CN104072752B - 一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法 - Google Patents
一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法,具体的是先将硼酸三乙酯和聚乙二醇400在碱性催化剂条件下发生酯交换反应获得硼酸单聚乙二醇酯,再将硼酸单聚乙二醇酯和12-羟基硬脂酸在酸性条件下发生酯交换反应生成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯,本发明方案的优势在于,工艺条件温和,反应时间短,产品无环氧乙烷残留。
Description
技术领域
本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法,属于高分子合成化学领域。
背景技术
聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯,在药物制剂中能够作为增溶剂、乳化剂使用。目前市面上仅有BASF产品,其产品描述为:“本品主要为12-羟基硬脂酸经乙氧基化作用得到的聚乙二醇和12-羟基硬脂酸单酯、双酯混合物。每摩尔12-羟基硬脂酸与15摩尔环氧乙烷(标称值)发生反应。本品还含有游离聚乙二醇”。但BASF并未公开本品的合成工艺方法。
与之类似的技术中,关于聚乙二醇脂肪酸酯的合成方法有较多的报道,总体归为三大类反应:乙氧基化法、直接酯化法。环氧乙烷乙氧基化法是聚乙二醇脂肪酸酯的工业合成方法,优势在于反应快,产品外观好,缺陷在于分子量分布控制困难大,反应剧烈,对设备有较高要求;直接酯化法是将聚乙二醇与脂肪酸在催化剂的作用下发生酯化反应,但该方法存在较严重的缺陷:产品色泽较深且难以控制,产物通常为单酯和双酯混合,对于要求纯单酯产品来说,单双酯分离困难。
李行等报道了一种硼酸酯法合成聚乙二醇(400)单蓖麻油酸酯的方法(李行,陈永杰,巴红亮,张文秀。硼酸酯法合成 聚乙二醇 (400) 单蓖麻油酸酯[J]。精细石油化工,2013,04:29-33。)该文献报道称,将0.03mol聚乙二醇400与0.01mol硼酸混合,于120℃反应2h,再冷却到60℃,滴加0.03mol蓖麻油酸,1%的对甲苯磺酸,继续加热至140℃反应2h,每0.5h取样检测酸值以监控反应进程。待反应结束,加入10ml蒸馏水,控温100℃,搅拌水解2h,每0.5h取样检测酸值和羟值监控反应进程。反应结束将料液冷却至室温,经萃取、移除溶剂、真空干燥得淡黄色透明油状聚乙二醇(400)单蓖麻油酸酯产品。
陈红则报道了一种硼酸酯化法合成聚乙二醇(6000)单硬脂酸酯的方法。(陈红。硼酸酯化法合成聚乙二醇 (6000) 单硬脂酸酯[J]。精细石油化工进展,2002,06:37-38.)该文献报道称,将一定量的聚乙二醇6000和硼酸混合加热至120-130℃,保持反应真空度为2.67kPa,搅拌反应4-5h。冷却至室温后,加入适量硬脂酸和聚乙二醇质量1.2%的酸性催化剂,继续于120-130℃回流反应15h,之后用无水醋酸钠中和催化剂,再加入蒸馏水,于100℃搅拌水解2-3h,最后减压脱水的产品聚乙二醇6000单硬脂酸酯。
上述两个方案的缺陷在于:反应时间长、加热温度过高,同时聚乙二醇和硼酸的酯化收率不高,进而造成总收率低。同时,这两个方案均不适用于12-羟基硬脂酸,因为同时具备羟基和羧基的12-羟基硬脂酸在上述两个方案的工艺条件下会导致反应过程不可控,产品杂质多。
发明内容
本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法,目的在于克服前述现有技术中存在的硼酸酯化收率不高、总收率低的缺陷,以及提供了一种适合聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯合成的方法。
本发明由以下方案实现。
步骤A、硼酸三乙酯与聚乙二醇400在碱催化剂的作用下于80-85℃发生酯交换反应,得到聚乙二醇硼酸酯。其中硼酸三乙酯与聚乙二醇400的投料摩尔比为(1-1.2):1。碱催化剂为CaO-SrO/BaSO4复合物,添加量为硼酸三乙酯与聚乙二醇400投料总质量的5%,反应时间为1h。
CaO-SrO/BaSO4复合物的作用在于,提高了生成硼酸单聚乙二醇酯的反应选择性,其可以通过以下方法制备得到:
将氢氧化钙、氢氧化锶以1:1摩尔比投入纯水,配成总浓度为10%的水溶液,加热搅拌下投入2倍摩尔量的碳酸氢铵,加热至沉淀完全,过滤,水洗2-3次,固体物与50%质量的BaSO4固体混合,送入高温马弗炉,先300℃烘烤1h,再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20 min,之后随炉冷却,得到固体物质为所述CaO-SrO/BaSO4复合物碱催化剂
步骤B、聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸于80-85℃在酸催化剂的作用下发生酯交换反应,保温搅拌1h,之后加入聚乙二醇硼酸酯等质量的纯水,继续保温搅拌0.5h,得到的反应产物经萃取、干燥、旋蒸得到产品;
聚乙二醇硼酸酯与12-羟基硬脂酸的投料质量比为1:(0.5-2),所述酸催化剂为全氟磺酸树脂微球,为市售产品NAFION® NR50 1100 EW Polymer Beads,其用量聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸投料总质量的2%-3%。
全氟磺酸树脂作为酯交换反应的酸催化剂,能够克服传统酸催化剂因腐蚀性强导致设备损耗、氧化性强导致产品变性的缺陷,同时还带来了更高的酯交换反应效率。
本发明的有益之处在于:
①提供了一种酯交换制备聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法。本方案得到的产品优势在于酯化反应不使用环氧乙烷作为原料,不会产生环氧乙烷残留;
②所用的催化剂极易与反应体系分离,无残留;
③工艺条件温和,产品产率高,色泽好。
具体实施方式
以下实施例仅作为更好理解本发明方案之用,并非任何形式的对本发明的进一步限定。
实施例1 CaO-SrO/BaSO4复合物的制备
称取氢氧化钙7.41g(0.1 mol)、12.16g氢氧化锶(0.1 mol)投入纯水,配成总质量浓度为10%的水溶液,加热搅拌下投入15.81g的碳酸氢铵,加热至沉淀完全,过滤,水洗2-3次,得到固体混合物固体物24.0g看,再与12.0g BaSO4固体混合,送入高温马弗炉,先300℃烘烤1h,再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20 min,之后随炉冷却,得到固体物质为所述CaO-SrO/BaSO4复合物碱催化剂。
实施例 2 聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的合成
原料和试剂来源:
全氟磺酸树脂微球:市售产品,型号为NAFION® NR50 1100 EW Polymer Beads。
聚乙二醇400、12-羟基硬脂酸、硼酸三乙酯均为市售分析纯试剂。
除特别说明外,所有试剂均未进行前处理,直接使用。
步骤:
(1)取硼酸三乙酯14.6g(0.1mol),聚乙二醇400 40g(0.1mol),碱催化剂2.73g,投入反应釜,加热至80℃,搅拌反应1h,反应结束后,过滤,用饱和氯化钠溶液洗涤,合并有机层得到聚乙二醇硼酸酯49.5g,产率99%。
(2)取步骤(1)得到聚乙二醇硼酸酯10g,12-羟基硬脂酸20g,全氟磺酸树脂微球0.6g,投入反应釜,加热至80℃搅拌混合,保温反应1h,之后加入10g纯水,继续保温搅拌0.5h,得到的反应产物依次用饱和氯化钠溶液、乙酸乙酯萃取、之后干燥、旋蒸除去溶剂得到产品聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯13.5g,产率98.9%,色泽为淡黄色。
对比实施例1
除了将碱性催化剂种类改为固体NaOH外,其余同实施例2。步骤(1)产率为85%。
对比实施例2
除了将酸性催化剂种类改为对甲基苯磺酸,其余同实施例2。步骤(2)产率为87.5%,色泽为黄色。
Claims (6)
1.一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法,其特征在于,由以下步骤实现:
A、硼酸三乙酯与聚乙二醇在碱催化剂的作用下于80-85℃发生酯交换反应,得到聚乙二醇硼酸酯;
B、聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸于于80-85℃在酸催化剂的作用下发生酯交换反应,得到的反应产物经水解、萃取、干燥、旋蒸得到产品;
所述聚乙二醇为聚乙二醇400,所述碱催化剂为CaO-SrO/BaSO4复合物,所述酸催化剂为全氟磺酸树脂微球,市售产品NR50 1100 EW Polymer Beads;
所述碱催化剂CaO-SrO/BaSO4复合物由以下方法制备:将氢氧化钙、氢氧化锶以1:1摩尔比投入纯水,配成总浓度为10%的水溶液,加热搅拌下投入2倍摩尔量的碳酸氢铵,加热至沉淀完全,过滤,水洗2-3次,固体物与50%质量的BaSO4固体混合,送入高温马弗炉,先300℃烘烤1h,再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20min,之后随炉冷却,即得。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,硼酸三乙酯与聚乙二醇的投料摩尔比为(1-1.2):1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,碱性催化剂用量以质量计,为硼酸三乙酯与聚乙二醇投料总质量的5%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,聚乙二醇硼酸酯与12-羟基硬脂酸的投料质量比为1:(0.5-2)。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所用的酸催化剂投料以质量计,为聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸投料总质量的2%-3%。
6.根据权利要求1所述的方法合成的聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯在高分子合成化学领域中的用途。
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