[发明专利]六元环碳酸酯单体的生产方法及其生产装置

说明书

技术领域

    本发明涉及到三亚甲基环碳酸酯（TMC）和2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯（DTC）的生产方法及生产装置，属于有机合成领域。

背景技术

医用高分子材料是用于诊断、治疗或修复、替代组织和器官的高分子材料，在临床上已广泛用于药物控制释放、人工器官、齿科材料、组织工程等领域。其又可以分为生物可降解型和非生物可降解型。生物可降解医用高分子材料是指在生物体内经水解、酶解等过程，逐渐降解成能够参与生物体正常代谢的低分子量化合物或单体的高分子材料。可降解医用高分子材料具有诸多优势，如可体内降解，无需二次外科手术取出；在矫形外科手术和其他组织修复应用中，更易做到材料与骨刚性想匹配，不会影响材料下方皮质细胞的吸收功能，从而避免愈合延迟；避免金属材料因腐蚀而产生的金属离子引发的局部炎症反应以及固定物和受损部位分离等。同时随着高分子材料的降解，其机械强度也逐渐减弱，将刺激机体综合机能不断加强，增强受损部位的修复能力，并间接引导了修复的方向，更加有利于负载的辅助治疗药物的缓慢释放。基于以上良好的生物相容性、可降解性和生物多功能性，可降解高分子材料已成为生物医用材料中最活跃的领域之一。

脂肪族聚酯是一类重要可降解医用高分子材料，其中可降解聚碳酸酯是聚酯高聚物的一个重要组成部分。与聚丙交酯、聚乙交酯相比，聚碳酸酯在降解过程中不会释放酸性产物，造成局部富集引起的无菌性炎症，降解产物为中性的二元醇和CO₂，并以表面溶蚀机理进行降解，可以实现恒定的匀速持续给药。环状碳酸酯单体的开环聚合反应具有聚合反应不会生成副产物、易获得较高分子量的聚合物、反应热效应低、聚合速度快等优点，是制备聚碳酸酯的最主要的方法和技术途径。而三亚甲基环碳酸酯（TMC）和2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯（DTC）是开环聚合生产聚碳酸酯的两种重要的单体原料。低分子量的PTMC及其共聚物适合用于药物控制释放载体，柔软的高分子量的PTMC及其共聚物可用于软组织工程；降解速率更慢的PDTC及其共聚物可用于神经导管及其他生物医学领域。

目前制备TMC、DTC六元环碳酸酯单体的反应途径主要有二烷基碳酸酯（通常为二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯）和二醇在碱性条件下的酯交换反应、光气及其衍生物与二烷基碳酸酯反应的光气法以及近些年来发展起来的气态二氧化碳和环氧化合物（通常为环氧乙烷和环氧丙烷）的加成反应。其中“光气法”制备环碳酸酯单体的原料是剧毒的光气及其衍生物，同时生产过程中还会副产强酸，不适合大规模的工业化生产，只可用于实验室的少量制备。二氧化碳与环氧化合物的加成反应关键是开发出高催化活性、高选择性和经济实用的催化剂，并改善其聚合物的热性能和使用性能。目前酯交换反应是最有实现TMC、DTC单体大规模工业化制备前景的技术途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大规模制备高纯度TMC/DTC单体的生产方法及其生产装置。

为实现上述目的，本发明利用工业级1,3-丙二醇/新戊二醇和碳酸二乙酯为原料，辛酸亚锡、乳酸锌等金属为催化剂，经酯交换反应、低聚物减压裂解蒸馏及粗TMC/DTC单体重结晶等工艺流程制备高纯度TMC/DTC单体产品，即“酯交换-裂解蒸馏-重结晶”工艺流程，其具体步骤为：

（a）    工业级1,3-丙二醇/新戊二醇和碳酸二乙酯以摩尔比为1：1～1：1.4混合，加入相对1,3-丙二醇/新戊二醇质量0.3%～5%的辛酸亚锡或乳酸锌为催化剂，在100～150 ℃温度下，保温回流2～3 h，然后调节真空度400～700 mmHg，馏出乙醇，获得TMC/DTC单体和低聚碳酸酯混合产物；

（b）    反应体系升温至180～220 ℃，真空度降低至5～10 mmHg，开始裂解蒸馏，收集30~60 min低沸点杂质后，进行 TMC/DTC单体蒸馏，时间为2～6 h；

（c）    获得的粗TMC/DTC单体产品溶于乙酸乙酯中，梯度降温进行重结晶，获得高纯度TMC/DTC单体。

更优选的方案是：

步骤（a）中回流温度为115～130 ℃；催化剂用量为相对1,3-丙二醇/新戊二醇质量0.5%～2%。

步骤（c）重结晶溶剂为乙酸乙酯。

上述方法所获得的TMC/DTC单体纯度＞99%，产品得率＞80%。

本发明还提供了用于实现上述生产方法的生产装置，包括反应釜，还包括：

精馏柱和冷凝器，与反应釜组成“酯交换反应-乙醇回流”系统；

冷凝器和乙醇接收罐，和精馏柱、反应釜组成“酯交换反应-乙醇馏出”系统；