一种硼酸三丁酯的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种硼酸三丁酯的合成方法，以硼酸三甲酯为起始原料，在酸催化下，与丁醇通过酯交换反应制备。本发明专利技术反应过程中没有水生成，无需除水，避免了现有技术后续丁醇回收除水耗时长、耗能大等问题。本发明专利技术使用稍过量的丁醇即可，无需耗费大量的丁醇用作带水剂，回收的丁醇可以直接套用于下次反应，无需除水，大大减少了操作时间，降低了耗能。本发明专利技术反应完成后的体系简单、组分少，只用简单的精馏设备经过一次连续精馏即可得到高纯度、高收率的产品，简化了工艺操作，大幅缩短了生产周期，尤其适合大规模工业化生产。其适合大规模工业化生产。其适合大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸三丁酯的合成方法


[0001]本专利技术涉及一种硼酸三丁酯的合成方法，属于有机合成


技术介绍

[0002]硼酸三丁酯是一种无色澄清的液体，可用于制备硼氢化合物的中间体、半导体硼扩散源、防火剂、黏合剂以及无水系统脱水干燥剂等。
[0003]目前硼酸三丁酯的生产方法通常以硼酸和正丁醇为起始原料，反应完成后，通过丁醇带水，蒸除多余的正丁醇，最后减压蒸馏得到硼酸三丁酯。例如，发表在《化学工业与工程》上的期刊论文《硼酸三丁酯的合成》公开报道了以正丁醇和硼酸为原料采用微波辐射法合成硼酸三丁酯，并考察了催化剂、带水剂、反应时间和反应温度对反应的影响，通过试验得到适宜工艺条件(试验室)为：硼酸用量为0.10mol、n(正丁醇)/n(硼酸)为5.2(正丁醇兼作带水剂)、m(NaHSO4催化剂)/m(原料总量)为2.2％和微波辐射时间为13.0min，在该条件下产品平均收率为87.4％，反应速率(以酯的收率计)约是常规加热法的18～20倍。
[0004]专利技术专利CN201711448264.3公开了一种硼酸三丁酯的制备方法，其制备步骤如下：(1)于反应釜中真空抽入正丁醇；(2)投入硼酸，启动搅拌，升温至115
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120℃，回流反应，同时分去反应生成的水；(3)待无水生成时，蒸除多余正丁醇；(4)将反应液压入蒸馏釜，减压蒸馏，得到硼酸三丁酯。该方法采用升温回流反应，反应过程中同时分去反应生成的水，加快了反应速率，与常规加热方法相比，缩短了反应时间，提高了硼酸三丁酯的产率和纯度。同样，专利技术专利CN201711449929.2也是用这种方法制备硼酸三丁酯。
[0005]然而现有技术用硼酸和正丁醇制备硼酸三丁酯的方法也存在着一些弊端：需要耗费大量的丁醇带水，导致后续正丁醇除水和回收操作工时长，耗能大；生产周期较长，一般需要20～26小时才能完成一个周期；而且反应过程中有水生成，若是水不及时去除或者去除不彻底，将会导致反应不彻底，容易出现单取代和二取代产物，影响产品纯度。
[0006]因此，如何解决现有技术中存在的问题，避免水生成，避免除水，简化操作，缩短生产周期，提高产品纯度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的提供是一种硼酸三丁酯的合成方法，以硼酸三甲酯为起始原料，在酸催化下，与丁醇通过酯交换反应制备，反应过程中没有水生成，无需除水，简化了操作，大幅缩短了生产周期，在大规模工业化生产中极具优势。
[0008]本专利技术提供了一种硼酸三丁酯的合成方法，其特征在于，在酸催化的条件下，式(I)所示的硼酸三甲酯与丁醇发生酯交换反应，得到式(II)所示的硼酸三丁酯
[0009][0010]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，所述合成方法，包括：在惰性气体保护下，向反应容器中加入丁醇和催化剂酸，控制温度在60～80℃，缓慢加入式(I)所示的硼酸三甲酯，并在60～80℃保温3～6小时，反应完毕后，通过精馏分离纯化，得到式(II)所示的硼酸三丁酯。
[0011]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，精馏控制温度在40～55℃，压力在
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0.1～
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0.08mpa的条件下进行，通过精馏得到硼酸三丁酯。
[0012]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，后处理采用一次连续精馏。
[0013]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，精馏使用一个普通精馏塔完成。
[0014]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，过量的丁醇通过精馏回收，无需处理直接套用于下次反应。
[0015]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，所述丁醇为正丁醇。
[0016]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，丁醇与硼酸三甲酯的摩尔比为3～5：1。
[0017]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，催化剂酸选自对甲苯磺酸、甲磺酸、浓硫酸、硫酸氢钠、磷酸和浓盐酸中的至少一种。
[0018]根据本专利技术的一个具体但非限制性的实施方案，其中，催化剂酸与硼酸三甲酯的摩尔比为0.02～1：1。
[0019]本专利技术的有益效果主要体现在：
[0020]1.本专利技术改用硼酸三甲酯在酸催化下与丁醇通过酯交换反应制备硼酸三丁酯，反应过程中无水生成，因此后处理无需除水，避免了现有技术后续丁醇回收除水耗时长、耗能大等问题；而且本专利技术使用稍过量的丁醇即可，无需耗费大量的丁醇用作带水剂；并且本专利技术回收的丁醇可以直接套用于下次反应，无需除水，大大减少了操作时间，降低了耗能。
[0021]2.本专利技术反应完成后的体系简单、组分少，只用简单的精馏设备经过一次连续精馏即可得到高纯度、高收率的产品，简化了工艺操作，尤其适合大规模工业化生产。
[0022]3.本专利技术一个生产周期时间仅需7～10小时，比现有技术20～26小时一个周期，时间上有很大程度的缩短，提高了生产效率。
[0023]4.本专利技术通过酯交换反应，避免了水的生成和除水问题，容易得到高纯度产品。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1制备的硼酸三丁酯的核磁谱图。
具体实施方式
[0025]下文提供了具体的实施方式进一步说明本专利技术，但本专利技术不仅仅限于以下的实施方式。
[0026]本专利技术提供了一种硼酸三丁酯的合成方法，适合工业化生产，包括：在酸催化的条件下，式(I)所示的硼酸三甲酯与丁醇发生酯交换反应，得到式(II)所示的硼酸三丁酯。本专利技术的反应式如下：
[0027][0028]本专利技术的反应机理如下：
[0029][0030]硼酸三甲酯上的一个氧原子先与氢离子结合成氧鎓离子，随后丁醇对硼原子发生亲核进攻，同时，失去一个甲醇分子，完成了丁氧基对甲氧基的取代反应。同理，另外两个甲氧基依此被丁氧基取代，最终得到硼酸三丁酯。
[0031]本专利技术反应完成后的体系简单，组分只有硼酸三丁酯(沸点230℃)，生成的甲醇(沸点65.4℃)，以及剩余的正丁醇(沸点116℃)。由于三者的沸点相差较大，通过简单的精馏就可以将其分离，对设备的要求低，操作简便。
[0032]具体地，本专利技术的制备方法包括：在惰性气体保护下，向反应容器中加入丁醇和催化剂酸，控制温度在60～80℃，缓慢加入式(I)所示的硼酸三甲酯，并在60～80℃保温3～6小时，反应完毕后，通过普通精馏分离纯化，得到式(II)所示的硼酸三丁酯。
[0033]其中，精馏控制温度在40～55℃，压力在
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0.1～
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0.08mpa的条件下进行，通过精馏得到硼酸三丁酯。
[0034]所述丁醇为正丁醇。丁醇既为反应物，又为溶剂。丁醇与硼酸三甲酯的摩尔比通常为3～5：1，优选4.3：1。
[0035]催化剂酸可以选自对甲苯磺酸、甲磺酸、浓硫酸、硫酸氢钠、磷酸和浓盐酸等中的至少一种，优选使用对甲苯磺酸。催化剂酸与硼酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼酸三丁酯的合成方法，其特征在于，在酸催化的条件下，式(I)所示的硼酸三甲酯与丁醇发生酯交换反应，得到式(II)所示的硼酸三丁酯2.根据权利要求1的合成方法，包括：在惰性气体保护下，向反应容器中加入丁醇和催化剂酸，控制温度在60～80℃，缓慢加入式(I)所示的硼酸三甲酯，并在60～80℃保温3～6小时，反应完毕后，通过精馏分离纯化，得到式(II)所示的硼酸三丁酯。3.根据权利要求2的合成方法，其中，精馏控制温度在40～55℃，压力在
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0.1～
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0.08mpa的条件下进行，通过精馏得到硼酸三丁酯。4.根据权利要求1
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3中任一项的合成方法，其中，后处理采用一次连续精馏。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫宁瑞，
申请(专利权)人：北京格林凯默科技有限公司，
类型：发明
国别省市：