经β-内酯而来的系列重要有机化合物

β-内酯又称 β-丙内酯 是一种很重要的化合物,由于在有机合成方面的多功能性,以及作为单体的自聚性能(制备3-羟基烷酸酯),由之转化而来的丙烯酸、丁二酸、丁二醇等衍生物都是非常重要的化工原料。其中丙烯酸是卫生用合成高分子材料的主要单体原料,丁二酸和丁二醇则是可降解塑料的重要组分,丁二酸酐经水解、加氢转化即可转化为丁二酸和丁二醇。传统的丁二酸或者丁二醇生产需经烃的氧化或者生物质的发酵路线,无论烃氧化还是生物质发酵得到的产物组成都非常复杂,须经多步分离提纯,因而这是一种能耗很高的技术路线。从石化产业链中的环氧乙烷出发得到这些重要单体的反应具有原子经济的特点,无疑是大规模、低成本获得此类原料的有效手段。
这个过程可以经环氧乙烷的羰基化即环氧化合物的环扩大反应实现。其反应为:

所用羰基化催化剂。1,2为单羰基化用,3单双羰基化均可用
丙烯酸的生产路线


首先,环氧乙烷经催化剂作用与CO发生反应获得羰基化产物——环张力最大、结构较小的β-内酯(理论上还有α-内酯),将 β- 内酯催化水解即可获得丙烯酸。要想获得丁二酸酐,可将 β- 内酯进一步羰基化直接得到产品。目前无论是制备丙烯酸还是丁二酸酐,其实验室甚至其放大试验结果都显示出了诱人的工业应用前景,世界范围内已经有企业尝试工业化连续生产技术的开发。
因与乙烯、环氧乙烷产业链相关,丙烯酸、丁二酸、丁二醇又属于大宗化工原料,在多个应用领域有需求,显然此类产品只适合有乙烯、环氧乙烷产业链的石油化工和煤化工企业生产。
环氧乙烷的羰基化需要专门的催化材料,同时大规模生产还需要有连续反应的运行技术,尤其前期调研材料等。

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