CN102992968B - 2,3-二甲氧基-1-丙醇及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机化工产品的合成，其化学名称为2,3-二甲氧基-1-丙醇包括以下步骤：反应体系由甲醇和环氧氯丙烷组成，催化剂为室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵，三者于密闭容器内混合，摩尔比为甲醇:环氧氯丙烷:离子液体=1~7:1:0.01~0.1，反应温度为30~220℃，反应***初始压力为0~6.0MPa，反应时间为2~12h。上面所述的室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵，按照中国专利ZL200710151000.1的方法合成。本发明产物选择性可高达100%。在一定的反应条件下，2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率可高达99%以上，反应产物纯净且易于从***中分离，催化剂可进行再生使用。

Description

2,3-二甲氧基-1-丙醇及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型有机化工产品的合成，具体的说是使用室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵作为催化剂以甲醇、环氧氯丙烷为原料制备2,3-二甲氧基-1-丙醇的合成工艺路线。
技术背景：
目前，航空、交通、军事等工业技术飞速发展，对石油产品的性能指标要求越来越苛刻。由于石油中天然组分的局限性，单凭加工工艺已不能满足要求，故需加入具有不同性能的添加剂。许多燃料油加入添加剂后，不仅能改善油品储存安全性也提高了燃烧性，增加燃烧的速率，还可提升环境。
石油产品添加剂主要有抗氧化剂、抗爆剂、抗凝剂、黏度改进剂、金属钝化剂、清洁剂和分散剂等，不下20个大类百余种商品。现在国内外广泛开发了复合型添加剂，可发挥其综合性能，又可降低用量，给储运和使用带来了便利（王九,方建华,董玲.石油产品添加剂基础知识[M].北京:中国石化出版社,2009.）。我国在石油产品添加剂的研究起步较晚，与发达国家有一定的差距，但近些年研究热情高涨，发展速度飞快。
2,3-二甲氧基-1-丙醇（2,3-Dimethoxy-1-propanol），其分子式当中含有两个甲氧基与一个羟基，含氧量较高（40%），比较燃料油添加剂中含氧添加剂的条件；且其本身为醇，可加入石油产品中作为增溶剂。因此，2,3-二甲氧基-1-丙醇作为添加剂将对石油产品具有深远的影响。本发明是以甲醇、环氧氯丙烷为原料，在室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵的催化下，反应初始压力为常压，可高选择性地合成2,3-二甲氧基-1-丙醇。反应过程简单清洁且安全无毒，符合现如今节能环保的时代要求。
发明内容：
本发明使用甲醇和环氧氯丙烷作为原料，甲醇简单易得，环氧氯丙烷可由生物质甘油制得，摆脱了石油行业的限制和影响，符合绿色化学要求。使用室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵作为催化剂，其与原料液相溶性佳，反应效果好，选择性高。
本发明的技术方案为：
一种化合物，其化学名称为2,3-二甲氧基-1-丙醇，结构式为：
一种2,3-二甲氧基-1-丙醇的制备方法，包括以下步骤：
反应体系由甲醇和环氧氯丙烷组成，催化剂为室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵，三者于密闭容器内混合，摩尔比为甲醇:环氧氯丙烷:离子液体=1~7:1:0.01~0.1，反应温度为30~220℃，反应***初始压力为0~6.0MPa，反应时间为2~12h。
上面所述的室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵，按照中国专利ZL200710151000.1的方法合成。
本发明的有益效果在于：使用常见易得的原料甲醇以及非石油行业制约的环氧氯丙烷，环氧氯丙烷可由生物柴油副产物甘油为原料来制成，既能减少对石油的依赖，又能促进生物质能源产业的发展。催化剂采用安全无毒的离子液体，可与原料充分混合，催化性能较高，产物选择性可高达100%。在一定的反应条件下，2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率可高达99%以上，反应产物纯净且易于从***中分离，催化剂可进行再生使用。
附图说明
图1为实施例1中所得产品的气-质联用谱图；
图2为1,3-二甲氧基-2-丙醇与实施例1中所得产品的红外光谱图对比；
图3为实施例1中所得产品的核磁共振碳谱；
图4为实施例1中所得产品的核磁共振氢谱；
图5为实施例1中所得产品的二维核磁共振谱图。
具体实施方式：
本发明使用的催化剂为室温离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵，是按照中国专利ZL200710151000.1的方法合成。
实施例1：
将原料甲醇14mL，环氧氯丙烷6.73mL，催化剂离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵0.25g（三者摩尔比为甲醇/环氧氯丙烷/催化剂=4/1/0.01）一同投入到反应釜中，以磁力搅拌充分混合后，***初始压力为常压，升温至120℃反应开始计时，时间为10小时。反应后经冷却，液体样品采用气相色谱进行分析。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到90.17%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达90.17%。
对产品2,3-二甲氧基-1-丙醇进行谱图验证说明，具体内容如下：
（1）质谱谱图表征：
将产品用气相色谱-质谱联用仪进行检测，谱图结果如图1所示。其分子碎片峰及结构列于表1中。从图1中可以看出，在图1中，m/z最大值出现在88处，但是由88-75=13，13不是合理的m/z的数值，故m/z=88处峰不是分子离子峰；其它基团可以与2,3-二甲氧基-1-丙醇的结构有很好地对应。
表1气质联用谱图中各峰对应的分子碎片结构
（2）红外谱图表征：
采用与已知标准物质（1,3-二甲氧基-2-丙醇）对比的方式进行结构验证。其对比红外光谱图列于图2：
在1,3-二甲氧基-2-丙醇的红外光谱图上，可以检测到羟基-OH，碳氢键C-H，甲氧基-O-CH3，醚键C-O-C，仲羟基-CHOH-的C-O振动吸收峰。羟基的O-H…O的伸缩振动吸收峰出现在在3440cm-1，峰形较宽且强度高；而2982cm-1和2892cm-1的峰处于饱和烃基的C-H伸缩振动吸收带内（3000cm-1~2845cm-1）；2820cm-1处尖锐且中等强度的吸收峰属于甲氧基中甲基的振动吸收峰；1455cm-1处于烷基的变形振动吸收带（1470cm-1～1370cm-1），且在1450cm-1附近峰的出现是化合物中存在甲基的证明；1109cm-1处的强吸收峰为醚键C-O-C键的伸缩振动吸收峰，此处是脂肪醚唯一的特征吸收带。值得一提的是，1,3-二甲氧基-2-丙醇的羟基属于仲羟基，体现在1100cm-1附近处出峰，此处的吸收峰为仲醇C-O键的伸缩振动吸收峰，从图中可以看到其与醚键的伸缩振动吸收峰重叠在一起。
经对比可以看到，2,3-二甲氧基-1-丙醇的红外光谱与1,3-二甲氧基-2-丙醇的红外光谱有很大程度的相似。只是部分峰位置略有偏移，同样存在羟基吸收峰3415cm-1，碳氢键吸收峰2929cm-1，2896cm-1，甲氧基的振动吸收峰2827cm-1，醚键吸收峰1123cm-1。不同之处在于1073cm-1为伯羟基的C-O振动吸收峰（1050cm-1附近），说明此物质的羟基位于伯碳上。
通过与1,3-二甲氧基-2-丙醇红外光谱图的对比，可以看出，二者结构相似，只是存在羟基与甲氧基互换而带来的出峰位置的偏移。进一步证明了2,3-二甲氧基-1-丙醇的正确性。
（3）核磁谱图表征：
从核磁共振碳谱（图3）中可以看出，化合物共有四种类型的碳，通过观察分子式(1)不难发现，两个甲氧基-OCH3（即1’和5’碳），所处的化学环境相似，很有可能因为覆盖而导致没有被检测出来。碳原子及其归属如下所示：
NMR(δppm)：73.62(4’)；70.29(3’)；59.42(1’、5’)；48.10(2’)
分子式(1)
从核磁共振氢谱（图4）可知，从δ(4.0~3.1)ppm区域共显示出五组质子峰，各峰分别与其分子中各质子相互对应，将分子式中的氢原子进行标号，如分子式(2)所示。谱图中从低场到高场各组峰的峰面积之比为1:2:2:3:1。
分子式(2)
其分子中各氢原子的归属如下所示：
1H NMR(δppm)：3.90(m，1H，3’，C-H)；3.57~3.48(m，2H，2’，C-H)；3.43(d，2H，4’，C-H)；3.32(s，3H，1’、6’，C-H)；3.20(d，1H，5’，O-H)
在图5中显示了化合物中碳氢的相关情况。综合核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和二维谱图来看，此化合物的结构与2,3-二甲氧基-1-丙醇相符合。
另外，我们对未知物质进行了旋光度的测定，经测定，其旋光度为0。
通过以上表征手段，我们可以确认所得到的产品是2,3-二甲氧基-1-丙醇。
实施例2：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例1。不同之处在于原料配比甲醇/环氧氯丙烷/催化剂=6/1/0.01。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到98.96%，2,3-二甲氧基-1-丙醇对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达98.96%。
实施例3：
将原料甲醇17.5mL，环氧氯丙烷6.73mL，催化剂离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵0.25g（三者摩尔比为甲醇/环氧氯丙烷/催化剂=5/1/0.01）一同投入到反应釜中，以磁力搅拌充分混合后，***初始压力为常压，升温至120℃反应开始计时，时间为10小时。反应后经冷却，液体样品采用气相色谱进行分析。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到99.75%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达99.75%。
实施例4：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例3。不同之处在于反应时间改为6小时。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到96.47%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达96.47%。
实施例5：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例1。不同之处在于反应温度改为6小时，反应在室温下进行。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到26.48%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达26.48%。
实施例6：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例3。不同之处在于反应温度改为60℃。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到27.45%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达27.45%。
实施例7：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例3。不同之处在于原料摩尔比甲醇/环氧氯丙烷/催化剂＝5/1/0.05。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到95.52%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达95.52%。
实施例8：
反应在高压反应釜中进行，反应条件如实施例3。不同之处在于原料摩尔比甲醇/环氧氯丙烷/催化剂=5/1/0.1。2,3-二甲氧基-1-丙醇的收率达到92.32%，其对环氧氯丙烷的选择性为100%，环氧氯丙烷转化率达92.32%。

Claims (1)

1.一种2,3-二甲氧基-1-丙醇的制备方法，其特征为包括以下步骤：
反应体系由甲醇和环氧氯丙烷组成，催化剂为室温离子液体，三者于密闭容器内混合，摩尔比为甲醇:环氧氯丙烷:离子液体=1～7:1:0.01～0.1，反应温度为120～220℃，反应***初始压力为常压～6.0MPa，反应时间为6～12h；
所述的室温离子液体为N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氢铵。
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