出的方法和體系將實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 本發(fā)明提供了在催化劑的存在下從雙（羥甲基）丙二酸酯試劑制備亞甲基丙二酸 酯單體的新方法、其聚合物及使用所述單體和聚合物形成的產(chǎn)物。
[0019] 在一方面，本發(fā)明提供了一種制造亞甲基丙二酸酯單體的方法，其包括：
[0020] (a)在合適的催化劑的存在下，將雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物反應(yīng)來(lái)形成 亞甲基丙二酸酯單體；及
[0021] (b)分離所述亞甲基丙二酸酯單體。
[0022] 在某些實(shí)施方案中，以連續(xù)工藝完成所述反應(yīng)步驟（a)。
[0023] 在某些實(shí)施方案中，在不添加溶劑下完成所述反應(yīng)步驟（a)。
[0024] 在某些實(shí)施方案中，在大氣壓力下完成所述反應(yīng)步驟（a)。
[0025] 在某些實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯的每個(gè)烷基可以相同或不 同，并且是具有1至16個(gè)碳原子的直鏈烴基或支鏈烴基。
[0026] 在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)下面的方法制備所述雙（羥甲基）丙二 酸二烷基酯組合物：
[0027] ⑴在反應(yīng)催化劑的存在下，將甲醛來(lái)源與丙二酸二烷基酯反應(yīng)以形成包含雙 (羥甲基）丙二酸二烷基酯的組合物的二醇反應(yīng)產(chǎn)物。
[0028] 在某些實(shí)施方案中，以連續(xù)工藝完成所述反應(yīng)步驟（i)。
[0029] 在某些實(shí)施方案中，在不添加溶劑下完成所述反應(yīng)步驟（i)。
[0030] 在某些實(shí)施方案中，在大氣壓力下完成所述反應(yīng)步驟（i)。
[0031] 在步驟（i)的某些實(shí)施方案中，所述甲醛來(lái)源為甲醛、三噁烷、福爾馬林或多聚甲 醛。在步驟（i)的具體實(shí)施方案中，甲醛來(lái)源為多聚甲醛。在步驟（i)的另外其它實(shí)施方 案中，甲醛來(lái)源基本上不含甲醇、水或兩者皆不合。在步驟（i)的某些其它實(shí)施方案中，所 述反應(yīng)催化劑是堿性催化劑。在步驟（i)的具體實(shí)施方案中，所述反應(yīng)催化劑是氫氧化鈣。
[0032] 在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述步驟（i)的二醇反應(yīng)產(chǎn)物在所述反應(yīng) 步驟（a)之前進(jìn)行二醇純化步驟（ii)。
[0033] 在某些實(shí)施方案中，所述二醇純化步驟（ii)包括陽(yáng)離子交換所述步驟（i)的二醇 反應(yīng)產(chǎn)物以產(chǎn)生雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯，使所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯進(jìn)行 蒸發(fā)步驟以移除揮發(fā)性雜質(zhì)，或它們的組合。在具體實(shí)施方案中，所述二醇純化步驟（ii) 包括陽(yáng)離子交換所述步驟（i)的二醇反應(yīng)產(chǎn)物以產(chǎn)生雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯，并使 所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯進(jìn)行蒸發(fā)步驟以移除揮發(fā)性雜質(zhì)。
[0034] 在本發(fā)明的方法的又一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括下列步驟：
[0035] c)純化步驟（a)中得到的熱解產(chǎn)物以得到所述分離的亞甲基丙二酸酯單體。
[0036] 在步驟（C)的某些實(shí)施方案中，通過(guò)部分冷凝、全冷凝、分餾或它們的任意組合來(lái) 純化所述熱解產(chǎn)物。
[0037] 在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方案中，所述合適的催化劑是酸性或堿性催化劑。在 本發(fā)明的方法的其它實(shí)施方案中，所述合適的催化劑是沸石。在本發(fā)明的方法的具體實(shí)施 方案中，所述合適的催化劑是硅鋁酸鹽沸石。在其它示例性實(shí)施方案中，所述合適的催化劑 是金屬沸石。
[0038] 在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述合適的催化劑呈柱的形式，所述雙 (羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物通過(guò)所述柱。在某些實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二 酸二烷基酯組合物作為液體通入所述柱。在其它實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二 烷基酯組合物作為氣體通入所述柱。
[0039] 在一些實(shí)施方案中，所述催化劑柱被加熱至約180°C與約250°C之間、約200°C至 約230°C之間、或至約210°C的壁溫。在具體實(shí)施方案中，在整個(gè)所述反應(yīng)步驟中保持所述 合適的催化劑的溫度。
[0040] 在一些其它實(shí)施方案中，所述催化劑柱具有約0. 5英寸至約4. 0英寸、約I. 0英寸 至約3. 5英寸或約1. 5英寸至約3. 0英寸的直徑。在另外其它實(shí)施方案中，所述催化劑柱 具有約3英寸至約200英寸、約12英寸至約72英寸或約18英寸至約60英寸的長(zhǎng)度。
[0041] 在另外其它實(shí)施方案中，將所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物以約0.Olkg/ 小時(shí)至65kg/小時(shí)、約0. 5kg/小時(shí)至25kg/小時(shí)或約I. 5kg/小時(shí)至IOkg/小時(shí)的速率通 入所述催化劑柱。
[0042] 在具體實(shí)施方案中，
[0043] 所述催化劑柱具有約0. 5英寸至約4. 0英寸的直徑；
[0044] 所述催化劑柱具有約3英寸至約200英寸的長(zhǎng)度；并且
[0045] 所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物以約0.Ikg/小時(shí)至65kg/小時(shí)的速率 通入所述催化劑柱。
[0046] 在其它具體實(shí)施方案中，
[0047] 所述催化劑柱具有約I. 0英寸至約3. 5英寸的直徑；
[0048] 所述催化劑柱具有約12英寸至約72英寸的長(zhǎng)度；并且
[0049] 所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物以約0. 05kg/小時(shí)至25kg/小時(shí)的速率 通入所述催化劑柱。
[0050] 在另外其它具體實(shí)施方案中，
[0051] 所述催化劑柱具有約1. 5英寸至約3. 0英寸的直徑；
[0052] 所述催化劑柱具有約18英寸至約60英寸的長(zhǎng)度；并且
[0053] 所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物以約I. 5kg/小時(shí)至15kg/小時(shí)的速率 通入所述催化劑柱。
[0054] 在其中使用二醇純化步驟的方法的某些實(shí)施方案中，使用離子交換柱陽(yáng)離子交換 所述步驟（i)的二醇反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述離子交換柱填充有離子交換樹(shù)脂。 在另外其它實(shí)施方案中，所述離子交換柱是加壓的離子交換柱。在具體實(shí)施方案中，所述加 壓的離子交換柱被加壓高達(dá)1000 psi。
[0055] 在其中使用二醇純化步驟的方法的其它實(shí)施方案中，通過(guò)短暫熱停留時(shí)間裝置進(jìn) 行所述蒸發(fā)步驟。在某些實(shí)施方案中，通過(guò)刮膜蒸發(fā)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)或水平的或垂直的薄膜蒸發(fā) 進(jìn)行所述蒸發(fā)步驟。在具體實(shí)施方案中，通過(guò)刮膜蒸發(fā)進(jìn)行所述蒸發(fā)步驟。
[0056] 在某些實(shí)施方案中，作為間歇工藝進(jìn)行本發(fā)明的方法。
[0057] 在某些其它實(shí)施方案中，作為連續(xù)工藝進(jìn)行本發(fā)明的方法。
[0058] 在某些實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物具有少于500ppm的 陽(yáng)離子、少于50ppm的陽(yáng)離子或少于5ppm的陽(yáng)離子。
[0059] 在示例性實(shí)施方案中，所述合適的催化劑具有大于12小時(shí)、大于200小時(shí)或大于 2000小時(shí)的產(chǎn)生周期之間的壽命。
[0060] 在示例性實(shí)施方案中，所述合適的催化劑可以通過(guò)使用酸來(lái)再生。
[0061] 在示例性實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物包括0和30%之 間的水，0至20%之間的水，0至10%之間的水、0至5%之間的水、0和1 %之間的水或0和 0. 5%之間的水。
[0062] 在示例性實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物具有0和0. 30% 之間的水。
[0063] 在示例性實(shí)施方案中，所述雙（羥甲基）丙二酸二烷基酯組合物是蒸氣態(tài)，并且包 括水作為載氣。
[0064] 在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了根據(jù)本發(fā)明的方法制備的亞甲基丙二酸酯單體。
[0065] 在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供了包含根據(jù)本發(fā)明的方法制備的亞甲基丙二酸酯單體 的組合物。
[0066] 在再一個(gè)方面，本發(fā)明提供了包含根據(jù)本發(fā)明的方法制備的亞甲基丙二酸酯單體 的產(chǎn)物，其中所述產(chǎn)物是粘合劑組合物、涂料組合物，密封劑、復(fù)合材料或表面活性劑。
[0067] 在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的產(chǎn)物還包含酸性穩(wěn)定劑、自由基穩(wěn)定劑、螯合劑、固 化促進(jìn)