CN107602379A

CN107602379A - 基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法

Info

Publication number: CN107602379A
Application number: CN201710885613.1A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 龙昇辉; 张意如
Original assignee: Suzhou Wen Hao Microfluidic Technology Ltd By Share Ltd
Current assignee: Suzhou Wen Hao Microfluidic Technology Ltd By Share Ltd
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本申请公开了一种基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，包括：(1)、第一装置容纳有溶解有月桂酸醇类，第二装置容纳有催化剂；(2)、溶解有月桂酸醇类和催化剂分别通过两个入口同时进入连续流反应器，并在连续流动过程中发生反应，浓硫酸与月桂酸的质量比为1:4～7，反应温度在60～90℃；醇类和月桂酸摩尔比3～7:1；反应时间3～4min。本发明制备方法工艺简单，传质效果高，反应能够快速充分，耗能少，成本降低，且制备的月桂酸酯类纯度较高。

Description

基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法

技术领域

本申请属于化学合成及微通道反应技术，特别是涉及一种基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法。

背景技术

月桂酸甲酯是一种无色透明液体，具有蜜甜似的花香，是合成高效安全、无毒、无污染的新型食品乳化剂—月桂酸蔗糖酯的原料，也是合成多种阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、日用化妆品香精，制皂等工业的的原料，是精细化工中的一种重要中间体。通过加氢转化为脂肪醇制成的各种表面活性剂，适用于农药喷雾、矿石浮选、化妆品、食品、药物、润滑剂、纺织加工、石油钻井、皮革、建筑、造纸等工业。

现有技术中，月桂酸甲酯制备一般是将月桂酸、无水甲醇和浓硫酸的混合物加热回流18h。将反应物倒入水中，分出酯层。依次用水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤。经干燥后进行蒸馏，收集261-263℃馏分，即为十二酸甲酯，收率为81％。

月桂酸乙酯是一种重要的香料，在食品领域广泛地应用，因其特有的花果香气，常在制软饮料、冰淇淋。冰制食品、糖果、烘烤食品时用其作香料，除用作香料、定香剂和稀释剂外，它还广泛地用作润滑油剂、增塑剂、柔软剂等。由于其具有巨大的市场潜力，研发此产品有着非常重要的价值和经济效益。

目前月桂酸乙酯的方法是由月桂酸酰氯和乙醇在镁存在下进行酯交换反应而制备，也有用固体硫酸盐催化或铁系固体酸催化酯化合成，也有用分子筛催化酯化合成的等一系列合成方法。在工业上一般采用月桂酸与乙醇在硫酸的催化下酯化制备月桂酸乙酯。

月桂酸异丙酯是常作为药剂辅助，做外用药物的溶剂和透皮促进剂，取代植物油，作为润滑剂、基质，用于制备油膏剂和乳化剂。也可应用于冲压油油溶剂、金属加工液的基础油，以及溶剂型清洗剂和水基的清洗液中。在工业上一般采用月桂酸与异丙醇在浓硫酸的催化下酯化制备月桂酸乙酯。

现有技术中对月桂酸酯类的制备方法，存在的问题主要在于：使用传统的间歇工艺，存在设备腐蚀严重，传质效率不高，选择性不高，存在副反应多，酯化产物颜色变深，后处理繁琐，导致产品纯度较低，从而使得月桂酸酯类的合成成本较高，并且反应时间较长，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，解决现有技术存在的反应时间长，原料转化率低，反应成本高和不能连续化制备等缺点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，所采用微流控芯片包括：

连续流反应器，具有反应通道，该反应通道包括两个入口和一个出口；

温控装置，连接于所述连续流反应器；

原料及驱动装置，连通于所述反应通道的入口，包括第一装置和第二装置，所述第一装置和第二装置分别连通于所述反应通道的两个入口；

产物收集装置，连通于所述反应通道的出口，

制备方法包括：

(1)、第一装置容纳有溶解有月桂酸醇类，第二装置容纳有催化剂；

(2)、溶解有月桂酸醇类和催化剂分别通过两个入口同时进入连续流反应器，并在连续流动过程中发生反应，浓硫酸与月桂酸的质量比为1:4～7，反应温度在60～90℃；醇类和月桂酸摩尔比3～7:1；反应时间3～4min。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述催化剂为浓硫酸。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述醇类为甲醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸甲酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:5，反应温度在70℃；醇类和月桂酸摩尔比3:1；反应时间3min。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述醇类为乙醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸乙酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:6，反应温度在75℃；醇类和月桂酸摩尔比5:1；反应时间3min。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述醇类为异丙醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸异丙酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:5，反应温度在85℃；醇类和月桂酸摩尔比5:1；反应时间3min。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述第二装置和连续流反应器之间还设置有第二连续流反应器，该第二连续流反应器具有一入口、一出口、以及连通于该入口和出口之间连续曲线延伸的反应通道，该入口与第二装置连通，该出口与连续流反应器连通。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述温控装置为一换热器，该换热器连接于所述连续流反应器并与连续流反应器之间形成循环控温回路；

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述反应通道连续曲线延伸。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，所述第一装置和反应通道的入口之间依次设置有注射泵、单向阀和球阀；所述第二装置和反应通道的入口之间依次设置有注射泵、单向阀和计量泵。

优选的，在上述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法中，温控装置为WH-heatexchange换热器；微反应器为WH-LAB微反应器SV504-M型号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明制备方法工艺简单，传质效果高，反应能够快速充分，耗能少，成本降低，且制备的月桂酸酯类纯度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例1中微反应器***的示意图；

图2所示为本发明具体实施例2中微反应器***的示意图；

图3所示为本发明具体实施例3中月桂酸甲酯的核磁图。

具体实施方式

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

结合图1所述，微反应器***包括连续流反应器1、温控装置2、原料及驱动装置和产物收集装置3。

连续流反应器1具有反应通道101，该反应通道101包括两个入口102和一个出口103。

连续流反应器1为一微流控芯片，其通常包括上下叠加的两个基板，其中，上基板材质优选为PDMS，下基板的材质优选为玻璃，反应通道形成于两个基板之间。

连续流反应器型号优选为WH-LAB微反应器SV504-M型号。

进一步地，反应通道101曲线延伸，一是可以增加反应距离，控制反应时间，二是可以起到液体混合的作用。

温控装置2连接于所述连续流反应器，用以对反应通道的温度进行控制。

优选的，温控装置为一换热器，该换热器连接于所述连续流反应器并与连续流反应器之间形成循环控温回路。

换热器型号优选为WH-heatexchange换热器。

原料及驱动装置，连通于反应通道的入口，包括第一装置4和第二装置5，第一装置4和第二装置5分别连通于反应通道的两个入口。

在一实施例中，第一装置4和反应通道的入口之间依次设置有计量泵6和单向阀7。第二装置5和反应通道的入口之间依次设置有计量泵8和单向阀9。

产物收集装置3连通于反应通道的出口103。

实施例2

结合图2所示，与实施例1相比，增加一个连续流反应器20，该连续流反应器具有一入口201、一出口202、以及连通于该入口201和出口202之间连续曲线延伸的反应通道203，该入口201与第一装置4连通，该出口202与连续流反应器1连通。

本实施例中，先通过连续流反应器20单独对月桂酸和醇类混合，然后再进入连续流反应器1与催化剂进行混合反应。

实施例3

利用实施例1中的微反应器制备月桂酸甲酯，将月桂酸，甲醇和催化剂浓硫酸同时泵入微通道反应装置中，月桂酸和甲醇的摩尔比为1:3.0，在70℃下停留3min，依次用水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，减压蒸馏即可得月桂酸甲酯。

本工艺的反应方程式如下：

本实施例中，采用无溶剂反应，以自身的反应原料甲醇来溶解月桂酸，并且溶解性较好，合成回收率较高，至少能达到85％，高于在反应釜内合成的产率，受热均匀，基本无副反应产生。

结合图3所示，以CDCl₃为溶剂，δ0.862～0.896为-CH₂CH₃上甲基氢峰；δ1.258～1.295为-(CH₂)₁₀-上靠近甲基的亚甲基氢峰；δ1.600～1.636为-(CH₂)₁₀-上亚甲基氢峰；δ2.282～2.320为-(CH₂)₁₀-上靠近酯基的亚甲基氢峰；δ3.665为-O-CH₃上的甲基氢峰，通过核磁图谱可以获知，每一个峰都对应一组碳上的氢，无其他未知氢，与实际预测相符，纯度至少达到90％以上，后期分离提纯简单，循环利用甲醇，对设备要求低。

实施例4

利用实施例2中的微反应器制备月桂酸乙酯，将月桂酸，乙醇和催化剂浓硫酸同时泵入微通道反应装置中，月桂酸和乙醇的摩尔比为1:5，在75℃下停留3min，依次用水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，减压蒸馏即可得月桂酸乙酯，其回收率为89％。制备的月桂酸乙酯产物颜色较浅，基本无副反应，纯度较高，产品香气好。

反应方程式如下：

实施例5

利用实施例2中的微反应器制备月桂酸异丙酯，将月桂酸，异丙醇和催化剂浓硫酸同时泵入微通道反应装置中，浓硫酸与月桂酸的摩尔比为1:5，月桂酸和异丙醇的摩尔比为1:5，在85℃下停留3min，依次用水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，减压蒸馏即可得月桂酸异丙酯，其回收率为89％。制备的月桂酸异丙酯产物颜色较浅，基本无副反应，纯度较高，产品香气好。

本工艺的反应方程式如下：

综上所述，本发明制备月桂酸酯类的方法，至少具有以下优点：

(1)、连续流生产工艺，一步反应便可得到产物。

(2)、反应中催化剂浓硫酸能通过简单的分离提纯后反复使用。

(3)、反应中选用的催化剂浓硫酸为液体，适合在该反应器内使用，而且后期可以与NaHCO₃反应，实现回收利用。

(4)、该反应醇类用量少，转化率高，可以经过简单蒸馏回收利用。

(5)、反应原料与催化剂在微反应器中能充分混合，受热均匀基本无副产物产生，产品色泽好，产率高；

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims

1.一种基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于，所采用微流控芯片包括：

温控装置，连接于所述连续流反应器；

产物收集装置，连通于所述反应通道的出口，

制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述催化剂为浓硫酸。

3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述醇类为甲醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸甲酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:5，反应温度在70℃；醇类和月桂酸摩尔比3:1；反应时间3min。

4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述醇类为乙醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸乙酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:6，反应温度在75℃；醇类和月桂酸摩尔比5:1；反应时间3min。

5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述醇类为异丙醇，生成的月桂酸酯类化合物为月桂酸异丙酯，所述浓硫酸与月桂酸的质量比为1:5，反应温度在85℃；醇类和月桂酸摩尔比5:1；反应时间3min。

6.根据权利要求4或5所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述第二装置和连续流反应器之间还设置有第二连续流反应器，该第二连续流反应器具有一入口、一出口、以及连通于该入口和出口之间连续曲线延伸的反应通道，该入口与第二装置连通，该出口与连续流反应器连通。

7.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述温控装置为一换热器，该换热器连接于所述连续流反应器并与连续流反应器之间形成循环控温回路；

8.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述反应通道连续曲线延伸。

9.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述第一装置和反应通道的入口之间依次设置有注射泵、单向阀和球阀；所述第二装置和反应通道的入口之间依次设置有注射泵、单向阀和计量泵。

10.根据权利要求1所述的基于微流控芯片制备月桂酸酯类化合物的方法，其特征在于：温控装置为WH-heatexchange换热器；微反应器为WH-LAB微反应器SV504-M型号。