CN104649974B - 一种电子级1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子级1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮的制备方法，属1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮制备技术领域。它是以工业级1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮为原料，利用全玻璃反应精馏设备，使用氧化和还原体系并进行二级反应精馏，以安全、高效、易于工业化操作的方式，去除原料中微量的水，醇、醛、酮、醚、酯、烃类等有机物以及金属离子和酸根离子等杂质后制得的。本发明利用高锰酸钾组成的氧化体系氧化不饱和化合物，采用还原剂组成的还原体系，促进羰基化合物的转化，有利于用下一步精馏工序除去，残渣易于从反应釜中取出，简化操作。制得的电子级1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮的色谱纯度大于99.90%,金属离子去除率达到90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法，属1,3-二甲基-2-咪唑啉酮制备技术领域。
背景技术
1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（简称DMI）作为一种非质子强极性溶剂，具备特殊的物理及化学性能，广泛应用于医药、炼化、染料/颜料、微电子、工程塑料、清洗与表面处理等领域。在液晶材料领域，可获得优质多孔超滤膜，是储存性能稳定的液晶定位剂。
在聚苯硫醚树脂(PPS)的生产中，用DMI可以获得有机杂质含量极少的电子材料。在聚苯醚砜树脂生产中，DMI能有效控制副反应的发生，得到高质量的聚合物产品。在聚酰亚胺树脂和聚砜树脂成膜加工以及聚醚酮树脂薄膜的延展加工时，用DMI进行处理可以使薄膜更均匀。
由于DMI的粘度低，介电常数高，它可以用作高性能锂电池的电解质溶剂。此外，其渗透能力强，高沸点和耐高温特性，它还可以作为硅芯片光刻胶的剥离剂。其表现出的快速剥离，不腐蚀金属等特性，可以大大简化剥离工艺，加速芯片生产速率。
DMI可以用作表面处理剂改善ABS、聚酰亚胺、PPS、聚四氟乙烯等材料表面与环氧树脂粘合剂的粘接强度。DMI能广泛取代强致癌溶剂HMPA(Hexamethylphosphoramide)。随着DMI的广泛应用，一种电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的需求量与日俱增，产品供不应求。
目前，电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮通常是以工业级DMI为原料纯化精制而成。精馏是工业化提纯DMI的主要方法，包括共沸精馏、萃取精馏等。电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮对其中金属杂质、微小颗粒含量和阴离子有机物的要求十分苛刻，简单精馏工艺已经无法满足要求。
美国专利 US 4,731,453公开了以不低于80%的产率制备1,3-二烷基-2-咪唑啉酮的方法。然而，按照该方法，产物1,3-二甲基-2-咪唑啉酮含有0.5%-10%的副产物，副产物的沸点接近1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的沸点，因而需要理论塔板数非常多的塔来精馏分离或者需要其它的处理。因此，该美国专利的方法存在副产物去除的问题。
中国专利CN97117194.7 公开了在非质子传递极性溶剂中反应制备1,3-二烷基-2-咪唑啉酮的方法，该方法包括在将N, N-二烷基乙二胺和尿素连续添加到非质子传递极性溶剂中的同时进行反应。该方法是高收率的制备方法，在工业上能够有效地生产高纯度的1,3-二烷基-2-咪唑啉酮，它含有0.1-0.5%的1,3-二烷基-2-咪唑啉亚胺副产物。但该专利并未对金属杂质、微小颗粒含量等其他杂质进行更有效的去除。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种以工业级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮为原料，利用全玻璃反应精馏设备，使用氧化和还原体系并进行二级反应精馏，以安全、高效、易于工业化操作的方式，去除原料中微量的水、醇、醛、酮、醚、酯、烃类等有机物以及金属离子等杂质后制得的电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法。制得的电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的色谱纯度大于99.90%,金属离子去除率达到90%以上。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法，其特征在于：将工业级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮先通过氧化剂氧化并精馏，再经过还原剂还原，然后再精馏除去原料中微量的水、有机物和金属离子后制得。
所述的氧化剂为高锰酸钾,氧化剂的加量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量的0.1‰～10‰ 。
所述的还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种，还原剂的加量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量的1‰～10‰ 。
所述的工业级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料纯度为99.0%以上。
所述的氧化过程反应时间为1～7小时，反应温度为40～75℃；还原过程反应时间为1～7小时，反应温度为40～70℃。
所述的精馏过程均在玻璃反应精馏设备中进行。
制得的电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的纯度采用气相色谱法测试，测试条件：岛津GC-2014AF；载气：N2；汽化温度：300℃；检测器：FID；检测温度：300℃；色谱柱：DB-1 ，柱长30m ，柱径0.25mm ，膜厚0.25µm；柱温：80℃保持1分钟后,按升温速率10℃/分钟升温至230℃，保持9分钟；进样量：0.2µL。
制得的电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的金属离子的检测依据JY/T 015-1996 感耦等离子体原子发射光谱方法通则，检测仪器采用美国Leeman 公司Prodigy 型电感耦合等离子体原子发射仪测试。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法利用高锰酸钾氧化不饱和化合物，采用还原剂组成的还原体系，促进羰基化合物的转化，有利于用下一步精馏工序除去杂质。氧化还原反应温和，氧化剂和还原剂与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的杂质反应后，产生的残渣易于从反应釜中取出，简化操作。所采用的反应器和精馏塔为全玻璃装置，可避免精制过程引入金属离子。按本制备方法制得的电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的色谱纯度大于99.90%，金属离子去除率达到90%以上。
具体实施方式
下面通过几个具体实施例对本发明作进一步的描述如下：
实施例1
在带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜一中投入原料1,3-二甲基-2-咪唑啉酮100千克，加入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量3‰的氧化剂高锰酸钾0.3千克，在温度55℃下反应2小时；经氧化后得到的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮采用减压精馏，塔顶采出液收集、计量至带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜二中，在500升搪玻璃反应釜二中投入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量2‰的强还原剂亚硫酸钠0.19千克，在温度65℃下反应2.5小时，还原后物料直接减压精馏，自塔顶采出电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，收率为85.8%。气相色谱法测试DMI纯度99.95%，测试条件：岛津GC-2014AF；载气：N2；汽化温度： 300℃；检测器：FID； 检测温度： 300℃； 色谱柱：DB-1 柱长30m 柱径0.25mm 膜厚0.25µm；柱温：80℃保持1分钟后，按升温速率10℃/分钟升温至230℃，保持9分钟；进样量：0.2uL。金属离子检测依据JY/T 015-1996 感耦等离子体原子发射光谱方法通则，检测仪器美国Leeman 公司Prodigy 型电感耦合等离子体原子发射仪，测试结果见下表。
表1 精馏前后DMI金属离子测试结果对比（µg/L）
实施例2
在带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜一中投入原料1,3-二甲基-2-咪唑啉酮250千克，加入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量4‰的氧化剂高锰酸钾1.0千克，在温度65℃下反应3小时；经氧化后得到的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮采用减压精馏，塔顶采出液收集、计量至带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜二中，在500升搪玻璃反应釜二中投入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量5‰的强还原剂亚硫酸钠1.19千克，在温度55℃下反应4.5小时，还原后物料直接减压精馏，自塔顶采出电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，收率为90.4%。气相色谱法测试DMI纯度99.93%，测试条件：岛津GC-2014AF；载气：N2；汽化温度： 300℃；检测器：FID； 检测温度： 300℃； 色谱柱：DB-1 柱长30m 柱径0.25mm 膜厚0.25µm；柱温：80℃保持1分钟后，按升温速率10℃/分钟升温至230℃，保持9分钟；进样量：0.2uL。金属离子检测依据JY/T 015-1996 感耦等离子体原子发射光谱方法通则，检测仪器美国Leeman 公司Prodigy 型电感耦合等离子体原子发射仪，测试结果见下表。
表2 精馏前后DMI金属离子测试结果对比（µg/L）
实施例3
在带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜一中投入原料1,3-二甲基-2-咪唑啉酮400千克，加入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量8‰的氧化剂高锰酸钾3.2千克，在温度50℃下反应5小时，经氧化后得到的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮采用减压精馏，塔顶采出液收集、计量至带有玻璃精馏塔的500升搪玻璃反应釜二中，在500升搪玻璃反应釜二中投入质量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量8‰的强还原剂亚硫酸钠3.04千克，在温度65℃下反应5小时，还原后物料直接减压精馏，自塔顶采出电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，收率为91.2%。气相色谱法测试DMI纯度99.96%，测试条件：岛津GC-2014AF；载气：N2；汽化温度： 300℃；检测器：FID； 检测温度： 300℃； 色谱柱：DB-1 柱长30m 柱径0.25mm膜厚0.25µm；柱温：80℃保持1分钟后，按升温速率10℃/分钟升温至230℃，保持9分钟；进样量：0.2uL。金属离子检测依据JY/T 015-1996 感耦等离子体原子发射光谱方法通则，检测仪器美国Leeman 公司Prodigy 型电感耦合等离子体原子发射仪，测试结果见下表。
表3 精馏前后DMI金属离子测试结果对比（µg/L）
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后，依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (2)
1.一种电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法，其特征在于：将工业级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮先通过氧化剂氧化并精馏，再经过还原体系还原，然后再精馏除去原料中微量的水、有机物和金属离子后制得；其中，所述的工业级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料纯度为99.0%以上；所述的氧化剂为高锰酸钾,氧化剂的加量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量的0.1‰～10‰；所述的还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、硼氢化钾中的其中一种，还原剂的加量为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮原料投料质量的1‰～10‰；所述的氧化过程反应时间为1～7小时，反应温度为40～75℃；还原过程反应时间为1～7小时，反应温度为40～70℃。
2.根据权利要求1所述的一种电子级1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的制备方法，其特征在于：所述的精馏过程均在玻璃反应精馏设备中进行。
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