CN111825549B - 一种羟基乙酸正丁酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学合成技术领域，具体公开一种羟基乙酸正丁酯的合成方法。所述羟基乙酸正丁酯的合成方法具体是以羟基乙酸甲酯和正丁醇为反应原料，在酸性催化剂的作用下，加热至70‑150℃进行反应得到。本发明中羟基乙酸正丁酯可由羟基乙酸甲酯和正丁醇经过一步反应得到，整个反应过程操作简单、反应周期短、反应收率高且催化剂用量少，显著降低了羟基乙酸正丁酯的合成成本，且本发明的羟基乙酸正丁酯的合成方法不会产生尾水或固废，符合绿色环保的生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域，尤其涉及一种羟基乙酸正丁酯的合成方法。
背景技术
羟基乙酸正丁酯因同时具备α-H、羟基、酯基等官能团，使得它同时具有醇、酯的化学性质，能够发生羰化反应、氧化反应、水解反应以及α-H的取代反应等，因此羟基乙酸正丁酯不仅已被广泛用于化工、医药、饲料、农药、染料及香料等诸多领域，也被广泛的用作清洗剂、化妆品、涂料的添加剂等，具有广阔的市场前景。
羟基乙酸正丁酯传统的合成方法均是以羟基乙酸和正丁醇为原料，在酸性催化剂(大量的超强酸)的作用下进行合成。羟基乙酸本身具有的羧基和酯基，所以在酸性条件下自身可以脱水醚化，也可以进行自身的缩聚，副反应多，因此不论使用浓硫酸或是其他超强酸作为催化剂，酯化的收率和纯度均不高。且羟基乙酸正丁酯合成过程中，超强酸催化剂的用量较大达到羟基乙酸和正丁醇总量的2.4左右，正丁醇投料量更大(正丁醇投料量为羟基乙酸摩尔数的3-4倍)。传统的羟基乙酸正丁酯合成方法中，有些还随着离子交换树脂的循环使用产物收率逐渐降低，而清洗活化离子交换树脂的缓冲溶液的排放对环境也造成一定的污染，且产物的收率和纯度也未得到明显提高。同时，目前的羟基乙酸合成的方法均是采用羟基乙腈依次进行酸解、酯化得到羟基乙酸甲酯，再通过羟基乙酸甲酯进行水解并蒸馏出甲醇得到，该水解反应周期长，产物得率和纯度低，水解条件苛刻，产物不易得到，进一步增加了羟基乙酸正丁酯的合成成本。
综上，现有羟基乙酸正丁酯的合成方法存在合成收率低、生产成本高、涉及到的操作复杂、而且在生产过程中不可避免的有尾水或固废的产生。由于环保形势的日益严峻及市场竞争的日益激烈，为了能够在市场上立足，提高羟基乙酸正丁酯的产品质量、降低生产成本并寻求一种绿色环保的合成方法成为重中之重。
发明内容
针对现有羟基乙酸正丁酯的合成方法存在合成收率低、生产成本高、操作复杂、有大量尾水或固废的产生的问题，本发明提供一种羟基乙酸正丁酯的合成方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，具体是以羟基乙酸甲酯和正丁醇为反应原料，在酸性催化剂的作用下，加热至70-150℃反应得到。
相对于现有技术，本发明提供的羟基乙酸正丁酯的合成方法是在酸性催化剂的作用下，通过加热至70-150℃，可以由羟基乙酸甲酯直接与正丁醇反应得到。即羟基乙酸正丁酯可由羟基乙酸甲酯和正丁醇经过一步反应得到，整个反应过程操作简单、反应周期短、选择性高、副反应少、反应收率高且催化剂用量少，显著降低了羟基乙酸正丁酯的合成成本。同时本发明的羟基乙酸正丁酯的合成方法不会产生尾水或固废，符合绿色环保的生产要求，适合推广应用。
优选的，所述羟基乙酸甲酯和所述正丁醇的摩尔比为1:1-2。
优选的，所述酸性催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和钛酸丁酯中的一种。
上述优选的酸性催化剂可以提高羟基乙酸甲酯与正丁醇反应的选择性，确保酯交换反应的顺利进行，避免副产物的产生，并进一步加快羟基乙酸甲酯和正丁醇的反应速率。
优选的，所述酸性催化剂为钛酸丁酯。
以钛酸丁酯作为羟基乙酸甲酯和正丁醇反应的催化剂，可以显著缩短反应的周期，加快反应进程，且在正丁醇足够的情况下，钛酸丁酯可保证99.9％以上的羟基乙酸甲酯发生反应生成羟基乙酸正丁酯。
优选的，所述酸性催化剂的加入量相当于所述羟基乙酸甲酯的质量的0.1-0.5％。
本发明选择羟基乙酸甲酯和正丁醇作为原料，在70-150℃下，加入极少量的催化剂(相当于所述羟基乙酸甲酯的质量的0.1-0.5％)即可实现合成羟基乙酸正丁酯的反应。
优选的，所述反应的温度为110-150℃。
上述优选的反应温度，可以进一步缩短整个反应周期，使羟基乙酸正丁酯的合成过程缩短至3-4h之内。
优选的，在所述反应过程中采出产生的甲醇。
通过采出反应过程生成的甲醇可以进一步加快反应进程，缩短反应周期。
优选的，当所述羟基乙酸甲酯的质量≤反应体系的总质量的3％时停止所述反应过程。
优选的，所述反应结束后，对合成的所述羟基乙酸正丁酯进行精制。
优选的，所述精制的方法为：在低于600Pa的真空条件下进行蒸馏提纯。
上述优选的精制过程可得到高质量的羟基乙酸正丁酯，该精制过程得到的羟基乙酸正丁酯的纯度可稳定在99.7％以上。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，将羟基乙酸生产过程中得到的中间物料羟基乙酸甲酯的甲醇水溶液(羟基乙酸甲酯的含量43.749wt％)1213.04g进行真空加热，采出甲醇和水的混合物，留下羟基乙酸甲酯450g。向羟基乙酸甲酯中加入740g正丁醇和0.9g浓硫酸，将反应体系加热至70℃，在反应过程中不断的采出产生的甲醇并对采出的正丁醇进行回流，同时监测反应体系中羟基乙酸甲酯的含量，当羟基乙酸甲酯的质量仅为反应体系总质量的0.055％时，停止加热反应，整个反应周期为5.2h。
取样检测反应产物中羟基乙酸正丁酯的质量为657.36g，即羟基乙酸甲酯的转化率达到99.60％。
将反应产物在600Pa的真空条件下进行精馏得到羟基乙酸正丁酯的成品658.41g，羟基乙酸正丁酯的成品的纯度达到99.79％，总收率达到99.55％。
实施例2
一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，向450g的羟基乙酸甲酯中加入400g正丁醇和0.5g钛酸丁酯，将反应体系加热至110℃，在反应过程中不断的采出产生的甲醇并对采出的正丁醇进行回流，同时监测反应体系中羟基乙酸甲酯的含量，当羟基乙酸甲酯的质量仅为反应体系总质量的0.038％时，停止加热反应，整个反应周期为4.5h。
取样检测反应产物中羟基乙酸正丁酯的质量为658.13g，即羟基乙酸甲酯的转化率达到99.72％。
将反应产物在600Pa的真空条件下进行精馏得到羟基乙酸正丁酯的成品658.22g，羟基乙酸正丁酯的成品的纯度达到99.90％，收率达到99.63％。
实施例3
一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，向450g的羟基乙酸甲酯中加入440g正丁醇和2g对甲苯磺酸，将反应体系加热至150℃，在反应过程中不断的采出产生的甲醇并对采出的正丁醇进行回流，同时监测反应体系中羟基乙酸甲酯的含量，当羟基乙酸甲酯的质量仅为反应体系总质量的0.043％时，停止加热反应，整个反应周期为3.8h。
取样检测反应产物中羟基乙酸正丁酯的质量为657.74g，即羟基乙酸甲酯的转化率达到99.66％。
将反应产物在500Pa的真空条件下进行精馏得到羟基乙酸正丁酯的成品658.15g，羟基乙酸正丁酯的成品的纯度达到99.87％，收率达到99.59％。
实施例4
一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，向450g的羟基乙酸甲酯中加入740g正丁醇和1.5g钛酸丁酯，将反应体系加热至140℃，在反应过程中不断的采出产生的甲醇并对采出的正丁醇进行回流，同时监测反应体系中羟基乙酸甲酯的含量，当羟基乙酸甲酯的质量仅为反应体系总质量的0.045％时，停止加热反应，整个反应周期为4.5h。
取样检测反应产物中羟基乙酸正丁酯的质量为659.47g，即羟基乙酸甲酯的转化率达到99.92％。
将反应产物在500Pa的真空条件下进行精馏得到羟基乙酸正丁酯的成品658.55g，羟基乙酸正丁酯的成品的纯度达到99.93％，总收率达到99.71％。
对比例1
用等摩尔量的羟基乙酸代替实施例4中的羟基乙酸甲酯，其它反应原料和条件与实施例4中的相同。当羟基乙酸的质量为反应体系总质量的4.980％时不再减少，停止加热反应，整个反应周期为21.0h。
取样检测反应产物中羟基乙酸正丁酯的质量为551.36g，即羟基乙酸甲酯的转化率达到83.54％。
将反应产物在500Pa的真空条件下进行精馏得到羟基乙酸正丁酯的成品635.37g，羟基乙酸正丁酯的成品的纯度达到85.49％，总收率达到82.30％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：以羟基乙酸甲酯和正丁醇为反应原料，在酸性催化剂的作用下在70-150℃反应得到；
所述酸性催化剂的加入量相当于所述羟基乙酸甲酯的质量的0.1-0.5％；
精制的方法为：在低于600Pa的真空条件下进行蒸馏提纯。
2.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：所述羟基乙酸甲酯和所述正丁醇的摩尔比为1:1-2。
3.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：所述酸性催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和钛酸丁酯中的至少一种。
4.如权利要求3所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：所述酸性催化剂为钛酸丁酯。
5.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：所述反应的温度为110-150℃。
6.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：在所述反应过程中采出产生的甲醇。
7.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：当所述羟基乙酸甲酯的质量≤反应体系的总质量的3％时停止所述反应过程。
8.如权利要求1所述的羟基乙酸正丁酯的合成方法，其特征在于：所述反应结束后，对合成的所述羟基乙酸正丁酯进行精制。
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