CN108409560B - 一种1,13-十三烷二醇酯及其1,13-十三烷二醇的制备方法 - Google Patents

一种1,13-十三烷二醇酯及其1,13-十三烷二醇的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1，13‑十三烷二醇酯及其1,13‑十三烷二醇的制备方法，解决了现有1，13‑十三烷二醇制备工艺中催化剂合成复杂、成本高、氢压高、工业化难实现的问题。本发明以糠醛和丙酮的缩合产物B经过三氟甲磺酸盐的开环作用，非常有效地转化为1,13‑十三烷二醇酯，再经过皂化反应生成1，13‑十三烷二醇。本发明具有产物收率高，催化剂催化效率高且可重复利用，工艺简单，反应条件温和，环境友好，工业化程度高等优点。

Description

一种1,13-十三烷二醇酯及其1,13-十三烷二醇的制备方法
技术领域
本发明涉及有机化学中间体制备的技术领域，具体涉及一种1,13-十三烷二醇酯及其1,13- 十三烷二醇的制备方法。
背景技术
1，13烷二醇是白色结晶性粉末，易溶于醇和热乙醚，几乎不溶于冷水和石油醚。1,13 烷二醇是一种重要的化工原料及医药中间体。主要用于制造医药及材料，并用于制备香精香料、粘合剂和高分子特种材料等。
1，13烷二醇可以由1,13-十三烷二醇酯简单皂化而得到。
现有的制备1，13-十三烷二醇及其1,13-十三烷二醇酯的方法有以下几种：一是采用以1， 13烷二酸为原料，在四氢呋喃体系中用负氢试剂还原制备，该制备方法使用硼氢化锆作为负氢试剂，负氢试剂较为危险；二是采用大环内酯在负氢试剂的还原下转变为1，13烷二醇，该制备使用硼氢化锆或硼氢化铝作为负氢试剂，但是这类负氢试剂较为危险，且大环内酯这种原料较为少见。以上现有的制备1，13-十三烷二醇的方法均存在难以工业化的问题，为此，有必要发明一种制备简单、产率高、低成本、适合大规模工业化生产的制备方案。
发明内容
本发明要解决的实际问题是：现有制备1，13-十三烷二醇的方法使用危险的负氢试剂制备，不适合大规模工业化生产。
本发明通过下述技术方案实现：
一种1，13-十三烷二醇酯及其1,13-十三烷二醇的制备方法，以糠醛和丙酮为原料在碱性物质催化作用下发生缩合反应生成缩合产物B，所述缩合产物B经开环催化剂和加氢催化剂的双催化作用发生加氢开环反应得到1,13-十三烷二醇酯。
本发明的设计原理为：两分子糠醛与一分子丙酮可以通过Aldol缩合反应生成中间体B。在开环催化剂、加氢催化剂和氢气的共同作用下缩合产物B中的呋喃环首先被加氢饱和，之后羰基被加氢生成羟基，在有机酸体系中羟基被酯化成为酯。随后四氢呋喃环在开环催化剂的作用下被开环，开环生成的羟基同样被酯化得到五元酯。在开环催化剂的作用下非链段的三个酯基脱去，最终得到1,13-十三烷二醇酯。1,13-十三烷二醇酯可经历简单的皂化反应得到相应的1,13-十三烷二醇，所以，通过缩合和加氢开环反应两步法制备1,13-十三烷二醇，如下式所示。
Figure BDA0001625131040000021
所述缩合产物B的结构式为：
Figure BDA0001625131040000022
本发明通过采用加氢催化剂和开环催化剂的双催化作用，精确控制缩合产物B的加氢和开环，这就避免了使用传统的负氢试剂，克服了负氢试剂的危险性等因素带来的制备方法无法工业化生产的问题。
优选地，所述开环催化剂为路易斯酸盐。
优选地，所述路易斯酸盐为三氟甲磺酸金属盐，
优选地，所述路易斯酸盐为三氟甲磺酸金属盐，所述三氟甲磺酸金属盐中的金属价态为
+1～+6价，所述三氟甲磺酸金属盐的用量为所述缩合产物B的0.1-10mol％。
优选地，所述三氟甲磺酸金属盐的用量为所述缩合产物B的0.3-5mol％。
优选地，所述三氟甲磺酸金属盐的用量为所述缩合产物B的0.5-5mol％。
优选地，所述三氟甲磺酸金属盐的用量为所述缩合产物B的0.2mol％、0.4mol％、0.6mol％、 0.7mol％、0.9mol％、1mol％、1.3mol％、1.7mol％、1.9mol％、2.2mol％、2.5mol％、2.7mol％、 2.9mol％、3.5mol％、3.7mol％、4mol％、4.5mol％、4.8mol％、5.3mol％、5.8mol％、6.2mol％、 6.9mol％、7.1mol％、8.3mol％、8.8mol％或9.5mol％。
优选地，所述三氟甲磺酸金属盐为W(OTf)6、Zr(OTf)4、Al(OTf)3、Sc(OTf)3、Nb(OTf)5、 Cu(OTf)2、Sc(OTf)2、Hf(OTf)2、AgOTf中的一种或多种。
优选地，所述三氟甲磺酸金属盐为Sc(OTf)3，Sc(OTf)3的酸性适中，能精确控制开环，避免酸性太强生成烷烃，酸性不够无法开环的问题。
优选地，所述加氢催化剂为含有第Ⅷ族过渡金属元素的催化剂；所述加氢催化剂的添加量为所述缩合产物B的0.01-10mol％。
优选地，所述加氢催化剂为钯碳或铂碳的一种。
优选地，所述缩合反应具体步骤为：将物质的量之比为10:1至2:1的糠醛与丙酮加入反应器中混合，在10-30℃温度的条件下加入0.01-1mol％的碱性物质作催化剂搅拌2-20小时得到缩合产物B。
优选地，所述加氢开环反应的具体步骤为：将所述缩合产物B、加氢催化剂、开环催化剂和酸性有机溶剂加入反应器中混合，通入氢气，将所述混合物在2-15MPa氢压，50-250℃及搅拌条件下反应10min-24h，后冷却至10-30℃得到含1,13-十三烷二醇酯的反应液。
优选地，所述酸性有机溶剂为羧酸。
优选地，所述羧酸为脂肪羧酸。
优选地，所述脂肪羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸的一种。
优选地，所述氢压为2-5MPa。
优选地，所述加氢开环的反应温度为80-220℃。
优选地，所述加氢开环的反应温度为100-180℃。
优选地，所述加氢开环的反应温度为90℃、95℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、 160℃、170℃、185℃、190℃、200℃、205℃和215℃中的一个。
优选地，所述加氢开环反应时间为30min-4h。
优选地，所述加氢开环反应时间为30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、 70min、80min、90min、100min、120min。
优选地，所述加氢开环的反应的搅拌速率为100-800r/min。
优选地，所述1，13-十三烷二醇酯的制备方法还包括对所述1，13-十三烷二醇酯进行分离纯化，所述分离纯化的具体步骤为：将所述反应液调至PH＝7-9，采用乙酸乙酯作为萃取剂，采用无水硫酸钠作为干燥剂，最后减压蒸馏得到1,13-十三烷二醇酯。
优选地，所述制备方法还包括开环催化剂和加氢催化剂的重复利用，所述制备方法还包括开环催化剂和加氢催化剂的重复利用，具体步骤为：将所述1,13-十三烷二醇酯从所述反应液分离后，在反应器中留下开环催化剂和加氢催化剂，再重新加入所述缩合产物B和酸性有机溶剂进行加氢开环反应。
优选地，所述开环催化剂和加氢催化剂的重复利用，具体步骤为：将加氢催化剂还是开环催化剂负载于氧化铝、硅胶或者活性炭的载体表面上，再装入反应器中，将所述缩合产物 B从所述反应器的一端连续加入，1,13-十三烷二醇酯的反应液由所述反应器的另一端放出，所述反应器中留下的开环催化剂和加氢催化剂继续进行催化，实现对催化剂的重复循环利用，所述反应器为固定床管式反应器。
一种制备1，13-十三烷二醇的方法，所述1,13-十三烷二醇酯与碱发生皂化反应得到1， 13-十三烷二醇。
本发明取得的有益效果：
1.本发明以糠醛和丙酮为原料，在碱性条件下缩合得到缩合产物B，并在加氢催化剂和开环催化剂的双催化作用下发生加氢开环反应得到1,13-十三烷二醇酯，其氢压小，催化剂安全环保，原料来源丰富，成本低、催化效率高且催化剂可重复利用。
2.本发明采用有机酸作为反应溶液，绿色环保。
3.本发明通过分离纯化，得到的1,13-十三烷二醇酯产率高，纯度高。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1：
将2g糠醛、100mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，20℃温度下以300r/min的搅拌速度搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的0.1mol％的Sc(OTf)3和0.01mol％钯碳，最后加入5ml甲酸，通入氢气置换5次后，在速率300r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压2MPa，在甲酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应2h，加氢开环反应过程中不停搅拌，冷却至室温后得到含1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到甲酸-1,13-十三烷二醇酯。
向所得到的甲酸-1,13-十三烷二醇酯中加入1mol％的NaOH，90℃下回流6h得到1,13-十三烷二醇。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定甲酸-1,13-十三烷二醇酯收率为88％，纯度为99％。其中气相检测条件：Hitachi GC2014System，色谱柱WAX，柱温220℃，检测器FID，进样： 1:50分流，进样温度80℃，载气：N2，流速30L/min。
实施例2：
将2g糠醛、200mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的0.5mol％的Sc(OTf)3、0.5mol％的钯碳，最后加入5ml醋酸，通入氢气置换5次后，在速率100r/min的搅拌条件下升温至135℃恒温，氢压2MPa，在醋酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应3h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到乙酸-1,13-十三烷二醇酯。
向所得到的乙酸-1,13-十三烷二醇酯中加入1mol％的NaOH，90℃下回流6h得到1,13-十三烷二醇。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定乙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为82％，纯度为99％。
实施例3：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的4mol％的Al(OTf)3和1mol％的钯碳，最后加入5ml醋酸，通入氢气置换5次后，在速率800r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压3MPa，在醋酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应2h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到乙酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定乙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为85％，纯度为99％。
实施例4：
将2g糠醛、500mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的4mol％的Sc(OTf)3和1mol％的钯碳，最后加入5ml醋酸，通入氢气置换5次后，在速率600r/min的搅拌条件下升温至100℃恒温，氢压2.5MPa，在醋酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应3h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到乙酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定乙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为87％，纯度为99％。
实施例5：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的6mol％的Cu(OTf)2和8mol％的钯碳，最后加入5ml醋酸，通入氢气置换5次后，在速率600r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压8MPa，在醋酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应2h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到乙酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定乙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为89％，纯度为99％。
实施例6：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的2mol％的Hf(OTf)4和2mol％的钯碳，最后加入5ml醋酸，通入氢气置换5次后，在速率500r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压2MPa，在醋酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应4h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到乙酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定乙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为91％，纯度为99％。
实施例7：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的6mol％的Sc(OTf)3和2mol％的钯碳，最后加入5ml丙酸，通入氢气置换5次后，在速率400r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压2MPa，在丙酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应4h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到丙酸-1,13-十三烷二醇酯。
向所得到的丙酸-1,13-十三烷二醇酯中加入1mol％的NaOH，90℃下回流6h得到1,13-十三烷二醇。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定丙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为95％，纯度为99％。
实施例8：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的6mol％的Sc(OTf)3和2mol％的铂碳，最后加入5ml丙酸，通入氢气置换5次后，在速率400r/min的搅拌条件下升温至150℃恒温，氢压3MPa，在丙酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应3h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到丙酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定丙酸-1,13-十三烷二醇酯收率为91％，纯度为99％。
实施例9：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的4mol％的W(OTf)6和10mol％的铂碳，最后加入5ml丁酸，通入氢气置换5次后，在速率400r/min的搅拌条件下升温至135℃恒温，氢压3MPa，在丁酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应3h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到丁酸-1,13-十三烷二醇酯。
向所得到的丁酸-1,13-十三烷二醇酯中加入1mol％的NaOH，90℃下回流6h得到1,13-十三烷二醇。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定丁酸1，13-十三烷二醇丙酯收率为82％，纯度为99％。
实施例10：
将2g糠醛、400mg丙酮加入50ml圆底烧瓶中，之后加入0.5ml的0.1mol/L的NaOH溶液作为催化剂，常温300r/min搅拌过夜，得到缩合产物B，将缩合产物B加入反应容器中，再加入以所述缩合产物B为基准的4mol％的Sc(OTf)3和4mol％的铂碳，最后加入5ml丁酸，通入氢气置换5次后，在速率800r/min的搅拌条件下升温至135℃恒温，氢压3MPa，在丁酸为有机溶剂的条件下加氢开环反应3h，加氢开环反应过程中不停搅拌。冷却至室温后得到含 1,13-十三烷二醇酯的反应液，将所述反应液调至PH＝7，以乙酸乙酯为萃取剂，以无水硫酸钠为干燥剂，再减压蒸馏得到丁酸-1,13-十三烷二醇酯。
取样稀释，通过气相色谱法(GC)测定丁酸-1,13-十三烷二醇酯收率为83％，纯度为99％。
具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种1,13-十三烷二醇酯的制备方法，其特征在于，以糠醛和丙酮为原料在碱性物质催化作用下发生缩合反应生成缩合产物B，所述缩合产物B经开环催化剂和加氢催化剂的双催化作用在羧酸中发生加氢开环反应得到1,13-十三烷二醇酯，所述开环催化剂为W(OTf)6、Zr(OTf)4、Al(OTf)3、Sc(OTf)3、Nb(OTf)5、Cu(OTf)2、Hf(OTf)4、AgOTf中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述开环催化剂的用量为所述缩合产物B的0.1-10mol％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述加氢催化剂为含有第Ⅷ族过渡金属元素的催化剂；所述加氢催化剂的添加量为所述缩合产物B的0.01-10mol％。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述加氢开环反应的具体步骤为：将所述缩合产物B、加氢催化剂、开环催化剂和羧酸加入反应器中混合，通入氢气，将所述混合物在2-15MPa氢压，50-250℃及搅拌条件下反应10min-24h，后冷却至10-30℃得到含1,13-十三烷二醇酯的反应液。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，还包括对所述1，13-十三烷二醇酯进行分离纯化，所述分离纯化的具体步骤为：将所述反应液调至pH＝7-9，采用乙酸乙酯作为萃取剂，采用无水硫酸钠作为干燥剂，最后减压蒸馏得到1,13-十三烷二醇酯。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括开环催化剂和加氢催化剂的重复利用，具体步骤为：将所述1,13-十三烷二醇酯从所述反应液分离后，在反应器中留下开环催化剂和加氢催化剂，再重新加入所述缩合产物B和酸性有机溶剂进行加氢开环反应。
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