[发明专利]一种碳酸甲乙酯的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸甲乙酯的合成方法，尤其涉及一种利用酯交换法合成碳酸甲乙酯的方法，属于有机化合物合成的技术领域。

背景技术

碳酸甲乙酯(ethyl methyl carbonate简称EMC),分子式C₄H₈O₃，分子量为104.1，无色透明液体，略有刺激性气味。熔点-55℃，沸点109℃，不溶于水，溶于醇、醚等有机溶剂，是一种用途广泛的不对称碳酸酯。因同时拥有甲基和乙基，故而兼具碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的特性，主要用作溶剂和有机合成中间体。近年来被用作锂电池的非水溶性电解质的溶剂，其特点在于介电常数大，粘度小，对锂盐溶解性强，能够使电池的寿命延长，安全性能提高，因而碳酸甲乙酯电解液在锂离子电池电解液中具有不可替代的优势。

由于锂离子电池的迅速发展，碳酸甲乙酯的需求也不断扩大。国内合成的电解液溶剂在质量上达不到使用标准，一般需国外进口。现有的碳酸甲乙酯的合成方法有光气法、氧化羰化法和酯交换法。其中酯交换法又包含氯甲酸甲酯和乙醇、碳酸二甲酯和乙醇、碳酸二乙酯和甲醇以及碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料的四种合成路线。第一种路线使用的氯甲酸甲酯有剧毒，产物中的HCl对设备有强烈的腐蚀性，该方法不适合工业化生产，已被淘汰。第二种路线反应条件温和，操作成本较小，收率较高，缺点是反应结束后，产物中包含5种组分并形成3组共沸物：甲醇-碳酸二甲酯、乙醇-碳酸二乙酯、乙醇-碳酸甲乙酯；分离难度较大，成本较高。第三种路线反应物甲醇沸点较低，常压下难以进行，并且易与产物形成共沸物，造成产物和原料分离困难，影响碳酸甲乙酯的产率。

第四种合成路线备受关注，研究最多。该路线反应过程中无污染，产物不存在共沸体系，并且反应物和产物均可以作为锂电池非水溶性电解质的溶剂，只需要控制其中的水分含量即可直接使用。缺点是该反应为可逆反应，平衡常数较小，一般条件下难以进行，反应时间较长，所以选择性能良好的催化剂进行催化非常重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用作锂离子电池电解液溶剂的碳酸甲乙酯的合成方法。

发明概述

本发明采用的催化剂为氧化铝基催化剂，制备工艺简便，具有催化活性好、选择性高、成本低、同时反应条件温和、反应周期短、易分离、催化剂可重复使用等优点，适合工业化生产的需要。本发明以结晶三氯化铝、氨水、浓硝酸等为原料，制备了氧化铝基或掺杂钴等金属元素或碳元素的氧化铝基催化剂，提供一种成本低、收率高、操作简单的碳酸甲乙酯的合成方法，同时兼顾原料、溶剂的回收和套用，使之符合“绿色化学”的原则。

发明详述

术语说明：

油氨柱：本发明所述的油氨柱为球形氧化铝催化剂制备领域中的常规设备，包括上层油相和下层电解质溶液相。

本发明的技术方案如下：

一种碳酸甲乙酯的合成方法，包括以下步骤：

将碳酸二甲酯与碳酸二乙酯按1～5：1摩尔比混合，催化剂作用下，于90～105℃反应2～4h；所述的催化剂为纯相或者经碳氢化合物修饰或者掺杂钴元素的γ-Al₂O₃，所述的催化剂用量为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯总质量的1～10%。

根据本发明，优选的，所述的催化剂用量为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯总质量的7%，反应温度为100℃，反应时间为3h。

根据本发明，优选的，本发明的反应在磁力搅拌下进行，反应完成后，冷却至室温。去除固体催化剂后，所得反应产物为液体混合物，可直接用做锂离子电池电解液溶剂，不需对碳酸甲乙酯分离提纯，只需控制水分含量就可直接使用；也可对产物中碳酸甲乙酯分离提纯后用做锂离子电池电解液溶剂。

根据本发明，优选的，所述的催化剂按如下方法制备得到：