CN107661778A - 一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂及乙氧基化合物的制备方法 - Google Patents

一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂及乙氧基化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂及乙氧基化合物的制备方法。所述催化剂包括咪唑类醋酸盐、季铵类醋酸盐和吡啶类醋酸盐中的一种或多种。本发明一实施方式的催化剂为离子液体，由于离子液体呈液体状态，使得其与开环反应的起始剂的混合配置易于进行；另外，由于离子液体的碱性与氢键的协同效应，使其催化反应效率较高。

Description

一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂及乙氧基化合物的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体为一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂。
背景技术
乙氧基化合物(例如脂肪族的醇类乙氧基化合物)是一类重要的有机化 合物，根据其结构的不同，在日化、纺化、油田、涂料、农药等领域有广泛 的用途，其通常的制备方法是利用环氧乙烷的开环反应，即，将起始剂(例 如脂肪族的醇)与环氧乙烷在催化剂的作用下进行反应制得乙氧基化合物， 反应方程式如下。
常规的催化剂包括碱类和酸类，其中碱类催化剂包括：氢氧化钠、氢氧 化钾、醇钠、醇钾、氢化钠、氢化钾、乙酸钠、氢氧化钡等；酸类催化剂包 括：三氟化硼等。由于使用酸类催化剂会导致较多的副产物生成，因此实际 应用中很少使用酸类催化剂。
然而，目前使用的碱类催化剂由于都是固体，需要与脂肪族的醇进行充 分混合才能溶解其中起到催化作用，同时这些催化剂在反应后都无法回收使 用，使得催化剂的催化效率低、使用成本高。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一 种用于环氧乙烷开环反应的催化剂，包括咪唑类醋酸盐、季铵类醋酸盐和吡 啶类醋酸盐中的一种或多种。
本发明一实施方式还提供了一种乙氧基化合物的制备方法，包括将起始 剂和环氧乙烷在上述催化剂的作用下反应制得乙氧基化合物。
本发明一实施方式中，由于催化剂呈液体状态，使得其与开环反应的起 始剂的混合配置易于进行；另外，由于离子液体的碱性与氢键的协同效应， 使其催化反应效率较高。
具体实施方式
体现发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解 的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范 围，且其中的描述在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明一实施方式提供了一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂，包括咪 唑类醋酸盐、季铵类醋酸盐和吡啶类醋酸盐中的一种或多种。
咪唑类醋酸盐、季铵类醋酸盐和吡啶类醋酸盐均为离子液体。离子液体 是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为 低温熔融盐。
于本发明一实施方式中，由于离子液体催化剂呈液体状态，使得其与开 环反应的起始剂例如脂肪族的醇的混合配置易于进行；另外，由于离子液体 的碱性与氢键的协同效应，使其催化反应效率较高。
于本发明一实施方式中，在产物乙氧基化合物(如乙二醇单甲醚、乙二 醇单丁醚)的沸点低于200℃的情况下，产物可蒸馏出来，离子液体催化剂 进行回收循环使用；采用该离子液体催化体系而不是常规的氢氧化钠或氢氧 化钾体系，可以实现对于钾、钠离子要求含量极少的脂肪族的醇乙氧基化物 的制备。
本发明一实施方式的离子液体催化剂例如可以是如下所示的 [EMIM][AC]、[DMIM][AC]、[BMIM][AC]、[N2221][AC]、[N4441][AC]、 [N4444][AC]、[BPY][AC]、[EPY][AC]：
本发明一实施方式的乙氧基化合物的制备方法，包括将起始剂和环氧乙 烷在上述催化剂的作用下反应制得乙氧基化合物。
于本发明一实施方式中，起始剂可以是C1～C20的脂肪族的醇，例如甲 醇、乙醇、丁醇、叔丁醇、辛醇、十二醇、十四醇、十六醇、油醇、硬脂醇、 烯丙醇、甲基烯丙醇、异戊烯醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油等。
于本发明一实施方式中，催化剂的用量可以为产物乙氧基化合物质量(反 应物起始剂和环氧乙烷质量之和)的0.05％～2％，例如0.1％、0.5％、1％、 1.5％等。
于本发明一实施方式中，根据目标产物乙氧基化合物的性能需要，可以 进行不同环氧化物加成数的反应，环氧乙烷与起始剂的摩尔比可以为(0.3～ 20):1，例如环氧乙烷与脂肪族的醇的摩尔比为(0.3～20):1。
本发明一实施方式的乙氧基化合物的制备方法，包括将脂肪族的醇与离 子液体催化剂进行混合，然后在氮气气氛下加热到60～180℃，随后分批次 加入环氧乙烷，维持压力不超过1MPa，加完所需量的环氧乙烷后，继续老 化0.5h，直至反应压力不再降低，即可获得脂肪族醇的乙氧基化物。
下面，结合具体实施例对本发明一实施方式的催化剂及其乙氧基化合物 的制备方法做进一步说明，其中各实施例所使用的原料均通过市售购得。
实施例1
室温下，向200mL的高压反应釜中加入甲醇64g和0.05g[EMIM][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到60℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过程 中维持反应压力为0.5MPa左右，加完所需的26g环氧乙烷后，继续老化0.5h， 直至反应压力不再降低，降温、出釜。将所得的产品进行蒸馏，收集乙二醇 单甲醚43g，将其与标准样对比，用安捷伦气相色谱分析其纯度为99.2％。
将蒸馏所得的釜残用作催化剂，继续重复以上反应，可收集乙二醇单甲 醚42.3g，表明[EMIM][AC]离子液体催化剂可以循环使用。
实施例2
室温下，向200mL的高压反应釜中加入正丁醇74g和0.2g[BMIM][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到90℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过程 中维持反应压力为0.6MPa左右，加完所需的35g环氧乙烷后，继续老化0.5h， 直至反应压力不再降低，降温、出釜。将所得的产品进行蒸馏，收集乙二醇 单丁醚52g，将其与标准样对比，用安捷伦气相色谱分析其纯度为99.5％。
实施例3
室温下，向200mL的高压反应釜中加入十二醇37g和0.6g[DMIM][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到120℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过 程中维持反应压力为0.9MPa左右，加完所需的80g环氧乙烷后，继续老化 0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜，得到十二醇(9EO)乙氧基化 物117g，用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为600。
实施例4
室温下，向200mL的高压反应釜中加入油醇27g和1.6g[N4444][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到170℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过 程中维持反应压力为0.7MPa左右，加完所需的53g环氧乙烷后，继续老化 0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜，得到油醇(12EO)乙氧基化物 80g，用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为812。
实施例5
室温下，向200mL的高压反应釜中加入十二醇与十四醇的混合物(75％： 25％)37g和1.2g[N4441][AC]，密闭，氮气置换三次后，升温到120℃，然 后分批次加入环氧乙烷，加入过程中维持反应压力为0.8MPa左右，加完所 需的80g环氧乙烷后，继续老化0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜， 得到混合醇(9EO)乙氧基化物115g，用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为 620。
实施例6
室温下，向200mL的高压反应釜中加入烯丙醇12g和0.6g[N2221][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到140℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过 程中维持反应压力为0.6MPa左右，加完所需的88g环氧乙烷后，继续老化 0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜，得到烯丙醇(10EO)乙氧基化 物99g，用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为503。
实施例7
室温下，向200mL的高压反应釜中加入乙二醇20g和3g[BYP][AC]，密 闭，氮气置换三次后，升温到180℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过程 中维持反应压力为0.6MPa左右，加完所需的128g环氧乙烷后，继续老化 0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜，得到145g聚乙二醇(PEG450)， 用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为465。
实施例8
室温下，向200mL的高压反应釜中加入异戊烯醇10g和1.1g[EYP][AC]， 密闭，氮气置换三次后，升温到170℃，然后分批次加入环氧乙烷，加入过 程中维持反应压力为0.6MPa左右，加完所需的102g环氧乙烷后，继续老化 0.5h，直至反应压力不再降低，降温、出釜，得到异戊烯醇(20EO)乙氧基 化物110g，用凝胶渗透色谱测得其重均分子量为930。
除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保 护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改 进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种用于环氧乙烷开环反应的催化剂，包括咪唑类醋酸盐、季铵类醋酸盐和吡啶类醋酸盐中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述咪唑类醋酸盐选自下列结构中的一种或多种：
3.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述季铵类醋酸盐选自下列结构中的一种或多种：
4.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述吡啶类醋酸盐选自下列结构中的一种或两种：
5.一种乙氧基化合物的制备方法，包括将起始剂和环氧乙烷在权利要求1至4中任一项所述的催化剂的作用下反应，制得所述乙氧基化合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述起始剂为C1～C20的脂肪族的醇。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述起始剂选自甲醇、乙醇、丁醇、叔丁醇、辛醇、十二醇、十四醇、十六醇、油醇、硬脂醇、烯丙醇、甲基烯丙醇、异戊烯醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述催化剂用量为所述起始剂和所述环氧乙烷质量之和的0.05～2％。
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