CN101781282B - 一种生产hplc用高纯醚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用全玻璃反应精馏设备将工业级醚(四氢呋喃、1，4-二氧六环或MTBE)与一定比例的离子液体和还原剂进行反应精馏，除去工业醚中的水、有机物、离子等杂质，得到HPLC用高纯醚。

Description

一种生产HPLC用高纯醚的方法

技术领域

本发明涉及一种将工业级醚类(分别包括四氢呋喃、1，4-二氧六环、甲基叔丁基醚)提纯精制为HPLC用高纯醚的方法，属化工领域。

背景技术

四氢呋喃又名1，4-环氧丁烷，简称四氢呋喃，是一种性能优良的贵重有机溶剂，在化工、医药生产中具有广泛的应用，常用作反应性溶剂，有“万能溶剂”之称。

现在国内外生产四氢呋喃的工艺一般是采用呋喃加氢、糠醛法、Reppe法(即乙炔加氢法)、马来酸酐(MAH)加氢法、丁二烯乙酰氧化法和丁二烯氮化法。但这些反应产物经过精馏之后得到的粗产品都含有少量水和微量的过氧化物及醇类，使其应用范围及下游产品的质量都受到一定的限制，特别是过氧化物的存在对后续的生产过程产生巨大的威胁。因在常压下四氢呋喃与水形成最低恒沸物，恒沸温度64℃，含水质量分数为6.7％，普通精馏方法无法得到高纯度的四氢呋喃。

日本专利JP 57028076采用乙炔和甲醛反应得到纯度较高的四氢呋喃，但最后的产物同时混有一定量的异丁烯醛、二氢呋喃等杂质，在多级蒸馏过程中通过氢化作用可以有效的去除。在专利EP 0382384中介绍了蒸馏得到的四氢呋喃含有少量的水，可以用1，2-乙二醇为萃取剂进行萃取的工艺。

生产高纯度的四氢呋喃，需要处理其中所含有的水、二氢呋喃、醇类、醛类、过氧化物等杂质中的一种或几种。目前国内外对于四氢呋喃的进一步纯化方法有许多文献介绍。按单元操作的方法可分为五大类：一般化学方法，吸附法，膜分离法，萃取精馏法，恒沸精馏法。

一般化学方法的原理是先利用氧化-还原反应加入还原剂脱出过氧化物，然后再使用干燥剂或过滤、蒸馏以脱除水等杂质。日本有学者在1974年用此方法得到四氢呋喃中的水、甲醇的含量小于100ppm。这种方法需要确定含水和过氧化物都不多的情况下进行，因其存在安全隐患，而且整个过程也很耗时，也只是在实验室进行研究。

四氢呋喃的纯化也可用吸附法，目前可以使用的吸附剂种类有很多，但用于四氢呋喃纯化的一般选用氧化铝、合成沸石分子筛。南斯拉夫的Macasek F在67年用分子筛吸附法脱除四氢呋喃中的水和过氧化物，效果优良。后来此方法进一步发展，研究发现用沸石(NaX、CoX)脱除过氧化物，净化的速度快，而且程度完全。在专利BG 103336中也同样介绍了使用沸石脱水去杂的工艺，而且沸石可以循环使用。

1983年法国的J Neel，R Clement等研究了膜技术用于四氢呋喃和水共沸的有机体系的脱水，效果优良。这种渗透汽化膜技术和反渗透有着相似的传质过程。它将易渗透的组分分子溶解或吸附于膜的上游表面，然后在某种形式的推动力下，扩散通过膜再从膜的下游脱除。这项技术要求在负压系统中进行，对共沸体系的分离有特有的优势，但是虽然膜分离在节能方面有优越性，然而渗透汽化还不是很成熟，也只是应用于实验室研究，未见有工业化的报道。

萃取精馏是一个重要的工业分离过程，在精馏时向被分离体系中加入第三组分，称为萃取剂或者溶剂，以提高关键组分之间的相对挥发度，从而达到分离要求。由于其设备简单，投资小，通用性强，而且有更大的选择范围，已经用于工业化生产，且特别适用于精细化工、制药、石化企业中沸点差极小的物系的分离。在美国专利US 222727中提出用1，4-丁二醇作为萃取剂对四氢呋喃-H2O恒沸物进行萃取精馏分离，不仅操作温度范围易于达到，而且压力范围为0.1～9.8bar。四氢呋喃可以从塔顶出料，而1，4-丁二醇和水的混合物从塔底出料，水可以很容易的从混合物中分离，而1，4-丁二醇也可以循环使用。该方法避免了专利号为EP-A-0255400中存在的爆炸危险，是目前除去四氢呋喃中水分的主要工业方法。

恒沸精馏方法对于四氢呋喃的纯化有加压恒沸精馏和通过加入挟带剂进行恒沸精馏。东北制药厂曾根据加压恒沸精馏的原理进行了工业化的实验，发现工艺的回流较大，导致能耗较高。

在日本专利JP 2002234883中描述了将含有水、二氢呋喃和醛等杂质的四氢呋喃与强酸性阳离子交换树脂接触，将二氢呋喃转变成羟基四氢呋喃，反应的混合物再通过高温沸腾蒸馏及低温沸腾蒸馏，最后回收得到只含水的四氢呋喃，再脱水得到高纯的四氢呋喃。在专利JP 61200979中也有类似的介绍。同样在专利JP 2000143652中详细的阐述了怎样低成本的回收得到高纯的四氢呋喃，也是先采用强酸性阳离子交换树脂进行处理，再蒸馏分离，然后在贵金属催化剂存在下进行氢化反应，再通过气液分离，蒸馏等过程得到高纯的四氢呋喃。

1，4-二氧六环又称二噁烷，是一种具有清香酯味的有机溶剂。

目前，国内外关于1，4-二氧六环的纯化技术的报道较少，大多是关于1，4-二氧六环的工业生产，基本以环氧乙烷、二甘醇、乙二醇、氯乙醇，2，2-二氯乙醚为起始原料经催化合成而得工业级1，4-二氧六环。而工业级别的1，4-二氧六环杂质较多，纯度不够，难以满足高纯度溶剂的需求。

刘俊峰等以二甘醇为原料在催化剂存在情况下合成1，4-二氧六环，粗产物经蒸馏柱分离，冷却收集馏分，然后用用NaOH(或KOH)初步脱水，进一步脱水精制得纯品。余布谷等以二甘醇为原料，催化合成1，4-二氧六环，接着将产物与共沸剂一起加入到精馏釜内，逐步升温，分离出轻组分、水-共沸剂的共沸物、1，4-二氧六环，最后得到的产品纯度可达99.8％，水含量小于0.1％。以上文献报道通过固碱除水和共沸剂除水的方法，仅除去了粗1，4-二氧六环中的水杂质，对于其他的有机物杂质和过氧化物杂质无能为力。

蒋培华等利用甘醇经催化环合生成1，4-二氧六环粗品，经亚硫酸氢钠(1，4-二氧六环体积的10％左右)除去过氧化物；再加入浓盐酸，通氮气，加热回流除去醛类杂质；再加固碱除水，分出上层油层，精馏得1，4-二氧六环精品含量≥99.5％，含水量≤0.1％，无醛类杂质，精品收率可达粗品量的70％-78％。此方法工艺复杂，设备要求高，固碱除水会引起副反应，使提纯困难。

专利CN 1473823A提到，以二乙二醇为原料，用液固相复合催化剂，在常压下，温度150～200℃脱水成环；再加共沸剂(如芳香类化合物，杂环类化合物)低温脱水；接着共沸分离，加入除杂剂(如碱类、金属还原剂，优选氢氧化钠)除杂，得1，4-二氧六环含量≥99.9％，水含量≤0.05％。此方法通过先合成再提纯，合成温度要求较高，资源较浪费；以氢氧化钠除杂的效果有限。

目前甲基叔丁基醚(甲基叔丁基醚)的生产基本上都是用催化剂催化的异丁烯(或叔丁醇)和甲醇的反应制得，这种工业甲基叔丁基醚的纯度一般在98％左右，含有一定量的杂质，广泛用作一种高辛烷值无铅汽油添加剂，但是不能作为高纯溶剂，用于制药领域或用于分析的溶剂和提取剂。

泰州石油化工总厂的吴千里，在粗甲基叔丁基醚中加入去杂试剂(甲基叔丁基醚与去杂试剂体积比9∶1)，回流4h；再于充填雷氏环的管式分馏柱中进行分馏，收集60℃以前的馏分，水洗3次，无水氯化钙干燥过夜，滤出氯化钙，加入金属钠反应两周左右，接着回流24h，分馏收集54～57℃馏分即为高纯甲基叔丁基醚，醚含量99.9％以上，收率90％左右。这种方法的缺点是：工艺繁琐，时间周期太长，去杂试剂用量大，只适合实验室应用。

专利US 3846088中，丁烯与丁烷混合气与甲醇进行选择性醚化，醚化产物水洗除去甲醇，接着与5～10个碳的石蜡混合，由于水溶于醚而不溶于石蜡，130华氏度，沉降，除去水。专利US 4544776提到，将生产得到的粗甲基叔丁基醚经过水洗，除去甲醇和一部分叔醇。专利US 433496提到，将含有甲醇、未反应的烃类和叔醇杂质的粗甲基叔丁基醚，加入水，形成两相，一相是含醚相，一相是包含甲醇和叔醇的水相，进而分离出甲醇和叔醇。专利US 4605787中，粗甲基叔丁基醚通过小孔沸石床层除去多余的甲醇杂质。专利DE 3015882提到，通过萃取蒸馏从粗甲基叔丁基醚中除去甲醇，使用的萃取剂是选自二元醇、三元醇、氨基醇或二甲基甲酰胺中的一种或多种化合物。专利EP 0317918提到，借助于膜技术，可以除去粗甲基叔丁基醚中的甲醇。以上方法均针对工业甲基叔丁基醚中的甲醇杂质进行去除，也能出去一部分水，但对其他烃类杂质的去除未提及，得到的甲基叔丁基醚并不能作为高纯溶剂使用。

专利CN 1665766A中，主要通过蒸馏塔，根据粗甲基叔丁基醚中个各杂质组分的沸点的不同，通过蒸馏技术将工业级甲基叔丁基醚分离成低沸物馏分、中间馏分和高沸物馏分。低沸物馏分包含甲基叔丁基醚、甲醇、水和水量的C₄及C₅组分；中间馏分由具有所期望纯度的甲基叔丁基醚组成。高沸物馏分除了含有甲基叔丁基醚外，还包含叔丁醇、由丁烯低聚作用产生的烯烃、这些烯烃的衍生物和/或其他副产物。中间馏甲基叔丁基醚纯度＞99.7％。此方法虽然得到了中间馏分较高纯度的甲基叔丁基醚，但是与甲基叔丁基醚沸点相近的的杂质没去除干净，还不能作为HPLC溶剂使用。

专利CN 1694859A中提到，将粗甲基叔丁基醚在液相与大孔沸石如13X沸石或Y沸石(可能是钠型)接触，接触温度0～150℃，甲醇和叔丁醇保留在沸石上从而被脱除或从甲基叔丁基醚中分离。通常操作要有多个接触段。缺点是这种方法未提及水、酮类和烃类杂质的去除。

专利CN 1153162A提到，以共沸蒸馏塔脱除了大部分C₄和甲醇的粗甲基叔丁基醚，在同一精馏塔内同时分离轻重组分，并以液相侧线馏分形式得到精制好的甲基叔丁基醚。轻组分C4等往塔顶富集，重组分叔丁醇、低聚物等往塔釜富集。得到的甲基叔丁基醚＞99％。缺点：对粗甲基叔丁基醚原料的规格有一定要求，对烯类、酮类和离子杂质的去除能力有限。

所有报道都未提及将工业级的四氢呋喃、1，4-二氧六环、甲基叔丁基醚提纯至HPLC级别。

醚类是高效液相色谱中使用较多的流动相调节剂之一，特别是反相高效液相色谱。近年来，随着我国对高效液相色谱仪需求量的增加，高纯HPLC级四氢呋喃、1，4-二氧六环、甲基叔丁基醚的使用量也随着迅增。高纯醚的附加值高，是工业醚类的3倍多。用工业醚类提纯精制高纯醚，生产具有高附加值的HPLC级醚，可以大大提高我国高纯试剂生产工业的生命力和竞争力，这种方法是我国最实际、最合理、值得开发的方法。

发明内容

本发明的目的在于从工业级醚类产品出发，利用全玻璃反应精馏设备，使用离子液体为反应萃取剂，并进行多级反应精馏，以安全、高效、易于工业操作的方式，去除原料中微量的水、有机物(醇、醛、酮、醚、酯、异构烃、不饱和烃等)、离子(金属离子、酸根离子)等杂质，特别是去除在近紫外区有吸收的杂质，制备在212～320nm区间具有低紫外吸收的高纯度HPLC级醚类物质的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

1.在全玻璃反应蒸馏器中，将原料工业级醚(四氢呋喃、1，4-二氧六环、甲基叔丁基醚)与一定比例的离子液体和还原剂进行反应精馏。

2.上述离子液体是具有吸水性的水溶性离子液体，特别是阴离子为氯和溴的离子液体。其投入量为工业级醚原料投料质量的1％～20％。

3.上述还原剂为但不仅限于硼氢化钠、硼氢化钾、亚硫酸氢钠，其投入量为工业级醚原料投料质量的0.3‰～10‰。

4.上述反应精馏，处理四氢呋喃时，全回流一定时间后，调整回流比为2～10，进行四氢呋喃采出，拔头15％留置后用，采出中间馏分为产品，塔顶温度超过66.3℃后馏分，与下一次原料合并分离。

5.上述反应精馏，处理1，4-二氧六环时，全回流一定时间后，调整回流比为2～10，进行1，4-二氧六环采出，拔头15％留置后用，采出中间馏分为产品，塔顶温度超过102.5℃后馏分，与下一次原料合并分离。

5.上述反应精馏，处理甲基叔丁基醚时，全回流一定时间后，调整回流比为2～10，进行甲基叔丁基醚采出，拔头15％留置后用，采出中间70％为产品，塔顶温度超过56.5℃后馏分，与下一次原料合并分离。

6.有机馏分采出完毕，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。

7.塔顶产品用GC进行含量分析，分析条件为：型号Agilent 7890，FID检测；色谱柱：HP-5，柱长50m，内径0.32mm，液膜厚度0.5μm。检测条件：柱温：60℃；汽化室温度200℃；检测器温度250℃；载气高纯氮，流量1ml L/min。

8.用卡尔费休法测水含量。

9.用UV2550检测产品的UV值。，检测条件为：1cm比色池，水为参比。

本发明的有益效果是：

1.使用无挥发性的水溶性离子液体为萃取剂进行反应精馏脱水，与现有的二醇类萃取剂相比，大大降低萃取剂损耗。

2.反应精馏过程中同时进行过氧化物的脱除。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细阐述本发明的制备方法

实施例1

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级四氢呋喃，并加入原料工业级四氢呋喃质量10％的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑70Kg，原料工业级四氢呋喃质量10‰的硼氢化钠700g。全回流0.5h后，调整回流比为4，进行四氢呋喃采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品四氢呋喃50.3Kg，塔顶温度超过66.3℃后馏分，与下一次原料合并分离。得精制四氢呋喃后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。产品用GC进行分析，含量99.9％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.03％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0238，254nm处吸光度为0.1408。

实施例2

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级1，4-二氧六环，并加入1，4-二氧六环质量5％的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑35Kg，1，4-二氧六环质量1‰的硼氢化钠70g。全回流0.5h后，调整回流比为6，进行1，4-二氧六环采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品1，4-二氧六环55.1Kg，塔顶温度超过102.5℃采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.7％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.04％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0358，250nm处吸光度为0.2411。

实施例3

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级甲基叔丁基醚，并加入原料质量1％的离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑700g，原料质量0.50‰的硼氢化钠35g。全回流0.5h后，调整回流比为10，进行甲基叔丁基醚采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品甲基叔丁基醚49.4Kg，塔顶温度超过56.5℃后，采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.5％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.01％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0182，254nm处吸光度为0.0910。

实施例4

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级四氢呋喃，并加入原料工业级四氢呋喃质量6％的离子液体4.2Kg，原料工业级四氢呋喃质量5‰的硼氢化钾350g。全回流2h后，调整回流比为2，进行四氢呋喃采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品四氢呋喃，塔顶温度超过66.3℃采出后馏分，与下一次原料合并分离。得精制四氢呋喃后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。产品用GC进行分析，含量99.9％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.04％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0253，254nm处吸光度为0.1288。

实施例5

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入60Kg原料工业级1，4-二氧六环，并加入原料质量20％的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑12Kg，原料质量0.3‰的硼氢化钠18g。全回流2h后，调整回流比为8，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品1，4-二氧六环46.3Kg，塔顶温度超过102.5℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.6％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.05％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0411，250nm处吸光度为0.2348。

实施例6

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级甲基叔丁基醚，并加入原料质量5％的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑3.5Kg，原料质量2‰的硼氢化钠140g。全回流2h后，调整回流比为8，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品甲基叔丁基醚53.9Kg，塔顶温度超过56.5℃采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.5％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.01％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0190，254nm处吸光度为0.0931。

实施例7

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级四氢呋喃，并加入原料工业级四氢呋喃质量15％的离子液体氯化1-乙基-3-甲基咪唑10.5Kg，原料工业级四氢呋喃质量1‰的硼氢化钾70g。全回流5h后，调整回流比为3，进行四氢呋喃采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品四氢呋喃56.2Kg，塔顶温度超过66.3℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。得精制四氢呋喃后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。产品用GC进行分析，含量99.9％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.03％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0215，254nm处吸光度为0.1403。

实施例8

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级四氢呋喃，并加入原料质量1％的离子液体氯化1-乙基-3-甲基咪唑700g，原料质量0.3‰的亚硫酸氢钠21g。全回流3h后，调整回流比为6，进行四氢呋喃采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品四氢呋喃56.2Kg，塔顶温度超过66.3℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。得精制四氢呋喃后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。得精制四氢呋喃后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。产品用GC进行分析，含量99.8％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.05％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0271，254nm处吸光度为0.1315。

实施例9

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级甲基叔丁基醚，并加入原料质量5％的离子液体溴化1-己基-3-甲基咪唑3.5Kg，原料质量0.5‰的硼氢化钠35g。全回流5h后，调整回流比为5，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品甲基叔丁基醚58.8Kg，塔顶温度超过56.5℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.5％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.01％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0182，254nm处吸光度为0.0891。

实施例10

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级1，4-二氧六环，并加入原料质量5％的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑3.5Kg，原料质量0.5‰的亚硫酸氢钠35g。全回流5h后，调整回流比为6，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品1，4-二氧六环48.5Kg，塔顶温度超过102.5℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.5％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.03％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0405，250nm处吸光度为0.2269。

实施例11

在100L全玻璃反应蒸馏器中，加入70Kg原料工业级甲基叔丁基醚，并加入原料质量10％的离子液体溴化1-己基-3-甲基咪唑7Kg，原料质量2‰的亚硫酸氢钠140g。全回流3h后，调整回流比为6，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间为产品甲基叔丁基醚51.9Kg，塔顶温度超过56.5℃后采出后馏分，与下一次原料合并分离。产品用GC进行分析，含量99.2％；用卡尔费休法测水含量，水含量0.01％；用UV-VIS检测，在280nm处吸光度为0.0188，254nm处吸光度为0.0893。

Claims (2)

1.一种生产高效液相色谱用高纯醚的方法，其特征在于：在全玻璃反应蒸馏器中，将原料工业级的醚，即四氢呋喃、1，4-二氧六环或甲基叔丁基醚之一与离子液体和还原剂进行反应精馏，得高效液相色谱用高纯醚，还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾或亚硫酸氢钠；

其中，处理四氢呋喃时，全回流0.5～5h后，调整回流比为2～10，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间馏分为产品四氢呋喃，塔顶温度超过66.3℃后馏分，与下一次原料合并分离；

处理1，4-二氧六环时，全回流0.5～5h后，调整回流比为2～10，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间馏分为产品1，4-二氧六环，塔顶温度超过102.5℃后馏分，与下一次原料合并分离；

处理甲基叔丁基醚时，全回流0.5～5h后，调整回流比为2～10，进行采出，拔头15％留置后用，采出中间馏分为产品甲基叔丁基醚，塔顶温度超过56.5℃后馏分，与下一次原料合并分离；其中离子液体的用量为原料醚质量的1％～20％，其中还原剂投入量为原料醚投料质量的0.3‰～10‰；所述离子液体是具有吸水性的阴离子为氯和溴的离子液体。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，得到醚类成品后，继续从塔顶采出水，塔釜离子液体留作下次使用。