CN113304733B - 酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法 - Google Patents

酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：将干燥的阳离子交换树脂悬浮在有机溶剂中，控制阳离子交换树脂与有机溶剂重量比为1：0.1～100；降温至0℃～20℃，加氯化剂，控制氯化剂与阳离子交换树脂重量比为1：0.01～10；在40℃～120℃、真空度50KPa～101 KPa下反应10min～48h，降到室温，得到酰氯化的树脂；（1）将酰氯化的树脂装填成层析柱，用有机溶剂洗脱剩余氯化剂；（2）用纯的溶剂DMF洗脱，得到可使用的纯化层析柱；（3）将待处理的原料DMF流经层析柱，吸附DMAc后得到纯化的溶剂DMF。本发明优点：克服了常规循环中DMAc含量高，制备Vilsmeier试剂很难形成固体的缺点，避免了使用这种Vilsmeier试剂溶液去制备三氯蔗糖收率低的问题。

Description

酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法
技术领域
本发明属于化工生产技术领域，涉及Vilsmeier试剂制备所需要的高纯度DMF，具体涉及一种酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法。
背景技术
Vilsmeier试剂，简称V氏试剂，具体结构为氯亚甲胺盐。Vilsmeier试剂独特结构和特点在医药、农药及染料等方面具有很好的应用前景。它是一类重要的甲酰化试剂，可发生亲电取代和亲核取代反应合成各种醛类化合物；还可与β-二酮、不饱和酮、环氧酮、杂环、酰胺及多烯烃等发生缩合、环化、芳环化、氯化、杂环化等一系列反应。由于其优异的反应活性，其结构、性能以及应用领域得到不断的研究开发。目前Vilsmeier试剂在制备三氯蔗糖的过程中用量最大。
Vilsmeier试剂通常是由无机酸酰氯（如SOCl2、光气、固体光气、POCl3、草酰氯、P2O3Cl4）或无机氯化物（如PCl5）与N-取代酰胺（如DMF、N-甲基苯基甲酰胺）按照等摩尔络合形成。也可通过五氧化二磷和含氯的金属盐代替酰氯，甲酰胺代替N-原子取代酰胺。在这些原料中，氯化亚砜（SOCl2）在制备Vilsmeier试剂以及Vilsmeier试剂使用过程中只有气态的副产物HCl和SO2，生产过程中不用考虑废水废渣等问题。
在Vilsmeier试剂的应用工艺中，一般将反应后恢复的N-取代酰胺从反应产物混合物回收，并且之后将这种回收的N-取代酰胺再循环用于作为反应媒介物使用，达到循环利用和绿色生产的目的。然而，由于复杂的氯代反应，所回收的N-取代酰胺会产生少量工艺副产物，比如DMF中会有少量副产DMAc，即回收的DMF会被少量副产DMAc所污染。当将回收的N-取代酰胺或DMF再循环并重新使用时，DMAc的含量就会不断富集，最后可能严重影响整个反应。
经过大量实验验证发现当DMF中的DMAc含量高于0.2%以后，用之与氯化亚砜反应制备Vilsmeier试剂时发现很难形成固体的Vilsmeier试剂，并且使用这种Vilsmeier试剂溶液去进行蔗糖-6-乙酸酯的氯代反应，收率明显下降。
CN102482201B和CN103965069B均有提到在蔗糖-6-乙酸酯的氯化过程时，DMF中存在的每1重量%的DMAc，产率约下降10%；并且这两篇专利提出的解决方法是将固体Arnold试剂加入到含DMAc的DMF溶液中，然后蒸馏得到纯化后的DMF。这种方法的缺点是固体Arnold试剂不易保存和使用，包括称量和添加，对水分非常敏感，与空气接触后非常容易分解，并且放出有毒的气体，非常不利于现场操作；另外，由于蒸馏DMF需要专门的工艺设备和消耗能量，操作成本较高，因此不适合工业化生产的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有蒸馏纯化DMF方法的不足，提供一种酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法，本发明简单、易操作、成本低，易于工业化生产应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种酰氯化树脂的制备的方法，其特征在于包括如下步骤：
将干燥的阳离子交换树脂悬浮在有机溶剂中，控制阳离子交换树脂与有机溶剂的重量比为1：0.1～100；降温至0℃～20℃，加入氯化剂，控制氯化剂与阳离子交换树脂的重量比为1：0.01～10；随后在40℃～120℃、真空度50KPa～101 KPa下反应10min～48h，反应后降温到室温，形成悬浮液，得到酰氯化的树脂。
进一步，所述阳离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂或弱酸型阳离子交换树脂，其中强酸型阳离子交换树脂主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H），而弱酸型阳离子交换树脂主要含有弱酸性的反应基如羧酸基（－COOH）。
进一步，所述阳离子交换树脂为球状。
进一步，所述有机溶剂为乙腈、二氯甲烷、三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷或四氯化碳。
进一步，所述氯化剂为SOCl2、COC12、二光气、三光气或草酞氯。
本发明制得的酰氯化的树脂可直接装填成层析柱，固液分离，液体可以循环套用；再加有机溶剂洗脱层析柱中的剩余氯化剂，此洗脱有机溶剂可以用于后续的酰氯化过程，也可用于生产过程的Vilsmeier试剂制备过程，也可用稀碱液处理分解有机溶剂中的剩余氯化剂后回收利用（如蒸馏提纯后外卖等）。
一种吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将上述制备的酰氯化的树脂装填成层析柱，用有机溶剂洗脱其中的剩余氯化剂；
（2）用纯的溶剂DMF（纯度99.5～99.9%，含杂质DMAc 0.01%～0.1%，水 0.001%-0.1%）洗脱，得到可以使用的纯化层析柱；
（3）将待处理的原料DMF（含杂质DMAc 0.1～5%、水 0.001%～0.1%）流经层析柱，吸附其中的DMAc，得到纯化的溶剂DMF（含DMAc 0.01%～0.1%）。
进一步，所述步骤（1）的有机溶剂，包括常用的对于酰氯基团惰性的有机溶剂，如烷烃、芳香烃、酯、醚、氯代烃等。
进一步，所述步骤（2）层析柱的吸附容量为5%～30%。
进一步，所述步骤（3）层析柱可以加碱液（NaOH、Na2CO3、KOH、K2CO3或浓度0.1～20%的氨水溶液 ）脱附DMAc,树脂经酸化后可以循环使用。
本发明采用阳离子树脂反应基功能化为酰氯基团，然后利用酰氯化基团与杂质的优先作用，当含有杂质的溶剂流经层析柱时，能有效地优先与其中的杂质反应而产生吸附作用，就能方便的去除原料溶剂中的少量杂质，在使用、运输、操作以及成本等方面具有明显的优势，吸附的DMAc后续经过处理可以回收利用。
在三氯蔗糖合成过程中待回收的溶剂DMF中通常均含有少量DMAc，其中DMAc含量视工艺和来源会有不同，一般来讲制备用于三氯蔗糖工艺的Vilsmeier试剂时DMF中DMAc含量需要小于0.5%，优选小于0.2%，最优选小于0.1%。因而考虑到分离成本，可以用蒸馏等便宜有效的方法进行预先处理，得到较低DMAc含量的DMF，比如0.1%～约5%，优选1%以下，再优选0.5%以下，然后采用本发明的方法进行处理得到质量要求DMF。因为Vilsmeier试剂对于水分比较敏感，因而，原料DMF中的水分需要严格控制，一般小于0.1%，优选小于0.01%，最优选小于0.001%。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明通过先制备出酰氯化树脂，然后装填成层析柱，采用层析的方法纯化DMF，不仅克服了常规循环中DMF中DMAc含量高，用其制备Vilsmeier试剂很难形成固体的缺点，而且也避免了使用这种Vilsmeier试剂溶液去制备三氯蔗糖收率低的问题。
2.采用本发明制得的酰氯化的树脂装填成层析柱去除DMF中的DMAc，得到纯化的DMF，将纯化的DMF应用于三氯蔗糖合成反应中，与常规不脱除DMAc的DMF（含DMAc约0.4%）对比，收率提高5～12%；
3.相较于固体Arnold试剂法的运输和操作麻烦、价格贵、不适合工业化生产，以及蒸馏操作消耗能量的问题；本发明技术的简单、易操作和生产成本低，对于扩大Vilsmeier试剂的应用范围，提高三氯蔗糖的氯化工艺水平，扩大工业化生产具有非常重要的意义。
附图说明
图1为一种酰氯化树脂制备工艺简图。
具体实施方式
一种酰氯化树脂的制备和吸附去除DMF中微量DMAc的方法，具体实施步骤如下：
实施例1
（1）向带有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500mL四口烧瓶中加入150 mL 1,1,2-三氯乙烷，加入100g弱酸性阳离子树脂（D113 型大孔弱酸性苯丙烯系），搅拌条件下在0～5℃缓慢滴加30g SOCl2(二氯亚砜)，滴加完毕后升温至75 ℃反应2h，随后减压（真空度50KPa）反应2h；冷却至室温，形成树脂悬浮液（酰氯化的树脂）；
（2）将树脂悬浮液直接装入内径35mm的层析柱中，树脂层高度约40cm，将有机溶剂（1,1,2-三氯乙烷）放出以待后用，用500 ml新的1,1,2-三氯乙烷洗脱其中的氯化剂（SOCl2），这些洗脱出的有机溶剂可以用于后续的Vilsmeier试剂应用中，如蔗糖-6-乙酸酯的氯化反应中；
（3）取预先纯化的DMF（纯度99.8%，含杂质DMAc 0.05%，水 0.005%）100mL浸泡层析柱2小时，随后将来自生产线上的待处理DMF（内含DMAc 0.5%、水分0.05%）2L，缓慢加入层析柱的上方进行吸附，同时从层析柱下方放出经过纯化的DMF，得到DMAc含量在0.03%的DMF2L；
经过饱和实验,此层析柱可以处理约4L生产线上的待处理DMF，后续层析柱用稀碱液（10%氢氧化钠溶液）处理回收其中的DMF和DMAc。
实施例2
层析柱的准备同实施例1；
直接采用来自生产线上的待处理DMF（内含DMAc0.5%,水分0.05%）100 mL，浸泡层析柱2小时后，从层析柱的上方缓慢加入来自生产线上的待处理DMF进行吸附，同时从层析柱下方放出经过纯化的DMF，等到得到DMAc含量在0.05%以下收集合格的DMF，不合格重新进料，循环料约300mL；
经过饱和实验,此层析柱可以处理约2.5L生产线上的待处理DMF。
实施例3
（1）向带有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500mL四口烧瓶中加入150 mL 四氯化碳，加入100g强酸性阳离子树脂（D001型大孔强酸性苯乙烯系），搅拌条件下在0～5℃缓慢加入25g 三光气，加完后升温至60 ℃反应2h，冷却至室温，形成树脂悬浮液（酰氯化的树脂）；
（2）将树脂悬浮液直接装入内径35mm的层析柱中，树脂层高度约40cm，将有机溶剂（四氯化碳）放出以待后用，用500 ml新的四氯化碳洗脱其中的氯化剂（三光气）；
（3）取预先纯化的DMF（纯度99.9%，含杂质DMAc 0.01%，水 0.001%）100mL浸泡层析柱2小时后，随后将来自生产线上的待处理DMF（内含DMAc 0.5%,水分0.05%）2L，缓慢加入层析柱的上方进行吸附，同时从层析柱下方放出经过纯化的DMF，得到DMAc含量在0.05%的DMF2L；
经过饱和实验,此层析柱可以处理约3.5L生产线上的待处理DMF。
实施例4
向带有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500mL四口烧瓶中加入150 mL 实施例1纯化的DMF (DMAc含量0.08%)，在0～5℃条件下缓慢滴加60g SOCl2(二氯亚砜)，滴加完毕后升温至75 ℃反应2h，后减压（真空度50KPa）反应2h；然后冷却至0℃搅拌保温，直至有大量白色固体出现，抽滤得到固体Vilsmeier试剂180g。
实施例5
向带有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500mL四口烧瓶中加入150 mL 实施例2纯化的DMF (DMAc含量0.07%)，在0～5℃条件下缓慢滴加60g SOCl2(二氯亚砜)，滴加完毕后升温至75 ℃反应2h，后减压（真空度50KPa）反应2h；然后冷却至0℃搅拌保温，直至有大量白色固体出现，抽滤得到固体Vilsmeier试剂180g。
实施例6
以下所有涉及的DMF均为生产线上待处理的DMF（含DMAc0.9%、水分0.05%）；
（1）向带装有机械搅拌、冷凝器、温度计的500ｍＬ四口烧瓶中，加入40ｍＬDMF和40ｍＬ１,１,２－三氯乙烷，将其放入低温磁力搅拌水槽中，冷却至０℃以下，缓慢滴加25 ｍＬ氯化亚砜，控制温度在０℃以下，滴毕，在０℃下继续搅拌１ｈ；
（2）向上述溶液中缓慢滴加150 ｍＬ蔗糖-６-乙酸酯的DMF溶液（由0.05 mol蔗糖制得，定容过程也是使用生产线上的DMF），滴加温度控制在０℃以下，滴毕，缓慢升温至65℃（升温过程约１ｈ），保温搅拌１ｈ；再缓慢升温至90℃（升温过程约１ｈ），保温搅拌１ｈ；最后缓慢升温至110℃（升温过程 约1ｈ），保温搅拌２ｈ；
（3）反应结束后，将混合液用冰水浴冷却至20℃以下，加入200ｍＬ乙酸乙酯充分搅拌，再加入5M氢氧化钠溶液至ｐＨ值为８～９，最后用稀盐酸溶液中和至中性，并搅拌30min左右，过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，滤液用乙酸乙酯（100ｍＬ×４）萃取；
（4）合并乙酸乙酯层，旋蒸出大部分乙酸乙酯，再加活性炭脱色，过滤，滤液浓缩，得淡黄色浓缩液约17ｇ；
（5）将浓缩液用乙酸乙酯重结晶，得三氯蔗糖-６-乙酸酯，收率56％。
实施例7
以下所有涉及的DMF均为纯化后的DMF（内含DMAc0.1%以下,水分0.05%）；
其他与实施例6相同，蔗糖-６-乙酸酯的DMF溶液的定容过程也使用纯化后的DMF，三氯蔗糖-６-乙酸酯67%。
实施例8
以下所有涉及的DMF均为纯化后的DMF（含DMAc0.1%以下,水分0.05%）；
（1）向带有机械搅拌、回流冷凝管和温度计的500mL四口烧瓶中加入100 mL DMF，在0～5℃条件下缓慢滴加25mL SOCl2(二氯亚砜)，滴加完毕后升温至75 ℃反应2h，后减压（真空度50KPa）反应2h；然后冷却至0℃搅拌保温，直至有大量白色固体出现，得到Vilsmeier试剂悬浮液；
（2）向Vilsmeier试剂悬浮液中加入40ｍＬ 1,1,2－三氯乙烷，然后缓慢滴加150ｍＬ蔗糖-6-乙酸酯的DMF溶液（由0.05 mol蔗糖制得，定容过程也是使用纯化后的DMF），滴加温度控制在０℃以下，滴毕，缓慢升温至65℃（升温过程约１ｈ），保温搅拌１ｈ；再缓慢升温至90℃（升温过程约１ｈ），保温搅拌１ｈ；最后缓慢升温至110℃（升温过程 约1ｈ），保温搅拌２ｈ；
（3）反应结束后，将混合液用冰水浴冷却至20℃以下，加入200ｍＬ乙酸乙酯充分搅拌，再加入5M氢氧化钠溶液至ｐＨ值为８～９，最后用稀盐酸溶液中和至中性，并搅拌30min左右，过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，滤液用乙酸乙酯（100ｍＬ×４）萃取；
（4）合并乙酸乙酯层，旋蒸出大部分乙酸乙酯，再加活性炭脱色，过滤，滤液浓缩，得淡黄色浓缩液约20ｇ；
（5）将浓缩液用乙酸乙酯重结晶，得三氯蔗糖-6-乙酸酯，收率73％。
本发明中涉及的功能化树脂层析柱去除DMF中DMAc，可以先用先期纯化后的或其他来源的高纯度法DMF浸泡层析柱，然后按照一定速度在层析柱上部加入含有微量DMAc的DMF原料，得到的纯化DMF中DMAc的含量低于0.1%，优选低于0.05%，最优选低于0.01%；也可以直接将含有微量DMAc的DMF原料直接从上部加入，从下面放出纯化后的DMF，如果不合格重新进入层析柱纯化，直到合格后才进行收集合格DMF。

Claims (9)

1.一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将酰氯化树脂装填成层析柱，用有机溶剂洗脱其中的剩余氯化剂；
（2）用纯的溶剂DMF洗脱，得到可以使用的纯化层析柱；
（3）将待处理的原料DMF流经层析柱，吸附其中的DMAc，得到DMAc 含量在0.01%～0.1%纯化的溶剂DMF；
其中酰氯化树脂的制备方法如下：将干燥的阳离子交换树脂悬浮在有机溶剂中，控制阳离子交换树脂与有机溶剂的重量比为1：0.1～100；降温至0℃～20℃，加入氯化剂，控制氯化剂与阳离子交换树脂的重量比为1：0.01～10；随后在40℃～120℃、真空度50KPa～101KPa下反应10min～48h，反应后降温到室温，形成悬浮液，得到酰氯化树脂。
2.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述阳离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂或弱酸型阳离子交换树脂，其中强酸型阳离子交换树脂主要含有强酸性的反应基磺酸基，而弱酸型阳离子交换树脂主要含有弱酸性的反应基羧酸基。
3.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述阳离子交换树脂为球状。
4.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙腈、二氯甲烷、三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷或四氯化碳。
5.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述氯化剂为SOCl2、COCl2、二光气、三光气或草酞氯。
6.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述步骤（2）中纯的溶剂DMF的纯度为99.5～99.9%，含杂质DMAc 0.01%～0.1%，水0.001%-0.1%。
7.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述步骤（2）层析柱的吸附容量为5%～30%。
8.根据权利要求1所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述步骤（3）待处理的原料DMF中含杂质DMAc 0.1～5%、水 0.001%～0.1%。
9.根据权利要求1-8任一项所述一种采用酰氯化树脂吸附去除DMF中微量DMAc的方法，其特征在于：所述步骤（3）层析柱采用NaOH、Na2CO3、KOH、K2CO3或浓度0.1～20%的氨水溶液进行脱附DMAc,树脂经酸化后循环使用。
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聚苯乙烯磺酰氯和聚苯乙烯亚磺酸盐的合成及其应用;黄文强等;《离子交换与吸附》;19901231;第6卷(第3期);第223页第2段 *

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