[发明专利]一种羟基三甲基乙酸甲酯的合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种羟基三甲基乙酸甲酯的合成方法，属于化学合成领域。

背景技术：

羟基三甲基乙酸甲酯又被称为2,2-二甲基-3-羟基丙酸甲酯、甲基羟基新戊酸酯或者羟基特戊酸甲酯。羟基三甲基乙酸甲酯是合成液晶材料、医药中间体及染料的重要原料，广泛应用于饱和聚酯树脂、聚氨酯、增塑剂等领域，用作生产树脂、油漆及涂料的高档原料；它还是合成除草剂异恶草酮的重要中间体。

目前国内几乎没有生产厂家，大多依靠进口，其合成方法主要有为：第一种以甲醛和异丁醛出发,通过羟醛缩合生成2,2-二甲基-3-羟基丙醛.然后在碱性条件下进行歧化反应,再水解成3-羟基-2,2-二甲基丙酸甲酯和新戊二醇；第二种以新戊二醇出发,用Cd/C作催化剂,只氧化一个羟基得到2,2-二甲基-3-羟基丙酸；第三种用过氧化氢、次氯酸钙、卡路酸氧化醛的方法,以及用铜、镍、银等化合物为催化剂,用空气氧化等方法。

上述方法，各有优缺点：第一种，比较简单，但是由于利用了歧化反应，最高产品产量不超过50％，不适宜工业化生产，第二种方法产量很高，甚至可以达到100％，但是氧化反应是在很细的水溶液中进行的，因此处理大量的水较为困难，并且2,2-二甲基-3-羟基丙酸钠在反应釜中容易结块，后续处理造成很大困难。第三种方也存在后处理困难等问题。

李承范等人在2001年6月《延边大学学报》的第27卷第2期公开了一篇名为《3-羟基-2,2-二甲基丙酸甲酯的合成》的文章，提出以异丁醛、甲醛等为原料,通过羟醛缩合生成2,2-二甲基-3-羟基丙醛,然后在甲醇溶剂中碱性条件下,用氯气氧化、酯化，并找出了最佳反应条件：当温度条件为0-5℃；氢氧化钠量为氯气量的2.2倍摩尔量；氯气量为甲醛的1.0-1.2倍之间，更优化的提出异丁醛与甲醛的羟醛缩合反应中甲醛与异丁醛的摩尔比应为1∶1.05,催化剂碳酸钠为甲醛的0.03倍摩尔量,反应温度在60-70℃,反应时间5h为最佳。3-羟基-2,2-二甲基丙醛的最佳氧化条件反应温度为0-5℃,氯气为甲醛的1.145倍摩尔量,氢氧化钠为氯气的2.2倍。该文献是本发明的最接近现有技术，该方法反应条件温和，收率较高，但是在合成2,2-二甲基-3-羟基丙醛反应过程中添加碳酸钠为催化剂，催化剂回收处理较为困难；在合成羟基三甲基乙酸甲酯过程中氢氧化钠与氯气发生反应，2NaOH+CI₂＝NaCI+NaCIO+H₂O，反应结束需要滤除氯化钠，后续操作复杂并且造成原料的浪费，产率较低，并且不利于经济效益的提高。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，添加铈、锆、镨、铽和钐中的至少2种元素的氧化物的混合物作为羟醛缩合的催化剂；在碱性条件下通入氧气进行氧化及酯化反应，同时优化反应温度和反应时间，有效缩短反应时间，提高反应总收率，优化后续反应可操作性。

本发明提供如下技术方案：

一种羟基三甲基乙酸甲酯的合成方法，以甲醛和异丁醛为原料，通过羟醛缩合、氧化、酯化合成羟基三甲基乙酸甲酯，其特征在于：

添加铈、锆、镨、铽和钐中的至少2种元素的氧化物的混合物和/或复合氧化物作为羟醛缩合的催化剂；

在碱性条件下通入氧气进行氧化及酯化反应。

优选的，本发明方法包括以下步骤：

第一步：羟醛缩合反应：

在500mL容器中,装入36.05g异丁醛、41.29g质量浓度为40％的甲醛溶液、0.7-1.0g铈、锆、镨、铽和钐中的至少2种元素的氧化物的混合物，温度为60-70℃搅拌反应3-4h；

反应结束后热过滤除去催化剂，降至室温静置分层分离有机层；

第二步：氧化及酯化反应：

将上述第一步分离得到的有机层装入500mL容器中，添加甲醇100-150mL，在35-40℃温度条件下添加质量浓度为40％的氢氧化钠溶液30-100mL，通入氧气至气压为0.5-1Mpa，搅拌反应1-1.5h，脱除甲醛和水，得到羟基三甲基乙酸甲酯。

优选的，所述第一步羟醛缩合反应中在500mL容器中,装入36.05g异丁醛、41.29g质量浓度为40％的甲醛溶液、0.9g铈、锆、镨、铽和钐中的至少2种元素的氧化物的混合物，温度为65-70℃搅拌反应3.5-4h。

优选的，所述第二步氧化及酯化反应中将一步分离得到的有机层装入500mL容器中，添加甲醇100-120mL，在35-40℃温度条件下添加质量浓度为40％的氢氧化钠溶液50-80mL，通入氧气至气压为0.5-0.7Mpa，搅拌反应。