CN112679346A - 一种基于低共熔溶剂催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低共熔溶剂催化剂(PTSA‑DES)制备对叔丁基苯甲酸甲酯的方法，其中，催化剂PTSA‑DES是由氯化胆碱和对甲苯磺酸混合制备而成；对叔丁基苯甲酸甲酯是由对叔丁基苯甲酸与过量无水甲醇在一定的温度下搅拌发生酯化反应，并经过分液、常压蒸馏和减压蒸馏等过程制备而得；反应后经过简单处理回收的对甲苯磺酸型低共熔溶剂，可以重复利用。本发明利用容易制备的对甲苯磺酸基低共熔溶剂催化进行酯化反应，无需加入带水剂，相比于传统的质子酸催化剂，低共熔溶剂具有成本低、催化活性高、对设备腐蚀小、副反应少、易于回收、环境友好等优点。
Description
技术领域
本发明属于有机化工合成领域，涉及一种有机合成中间体对叔丁基苯甲酸甲酯的制备方法。具体涉及一种利用环境友好型低共熔溶剂催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯的方法。
背景技术
对叔丁基苯甲酸甲酯是一种重要的有机合成中间体，其主要用途是用来合成新型防晒剂阿伏苯宗。此外其在医药、香精香料以及化学合成等多个领域均有广泛的应用，研究对叔丁基苯甲酸甲酯的合成具有十分重要的意义。
对叔丁基苯甲酸甲酯主要的合成方法是采用对叔丁基苯甲酸和无水甲醇在催化作用下发生酯化反应。传统工艺采用的催化剂为无机酸（浓H2SO4）。该方法反应时间长、副反应较多，反应后处理繁琐，且浓H2SO4会对生产设备造成严重的腐蚀，在工业上的应用具有一定限制。随着绿色化学的兴起，为了解决化学工业带来的危险性以及环境污染，就必须符合人们希望的工艺简单、污染少、绿色环保的新工艺。而催化技术是化学工业的支柱，因此寻找新型绿色催化剂代替原有的传统催化剂，减少原料的损耗量，使得资源能够最大化利用，并且减少对于设备的损害及环境污染是人们研究的热点。中国专利CN107311868B 以磺酸树脂为催化剂合成对叔丁基苯甲酸甲酯，但该催化剂制备困难，成本较高。胡为名等人（河南科学, 2002 (05) : 508.）使用无水FeCl3催化对叔丁基苯甲酸和甲醇的酯化反应，该催化剂极易水解，因此在反应过程中需加入大量带水剂，严格控制无水环境。中国专利CN108658761A 以对甲苯磺酸为催化剂合成对叔丁基苯甲酸甲酯，该催化剂可重复利用，但回收工艺较为繁琐。
近年来，人们通过研究发现了一类特殊的离子液体：低共熔溶剂（DESs），它们具有与离子液体相似的性质，是氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）通过分子间氢键相互缔合熔融形成的稳定溶剂，它的熔点低于任意单个组分。通过改变 HBA 或 HBD，可以制备不同类型的 DESs，从而调控 DESs 的性能，应用于不同的反应。DESs 具有成本低廉、稳定性好、制备方法简单、催化活性好、易于回收、环境友好等优点。本发明旨在公开一种将低共熔溶剂催化剂 PTSA-DES 用于合成对叔丁基苯甲酸甲酯的方法，该催化剂可有效地克服传统催化剂的缺点，能够大规模的应用于工业生产，具有较大的发展潜力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种成本较低、易于回收利用的环境友好型催化剂 PTSA-DES 合成对叔丁基苯甲酸甲酯的方法，该方法可有效地简化工艺流程、降低反应物的投料比、节约生产时间和生产成本。
本发明的方法包括如下步骤：
（1）按1 : 1 ~ 2 的摩尔比分别称取适量的氯化胆碱和对甲苯磺酸，将两者分别在70 ℃下真空干燥2 h，再在40 ~ 80℃下将两者混合搅拌至澄清透明液体，即得到低共熔溶剂催化剂 PTSA-DES，将 PTSA-DES 催化剂放入硅胶干燥箱中备用；
（2）按1 : 2 ~ 5 的摩尔比分别称取对叔丁基苯甲酸和无水甲醇，再称取反应物总质量的10% ~ 30%的 PTSA-DES 催化剂，加入到三口烧瓶中，搅拌加热至60 ~ 76 ℃进行反应，反应时间为2 ~ 4 h；
（3）反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60 ℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先在常压下蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，并在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，该馏分经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯。
本发明的创新点在于运用环境友好型低共熔溶剂催化剂作为对叔丁基苯甲酸与甲醇酯化反应的催化剂，相比于传统质子酸型催化剂，该催化剂具有原子利用率高、生产成本低、易于回收利用、对设备腐蚀性小、反应条件温和、催化活性高等优点，符合绿色生产工艺的要求。
具体实施方式
低共熔溶剂催化剂 PTSA-DES 的制备
PTSA-DES1 的制备：分别称取19.021 g（0.1 mol）对甲苯磺酸和13.962 g（0.1mol）氯化胆碱，将两者分别在70 ℃下真空干燥2 h，再在40 ℃下将两者混合搅拌至澄清透明液体，将所得PTSA-DES 低共熔溶剂催化剂放入硅胶干燥箱中备用。
PTSA-DES2 的制备：分别称取28.530 g（0.15 mol）对甲苯磺酸和13.962 g（0.1mol）氯化胆碱，将两者分别在70 ℃下真空干燥2 h，再在50 ℃下将两者混合搅拌至澄清透明液体，将所得PTSA-DES 低共熔溶剂催化剂放入硅胶干燥箱中备用。
PTSA-DES3 的制备：分别称取38.042 g（0.2 mol）对甲苯磺酸和13.962 g（0.1mol）氯化胆碱，将两者分别在70 ℃下真空干燥2 h，再在80 ℃下将两者混合搅拌至澄清透明液体，将所得PTSA-DES 低共熔溶剂催化剂放入硅胶干燥箱中备用。
实施例1
分别称量17.823g（0.1 mol）对叔丁基苯甲酸、12.816g（0.4 mol）无水甲醇和9.192 g（30 wt %）PTSA-DES1，将三者均匀加入到三口烧瓶中，搅拌加热至76 ℃进行反应，反应时间为3 h。反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先进行常压蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯，其收率为87.31 %。
实施例2
分别称量17.823 g（0.1 mol）对叔丁基苯甲酸、12.816 g（0.4 mol）无水甲醇和3.639 g（10 wt %）PTSA-DES2，将三者均匀加入到三口烧瓶中，搅拌加热至60 ℃进行反应，反应时间为4 h。反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先进行常压蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯，其收率为81.07 %。
实施例3
分别称量17.823 g（0.1 mol）对叔丁基苯甲酸、6.408 g（0.2 mol）无水甲醇和7.269 g（30 wt %）PTSA-DES3，将三者均匀加入到三口烧瓶中，搅拌加热至76 ℃进行反应，反应时间为2 h。反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先进行常压蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯，其收率为82.95 %。
实施例4
分别称量17.823g（0.1mol）对叔丁基苯甲酸、16.020（0.5mol）无水甲醇和10.153g（30 wt %）PTSA-DES2，将三者均匀加入到三口烧瓶中，搅拌加热至76 ℃进行反应，反应时间为4 h。反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60 ℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先进行常压蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯，其收率为93.06 %。
实施例5
分别称量17.823 g（0.1 mol）对叔丁基苯甲酸、16.020 g（0.5 mol）无水甲醇和实施例4 中回收的PTSA-DES2，将三者均匀加入到三口烧瓶中，搅拌加热至76 ℃进行反应，反应时间为4 h。反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先进行常压蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯，其收率为 92.83 %。
Claims (4)
1.一种基于低共熔溶剂催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按一定摩尔比分别称取适量氯化胆碱和对甲苯磺酸，将两者分别在70℃下真空干燥2 h，再在40 ~ 80 ℃下将两者混合搅拌至澄清透明液体，即得到低共熔溶剂催化剂PTSA-DES，将 PTSA-DES 催化剂放入硅胶干燥箱中备用；
（2）称取适量对叔丁基苯甲酸、PTSA-DES 催化剂和无水甲醇，加入到三口烧瓶中，搅拌加热至指定温度进行反应，反应时间为2 ~ 4 h；
（3）反应结束后，将反应液移至分液漏斗中静置分液，得到油水两相，水相在60 ℃下减压蒸馏除去少量水分以回收催化剂；油相先在常压下蒸馏除去少量水和过量甲醇，再进行减压蒸馏，并在压力为9 mmHg，液相温度为120 ~ 125 ℃下收集馏分，该馏分经无水硫酸镁干燥后，得到反应产物对叔丁基苯甲酸甲酯。
2.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中氯化胆碱和对甲苯磺酸的摩尔比为1 : 1 ~ 2。
3.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中反应物对叔丁基苯甲酸和无水甲醇的摩尔比为1 : 2 ~ 5，催化剂质量为反应物总质量的10% ~ 30%。
4.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中反应温度为60 ~76℃。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210420 |