CN111217703A - 丙烯酸六氟丁酯的制备方法 - Google Patents

丙烯酸六氟丁酯的制备方法 Download PDF

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周孟博
张郭
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Abstract

本申请提供一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,属于酯类合成领域。制备方法包括:将六氟丁醇、丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂混合,然后微波加热至90‑110℃进行酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。有效解决了反应中需要大量的溶剂的问题,反应过程中能有效避免出现聚合现象,且反应完成后无废酸产生。采用微波加热时,能够明显提高固体酸催化剂的催化效率,使得反应快速完成。

Description

丙烯酸六氟丁酯的制备方法
技术领域
本申请涉及酯类合成领域,具体而言,涉及一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法。
背景技术
目前,在合成丙烯酸六氟丁酯的工艺中,通常将丙烯酸和六氟丁醇在多聚磷酸催化剂的催化作用下进行酯化反应,反应需要大量的溶剂,反应完成后会产生大量的废酸,反应过程中还会出现聚合现象导致收率低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,有效解决了反应中需要大量的溶剂的问题,反应过程中能有效避免出现聚合现象,且反应完成后无废酸产生。
本申请的实施例是这样实现的:
本申请实施例提供一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:将六氟丁醇、丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂混合,然后微波加热至90-110℃进行酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
本申请实施例提供的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,采用固体酸催化剂催化六氟丁醇和丙烯酸进行酯化反应,无需使用其他溶剂进行催化剂的溶解和分散。反应过程中通过阻聚剂的阻聚作用,能够有效避免出现聚合现象,收率能够达到95%;反应完后固体酸催化剂通过固液分离能够回收利用,且能够避免产生废酸。
同时,发明人研究发现,由于固体酸催化剂进行催化时反应是在固体酸催化剂表面进行的,采用电加热等常规加热方式进行加热时从外往内加热,加热不均匀且对固体酸催化剂的加热效率较低,导致固体酸催化剂的催化效率不高,通常反应5h后原料还未充分反应;采用微波加热时从内往外加热,加热快速、均匀,特别是使得固体酸表面保持较高的温度,使得固体酸催化剂具有很高的催化效率,反应时间仅需约0.5h即可使原料充分反应,反应速度明显加快。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本申请,而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是,本申请中的“和/或”,如“方案A和/或方案B”,均是指可以单独地为方案A、单独地为方案B、方案A加方案B,该三种方式。
本申请实施例提供一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:将六氟丁醇、丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂混合,然后微波加热进行酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
需要说明的是,在本申请的实施例中,丙烯酸可以是含取代基的取代丙烯酸,也可以是不含取代基的非取代丙烯酸(C3H4O2)。取代丙烯酸例如为甲基丙烯酸(C4H6O2),甲基丙烯酸与六氟丁醇发生酯化反应生成甲基丙烯酸六氟丁酯。
在本申请的实施例中,采用固体酸催化剂催化六氟丁醇和丙烯酸进行酯化反应,固体酸催化剂直接分散在原料中进行催化,无需使用其他溶剂进行催化剂的溶解和分散。反应完后固体酸催化剂也是固体的形式,直接通过固液分离能够以固体的形式回收利用,能够降低催化剂成本;固体酸催化剂以固体的形式从反应液中的回收处理还能够避免产生废酸,实现绿色工艺,降低后处理成本。
同时,发明人研究发现,采用多聚磷酸、硫酸、对甲苯磺酸等常规催化剂进行催化时,通常需要3-4h的反应时间,反应较为缓慢;该催化方式的催化剂用量较大,使得成本较高,且无法回收,导致产生废酸等污染物。采用固体酸催化剂催进行催化时,固体酸催化剂进行催化时反应是在固体酸催化剂表面进行的。采用电加热等常规加热方式进行加热时从外往内加热,加热不均匀且对固体酸催化剂的加热效率较低,导致固体酸催化剂的催化效率不高,通常反应5h后原料还未充分反应。采用微波加热时从内往外加热,加热快速、均匀,特别是使得固体酸表面保持较高的温度,使得固体酸催化剂具有很高的催化效率,反应时间仅需约0.5h即可使原料充分反应,反应速度明显加快。
固体酸催化剂的种类不做具体限定,只要能够实现催化六氟丁醇和丙烯酸发生酯化反应即可。
在一些可能的实施方案中,固体酸催化剂的用量为0.5-20wt%,例如但不限于为0.5wt%、2wt%、4wt%、6wt%、8wt%、10wt%、12wt%、14wt%、16wt%、18wt%、20wt%中的任一者或任意两者之间的范围。
在申请的实施例中,反应过程中通过阻聚剂的阻聚作用,能够有效避免出现聚合现象。
阻聚剂的种类不做具体限定,只要能够阻止酯化反应中聚合现象即可。示例性的,阻聚剂选自二苯硫、吩噻嗪、氢醌一甲醚、对苯二酚、苯酚、4-甲基-2,6-叔丁基苯酚、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧基或4-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧基中的任意一种或者至少两种。
在一些可能的实施方案中,阻聚剂的用量为1-3wt%,例如但不限于为1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%中的任一者或任意两者之间的范围,阻聚剂的用量过低不能充分发挥阻聚作用,阻聚剂用量过高则导致成本增加。
在本申请的实施例中,原料混合后加热至90-110℃进行酯化反应,酯化反应的温度例如但不限于为90℃、95℃、100℃、105℃、110℃中的任一者或任意两者之间的范围。
在一些示例性的实施方案中,反应设备中配有机械搅拌设备和回流冷流设备,酯化反应中伴随机械搅拌处理和回流冷凝处理,提高反应效率。反应设备中还配有尾气吸收排放装置,酯化反应中伴随尾气处理。
进一步的,酯化反应的时间为20-40min,例如但不限于为20min、25min、30min、35min、40min中的任一者或任意两者之间的范围。
为了能够及时、准确地判断酯化反应的完成情况,在酯化反应中对反应程度进行跟踪。可选的,在反应10min后,开始取样分析。
在一些示例性的实施方案中,为了提高原料的转化率,采用酸过量的方式备取丙烯酸与六氟丁醇,丙烯酸与六氟丁醇的摩尔比>1。进一步的,为了提高丙烯酸的利用率,丙烯酸与六氟丁醇的摩尔比在>1的同时还满足<1.5,或<1.4,或<1.3,或<1.2,或<1.1。丙烯酸与六氟丁醇的摩尔比例如但不限于为1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5中的任一者或任意两者之间的范围。
进一步的,在酯化反应中对反应程度进行跟踪时,取样以六氟丁醇的含量作为判断反应结束的标准。示例性的,当反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应。
酯化反应后,需要将合成的丙烯酸六氟丁酯从反应液中进行分离。
在一些示例性的实施方案中,在将丙烯酸六氟丁酯从反应液中进行分离之前,还包括采用例如过滤的固液分离方法将反应液中的固体酸催化剂进行分离,得到固体酸催化剂和第一粗产品溶液,回收的固体酸催化剂可以直接用于后续批次合成中的催化。
固液分离后,第一粗产品溶液中含有残余的丙烯酸,为了提高丙烯酸六氟丁酯的收率和纯度,需要先将第一粗产品溶液进行洗涤去除丙烯酸,然后从洗涤后得到的第二粗产品溶液中分离制得的丙烯酸六氟丁酯。
在一些可能的实施方案中,采用水溶液对第一粗产品溶液进行至少一次洗涤处理,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%,得到第二粗产品溶液。
示例性的,水溶液为碳酸氢钠的水溶液,例如为碳酸氢钠的饱和水溶液。进一步的,每次洗涤处理时,第一粗产品溶液与碳酸氢钠的饱和水溶液的体积比为0.8-1.2:1,或0.9-1.1:1,第一粗产品溶液与碳酸氢钠的饱和水溶液的体积比其例如但不限于为0.8:1、0.85:1、0.9:1、0.95:1、1:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1、1.2:1中的任一者或任意两者之间的范围,保证能充分且高效地去除残余的丙烯酸。
在一些可能的实施方案中,对第二粗产品溶液进行精馏处理分离制得的丙烯酸六氟丁酯,精馏处理的分离方式操作方便、分离彻底且分离得到的产品纯度高。
示例性的,精馏处理时,控制回流比为1-2,或为1-1.5,例如但不限于为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2中的任一者或任意两者之间的范围。
进一步的,精馏处理时,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到高纯度的丙烯酸六氟丁酯。
以下针对本申请实施例的丙烯酸六氟丁酯的制备方法进行具体说明。
实施例1
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.2,固体酸催化剂的用量为10wt%,阻聚剂的用量为2wt%。
S2.开启微波加热,升温至100℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液进行过滤,得到的滤渣为固体酸催化剂,得到的滤液为含有丙烯酸六氟丁酯的第一粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的第一粗产品溶液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:1的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的第二粗产品溶液。
S5.将S4步骤中得到的第二粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
实施例2
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.5,固体酸催化剂的用量为5wt%,阻聚剂的用量为1wt%。
S2.开启微波加热,升温至110℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液进行过滤,得到的滤渣为固体酸催化剂,得到的滤液为含有丙烯酸六氟丁酯的第一粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的第一粗产品溶液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:0.8的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的第二粗产品溶液。
S5.将S4步骤中得到的第二粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
实施例3
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.1,固体酸催化剂的用量为15wt%,原料中阻聚剂的含量为3wt%。
S2.开启微波加热,升温至90℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液进行过滤,得到的滤渣为固体酸催化剂,得到的滤液为含有丙烯酸六氟丁酯的第一粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的第一粗产品溶液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:1.2的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的第二粗产品溶液。
S5.将S4步骤中得到的第二粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
对比例1
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.2,原料中阻聚剂的含量为2wt%。
S2.开启电加热,升温至100℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液进行过滤,得到的滤渣为固体酸催化剂,得到的滤液为含有丙烯酸六氟丁酯的第一粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的第一粗产品溶液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:1的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的第二粗产品溶液。
S5.将S4步骤中得到的第二粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
对比例2
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和多聚磷酸和水,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.2,原料中阻聚剂的含量为2wt%。
S2.开启微波加热,升温至100℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:1的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
对比例3
一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,包括:
S1.向配有机械搅拌叶、回流冷凝管、尾气吸收排放装置、温度计的1.5L三口烧瓶中加入六氟丁醇、非取代丙烯酸、阻聚剂和多聚磷酸和水,开动搅拌。其中,非取代丙烯与六氟丁醇的摩尔比为1.2,原料中阻聚剂的含量为2wt%。
S2.开启电加热,升温至100℃后进行反应。其中,在反应10min后开始取样分析跟踪反应,当取样的反应液中的六氟丁醇的含量<1wt%时,结束酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
S3.将S2步骤中得到的含有丙烯酸六氟丁酯的反应液采用碳酸氢钠的饱和水溶液按照1:1的体积比进行洗涤、分层,直至丙烯酸的残余量<0.1wt%结束洗涤处理,得到含有丙烯酸六氟丁酯的粗产品溶液。
S4.将S3步骤中得到的粗产品溶液进行精馏,控制回流比为2,跟踪前沸物,待前沸物中的丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分,得到丙烯酸六氟丁酯。
试验例
对实施例1以及对比例1-3中酯化反应时间进行统计;收集制得的丙烯酸六氟丁酯,对丙烯酸六氟丁酯的收率(实际产量与理想产量的比值)进行计算。
实施例1中,采用固体酸催化剂进行催化,采用微波方式进行加热,反应时间为30min,产品收率可达到>95%;对比例1中,采用固体酸催化剂进行加热,采用电加热方式进行加热,反应5h后还有约10%的六氟丁醇未反应完,反应时间>5h,产品收率可达到>95%;对比例2中,采用多聚磷酸进行催化,采用微波方式进行加热,反应时间约为3-4h;对比例3中采用多聚磷酸进行催化,采用电加热方式进行加热,反应时间约为3-4h。根据试验统计可知,实施例1中相较于对比例1-3,反应时间大大缩短。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,包括:将六氟丁醇、丙烯酸、阻聚剂和固体酸催化剂混合,然后微波加热至90-110℃进行酯化反应,得到含有丙烯酸六氟丁酯的反应液。
2.根据权利要求1所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,所述固体酸催化剂的用量为0.5-20wt%,和/或,所述阻聚剂的用量为1-3wt%。
3.根据权利要求1所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,所述酯化反应的时间为20-40min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,所述丙烯酸与所述六氟丁醇的摩尔比>1;可选的,所述丙烯酸与所述六氟丁醇的摩尔比<1.5。
5.根据权利要求4所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,当所述反应液中的所述六氟丁醇的含量<1wt%时,结束所述酯化反应。
6.根据权利要求4所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,还包括在所述酯化反应后,采用固液分离的方法将所述反应液中的所述固体酸催化剂进行分离,得到第一粗产品溶液。
7.根据权利要求6所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,还包括在所述固液分离后,采用水溶液对所述第一粗产品溶液进行至少一次洗涤处理,直至所述丙烯酸的残余量<0.1wt%,得到第二粗产品溶液。
8.根据权利要求7所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,所述水溶液为碳酸氢钠的饱和水溶液,每次所述洗涤处理时,所述第一粗产品溶液与所述碳酸氢钠的饱和水溶液的体积比为0.8-1.2:1。
9.根据权利要求7所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,还包括在所述洗涤处理后,对所述第二粗产品溶液进行精馏处理。
10.根据权利要求9所述的丙烯酸六氟丁酯的制备方法,其特征在于,所述精馏处理时,回流比为1-2;
和/或,所述精馏处理时,待前沸物中的所述丙烯酸六氟丁酯的纯度达到96wt%后,开始收集全部馏分。
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