CN1900047A - 一种酯交换反应制备碳酸甲乙酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种酯交换反应制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是以碳酸二甲酯和乙醇为原料,在二元非均相固体碱催化剂存在下进行酯交换制备碳酸甲乙酯,原料碳酸二甲酯和乙醇的用量摩尔比为:1∶1~4∶1,在常压下反应,反应温度为50~110℃,反应时间1~8小时,催化剂用量为乙醇重量的5~25%,固体碱催化剂通过浸渍法或溶胶凝胶法制备,容易与反应产物分离,并可回收重复使用,酯交换反应在反应-精馏装置中进行,碳酸甲乙酯的产率可达90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及以碳酸二甲酯和乙醇为原料、固体碱为催化剂酯交换反应制备碳酸甲乙酯的工艺方法。
背景技术
碳酸甲乙酯是一种不对称的碳酸酯,在有机合成、医药、农药、溶剂、添加剂等方面有着广泛用途。由于碳酸甲乙酯粘度小,介电常数大,对锂盐的溶解性强,用于锂离子电池的有机电解液中,可提高电池的能量密度、放电容量和低温使用性能。
碳酸甲乙酯的合成方法主要有光气法、氧化羰化法和酯交换法。光气法涉及有毒有害物质,对环境和操作人员造成巨大危险,该方法已逐渐被淘汰。氧化羰化法的反应产物为多种碳酸酯和甲、乙醇的混合物,形成的共沸体系给分离带来困难,且碳酸甲乙酯的产率很小,约为2-15%(CN03119028)。酯交换法有碳酸二甲酯和乙醇、碳酸二乙酯和甲醇以及碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料的三条工艺路线,是目前制备碳酸甲乙酯的最现实的方法。
酯交换反应制备碳酸甲乙酯采用的催化剂多为碱性物质。US3803201、CN1320594A和JP616660采用碱金属的氢氧化物或其碳酸盐的水溶液为催化剂,产物收率高、反应速度快。但反应过程中催化剂溶解性差,易沉淀结垢、堵塞管道。US4691041采用季胺型强碱树脂、CN02136322采用氧化铝附载金属氧化物的非均相催化剂,虽然不存在催化剂分离困难的问题,但普遍活性不如均相催化剂。CN03135834提出以甲醇钠和醇胺类化合物形成的复合物为催化剂,该复合物在反应液中有良好溶解性,能使反应在均相体系中进行。其优点是反应结束后,将未反应的原料和产物蒸出,反应釜中留下的催化剂仍可使用;不足的是碳酸甲乙酯收率小于50%,且蒸发过程能耗较大。
发明内容
本发明目的是提供一种产物收率高、反应速度快、能耗较小的碳酸甲乙酯制备的方法。
本发明提供酯交换反应制备碳酸甲乙酯的方法,以碳酸二甲酯和乙醇为原料,在二元复合固体碱催化剂存在下进行酯交换制备碳酸甲乙酯。反应压力为常压,反应温度一般为50-110℃,反应时间1-8h,碳酸二甲酯与乙醇的进料比(mol)一般为1∶1-4∶1,催化剂用量一般为乙醇量(wt)的5-25%。
本发明使用的固体碱催化剂为:载体上负载有活性组分和辅助组分的二元复合固相催化剂。选用载体为氧化铝、活性炭、分子筛和硅胶等多孔材料;活性组分为碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物,如Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、La2O3、Ce2O3、ZrO2等;辅助组分为过渡金属氧化物和IB、IIB族金属氧化物,如Fe2O3、Co2O3、Ni2O3、CuO、ZnO等。
催化剂分别用浸渍法或溶胶凝胶法制备。浸渍法是根据主、辅活性组分所需金属氧化物的含量,称取其相应量的前体溶于去离子水或合适的溶剂,将60-120目的载体浸泡其中1-2天,80℃下烘干,300-800℃下灼烧4-8h。溶胶凝胶法是将与主、辅活性组分和载体相应的金属硝酸盐按相应的比例混合,溶于一定量的去离子水中,搅拌使其充分溶解,然后缓慢滴加0.5%-2%的氨水,至一定的pH值,陈化1-3天,过滤、洗涤至pH值为7,滤饼70-100℃干燥6-10h,300-800℃下灼烧,过滤、洗涤至pH值为7,滤饼70-100℃干燥6-10h,300-800℃下灼烧4-8h。经分析,按上述方法制备的催化剂,活性组分含量(wt)为1-15%,辅助组分含量为1-10%
酯交换反应在反应-精馏装置中进行,当精馏柱顶部温度高于乙醇沸点时,反应结束。催化剂容易与反应产物分离,只需经简单过滤,即可回收重复使用;滤液中只含有产物碳酸甲乙酯和过量的原料碳酸二甲酯,可方便地进行后续分离。碳酸甲乙酯的产率可达90%以上。
具体实施方式
实施例1:浸渍法制备在二元复合固体碱催化剂
取碳酸钾3克,硝酸锌2克,溶于100ml去离子水中,待溶解后加入80-100目的氧化铝粉20克,搅拌、静止,重复数次,12小时后将悬浊液置于烘箱,70℃下烘干。然后转移至马弗炉、500℃下焙烧5小时。得K2O含量5.9%,ZnO含量3.1%的固体碱催化剂21.5克。
实施例2:溶胶凝胶法制备在二元复合固体碱催化剂
取硝酸钙4.2克,硝酸铜1.1克,硝酸铝47克,溶于200ml去离子水中,然后滴加0.5%得氨水,至pH值为8,有白色絮状沉淀生成,搅拌30分钟,在室温下老化16小时。过滤、洗涤并干燥,转移至马弗炉、500℃下焙烧5小时。得CaO含量6.2%,CuO含量2.1%的固体碱催化剂21.8克。
实施例3:
在装有精馏柱的三颈烧瓶中,加入碳酸二甲酯90克,乙醇14克,例1中制备的催化剂3.5克,置于恒温浴,加热至80℃,常压下反应8小时。经色谱分析,反应液含碳酸二甲酯40.8克,碳酸甲乙酯29.8克。碳酸甲乙酯收率94.3%。
实施例4:
实验装置和反应物的量同例3。加入例2中制备的催化剂3.5克,置于恒温浴,加热至80℃,常压下反应8小时。经色谱分析,反应液含碳酸二甲酯44.8克,碳酸甲乙酯27.3克。碳酸甲乙酯收率86.5%。
实施例5-8:
在例5-8中,将实施例3中的催化剂,反应结束后回收,连续使用四次,除反应时间外,其余条件同实施例3。反应结果见表1。
表1 催化剂回收使用结果
序号 | 例5 | 例6 | 例7 | 例8 |
反应时间,h碳酸甲乙酯收率,% | 893.2 | 8.589.5 | 9.586.2 | 1135.4 |
Claims (6)
1、一种酯交换反应制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是以碳酸二甲酯和乙醇为原料,在二元复合固体碱催化剂存在下进行酯交换制备碳酸甲乙酯,原料碳酸二甲酯和乙醇的用量摩尔比为:1∶1~4∶1,在常压下反应,反应温度为50~110℃,反应时间1~8小时,催化剂用量为乙醇重量的5~25%。
2、根据权利要求1所述制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是所述二元固体碱催化剂的载体为:氧化铝、活性炭、分子筛、硅胶多孔材料的一种;活性组分为:碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物的一种;辅助组分为:过渡金属氧化物或IB、IIB族金属氧化物,重量含量为:活性组分1~15%,辅助组分含量为1~10%。
3、根据权利要求2所述制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是所述活性组分为:Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、La2O2、Ce2O2、ZrO2的一种。
4、根据权利要求2所述制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是所述辅助组分为:Fe2O3、Co2O3、Ni2O3、CuO、ZnO的一种。
5、根据权利要求1或2所述制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是所述二元固体碱催化剂采用浸渍法制备:将主、辅活性组分所需金属氧化物的含量,称取其相应量的前体溶于去离子水或合适的溶剂,将60~120目的载体浸泡其中1~2天,80℃下烘干,300~800℃下灼烧4~8h。
6、根据权利要求1或2所述制备碳酸甲乙酯的方法,其特征是所述二元固体碱催化剂采用溶胶凝胶法制备:将与主、辅活性组分和载体相应的金属硝酸盐按相应的比例混合,溶于一定量的去离子水中,搅拌使其充分溶解,然后缓慢滴加0.5~2%的氨水,至一定的pH值,陈化1~3天,过滤、洗涤至pH值为7,滤饼70~100℃干燥6-10h,300~800℃下灼烧,过滤、洗涤至pH值为7,滤饼70~100℃干燥6~10h,300~800℃下灼烧4~8h。
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