CN109942425A - 一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,在有机溶剂中,以丙炔醇和羧酸衍生物为反应底物、精制的三乙胺为缚酸剂,三乙胺滞后于羧酸衍生物加入,反应结束后反应液依次进行抽滤、中和、分液、萃取、洗涤、干燥、浓缩、精馏,精馏时添加阻聚剂,阻聚剂的用量是精馏时反应液质量的0.1%~0.3%,精馏操作时回流比控制在(1:1)~(10:1),得到含量大于等于99.9%的目标产物炔丙基羧酸酯。本发明的优点在于:成本低、副产物少,生产的产物纯度高,可达电子级,适合工业化生产,能降低锂离子电池的生产成本、并能提高锂离子电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池电解液添加剂制备的技术领域,具体涉及炔丙基羧酸酯的制备方法。
背景技术
炔丙基羧酸酯具有碳碳叁键不饱和结构,因此作为锂离子电池电解液的添加剂能提高锂离子电池的综合性能,如:改善电池循环性能、提高电池能量密度、提高锂离子二次电池电压一致性、延长电池使用寿命。
专利号CN 100517853C的中国专利文献指出,高压实正负极组合的锂离子二次电池,很容易造成电解液干涸现象,导致电池循环性能劣化,而特定量的炔类化合物能改善电池循环性能,并不造成干涸现象。专利号CN 104205471A的中国专利文献也指出,特定结构的炔类化合物添加到非水电解液中,可以改善锂电池广泛温度范围内的电化学特性。
因此炔丙基羧酸酯作为一种新型的锂离子电池电解液的添加剂具有良好的市场前景。
Xiaoyuan Ding等人报道了一种制备甲基羧酸-2-丙炔酯的方法(参见Tetrahedron Letters 55(2014)7002–7006):在三口烧瓶中,加入丙炔醇、吡啶、乙醚,开搅拌冷却至0℃,再滴加氯甲酸甲酯,滴加结束后升至室温搅拌15小时,反应液再经过中和、分液、萃取、洗涤、干燥、浓缩、过Flash硅胶柱,得到甲基羧酸-2-丙炔酯。该合成方法选吡啶为缚酸剂,选乙醚为溶剂,过硅胶柱分离提纯,生产成本较高,安全性差,因此不适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的是:提供一种生产成本低的高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,在有机溶剂中,以丙炔醇和羧酸衍生物为反应底物、精制的三乙胺为缚酸剂,丙炔醇和羧酸衍生物的摩尔比为(0.9~1.0):(1.0~1.2),三乙胺滞后于羧酸衍生物加入,反应温度控制在-10℃~10℃,反应结束后反应液依次进行抽滤、中和、分液、萃取、洗涤、干燥、浓缩、精馏,精馏时添加阻聚剂,阻聚剂的用量是精馏时反应液质量的0.1%~0.3%,精馏操作时回流比控制在(1:1)~(10:1),得到含量大于等于99.9%的目标产物炔丙基羧酸酯,炔丙基羧酸酯的结构式如下:式中R1为1~4个碳原子的饱和或不饱和烃基。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,R1优选为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、乙烯基、烯丙基。
再进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,羧酸衍生物的结构式如下:R1优选甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、乙烯基、烯丙基。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,三乙胺与羧酸衍生物的加入步骤如下:先用有机溶剂分别稀释三乙胺和羧酸衍生物,有机溶剂与三乙胺或羧酸衍生物的质量比均为(1:5)~(5:1),然后先缓慢滴加被稀释的羧酸衍生物,当被稀释的羧酸衍生物滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,三乙胺精制的步骤包括:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺中加入1~5克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,然后加入4A分子筛,常压蒸馏提纯得三乙胺,纯度大于等于99.9%,水分小于等于500ppm。
更进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,KOH用量比例优选为:每100mL三乙胺加入2~3克KOH。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,所述的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、乙腈、1,4-二氧六环、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷、四氢呋喃中的一种或几种。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,反应温度优选为-5℃~5℃。低温反应能有效阻止副反应的产生,从而有效提高产品纯度。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,精馏时添加的阻聚剂优选对苯二酚、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、环烷酸铜、吩噻嗪、甲基氢醌中的一种或几种。上述阻聚剂选自酚类阻聚剂和醌类阻聚剂,精馏时添加阻聚剂能有效防止副反应的产生,从而提高产品纯度。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,丙炔醇和羧酸衍生物的摩尔比优选为1:(1.0~1.1)。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,精馏操作时回流比优选为(3:1)~(5:1)。回流比的控制能大大提高分离效果。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,精馏时真空度控制在1kPa~10kPa;精馏的温度控制在60℃~150℃。
进一步地,前述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其中,三乙胺与羧酸衍生物都加入后,反应时间控制在2~24小时,优选为12~20小时。
本发明的优点是:成本低、副产物少,产物纯度高可达电子级,适合工业化生产,能够降低锂离子电池的生产成本、并能提高锂离子电池性能。
具体实施方式
下面给出具体实施例从而对一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法做详细说明。
实施例1。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加3克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。采用精制后的三乙胺作为缚酸剂,其目的在于能够提高产物的纯度。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇56克(1mol)和有机溶剂二氯甲烷200克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到-5℃。三乙胺134克(1.3mol)和氯甲酸甲酯94.5克(1mol)分别用二氯甲烷稀释,二氯甲烷与三乙胺或氯甲酸甲酯的质量比均为2:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸甲酯,当被稀释的氯甲酸甲酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。三乙胺滞后加入的目的在于:能有效减少副反应的产生。稀释后的氯甲酸甲酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度精确控制在-5℃左右。滴加结束后继续在-5℃保温反应12小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为3kPa,添加对羟基苯甲醚和2-叔丁基对苯二酚作为复合阻聚剂,对羟基苯甲醚和2-叔丁基对苯二酚的质量和为浓缩粗品质量的0.1%。精馏温度控制在70℃,回流比R=5:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.92%。
实施例2。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加2克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇82克(1.464mol)、有机溶剂二氯乙烷200克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到-2℃。三乙胺200克(1.98mol)和氯甲酸甲酯165克(1.746mol)分别用二氯乙烷稀释,二氯乙烷与三乙胺或氯甲酸甲酯的质量比均为1:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸甲酯,当被稀释的氯甲酸甲酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。稀释后的氯甲酸甲酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度精确控制在-2℃。滴加结束后继续在-2℃保温反应20小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为5kPa,添加对羟基苯甲醚和吩噻嗪作为复合阻聚剂,对羟基苯甲醚和吩噻嗪的质量和为浓缩粗品质量的0.3%。精馏温度控制在90℃,回流比R=5:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.93%。
实施例3。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加4克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇56克(1mol)、甲苯200克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到-2℃。三乙胺134克(1.3mol)和氯甲酸乙酯108克(1mol)分别用甲苯稀释,甲苯与三乙胺或氯甲酸乙酯的质量比均为1:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸乙酯,当被稀释的氯甲酸乙酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。稀释后的氯甲酸乙酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度精确控制在-2℃。滴加结束后继续在-2℃保温反应18小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为2kPa,对羟基苯甲醚和甲基氢醌复合阻聚剂,对羟基苯甲醚和甲基氢醌的质量和为浓缩粗品质量的0.2%。精馏温度控制在96℃,回流比R=5:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.91%。
实施例4。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加3克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇56克(1mol)、乙腈250克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到3℃。三乙胺134克(1.3mol)和氯甲酸丙酯122.5克(1mol)分别用乙腈稀释,乙腈与三乙胺或氯甲酸丙酯的质量比均为2:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸丙酯,当被稀释的氯甲酸丙酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。稀释后的氯甲酸丙酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度控制在3℃。滴加结束后在3℃保温反应15小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为3kPa,添加2,5-二叔丁基对苯二酚和甲基氢醌作为复合阻聚剂,2,5-二叔丁基对苯二酚和甲基氢醌的质量和为浓缩粗品质量的0.2%。精馏温度控制在100℃,回流比R=10:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.92%。
实施例5。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加4克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇84克(1.5mol)、二甲苯200克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到0℃。三乙胺197克(1.95mol)和氯甲酸烯丙酯216克(1.8mol)分别用二甲苯稀释,二甲苯与三乙胺或氯甲酸烯丙酯的质量比均为2:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸烯丙酯,当被稀释的氯甲酸烯丙酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。稀释后的氯甲酸烯丙酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度控制在0℃。滴加结束后在0℃保温反应10小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为2kPa,添加对羟基苯甲醚和吩噻嗪作为复合阻聚剂,对羟基苯甲醚和吩噻嗪的质量和为浓缩粗品质量的0.3%。精馏温度控制在120℃,回流比R=5:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.9%。
实施例6。
步骤一:三乙胺的精制:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺加2克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,加入4A分子筛,常压蒸馏提纯三乙胺,纯度达到99.9%,水分低于500ppm,备用。
步骤二:在装有电动搅拌器、温度计的夹套式四口烧瓶中,依次加入丙炔醇56克(1mol)、正己烷220克,中速搅拌均匀,通冷冻液降温到5℃。三乙胺134克(1.3mol)和氯甲酸丁酯136.6克(1mol)分别用正己烷稀释,正己烷与三乙胺或氯甲酸丁酯的质量比均为3:1。然后先缓慢滴加被稀释的氯甲酸丁酯,当被稀释的氯甲酸丁酯滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。稀释后的氯甲酸丁酯和三乙胺的滴加速度需要确保反应液的温度控制在5℃左右。滴加结束后在5℃保温反应16小时,取中控样品监测反应进程。
步骤三:反应液抽滤,收集滤液,用溶剂洗涤滤饼,向滤液中加入1mol/L稀盐酸,调节滤液的pH至6-7,静置4小时后分液,水相用溶剂萃取两次,合并有机相,有机相用饱和食盐水洗涤两次,再用无水MgSO4干燥,减压旋蒸有机相,得到浓缩粗品。
步骤四:将第三步得到的浓缩粗品进行精馏,真空度为3kPa,添加2,5-二叔丁基对苯二酚和吩噻嗪作为复合阻聚剂,2,5-二叔丁基对苯二酚和吩噻嗪的质量和为浓缩粗品质量的0.2%。精馏温度控制在110℃,回流比R=5:1,切去前馏,收集高纯度产品馏分,产物的GC面积百分比含量为99.92%。
由上述具体实施例可以得到:采用本发明所述的制备方法,成本低、副产物少,生产的产物纯度高,可达电子级,适合工业化生产,能降低锂离子电池的生产成本、并能提高锂离子电池性能。
Claims (13)
1.一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:在有机溶剂中,以丙炔醇和羧酸衍生物为反应底物、精制的三乙胺为缚酸剂,丙炔醇和羧酸衍生物的摩尔比为(0.9~1.0):(1.0~1.2),三乙胺滞后于羧酸衍生物加入,反应温度控制在-10℃~10℃,反应结束后反应液依次进行抽滤、中和、分液、萃取、洗涤、干燥、浓缩、精馏,精馏时添加阻聚剂,阻聚剂的用量是精馏时反应液质量的0.1%~0.3%,精馏操作时回流比控制在(1:1)~(10:1),得到含量大于等于99.9%的目标产物炔丙基羧酸酯,炔丙基羧酸酯的结构式如下:式中R1为1~4个碳原子的饱和或不饱和烃基。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:R1优选为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、乙烯基、烯丙基。
3.根据权利要求2所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:羧酸衍生物的结构式如下:R1优选甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、乙烯基、烯丙基。
4.根据权利要求1所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:三乙胺与羧酸衍生物的加入步骤如下:先用有机溶剂分别稀释三乙胺和羧酸衍生物,有机溶剂与三乙胺或羧酸衍生物的质量比均为(1:5)~(5:1),然后先缓慢滴加被稀释的羧酸衍生物,当被稀释的羧酸衍生物滴加入20%后,再开始缓慢滴加被稀释的三乙胺。
5.根据权利要求1所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:三乙胺精制的步骤包括:在氮气保护下,按照每100mL三乙胺中加入1~5克KOH的用量比例,向三乙胺中加入KOH回流3小时,然后加入4A分子筛,常压蒸馏提纯得三乙胺,纯度大于等于99.9%,水分小于等于500ppm。
6.根据权利要求5所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:KOH用量比例优选为:每100mL三乙胺加入2~3克KOH。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:所述的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、乙腈、1,4-二氧六环、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷、四氢呋喃中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:反应温度优选为-5℃~5℃。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:精馏时添加的阻聚剂优选对苯二酚、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、环烷酸铜、吩噻嗪、甲基氢醌中的一种或几种。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:丙炔醇和羧酸衍生物的摩尔比优选为1:(1.0~1.1)。
11.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:精馏操作时回流比优选为(3:1)~(5:1)。
12.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:精馏时真空度控制在1kPa~10kPa;精馏的温度控制在60℃~150℃。
13.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种高纯度炔丙基羧酸酯的制备方法,其特征在于:三乙胺与羧酸衍生物都加入后,反应时间控制在2~24小时,优选为12~20小时。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190628 |
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