[发明专利]一种通过酯酯交换路径合成丙酸酯的方法

说明书

一种通过酯酯交换路径合成丙酸酯的方法，涉及一种合成丙酸酯的方法，本发明包括但不限于甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸乙酯，乙酸丙酯、乙酸丁酯等为反应原料，通过酯交换一步法合成丙酸酯的方法。采用的催化剂分别有包括离子液体、可溶性强碱、固体碱等碱性材料，其优势在于催化效率高，无污染。以丙酸甲酯和乙酸乙酯反应为例，KOH为催化剂，原料摩尔比为1：1，反应温度为60℃，反应时间为5min，丙酸甲酯和乙酸乙酯的转化率均能够达到70%以上，产物为丙酸乙酯和乙酸甲酯。整个反应路径具有合成路径短，工艺流程简单，收率高，催化剂具有稳定、不失活以及可重复使用的特点。

技术领域

本发明涉及一种合成丙酸酯的方法，特别是涉及一种通过酯酯交换路径合成丙酸酯的方法。

背景技术

丙酸酯可应用于纤维素酯和醚类，各种天然或合成树脂的溶剂；作为香料可用于调合苹果香、香蕉香、李子香、菠萝香以及作为黄油、西洋酒和其他多种食用香精。也可用作高级日用化妆品香精。该类产品还用作有机合成中间体。经研究表明，丙酸酯对LiFePO₄锂离子电池低温性能有一定影响。添加一定量丙酸酯，可提高碳酸酯电解液的离子电导率，改善电解液与正极LiFePO₄ 材料和负极石墨材料的相容性，降低电解液体系的粘度和共熔点，有利于锂离子的迁移，从而提高LiFePO₄锂离子电池的低温性能。目前锂电池在手机电池以及电动车电池等方面，都发挥着越来越重要的作用。但是由于锂电池电解液低温性差，在低气温条件下，电动车电池寿命普遍较短，而在锂离子电池的电解液中添加一定量的丙酸酯则会大大改善锂离子电池电解液的低温性能，因此市场前景十分广阔。丙酸酯具体可由酯酯交换来制备，反应原料可以是丙酸甲酯和甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸乙酯，乙酸丙酯、乙酸丁酯等。

在传统工艺中，生产丙酸酯常采用的催化剂为浓硫酸，反应物为丙酸和醇直接进行酯化反应来制备。此方法存在着诸多缺点，如易腐蚀设备、易污染环境、副反应多、后处理复杂、效率较低、连续生产难以实现等等。随着科学技术的快速发展、人们环保意识的普遍提高和环保法规的日益完善，环保型催化剂的优势也越来越受到人们的重视，选择使用其它新型催化剂来替代浓硫酸作为催化剂制备丙酸乙酯势在必行。

近几年来，国内外学者对合成丙酸酯做了大量的研究工作，但真正投入工业化生产的报道却很少，主要是因为存在催化剂催化效率不高，制备过程复杂、稳定性差等问题。

现有文献和专利中丙酸酯仅有酯化和羰化法制备。酯化法是以丙酸及醇为原料，采用无机酸如浓硫酸为催化剂，醇酸酯化法能耗高、消耗大量酸碱，生产工艺成本高，并且对环境有很大的污染，难于满足现代化学工业发展的需要和环境保护的要求。羰化法则反应条件要求高，且存在副反应。张志贤等人研究的负载型Rh催化剂，以C₂H₅I为助催化剂，在240℃、1.5MPa下，乙醇转化率达97%，产物中含丙酸64%，丙酸乙酯仅为34%，且存在3%乙醚。邓贵祥等人研究的Ni-Cu/活性炭催化剂，以C₂H₂I为助催化剂，在300℃、0.1MPa下，进行气—固相乙醇羰化反应，产物只有丙酸乙酯，收率为50~60%，但催化剂活性较低。葛清秀等利用碱性脂肪酶催化合成丙酸乙酯，具体方法时将丙酸和乙醇以及一定的溶剂组成非水相酯化反应体系。此方法的最佳反应温度为32~36℃，对温度要求较为苛刻，因此利用碱性脂肪酶来催化合成丙酸乙酯不太理想。通过酯化法和羰化法制备丙酸酯，会有副产物，且产物中存在醇类，锂电级丙酸酯要求纯度高，不能有其他微量杂质，因此，通过酯化反应和羰化反应来获得丙酸乙酯用于改善锂离子电池电解液低温性不甚理想，开辟一条新的反应路线和方法大规模制备高纯丙酸酯具有重大意义。

国内有大量研究酯交换反应的报道，如碳酸丙烯酯与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯，碳酸二甲酯与乙醇酯交换制备碳酸甲乙酯等，但是通过酯酯交换合成丙酸酯的报道几乎没有。因此本文阐述了以丙酸甲酯和其他酯类以不同种类的催化剂，通过酯交换反应来制备丙酸酯，此方法没有副产物，因此丙酸酯选择率可达100%。

发明内容