碳酸二甲酯的合成工艺研究论文

碳酸二甲酯是绿色化工基础原料,应用范围十分广泛,具有广阔的应用前景。 以碳酸丙烯酯和甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯的反应为一可逆反应,故采用反应精馏技术,以促进反应的进行,提高碳酸二甲酯收率。反应精馏集反应和精馏分离一体,及时移走反应产物,使平衡向产物方向移动,使原料转化率得到最大限度的提高。采用甲醇钠作为催化剂,具有较强的催化活性、选择性高。增加反应段中甲醇的含量,可使平衡向利于生成碳酸二甲酯的方向移动,提高转化率。并利用加压精馏技术分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物,加压精馏是在精馏过程中,提高分离塔的压力,改变碳酸二甲酯和甲醇共沸物的共沸温度,成功的解决了该共沸物的分离问题。克服了传统工艺碳酸二甲酯收率低的弊端,提高了产品的产量,降低了能源消耗。通过对主要设备操作参数优化分析得到反应精馏塔最佳的操作条件为甲醇: 碳酸丙烯酯摩尔比为4:1,回流比为3～5,压力为～,温度为65～67℃。在此条件下进行酯交换反应,生成DMC和丙二醇的收率最高,甲醇和DMC则在精馏段形成共沸物。在加压精流塔中将甲醇与DMC由常压共沸组成变成高压共沸组成,改善二者的分离程度,提高DMC的收率。 用“绿色化学品”碳酸二甲酯代替光气合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯， 进而分解生成甲苯二异氰酸酯具有反应条件温和，催化剂便宜，仅有副产物甲 醇生成等优点。若同甲醇氧化羰基化碳酸二甲酯反应相结合，可构成“零排放” 的绿色合成工艺过程，是洁净化工的重要发展方向。首先，通过重结晶制备了主产物2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯的纯品，应用CHN 元素分析仪检验了其纯度，应用质谱、红外光谱、核磁共振波谱等先进测试手 段对其进行了定性分析；通过制备液相色谱制备了副产物2-甲基-5-氨基苯氨基 甲酸甲酯的纯品，并应用质谱、红外光谱等测试手段对其进行了定性分析；通 过液-质联用技术，对副产物聚脲进行了定性分析。从而实现了对碳酸二甲酯和 2，4-二氨基甲苯合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应的主、副产物的全部定性。其次，建立了一套适宜的、高效的对反应物和主、副产物同时进行测试的 高效液相色谱分析系统。确立了色谱条件为：色谱柱RP C-18柱，流动相V （甲醇）：V（水）=5:5，流速，紫外检测，波长254nm。采用外标 法对主产物2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯进行了定量分析，对实验结果进行了精 确度和回收率的检验，效果良好。第三，对催化剂进行了筛选，确定了其活性排序：乙酸锌>氧化铅>甲醇钠> 碱式碳酸锌>氧化锌=碱式碳酸铜。其中，乙酸锌、氧化铅、甲醇钠催化剂对碳 酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应体系具有良好 的催化性能。第四，考察了以甲醇钠为催化剂，碳酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2， 4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应。发现加入甲酸甲酯，可以显著提高2，4-甲苯二氨 基甲酸甲酯产率。通过气-质联用和红外光谱对中间产物2，4-甲苯二甲酰胺和 N-（2-甲基-5-氨基）苯基甲酰胺进行了定性，并以此为依据，初步推测了反应 机理。对影响反应进行的各因素进行了研究，获得了较适宜的反应条件，2，4- 甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达。第五，考察了以乙酸锌为催化剂，碳酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2， 河北工业大学硕士研究生学位论文 4．甲苯二氨基甲酸甲酯反应。通过对催化剂进行Xap表征和对反应液进行气－ 质联用定性分析，确定了乙酸锌催化剂的失活是因为它和反应的副产物甲醇发 生进一步反应，生成乙酸甲酯、水和对2，4甲苯二氨基甲酸甲酯合成反应没 有催化活性的氧化锌。通过气相色谱分析，确定高压釜内余压是由二氧化碳引 起，碳酸二甲酯水解生成甲醇和二氧化碳。对影响反应进行的各因素进行了研 究，获得了较适宜的反应条件，*4甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达89．32%。第六，考察了以氧化铅为催化剂，碳酸二甲酯和2，个二氢基甲苯合成L 4甲苯二氨基甲酸甲酯反应。反应中有诱导期存在，诱导期的存在与氧化铅催 化剂的表面状态密切相关。经过碳酸二甲酯预处理的氧化铅催化剂转化为新相 P匕oO入闪m。，致使诱导期消失。化学反应在新相比*0。从0mz表面上进行， 其中oH官能团在反应中起到了重要作用。以此为基础，推测了反应机理。对 反应温度和反应时间对反应的影响进行了研究，获得了较适宜的反应条件，2， 4甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达 81．8%。 离子液体由于其独特的物理化学性质成为研究工作者关注的热点,已经被成功地应用于多种催化反应。 本论文是将碳酸二甲酯与离子液体的优点有效结合,研究了离子液体催化碳酸二甲酯参与的一些有机反应。主要包括两个部分:第一部分是离子液体催化碳酸二甲酯参与的甲氧羰基化反应;第二部分是离子液体催化碳酸二甲酯参与的甲基化反应。 在离子液体催化碳酸二甲酯和氮杂环化合物甲氧羰基化合成氮杂环酯中,使用离子液体代替强碱为催化剂,催化碳酸二甲酯与氮杂环化合物进行甲氧羰基化高效、绿色地合成氮杂环酯。在优化的反应条件下,吲哚-1-甲酸甲酯的选择性和收率分别可达到100%和96%。通过研究不同氮杂环化合物和碳酸二甲酯反应,发现吲哚2位的位阻效应是影响吲哚类化合物反应活性的重要因素。考察不同离子液体对反应活性的影响,表明咪唑阳离子2位是氢原子的离子液体催化活性明显好于咪唑阳离子2位是甲基的离子液体,咪唑阳离子的2位氢原子与碳酸二甲酯的羰基氧原子形成氢键,活化碳酸二甲酯分子,降低反应能垒,促进了反应进行。离子液体可以循环使用4次,反应活性没有降低。 在离子液体催化碳酸二甲酯和取代苯乙腈类化合物甲基化合成2-苯基丙腈类化合物时,使用离子液体代替催化活性低的无机盐或分子筛为催化剂。以苯乙腈为反应底物,考察了反应温度、时间、水含量以及催化剂用量的影响。