CN103319704B - 一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备可降解聚酯的方法，以植物油基不饱和脂肪酸和香草酸为原料，以钛酸正丁基酯为催化剂，在高温，高真空的条件下实现本体聚合，步骤如下：1）由10-十一碳烯酸制备11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇；2）由香草酸甲酯制备香草酸二甲酯；3）由11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇和香草酸二甲酯制备可降解聚酯。本发明的优点是：原料来源广泛、价格低廉，可再生，生产成本低；聚酯合成工艺简单、易于操作、绿色环保、产率较高，利于工业化生产；制备的聚酯材料热稳定性好、性能可调，易于实现结构和功能的多样化，性能可以同基于石油原料的聚酯相媲美，具备大规模生产的可能。
Description
技术领域
本发明涉及可再生资源利用和绿色合成技术领域，具体为一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法。
背景技术
聚酯，是由多元醇和多元酸缩聚而得到的聚合物的总称，是一类性能优异、用途广泛的工程塑料，可制成纤维和薄膜，广泛应用于包装业、电子电器、医疗、卫生、建筑、汽车等领域。但是基于石油化学品的聚酯材料是典型的白色污染高分子材料，在自然条件下不可降解，与日俱增的聚酯废弃物必然给环境带来严重的污染。而且，随着能源和资源的日渐枯竭，特别是上世纪70年代发生石油危机后，人们觉察到有机化工原料完全依附于不可再生资源的危险性。因此，利用可再生资源，采用绿色合成技术来合成可降解聚酯材料，从源头上减少对不可再生资源的依赖和对环境的污染显得尤为重要。
10-十一碳烯酸和香草酸属于可再生资源，价格低廉、来源广泛，无论是从环保方面，还是从资源可持续性利用方面来看，开发基于10-十一碳烯酸和香草酸的绿色合成工艺都具有十分重要的意义。但是，传统方法利用10-十一碳烯酸制备多元醇存在诸多缺陷，主要表现在：反应过程中用到多种有机溶剂，且反应时间长、分离过程冗繁、产率较低，有的还会用到一些有毒和昂贵试剂，最终严重阻碍了可再生资源在高分子材料中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，该方法合成工艺简单、反应条件温和、产率较高，且原料价格低廉、绿色环保，易于工业化推广。
本发明的技术方案：
一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，以植物油基不饱和脂肪酸10-十一碳烯酸和香草酸为原料，以钛酸正丁基酯为催化剂，在高温，高真空的条件下实现本体聚合，步骤如下：
1)由10-十一碳烯酸制备10-十一烯-1-醇
将10-十一碳烯酸溶解于四氢呋喃中，在冰水浴条件下、30min内缓慢加入四氢铝锂，室温下继续反应3h，回流1h,反应完毕后，加入蒸馏水和浓度为2M的盐酸以除去过量的四氢铝锂，用乙酸乙酯萃取3次，有机相分别用饱和NaCl溶液和蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥24h，旋干溶剂后减压蒸馏，得到目标物；
2)由10-十一烯-1-醇制备11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇
分离生成的10-十一烯-1-醇，然后将10-十一烯-1-醇和3-巯基丙醇溶解在乙腈中，以安息香二甲醚为光敏感剂，在波长为365nm的紫外灯下照射15min后反应完成，制得11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇；
3)由香草酸甲酯制备1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷
将香草酸甲酯和缚酸剂碳酸钾溶解于DMF中，然后缓慢滴入含有1,4-二溴丁烷的DMF溶液，在100℃下反应24h，冷却至室温后将反应液倒入冰水中，析出沉淀，抽滤得粗产品，将粗产品溶解在二氯甲烷中，分别用2M的氢氧化钠溶液、1M盐酸和水各洗涤3次，无水Na2SO4干燥，旋蒸除去溶剂后用乙醇重结晶得到针状晶体双香草酸二甲酯1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷；
4)制备聚酯
在密闭性良好的反应体系中，将11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇与1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷混合得到混合液，加入催化剂钛酸正丁基酯，缓缓通入氮气并搅拌均匀，在155℃、3mmHg压力的条件下发生本体聚合反应并不断排放生成的甲醇，得到反应液，待反应液冷却后加入氯仿溶解反应液，然后加入沉淀剂0℃的冷甲醇析出产物，如此重复两次，抽滤并充分干燥后，即可制得芳香族聚酯产物。
所述10-十一碳烯酸、四氢呋喃、四氢铝锂、蒸馏水、盐酸、乙酸乙酯的用量比为10.0mmol：20.0mL：0.94g：50mL：100mL：50mL。
所述10-十一烯-1-醇、3-巯基丙醇、安息香二甲醚与乙腈的用量比为20.0mmol：10.0mmol：0.25mmol：5mL。
所述香草酸甲酯、1,4-二溴丁烷、碳酸钾、DMF、冰水、二氯甲烷、2M氢氧化钠溶液、1M盐酸、洗涤水和乙醇的用量比为10.0mmol：5.0mmol：5.0mmol：20mL：100mL：100mL：50mL：50mL：50mL：200mL。
所述11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇与香草酸二甲酯的摩尔比为1:1；催化剂钛酸正丁基酯官能团酯基与混合液的摩尔百分比为0.05％；11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇与氯仿的用量比为1.0mmol：10mL；11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇与0℃的冷甲醇的用量比为1.0mmol：100mL。
本发明的有益效果：
1)本发明涉及聚酯的原料是广泛存在的蓖麻油的高温裂解产物10-十一碳烯酸和存在于木材中的香草酸，原料来源广泛、价格低廉，可再生，可从源头上减少对石油资源的依赖，大幅度降低生产成本；
2)本发明提供的聚酯中间体合成方法绿色环保，产率较高，聚酯合成工艺简单、易于操作，利于工业化生产；
3)本发明提供的聚酯材料热稳定性好，性能可调，易于实现结构和功能的多样化，性能可以同基于石油原料的聚酯相媲美，具备大规模生产的可能；
4)本发明提供的聚酯生物可降解，不会引起白色污染，满足环保要求。
具体实施方式
下面给出的实例是对本发明做具体阐述，需要指出的是以下实例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，与该领域相关的普通人员，对本发明进行的一些非本质的调整和改进，包括用其他类型的植物油基不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸、岩芹炔酸、蓖麻油酸或斑鸠菊酸来合成植物油基聚酯仍属于本发明的保护范围。
实施例：
一种基于10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，以10-十一碳烯酸和香草酸为原料，以钛酸正丁基酯为催化剂，在高温，高真空的条件下实现本体聚合，步骤如下：
1)由10-十一碳烯酸制备10-十一烯-1-醇
在反应瓶中将1.84g(10.0mmol)10-十一烯酸溶解在20.0mL无水四氢呋喃中，将反应瓶置于冰水浴中，于30min内慢慢加入0.94g四氢铝锂，撤去冰水浴，室温下再反应3h，回流1h。反应完毕后，向反应体系中先后加入50mL蒸馏水和100mL 2M的盐酸，用50mL乙酸乙酯萃取3次，有机相分别用饱和NaCl溶液和蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥24h，旋干溶剂后减压蒸馏，得无色油状液体1.55g，产率91％。
2)由10-十一烯-1-醇制备11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇
于石英管中准确称取10-十一烯-1-醇1.53g(100mmol)和3-巯基丙醇0.92g(10mmol)，安息香二甲醚0.06g(0.25mmol)，加入5mL乙腈溶解，将石英管用翻口塞密封后，放在波长为365nm的紫外灯下照射15min后，有大量的白色固体析出，抽滤得到白色固体，用20mL乙醚重结晶，抽滤，0℃冷乙醚洗涤，得目标产品11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇2.21g，产率90％。
3)由香草酸甲酯制备1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷
在50mL的三口瓶中加入1.82g(10.0mmol)香草酸甲酯和0.69g(5mmol)碳酸钾和10mL DMF，然后用恒压滴液漏斗缓慢滴入10mL含有1.08g(5mmol)1,4-二溴丁烷的DMF溶液，4h内滴完，反应体系保持100℃，TLC监测，反应完成后，冷却，然后将反应混合物倒入100mL冰水中，析出沉淀，抽滤得粗产品。将粗产品溶解在100mL二氯甲烷中，用50mL氢氧化钠溶液(2M),50mL盐酸(1M)和50mL水各洗涤3次，无水Na2SO4干燥，旋蒸除去溶剂后用200mL乙醇重结晶得到针状晶体1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷1.67g，产率80％。
4)制备聚酯
在密闭性良好50mL两口瓶中，将11-(3-羟丙基巯基)十一烯-1-醇0.26g(1.0mmol)与1,4-(4-甲酯基-2-甲氧基酚基)丁烷0.42g(1.0mmol)混合得到混合液，加入催化剂钛酸正丁基酯0.17mg(0.5×10-3mmol)，缓缓通入氮气并搅拌均匀，加热至155℃，单体熔融后有气泡冒出，反应两小时后，除去氮气保护，改抽真空至3mmHg，继续反应5h，得到反应液，待反应液冷却至室温后加入10mL氯仿溶解反应液，然后加入100mL沉淀剂0℃的冷甲醇析出浅黄色固体，如此重复两次，抽滤并充分干燥后，即可制得芳香族聚酯产物0.49g，产率75％。该可降解聚酯的化学结构式为：
Claims (4)
1.一种用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，其特征在于：以植物油基不饱和脂肪酸10-十一碳烯酸和香草酸甲酯为原料，以钛酸正丁基酯为催化剂，在高温，高真空的条件下实现本体聚合，步骤如下：
1)由10-十一碳烯酸制备10-十一烯-1-醇
将10-十一碳烯酸溶解于四氢呋喃中，在冰水浴条件下、30min内缓慢加入四氢铝锂，室温下继续反应3h，回流1h,反应完毕后，加入蒸馏水和浓度为2M的盐酸以除去过量的四氢铝锂，用乙酸乙酯萃取3次，有机相分别用饱和NaCl溶液和蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥24h，旋干溶剂后减压蒸馏，得到目标物；
2)由10-十一烯-1-醇制备11-(3-羟丙基巯基)-十一醇
分离生成的10-十一烯-1-醇，然后将10-十一烯-1-醇和3-巯基丙醇溶解在乙腈中，以安息香二甲醚为光敏感剂，在波长为365nm的紫外灯下照射15min后反应完成，制得11-(3-羟丙基巯基)-十一醇；
3)由香草酸甲酯制备1,4-双(4-甲酯基-2-甲氧基苯氧基)丁烷
将香草酸甲酯和缚酸剂碳酸钾溶解于DMF中，然后缓慢滴入含有1,4-二溴丁烷的DMF溶液，在100℃下反应24h，冷却至室温后将反应液倒入冰水中，析出沉淀，抽滤得粗产品，将粗产品溶解在二氯甲烷中，分别用2M的氢氧化钠溶液、1M盐酸和水各洗涤3次，无水Na2SO4干燥，旋蒸除去溶剂后用乙醇重结晶得到针状晶体1,4-双(4-甲酯基-2-甲氧基苯氧基)丁烷；
4)制备聚酯
在密闭性良好的反应体系中，将11-(3-羟丙基巯基)-十一醇与1,4-双(4-甲酯基-2-甲氧基苯氧基)丁烷混合得到混合液，加入催化剂钛酸正丁基酯，缓缓通入氮气并搅拌均匀，在155℃、3mmHg压力的条件下发生本体聚合反应并不断排放生成的甲醇，得到反应液，待反应液冷却后加入氯仿溶解反应液，然后加入沉淀剂0℃的冷甲醇析出产物，如此重复两次，抽滤并充分干燥后，即可制得芳香族聚酯产物；
所述11-(3-羟丙基巯基)-十一醇与香草酸二甲酯的摩尔比为1:1；催化剂钛酸正丁基酯官能团酯基与混合液的摩尔百分比为0.05％；11-(3-羟丙基巯基)-十一醇与氯仿的用量比为1.0mmol：10mL；11-(3-羟丙基巯基)-十一醇与0℃的冷甲醇的用量比为1.0mmol：100mL。
2.根据权利要求1所述用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，其特征在于：所述10-十一碳烯酸、四氢呋喃、四氢铝锂、蒸馏水、盐酸、乙酸乙酯的用量比为10.0mmol：20.0mL：0.94g：50mL：100mL：50mL。
3.根据权利要求1所述用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，其特征在于：所述10-十一烯-1-醇、3-巯基丙醇、安息香二甲醚与乙腈的用量比为20.0mmol：10.0mmol：0.25mmol：5mL。
4.根据权利要求1所述用10-十一碳烯酸和香草酸制备聚酯的方法，其特征在于：所述香草酸甲酯、1,4-二溴丁烷、碳酸钾、DMF、冰水、二氯甲烷、2M氢氧化钠溶液、1M盐酸、洗涤水和乙醇的用量比为10.0mmol：5.0mmol：5.0mmol：20mL：100mL：100mL：50mL：50mL：50mL：200mL。
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