CN108003022A - 一种制备酯类化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备酯类化合物的方法。将醇类化合物、烯烃及钌负载的金属氧化物催化剂加入压力容器中,醇类化合物作为溶剂和原料,充入一氧化碳,密闭,搅拌,反应温度≥130℃,反应时间≥2小时;所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/TiO2、Ru/Nb2O5、Ru/CeO2、Ru/Al2O3中的一种或几种;所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为0.15wt%~10wt%。反应后催化剂与反应体系易分离且可以多次循环使用,酯类化合物的收率最高达到86%。

Description

一种制备酯类化合物的方法
技术领域
本发明涉及到一种制备酯类化合物的方法,具体涉及到烯烃、一氧化碳与醇的烷氧基羰基化反应制备酯类化合物。
背景技术
酯类化合物以及酯类化合物的衍生物在医药、化工、燃料等方面有重要的用途,例如合成香水、调味剂、洗涤剂、表面活性剂等。
制备酯类化合物的方法已有报道。Howard Alper等人(OrganicLetters,2006,8,6143.)以醋酸钯为主催化剂,由硼酸与水杨酸原位生成的硼酸酯为助化剂,并加入膦的单齿配体来合成反马克规则的直链的酯类化合物。Pedro A.Aguirre等人(Dalton Trans,2007,5419.)用含有N、P配体的Pd金属络合物为催化剂,对苯甲磺酸(TsOH)为酸助催化剂来催化烯烃的甲氧基羰基化反应来合成酯类化合物。Qiang Liu等人(Angew.Chem.Int Ed,2015,544493.)以草酸钯为主催化剂,三氟乙酸、对苯甲磺酸等酸为助催化剂,催化烯烃的甲氧基羰基化反应生成酯类的化合物。Wumanjiang Eli等人(Catalysis Science&Technology,2014,4,1092.)以负载到酸性载体上的钯络合物为多相催化剂来催化烯烃的氢甲氧基羰基化反应生成支链的酯类化合物。专利CN 101775326A以硫酸、磷酸的混合物为组合催化剂,添加到醇、酸反应器中通过酯化反应得到粗酯。专利CN101146761在存在酯交换催化剂的条件下,通过酯化合物和醇化合物进行酯交换反应而制备酯类化合物。专利CN103987689A使用非均相硅酸盐催化剂催化甘油三酸酯的转酯化反应来制备酯类化合物。CN103191782A保护的为一种新型的负载型杂多酸催化剂应用于制备酯类香料的方法。
虽然目前制备酯类化合物的方法已经取得了一定的进展,但是仍然存在问题,例如备路线长,目标产物收率低,催化剂制备繁琐,配体制备复杂,需助催化剂辅助,且难于分离以及催化剂易失活等问题。因此,开发一种高效率低成本制备酯的技术路线,具有重要的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服了目前制备酯类化合物过程中存在的缺点,在较温和的条件下,高效率低成本制备该类化合物,催化剂易于分离且能够多次循环使用。本发明所用的为固体催化剂,相对与相同条件下的均相催化剂来讲,对直连酯的选择性更好。
本发明采用的技术方案为:
一种制备酯类化合物的方法:
将醇类化合物、烯烃及钌负载的金属氧化物催化剂加入压力容器中,醇类化合物作为溶剂和原料,充入一氧化碳,密闭,搅拌,反应温度≥130℃,反应时间≥2小时;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/TiO2、Ru/Nb2O5、Ru/CeO2、Ru/Al2O3中的一种或几种;
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为0.15wt%~10wt%。
充入一氧化碳的压力为0.1Mpa~10Mpa。
所述醇类化合物为:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正丁醇、苯甲醇、1、3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、乙二醇、正戊醇、环己醇、正辛醇中的一种或几种;
所述烯烃为:乙烯、三甲基乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯基苯、环己烯中的一种或几种。方程式为:
其中产物1为直链产物、产物2为支链产物;
其中R1为苯基或含有取代基的苯基,其中取代基为-F、-Cl、-Br、-I、-OCH3、C1-C3的烷基或氢;R2为甲基或氢;R3为甲基或氢;R4为甲基或氢;R5为甲基、苯基或含有取代基的苯基,其中取代基为-F、-Cl、-Br、-I、-OCH3、C1-C3的烷基、或带羟基的C1-C3的烷基。
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、三甲基乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯的气体烯烃时,其充入压力为0.1~10MPa;当烯烃为1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯基苯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入的烯烃的量为0.04~5mmol/mL。
反应温度为150℃~200℃,反应时间为2~24h。
所述醇类化合物为:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正戊醇、环己醇、正辛醇、苯甲醇中的一种或几种;
所述烯烃为:乙烯、丙烯、2-丁烯、异丁烯、2-戊烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、丙烯基苯、环己烯中的一种或几种;
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、丙烯、2-丁烯、异丁烯的气体烯烃时,其压力为0.2~8MPa;当烯烃为2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、苯乙烯、丙烯基苯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入的烯烃的量为0.05~1mmol/mL;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/TiO2、Ru/Nb2O5、Ru/CeO2中的一种或几种;
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为0.5wt%~8wt%;
充入一氧化碳的压力为0.2MPa~8MPa。
所述醇类化合物为甲醇、乙醇、正丙醇、环己醇、正辛醇、苯甲醇中的一种或几种;
所述烯烃为乙烯、丙烯、异丁烯、苯乙烯、环己烯中的一种或几种;
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、丙烯、异丁烯的气体烯烃时,其压力为0.5~5MPa;当烯烃为苯乙烯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入的烯烃的量为0.1~2mol/L;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/CeO2
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为1.0wt%~5wt%;
充入一氧化碳的压力为0.5MPa~5MPa。
反应温度为160℃~180℃,反应时间5~20h。
所述催化剂的用量为0.005g·(mmol烯烃)-1~0.50g·(mmol烯烃)-1
所述催化剂的用量为0.01g·(mmol烯烃)-1~0.3g·(mmol烯烃)-1
所述催化剂的用量为0.02g·(mmol烯烃)-1~0.2g·(mmol烯烃)-1
本发明与传统制备酯类的方法相比较,具有以下优势:
1.催化剂活性高,酯类化合物的收率可达到86%;
2.催化剂制备简单,可以通过现有的化工单元操作与反应体系分离,并且可以多次循环使用;
3.产物适用性较好,适用于多种烯烃及醇。
4.本发明所用的为固体催化剂,对直连酯的选择性更好。
附图说明
图1为实施例3的产物的气相-质谱联用谱图,其中图1(a)为色谱图,图1(b)为保留时间在7.0min的支链酯产物,即2-苯基丙酸甲酯的质谱图且其标准图库质谱图示于图1(c);图1(d)为保留时间在7.8min的直链酯的产物,即1-苯基丙酸甲酯的质谱图且其标准图库质谱图示于图1(e)。
具体实施方式
为了对本发明进行进一步详细说明,下面给出几个具体实施例,但本发明不限于这些实施例。其中实施例1-12为液态烯烃,实施例13-18为气态烯烃。对比实施例1-2为液态烯烃。
实施例1
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.3mmol苯乙烯,以及0.1g的0.15wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例2
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL乙醇、0.1mmol苯乙烯,以及0.1g的0.15wt%Ru/TiO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例3
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.5mmol苯乙烯,以及0.1g的5wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例1。
实施例4
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL乙醇、0.3mmolα-甲基苯乙烯,以及0.1g的2wt%Ru/TiO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应6h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。α-甲基苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例5
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL苯甲醇、0.3mmol 1- 戊烯,以及0.1g的2wt%Ru/TiO2催化剂,加入磁子,充入0.7MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应6h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。1-戊烯的转化率以及选择性见表1。
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例6
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入10mL甲醇、0.5mmol环己烯,以及0.1g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.7MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。环己烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
实施例7
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.1mmol苯乙烯,以及2g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入3MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应8h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例1。
实施例8
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.1mmol苯乙烯,以及0.1g的2wt%Ru/TiO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在200℃下搅拌反应8h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例1。
实施例9
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.3mmol苯乙烯,以及0.1g的5wt%Ru/TiO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在170℃下搅拌反应8h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例1。
实施例10
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.1mmol苯乙烯,以及0.1g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在130℃下搅拌反应36h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例1。
实施例11
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.5mmol环己烯,以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.7MPa CO,密闭,在200℃下搅拌反应70h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。环己烯的转化率以及选择性见表1。产物同实施例6。
实施例12
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.5mmol 3-甲基-1-丁烯,以及0.1g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.7MPaCO,密闭,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。3-甲基-1-丁烯的转化率以及选择性见表1。
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例13
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入2mL正丙醇、0.1mmol异丁烯,以及0.1g的0.1wt%Ru/Al2O3催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,密闭,在180℃下搅拌反应8h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。异丁烯的转化率以及选择性见表1。
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例14
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,0.5MPa乙烯,密闭,在200℃下搅拌反应8h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
实施例15
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,0.5MPa丙烯,密闭,在200℃下搅拌反应36h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例16
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL环己醇、以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,0.5MPa丙烯,密闭,在180℃下搅拌反应36h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例17
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL正辛醇、以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,0.5MPa丙烯,密闭,在180℃下搅拌反应36h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
其中产物1为直连产物,产物2为支链产物。
实施例18
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL乙二醇、以及0.15g的2wt%Ru/CeO2催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,0.5MPa乙烯,密闭,在180℃下搅拌反应36h,反应结束后,产物采用质谱图定性,采用气相色谱定量。乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如下所示:
对比实施例1:以Ru3(CO)12作为催化剂
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.5mmol苯乙烯,称取0.03mmol的Ru3(CO)12作为催化剂,加入磁子,充入0.5MPa CO,在180℃下搅拌反应12h,反应结束后,采用气相色谱定性,色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如实施例1所示。
对比实施例2:以RuCl3水溶液作为催化剂
在50mL的聚四氟衬里的反应釜中,分别加入4mL甲醇、0.5mmol苯乙烯,称取0.003mmol的RuCl3水溶液作为催化剂,加入磁子,充入0.5MPaCO,在140℃下搅拌反应12h,反应结束后,采用气相色谱定性,色谱定量。苯乙烯的转化率以及选择性见表1。产物如实施例1所示。
本发明所述制备酯的反应受空间位阻影响较大,例如当底物为α-甲基苯乙烯时,转化率与选择性较差,如实施例4。
表1直接制备酯类化合物的评价结果

Claims (10)

1.一种制备酯类化合物的方法,其特征在于:
将醇类化合物、烯烃及钌负载的金属氧化物催化剂加入压力容器中,醇类化合物作为溶剂和原料,充入一氧化碳,密闭,搅拌,反应温度≥130℃,反应时间≥2小时;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/TiO2、Ru/Nb2O5、Ru/CeO2、Ru/Al2O3中的一种或几种;
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为0.15wt%~10wt%。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
充入一氧化碳的压力为0.1Mpa~10Mpa。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
合成路线为:
其中产物1为直链产物、产物2为支链产物;
其中R1为苯基或含有取代基的苯基,其中取代基为-F、-Cl、-Br、-I、-OCH3、C1-C3的烷基或氢;R2为甲基或氢;R3为甲基或氢;R4为甲基或氢;R5为甲基、苯基或含有取代基的苯基,其中取代基为-F、-Cl、-Br、-I、-OCH3、C1-C3的烷基、或带羟基的C1-C3的烷基。
4.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述醇类化合物为:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正己醇、正丁醇、苯甲醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、乙二醇、正戊醇、环己醇、正辛醇中的一种或几种;
所述烯烃为:乙烯、三甲基乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯基苯、环己烯中的一种或几种。
5.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、三甲基乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯的气体烯烃时,其充入压力为0.1~10MPa;当烯烃为1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯基苯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入烯烃的量为0.04~5mmol/mL。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
反应温度为150℃~200℃,反应时间为2~24h。
7.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述醇类化合物为:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正戊醇、环己醇、正辛醇、苯甲醇中的一种或几种;
所述烯烃为:乙烯、丙烯、2-丁烯、异丁烯、2-戊烯、2-甲基-2-丁烯、苯乙烯、丙烯基苯、环己烯中的一种或几种;
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、丙烯、2-丁烯、异丁烯的气体烯烃时,其压力为0.2~8MPa;当烯烃为2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、苯乙烯、丙烯基苯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入烯烃的量为0.05~1mmol/mL;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/TiO2、Ru/Nb2O5、Ru/CeO2中的一种或几种;
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为0.5wt%~8wt%;
充入一氧化碳的压力为0.2MPa~8MPa。
8.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述醇类化合物为甲醇、乙醇、正丙醇、环己醇、正辛醇、苯甲醇中的一种或几种;
所述烯烃为乙烯、丙烯、异丁烯、苯乙烯、环己烯中的一种或几种;
烯烃的加入量为:当烯烃为乙烯、丙烯、异丁烯的气体烯烃时,其压力为0.5~5MPa;当烯烃为苯乙烯、环己烯的液体烯烃时,每毫升溶剂中加入烯烃的量为0.1~2mol/L;
所述钌负载的金属氧化物催化剂为Ru/CeO2
所述钌负载的金属氧化物催化剂中钌的质量分数为1.0wt%~5wt%;
充入一氧化碳的压力为0.5MPa~5MPa。
9.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
反应温度为160℃~180℃,反应时间5~20h。
10.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述催化剂的用量为0.005g·(mmol烯烃)-1~0.50g·(mmol烯烃)-1
所述催化剂的用量为0.01g·(mmol烯烃)-1~0.3g·(mmol烯烃)-1
所述催化剂的用量为0.02g·(mmol烯烃)-1~0.2g·(mmol烯烃)-1
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