1、 生化材料
鸡胰腺粉(冻干)
椰子油
腰果酚A
腰果酚B
生物质腰果酚磺酸盐表面活性剂
2、 特种树脂
红外增感树脂
耐溶剂型成膜树脂
热敏相转变树脂
KFP系列树脂
3、 响应型单体
2,4,6-三己氧基重氮苯5-苯甲酰基-4-羟基-2-甲氧基苯磺酸盐
红外增感染料
N-异丙基丙烯酰胺
4-磺酰苯基丙烯酰胺
N,N'-(1,4-亚苯基)双马来酰亚胺(对苯基双马来酰亚胺)
N-对羟苯基丙烯酰胺(AHPAA)
2-氯-1-甲酰-3-羟基亚甲基环己烯
1,1,2-三甲基苯并[e]吲哚
4、手性化合物
5、QINP1系列潜伏性环氧树脂固化剂
6、石材防水背胶(背网专用)
 
 
 
 

缩水甘油的低温合成与表征

于良民,韩青龙,李昌诚,徐焕志
(中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东青岛 266100)
  缩水甘油分子中含有环氧基和羟基两个具有反应活性的官能团,其特殊的结构预示着它是一种有价值的化工中间体或原料。它可作为合成表面活性剂、树脂、塑料、弹性体、油漆、染料等的中间体[1],也广泛用于各种溶剂的提取和分离,其衍生物是树脂、塑料、医药、农药和助剂等工业原料。国内对缩水甘油的制备研究较少,且只是从事丙烯醇环氧化法的研究[2~4];国外研究、生产时间较长,资料表明缩水甘油的主要制备方法有:丙烯醇环氧化法、丙烯醛环氧化后甘油醛加氢、一卤代甘油脱卤化氢、一氯代甘油与环氧乙烷交换反应以及甘油酯皂化等方法。但以上方法需要在较高温度下进行,导致缩水甘油聚合,水解加剧,反应不易控制。本文选用一氯代丙二醇与氢氧化钠水溶液低温作用脱去氯化氢制备缩水甘油。低温条件下可以有效抑制缩水甘油的聚合、水解等副反应发生,收率较高;反应所需原料价廉易得,操作易控,可工业化生产,并且能够解决当前国内缩水甘油工业化生产基本空白的局面。缩水甘油合成路线如图1所示。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
    一氯代丙二醇为工业纯;异丙醇、氢氧化钠、盐酸、无水硫酸镁等为CP。SHZ-D(Ⅲ)循环式真空泵;WAY-2W阿贝折光仪;NICOLETAVATAR-360红外光谱仪(KBr压片);JNM-ECP600核磁共振仪(TMS为内标);SCA210SCOUT电子天平。1.2 缩水甘油的合成在装有电动搅拌、滴液漏斗的三口烧瓶中,依次加入221.0g(2mol)一氯代丙二醇、500mL异丙醇;滴液漏斗中加入216gw(NaOH)=37%的水溶液。烧瓶置于冰盐水浴(0℃)中,开动搅拌,缓缓滴加氢氧化钠水溶液,约60min滴加完毕,然后保持温度在0~-5℃继续反应30min,反应完毕,再以溴百里酚蓝为指示剂,加入盐酸中和反应中过量的碱(溶液由蓝色变为黄色时则到终点),抽滤产物,除去反应生成的盐,然后将滤液减压蒸馏,收集48~50℃/1333Pa的馏分即为缩水甘油。缩水甘油收率为78.2%。
2 结果与讨论
2.1 产品表征
2.1.1 结构表征
2.1.1.1 缩水甘油的红外吸收光谱和氢核磁共振谱
    分别用NICOLETAVATAR-360红外光谱仪(KBr压片)、JNM-ECP600核磁共振仪(TMS为内标)对所得缩水甘油进行光谱测定,结果见表1、2。


  由表1可知,化合物在3412cm-1处有明显的特征吸收峰,可以归属为OH的伸缩振动峰;在2872cm-1和2928cm-1处出现CH2的特征吸收峰;1257cm-1和840cm-1的特征峰为COC的特征吸收带。
  由表2可知,氢的种类、数量与缩水甘油结构吻合。综合IR和1HNMR数据可以确定,所制备化合物为缩水甘油。
2.1.1.2 缩水甘油其他物理参数
    分别用微量法测定缩水甘油的沸点,按国家标准GB4612—84测定环氧值(EV),用WAY-2W型阿贝折光仪测折光率,结果见表3。

由表3可知,本实验所制备的缩水甘油沸点、环氧值、折光率等物理参数与标准样品数据基本吻合。
2.2 制备工艺的优化
2.2.1 溶剂种类对缩水甘油收率的影响
    参照1.2节反应条件,仅改变溶剂种类,分别以异丙醇、正丁醇、异丁醇、二口恶烷和丙酮为溶剂,考察溶剂种类对反应收率的影响,结果见表4。


    由表4可知,当溶剂为正丁醇和异丁醇时产物的收率明显偏低,这可能是由于正丁醇和异丁醇的沸点与缩水甘油的沸点接近,在减压蒸馏时两者的沸程相差太小,不易控制,从而造成缩水甘油的损失;当溶剂为后3种溶剂时收率较高,并且以异丙醇为最高,这是由于该3种溶剂的沸点与缩水甘油的沸点相差较大,减压蒸馏时的沸程相差较大,容易控制。综合分析,反应所用溶剂以异丙醇为最佳。
2.2.2 溶剂用量对缩水甘油收率的影响
    参照1.2节反应条件,仅改变异丙醇的用量,以考察溶剂用量对反应收率的影响,结果见图2。溶剂用量以500mL为宜。
2.2.3 碱性化合物种类对缩水甘油收率的影响
    参照1.2节反应条件,仅改变碱性化合物的种类,分别选用氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钾水溶液作碱性化合物,以考察碱性化合物种类对反应收率的影响,结果见表5。


    当碱性化合物为碳酸氢钠和碳酸钾水溶液时收率很低,当碱性化合物为氢氧化钠和氢氧化钾水溶液时收率较高。氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液作碱性化合物时收率相近,但氢氧化钠廉价易得,所以本实验以氢氧化钠溶液作碱性化合物。
2.2.4 氢氧化钠水溶液质量分数对缩水甘油收率的影响
    参照1.2节反应条件,仅改变氢氧化钠的质量分数,所选w(NaOH)=20%、30%、37%、46%、52%(饱和溶液)和氢氧化钠颗粒,以考察不同氢氧化钠浓度对反应收率的影响,结果见图3所示。
    由图3可知,在氢氧化钠质量分数为37%时存在极大值。这是因为,氢氧化钠水溶液浓度增大,利于反应向正方向进行,收率增加;同时该反应中主要的两个副反应:缩水甘油的聚合和水解,也随氢氧化钠水溶液浓度的增大反应程度增加。所以反应收率随w(NaOH)的增大而先增大后减小。当碱性化合物为氢氧化钠固体时收率最低,因为分散不均。综合考虑,本实验中以w(NaOH)=37%为宜。2.2.5 反应时间对缩水甘油收率的影响参照1.2节反应条件,仅改变反应时间,所选反应时间分别为50、60、90、120、180、240min,以考察不同反应时间对反应产物收率的影响,结果见图4。
由图4可知,产物收率随反应时间的改变变化较明显。随时间的延长收率迅速提高,但当延长到一定的时间后又会降低。初步分析,反应时间过短使反应不彻底,从而收率低;而反应时间太长时,体系中生成的盐和水存留的时间过长,致使生成的缩水甘油水解趋势增大,从而导致反应收率的降低。综合分析,本反应的最佳反应时间为90min。
2.2.6 反应温度对缩水甘油收率的影响
    参照1 .2节反应条件,仅改变反应温度,以考察反应温度对反应收率的影响,结果见表6。


   表6表明,收率随温度的升高而先增加后降低,在反应温度为0℃时收率有极大值。这是因为,温度过低不利于反应进行;温度过高,生成的缩水甘油容易水解。综合分析,本实验反应温度以0℃为宜。
2.2.7 加入吸水剂对缩水甘油收率的影响
   本实验所用碱性化合物为氢氧化钠水溶液,会把水引入反应体系,并且反应同时伴有水的不断生成,使氢氧化钠浓度降低。并且低温下缩水甘油也存在水解,所以适当减少水的含量是必要的。考虑到该反应以醇为溶剂且在碱性环境中进行,因此选用无水碳酸钾、无水硫酸镁、3A分子筛和无水硫酸钠为吸水剂。在1.2节其他反应条件不变的条件下,向反应体系中加入不同的吸水剂,以考察吸水剂的种类对反应收率的影响,结果见表7。


   由表7可知,反应体系中引入的吸水剂以无水硫酸镁最佳,可以有效以提高收率。在确定了最佳吸水剂的基础上,通过改变无水硫酸镁加入时间,考察其对反应收率的影响,结果见表8。吸水剂的加入时间不同对反应产物的收率也有一定的影响。在反应中期加入吸水剂反应产物的收率最高,使反应体系中因水的存在致使产物发生水解反应的几率降到最低,从而有效提高了反应收率。


3 结论
(1)用一氯代丙二醇为原料,低温条件下合成了缩水甘油。该法在低温下进行,有效抑制了缩水甘油的聚合和水解,并且反应所需原料价廉易得,可工业化生产。
(2)探讨得出缩水甘油的最佳合成条件是:当一氯代丙二醇用量为2mol时,以异丙醇为溶剂,加入量为500mL;碱性化合物为w(NaOH)=37%的水溶液;反应温度为0℃;反应时间90min;吸水剂无水硫酸镁在反应50min后加入,效果最佳。
(3)通过IR、1HNMR对产品进行了结构表征,测得产品的物理参数与文献值吻合,一次蒸馏w(glycidol)=95%,二次蒸馏达到w(glycidol)=98%。

 

 

 
 
 
   
 
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