CN108484564A - 一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，先采用等体积浸渍法制备负载型固体碱，并将其在高温下于马弗炉中焙烧，冷却至室温后放入干燥器中备用，然后将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂加入带有回流装置的三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、助溶剂，得到碳酸甘油酯；本发明加入助溶剂，使反应体系中具有亲水性的甘油与疏水性的碳酸二甲酯互溶，促使反应体系能够成为均相，反应将不仅是局限在界面之间进行，而是能够在整个体系中进行，从而提高反应效率。

Description

一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法
技术领域
本发明涉及碳酸甘油酯制备技术领域，具体涉及一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法。
背景技术
碳酸甘油酯作为甘油的一种衍生物，具有无毒、低蒸发率、低可燃性和保湿能力强等优越性能，在涂料、胶黏剂、润滑剂及其个人护理和医药等领域有着广泛应用。现有报道的中，以生物柴油副产物甘油和碳酸二甲酯为原料制备碳酸甘油酯是制备碳酸甘油酯的一条新型绿色合成路线。与其它制备碳酸甘油酯的方法相比，甘油-碳酸二甲酯法原料环保易得，反应条件温和，对设备要求低，副产物易分离，是当前最为绿色环保、经济简便的方法，具有较好的工业化前景。同时，使用生物柴油副产物甘油作为原料生产具有更高附加值的化学品不仅拓展了生物能源的实际应用领域，而且为解决甘油过剩问题提供了可靠理论依据，符合绿色化学和可持续发展的战略要求。
无机固体碱主要包括金属氧化物、水合滑石类阴离子粘土和负载型固体碱，其中单组分金属氧化物催化剂稳定性较差；水滑石类催化剂制备过程复杂、条件苛刻；负载型固体碱制备方法简单、具有较高稳定性，这类固体碱催化酯交换反应制备碳酸甘油酯在国内外已有许多报道，在催化酯交换反应中表现出良好的催化性能，并且具有反应后催化剂易分离除去、可重复使用等优点。但是在该酯交换反应中，由于反应物甘油相和碳酸二甲酯相是不互溶的，形成明显界面，传质阻力成为了制约前期反应的关键因素，这导致反应只能在两相界面之间进行，从而大大限制了负载型固体碱催化酯交换反应效率。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，极大提高了负载型固体碱催化酯交换反应的效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载型固体碱，并将其在高温下于马弗炉中焙烧，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于40目的LiCl/CaO、NaCl/CaO、KCl/CaO、AlCl3/CaO、FeCl3/CaO以及K2CO3/CaO，CaO、LiCl、NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3以及K2CO3为化学纯及其以上纯度产品，负载型固体碱负载量为5%-30%，焙烧温度为400℃-900℃，焙烧时间为4h-8h；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比1:2-9:2-7加入带有回流装置的三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应1-4小时，反应温度为60-90℃，助溶剂为化学纯及其以上纯度的甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜及其混合液；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、助溶剂，得到碳酸甘油酯。
本发明的有益效果为：加入助溶剂，使反应体系中具有亲水性的甘油与疏水性的碳酸二甲酯互溶，促使反应体系能够成为均相，反应将不仅是局限在界面之间进行，而是能够在整个体系中进行，从而提高反应效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为15%的负载型固体碱，并将其在500℃于马弗炉中焙烧8h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于40目的KCl/CaO，KCl和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:2:2.5加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为60℃，所述助溶剂为分析纯无水甲醇；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、无水甲醇，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例的碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高28%。
实施例2，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为5%负载型固体碱，并将其在700℃于马弗炉中焙烧5h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于60目的AlCl3/CaO，AlCl3和CaO为分析纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:3:3加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应3小时，反应温度为70℃，所述助溶剂为化学纯四氢呋喃；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、四氢呋喃，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例的碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高19%。
实施例3，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为20%负载型固体碱，并将其在900℃于马弗炉中焙烧4h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于80目的NaCl/CaO，NaCl和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:4:3.7加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应2小时，反应温度为80℃，所述助溶剂为分析纯二甲基亚砜；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、二甲基亚砜，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高12%。
实施例4，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为10%负载型固体碱，并将其在800℃于马弗炉中焙烧6h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于100目的LiCl/CaO，LiCl和CaO为分析纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:5:5加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应1小时，反应温度为90℃，所述助溶剂为分析纯N,N-二甲基乙酰胺；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、N,N-二甲基乙酰胺，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高26%。
实施例5，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为30%负载型固体碱，并将其在600℃于马弗炉中焙烧7h却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于60目的K2CO3/CaO，K2CO3和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:9:7加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为65℃，所述助溶剂为分析纯无水乙醇；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、无水乙醇，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高32%。
实施例6，一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为25%负载型固体碱，并将其在400℃于马弗炉中焙烧6h却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于80目的FeCl3/CaO，FeCl3和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:3:3加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为75℃，所述助溶剂为分析纯丙酮；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、丙酮，得到碳酸甘油酯。
采用气相色谱法测定碳酸甘油酯的产率，本实施例碳酸甘油酯产率较未加助溶剂提高15%。

Claims (7)

1.一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载型固体碱，并将其在高温下于马弗炉中焙烧，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于40目的LiCl/CaO、NaCl/CaO、KCl/CaO、AlCl3/CaO、FeCl3/CaO以及K2CO3/CaO，CaO、LiCl、NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3以及K2CO3为化学纯及其以上纯度产品，负载型固体碱负载量为5%-30%，焙烧温度为400℃-900℃，焙烧时间为4h-8h；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比1:2-9:2-7加入带有回流装置的三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应1-4小时，反应温度为60-90℃，助溶剂为化学纯及其以上纯度的甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜及其混合液；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、助溶剂，得到碳酸甘油酯。
2.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为15%的负载型固体碱，并将其在500℃于马弗炉中焙烧8h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于40目的KCl/CaO，KCl和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:2:2.5加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为60℃，所述助溶剂为分析纯无水甲醇；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、无水甲醇，得到碳酸甘油酯。
3.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为5%负载型固体碱，并将其在700℃于马弗炉中焙烧5h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于60目的AlCl3/CaO，AlCl3和CaO为分析纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:3:3加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应3小时，反应温度为70℃，所述助溶剂为化学纯四氢呋喃；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、四氢呋喃，得到碳酸甘油酯。
4.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为20%负载型固体碱，并将其在900℃于马弗炉中焙烧4h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于80目的NaCl/CaO，NaCl和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:4:3.7加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应2小时，反应温度为80℃，所述助溶剂为分析纯二甲基亚砜；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、二甲基亚砜，得到碳酸甘油酯。
5.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为10%负载型固体碱，并将其在800℃于马弗炉中焙烧6h，冷却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于100目的LiCl/CaO，LiCl和CaO为分析纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:5:5加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应1小时，反应温度为90℃，所述助溶剂为分析纯N,N-二甲基乙酰胺；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、N,N-二甲基乙酰胺，得到碳酸甘油酯。
6.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为30%负载型固体碱，并将其在600℃于马弗炉中焙烧7h却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于60目的K2CO3/CaO，K2CO3和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:9:7加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为65℃，所述助溶剂为分析纯无水乙醇；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、无水乙醇，得到碳酸甘油酯。
7.根据权利要求1所述的一种复合固体碱催化快速制备碳酸甘油酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用等体积浸渍法制备负载量为25%负载型固体碱，并将其在400℃于马弗炉中焙烧6h却至室温后放入干燥器中备用，所述负载型固体碱为粒度大于80目的FeCl3/CaO，FeCl3和CaO为化学纯产品；
第二步，将甘油、碳酸二甲酯及助溶剂按照摩尔比为1:3:3加入带有回流装置三口烧瓶，充分搅拌后水浴恒温反应4小时，反应温度为75℃，所述助溶剂为分析纯丙酮；
第三步，反应结束冷却至室温后，将反应容器中的混合物离心，上层清液即为粗碳酸甘油酯；
第四步，粗碳酸甘油酯通过减压蒸馏方法除去甘油、丙酮，得到碳酸甘油酯。
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