[发明专利]新酸催化剂及其在酯化反应中的用途

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及新酸催化剂及其作为非反应性催化剂在酯化反应中的用途。

2.相关技术的描述

羧酸部分与醇的成酯反应是一种用于各种不同化学合成方案的基本的且熟知的化学反应。该反应由酸催化。因此，羧酸反应物可同时用作反应物和催化剂。但随着反应的进行和酸反应物的消耗，可用作催化剂的酸的量稳定地下降。因此，在较高的转化率下，催化作用下降。这造成反应速率在较高转化率时下降，导致反应时间较长和/或不完全转化成酯。

克服这种作用的一个途径是用过量酸反应物进行反应。过量的酸确保即使在较高转化率下也剩余足够的用作催化剂的酸。但剩余足够过量的酸并不总是适宜、实际或甚至可能的。例如，在形成由多元酸、多元醇和单元醇制成的复合酯时，为了控制酯产物的取代链长、羟基数，和/或物理性能，往往需要使用化学计量过量的含羟基的化合物。使用过量的反应物酸作为催化剂在该酯化反应中是不可能的，因为它抑制了需产物的形成。

在较短时间内获得高或完全转化的另一技术是加入一种单独的催化剂。传统酯化催化剂包括酸如p-甲苯磺酸，硫酸，亚磷酸和三氯乙酸以及金属或金属氧化物如四丁醇钛和铝粉末。这些催化剂可有效地用于各种酯化反应。但这些种类的催化剂难以从酯产物中去除，导致较低的产物质量和/或较低的方法效率。因此，本领域需要新的其它种类的酯化催化剂。

发明内容

本发明涉及非反应性催化新酸。尤其是，本发明的一个实施方案涉及一种方法，包括将羧酸化合物与羟基化合物反应形成酯，其中所述反应在催化量的非反应性催化新酸化合物的存在下进行。本发明的另一实施方案涉及一种方法，包括，将多元酸化合物或其酸酐，多元醇化合物，可有可无的一元醇，和非反应性催化新酸化合物合并成一种混合物；并将羧酸和存在于该混合物中的羟基基团在一起反应形成酯。本发明的又一实施方案涉及一种方法，包括将新酸的异构体混合物与过量醇进行酯化反应以酯化所有的反应性新酸；将非反应性新酸从所述组合物中分离；然后将所述非反应性新酸加入包含羧酸化合物和羟基化合物的反应介质中，其量足以催化所述羧酸化合物和所述羟基化合物之间的酯化反应。

本文所述的这些和其它的实施方案基于以下发现：某些新酸可在酯化反应用作非反应性催化剂。不愿局限于任何理论，据信，某些新酸异构体中的空间位阻可防止羧酸部分进行反应。尽管在酯化反应中基本上是非反应性的，这些羧酸化合物仍然可用作催化剂。通常，本发明的非反应性新酸催化剂在酯产物中是非令人拒绝的或容易从酯产物中分离。因此这些催化剂一般避免了前述已有技术催化剂所具有的分离困难。

附图的简要描述

图1说明了按照实施例1将一组新癸酸异构体与异癸醇进行酯化的反应动力学。

图2说明用于实施例1的新癸酸组合物的气相色谱。

图3说明来自实施例1的回收新癸酸和未反应的醇的气相色谱。

图4说明在实施例2中给出的催化和未催化酯化反应的动力学比较。

图5说明实施例2的未催化反应产物的气相色谱。

图6说明实施例2的催化反应产物的气相色谱。

发明的详细描述

新酸也称作三烷基乙酸，一般表示为以下结构式：

其中R¹-R³分别表示烷基基团。虽然困难，新酸已用于形成各种酯产物。三烷基基团的空间位阻降低了羧酸部分的反应性。因此，烷基基团越大或越庞大，新酸越难以酯化，本发明将这种通常令人生厌的倾向转变成一种有利的倾向。即，通过选择不与反应介质中的羟基反应的新酸，该新酸可用作非反应性催化剂。本文所用的术语″非反应性″是指，该新酸基本上不消耗；即，低于5％，优选低于2％和更优选低于1％的新酸在所用条件下在给定的酯化反应中消耗。由于新酸是非反应性，其存在不会改变反应物羧酸基团与羟基基团的摩尔比。这种能力特别适用于其中需要过量醇的酯化反应，令人在生产复合醇酯时。本发明的新酸催化剂可加入这些酯化反应中而不会对过量醇产生不利影响，这样在不破坏所需酯产物的情况下提供催化作用。另外，由于新酸催化剂是有机酸，它相对容易从酯产物中分离。