制备3‑羟基丙酸甲酯的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备3‑羟基丙酸甲酯的方法，主要解决现有技术中催化剂制备复杂，反应温度相对较高，能耗大的问题。本发明专利技术通过采用制备3‑羟基丙酸甲酯的方法，包括以下步骤：a)离子液体与三氯化铁在溶剂中反应，得到催化剂；b)上述催化剂存在下，环氧乙烷、一氧化碳和甲醇反应得到3‑羟基丙酸甲酯；其中，所述离子液体为如下结构，所述X选自卤素，R1和R2独立选自烷基、烯基、环基、芳基或取代芳基中的一种的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于3‑羟基丙酸甲酯的工业生产中。

Preparation method of 3 hydroxy methyl propionate

The invention relates to a method for preparing 3 hydroxy methyl propionate, which mainly solves the existing technology in catalyst preparation is complex, relatively high reaction temperature, high energy consumption problem. 3 methods of preparing hydroxy methyl propionate by adopting a system, which comprises the following steps: a) ionic liquid and ferric chloride in solvent reaction, catalyst; b) the presence of the catalyst, ethylene oxide, carbon monoxide and methanol are 3 hydroxy propionic acid methyl ester; wherein, the ionic liquid as the following structure, the the X R1 and R2 are selected from halogen, alkyl, alkenyl, independently selected from the group consisting of a heterocyclic group, an aryl group or a substituted aryl in a technical solution, solves the technical problems that can be used for 3 hydroxy methyl propionate in industrial production.

【技术实现步骤摘要】
制备3-羟基丙酸甲酯的方法
本专利技术涉及一种制备3-羟基丙酸甲酯的方法，具体来说，涉及一种以环氧乙烷和合成气为原料制备3-羟基丙酸甲酯的方法。
技术介绍
1,3-丙二醇是一种重要的有机精细化学品，可用作生产防冻剂、增塑剂、防腐剂和乳化剂的原料，也广泛应用于食品、化妆品和制药等行业，其最重要的应用是作为单体合成聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)聚酯纤维，与常用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维相比，PTT纤维既具有耐光性、吸水少、稳定性好等优良性能，同时又具有回弹性好，易生物降解和对环境污染小等优点，具有广泛的应用前景，是目前研究和开发的焦点。3-羟基丙酸甲酯是合成1,3-丙二醇的重要中间体，其在适宜的条件下氢化即可得到1,3-丙二醇。3-羟基丙酸甲酯可由环氧乙烷氢甲酯化反应制备，其合成反应表示如下：专利US4973741公开了使用贵金属铑催化剂和三苯基膦配体，环氧乙烷氢甲酯基化合成3-羟基丙酸甲酯，但是反应需要14MPa的高压，而且环氧乙烷转化率和目标产物的选择性较低。专利US6191321公开了使用Co2(CO)8/1,10-邻菲啰啉的催化剂体系，甲基叔丁基醚为溶剂，在90℃，7.8MPa的条件下反应18小时，环氧乙烷转化率仅为11％，目标产物3-羟基丙酸甲酯的选择性为74％。专利US6521801公开了以钴盐为催化剂，含氮杂环化合物为配体，在一氧化碳压力为6MPa，反应温度为75℃的反应条件下，环氧乙烷转化率为94％，目标产物3-羟基丙酸甲酯的选择性为78％。专利CN101020635A公开了以钴盐为催化剂，吡啶、喹啉及其各自衍生物为配体，碱或碱土金属盐为促进剂，压力为3.0～7.0MPa，反应温度为50～100℃，反应时间3～5小时，目标产物3-羟基丙酸甲酯的选择性80％。综上所述，现有技术使用的钴盐催化剂往往是羰基钴，羰基钴的制备需要在高温高压(200℃、14MPa)苛刻条件下进行(催化学报,2012,33(9):1435-1447)，而且存在催化剂毒性大，对空气敏感，储存不便的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中存在的催化剂制备复杂，反应温度相对较高，能耗大的问题；提供一种新的制备3-羟基丙酸甲酯的方法，该方法具有催化剂制备简便、性质稳定、成本低廉和反应温和的优点。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：制备3-羟基丙酸甲酯的方法，包括以下步骤：a)离子液体与三氯化铁在溶剂中反应，得到催化剂；b)上述催化剂存在下，环氧乙烷、一氧化碳和甲醇反应得到3-羟基丙酸甲酯；其中，所述离子液体为如下结构：所述X选自卤素，R1和R2独立选自烷基、烯基、环基、芳基或取代芳基中的一种。上述技术方案中，优选地，所述溶剂为丙酮或四氢呋喃。上述技术方案中，优选地，所述X选自氯、溴或碘。上述技术方案中，优选地，所述R1和R2独立选自甲基、乙基、叔丁基、烯丙基、苯基、2,4,6-三甲基苯基、2,6-二异丙基苯基或苄基。上述技术方案中，优选地，所述离子液体与三氯化铁摩尔比为1～4。上述技术方案中，优选地，所述环氧乙烷与催化剂摩尔比为5～35。上述技术方案中，更优选地，所述环氧乙烷与催化剂摩尔比为10～25。上述技术方案中，优选地，所述甲醇与环氧乙烷摩尔比为20～90。上述技术方案中，优选地，所述氢甲酯化反应的反应条件为：反应压力3～8MPa，反应温度45～100℃，反应时间3～8小时。本专利技术可具体按如下步骤进行：i离子液体与三氯化铁在丙酮或四氢呋喃中反应，减压除去溶剂，得到含铁的离子液体催化剂，将该催化剂转移至反应釜内；ii用氮气吹扫反应釜多次，依次加入脱气的无水甲醇、环氧乙烷和CO进行反应；iii反应结束，釜体经充分冷却，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜多次；iv取样分析。本专利技术合成了含过渡金属铁的离子液体催化剂，我们惊奇地发现，这一类催化剂不仅价格低廉、容易得到，而且在温和的条件下具有很高的活性，有利于提高环氧乙烷的转化率和目标产物的选择性，取得了较好的技术效果，可用于3-羟基丙酸酯的工业生产中。采用本专利技术的技术方案，环氧乙烷的转化率达到88％，3-羟基丙酸甲酯的选择性达到98％。下面通过实施例对本专利技术给予进一步的说明，但不限制本专利技术的内容。具体实施方式【实施例1】在100mL反应管中加入5mmol离子液体A，5mmol三氯化铁，40mL丙酮，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂丙酮，真空干燥后得到催化剂A。将1mmol催化剂A加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入10mmol环氧乙烷、30mL甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为5.0MPa，在60℃下反应3小时。反应结束，釜体经充分冷却至0℃，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜三次，取样分析。实验结果见表1。【实施例2】在100mL反应管中加入5mmol离子液体B，5mmol三氯化铁，40mL四氢呋喃，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂四氢呋喃，真空干燥后得到催化剂B。将1mmol催化剂B加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入20mmol环氧乙烷、30mL甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为8.0MPa，在45℃下反应8小时。反应结束，釜体经充分冷却至0℃，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜三次，取样分析。实验结果见表1。【实施例3】在100mL反应管中加入5mmol离子液体C，5mmol三氯化铁，40mL丙酮，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂丙酮，真空干燥后得到催化剂C。将1mmol催化剂C加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入30mmol环氧乙烷、30mL的甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为3.0MPa，在100℃下反应6小时。反应结束，釜体经充分冷却至0℃，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜三次，取样分析。实验结果见表1。【实施例4】在100mL反应管中加入5mmol离子液体D，5mmol三氯化铁，40mL四氢呋喃，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂四氢呋喃，真空干燥后得到催化剂D。将1mmol催化剂D加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入20mmol环氧乙烷、30mL甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为6.0MPa，在75℃下反应5小时。反应结束，釜体经充分冷却至0℃，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜三次，取样分析。实验结果见表1。【实施例5】在100mL反应管中加入5mmol离子液体E，5mmol三氯化铁，40mL丙酮，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂丙酮，真空干燥后得到催化剂E。将1mmol催化剂E加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入20mmol环氧乙烷、30mL甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为6.0MPa，在75℃下反应5小时。反应结束，釜体经充分冷却至0℃，缓慢泄压至常压，用氮气吹扫反应釜三次，取样分析。实验结果见表1。【实施例6】在100mL反应管中加入5mmol离子液体F，5mmol三氯化铁，40mL丙酮，室温下反应12小时。反应完毕，减压下除去溶剂丙酮，真空干燥后得到催化剂F。将1mmol催化剂F加至100mL反应釜中，用氮气吹扫反应釜三次，加入20mmol环氧乙烷、30mL甲醇，通入一氧化碳，使体系压力为6.0MPa，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备3‑羟基丙酸甲酯的方法，包括以下步骤：a)离子液体与三氯化铁在溶剂中反应，得到催化剂；b)上述催化剂存在下，环氧乙烷、一氧化碳和甲醇反应得到3‑羟基丙酸甲酯；其中，所述离子液体为如下结构：

【技术特征摘要】
1.一种制备3-羟基丙酸甲酯的方法，包括以下步骤：a)离子液体与三氯化铁在溶剂中反应，得到催化剂；b)上述催化剂存在下，环氧乙烷、一氧化碳和甲醇反应得到3-羟基丙酸甲酯；其中，所述离子液体为如下结构：所述X选自卤素，R1和R2独立选自烷基、烯基、环基、芳基或取代芳基中的一种。2.根据权利要求1所述制备3-羟基丙酸甲酯的方法，其特征在于所述溶剂为丙酮或四氢呋喃。3.根据权利要求1所述制备3-羟基丙酸甲酯的方法，其特征在于所述X选自氯、溴或碘。4.根据权利要求1所述制备3-羟基丙酸甲酯的方法，其特征在于所述R1和R2独立选自甲基、乙基、叔丁基、烯丙基、苯基、2,4,6-三甲基苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，李晓明，吕建刚，金照生，黄祖娟，赵帅，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11