一种羟基酸烷基酯的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种绿色溶剂羟基酸烷基酯的制备方法，包括如下步骤:（1）在常压或微正压及催化剂存在下将烷基醇与羟基酸甲酯或乙酯混合，在50至200℃温度下反应，所述烷基醇和羟基酸甲酯或羟基酸乙酯的摩尔比大于1；（2）在135至170℃温度下，第一次分馏出生成物甲醇或乙醇，分馏柱顶温度为甲醇或乙醇的沸点温度；（3）第二次常压或减压蒸馏出多余的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯，蒸馏温度控制在烷基醇和羟基酸甲酯或乙酯的沸点温度；以及（4）收集剩余产物羟基酸烷基酯。本发明专利技术方法产率高，不产生任何三废，生产成本低，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种羟基酸烷基酯的制备方法及其应用
本专利技术涉及化学化工
，尤其涉及一种羟基酸烷基酯的制备方法、产物及其应用。
技术介绍
在全球越来越重视环保的前提下，绿色有机溶剂也越来越引起人们的注意。作为制药，化妆品，洗涤剂，涂料，食品和香料生产中的常用溶剂，羟基酸甲酯或乙酯是由羟基酸和乙醇形成的一元酯，该化合物被认为是可生物降解的，可用水冲洗干净的脱脂剂。例如：乳酸乙酯在各种食物中天然存在，包括葡萄酒，鸡肉和各种水果。稀释时乳酸乙酯的气味温和，黄油，奶油，带有一丝水果和椰子味。羟基酸甲酯或乙酯也用作硝酸纤维素，醋酸纤维素和纤维素醚的溶剂。在有酸或碱的存在时羟基酸甲酯或乙酯在水中水解成水、二氧化碳和醇。然而，羟基酸甲酯或乙酯的沸点只有140～160℃，挥发性大，不安全。如能将羟基酸甲酯或乙酯中的甲基或乙基置换丙基，丁基，异丙基，乙二醇基等成分子量更大的基团，则沸点就可以提高，挥发性降低，从而在使用中更安全。使用温度也可以提高。但目前的现有技术显示，例如KR101085960B1，将羟基酸甲酯或乙酯中的乙基置换成其他基团可用酯交换的化学反应涉及后处理去除溶剂，纯化等工序，成本大，不环保。因此，急需一种低成本、环保，不涉及去除溶剂的绿色溶剂，即羟基酸烷基酯的制备方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种羟基酸烷基酯的制备方法，包括如下步骤:(1)在50至200℃温度，常压或微正压及催化剂存在下将烷基醇与羟基酸甲酯或乙酯混合反应，所述烷基醇和羟基酸甲酯或羟基酸乙酯的摩尔比大于1；(2)在温度为135至170℃下，第一次分馏出生成物甲醇或乙醇，分馏柱顶温度为甲醇或乙醇的沸点温度；(3)第二次常压或减压蒸馏出多余的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯，蒸馏温度控制在烷基醇和羟基酸甲酯或乙酯的沸点温度；以及(4)收集剩余产物羟基酸烷基酯。在本专利技术中，“常压”是指一个标准大气压，即100KPa。“微正压”是指100至200Kpa。“减压”是指0至20KPa。本专利技术中化学物质“沸点”是指按照GB/T616-2006方法测定所得的温度。优选地，羟基酸烷基酯的制备方法，还包括如下步骤：(5)将步骤(3)中蒸出的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯返回步骤(1)继续参与反应。优选地，所述烷基醇含有至少一个官能团，优选为两个官能团。优选地，所述烷基醇选自乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-癸醇、2-丙醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、环戊醇、环己醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、丁四醇、木糖醇、半乳糖醇、庚七醇、月桂醇、肉豆蔻醇、棕榈醇、硬脂醇、被单或二甲氧基取代的(C2-C18)醇、被单或二乙氧基取代的(C2-C18)醇的一种。优选地，所述步骤(1)所述的催化剂为液体酸中的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、对甲苯磺酸或路易斯酸中的一种；或者，固体酸类催化剂中的一种或两种以上；或者，液体酸中的一种与固体酸类催化剂中的一种或两种以上混合；固体酸类催化剂具体为乙二醇锑、三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇铝、氢氧化铝、氯化铝、醋酸铝、氧化铝、三甲基铝、三乙基铝、三乙氧基铝、三异丙醇铝、硬脂酸铝、铝酸钠、三氧化二铝、硫酸铝、乙二醇钛、钛酸乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、四氯化钛、六氟钛酸钾、草酸钛钾、草酸锂氧钛、钛酸酯、羧酸钛、二氧化钛、乙酰丙酮钛、钛酸四苯酯、氯化钛、二异丙氧基-双乙酰丙酮基钛、二正丁氧基一双(三乙醇胺)钛、三丁基单乙酰基钛、三异丙基单乙酰基钛、四苯甲酸钛、二氧化锗、四丁氧基锗、草酸亚锡、单丁基氧化锡、辛酸亚锡、乙酰丙酮锡、氯化亚锡、锡粉、氧化锡、醋酸锡、丁基锡酸、单丁基氧化锡、二丁基-二异辛基锡、二甲基氧化锡、二丁基氧化锡、二苯基氧化锡、三丁基锡醋、氟化三丁基锡、氯化三乙基锡、溴化三乙基锡、三乙基锡醋酸盐、氢氧化三甲基锡、氯化三苯基锡、溴化三苯基锡、三苯基锡醋酸盐、醋酸锌中的一种或两种以上；优选为路易斯酸、单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、三丁基锡醋的一种或两种以上；更优选为路易斯酸、醋酸锌、钛酸四丁酯、单丁基氧化锡或其混合物。原则上所述醇和羟基酸甲酯或乙酯的摩尔比并无特殊限制，只要醇和羟基酸甲酯或乙酯的摩尔比大于1，优选地，所述醇和羟基酸甲酯或乙酯的摩尔比为20:1至1：1，优选为2:1至1.2:1，更优选为1.5:1至1.2:1。本专利技术还涉及一种羟基酸烷基酯，是根据本专利技术所述方法制备所得，包含式I结构的化合物:n为大于零的自然数；R选自氢，烷基或芳香基的一种；R1选自(C2-C18)烷基，芳香基，被羟基取代的(C2-C18)烷基，(C2-C18)脂肪醚，芳香醚，被单或二甲氧基取代的(C2-C18)烷基或(C2-C18)脂肪醚，被单或二乙氧基取代的(C2-C18)烷基或(C2-C18)脂肪醚的一种。优选地，所述R1选自被羧基或氨基取代的(C2-C18)烷基。优选地，所述羟基酸烷基酯沸点为150至500℃，优选为200至350℃。本专利技术还涉及所述羟基酸烷基酯在在聚酯或聚氨酯聚合物合成、食品、药品、化妆品、洗涤剂、涂料、食品和香料的应用。在本专利技术中，“烷基”是指直链或支链的烷基；“亚烷基”是指直链或支链的亚烷基；“芳基”是指除去芳烃中的一个或不同位置的两个氢原子而得到的有机基团。本专利技术的有益效果是整个反应产率高，不产生任何三废，成本低，绿色环保；本专利技术还可以连续生产，羟基酸甲酯或乙酯的转化率可接近100％，本专利技术的制备方法所制备出的羟基酸烷基酯沸点较高，与羟基酸甲酯或乙酯相比使用更安全，使用温度提高，因此可以拓展在食品、药品、化妆品、洗涤剂、涂料、食品和香料的应用。含有第二个官能团的羟基酸烷基酯还可以作为聚合单体进一步发生聚合反应用以合成聚酯或聚氨酯。附图说明具体实施方式下述实施例旨在阐述而不是限制本专利技术的范围。实施例1：乳酸丙酯(2-羟基丙酸丙酯)的合成常压或微正压条件下，在2摩尔丙醇中加入1摩尔乳酸乙酯和0.13摩尔醋酸锌催化剂，将混合物搅拌均匀，在50至200℃温度下反应3至4小时。温度控制在135至140℃，分馏柱顶端温度控制在80℃以下，第一次缓慢分馏出生成物乙醇。该酯交换反应是可逆反应，因此在反应过程中存在过量反应物丙醇，应当将反应生成物乙醇应当及时移除迫使反应向正方向进行。当系统中不再有乙醇被蒸出时，在常压并且温度为92至99℃之间，第二次常压分馏蒸出多余的反应物丙醇，并在温度154℃时，再次分馏出未参与反应的乳酸乙酯；釜中剩余物即为反应产物乳酸丙酯，结构式如上，沸点为169至170℃，产率为85.4％。第二次蒸馏出来的多余反应物丙醇和未参与反应的乳酸乙酯可以继续再次参与反应，使得实际产率(转化率)达到100％。实施例2：乳酸异丁酯(2-羟基丙酸2-甲基丙基酯)的合成常压或微正压条件下，在2摩尔异丁醇中加入1摩尔乳酸乙酯和0.15摩尔单丁基氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:/n(1)在常压或微正压及催化剂存在下将烷基醇与羟基酸甲酯或乙酯混合，在50至200℃温度下反应，所述烷基醇和羟基酸甲酯或羟基酸乙酯的摩尔比大于1；/n(2)在135至170℃温度下，第一次分馏出生成物甲醇或乙醇，分馏柱顶温度为甲醇或乙醇的沸点温度；/n(3)第二次常压或减压蒸馏出多余的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯，蒸馏温度控制在烷基醇和羟基酸甲酯或乙酯的沸点温度；以及/n(4)收集剩余产物羟基酸烷基酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)在常压或微正压及催化剂存在下将烷基醇与羟基酸甲酯或乙酯混合，在50至200℃温度下反应，所述烷基醇和羟基酸甲酯或羟基酸乙酯的摩尔比大于1；
(2)在135至170℃温度下，第一次分馏出生成物甲醇或乙醇，分馏柱顶温度为甲醇或乙醇的沸点温度；
(3)第二次常压或减压蒸馏出多余的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯，蒸馏温度控制在烷基醇和羟基酸甲酯或乙酯的沸点温度；以及
(4)收集剩余产物羟基酸烷基酯。


2.根据权利要求1所述的羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(5)将步骤(3)中蒸出的反应物烷基醇和未反应的羟基酸甲酯或乙酯返回步骤(1)继续参与反应。


3.根据权利要求1或2所述的羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于，所述烷基醇含有至少一个官能团，优选为两个官能团。


4.根据权利要求3所述的羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于，所述烷基醇选自乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-癸醇、2-丙醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、环戊醇、环己醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、丁四醇、木糖醇、半乳糖醇、庚七醇、月桂醇、肉豆蔻醇、棕榈醇、硬脂醇、被单或二甲氧基取代的(C2-C18)醇、被单或二乙氧基取代的(C2-C18)醇的一种。


5.根据权利要求1或2所述的羟基酸烷基酯的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)所述的催化剂为液体酸中的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、对甲苯磺酸或路易斯酸中的一种；或者，固体酸类催化剂中的一种或两种以上；或者，液体酸中的一种与固体酸类催化剂中的一种或两种以上混合；固体酸类催化剂具体为乙二醇锑、三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇铝、氢氧化铝、氯化铝、醋酸铝、氧化铝、三甲基铝、三乙基铝、三乙氧基铝、三异丙醇铝、硬脂酸铝、铝酸钠、三氧化二铝、硫酸铝、乙二醇钛、钛酸乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德温·W·黄，
申请(专利权)人：美国吉尔斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US