CN109293625A - 一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯度1,4‑丁烷磺酸内酯的合成方法,其步骤是:1、在醇类溶剂中,加入4‑氯丁醇和亚硫酸钠溶液,升温至回流回流6小时,回流结束后,得到混合液A,将混合液A浓缩回收醇类溶剂后加入盐酸酸化,浓缩至物料变粘稠,再加入醇类溶剂,析出氯化钠晶体,过滤,将滤液浓缩回收醇类溶剂,得到4‑羟基丁烷磺酸;2、将4‑羟基丁烷磺酸在真空度为1‑8mmHg、温度为130‑165℃下连续闪蒸脱水,得到工业级1,4‑丁烷磺酸内酯;3、向工业级1,4‑丁烷磺酸内酯中加入共沸物,常压分馏回收共沸物,再在真空度为2‑4mmHg下进行减压分馏,收集120‑121℃下的馏分,得到高纯度1,4‑丁烷磺酸内酯。该方法简单环保,大幅度提高了磺化收率,大幅度提高了1,4‑丁烷磺酸内酯的纯度和收率。

Description

一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法。
背景技术
1,4-丁烷磺酸内酯是一种磺化剂,主要用来合成生物缓冲剂及磺酸树脂。近年来,由于1,4-丁烷磺酸内酯可用于锂电池添加剂,因此受到重视。
关于1,4-丁烷磺酸内酯的合成报道最早见于50年代,以4-氯磺酰氯为原料与氧化铜在150-160℃脱氯化氢环合而成,见DE860637。后来采用4-羟基丁烷磺酸脱水合成1,4-丁烷磺酸内酯,见DE887341,此法简单方便,成为合成1,4-丁烷磺酸内酯的主要方法,因此制备4-羟基丁烷磺酸就成为合成1,4-丁烷磺酸内酯的关键。关于4-羟基丁烷磺酸的合成也有许多种方法,最简单方法是采用4-羟基丁烷磺酸盐酸化合成4-羟基丁烷磺酸,见GB774563,US2793229,DE1107220和DE1107221,那么4-羟基丁烷磺酸盐的合成就显得十分重要。
关于4-羟基丁烷磺酸盐的合成主要有两种途径.。其中一种用四氢呋喃与乙酰氯在路易斯酸催化下合成4-氯丁醇醋酸酯再与亚硫酸钠磺化,经酸水解直接得到4-羟基丁烷磺酸,见DE887341,Ann586,147-57,Ann.chen.Soc.765357-60,DE1107220,CS161393和CS163057。采用四氢呋喃与乙酰氯在路易斯酸催化下合成4-氯丁醇醋酸酯是一条安全适用方法,缺点是在合成中不可避免会产生1,4-二氯丁烷及1,4-丁二醇二醋酸酯等副产物,因此收率<80%。采用4-氯丁醇醋酸酯与亚硫酸钠磺化会产生氯化钠、醋酸钠,而氯化钠与醋酸钠分离困难,因而产生环保问题。
另一种方法见用4-氯丁醇与亚硫酸钠磺化合成4-羟基丁烷磺酸钠然后酸化成4-羟基丁烷磺酸,此路线未见专利报道,但在An.chan.Soc.76 5357-60 19报道,将4-氯丁醇与亚硫酸钠溶液反应7天,得到4-羟基丁烷磺酸钠,但收率极低,只有58%。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题,本发明提供了一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,该方法简单环保,大幅度提高了磺化收率,大幅度提高了1,4-丁烷磺酸内酯的纯度和收率。
实现本发明上述目的所采用的的技术方案为:
一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,包括如下步骤:
1、在醇类溶剂中,加入4-氯丁醇和亚硫酸钠溶液,4-氯丁醇和亚硫酸钠的摩尔比为1:1-1.5,剧烈搅拌下升温至回流发生磺化反应,回流4-8小时,回流结束后,得到混合液A,将混合液A浓缩回收醇类溶剂后加入盐酸溶液酸化,加热浓缩至物料变粘稠,再加入醇类溶剂,降温,析出氯化钠晶体,过滤,滤饼为氯化钠,将滤液浓缩回收醇类溶剂,得到4-羟基丁烷磺酸;
2、将4-羟基丁烷磺酸在真空度为1-8mmHg、温度为130-165℃下连续闪蒸脱水,得到工业级1,4-丁烷磺酸内酯;
3、向工业级1,4-丁烷磺酸内酯中加入共沸物,常压分馏回收共沸物,再在真空度为2-4mmHg下进行减压分馏,控制回流比为1:1-2,收集120-121℃下的馏分,得到高纯度1,4-丁烷磺酸内酯。
进一步,4-羟基丁烷磺酸连续闪蒸脱水的具体方法为:将4-羟基丁烷磺酸连续滴入闪蒸罐中,控制闪蒸罐壁温度为130-165℃、真空度为1-8mmHg,连续闪蒸脱水,30-40水冷凝,得到工业级1,4-丁烷磺酸内酯。
进一步,所述的醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。
进一步,所述的共沸物为氯甲烷、***或异丙醚。
进一步,步骤1.1中,加入4-氯丁醇和亚硫酸钠溶液后加入催化剂碘化钾,碘化钾加入的质量为4-氯丁醇质量的0.05-0.15%。
进一步,步骤1.1中,亚硫酸钠溶液的质量百分比浓度为15%,醇类溶剂与4-氯丁醇的体积比为2-1:1。
与现有技术相比,本发明的有益效果与优点在于:
1、4-氯丁醇与亚硫酸钠液在醇介质帮助下,增加了油水相混合效果,从而使磺化收率达95%以上,而且大幅度缩短了磺化反应时间,没有使用醇介质之前,磺化反应需要7天,本发明使用醇介质后,磺化反应只需7-8小时。
2、采用乙醇或者其它醇加入溶解4-羟基丁烷磺酸,从而析出盐,分离出盐,进而为后续的脱水顺利进行提供方便,而且避免了大量沸水的产生,保护环境。
3、采用连续闪蒸脱水,减少高温下物料长期接触而发生聚合反应,提高收率。
4、采用30~40℃水冷凝,避免水被冷凝,提高了1,4-丁烷磺酸内酯的纯度
5、采用二氯甲烷、***、异丙醚等溶解1,4-丁烷磺酸内酯再分馏,除去微量的水,从而使1,4-丁烷磺酸内酯含水量降到100ppm以下,达到电子级要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1、在1000ml反应瓶中,加入1mol亚硫酸钠和水,配制成15wt%的亚硫酸钠溶液,接着加入1mol4-氯丁醇、120ml乙醇和0.1g碘化钾,剧烈搅拌下升温至回流,回流6小时,取样气相色谱分析检测,剩余4-氯丁醇含量为0.58%,回流结束,得混合液A,将混合液A加入浓缩罐中,常压浓缩回收乙醇,釜温达110℃时,降釜温至50℃,加86ml 36wt%的工业盐酸,然后减压加热浓缩至物料变粘稠,接着滴加500ml乙醇,搅拌回流2小时,再降温至40℃,析出氯化钠晶体,过滤,用100ml乙醇洗涤滤饼,将滤液加入浓缩罐中,加热至釜温110℃时,改水泵抽真空至压强为0.08MPa,浓缩回收乙醇;
2、当浓缩罐釜温达130℃时,将浓缩罐的中的液体(即为4-羟基丁烷磺酸)连续滴入闪蒸罐中,控制闪蒸罐壁温度为150℃、真空度为2mmHg,连续膜蒸发脱水,40水冷凝,得到122.4g工业级1,4-丁烷磺酸内酯,无色透明液,收率90%,纯度为99.85%,水分含量为0.2wt%。
3、将步骤2所得的工业级1,4-丁烷磺酸内酯和100ml***加入理论塔板数为2的分馏柱中,常压分馏回收***,再在真空度为2mmHg下减压蒸馏,控制回流比为1:1,收集120-121℃下的馏分,得到高纯度的1,4-丁烷磺酸内酯,纯度为99.91%,水含量为80PPM。
实施例2
与实施例1中的步骤1相比,将实施例1步骤1中的乙醇用甲醇替换,其余操作不变,最终得到125.8g 1,4-丁烷磺酸内酯,无色透明液,收率92.5%,纯度为99.76%,水分含量为0.15wt%。
与实施例1中的步骤3相比,将实施例1步骤2中的***用二氯甲烷替换,其余操作不变,所得1,4-丁烷磺酸内酯纯度为99.92%,水含量为70PPM。
实施例3
与实施例1中的步骤1相比,将实施例1步骤1中的乙醇用异丙醇替换,其余操作不变,最终得到127.5g 1,4-丁烷磺酸内酯,无色透明液,收率93.75%,纯度为99.81%,水分含量为0.18wt%。
与实施例1中的步骤3相比,将实施例1步骤2中的***用异丙醚替换,其余操作不变,所得1,4-丁烷磺酸内酯纯度为99.81%,水含量为50PPM。

Claims (6)

1.一种高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于包括如下步骤:
1.1、在醇类溶剂中,加入4-氯丁醇和亚硫酸钠溶液,4-氯丁醇和亚硫酸钠的摩尔比为1:1-1.5,剧烈搅拌下升温至回流发生磺化反应,回流4-8小时,回流结束后,得到混合液A,将混合液A浓缩回收醇类溶剂后加入盐酸溶液酸化,加热浓缩至物料变粘稠,再加入醇类溶剂,降温,析出氯化钠晶体,过滤,滤饼为氯化钠,将滤液浓缩回收醇类溶剂,得到4-羟基丁烷磺酸;
1.2、将4-羟基丁烷磺酸在真空度为1-8mmHg、温度为130-165℃下连续闪蒸脱水,得到工业级1,4-丁烷磺酸内酯;
1.3、向工业级1,4-丁烷磺酸内酯中加入共沸物,常压分馏回收共沸物,再在真空度为2-4mmHg下进行减压分馏,控制回流比为1:1-2,收集120-121℃下的馏分,得到高纯度1,4-丁烷磺酸内酯。
2.根据权利要求1所述的高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于4-羟基丁烷磺酸连续闪蒸脱水的具体方法为:将4-羟基丁烷磺酸连续滴入闪蒸罐中,控制闪蒸罐壁温度为130-165℃、真空度为1-8mmHg,连续闪蒸脱水,30-40水冷凝,得到工业级1,4-丁烷磺酸内酯。
3.根据权利要求2所述的高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于:所述的醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。
4.根据权利要求3所述的高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于:所述的共沸物为氯甲烷、***或异丙醚。
5.根据权利要求3所述的高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于:步骤1.1中,加入4-氯丁醇和亚硫酸钠溶液后加入催化剂碘化钾,碘化钾加入的质量为4-氯丁醇质量的0.05-0.15%。
6.根据权利要求3所述的高纯度1,4-丁烷磺酸内酯的合成方法,其特征在于:步骤1.1中,亚硫酸钠溶液的质量百分比浓度为15%,醇类溶剂与4-氯丁醇的体积比为2-1:1。
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