异丁酸的应用

背景及概述^[1]

异丁酸又名二甲基乙酸。无色透明液体。有特殊气味。分子量 88.10。熔点-46.1℃。沸点 153.2℃。相对密度0.9681 (20/ 4℃)。折射率1.3930。闪点55℃。能与醇、醚、氯仿混溶，微溶于水。用途与正丁酸相似，主要用来生产相应的酯，用作合成香精的原料。也用于制造清漆和增塑剂。异丁酸以游离状态存在于稻谷、豆类和山金车花的根部，其乙酯存在于巴豆油中。

应用^[2-4]

异丁酸可用于制有果香味的酯类，可作溶剂和香料等。其应用举例如下：

1. 用于制备异丁酸三环癸烯酯香料，

以二聚环戊二烯和异丁酸近似等摩尔量为原料，以沸石负载磷钨酸为催化剂，以异丁酸酐为保护剂合成异丁酸三环癸烯酯，在催化剂催化作用下通过亲电加成，直接进行乙酰化反应一步制备异丁酸三环癸烯酯粗品，同时加入少量的异丁酸酐保护催化剂，然后回收异丁酸套用，经中和水洗、精馏得到异丁酸三环癸烯酯成品。

该方法解决现有技术存在的环境污染、后处理工艺复杂、设备腐蚀和异构体的比例不协调从而出现香气带有酸味而影响产品质量的限制的问题，其原料易得，反应条件温和，反应转化率高，工艺便于实施，产品收率较高，生产过程中三废排放量少，属于清洁生产工艺。

2. 制备3-羟基异丁酸。

其包括以下步骤：a)提供异丁酸，b)使异丁酸与异丁酸激酶和磷酸转异丁酰酶和/或异丁酰辅酶A合成酶/连接酶和/或异丁酸辅酶A转移酶的组合接触，c)使步骤a)的产物与异丁酰辅酶A脱氢酶接触，d)使步骤b)的产物与甲基丙烯酰辅酶A水合酶接触，和e)水解步骤d)的产物以形成3-羟基异丁酸，其中至少一种所述酶以细胞的形式使用，其相比于它的野生型，包含降低的3-羟基异丁酸脱氢酶或其变体的活性。

本发明还涉及细胞，其具有至少一种选自异丁酰辅酶A合成酶/连接酶、异丁酸辅酶A转移酶、异丁酸激酶、磷酸转异丁酰酶、异丁酰辅酶A脱氢酶、甲基丙烯酰辅酶A水合酶和3-羟基异丁酰辅酶A水解酶的酶，和相比于它的野生型降低的3-羟基异丁酸脱氢酶或其变体的活性，其中所述细胞此外优选具有单加氧酶，更优选AlkBGT型的单加氧酶或其变体；本发明进一步涉及此类细胞用于制备3-羟基异丁酸的用途。

3. 制备2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯。

2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯（TXIB）是一种性能优异而独特的增塑剂。具有低黏度、低密度、低凝固点、抗水解、无色透明、高稳定性、安全无毒等特点，广泛应用于各种PVC树脂制品，包括PVC浸塑手套、玩具、壁纸、地板革、人造革、输送带等等，另外TXIB也可以应用于油墨、颜料和EVA乳液。

制备方法为以2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯与异丁酸为原料，采用固体酸催化剂进行固定床连续酯化反应，酯化温度70-150℃，生成的水经共沸蒸馏脱除；将酯化反应产物精馏，脱除并回收未反应的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯和异丁酸，得到2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯。

本发明方法实现2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯的连续化生产，操作方式简单，显著提高了生产效率，降低其生产成本，且能减少固体污染物和废水排放，具有极佳的规模化工业应用价值。

4. 制备α-氯代异丁酸。

其步骤为：

（1）将异丁酸投加入反应釜内，升温到45～55℃，再滴加入三氯化磷，控制滴加温度45~55℃，滴加完毕后在50±2℃保温3.5~4.5小时后，静置2小时以上，分去无机层，得异丁酰氯；

（2）将异丁酸及催化剂异丁酰氯加入到反应釜中，升温到70~85℃，缓慢通入氯气，随反应进行，温度缓慢升高，加大通氯量，最后控制反应在120℃~130℃之间，待反应结束后降温精蒸得到α-氯代异丁酸粗品；

（3）将α-氯代异丁酸粗品放入精馏釜内，减压下，精馏产品，收集馏分，得到α-氯代异丁酸精品。与现有技术相比，本发明所述工艺无焦油产生，所得产品收率可达90%。

制备 ^[5-6]

方法1：在装温度计和搅拌器的2L烧瓶内 加入稀硫酸(750ml水中加270g浓硫酸)，10℃下加入 150g异丁醇，温度升至30℃后，在剧烈搅拌下加入200g 重铬酸钾(分次加入)。加完后搅拌反应1h，过滤，滤液置于分液漏斗中，分出上层异丁酸异丁酯，收量100g。在装有回流冷凝器的500ml的长颈烧瓶中加入55g苛性钾 和15ml水。从冷凝器上端分次加入异丁酸异丁酯100g。

振荡，剧烈放热反应减弱后水浴上加热20min，振荡下加 40ml冷水，分层分离，用乙醚提取50ml×2，30ml×5。将水层加入烧杯中，冷却下加冷的稀硫酸(70g浓硫酸和 70ml水配成)。分出上层的油状物，余液用乙醚提取 40ml×4。合并乙醚萃取液和油状物，用氯化钙干燥过夜。蒸出醚后再除去90～150℃初馏分，收集150— 156℃馏份，收量35g，产率57%。

方法2：异丁醛氧化制异丁酸。将异丁醛与催化剂按一定比例配成反应混合液，加人到氧化反应塔中，用氮气充压至要求值，氧气经气体质量流量计计量后从反应器底部通人，与异丁醛进行氧化反应，尾气经冷凝和气液分离后放空。在反应过程中反应物料通过外循环泵强制进行外循环和冷却，反应热量通过夹套中的冷却介质带出。氧化产物的分离精制采用减压填料塔连续精馏的方法，可获得高纯度的异丁酸产品。

主要参考资料

[1]  简明精细化工大辞典

[2] CN201510125655.6一种异丁酸三环癸烯酯香料合成的方法

[3] CN201280059674.83-羟基异丁酸的生物技术制备

[4] CN201610841408.0 α-氯代异丁酸的制备方法

[5] 合成香料产品技术手册 

[6] 异丁醛氧化制异丁酸的工艺研究