一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统
技术领域
本发明涉及聚合物制备的系统以及工艺,具体涉及一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统。
背景技术
高纯度单甲氧基聚乙二醇(mPEG)通过化学改性,可提高反应活性,用于修饰蛋白质,包括酶、小分子药物、核酸、多种抗体以及许多具有生理活性的化合物,是一种重要的药用辅料。
目前合成单甲氧基聚乙二醇最常用的方法是将催化剂(碱金属氢氧化物(KOH或NaOH) 或烷氧基化合物(如甲醇钠))和起始剂加入高压釜中,然后抽真空、脱水数小时,加入化学计量的环氧乙烷合成目标产品。
CN101367930介绍了以小分子甲醇为起始剂,用甲醇钾做催化剂,以环氧乙烷为原料,在120℃通过阴离子开环聚合得到分子量为5000和10000的mPEG,反应压力为5Kg/cm2。CN100999572介绍了以甲醇、乙二醇单甲醚、二甘醇单甲醚或三甘醇单甲醚为起始剂,用甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾为催化剂,在60℃与环氧乙烷聚合,得到分子量为1000~10000的mPEG,产物中含有少量PEG。US6455639介绍了以甲醇做起始剂,甲醇钠做催化剂,合成了mPEG。CN101031604以二甘醇二甲醚为溶剂,二甘醇单甲醚为起始剂,氢化钾为催化剂,环氧乙烷的含水量<5ppm,聚合温度100℃,压力<100psia(7Kg/cm2),聚合7小时,得到Mn=28176的mPEG,含PEG2.23%。CN101068850介绍了使用超滤、聚丙烯酸(PAA)吸附等手段从mPEG中脱除PEG的方法。CN102361912A介绍了以含氧化铝或氧化硅的无机吸附剂将mPEG中的PEG从2.81%降至0.3%,收率约为50%。US2010323452A1介绍了用偏苯三酸酐或均苯四酸酐酯化反应,用酸性离子交换树脂进行pH梯度洗脱,分离得到的mPEG羧酸皂化得到纯的mPEG,精制含5%高分子量PEG、分子量为10000的mPEG,总收率是44.5%。US2010292515A1介绍了用提取法精制mPEG,把待精制的mPEG溶于甲苯(68℃),加入等体积的10%盐水,搅拌30分钟,分出有机层,析出产品。
这些方法中制得的mPEG中所含的PEG含量较高,要想得到高纯的单甲氧基聚乙二醇(mPEG)仍需对其进行精制。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足,提供了一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统,以解决现有技术中存在的问题。
本发明为实现上述目的,采用以下方案:
一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统,包括氮气管线干燥装置、二甘醇单甲醚精制干燥装置、环氧乙烷干燥装置、溶剂干燥器、催化剂反应釜以及聚合釜,所述二甘醇单甲醚精制干燥装置、环氧乙烷干燥装置、催化剂反应釜均与聚合釜相连;所述二甘醇单甲醚精制干燥装置包括二甘醇单甲醚精馏釜、精馏柱、前馏分收集器以及二甘醇单甲醚干燥器,所述二甘醇单甲醚精馏釜通过精馏柱与前馏分收集器相连,所述前馏分收集器与二甘醇单甲醚干燥器相连;所述环氧乙烷干燥装置包括环氧乙烷蒸馏釜、冷凝器以及环氧乙烷计量罐,所述环氧乙烷蒸馏釜通过冷凝器与环氧乙烷计量罐相连;所述溶剂干燥器与催化剂反应釜相连,所述二甘醇单甲醚干燥器一端与催化剂反应釜相连,所述二甘醇单甲醚干燥器另一端与聚合釜相连;所述氮气管线干燥装置均与聚合釜、环氧乙烷计量罐相连;所述氮气管线干燥装置包括氮气瓶、第一氮气干燥柱、露点检测仪以及第二氮气干燥柱,所述氮气瓶与第一氮气干燥柱相连,所述第一氮气干燥柱通过露点检测仪与第二氮气干燥柱相连。
优选的,一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统的使用工艺,具体步骤如下:
⑴.氮气的干燥:氮气瓶内的氮气通入至第一氮气干燥柱内进行干燥,露点检测仪检测控制进入反应体系内氮气的水分;
⑵.二甘醇单甲醚的干燥:将二甘醇单甲醚通入至二甘醇单甲醚精馏釜内进行精馏,精馏后的二甘醇单甲醚通入至精馏柱内进行精馏分离,精馏后的二甘醇单甲醚通入至前馏分收集器,并去除二甘醇,降低含水量后,再通入至二甘醇单甲醚干燥器,二甘醇单甲醚干燥器内的二甘醇单甲醚干燥剂对混合物进行浸泡24小时以上,对混合物的水分进行检测,检测合格即可使用;
⑶.溶剂的干燥:溶剂通入至溶剂干燥器,溶剂干燥器内的溶剂干燥剂对混合物进行浸泡24小时以上,并对混合物的水分进行检测,检测合格即可使用;
⑷.环氧乙烷的干燥:环氧乙烷经环氧乙烷干燥剂浸泡24小时后,通入至环氧乙烷蒸馏釜内进行蒸馏,再经过冷凝器进行冷凝后送入环氧乙烷计量罐中;
⑸.催化剂的制备:向催化剂反应釜内加入经过步骤(3)处理后的溶剂及经过步骤(2)处理后的二甘醇单甲醚,并加入碱金属或碱金属氢化物,升温搅拌,制备二甘醇单甲醚的碱金属盐;
⑹.聚合釜的干燥:向聚合釜内加入干燥剂并进行清洗两次以上,直至所排出的干燥剂中的水分含量不再发生变化,再将聚合釜升温并真空干燥4小时以上;
⑺.单甲氧基聚乙二醇的制备:通过蠕动计量泵向聚合釜中投入经过步骤(3)处理后的溶剂和经过步骤⑸处理后的催化剂,缓慢加入经步骤⑷处理后的环氧乙烷并搅拌,聚合釜内的物料经老化、冷却后出料、中和,再加入析出溶剂并析出单甲氧基聚乙二醇,过滤干燥得到产品;环氧乙烷计量罐的物料进行出料时,向环氧乙烷计量罐内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将环氧乙烷用氮气加压出料;聚合釜内的物料进行出料时,向聚合釜内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将物料用氮气加压出料;
(8)氮气的回收:经过步骤(7)使用后的氮气经过第二氮气干燥柱进行干燥后回收;所述第二干燥柱内设有干燥柱干燥剂,所述第二氮气干燥柱出口处设有硅胶。
优选的,所述步骤(3)中溶剂干燥剂、所述步骤(8)中干燥柱干燥剂在使用之前均需要进行预处理,所述预处理的步骤为将所述步骤(3)中溶剂干燥剂、所述步骤(8)中干燥柱干燥剂分别放置在300℃下进行活化。
优选的,所述步骤(3)中溶剂干燥剂为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛中的任意一种;所述步骤(4)中环氧乙烷干燥剂为氢化钙、氢化钠中的任意一种或以上的组合;所述步骤(8)中干燥柱干燥剂均为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、氯化钙中的任意一种或以上的组合。
优选的,所述步骤⑵中二甘醇单甲醚的干燥剂使用之前均需要进行预处理;所述预处理的步骤为将步骤⑵中二甘醇单甲醚的干燥剂放置在300℃下进行活化。
优选的,所述步骤⑵中二甘醇单甲醚的干燥剂为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛中任意一种或以上的组合。
优选的,所述步骤⑶中溶剂为甲苯、四氢呋喃中任意一种或以上的组合;所述步骤⑺中析出溶剂为正戊烷、正己烷、正庚烷中任意一种或以上的组合。
优选的,所述步骤⑸中碱金属为金属钠、金属钾中任意一种;所述碱金属氢化物为氢化钠、氢化钾中任意一种。
优选的,所述经过步骤⑵处理后的二甘醇单甲醚水分含量小于10ppm;所述经过步骤(3)处理后的溶剂水分含量小于10ppm;所述经过步骤(4)处理后的环氧乙烷水分含量小于10ppm;经过步骤⑸处理后的催化剂水分含量小于10ppm。
优选的,所述步骤⑺中聚合釜内物料的反应温度为10~50℃。
产品聚乙二醇单甲醚的理论分子量与环氧乙烷的关系式如下:
M=120(1+m2/m1)
其中:M…………产品聚乙二醇单甲醚的理论分子量;
m1…………起始剂二甘醇单甲醚的投料量(w);
m2…………环氧乙烷投料量(w);
本发明中所有物料都经过除水后进入反应系统,并且整个反应体系为密闭体系,各装置通过管线连接,物料通过管线转移,避免了系统外装置水分的引入。
由于采用了以上技术,本发明较现有技术相比,具有的有益效果如下:
本发明提供了一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统,有效解决单甲氧基聚乙二醇生产中反应物料及系统除水问题,有效控制各种反应物料的含水量<10ppm,直接制备低聚乙二醇含量的高纯单甲氧基聚乙二醇,提高了产品的品质,提高生产效率。
本发明提供了一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统,解决生产中反应物料及系统除水不彻底的问题,无需精制,制得的单甲氧基聚乙二醇中聚乙二醇的含量小于0.5%,并得到高纯单甲氧基聚乙二醇,有效提高了产品的品质。
附图说明
图 1 是一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统的结构示意图,
其中:1、第一氮气干燥柱;2、第二氮气干燥柱;3、二甘醇单甲醚精馏釜;4、精馏柱;5、前馏分收集器;6、二甘醇单甲醚干燥器;7、催化剂反应釜;8、露点检测仪;9、溶剂干燥器;10、氮气瓶;11、环氧乙烷蒸馏釜;12、冷凝器;13、环氧乙烷计量罐;14、聚合釜。
具体实施方式
为了更好地说明本发明,我们列举了下列实施例,但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1:
一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统,包括氮气管线干燥装置、二甘醇单甲醚精制干燥装置、环氧乙烷干燥装置、溶剂干燥器9、催化剂反应釜7以及聚合釜14,所述二甘醇单甲醚精制干燥装置、环氧乙烷干燥装置、催化剂反应釜7均与聚合釜14相连;所述二甘醇单甲醚精制干燥装置包括二甘醇单甲醚精馏釜3、精馏柱4、前馏分收集器5以及二甘醇单甲醚干燥器6,所述二甘醇单甲醚精馏釜3通过精馏柱4与前馏分收集器5相连,所述前馏分收集器5与二甘醇单甲醚干燥器6相连;所述环氧乙烷干燥装置包括环氧乙烷蒸馏釜11、冷凝器12以及环氧乙烷计量罐13,所述环氧乙烷蒸馏釜11通过冷凝器12与环氧乙烷计量罐13相连;所述溶剂干燥器9与催化剂反应釜7相连,所述二甘醇单甲醚干燥器6一端与催化剂反应釜7相连,所述二甘醇单甲醚干燥器6另一端与聚合釜14相连;所述氮气管线干燥装置均与聚合釜14、环氧乙烷计量罐13相连;所述氮气管线干燥装置包括氮气瓶10、第一氮气干燥柱1、露点检测仪8以及第二氮气干燥柱2,所述氮气瓶10与第一氮气干燥柱1相连,所述第一氮气干燥柱1通过露点检测仪8与第二氮气干燥柱2相连。
一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统的使用工艺,具体步骤如下:
⑴.氮气的干燥:氮气瓶10内的氮气通入至第一氮气干燥柱1内进行干燥,露点检测仪8检测控制进入反应体系内氮气的水分;第一干燥柱内为5A分子筛;
⑵.二甘醇单甲醚的干燥:将二甘醇单甲醚通入至二甘醇单甲醚精馏釜3内进行精馏,精馏后的二甘醇单甲醚通入至精馏柱4内进行精馏分离,精馏后的二甘醇单甲醚通入至前馏分收集器5,并去除二甘醇,降低含水量后,再通入至二甘醇单甲醚干燥器6,再用经300℃活化的3A分子筛浸泡24小时以上,检测水分合格后用于催化剂的制备;
⑶. 四氢呋喃的干燥:四氢呋喃通入至溶剂干燥器9中,溶剂干燥器9内装有经300℃活化的3A分子筛,并对四氢呋喃浸泡24小时以上,检测水分合格后方可用于反应;
⑷.环氧乙烷的干燥:环氧乙烷经氢化钙浸泡24小时后,通入至环氧乙烷蒸馏釜11内进行蒸馏,再经过冷凝器12进行冷凝后送入环氧乙烷计量罐13中;
⑸.催化剂的制备:向催化剂反应釜7内加入202mL (180g)四氢呋喃以及二甘醇单甲醚35 mL (36g),分批投入9.4g金属钾,升温搅拌,制备二甘醇单甲醚钾;
⑹.聚合釜14的干燥:向聚合釜14内加入干燥剂并进行清洗两次以上,直至所排出的干燥剂中的水分含量不再发生变化,再将聚合釜14升温并真空干燥4小时以上;
⑺.单甲氧基聚乙二醇的制备:通过蠕动计量泵投入步骤(3)处理的四氢呋喃280mL和步骤(5)制备的催化剂溶液39 mL(含起始剂二甘醇单甲醚6g)到聚合釜14内,缓慢加入开动搅拌,缓慢加入257g环氧乙烷,反应温度为10℃,反应5小时,用氮气加压出料,加乙酸中和,搅拌加入正己烷,使单甲氧基聚乙二醇析出,过滤、干燥得到产品250g。产品的收率为95.4%,分子量5300,分子量分布指数为1.08,PEG含量为0.24%;
环氧乙烷计量罐13的物料进行出料时,向环氧乙烷计量罐13内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将环氧乙烷用氮气加压出料;聚合釜14内的物料进行出料时,向聚合釜14内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将物料用氮气加压出料;
(8)氮气的回收:经过步骤(7)使用后的氮气经过第二氮气干燥柱2进行干燥后回收;所述第二干燥柱内设有经300℃活化的氯化钙,所述第二氮气干燥柱2出口处设有变色硅胶。
所述经过步骤⑵处理后的二甘醇单甲醚水分含量小于10ppm;所述经过步骤(3)处理后的溶剂水分含量小于10ppm;所述经过步骤(4)处理后的环氧乙烷水分含量小于10ppm;经过步骤⑸处理后的催化剂水分含量小于10ppm。
实施例2:
一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统的使用工艺,具体步骤如下:
⑴.氮气的干燥:氮气瓶10内的氮气通入至第一氮气干燥柱1内进行干燥,露点检测仪8检测控制进入反应体系内氮气的水分;第一干燥柱内为4A分子筛;
⑵.二甘醇单甲醚的干燥:将二甘醇单甲醚通入至二甘醇单甲醚精馏釜3内进行精馏,精馏后的二甘醇单甲醚通入至精馏柱4内进行精馏分离,精馏后的二甘醇单甲醚通入至前馏分收集器5,并去除二甘醇,降低含水量后,再通入至二甘醇单甲醚干燥器6,再用经300℃活化的4A分子筛浸泡24小时以上,检测水分合格后用于催化剂的制备;
⑶. 甲苯的干燥:甲苯通入至溶剂干燥器9中,溶剂干燥器9内装有经300℃活化的5A分子筛,并对甲苯浸泡24小时以上,检测水分合格后方可用于反应;
⑷.环氧乙烷的干燥:环氧乙烷经氢化钠浸泡24小时后,通入至环氧乙烷蒸馏釜11内进行蒸馏,再经过冷凝器12进行冷凝后送入环氧乙烷计量罐13中;
⑸.催化剂的制备:向催化剂反应釜7内加入139mL (120g)甲苯以及二甘醇单甲醚23.5 mL (24g),分批投入6.3g金属钾,升温搅拌,制备二甘醇单甲醚钾;
⑹.聚合釜14的干燥:向聚合釜14内加入干燥剂并进行清洗两次以上,直至所排出的干燥剂中的水分含量不再发生变化,再将聚合釜14升温并真空干燥4小时以上;
⑺.单甲氧基聚乙二醇的制备:通过蠕动计量泵投步骤(3)处理的甲苯500mL和步骤(5)制备的催化剂溶液81mL(含起始剂二甘醇单甲醚12g)到聚合釜14内,缓慢加入开动搅拌,缓慢加入875g环氧乙烷,反应温度为25℃,反应5小时,用氮气加压出料,加乙酸中和,搅拌加入正戊烷,使单甲氧基聚乙二醇析出,过滤、干燥得到产品855g。产品的收率为96.4%,分子量8800,分子量分布指数为1.07,PEG含量为0.38%;
环氧乙烷计量罐13的物料进行出料时,向环氧乙烷计量罐13内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将环氧乙烷用氮气加压出料;聚合釜14内的物料进行出料时,向聚合釜14内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将物料用氮气加压出料;
(8)氮气的回收:经过步骤(7)使用后的氮气经过第二氮气干燥柱2进行干燥后回收;所述第二干燥柱内设有经300℃活化的氯化钙,所述第二氮气干燥柱2出口处设有变色硅胶。
所述经过步骤⑵处理后的二甘醇单甲醚水分含量小于10ppm;所述经过步骤(3)处理后的溶剂水分含量小于10ppm;所述经过步骤(4)处理后的环氧乙烷水分含量小于10ppm;经过步骤⑸处理后的催化剂水分含量小于10ppm。
实施例3:
一种用于生产高纯单甲氧基聚乙二醇的反应系统的使用工艺,具体步骤如下:
(1)氮气的干燥:氮气瓶10内的氮气通入至第一氮气干燥柱1内进行干燥,露点检测仪8检测控制进入反应体系内氮气的水分;第一干燥柱内为3A分子筛;
⑵.二甘醇单甲醚的干燥:将二甘醇单甲醚通入至二甘醇单甲醚精馏釜3内进行精馏,精馏后的二甘醇单甲醚通入至精馏柱4内进行精馏分离,精馏后的二甘醇单甲醚通入至前馏分收集器5,并去除二甘醇,降低含水量后,再通入至二甘醇单甲醚干燥器6,再用经300℃活化的5A分子筛浸泡24小时以上,检测水分合格后用于催化剂的制备;
⑶. 甲苯的干燥:甲苯通入至溶剂干燥器9中,溶剂干燥器9内装有经300℃活化的4A分子筛,并对甲苯浸泡24小时以上,检测水分合格后方可用于反应;
⑷.环氧乙烷的干燥:环氧乙烷经氢化钙浸泡24小时后,通入至环氧乙烷蒸馏釜11内进行蒸馏,再经过冷凝器12进行冷凝后送入环氧乙烷计量罐13中;
⑸.催化剂的制备:向催化剂反应釜7内加入174mL (150g)甲苯以及二甘醇单甲醚29.4 mL (30g),分批投入7.9g金属钾,升温搅拌,制备二甘醇单甲醚钾;
⑹.聚合釜14的干燥:向聚合釜14内加入干燥剂并进行清洗两次以上,直至所排出的干燥剂中的水分含量不再发生变化,再将聚合釜14升温并真空干燥4小时以上;
⑺.单甲氧基聚乙二醇的制备:通过蠕动计量泵投步骤(3)处理的甲苯700mL和步骤(5)制备的催化剂溶液41mL(含起始剂二甘醇单甲醚6g)到聚合釜14内,缓慢加入开动搅拌,缓慢加入750g环氧乙烷,反应温度为50℃,反应5小时,冷却,用氮气加压出料,加乙酸中和,搅拌加入正庚烷,使单甲氧基聚乙二醇析出,过滤、干燥得到产品734g。产品的收率为97.2%,分子量15000,分子量分布指数为1.06,PEG含量为0.28%;
环氧乙烷计量罐13的物料进行出料时,向环氧乙烷计量罐13内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将环氧乙烷用氮气加压出料;聚合釜14内的物料进行出料时,向聚合釜14内通入经过步骤(1)处理后的氮气,并将物料用氮气加压出料;
(8)氮气的回收:经过步骤(7)使用后的氮气经过第二氮气干燥柱2进行干燥后回收;所述第二干燥柱内设有经300℃活化的氯化钙,所述第二氮气干燥柱2出口处设有变色硅胶。
所述经过步骤⑵处理后的二甘醇单甲醚水分含量小于10ppm;所述经过步骤(3)处理后的溶剂水分含量小于10ppm;所述经过步骤(4)处理后的环氧乙烷水分含量小于10ppm;经过步骤⑸处理后的催化剂水分含量小于10ppm。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明的技术方案的范围内。