CN111269083A - 一种格尔伯特酸的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种格尔伯特酸的合成方法,属于化学合成技术领域。该合成方法包括以下步骤:将长链饱和脂肪酸酯、碱、溶剂加入反应釜中,缓慢加入烷基化试剂,升温进行反应后,降温、减压蒸馏除去溶剂,得二烷基乙酸酯;向反应釜中加入醇、水、催化剂,升温进行反应后,减压蒸馏除去溶剂;向反应釜中加入水,调节体系的pH至3~4,分液后取有机相溶于石油醚中,经洗涤、脱色、减压蒸馏后即得格尔伯特酸。本发明步骤少、操作简单,对设备要求低;反应选择性高,转化率高,杂质少、收率及纯度高;产物格尔伯特酸的主链和支链结构能灵活调控,原料选着多样;耗时短,产生的废弃物较少,绿色环保安全,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域,具体涉及一种格尔伯特酸的合成方法。
背景技术
格尔伯特酸是一种在羧酸α-位带有较长支链烷烃的脂肪酸。除了具备相同碳原子数的某些优良性能以外,它还具备了凝固点低、粘度小、较好的油溶性及良好的热稳定性和抗氧化性、无色无味、对人体的刺激性小等优点,使其在润滑剂、表面活性剂、医药、化妆品等领域有广泛的应用。
但是,格尔伯特酸的合成方法却鲜有报道。大连轻工学院化学工程系曾报道过利用醇二聚产生格尔伯特醇再氧化制备格尔伯特酸的方法,即:将碱按配比混合加入反应釜中,加入一定量的催化剂、然后加热至熔融所需温度,再慢慢滴加格尔伯特醇,在高温常压下催化氧化合成格尔伯特酸。该方法的步骤少、操作简单,但其碱的用量大,反应温度高达360~370℃,反应过程不易控制;还需设备耐腐蚀性能好;产物收率及纯度低,产生的有机废物多,污染大,不适合工业化生产。专利CN106748724A公开了一种不通过格尔伯特醇氧化制备伯尔格特酸的方法,即:以丙二酸脂为原料,在碱的作用下与直链卤代烷发生两步烷基化反应制得二烷基丙二酸脂;再用水和甲醇或乙醇的混合液作溶剂,酸或碱作催化剂将二烷基丙二酸脂水解得到二烷基丙二酸;最后在高温下用二烷基丙二酸进行脱羧反应制得格尔伯特酸。该合成方法反应条件较为温和,格尔伯特酸的主链和支链能灵活调控,但其操作步骤繁琐,生产周期长;每一步都需分离提纯,产物损耗大、收率低,产生的废水、废渣多;脱羧反应所需温度偏高,反应过程不易控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种安全环保、操作简单、收率及纯度高的格尔伯特酸合成方法。
为解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种格尔伯特酸的合成方法,其包括以下步骤:
S1、将长链饱和脂肪酸酯、碱、溶剂加入反应釜中,在-20~30℃下缓慢加入烷基化试剂,升温至0~70℃反应3~24h;降温、减压蒸馏除去溶剂,得二烷基乙酸酯;
S2、向反应釜中加入醇、水、催化剂,升温至40~90℃反应3~15h,减压蒸馏除去溶剂得到二烷基乙酸或二烷基乙酸盐;
S3、向反应釜中加入二烷基乙酸或二烷基乙酸盐等质量的水,调节体系的pH至3~4,分液后取有机相溶于等体积的石油醚中,洗涤后脱色,经减压蒸馏除去低沸点组分,即得格尔伯特酸。
作为本发明优选的实施方式,所述步骤S1中碱的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量,溶剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂质量的1~6倍,烷基化试剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量。
作为本发明优选的实施方式,所述长链饱和脂肪酸酯为辛酸甲酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、己酸乙酯中的一种。
作为本发明优选的实施方式,所述碱为氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式,所述溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式,所述烷基化试剂为直链烷基基团或异构烷基基团卤代烃,优选为氯己烷、溴己烷、溴丁烷、碘己烷中的一种。
作为本发明优选的实施方式,所述步骤S2中醇的加入量为二烷基乙酸酯质量的1~8倍,水的加入量为1~5倍摩尔单量,催化剂的加入量为1~4倍摩尔单量。
作为本发明优选的实施方式,所述步骤S2中的醇为甲醇或乙醇;催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂,优选为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、硫酸、盐酸、磷酸、氢溴酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸、柠檬酸中的一种。
作为本发明优选的实施方式,所述步骤S3是采用两倍体积的水洗涤两次后再加1~2%活性炭进行脱色,最后于70~90℃下进行减压蒸馏。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
本发明所述的合成方法步骤少、操作简单,所涉及的烷基化反应、水解反应、酸化反应均在一个反应釜中即可完成,无需转移,对设备要求低;反应选择性高,转化率高,杂质少,仅需在最后一步进行分离提纯即可得到产品,收率及纯度高;产物格尔伯特酸的主链和支链结构能灵活调控,原料选着多样;整个反应及分离提纯流程耗时短,产生的废弃物较少,无高温高压,对设备要求不苛刻,绿色环保安全,适于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种格尔伯特酸的合成方法,其包括以下步骤:
S1、将长链饱和脂肪酸酯、碱、溶剂加入反应釜中,在-20~30℃下缓慢加入烷基化试剂,升温至0~70℃反应3~24h;降温、减压蒸馏除去溶剂,得二烷基乙酸酯;其中,碱的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量,溶剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂质量的1~6倍,烷基化试剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量;
S2、向反应釜中加入醇、水、催化剂,升温至40~90℃反应3~15h,减压蒸馏除去溶剂得到二烷基乙酸或二烷基乙酸盐;其中,醇的加入量为二烷基乙酸酯质量的1~8倍,水的加入量为1~5倍摩尔单量,催化剂的加入量为1~4倍摩尔单量;
S3、向反应釜中加入二烷基乙酸或二烷基乙酸盐等质量的水,加碱或酸调节体系的pH至3~4,分液后取有机相溶于等体积的石油醚中,用两倍体积的水洗涤两次,再加1~2%活性炭进行脱色,70~90℃下进行减压蒸馏除去低沸点组分,即得格尔伯特酸。
上述方法中,长链饱和脂肪酸酯为辛酸甲酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、己酸乙酯中的一种。碱为氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠中的至少一种。溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷中的至少一种。烷基化试剂为直链烷基基团或异构烷基基团卤代烃,优选为氯己烷、溴己烷、溴丁烷、碘己烷中的一种。醇为甲醇或乙醇;催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂,优选为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、硫酸、盐酸、磷酸、氢溴酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸、柠檬酸中的一种。
实施例1:
一种格尔伯特酸的合成方法,其包括以下步骤:
S1、在20~30℃下,将1000g辛酸甲酯、303.34g氢氧化钠溶于4000g甲醇中并加入反应釜内,然后缓慢加入1067.17g氯代正己烷,加完后升温至60℃反应6h;
S2、将303.34g氢氧化钠溶于568.76g水中缓慢加入反应罐,继续60℃反应6h,减压蒸馏除去溶剂;
S3、降至室温,加入1mol/L的盐酸溶液中和体系的pH=3~4,静置,分液,有机相溶于1000mL石油醚中,加2000mL水洗涤两次,加16.20g活性炭脱色,80℃减压蒸馏除掉低沸点组分得到1479.50g无色透明液体,为2-己基癸酸,收率为91.30%,纯度>98%。
实施例2
一种格尔伯特酸的合成方法,其包括以下步骤:
S1、在20~30℃下,将1000g辛酸乙酯、513.56g氢氧化钠溶于5000g甲醇中并加入反应釜内,然后缓慢加入954.51g溴代正丁烷,加完后升温至55℃反应7h;
S2、将922.94g碳酸钠溶于417.97g水中缓慢加入反应罐,升温70℃反应6h,减压蒸馏除去溶剂;
S3、降至室温,加入1mol/L的盐酸溶液中和体系的pH=3~4,静置,分液,有机相溶于1000mL石油醚中,加2000mL水洗涤两次,加11.63g活性炭脱色,80℃减压蒸馏除掉低沸点组分得到1063.23g无色透明液体,为2-丁基辛酸,收率为91.43%,纯度>98%。
实施例3
一种格尔伯特酸的合成方法,其包括以下步骤:
S1、在20~30℃下,将1000g己酸甲酯、474.12g氢氧化钠溶于6000g四氢呋喃中并加入反应釜内,然后缓慢加入1066.64g溴代正丁烷,加完后升温至60℃反应7h;降温,减压蒸馏除掉溶剂;
S2、加入6300g甲醇溶解,将517.22g氢氧化钾溶于414.81g水中缓慢加入反应釜,升温60℃反应7h,减压蒸馏除去溶剂;
S3、降至室温,加入1mol/L的盐酸溶液中和体系的pH=3~4,静置,分液,有机相溶于1000mL石油醚中,加2000mL水洗涤两次,加13.23g活性炭脱色,80℃减压蒸馏除掉低沸点组分得到1213.02g无色透明液体,为二丁基乙酸,收率为91.67%,纯度>98%。
对比例1
本对比例是根据dalian qinggongxueyuan huaxuegongchengxi,dalian116034(大连轻工学院化学工程系,116034)所报道的格尔伯特酸的合成方法进行合成的,具体步骤如下:
将494.97g氢氧化钠、1833.61g氢氧化钙、706.73g氢氧化钡混合加入反应釜中,然后加热至360~370℃,在反应物呈熔融状态时,慢慢滴加格尔伯特醇,在360~370℃下反应50min,然后用1mol/L盐酸调体系pH=1~2,用水洗有机相至pH=7,减压蒸馏得到565.53g无色油状液体,为2-己基癸酸,收率为53.47%,纯度>97%。
由此可见,对比例1最终的收率及纯度都不高,反应的温度过高,实验过程中出现了碳化现象。
对比例2
本对比例是根据中国发明专利(公开号CN106748724A)所公开的格尔伯特酸的合成方法进行合成的,具体步骤如下:
氮气保护下,将1000g丙二酸二乙酯、3000mL无水乙醇投入反应罐中,室温下,加入505.90g甲醇钠,然后缓慢加入1205.72g溴代正辛烷,加完后升温回流,反应3h;降温到室温,再加入505.90g甲醇钠,然后缓慢加入1236.71g溴代正己烷,升温回流反应3h。降至室温,脱除溶剂,加入1mol/L硫酸水溶液中和体系到pH值为7左右,有机相水洗、减压蒸馏得到2-己基-2-辛基丙二酸二乙酯1913.51g,收率为86.0%,纯度>97%
取1000g2-己基-2-辛基丙二酸二乙酯、5000mL氢氧化钠水溶液(氢氧化钠浓度为4mol/L)、1000mL乙醇加入到反应罐中,加热回流12h,降至室温,加入4mol/L硫酸调节pH值到1.9左右,静置,水溶液上层析出白色固体,过滤、洗涤、丙酮重结晶即得水解产物,2-己基-2-辛基丙二酸754.78g,收率为89.55%,纯度>98%。
取500g 2-己基-2-辛基丙二酸加入反应罐中,氮气保护下,加热到160℃,反应到不再放出气体停止,降温,即得2-己基癸酸411.08g,收率为96.31%,纯度>98%。
本对比例的合成方法虽然能得到高纯度的产物,但其反应温度高,操作繁琐,总收率仅为74.17%。
由此可见,本发明相对于对比例1~2的合成方法,不仅步骤少、操作简单、对设备要求低,而且反应选择性高,转化率高,杂质少,收率及纯度高。
综上所述,本发明的合成方法安全环保、操作简单、收率及纯度高,产物格尔伯特酸的主链和支链结构能灵活调控,原料选着多样,整个反应及分离提纯流程耗时短,产生的废弃物较少,无高温高压,对设备要求不苛刻,绿色环保安全,适于工业化生产。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将长链饱和脂肪酸酯、碱、溶剂加入反应釜中,在-20~30℃下缓慢加入烷基化试剂,升温至0~70℃反应3~24h;降温、减压蒸馏除去溶剂,得二烷基乙酸酯;
S2、向反应釜中加入醇、水、催化剂,升温至40~90℃反应3~15h,减压蒸馏除去溶剂得到二烷基乙酸或二烷基乙酸盐;
S3、向反应釜中加入二烷基乙酸或二烷基乙酸盐等质量的水,调节体系的pH至3~4,分液后取有机相溶于等体积的石油醚中,洗涤后脱色,经减压蒸馏除去低沸点组分,即得格尔伯特酸。
2.根据权利要求1所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述步骤S1中碱的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量,溶剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂质量的1~6倍,烷基化试剂的加入量为长链饱和脂肪酸脂的1~2倍摩尔单量。
3.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述长链饱和脂肪酸酯为辛酸甲酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、己酸乙酯中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述碱为氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述烷基化试剂为氯己烷、溴己烷、溴丁烷、碘己烷中的一种。
7.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述步骤S2中醇的加入量为二烷基乙酸酯质量的1~8倍,水的加入量为1~5倍摩尔单量,催化剂的加入量为1~4倍摩尔单量。
8.根据权利要求7所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述步骤S2中的醇为甲醇或乙醇,催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、硫酸、盐酸、磷酸、氢溴酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸、柠檬酸中的一种。
9.根据权利要求1或2所述的格尔伯特酸的合成方法,其特征在于:所述步骤S3是采用两倍体积的水洗涤两次后再加1~2%活性炭进行脱色,最后于70~90℃下进行减压蒸馏。
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