CN111470967A - 一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法 - Google Patents

一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法 Download PDF

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Abstract

一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,包括如下步骤:酯化反应;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,同时加入硼氢化钠固体粉末,恒温反应,得到乙酰化合物溶液;提取:用碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH,将溶液加入旋转蒸发器中,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,真空下蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体。本发明通过以乙酸酐为酰化剂进行乙酰化反应,并选取最佳反应条件,使反应收率提高到96.71%,且反应过程在常压下进行,减小了马来酸二甲酯纯度对DMAS收率的影响。

Description

一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法
技术领域
本发明涉及一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,属于化学品合成技术领域。
背景技术
有机化合物乙酰丁二酸二甲酯(Dimethyl acetylsuccinate,简称DMAS),化学结构式如下:
Figure BDA0002411495320000011
由于其分子结构中含有三个羰基,与其相连的三个α位氢非常活泼,表现出很强的分子活性,使其成为一种极为重要的有机合成中间体,在染料、医药、食品添加剂、农药杀虫剂、杀菌剂等领域得到越来越广泛地应用。同时,乙酰丁二酸二甲酯的研究和应用领域还在不断的拓展,被用于多种杂环化合物的合成,在精细化工领域的防锈添加剂、特殊性能和用途的涂料、阻垢缓蚀剂、合成树脂的增塑剂、粘结剂、光学材料、防缩整理剂等合成方面均有应用,其应用市场前景非常广阔。目前乙酰丁二酸二甲酯的合成工艺主要包括:2-乙酰基-4-醛基丁酸甲酯合成法、乙酰乙酸甲酯缩合法和马来酸二甲酯酰化法。
2-乙酰基-4-醛基丁酸甲酯合成法主要以化合物2-乙酰基-4-醛基丁酸甲酯为起始物料,经过氧化和酯化反应合成DMAS,合成工艺中氧化反应的原料2-乙酰基-4-醛基丁酸甲酯不容易得到,而且合成2-乙酰基-4-醛基丁酸甲酯需要进行多步反应合成;酯化反应需用重氮甲烷在乙醚中进行,其反应条件要求苛刻,因此该工艺不适合工业化规模生产。乙酰乙酸甲酯缩合法是在强碱存在的反应环境下,将乙酰乙酸甲酯与氯乙酸甲酯发生缩合反应生成DMAS。该工艺过程复杂且生成的副产物较多,产品纯化困难,且产品收率低。马来酸二甲酯酰化法是目前工业上最常用的合成DMAS的方法,其合成工艺路线为:先由马来酸酐与甲醇反应生成马来酸二甲酯,马来酸二甲酯再与乙醛酰基化反应得到DMAS。此工艺过程对马来酸二甲酯的纯度要求高,合成的马来酸二甲酯的纯度、生成的副产物及其种类均对后期酰化反应产生很大的影响,且马来酸二甲酯合成后需要经过纯化;此工艺反应条件苛刻,需要在110-120℃高温、2.5Mpa高压、无水、无氧及有催化剂的条件下进行;另外,此工艺通常利用苯甲酰过氧化物和乙醛作为酰化剂,乙酰化反应的最好收率水平仅为93%。
发明内容
本发明为克服现有技术弊端,提供一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,通过以乙酸酐为酰化剂进行乙酰化反应,并选取最佳反应条件,使反应收率提高到96.71%,且反应过程在常压下进行,减小了马来酸二甲酯纯度对DMAS收率的影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述方法为马来酸二甲酯酰化法,采用乙酸酐作为乙酰化试剂,包括如下步骤:
a、酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;
b、乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,同时加入硼氢化钠固体粉末,恒温反应,得到乙酰化合物溶液;
c、提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体。
上述乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述步骤b中,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为(0.8-1.20):1,乙酰化反应温度为35-50℃,反应时间为1-3h。
上述乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述步骤b中,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.05:1,乙酰化反应温度为40-45℃,反应时间为2h。
上述乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述步骤b中,马来酸二甲酯和甲醇的摩尔比为1:2。
上述乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述步骤b中,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1。
本发明的有益效果是:
本发明通过以乙酸酐为酰化剂进行乙酰化反应,无需苛刻的反应条件,仅需控制乙酸酐用量、乙酰化反应温度及乙酰化反应时间三个条件即可,且在常压下即可反应,反应收率高达96.71%;此外,本发明方法的反应过程在常压下进行,受马来酸二甲酯纯度影响很小,无需对马来酸二甲酯进行提纯。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明采用马来酸二甲酯酰化法合成乙酰丁二酸二甲酯,利用乙酸酐作为乙酰化试剂,在常压下进行反应。
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯,具体反应机理为:
(1)马来酸酐在甲醇中醇解生成顺丁烯二酸单甲酯,即马来酸酐开环结合一分子水,再经酯化生成马来酸单甲酯,该过程不需要催化剂就能迅速进行,在甲醇过量的情况下,甲醇的反应级数为0。
Figure BDA0002411495320000031
(2)马来酸单甲酯进一步酯化为双酯:
Figure BDA0002411495320000032
上述制备的马来酸二甲酯以乙酸酐作为乙酰化试剂进行乙酰化反应得到乙酰丁二酸二甲酯,反应机理为:
首先由硼氢化钠与甲醇反应为后续反应提供游离氢:
NaBH4+CH3OH→NaH3OCH3+2H·
然后在乙酸酐和游离氢存在的情况下,将马来酸二甲酯转化为乙酰丁二酸二甲酯。
Figure BDA0002411495320000041
优化乙酰化反应条件,从而提高产率。
实施例1
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.05:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,40-45℃下恒温反应2h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为96.71%。
实施例2
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.05:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,45-50℃下恒温反应1h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为93.12%。
实施例3
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为0.8:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,40-45℃下恒温反应1h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为94.95%。
实施例4
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.05:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,35-40℃下恒温反应2h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为95.04%。
实施例5
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.20:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,40-45℃下恒温反应2h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为96.03%。
实施例6
酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇以摩尔比为1:2的比例加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为0.8:1,同时加入硼氢化钠固体粉末,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1,45-50℃下恒温反应2h,得到乙酰化合物溶液;提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体,其收率为93.44%。
乙酰化最佳反应条件的确定
影响顺丁烯二酸二甲酯乙酰化的主要因素有:乙酸酐用量、乙酰化反应温度、乙酰化反应时间,以此为因素设计正交试验,实验设计如表1所示。
表1正交试验因素水平表
Figure BDA0002411495320000071
备注:乙酸酐用量为乙酸酐与顺丁烯二酸二甲酯的摩尔比
(1)数据直观分析
表2直观分析计算表
Figure BDA0002411495320000072
参看表2,使收率指标达到最大的条件是A2B2C2,即乙酸酐用量1.05倍,乙酰化反应温度40-45℃,乙酰化反应时间2h,乙酰化反应收率最高。
(2)数据方差分析
表3方差分析计算表
Figure BDA0002411495320000081
表4方差分析表
Figure BDA0002411495320000082
由于FA、FB分别大于F0.90(2,2)=9.0,F0.95(2,2)=19.0,因此因子A与B分别在显著性水平0.1和0.05上是显著的,因子C不显著。
由上述可知,乙酸酐用量及乙酰化反应温度是影响顺丁烯二酸二甲酯乙酰化反应收率的显著因素,其中乙酰化反应温度是影响此反应收率的最显著因素,而乙酰化反应时间的影响不太明显,通过实验确定最佳反应条件为:乙酸酐用量1.05倍,乙酰化反应温度40-45℃,乙酰化反应时间2h。
按此条件的试验在正交表的9次试验中并没有出现,通过做验证试验,结果得到乙酰化反应收率96.71%,大于正交试验结果中的最高值96.11%,说明通过正交表筛选的最优条件是成功的。

Claims (5)

1.一种乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,所述方法为马来酸二甲酯酰化法,其特征在于:采用乙酸酐作为乙酰化试剂,包括如下步骤:
a、酯化反应:马来酸酐与甲醇反应生成马来酸单甲酯,马来酸单甲酯再进一步酯化生成马来酸二甲酯;
b、乙酰化反应:将马来酸二甲酯和甲醇加入反应器中,开启搅拌,再向反应器中滴加乙酸酐,同时加入硼氢化钠固体粉末,恒温反应,得到乙酰化合物溶液;
c、提取:用15%碳酸钠溶液调节乙酰化合物溶液pH至7-8,将溶液加入旋转蒸发器中,在55℃,-0.9MPa真空条件下,蒸出溶液中多余甲醇和部分水分,剩余部分放入分液漏斗中,静置分层,分出水相,有机相用纯化水洗涤后,有机相升温至90℃,在-0.9MPa真空条件下,蒸出有机相中的残留水分,缓慢降温至常温,得到乙酰丁二酸二甲酯固体。
2.根据权利要求1所述的乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,其特征在于:所述步骤b中,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为(0.8-1.20):1,乙酰化反应温度为35-50℃,反应时间为1-3h。
3.根据权利要求2所述的乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,其特征在于:所述步骤b中,乙酸酐与马来酸二甲酯的摩尔比为1.05:1,乙酰化反应温度为40-45℃,反应时间为2h。
4.根据权利要求3所述的乙酰丁二酸二甲酯的合成方法其特征在于:所述步骤b中,马来酸二甲酯和甲醇的摩尔比为1:2。
5.根据权利要求4所述的乙酰丁二酸二甲酯的合成方法,其特征在于:所述步骤b中,硼氢化钠与马来酸二甲酯的摩尔比为1.1:1。
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