CN112724008B - 一种二聚酸的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二聚酸的合成方法,以桐油酸为原料,加入离子液体,低温搅拌同时氮气吹扫,之后微波加热进行反应,反应完成后冷却,加水静置使离子液体进入水相,经分液得到二聚酸。本发明方法采用微波耦合离子液体合成二聚酸,不需要使用阻聚剂,缩短了反应时间、降低反应温度,具有二聚酸选择性高、反应条件相对温和、工艺简单等特点。

Description

一种二聚酸的合成方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及一种二聚酸的合成方法。
背景技术
二聚酸分子中含有两个羧酸基团,主要指C18不饱和脂肪酸在一定条件下,反应生成以C36为主要成分的二聚酸。根据反应机理,二聚酸的基本结构大致分为三类:单环型,双环型和无环型。目前,商品二聚酸是同分异构体组成的一种混合物。
二聚酸的分子量适中,结构独特,分子中既有长的柔性碳链,又具有相对刚性的环状结构,不仅兼有极性和非极性基团,还具有羰基和双键等性质活泼的反应性基团。这些独特的分子结构使其具有独特的物理化学性质和广泛用途,可用于合成聚氨酯树脂、石油加工设备中腐蚀抑制剂、润滑剂、燃料添加剂、涂料和植物油稳定剂等。
目前生产二聚酸的主要原料是妥尔油酸、棉油酸、大豆油酸等,生产工艺主要为白土催化法或者其他催化剂催化法,其中,白土催化法是目前广泛采用的二聚酸合成方法。这两种工艺生产的粗品二聚酸的性能基本相同。
陆向红以油酸为原料,在常压、氮气保护,反应温度240℃、反应时间6h、活性白土用量为油酸的12%(w)、LiCl用量为油酸的1.2%(w)的条件下,二聚酸的收率为34.6%(石油化工, 2015, 44(4): 483-488)。
WO 00/75252公开了一种二聚酸的合成方法,以C18脂肪酸为原料,其具体成分如下,0.14% C14、6.97% C16、0.27% C16:1、3.22% C18、49.71% C18:1、28.56% C18:2、7.34%C18:3、0.56% C20、1.15% C20:1、0.29%C22及0.18%C22:1,钙基膨润土用量为原料的4.5%,LiCO3用量为原料的0.07%,水用量为原料的1.0%,氮气保护,反应温度254℃,反应时间4h,反应体系最高压力219psig,反应体系二聚酸含量为50.5%。
CN104804782A公开了一种二聚酸的合成方法,利用由葵花籽油制备的混合脂肪酸为原料,添加12%的活性白土,1%的LiCO3,氮气吹扫保护,加热温度240℃,反应时间6h,经后续处理后,二聚酸的收率为67.6%。
CN109879745A公开了一种二聚酸及其合成方法,以桐油酸为原料,在阻聚剂存在下,搅拌同时氮气吹扫,升温至180-230℃反应,反应完成后得到二聚酸产物。该发明以桐油酸为原料合成二聚酸,不需要使用催化剂,但是反应温度较高,且需要使用阻聚剂,二聚酸选择性有待提高。
CN109880530A公开了一种二聚脂肪酸及其合成方法,在阻聚剂、亚油酸类分散剂存在下,搅拌同时氮气吹扫,升温至240-280℃,开始滴加桐油酸,滴加完后维持反应一段时间,得到二聚脂肪酸产物。产物中二聚脂肪酸含量≥70%,但该发明反应温度较高,且需要使用阻聚剂。
在上述方法中,二聚酸的合成反应温度大多需要控制在240℃及以上,均采用传统的加热方式,这样加热速度较慢,且温度控制不稳定,易发生局部过热现象,从而导致高温交联生成三聚酸及多聚酸,影响二聚酸产品的选择性。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种二聚酸的合成方法。本发明以桐油酸为原料,采用微波耦合离子液体合成二聚酸,不需要使用阻聚剂,缩短了反应时间、降低反应温度,具有二聚酸选择性高、反应条件相对温和、工艺简单等特点。
本发明二聚酸的合成方法,包括如下内容:以桐油酸为原料,加入离子液体,低温搅拌同时氮气吹扫,之后微波加热进行反应,反应完成后冷却,加水静置使离子液体进入水相,经分液得到二聚酸。
本发明中,所述桐油酸可以采用商品桐油酸或者自制桐油酸,优选碘值为140-160g/100g,酸值为150-200mgKOH/g的桐油酸。自制桐油酸与CN109879745A制备方法相同。
本发明中,所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体,如可以为[BMIM][BF4]、[BMIM][CF3SO3]、[BMIM][CF3CO2]4、[BMIM][C3F7CO2]、[BMIM][PF6]等中的至少一种,优选[BMIM][BF4]。
本发明中,离子液体的加入量为离子液体与桐油酸的体积比为1:2-4:1,优选1:1-2:1。
进一步的,优选加入一定量的氯化胆碱多元醇离子液体,如可以是氯化胆碱乙二醇离子液体、氯化胆碱丙三醇离子液体等中的至少一种。所述的氯化胆碱多元醇离子液体的制备方法为:将氯化胆碱与多元醇按摩尔比1:1~1:6混合,在60~100℃、100~300r/min搅拌至变成均匀液体,冷却得到离子液体。氯化胆碱离子液体的加入量占1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体加入体积的5%~30%。
本发明中,所述的搅拌条件为50-500rpm,优选为200-400rpm。所述低温条件为40-70℃,优选50-60℃。所述的氮气吹扫时间为1-30min,优选20-30min。进一步地,在反应全过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.1-1.0mL/min,优选0.5-0.7mL/min。
本发明中,所述的微波加热的设定功率为400W-700W,优选500W-600W,仪器根据反应样品设定温度自行启停。
本发明中,所述的反应温度为130-200℃,优选140-160℃;反应时间为5-30min,优选10-15min。
本发明中,所述的冷却是冷却至室温,即10-40℃即可。进一步地,在冷却过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.1-1.0mL/min,优选0.5-0.7mL/min。
本发明中,离子液体的分离采用加水萃取的方法,加水量与离子液体的体积比为2:1-4:1,优选3:1-4:1。
本发明所述二聚酸是由上述本发明方法合成的。所合成的二聚酸粗品中,二聚酸的含量≥70%,三聚酸的含量≤5%,其中无环结构的二聚酸含量低于5%。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明以桐油酸为原料,采用微波加热耦合离子液体合成二聚酸,不需要使用催化剂和阻聚剂,缩短了反应时间、降低反应温度,二聚酸选择性高,有效减少了副产物三聚酸的生成。
(2)1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体在合成反应中起到溶剂和催化剂的双重作用,提高了体系吸波率,可以使原料中部分亚油酸被活化而参与反应,缩短了反应时间,提高了产物收率。
(3)在1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体中加入氯化胆碱多元醇离子液体,可以进一步提高合成效果,减少了副产物生成。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明技术方案及技术效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料,如无特殊说明,均从常规生化试剂商店购买得到。
本发明合成反应在WBFY-205型微波化学反应器中进行(巩义市科瑞仪器有限公司)。
本发明合成样品中二聚酸、三聚酸含量采用GPC测定,具体色谱条件为:ShodexKF-801凝胶色谱柱,柱温35℃,流动相四氢呋喃,流速为1mL/min,示差检测器,检测器温度40℃,进样量50mL。
实施例1
采用商品桐油酸(安徽瑞芬得油脂深加工有限公司,型号:T160)。
取50mL上述商品桐油酸置于500mL四口烧瓶中,加入50mL[BMIM][BF4]离子液体,放置在微波反应器内,50℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率300rpm,氮气吹扫30min,之后在500W功率下微波加热至150℃开始计时,反应10min,停止微波加热,冷却至室温,加入150mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为72.52%,三聚酸的质量含量为3.06%。
实施例2
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入100mL[BMIM][BF4]离子液体,放置在微波反应器内,55℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率200rpm,氮气吹扫30min,之后在500W的功率下微波加热至140℃开始计时,反应15min,停止微波加热,冷却至室温,加200mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为71.23%,三聚酸的质量含量为3.68%。
实施例3
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入100mL[BMIM][BF4]离子液体,放置在微波反应器内,60℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率400rpm,氮气吹扫20min,之后在600W的功率下微波加热至160℃开始计时,反应10min,停止微波加热,冷却至室温,加300mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为71.52%,三聚酸的质量含量为3.94%。
实施例4
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入200mL[BMIM][CF3CO2]4离子液体,放置在微波反应器内,70℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率500rpm,氮气吹扫10min,之后在700W功率下微波加热至180℃开始计时,反应5min,停止微波加热,冷却至室温,加400mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为70.35%,三聚酸的质量含量4.96%。
实施例5
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入25mL[BMIM][C3F7CO2]离子液体,放置在微波反应器内,40℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率100rpm,氮气吹扫15min,之后在400W的功率下微波加热至130℃开始计时,反应30min,停止微波加热,冷却至室温,加100mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为70.02%,三聚酸的质量含量4.40%。
实施例6
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入50mL[BMIM][PF6]离子液体,放置在微波反应器内,50℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率300rpm,氮气吹扫30min,之后在500W的功率下微波加热至150℃开始计时,反应10min,停止微波加热,冷却至室温,加入150mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为71.47%,三聚酸的质量含量4.67%。
实施例7
取与实施例1相同的商品桐油酸50mL置于500mL四口烧瓶中,加入50mL[BMIM][CF3SO3]离子液体,放置在微波反应器内,60℃搅拌同时进行氮气吹扫,搅拌速率200rpm,氮气吹扫25min,之后在500W的功率下微波加热至150℃开始计时,反应10min,停止微波加热,冷却至室温,加入200mL水萃取分离离子液体,得到二聚酸产物。
经GPC测定,产物中二聚酸的质量含量为71.45%,三聚酸的质量含量4.53%。
实施例8
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于在反应全过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.6mL/min。经GPC测定,产物中二聚酸含量为72.71%,三聚酸含量为3.05%。
实施例9
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于在冷却过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.7mL/min。经GPC测定,产物中二聚酸含量为72.98%,三聚酸含量3.03%。
实施例10
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于:在加入50mL[BMIM][BF4]离子液体的同时加入氯化胆碱乙二醇离子液体(氯化胆碱乙二醇离子液体的制备方法为:将氯化胆碱与乙二醇按摩尔比1:2混合,在80℃、200r/min搅拌至变成均匀液体,冷却得到离子液体)5mL。经GPC测定,产物中二聚酸含量为73.98%,三聚酸含量2.99%。
实施例11
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于:在加入50mL[BMIM][BF4]离子液体的同时加入氯化胆碱丙三醇离子液体(氯化胆碱丙三醇离子液体的制备方法为:将氯化胆碱与丙三醇按摩尔比1:4混合,在70℃、300r/min搅拌至变成均匀液体,冷却得到离子液体)10mL。经GPC测定,产物中二聚酸含量为73.56%,三聚酸含量3.0%。
实施例12
制备过程及操作条件同实施例4,不同在于:在加入200mL[BMIM][CF3CO2]4离子液体的同时加入氯化胆碱乙二醇离子液体40mL。经GPC测定,产物中二聚酸含量为72.98%,三聚酸含量3.58%。
比较例1
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于采用传统的油浴加热方法。经GPC测定,产物中二聚酸含量为16.93%。
比较例2
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于不加入离子液体。经GPC测定,产物中二聚酸含量为35.12%,三聚酸含量为1.52%。
比较例3
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于将桐油酸更换为大豆油酸。经GPC测定,产物中二聚酸含量为5.2 %。
比较例4
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于将桐油酸更换为棉油酸。经GPC测定,产物中二聚酸含量为4.0%。
比较例5
制备过程及操作条件同实施例1,不同在于采用传统油浴加热方式,加入阻聚剂对苯二酚。经GPC测定,产物中二聚酸含量为15.97%,三聚酸含量为2.21%。

Claims (18)

1.一种二聚酸的合成方法,其特征在于包括如下内容:以桐油酸为原料,加入离子液体,低温搅拌同时氮气吹扫,搅拌条件为50-500rpm,低温条件为40-70℃,氮气吹扫时间为1-30min;之后微波加热进行反应,微波加热的设定功率为400W-700W,反应完成后冷却,加水静置使离子液体进入水相,经分液得到二聚酸;所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体;离子液体的加入量为离子液体与桐油酸的体积比为1:2-4:1。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述桐油酸采用商品桐油酸或者自制桐油酸。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述桐油酸采用碘值为140-160g/100g,酸值为150-200mgKOH/g的桐油酸。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的离子液体为[BMIM][BF4]、[BMIM][CF3SO3]、[BMIM][CF3CO2]4、[BMIM][C3F7CO2]、[BMIM][PF6]中的至少一种。
5. 根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述的离子液体为 [BMIM][BF4]。
6.根据权利要求1或4或5所述的方法,其特征在于:离子液体的加入量为离子液体与桐油酸的体积比为1:1-2:1。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:同时加入氯化胆碱多元醇离子液体,加入量占1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体加入体积的5%~30%。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述的氯化胆碱多元醇离子液体为氯化胆碱乙二醇离子液体、氯化胆碱丙三醇离子液体中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的搅拌条件为200-400rpm,所述低温条件为50-60℃,所述的氮气吹扫时间为20-30min。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在反应全过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.1-1.0mL/min。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于:在反应全过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.5-0.7mL/min。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的微波加热的设定功率为500W-600W。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的反应温度为130-200℃,反应时间为5-30min。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于:所述的反应温度为140-160℃,反应时间为10-15min。
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在冷却过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.1-1.0mL/min。
16.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在冷却过程中保持微量氮气吹扫,流速为0.5-0.7mL/min。
17.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:离子液体的分离采用加水萃取的方法,加水量与离子液体的体积比为2:1-4:1。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于:加水量与离子液体的体积比为3:1-4:1。
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