CN113444120B - 含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,属于含双(三甲硅基)的杂环化合物合成的技术领域,包括:首先采用双(三氯甲基)碳酸酯、乙二胺、氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂制备得到2‑咪唑烷酮;或,乙二胺、乙醇、蒸馏水、负载催化剂、二硫化碳,盐酸,制备得到亚乙基硫脲;其次将三甲基氯硅烷溶于有机溶剂,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;再将原料2‑咪唑烷酮或亚乙基硫脲溶解得到原料液,加入硫酸铵,再逐滴加入滤液,加热回流5‑6h,冷却至室温,过滤,获得产物;所述原料与三甲基氯硅烷的摩尔比为1:(2.1‑2.5),硫酸铵的质量为原料的1.5‑2%;本发明制备方法简单,收率高。
Description
技术领域
本发明属于含双(三甲硅基)的杂环化合物合成的技术领域,涉及含硅基的五元含氮环的制备方法,具体涉及1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的合成方法。
背景技术
在电池电解液中,由于电解质盐因水解而产生氟化氢,氟化氢不仅会侵蚀电极材料,还会破坏SEI膜,影响锂电池寿命,而含双(三甲硅基)的杂环化合物作为电解质添加剂,可与氟化氢反应,降低电解液中酸度,并且与酸反应所产生的化合物,还可以作为锂二次电池中的成膜助剂,进而改善电池负极及电解液在高温下的稳定性。基于此,1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮作为含双(三甲硅基)的杂环化合物,其合成方法研究在电池电解液领域具备重要意义。
发明内容
本发明为解决上述问题,提出了一种含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,制备出的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮副产物少,收率高,应用在锂离子电池电解液中,可显著改善锂离子电池的性能和使用寿命。
本发明所采取的具体技术方案是:含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,以2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲为原料进行制备,关键在于,包括如下步骤:
(1)原料的制备:
制备2-咪唑烷酮:双(三氯甲基)碳酸酯用有机溶剂溶解得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,将乙二胺、2-10%质量分数的氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂混合,在20℃-30℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间5-8h,加入完毕升温至45-55℃反应10-14h,反应结束后,静置30-40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到2-咪唑烷酮,备用;
或,制备亚乙基硫脲:将乙二胺、乙醇、蒸馏水、负载催化剂混合,在搅拌下滴加二硫化碳,滴加过程中控制温度在45-55℃,滴加完毕升温至100-115℃,回流1-1.5h,然后加入37%质量分数的盐酸回流9-10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得亚乙基硫脲,备用;
(2)将三甲基氯硅烷溶于有机溶剂,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将原料用有机溶剂溶解,得到原料液,在原料液中加入硫酸铵,再逐滴加入步骤(2)的滤液,加热回流5-6h,冷却至室温,过滤,获得产物;
以2-咪唑烷酮为原料,合成的产物为1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮;
以亚乙基硫脲为原料,合成的产物为1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮。
所述原料与三甲基氯硅烷的摩尔比为1:(2.1-2.5),硫酸铵的质量为原料的1.5-2%。
进一步地,所述的负载催化剂由下述方法制备:
将十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵溶于去离子水中,控制十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、去离子水的质量比为(7-10):3:(20-45),制备混合溶液Ⅰ;
将正硅酸乙酯溶于环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;
将SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛和硝酸溶液混合搅拌3-4h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;
将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,600-700rpm下搅拌处理0.5-1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100-120℃下回流处理10-11h,控制SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛、硝酸溶液:正硅酸乙酯、环己烷的质量比为15:30:7:(15-20):(4-7):(27-35);十二烷基三甲基氯化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:(0.5-1),处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80-90℃下干燥3-4h后,置于高温炉内,160-190℃下处理0.5-1h,得到负载催化剂。
进一步地,2-咪唑烷酮的制备中,控制1mmol乙二胺加入10-15%质量分数的氢氧化钠水溶液0.5-0.8mL;1mmol乙二胺加入有机溶剂0.2-0.4mL;乙二胺与双(三氯甲基)碳酸酯的摩尔比为3:(1-1.3)。
进一步地,亚乙基硫脲的制备中,控制乙二胺、乙醇、蒸馏水、二硫化碳、37%质量分数的盐酸的质量比为1:2:(2.5-3):(1.2-1.4):(0.3-0.5)。
进一步地,负载催化剂的用量为乙二胺质量的2-4.5%。
进一步地,所述的有机溶剂为无水乙醚或乙腈。
进一步地,负载催化剂的制备中,所述的硝酸溶液为8-10%质量分数的硝酸溶液。
本发明的有益效果是:本发明制备方法简单、副产物少,收率高,可应用于工业化。其中,本发明将十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵复配协同,SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛复合作为载体,可以有效改善反应体系的流动性和催化剂的活性,大大提高2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲作为目标产物的收率和单一性,经过试验发现,2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲的目标产物单一性严重影响1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的反应进程,尤其是副反应的发生,通过本发明负载催化剂的设计,可以大大减少副反应的发生。其中1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,CAS号:(17877-19-9);1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,CAS号:(69859-14-9)。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的1H NMR图谱。
图2是本发明实施例1制备的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的13C NMR图谱。
图3是本发明实施例2制备的1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的1H NMR图谱。
图4是本发明实施例2制备的1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的13C NMR图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的制备
(1)负载催化剂的制备:
将8g十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵溶于35g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将8g正硅酸乙酯溶于31g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将17.1gSAPO-34分子筛、34g丝光沸石、8g USY分子筛和17.1g硝酸溶液混合搅拌4h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,700rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,110℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80℃下干燥3h后,置于高温炉内,160℃下处理1h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)2-咪唑烷酮的制备:
64.30g双(三氯甲基)碳酸酯用100ml无水乙醚溶解,得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,30.05g乙二胺、250ml 10%质量分数的氢氧化钠水溶液、100ml氯仿和1.35g负载催化剂混合,在20℃-30℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间8h,加入完毕升温至45℃反应14h,反应结束后,静置40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到32.50g 2-咪唑烷酮,收率75.5%,纯度91.3%;
(3)将86.12g三甲基氯硅烷溶于160ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(4)将2-咪唑烷酮用50ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.65g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流6h,冷却至室温,过滤,获得产物74.82g 1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,收率86%,纯度95.1%。
实施例2
1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的制备
(1)负载催化剂的制备:
将10g十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵溶于45g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将5g正硅酸乙酯溶于30g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将15g SAPO-34分子筛、30g丝光沸石、7g USY分子筛和18g硝酸溶液混合搅拌3h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,600rpm下搅拌处理0.5h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100℃下回流处理10h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体90℃下干燥4h后,置于高温炉内,190℃下处理0.5h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为8%质量分数的硝酸溶液;
(2)2-咪唑烷酮的制备:
35.61g双(三氯甲基)碳酸酯用80ml无水乙醚溶解,得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,18.03g乙二胺、180ml 15%质量分数的氢氧化钠水溶液、90ml氯仿和0.811g负载催化剂混合,在20℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间5h,加入完毕升温至55℃反应14h,反应结束后,静置30min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到20.25g 2-咪唑烷酮,收率78.4%,纯度93.4%;
(3)将53.66g三甲基氯硅烷溶于150ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(4)将2-咪唑烷酮用60ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.405g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流6h,冷却至室温,过滤,获得产物47.21g 1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,收率87.1%,纯度90.4%。
实施例3
1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的制备
(1)负载催化剂的制备:
将10g十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵溶于20g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将6g正硅酸乙酯溶于27g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将15g SAPO-34分子筛、30g丝光沸石、7g USY分子筛和20g硝酸溶液混合搅拌3.5h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,650rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体85℃下干燥3.5h后,置于高温炉内,180℃下处理0.5h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)亚乙基硫脲的制备:
24g乙二胺、48g乙醇、60g蒸馏水、0.48g负载催化剂混合,在搅拌下滴加32g二硫化碳,滴加过程中控制温度在50℃,滴加完毕升温至115℃,回流1.5h,然后加入36g 37%质量分数的盐酸回流10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得36.27g亚乙基硫脲,收率88.9%,纯度90.2%;
(3)将81.0g三甲基氯硅烷溶于140ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(4)将亚乙基硫脲用80ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.544g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流5h,冷却至室温,过滤,获得产物74.90g 1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,收率85.6%,纯度89.8%。
实施例4
1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的制备
(1)负载催化剂的制备:
将10g十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵溶于20g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将6g正硅酸乙酯溶于27g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将15g SAPO-34分子筛、30g丝光沸石、7g USY分子筛和20g硝酸溶液混合搅拌3h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,600rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,120℃下回流处理10h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80℃下干燥3h后,置于高温炉内,170℃下处理0.5h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)亚乙基硫脲的制备:
24g乙二胺、48g乙醇、60g蒸馏水、0.48g负载催化剂混合,在搅拌下滴加32g二硫化碳,滴加过程中控制温度在45℃,滴加完毕升温至100℃,回流1h,然后加入36g 37%质量分数的盐酸回流9h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得35.94g亚乙基硫脲,收率88.1%,纯度91.3%;
(3)将82.18g三甲基氯硅烷溶于160ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(4)将亚乙基硫脲用80ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.719g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流5h,冷却至室温,过滤,获得产物74.74g 1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,收率86.2%,纯度91.12%。
比较例1
同实施例1相比,区别仅在于未添加负载催化剂,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)2-咪唑烷酮的制备:
64.30g双(三氯甲基)碳酸酯用100ml无水乙醚溶解,得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,30.05g乙二胺、250ml 10%质量分数的氢氧化钠水溶液、100ml氯仿混合,在25℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间8h,加入完毕升温至45℃反应14h,反应结束后,静置40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到25.96g 2-咪唑烷酮,收率60.3%,纯度70.8%;
(2)将68.79g三甲基氯硅烷溶于127.8ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将2-咪唑烷酮用39.94ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.52g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流6h,冷却至室温,过滤,获得产物47.60g 1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,收率68.5%,纯度67.35%。
比较例2
同实施例3相比,区别仅在于未添加负载催化剂,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)亚乙基硫脲的制备:
24g乙二胺、48g乙醇、60g蒸馏水混合,在搅拌下滴加32g二硫化碳,滴加过程中控制温度在50℃,滴加完毕升温至115℃,回流1.5h,然后加入36g 37%质量分数的盐酸回流10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得24.23g亚乙基硫脲,收率59.4%,纯度65.78%;
(2)将54.12g三甲基氯硅烷溶于93.6ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将亚乙基硫脲用53.5ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.364g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流5h,冷却至室温,过滤,获得产物41.67g 1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,收率71.28%,纯度69.98%。
比较例3
同实施例1相比,区别仅在于负载催化剂的制备,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)负载催化剂的制备:
将8g十二烷基三甲基氯化铵溶于35g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将8g正硅酸乙酯溶于31g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将17.1gSAPO-34分子筛和17.1g硝酸溶液混合搅拌4h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,700rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,110℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80℃下干燥3h后,置于高温炉内,160℃下处理1h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)2-咪唑烷酮的制备:
64.30g双(三氯甲基)碳酸酯用100ml无水乙醚溶解,得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,30.05g乙二胺、250ml 10%质量分数的氢氧化钠水溶液、100ml氯仿和1.35g负载催化剂混合,在25℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间8h,加入完毕升温至45℃反应14h,反应结束后,静置40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到28.75g 2-咪唑烷酮,收率66.8%,纯度76.3%。
(2)将76.20g三甲基氯硅烷溶于141.6ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将2-咪唑烷酮用44.3ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.575g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流6h,冷却至室温,过滤,获得产物57.88g 1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,收率75.2%,纯度72.3%。
比较例4
同实施例3相比,区别仅在于负载催化剂的制备,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)负载催化剂的制备:
将10g十二烷基三甲基氯化铵溶于20g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将6g正硅酸乙酯溶于27g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将15g SAPO-34分子筛和20g硝酸溶液混合搅拌3.5h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,650rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体85℃下干燥3.5h后,置于高温炉内,180℃下处理0.5h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)亚乙基硫脲的制备:
24g乙二胺、48g乙醇、60g蒸馏水、0.48g负载催化剂混合,在搅拌下滴加32g二硫化碳,滴加过程中控制温度在50℃,滴加完毕升温至115℃,回流1.5h,然后加入36g 37%质量分数的盐酸回流10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得27.46g亚乙基硫脲,收率67.3%,纯度74.65%。
(2)将61.31g三甲基氯硅烷溶于106ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将亚乙基硫脲用60.6ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.412g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流5h,冷却至室温,过滤,获得产物51.97g 1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,收率78.46%,纯度75.21%。
比较例5
同实施例1相比,区别仅在于负载催化剂的制备,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)负载催化剂的制备:
将8g十二烷基三甲基氯化铵溶于35g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将8g正硅酸乙酯溶于31g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将17.1gSAPO-34分子筛、34g丝光沸石、8g USY分子筛和17.1g硝酸溶液混合搅拌4h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,700rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,110℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80℃下干燥3h后,置于高温炉内,160℃下处理1h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)2-咪唑烷酮的制备:
64.30g双(三氯甲基)碳酸酯用100ml无水乙醚溶解,得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,30.05g乙二胺、250ml 10%质量分数的氢氧化钠水溶液、100ml氯仿和1.35g负载催化剂混合,在25℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间8h,加入完毕升温至45℃反应14h,反应结束后,静置40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到29.49g 2-咪唑烷酮,收率68.5%纯度83.4%。
(2)将78.14g三甲基氯硅烷溶于145.2ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将2-咪唑烷酮用50ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.590g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流6h,冷却至室温,过滤,获得产物63.38g 1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮,收率80.3%,纯度85.1%。
比较例6
同实施例3相比,区别仅在于负载催化剂的制备,其余各步骤反应物投料比例相同;
(1)负载催化剂的制备:
将10g十二烷基三甲基氯化铵溶于20g去离子水中,制备混合溶液Ⅰ;将6g正硅酸乙酯溶于27g环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;将15g SAPO-34分子筛、30g丝光沸石、7g USY分子筛和20g硝酸溶液混合搅拌3.5h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,650rpm下搅拌处理1h,然后过滤,干燥;将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100℃下回流处理11h,处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体85℃下干燥3.5h后,置于高温炉内,180℃下处理0.5h,得到负载催化剂;
所述的硝酸溶液为10%质量分数的硝酸溶液;
(2)亚乙基硫脲的制备:
24g乙二胺、48g乙醇、60g蒸馏水、0.48g负载催化剂混合,在搅拌下滴加32g二硫化碳,滴加过程中控制温度在50℃,滴加完毕升温至115℃,回流1.5h,然后加入36g 37%质量分数的盐酸回流10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得30.39g亚乙基硫脲,收率74.5%,纯度82.3%。
(2)将67.87g三甲基氯硅烷溶于117.3ml无水乙醚,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将亚乙基硫脲用67.1ml乙腈溶解,得到原料液,在原料液中加入0.456g硫酸铵,再逐滴加入步骤(3)的滤液,加热回流5h,冷却至室温,过滤,获得产物59.20g 1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮,收率80.74%,纯度80.56%。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (6)
1.含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,以2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲为原料进行制备,其特征在于,包括如下步骤:
(1)原料的制备:
制备2-咪唑烷酮:双(三氯甲基)碳酸酯用有机溶剂溶解得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,将乙二胺、2-10%质量分数的氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂混合,在20℃-30℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液,加入时间5-8h,加入完毕升温至45-55℃反应10-14h,反应结束后,静置30-40min分层,分出水层,浓缩,用乙醇重结晶得到2-咪唑烷酮,备用;
或,制备亚乙基硫脲:将乙二胺、乙醇、蒸馏水、负载催化剂混合,在搅拌下滴加二硫化碳,滴加过程中控制温度在45-55℃,滴加完毕升温至100-115℃,回流1-1.5h,然后加入37%质量分数的盐酸回流9-10h,冷却结晶,用丙酮洗涤,干燥得亚乙基硫脲,备用;
(2)将三甲基氯硅烷溶于有机溶剂,通入氨气,加热至回流,至不再有白色沉淀产生,过滤,得到滤液;
(3)将原料用有机溶剂溶解,得到原料液,在原料液中加入硫酸铵,再逐滴加入步骤(2)的滤液,加热回流5-6h,冷却至室温,过滤,获得产物;
以2-咪唑烷酮为原料,合成的产物为1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮;
以亚乙基硫脲为原料,合成的产物为1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮;
所述原料与三甲基氯硅烷的摩尔比为1:(2.1-2.5),硫酸铵的质量为原料的1.5-2%,
所述的负载催化剂由下述方法制备:
将十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵溶于去离子水中,控制十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、去离子水的质量比为(7-10):3:(20-45),制备混合溶液Ⅰ;
将正硅酸乙酯溶于环己烷中,制备混合溶液Ⅱ;
将SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛和硝酸溶液混合搅拌3-4h,过滤,干燥,得到预处理分子筛;
将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中,600-700rpm下搅拌处理0.5-1h,然后过滤,干燥;
将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中,然后通入氮气,100-120℃下回流处理10-11h,控制SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛、硝酸溶液:正硅酸乙酯、环己烷的质量比为15:30:7:(15-20):(4-7):(27-35);十二烷基三甲基氯化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:(0.5-1),处理结束后冷却至室温,过滤,过滤得到的固体80-90℃下干燥3-4h后,置于高温炉内,160-190℃下处理0.5-1h,得到负载催化剂。
2.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,其特征在于,2-咪唑烷酮的制备中,控制1mmol乙二胺加入10-15%质量分数的氢氧化钠水溶液0.5-0.8mL;1mmol乙二胺加入有机溶剂0.2-0.4mL;乙二胺与双(三氯甲基)碳酸酯的摩尔比为3:(1-1.3)。
3.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,其特征在于,亚乙基硫脲的制备中,控制乙二胺、乙醇、蒸馏水、二硫化碳、37%质量分数的盐酸的质量比为1:2:(2.5-3):(1.2-1.4):(0.3-0.5)。
4.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,其特征在于,负载催化剂的用量为乙二胺质量的2-4.5%。
5.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,其特征在于,所述的有机溶剂为无水乙醚或乙腈。
6.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法,其特征在于,负载催化剂的制备中,所述的硝酸溶液为8-10%质量分数的硝酸溶液。
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