CN1332924C

CN1332924C - 一种有机酸酯化方法

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Publication number: CN1332924C
Application number: CNB2005100495880A
Authority: CN
Inventors: 史鸿鑫; 项菊萍; 朱建萍
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: CN1687001A

Abstract

本发明涉及一种有机酸酯化方法，以有机酸、醇为原料，包括：以无机酸为催化剂，有机酸和醇在氟溶剂中于20～250℃反应，后处理得有机酯；所述的氟溶剂为C₁～C₁₅的全氟烷烃或全氟烯烃或全氟芳烃或其任意形式的混合物。本发明不需带水剂，反应过程中不需蒸出产物或水，有机酸和醇官能团之比接近或等于1；转化率高；分离和溶剂回收十分简便，回收的溶剂可以不经提纯直接套用。操作简单，资源利用率高，三废少。

Description

一种有机酸酯化方法

(一)技术领域

本发明涉及一种有机酸酯化方法。

(二)背景技术

有机酯是化学工业和制药的重要产品或中间体。在有机合成中，酯化反应是最常见和应用最广的反应之一。从天然产物的制备到大宗化学品的大规模生产，许多酯化反应的方法已被成功地应用。羧酸酯的最重要的制备方法是游离酸和醇的直接酯化反应。

因为羰基活性低，羧酸和醇的反应通常极慢，添加无机酸如硫酸、无水氯化氢和对甲基苯磺酸等可以极大地加快酯化反应。酯化反应是一个可逆反应，羧酸和醇作用生成酯和水；而酯和水作用又可以得到醇和酸。当等物质的量的羧酸和醇参与酯化反应时，只能得到理论产量的三分之二的酯。根据质量作用定律，要使平衡向生成物酯的方向移动，必须使反应物之一如羧酸过量。但当羧酸比醇价高时，采用醇过量。只有当反应物过量许多时如过量5～10倍(实用有机化学手册，李述文、范如霖编译，上海科学出版社，1981年第一版，第327页)，化学平衡才会充分向酯移动。这样反应结束后需回收过量反应物，造成部分物料损失和能源消耗。另一种方法是把反应中生成的酯或水蒸出，不断破坏平衡，使平衡向产物方向移动。最简单的方法是用作为催化剂的酸(硫酸或盐酸)去结合反应生成的水，但酸的用量将会很大。反应后含酸废水必须用碱中和，造成资源的浪费，生产成本上升。常优先采用的是共沸蒸馏脱水法，它特别适用于活泼化合物的酯化，因为在这种情况下，只要用少量的酸催化剂。一般选择反应混合物中沸点最低的那个组分的沸点来选择脱水剂。制备乙酯和丙酯时常用苯、氯仿或四氯化碳，此时存在脱水剂的毒性问题，并且苯作脱水剂时，水和同时蒸出的醇的比例不理想。蒸出酯的方法却常常受到酯的沸点较高的限制。酯化反应常常在有机溶剂中进行，苯和甲苯较多被用作酯化反应的溶剂。反应后有机溶剂和产物的分离不可避免溶剂的损失。

酯化反应的绿色化是人们努力的方向。J.Fraga-Dubreuil等人报道了1-己基-3-甲基咪唑的硫酸氢盐离子液体中进行酯化反应(Catal.Commun.，2002，3，185)，反应产物酯不溶于离子液体而被方便地分离，而生成物水溶于离子液体，脱离反应体系使反应平衡右移，收率和选择性都较高，离子液体是酯化反应的一种绿色溶剂。可是这种离子液体的制备比较繁琐，在制备和回收套用中都要用到挥发性有机溶剂，而且对于大多数反应物而言，其转化率都低于60％。Lynnette A.等人采用超临界CO₂作为酯化反应的溶剂，对乙酸和乙醇的酯化反应(Green Chemistry，2001，3，17-19)。由于产物乙酸乙酯能溶解于超临界CO₂，使可逆反应的平衡位置向生成酯的方向移动，与传统有机溶剂相比，该酯化反应的平衡转化率从63％提高到72％。但是超临界CO₂作溶剂，反应压力高达5.9MPa，对设备和操作控制的要求高，其应用范围受到限制。

(三)发明内容

本发明目的在于提供一种反应条件简单、成本低、收率高的有机酸酯化方法。

所述的有机酸酯化方法，以有机酸、醇为原料，包括：以无机酸为催化剂，有机酸和醇在氟溶剂中于20～250℃反应，后处理得有机酯；所述的氟溶剂为C₁～C₁₅的全氟烷烃或C₆～C₁₂的全氟烯烃或C₆～C₁₂的全氟芳烃或其任意形式的混合物，优选为C₆～C₁₂的全氟烷烃或全氟烯烃或全氟芳烃，如全氟壬烯、全氟甲苯、全氟环己烷等，更优选全氟壬烯。

所述的有机酸特别为1～2元的C₁～C₂₀脂肪酸或C₇～C₂₀芳香酸，优选为乙酸或苯甲酸。所述的醇特别为1～3元的C₁～C₂₀脂肪醇或C₆～C₂₀酚，优选为乙醇、正丙醇或正丁醇。

所述的无机酸优选为下列之一：硫酸、盐酸、对甲基苯磺酸等，优选为浓硫酸。

所述的反应温度优选为20～120℃，搅拌反应1～20小时为佳。

反应体系中，所述的有机酸与醇官能团之比可以为1∶0.8～1.2，最佳为1∶1；氟溶剂与反应物(有机酸+醇)的质量比为0.1～10∶1，优选为2～4∶1；无机酸用量占反应物(有机酸+醇)质量的1％～20％；

所述产物有机酯为液体时，后处理步骤可以为：将反应液分去水相，静置分层，下层氟溶剂层回复使用，上层有机层以碳酸钠溶液洗涤至中性，再以饱和食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥后过滤即得产物有机酯；后处理时以10％碳酸钠溶液为佳。

所述产物有机酯为固体时，后处理步骤可以为：将反应液静置，分出水层和氟溶剂层，剩下的固体重结晶提纯得产物有机酯。

本发明与现有技术相比，不需带水剂，反应过程中不需蒸出产物或水，有机酸和醇官能团之比接近或等于1；转化率高；分离和溶剂回收十分简便，回收的溶剂可以不经提纯直接套用。操作简单，资源利用率高，三废少。

(四)具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

将7.5克乙酸，5.8克无水乙醇，33.0克全氟壬烯依次加入100毫升的四口烧瓶中(配有回流装置和机械搅拌器)，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加1.3毫升浓硫酸，10分钟内滴加完毕，升温至72℃，开始回流，在此条件下继续反应1.5个小时。静置片刻，分出水相后，冷却至室温，分去下层氟溶剂层，上层有机溶液先用10％碳酸钠洗涤，以控制pH值为7，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，将上述处理的有机溶液用无水硫酸钠干燥，过滤，乙酸乙酯含量99.3％。反应转化率100％。

实施例2

将60.0克乙酸，60克正丙醇，330.0克全氟壬烯依次加入1000毫升的四口烧瓶中(配有回流装置和机械搅拌器)，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加10.0毫升浓硫酸，1小时内滴加完毕，升温至72℃，开始回流，在此条件下继续反应1.5个小时。静置片刻，分出水相后，冷却至室温，分去下层氟溶剂层，上层有机溶液先用10％碳酸钠洗涤，以控制pH值为7，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，将上述处理的有机溶液用无水硫酸钠干燥，过滤，乙酸正丙酯含量97.9％，反应转化率97％。

实施例3

醇改用正丁醇74.0克，其它反应和后处理同实施例2。

得乙酸正丁酯含量98.9％。反应转化率95％。

实施例4

在250毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入8.0克苯甲酸，3.0克无水乙醇，30.0克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加1.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至10℃，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，苯甲酸乙酯含量98.8％。反应转化率100％。

实施例5

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入40.0克苯甲酸，20.0克正丙醇，150.0克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加3.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至10℃，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，得苯甲酸正丙酯含量98.3％，反应转化率98.0％。

实施例6

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入40.0克苯甲酸，31.0克苯酚，150.0克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加3.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至室温，过滤，滤液分层回收氟溶剂。固体作结晶提纯处理，得苯甲酸苯酯含量99.7％，反应转化率98.0％。

实施例7

将10.0克十八酸，1.6克无水乙醇，30.0克全氟壬烯依次加入100毫升的四口烧瓶中(配有回流装置和机械搅拌器)，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加1.0毫升浓硫酸，10分钟内滴加完毕，升温至70℃，在此条件下反应2.5个小时。静置片刻，冷却至室温，分出水层和氟溶剂层，剩下的固体重结晶提纯，十八酸乙酯含量99.8％。反应转化率99.1％。

实施例8

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入75.0克癸二酸，34.1克乙醇，150.0克全氟环己烷，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加3.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至室温，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，得癸二酸二乙酯含量98.6％，反应转化率99.5％。

实施例9

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入32.0克乙二酸，42.6克正丙醇，110.0克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加2.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至10℃，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，得乙二酸二丙酯含量98.9％，反应转化率99.2％。

实施例10

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入100.0克邻苯二甲酸，55.4克乙醇，150.0克全氟甲苯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加10.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至10℃，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，得邻苯二甲酸二乙酯含量98.6％，反应转化率98.9％。

实施例11

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入32.0克乙二酸，31.0克1，4-丁二醇，110.0克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加2.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置并分出水相后，冷却至10℃，回收氟溶剂，剩下的有机溶液以10％碳酸钠水溶液洗涤至中性，再用等体积饱和食盐水洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，得乙二酸丁二酯含量98.1％，反应转化率99.2％。

实施例12

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入46.4克硬脂酸，5.0克甘油，150克全氟壬烯，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加3.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应4个小时。静置片刻，冷却至室温，分出水层和氟溶剂层，剩下的固体重结晶提纯，得三硬脂酸甘油酯含量99.2％，硬脂酸转化率96％。

实施例13

在500毫升配有回流装置和机械搅拌器的四口烧瓶中加入100.0克二十烷酸，10.2克甲醇，150克全氟环己烷，搅拌并加热，在剧烈搅拌下，滴加3.0毫升浓硫酸，15分钟内滴加完毕，升温回流，在此条件下继续反应3个小时。静置片刻，冷却至室温，分出水层和氟溶剂层，剩下的固体重结晶提纯，得二十烷甲酯含量99.6％，二十烷酸转化率98％。

Claims

1、一种有机酸酯化方法，以有机酸、醇为原料，其特征在于包括：以无机酸为催化剂，有机酸和醇在氟溶剂中于20～250℃反应，后处理得有机酯；所述的氟溶剂为C₁～C₁₅的全氟烷烃或C₆～C₁₂的全氟烯烃或C₆～C₁₂的全氟芳烃或其任意形式的混合物。

2、如权利要求1所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的有机酸为1～2元的C₁～C₂₀脂肪酸或C₇～C₂₀芳香酸，所述的醇为1～3元的C₁～C₂₀脂肪醇或C₆～C₂₀酚。

3、如权利要求2所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的有机酸为乙酸或苯甲酸，所述的醇为乙醇、正丙醇或正丁醇。

4、如权利要求1所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的无机酸为下列之一：硫酸、盐酸、对甲基苯磺酸。

5、如权利要求4所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的无机酸为浓硫酸。

6、如权利要求1所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的氟溶剂为C₆～C₁₂的全氟烷烃或全氟烯烃或全氟芳烃或其任意的混合物。

7、如权利要求6所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的氟溶剂为全氟壬烯。

8、如权利要求1～7之一所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的有机酸与醇官能团之比为1∶0.8～1.2，氟溶剂与反应物的质量比为0.1～10∶1，无机酸与反应物的质量比为1％～20％；所述的反应温度为20～120℃。

9、如权利要求8所述的有机酸酯化方法，其特征在于所述的有机酸与醇的官能团摩尔比分别为1∶1，氟溶剂与反应物的质量比为2～4∶1。

10、如权利要求8所述的有机酸酯化方法，其特征在于：所述产物有机酯为液体时，后处理步骤为：将反应液分去水相，静置分层，下层氟溶剂层回复使用，上层有机层以碳酸钠溶液洗涤至中性，再以饱和食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥后过滤即得产物有机酯；所述产物有机酯为固体时，后处理步骤为：将反应液静置，分出水层和氟溶剂层，剩下的固体重结晶提纯得产物有机酯。