一種高選擇性催化製備γ‑戊內酯的方法與流程

2023-11-11 14:02:02

本發明涉及化學合成領域，特別是涉及一種高選擇性催化製備γ-戊內酯的方法。

背景技術：

環境汙染和資源短缺已經成為當今社會發展的兩大突出問題。隨著不可再生資源的日益減少，開發和使用可再生資源是現在關於能源研究的重要方向。生物質能是一種可轉化為液體燃料和碳基化學品的可再生資源，將其在環境友好的介質中轉化，具有重要的實用價值。生物質可以被轉化成為乙醯丙酸或乙醯丙酸酯，之後再進一步轉化為γ-戊內酯，γ-戊內酯可以轉化為2-甲基-四氫呋喃。2-甲基-四氫呋喃是公認的可再生液體燃料的替代品。

γ-戊內酯具有作為能源物質良好的物理化學性能，有較高的沸點、較低的熔點、閃電溫度高、無毒且具有洩露易於識別的氣味，屬於環境友好型資源。與傳統的液體燃料相比，γ-戊內酯具有較低的蒸汽壓，具有很低的揮發性。除此之外，γ-戊內酯還可以作為車用液體燃料使用。

利用乙醯丙酸和乙醯丙酸酯類化合物製備γ-戊內酯有多重途徑，例如採用酸催化法、微生物還原法、過渡金屬催化法或均相催化還原法等。其中，利用酸催化法製備過程中需要先將其酸化後在降解轉化後才可製備成γ-戊內酯，過程較為複雜，而且產率較低；微生物還原法製備γ-戊內酯，過程可控性差，產率同樣比較低。利用過渡金屬催化法以及均相催化還原法是最近研究的熱點聚焦處。

中國專利ZL201310011149.5公開了一種溫和條件下高選擇性製備γ-戊內酯的方法，該方法是將乙醯丙酸酯類化合物在室溫優選在惰性氣體條件下，以二級醇為氫源，用具有活性的骨架鎳作為催化劑經過氫轉移反應得到γ-戊內酯。該方法γ-戊內酯的產率高，但是操作較為複雜，所需的環境條件比較苛刻。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高選擇性催化製備γ-戊內酯的方法，該方法反應條件溫和，轉化率高，副產物少，十分適合大規模工業化生產。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙醯丙酸酯類、有機溶劑和二元催化劑混合均勻，超聲震蕩2-4h；

(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在100-120℃條件下，反應90-120min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。

其中，二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的混合物。

優選的，所述乙醯丙酸酯類為乙醯丙酸甲酯、乙酸丙酸乙酯、乙醯丙酸丙酯或乙醯丙酸丁酯中的一種或多種混合物。

優選的，所述有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物。

優選的，所述二元催化劑與乙醯丙酸酯類的投料質量比為1:2-6。

優選的，所述二元催化劑中異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1。

優選的，所述乙醯丙酸酯類質量與有機溶劑的體積比為30-50g/L。

本發明具有以下有益效果，採用二元催化劑催化，使得乙醯丙酸酯類可以在較低的溫度條件下，高效的轉化為γ-戊內酯。該方法生產工藝簡單，反應條件溫和，無需過高的溫度和壓力，生產成本低。同時使用該方法製備γ-戊內酯產物的純度高，產率高，具有較高的經濟價值。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用於解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。

實施例1

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙醯丙酸甲酯100g、有機溶劑2L和二元催化劑20g混合均勻，超聲震蕩2h，其中二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1混合物，有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物；(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在110℃條件下，反應120min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。其中γ-戊內酯的產率為89.20％。

實施例2

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙酸丙酸乙酯100g、有機溶劑3L和二元催化劑45g混合均勻，超聲震蕩3h，其中二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1混合物，有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物；(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在100℃條件下，反應90min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。其中γ-戊內酯的產率為94.35％。

實施例3

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙醯丙酸丙酯100g、有機溶劑2.8L和二元催化劑20g混合均勻，超聲震蕩4h，其中二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1混合物，有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物；(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在120℃條件下，反應90min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。其中γ-戊內酯的產率為97.67％。

實施例4

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙醯丙酸丁酯100g、有機溶劑3L和二元催化劑30g混合均勻，超聲震蕩2h，其中二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1混合物，有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物；(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在100℃條件下，反應120min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。其中γ-戊內酯的產率為92.87％。

實施例5

一種溫和條件下催化製備γ-戊內酯的方法，包括以下步驟：

(1)將乙醯丙酸甲酯和乙酸丙酸乙酯的混合物100g、有機溶劑3.3L和二元催化劑25g混合均勻，超聲震蕩3h，其中二元催化劑為異丙醇鋁和甲基磺酸的質量比為5:1混合物，有機溶劑為異丙醇和甲醇的體積比為1:2的混合物；(2)將混合物加入微波設備中，設置功率為300W，在110℃條件下，反應120min，之後將反應物迅速降溫，經分離製得γ-戊內酯。其中γ-戊內酯的產率為89.37％。