CN102351650B - 一种叔丁醇镁的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种叔丁醇镁的制备方法，包括：将叔丁醇酯和催化剂TZB加入反应容器中，然后在氮气保护下，加入低级醇镁，加热回流0.5-5h，反应达到平衡后，蒸出反应副产物，最后将剩余的反应混合物中在N2保护下减压抽滤，最后将所得滤饼洗涤，干燥，即得纯度为98％～99.5％的叔丁醇镁；其中催化剂TZB为钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的混和物，钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的比例为34g∶100mL∶0.5g。本发明的制备方法简便，收率高，宜于工业化生产；本发明制得的叔丁醇镁纯度达到98％～99.5％。
Description
技术领域
本发明属于醇镁化合物的制备领域，特别涉及一种叔丁醇镁的制备方法。
背景技术
醇镁化合物是醇金属合物的一种，它的分子结构为Mg(OR)2，R＝烷基。它是一种对水敏感的固体，主要应用于有机合成的选择性碱，无水体系中的中和剂，制备高纯度氧化镁的原料，化学中间体和聚烯烃的催化剂载体，合成抗艾滋病药物替诺福韦的关键催化剂，而叔丁醇镁的纯度对于合成此药物的收率有重要意义。
众所周之，具支链的醇镁都不能通过醇和金属镁直接反应得到。
US6544446描述了一种制备醇镁的方法，由金属镁与异戊二烯反应生成双异戊二烯镁加合物，然后与醇反应得到高收率醇镁，实例给出了叔丁醇镁的制备方法。处理双戊异二烯镁加合物是危险的。
US2005159630描述了一种制备醇金属的方法，利用高级醇与低级醇金属的醇交换得到高级醇金属，其权利要求包含所有碱土金属，其中权利要求4包含叔丁醇，实施例未列举叔丁醇镁的制备。
US2005159630所描述的过程应用于制备叔丁醇镁时，不能得到高纯度的叔丁醇镁，其中含有约30％的未被完全交换的甲醇镁。研究发现，叔丁醇镁在反应体系中的溶解度太低，导致醇交换反应过程生成的叔丁醇镁在反应混合物中很快饱和析出，裹夹了未反应的甲醇镁和未及时移走的甲醇，这部分甲醇镁不再参与反应而一直残留在叔丁醇镁中，造成最终叔丁醇镁的纯度只能达到70％。
CN101723803描述了一种高纯度叔丁醇镁的制备方法，利用低级烷基醇镁与叔丁醇酯在反应精馏(或蒸馏)条件下进行转移酯化反应，得到高纯度叔丁醇镁，但本领域的技术人员在研究CN101723803所描述的过程用于制备叔丁醇镁时，不能重复得到高纯度的叔丁醇镁，其中含有约20％的未被完全交换的甲醇镁，造成最终叔丁醇镁的纯度只能达到80％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种叔丁醇镁的制备方法，该方法中使用了一种合适的催化剂，显著提高了酯交换反应的转化率，使叔丁醇镁的纯度达到98％以上。
本发明的一种叔丁醇镁的制备方法，包括：将叔丁醇酯和催化剂TZB加入反应容器中，然后在氮气保护下，加入低级醇镁，加热回流0.5-5h，反应达到平衡后，蒸出反应副产物，最后将剩余的反应混合物中在N2保护下减压抽滤，以除去叔丁醇酯和催化剂，最后将所得滤饼洗涤，干燥，即得纯度为98％～99.5％的叔丁醇镁；其中催化剂TZB为钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的混和物，钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的比例为34g∶100mL∶0.5g。
所述的叔丁醇酯为甲酸叔丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸叔丁酯、丁酸叔丁酯或异丁酸叔丁酯。
所述的催化剂TZB(碘化钛酸四丁酯)的制备方法为：N2保护下，将34g钛酸四丁酯、100mL二甲亚砜和0.5g碘混合，搅拌均匀即得，密闭保存备用。
所述的低级醇镁为低级醇镁固体或者含有低级醇镁的醇溶液或混悬液；其中低级醇镁为C1～C4的烷基醇镁中的一种或几种。
上述的醇溶液或混悬液中的醇为C1～C4的烷基醇。
上述的C1～C4的烷基醇镁为甲醇镁、乙醇镁、正丙醇镁、异丙醇镁、正丁醇镁、叔丁醇镁和异丁醇镁。
所述的低级醇镁为叔丁醇镁与C1～C4的烷基醇镁中其他烷基醇镁的混合物。
所述的低级醇镁为叔丁醇镁和甲醇镁的混合物，其中叔丁醇镁与甲醇镁的重量比为1∶1。
所述的叔丁醇酯和催化剂TZB的质量体积比为400-2000∶5-7g/mL，叔丁醇酯和低级醇镁的摩尔比为5-30∶1。
所述的反应容器上安装有精馏或蒸馏装置。
所述的反应副产物的沸点≤96-98℃。
本发明在氮气保护下，将起始原料低级醇镁叔丁醇酯按一定的摩尔比加入具有精馏(或蒸馏)装置的反应设备中，加入适量的催化剂，反应开始并达到平衡时，精馏(或蒸馏)塔顶温度接近反应副产物低沸点酯的沸点，蒸出反应副产物低沸点酯，当精馏(或蒸馏)的镏出物中不再含有低沸点酯时，反应完成，采用常规方法除去过量的叔丁醇酯和催化剂，干燥后，得到几乎理论量产品，白色多孔状固体高纯度叔丁醇镁，纯度98％～99.5％。
本发明在合适的催化剂的作用下，采用低级烷基醇镁和叔丁醇酯为起始原料，叔丁醇酯与低级烷基醇镁在反应精馏(或蒸馏)条件下进行转移酯化反应，反应生产的低沸点酯通过精馏(或蒸馏)的方法从反应体系中移走，反应完成后，采用常规方法除去过量的叔丁醇酯和催化剂，干燥后即得到高纯度叔丁醇镁。
本发明基于下列原理：
本发明人经过实验研究发现，用低级醇镁与叔丁醇酯间的转化酯化反应可以很方便的得到高纯度叔丁醇镁。反应式如下：(化学方程式已配平)
式中R为C1～C4的烷基，R1为C1～C4的烷酰基。
此反应为可逆反应，按照化学反应平衡一般原理，在反应过程中增加反应物的用量或者及时移走产物都有利于反应趋于完全。
本发明的催化剂TZB的制备：N2保护下，将34g钛酸四丁酯，100mL二甲亚砜，0.5g碘混合，搅拌均匀，密闭保存即得催化剂TZB。
本发明所述低级烷基醇镁为C1～C4的醇镁，包括甲醇镁，乙醇镁，正丙醇镁，异丙醇镁，正丁醇镁，异丁醇镁，可以使用纯的固体醇镁或各种醇镁的混合物，也可以使用它们的醇溶液或悬混液。所述醇溶液或悬混液中的醇为C1～C4的烷基醇。作为特例，低级烷基醇镁还可以是其他合成方法得到的低纯度叔丁醇镁。低级烷基醇镁可以使用“一锅法”现制现用，或外购。
所述叔丁醇酯为叔丁醇的C1～C4低级脂肪酸酯，包括甲酸叔丁酯，乙酸叔丁酯，丙酸叔丁酯，丁酸叔丁酯，异丁酸叔丁酯。
低级烷基醇镁与叔丁醇酯间的转移酯化反应是在具有精馏(或蒸馏)装置的反应设备进行，反应生成的低沸点酯能被及时移走。反应精馏(或蒸馏)可以采用高效的精馏装置，减少叔丁醇酯使用量；也可以是简单蒸馏，用大过量的叔丁醇酯带走反应生成的低沸点酯。
反应精馏(或蒸馏)过程的温度和压力依据起始原料和副产物低沸点酯不同物理性质而定，没有严格限制。
有益效果
(1)本发明的制备方法简便，收率高，宜于工业化生产；
(2)本发明所采用的催化剂的制备方法简单，原料易得；
(3)本发明所制得的叔丁醇镁纯度达到98％～99.5％。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取1800g乙酸叔丁酯置于2000ml带搅拌的四口瓶中，再加入6.8mL催化剂TZB，反应瓶装置有内径15毫米高度800毫米的精密精馏柱，N2保护下加热至95℃，以15ml/min的滴加速度加入409g14.1％甲醇镁甲醇溶液，一开始即出现白色沉淀。滴加完毕后釜温为95℃，塔顶馏出温度为57℃，此时设回流比为1.随着乙酸甲酯的逐渐蒸出和釜温的逐渐升高，塔顶馏出温度也随之升高，逐渐从57℃慢慢升至97℃，此时塔顶馏出液不含有乙酸甲酯，全部为乙酸叔丁酯。同时随着塔顶温度的逐渐升高将回流比调为5，最后调为20.当塔顶温度稳定在97℃较长一段时间后(1小时)，停止蒸馏反应时间大约需要6小时。将反应混和物在N2保护下减压抽滤，少量乙酸叔丁酯洗涤滤饼，再将滤饼减压烘干，得到100克白色多孔状固体叔丁醇镁，纯度为99.5％。
实施例2
取600克乙酸叔丁酯置于1000ml带搅拌的四口瓶中，再加入5.8mL催化剂TZB，反应瓶装置有内径15毫米高度800毫米的精密精馏柱，N2保护下，加入50克固体甲醇镁，将悬混液加热至回流，全回流2小时，当塔顶温度为57℃时，此时设回流比为5.随着乙酸甲酯的逐渐蒸出，塔顶馏出温度也随之升高，逐渐从57℃慢慢升至97℃，此时塔顶馏出液不含有乙酸甲酯，全部为乙酸叔丁酯。同时随着塔顶温度的逐渐升高将回流比调为20。塔顶温度稳定在97℃较长一段时间后(1小时)，停止蒸馏反应时间大约需要5小时。将反应混和物在N2保护下减压抽滤，少量乙酸叔丁酯洗涤滤饼，再将滤饼减压烘干，得到101克白色多孔状固体叔丁醇镁，纯度为98.8％。
实施例3
取500g乙酸叔丁酯置于1000ml带搅拌的四口瓶中，再加入5mL催化剂TZB，反应瓶装置有内径15毫米高度800毫米的精密精馏柱，N2保护下，加入57克固体乙醇镁，将悬混液加热至回流，全回流2小时，当塔顶温度为77℃时，此时设回流比为10.随着乙酸乙酯的逐渐蒸出，塔顶馏出温度也随之升高，逐渐从77℃慢慢升至97℃，此时塔顶馏出液不含有乙酸甲酯，全部为乙酸叔丁酯。同时随着塔顶温度的逐渐升高将回流比调为20。塔顶温度稳定在97℃较长一段时间后(1小时)，停止蒸馏，反应时间大约需要5小时。将反应混和物在N2保护下减压抽滤，少量乙酸叔丁酯洗涤滤饼，再将滤饼减压烘干，得到84.5克白色多孔状固体叔丁醇镁，纯度为99％。
实施例4
取600g乙酸叔丁酯置于1000ml带搅拌的四口瓶中，再加入5.8mL催化剂TZB，反应瓶装置有回流冷凝管，N2保护下，加入50克固体甲醇镁，将悬混液加热至回流，全回流4小时后，改回流冷凝管为简单蒸馏冷凝管，边蒸馏边滴加500g乙酸叔丁酯，随着乙酸甲酯的逐渐蒸出，反应混和物温度也随之升高，慢慢升至97℃，此时塔顶馏出液不含有乙酸甲酯，全部为乙酸叔丁酯。反应时间大约需要8小时。将反应混和物在N2保护下减压抽滤，少量乙酸叔丁酯洗涤滤饼，再将滤饼减压烘干，得到99g白色多孔状固体叔丁醇镁，纯度为99.2％。
实施例5
按照实施例2，用外购的低纯度叔丁醇镁(叔丁醇镁50％wt，甲醇镁50％wt)代替甲醇镁，反应需要4小时。得到80g色多孔状固体叔丁醇镁，纯度为98.8％。
Claims (9)
1.一种叔丁醇镁的制备方法，包括：将叔丁醇酯和催化剂TZB加入反应容器中，然后在氮气保护下，加入低级醇镁，加热回流0.5-5h，反应达到平衡后，蒸出反应副产物，最后将剩余的反应混合物中在N2保护下减压抽滤，最后将所得滤饼洗涤，干燥，即得纯度为98%～99.5%的叔丁醇镁；其中催化剂TZB为钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的混和物，钛酸四丁酯、二甲亚砜和碘的比例为34g:100mL:0.5g，其中低级醇镁为C1～C4的烷基醇镁中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的叔丁醇酯为甲酸叔丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸叔丁酯、丁酸叔丁酯或异丁酸叔丁酯。
3.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的催化剂TZB的制备方法为：N2保护下，将34g钛酸四丁酯、100mL二甲亚砜和0.5g碘混合，搅拌均匀即得。
4.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的低级醇镁为低级醇镁固体或者含有低级醇镁的醇溶液或混悬液；其中醇溶液或混悬液中的醇为C1～C4的烷基醇。
5.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：上述的C1～C4的烷基醇镁为甲醇镁、乙醇镁、正丙醇镁、异丙醇镁、正丁醇镁、叔丁醇镁和异丁醇镁。
6.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的低级醇镁为叔丁醇镁与C1～C4的烷基醇镁中叔丁醇镁以外的烷基醇镁之一的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的低级醇镁为叔丁醇镁和甲醇镁的混合物，其中叔丁醇镁与甲醇镁的重量比为1:1。
8.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的叔丁醇酯和催化剂TZB的质量体积比为400-2000:5-7g/mL，叔丁醇酯和低级醇镁的摩尔比为5-30:1。
9.根据权利要求1所述的一种叔丁醇镁的制备方法，其特征在于：所述的反应容器上安装有精馏或蒸馏装置；所述的反应副产物的沸点≤96-98℃。
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