CN101928267A - 一种油酸甲酯环氧化的方法 - Google Patents

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一种油酸甲酯环氧化的方法是将油酸甲酯加入到反应器中，加入催化剂和有机溶剂，加热到所需的反应温度50～70℃，并保持该温度恒定，滴加浓度为30wt％过氧化氢，过氧化氢的质量与油酸甲酯质量比为1～2∶1，并使过氧化氢在2～2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温2～6小时，其中有机溶剂与油酸甲酯的质量比是2.0～5.0∶1，催化剂的质量与油酸甲酯的质量比是5～25∶1000；将反应后的混合液放在5～10℃的环境中放置3～5小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂；将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。本发明具有后处理容易，对环境无污染，转化率和选择性高的优点。

Description

一种油酸甲酯环氧化的方法
所属领域
本发明涉及一种将油酸甲酯进行环氧化的方法。
背景技术
油酸甲酯是一种非常有潜力的矿物润滑油替代产品，但油酸甲酯中含有大量双键，导致其氧化稳定性差，难以达到常规润滑油的性能标准。将油酸甲酯进行环氧化，可以极大的降低其碘价，得到的环氧化油酸甲酯具有较高的氧化稳定性和较好的润滑性能，能够达到润滑油的性能标准。另外，环氧化油酸甲酯是世界上承认的无毒增塑剂，它具有优良的热稳定性和光稳定性，并具有良好的增塑耐久性，是一种非常重要的工业助剂。
对油脂的双键进行环氧化反应主要有三种方法：
1、采用有机过氧酸及其衍生物的环氧化法
在油脂中直接加入有机过氧酸或其衍生物，可使分子链中的双键打开，发生环氧化反应。常用的有机过氧酸为过氧甲酸、过氧乙酸、单过氧邻苯二甲酸、间氯代过氧化苯甲酸等，也可用过氧化二乙基甲酮，过氧化月桂酸甘油酯等作氧化剂。该工艺有许多缺点：①有机过氧酸不稳定，易爆炸；②残存有机酸和有机过氧酸必须用大量水洗去，后处理困难；③易发生开环反应；④未反应物料难以回用；⑤对环境污染严重。
2、原位环氧化法
鉴于有机过氧酸存在稳定性差且有安全隐患的弊端，人们又开发了生成过氧酸与环氧化反应同步进行的反应工艺，称为原位环氧化法。如CN1043338给出的方法，此种方法较上一种方法安全，但同样存在后处理困难、易发生开环反应、未反应物料难以回用、对环境污染严重等问题。
3、过渡金属催化下的环氧化反应
在催化剂作用下，过氧化氢可使双键打开进行环氧化。这种反应工艺避免了使用腐蚀性的酸类化合物，且不易发生开环反应。反应所用催化剂主要是过渡金属盐或其络合物，代表性的有含钼催化剂、含铈催化剂、含钨催化剂等。此外，还可用S、N、P等元素的含氧化合物作催化剂。CN101234354给出了一些催化剂的合成方法，CN101045717通过采用以含1～10个碳原子的链烯烃、环烯烃或芳香族烯烃和过氧化氢水溶液为原料，以磷钨杂多酸季铵盐为催化剂进行了环氧化反应，取得了较好的效果。但将杂多酸季铵盐应用于油酸甲酯的环氧化反应的研究，目前未见报道。
发明内容：
本发明提供了一种后处理容易，对环境无污染，转化率和选择性高的油酸甲酯环氧化的方法。
本发明一种油酸甲酯环氧化的方法如下：
本发明所述的环氧化方法如下：
(1)将油酸甲酯加入到反应器中，加入催化剂和有机溶剂，加热到所需的反应温度50～70℃，并保持该温度恒定，滴加浓度为30wt％过氧化氢，过氧化氢的质量与油酸甲酯质量比为1～2∶1，并使过氧化氢在2～2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温2～6小时，其中有机溶剂与油酸甲酯的质量比是2.0～5.0∶1，催化剂的质量与油酸甲酯的质量比是5～25∶1000；
(2)将反应后的混合液放在5～10℃的环境中放置3～5小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂；
(3)将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。
所述的有机溶剂是四氢呋喃、氯仿、1，2-二氯乙烷、乙腈、甲苯、环己烷或二氯甲烷。
催化剂为杂多酸双十八烷基二甲基铵盐，如[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40或[(C18H37)2N(CH3)2]3·PMo12O40。催化剂并且由如下方法制备的：
(1)将杂多酸和双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中，然后在室温下将杂多酸水溶液滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4～5小时；
(2)将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3～4次，再用乙醚洗涤3～4次，真空干燥20～25小时，即可得到杂多酸双十八烷基二甲基铵盐。
所述的杂多酸是具有Keggin结构的磷钨杂多酸(H3O40PW12)和具有Keggin结构的磷钼杂多酸(H3O40PMo12)。
杂多酸与双十八烷基三甲基氯化铵的摩尔比为1∶3～3.5。
本发明具有反应条件温和、反应时间短、转化率和选择性高、反应后催化剂易回收、有机溶剂可重复使用、绿色环保的优点。
具体实施方式
实施例1、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.05g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥20小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40(简称磷钨酸-1821)。
将20g油酸甲酯(碘值为80g/100g，下同)加入到反应器(带有搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的四口瓶，下同)中，加入0.5g磷钨酸-1821和70g四氢呋喃，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加40mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温6小时。将反应后的混合液放在5℃的环境中放置3小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂(蒸馏温度不得超过90℃，下同)，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为93.9％，环氧化选择性为80.1％。双键的检测根据GB1677-1981《增塑剂碘值的测定方法》，环氧值检测根据GB1677-1981《增塑剂环氧值值的测定》，下同。
实施例2、将5.00g磷钼杂多酸(H3O40PMo12)和4.50g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于少量的水中(摩尔比为1∶3.5)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌5小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤4次，再用乙醚洗涤4次，真空干燥25小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PMo12O40(简称磷钼酸-1821)。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.5g磷钼酸-1821和100g氯仿，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加40mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温6小时。将反应后的混合液放在8℃的环境中放置3小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为94.0％，环氧化选择性为82.0％。
实施例3、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.25g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3.2)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4.5小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥23小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.5g磷钨酸-1821和60g 1，2-二氯乙烷，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加40mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温2小时。将反应后的混合液放在10℃的环境中放置3小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为94.4％，环氧化选择性为78.8％。
实施例4、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.05g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌5小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤4次，真空干燥22小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40。
将30g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.3g磷钨酸-1821和40g乙腈，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加40mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温4小时。将反应后的混合液放在8℃的环境中放置3小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为93.9％，环氧化选择性为78.5％。
实施例5、将5.00g磷钼杂多酸(H3O40PMo12)和3.86g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于少量的水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤4次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥24小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PMo12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.1g磷钼酸-1821和70g甲苯，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加30mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温4小时。将反应后的混合液放在7℃的环境中放置3小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为76.1％，环氧化选择性为48.2％。
实施例6、将5.00g磷钼杂多酸(H3O40PMo12)和4.12g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于少量的水中(摩尔比为1∶3.2)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4.5小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥24小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PMo12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.3g磷钼酸-1821和40g环己烷，加热到70℃并保持该温度恒定，缓慢滴加40mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温3小时。将反应后的混合液放在9℃的环境中放置4小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为77.8％，环氧化选择性为79.7％。
实施例7、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.05g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥24小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.1g磷钨酸-1821和50g甲苯，加热到60℃并保持该温度恒定，缓慢滴加20mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温1小时。将反应后的混合液放在5℃的环境中放置5小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为95.7％，环氧化选择性为79.2％。
实施例8、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.05g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌5小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥24小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.3g磷钨酸-1821和60g二氯甲烷，加热到50℃并保持该温度恒定，缓慢滴加20mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再继续保温4小时。将反应后的混合液放在6℃的环境中放置4小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为94.8％，环氧化选择性为84.1％。
实施例9、将5.00g磷钨杂多酸(H3O40PW12)和3.05g双十八烷基二甲基氯化铵((C18H37)2N(CH3)2Cl)分别溶于水中(摩尔比为1∶3)，然后在室温下将杂多酸水溶液缓慢滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4小时。将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3次，再用乙醚洗涤3次，真空干燥24小时，即得到[(C18H37)2N(CH3)2]3·PW12O40。
将20g油酸甲酯加入到反应器中，加入0.3g磷钨酸-1821和60g二氯甲烷，加热到40℃并保持该温度恒定，缓慢滴加30mL过氧化氢(30wt％)，使过氧化氢在2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温4小时。将反应后的混合液放在7℃的环境中放置5小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂。将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。经测定，双键转化率为94.9％，环氧化选择性为81.0％。
对比例1、用传统方法将油酸甲酯环氧化，将100g油酸甲酯放入反应器中，加入4g强酸性阳离子交换树脂，加入25mL乙酸，将其升温到60℃，在该温度下缓慢滴加60mL过氧化氢(30％)，是过氧化氢在2小时内滴完，滴加完毕后再保温8小时。反应完毕后，将混合液静置分层，上层为有机层，下层为水层。用热的碳酸钠水溶液将有机层洗涤三次，然后再用热饱和氯化钠水溶液洗涤三次，经测量，转化率为64.2％，环氧选择性为64.8％。

Claims (4)

1.一种油酸甲酯环氧化的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将油酸甲酯加入到反应器中，加入催化剂和有机溶剂，加热到所需的反应温度50～70℃，并保持该温度恒定，滴加浓度为30wt％过氧化氢，过氧化氢的质量与油酸甲酯质量比为1～2∶1，并使过氧化氢在2～2.5小时内滴完，滴加完毕后再继续保温2～6小时，其中有机溶剂与油酸甲酯的质量比是2.0～5.0∶1，催化剂的质量与油酸甲酯的质量比是5～25∶1000；
(2)将反应后的混合液放在5～10℃的环境中放置3～5小时，这时催化剂会缓慢析出，将混合液过滤以除去催化剂；
(3)将滤液静置分层，将有机层减压蒸馏除去有机溶剂，得到的产物即为环氧油酸甲酯。
2.如权利要求1所述的一种油酸甲酯环氧化的方法，其特征在于所述的有机溶剂是四氢呋喃、氯仿、1，2-二氯乙烷、乙腈、甲苯、环己烷或二氯甲烷。
3、如权利要求1所述的一种油酸甲酯环氧化的方法，其特征在于所述的催化剂为杂多酸双十八烷基二甲基铵盐，催化剂并且由如下方法制备的：
(1)将杂多酸和双十八烷基二甲基氯化铵分别溶于水中，然后在室温下将杂多酸水溶液滴加到双十八烷基二甲基氯化铵的水溶液中，室温下搅拌4～5小时；
(2)将反应后的混浊液进行真空抽滤，将滤饼用水洗涤3～4次，再用乙醚洗涤3～4次，真空干燥20～25小时，即可得到杂多酸双十八烷基二甲基铵盐。
4.如权利要求1所述的一种油酸甲酯环氧化的方法，其特征在于所述的杂多酸是具有Keggin结构的磷钨杂多酸或具有Keggin结构的磷钼杂多酸。
5.如权利要求1所述的一种油酸甲酯环氧化的方法，其特征在于所述的杂多酸与双十八烷基三甲基氯化铵的摩尔比为1∶3～3.5。 
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