阅读说明：本技术 一种乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法 (Synthetic method of acetic acid glycerol ketal ester ) 是由 李斌仁 鲁晓东 熊东路 肖增钧 徐涛 龙绪俭 杨轩 于 2020-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法,涉及化工合成技术领域。本发明提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法,以醋酸和甘油缩丙酮为原料在催化剂与脉冲电场(PEF)协同作用下于低温下反应生成乙酸甘油缩丙酮酯,达到在较低温度下可使催化剂达到较高的催化效率的目的。本发明提供的合成方法具有反应温度低、反应时间短、效率高,条件易控制,对环境友好,生产成本低,适合于工业化规模生产等特点。(The invention discloses a method for synthesizing glycerol acetate acetonide ester, and relates to the technical field of chemical synthesis. The synthesis method of the acetic acid glycerol ketal ester provided by the invention takes acetic acid and glycerol ketal as raw materials to react at low temperature under the synergistic effect of the catalyst and a Pulsed Electric Field (PEF) to generate the acetic acid glycerol ketal ester, thereby achieving the purpose that the catalyst can achieve higher catalytic efficiency at lower temperature. The synthesis method provided by the invention has the characteristics of low reaction temperature, short reaction time, high efficiency, easily controlled conditions, environmental friendliness, low production cost, suitability for industrial mass production and the like.)

一种乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法

技术领域

本发明涉及化工合成技术领域，尤其涉及一种乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法。

背景技术

乙酸甘油缩丙酮是一种具有双官能团结构的有机化合物，其化学结构如下：

乙酸甘油缩丙酮分子中有醚键、酯键和不同的烷基，基于相似相溶原理，它既可溶解有机物分子、合成天然高分子化合物，又可不同程度地与水或水溶性化合物互溶。其溶剂性能优于一般溶剂(如乙酸乙酯、丙酮、二甲苯等)，可溶解小分子有机物、大分子有机物以及合成的、天然的高分子有机物，且能与水形成共沸物。其性能优于乙二醇醚、丙二醇醚，而且具有极强的溶解能力，尤其是对于聚合物的溶解能力极强。它能改进涂料和油墨性能，降低成膜温度，增加光泽，提高漆膜的附着力、绝缘性和耐牢度。因此，它具有一般有机溶剂所不具备的性能。

乙酸甘油缩丙酮合成方法广泛，可采用磺酸类催化剂、分子筛催化剂、杂多酸催化剂、固体超强酸催化剂、硫酸氢盐催化剂、离子液体催化剂及离子交换树脂催化剂等催化剂催化合成，这些合成方法各有千秋。

离子交换树脂是一类带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，通常是球状颗粒物。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。离子交换树脂催化剂具有易与产物分离的优点，对酯化反应也有较好的催化活性。但由于使用温度低导致应用受到局限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是背景技术中的一些不足，提供一种具有高催化效率、可在低温下反应、生产成本低的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

一种乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法，将醋酸和甘油缩丙酮按摩尔比1:1-6在脉冲电场下反应，催化剂用量为反应物总质量的0.001-1％。

本发明提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法的反应式如下：

其进一步地技术方案为，醋酸和甘油缩丙酮摩尔比为1:2-5。

其进一步地技术方案为，反应温度20-70℃。

其进一步地技术方案为，反应温度20-60℃。

其进一步地技术方案为，脉冲电场的电场强度0～30.0k V/cm。

其进一步地技术方案为，脉冲电场的脉冲频率0.8-1.2k Hz。

其进一步地技术方案为，脉冲电场的脉冲宽度25.0-35μs。

其进一步地技术方案为，所述催化剂为离子交换树脂催化剂。

其进一步地技术方案为，所述催化剂为Amberlyst-15树脂、NKC-9树脂、D001cc树脂、D72树脂、732树脂中的任一种。

其进一步地技术方案为，所述催化剂使用前需进行预处理，预处理过程如下：

用1.5-3倍树脂体积的无水乙醇浸泡3-5h；

用去离子水洗涤，并对树脂进行活化处理；

活化完成后用去离子水洗涤树脂，至洗涤液的pH与去离子水的pH相同；

在30-50℃晾干后将树脂置于80℃烘箱烘干。

脉冲电场由脉冲电场连续处理系统产生；所述脉冲电场连续处理系统包括示波器、负载电阻、脉冲发生器、处理室及恒流泵；所述示波器与负载电阻及脉冲发生器串联，所述脉冲发生器设置于处理室内；恒流泵分别与反应液储罐和处理室连通，将反应液储罐中的反应物输送至处理室。

所述处理室设置有电极，电极材料为不锈钢。处理室中，绝缘材质为聚四氟乙烯。

处理室的容量为0.0212mL，脉冲波形为平方波。

需要说明的是，本发明中，脉冲电场对酯化反应具有极大的促进作用，使用脉冲电场不增加反应物浓度、不升高反应温度。脉冲电场对醇酸含水体系酯化反应影响机理。主要包括两个方面，一方面是脉冲电场促进了弱电解质乙酸电离出更多的H⁺，加快了酯化反应过程中四面体活性中间体的形成，降低了酯化反应活化能，反应速率增大；另一方面是脉冲电场破坏了体系中水化离子、水化分子结构，更多游离的离子、分子暴露在外面，增加了反应物分子间的碰撞机率，因此反应速率增加。

与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

本发明提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法，以醋酸和甘油缩丙酮为原料在催化剂与脉冲电场(PEF)协同作用下于低温下反应生成乙酸甘油缩丙酮酯，达到在较低温度下可使催化剂达到较高的催化效率的目的。脉冲电场仅通过施加外电场而不增加反应物浓度、不升高温度，联合催化剂一同使用，进一步地提高催化效率，缩短反应时间，具有协同作用，两相结合可共扬其优，互补不足。

本发明提供的合成方法具有反应温度低、反应时间短、效率高，条件易控制，对环境友好，生产成本较低，适合于工业化规模生产等特点。

具体实施方式

下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法是以醋酸和甘油缩丙酮为原料在离子交换树脂与脉冲电场(PEF)协同作用下于低温下反应生成乙酸甘油缩丙酮酯。

本发明提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法的反应式如下：

在其他实施例中，离子交换树脂催化剂使用前需进行预处理，预处理过程如下：用两倍树脂体积的无水乙醇浸泡4h以除去树脂中的杂质与色素；然后用去离子水洗涤，并用5倍质量分数为5％-6％的稀盐酸溶液浸泡24h对树脂进行活化处理；然后用去离子水洗至pH与所用去离子水pH相同为止；在较低温度(如40℃)下晾干最后将树脂置于80℃烘箱烘干待用。

脉冲电场由脉冲电场连续处理系统产生；所述脉冲电场连续处理系统包括示波器、负载电阻、脉冲发生器、处理室及恒流泵；所述示波器与负载电阻及脉冲发生器串联，所述脉冲发生器设置于处理室内；恒流泵分别与反应液储罐和处理室连通，将反应液储罐中的反应物输送至处理室。

需要说明的是，脉冲电场连续处理系统还可包括一些辅助仪器，如数字温度计、转子流量计、恒温循环器，处理室电极材料为不锈钢，绝缘部分为聚四氟乙烯，容量为0.0212mL。本领域技术人员可根据需要对脉冲电场连续处理系统进行添加或设计；本领域技术人员也可自行购买现有的脉冲产生装置来产生脉冲，只要将脉冲电场的参数控制在本发明指定范围内，按本发明提供的方法操作获得相应的技术效果，都在本发明的保护范围内。

在其他实施例中，脉冲电场参数为：电场强度0～30.0k V/cm，脉冲频率1.0k Hz，脉冲宽度30.0μs；波形为平方波。

以下为具体的实施案例：

实施案例一类(不同PEF场强下反应)：

醇酸比为1:2，反应温度控制在50℃，流速恒定为20m L/min，选用0.4％Amberlyst-15树脂催化剂分别施加场强为0、10、15、20、25和30.0k V/cm的电场进行协同处理，循环处理时间为1.5h。

实施案例二类(不同醇酸比下反应)：

反应温度控制在50℃，流速恒定为20m L/min，选用0.4％Amberlyst-15树脂催化剂与20k V/cm的电场协同处理，循环处理时间为1.5h。样品醇酸摩尔比分别为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5。

实施案例三类(不同离子交换树脂催化剂下反应)：

醇酸比为1:2，反应温度控制在50℃，流速恒定为20m L/min，电场强度为20k V/cm，离子交换树脂催化剂分别为Amberlyst-15树脂、D001cc树脂、732型强酸性阳离子交换树脂，用量皆为0.4％，且设一空白组，循环处理时间为1.5h。

实施案例四类(不同离子交换树脂催化剂用量下反应)：

醇酸比为1:2，反应温度控制在50℃，流速恒定为20m L/min，电场强度为20k V/cm，离子交换树脂催化剂为Amberlyst-15树脂，催化剂用量分别为0.01％、0.1％、0.2％、0.4％、0.8％、1％循环处理时间为1.5h。

实施案例五类(不同反应温度下反应)

醇酸比为1:2，反应温度控制在40℃，流速恒定为20m L/min，电场强度为20k V/cm，0.4％的Amberlyst-15离子交换树脂催化剂，反应温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，循环处理时间为1.5h。

上述实施案例的数据如下表1所示：

表1：各实施案例的数据

由表1的数据可知，本发明实施例提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法，在其他条件一定的情况下，收率随着PEF场强的增加而增加。综合其他因素，较为恰当的反应条件为：甘油缩丙酮与醋酸较为恰当的比例为1:2；离子交换树脂催化剂选用Amberlyst-15树脂；催化剂用量为0.4％；反应温度为40℃。

需要说明的是，利用本发明实施例提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法，在30℃下可达到91.9％的收率，可见，本发明提供的乙酸甘油缩丙酮酯的合成方法反应条件温和，收率高，考虑到能源成本、催化剂寿命等因素，反应温度优选40℃。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。