CN113549026A - 一种n-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺 - Google Patents
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Abstract
一种N‑乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，包括以下步骤：1)取N‑(1‑乙氧基乙基)‑噁唑烷酮类化合物，投入反应器；2)以氯化铵为催化剂，在抽真空条件下，加热至90‑110℃，搅拌至反应结束；3)过滤，取滤液，滤液中加入碳酸氢钠，减压精馏分离得到N‑乙烯基噁唑烷酮类化合物产品。本发明合成工艺的反应条件温和、设备要求适宜，使用的催化剂便宜易得，且无需控制为无水低温苛刻环境，具有安全、成本低的优点，适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，特别涉及一种N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺。
背景技术
N-乙烯基噁唑烷酮类化合物是一类非常高效的光固化单体、反应稀释剂。其流动性好、味道较小，主要用于喷墨印刷油墨、紫外光固化等领域；也可部分实现替代N-乙烯基吡咯烷酮以及N-乙烯基己内酰胺的用途。目前，实验室关于N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成可以通过使用N-(1-羟基烷基)-2-唑烷酮类化合物在三氟甲磺酸三甲硅酯条件下消去制备得到，该方法试剂价格昂贵，反应需在无水低温条件下进行，不利于工业化放大。而国内外实现工业化制备N-乙烯基噁唑烷酮类化合物则通过专利US4831153所述的方法热解N-(1- 羟基烷基)-2-唑烷酮类化合物而制备得到，该方法反应温度高，设备要求较为苛刻，生产成本较高。随着我国产业技术的不断升级，对 N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的需求量将与日俱增。因此，如何设计一种反应条件温和、设备要求适宜、安全且低成本的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的制备工艺是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其反应条件温和、设备要求适宜，使用的催化剂便宜易得，且无需控制为无水低温苛刻环境，具有安全、成本低的优点，适合工业化大规模生产。
本发明的技术方案是：一种N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，包括以下步骤：
1)取N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物，投入反应器；
2)以氯化铵为催化剂，在抽真空条件下，加热至90-110℃，搅拌至反应结束；
3)过滤，取滤液，滤液中加入碳酸氢钠，减压精馏分离得到N- 乙烯基噁唑烷酮类化合物产品。
N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物、氯化铵、碳酸氢钠的质量比为1：0.03-0.07：0.01-0.1。
步骤2)反应期间生成的乙醇副产物用接收瓶收集。
步骤2)所述抽真空的真空度≤2kPa。
步骤2)加热至100℃。
步骤2)加热至90-110℃，保持温度1.5h，泄压至常压后停止加热搅拌。
步骤3)降温至40℃以下后进行过滤。
步骤3)减压至真空度≤2kPa。
步骤3)精馏温度为105-110℃。
步骤3)分离完毕后，保持压力，升温收集115-120℃的馏分。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明制备方法采用N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物作为原料，以氯化铵作为催化剂，采用直接加入的方式脱去乙醇制备得到目标产物N-乙烯基噁唑烷酮类化合物，原料易得且价格便宜，使用的催化剂无毒、便宜易得，对N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物的催化效率可达60％以上，不需要使用如二氯甲烷等易挥发有毒有害溶剂，也不需要控制为无水低温这种苛刻环境，具有环保、设备要求低的优势。且未转化的N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物经精馏回收利用，可有效降低N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的生产成本。
2、本发明制备方法反应条件相对温和(真空、90-110℃)，对设备要求低，适合工业化放大生产。
3、本发明制备方法在合成目标产物过程中，控制真空度≤2kPa，且温度为90-110℃，若温度过低，导致转化不完全，产物收率降低，若温度过高，会产生大量副产，导致原料回收困难。反应结束后，恢复常压后停止加热搅拌，可有效保证氯化铵催化剂从反应体系中充分析出，确保氯化铵催化剂的分离回收效果。在得到的滤液中加入碳酸氢钠，形成弱碱性环境，可有效提高未反应的N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物的高温稳定性，利于后期原料精馏回收。若碳酸氢钠的添加量过低，无法形成足够的碱性浓度，导致未反应的N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物在精馏过程中分解，原料回收率较低，若碳酸氢钠的添加量过多，导致成本增高，且后期产生较多的固废。
4、本发明制备方法通过减压精馏的方式将反应体系中得到的目标产物及未反应的反应原料分离出再次回收利用，提高原料的利用效率，且保证分离得到的目标产物的纯度。通过控制精馏压力为≤2kPa，使原料和产物的沸点降低，确保两者化合物的沸点差值在10℃以上，实现在相对温和的条件下分别精馏分离收集的目的。
经申请人试验验证，采用本发明制备方法制备得到的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的纯度可达98.0％上，单次收率可达30％以上。
下面结合具体实施方式作进一步的说明。
具体实施方式
本发明中，N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物为实验室采用常规制备方法合成得到，纯度大于等于98％；氯化铵为常规购买试剂，纯度大于等于99％，碳酸氢钠为常规购买试剂，纯度大于等于99％。
实施例1：
在装有温度计和电动搅拌器的500mL三口烧瓶中加入240.0g N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮，11.3g氯化铵，开启真空，保持压力在1500pa以下，加热升温，搅拌，反应温度100℃，并保持此反应温度 1.5h，反应期间产生乙醇副产物用接收瓶收集，泄压，待压力回到常压后停止加热搅拌；反应液降温至40℃以下后将反应液过滤，滤掉氯化铵后取滤液转入500mL三口烧瓶中，加入2.4g碳酸氢钠，升温进行进行减压蒸馏(真空度800Pa)收集顶温105-110℃馏分52.1g，该馏分为N-乙烯基噁唑烷酮。保持压力不变条件下，继续升温，收集顶温为115-120℃馏分为未反应N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮，收集得到135.8g。
经申请人验证，N-乙烯基噁唑烷酮的收率为30.5％，GC纯度为 98.2％。
实施例2：
在装有温度计和电动搅拌器的1000mL三口烧瓶中加入560.0g N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮，26.8g氯化铵，开启真空，保持压力在 1500pa以下，加热升温，搅拌，反应温度100℃，并保持此反应温度 2.0h，泄压，待压力回到常压后停止加热搅拌；反应液降温至40℃以下后将反应液过滤，滤掉氯化铵后取滤液转入500mL三口烧瓶中，加入5.6g碳酸氢钠，升温进行进行减压蒸馏(真空度800Pa)收集顶温 105-110℃馏分123.5g，为N-乙烯基噁唑烷酮。保持压力不变条件下，继续升温，收集顶温为115-120℃馏分为未反应N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮313.2g。
经申请人验证，N-乙烯基噁唑烷酮的收率为31.2％，GC纯度为 98.5％。
Claims (10)
1.一种N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)取N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物，投入反应器；
2)以氯化铵为催化剂，在抽真空条件下，加热至90-110℃，搅拌至反应结束；
3)过滤，取滤液，滤液中加入碳酸氢钠，减压精馏分离得到N-乙烯基噁唑烷酮类化合物产品。
2.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于：N-(1-乙氧基乙基)-噁唑烷酮类化合物、氯化铵、碳酸氢钠的质量比为1：0.03-0.07：0.01-0.1。
3.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，步骤2)反应期间生成的乙醇副产物用接收瓶收集。
4.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤2)所述抽真空的真空度≤2kPa。
5.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤2)加热至100℃。
6.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤2)加热至90-110℃，保持温度1.5h，泄压至常压后停止加热搅拌。
7.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤3)降温至40℃以下后进行过滤。
8.根据权利要求所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤3)减压至真空度≤2kPa。
9.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于，步骤3)精馏温度为105-110℃。
10.根据权利要求1所述的N-乙烯基噁唑烷酮类化合物的合成工艺，其特征在于：步骤3)分离完毕后，保持压力，升温收集115-120℃的馏分。
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