本发明属有机合成中间体和精细化工中间体的制备领域,涉及一种2-乙酰呋喃的制备方法。
背景技术:
2-乙酰呋喃是一种重要的有机合成中间体和食品添加剂,2-乙酰呋喃可以合成包括呋喃胺盐在内的多种医药和化工产品,也可用于食品工业中,如作为添加剂用于咖啡、肉香型食用香精、汤类、肉类、调味料和烘烤食品中。
据文献报道2-乙酰呋喃的合成主要集中在使用新型催化剂方面,主要是以lewis酸为催化剂为主:
1)以三氟化硼为催化剂的合成方法(《j.a.c.s.》1949,71,1207-09.和美国专利us2515123,1950.)三氟化硼与乙醚或甲醇形成的络合物作为催化剂,收率为48-92%,三氟化硼危险性较高,对于设备和操作要求较高;
2)以对甲基苯磺酸一水合物为催化剂的合成方法(jp特开昭61-53275,1986和《heterocycles》1976,4(5),1021-4.),最佳投料比为呋喃:乙酸酐:对甲基苯磺酸一水合物=l:1.3:0.1(mol比),产率85%,而凌广轩等(《化工管理》2015年9月134,136)使用一水合物和对甲基苯磺酸为催化剂,乙酸酐为酰化剂,投料比为呋喃:乙酸酐:催化剂(摩尔比)1:1.3:0.05,反应温度11o℃,反应时间7hr,最佳条件下产率可以达到72%;
3)以无水氯化锌为催化剂的合成方法(《化学试剂》2001,23(6),370-371。《j.a.c.s.》1947,69,1012-13.),无水氯化锌与乙酸酐的摩尔比0.01-0.03时,产率最高64%;
4)经由乙酰氯和对甲基苯磺酸生成混酐酰基化制取2-乙酰基呋喃(《j.org.chem.》1971,(4),36.),乙酰氯是很强的酰化剂,和呋喃直接作用有大量副反应发生,而使用混酐时产率可以达97.5%,但是乙酰氯毒性大,腐蚀性强,易挥发。并且有有害气体hcl产生;
5)以2-呋喃甲酰氯和四甲基锡为原料的合成路线(ep138681,2001和《化学试剂》1993年第15卷第4期252),该路线虽然产率可以达到91%,但原料不易得,成本高,并且酰氯的毒性较大操作困难,不具备工业生产价值;
6)以金属离子交换粘土作为催化剂的合成方法(美国专利us6274741),使用金属离子交换粘土作为催化剂,呋喃与乙酸酐摩尔比为5:1,以呋喃作为溶剂在室温下进行反应,收率以乙酸酐计为78.1%,此方法收率较低,并且由于使用大量低沸点、有毒、昂贵的呋喃作为溶剂,回收时耗能大,对环境污染大,不适用于工业生产;
7)以无水氯化锌作为催化剂的合成方法,如杨学本等(《天津化工》1998年第2期40-41)以呋喃和乙酸酐为原料、zncl2为催化剂的合成工艺路线,在反应中呋喃首先与醋酸酐在zncl2作用下形成过渡态络合物,然后经过水解、中和等后处理步骤得到成品投料比:呋喃∶醋酸酐=1∶2(mol)zncl2加入量:0.4mol/mol呋喃,反应温度:0~20℃,水解中和温度:10~15℃,反应时间:5h,收率69%;
8)以磷酸作为催化剂的合成方法,如王利叶等(《浙江化工》2015年第46卷第1期16-17,21)采用呋喃和乙酸酐为原料,以磷酸为催化剂,回流反应5h,发生friedel-crafts酰化反应,经减压蒸馏得到2-乙酰呋喃,产率仅58%,该方法主要的问题是磷酸为强酸,容易发生开环聚合反应,生成复杂的树脂状物质,另外磷酸中和需要大量碱液,产生大量的含盐废水,在工业生产中治理难度大;
9)以三氟甲磺酸盐作为催化剂的合成方法,如左学顺(《化工管理》2015年5月169)利用三氟甲磺酸盐能够较好地催化friedel—crafts反应、反应的收率较高、催化剂可以方便地回收利用且不失活的特点进行了研究,尽管没有报道具体实验细节,但他报道的数据看是采用常压实验,催化剂添加量为0.5%时收率最高,重量收率最高1.36;
另外,还有以乙酰氯、乙酸作为酰化剂与呋喃反应的报道,但由于操作条件苛刻,反应时间长,收率低等原因,基本上没有工业化价值。
比较上述这些合成方法,要么有的使用价格昂贵的、毒性大的、有危害性的原料或溶剂,要么是反应催化剂活性太高导致包括开环聚合等副反应的发生,要么是反应效率低原料回收利用困难,要么是三废量大难处理,急需得到改善以适应大批量工业化生产。
技术实现要素:
本发明的目的是为了克服现有2-乙酰呋喃制备方法中存在的不足,提供一种2-乙酰呋喃的制备方法;本方法是在冰乙酸存在条件下,以锌盐为催化剂,乙酸酐与呋喃在密闭压力条件下进行酰化反应高效率的制备出2-乙酰呋喃。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种2-乙酰呋喃的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在-10~30℃下边搅拌边向反应容器中分别加入乙酸、乙酸酐和催化剂锌盐,至催化剂溶解,然后在此温度条件下滴加呋喃,控制乙酸酐:乙酸:呋喃:催化剂锌盐的质量比为1:0.01~5.0:0.1~2.0:0.01~0.2;
(2)密闭反应器或将反应液打入密闭反应器中再密闭反应器,控制压力0~1.0mpa,温度30~120℃,反应0.1~12小时;
(3)反应结束后降至室温,反应液进行减压蒸馏,控制真空度为-0.10~-0.05mpa、温度20~80℃,回收乙酸循环使用;
(4)继续对减压蒸馏,控制真空度为-0.10~-0.05mpa、温度40~90℃,精制得到2-乙酰呋喃。
进一步,所述步骤(2)反应条件优选为反应压力0.1~0.4mpa、温度50~100℃、时间0.5-8h。
进一步,所述催化剂为无水氯化锌、无水醋酸锌、对甲苯磺酸锌和三氟甲基磺酸锌中任一种。
进一步,所述乙酸酐:乙酸:呋喃和催化剂锌盐的质量比优选为1:0.1~1.0:0.3~1.0:0.02~0.1。
进一步,所述乙酸酐、乙酸、催化剂锌盐和呋喃可在-10~30℃下混合后加入密闭反应器中,亦可在-10~30℃下分别加入反应器中,控制反应压力0.1~0.3mpa。
本发明的优点:乙酸的加入克服了呋喃自聚;使用锌盐作为催化剂提高了酰化效率;压力条件下进行酰化反应提高了呋喃利用率,提高反应效率,减少物料损耗,减少循环量;回收乙酸后,经直接蒸馏即可得成品,降低了后期回收成品的难度,避免了现有技术中同类方法后处理步骤中繁复的中和、萃取、蒸馏溶剂等过程,大大减少了工艺流程,降低了能耗,消除了环境污染,适合于扩大产能的工业化生产。
具体实施方式
一种2-乙酰呋喃的制备方法,具体实施步骤如下:
实施例1
在装有搅拌、冷凝器的500ml三口瓶中依次加入乙酸酐100g(1.0mol)、乙酸36g(0.60mol)、无水氯化锌0.2g,在-10℃下开始搅拌,并在此温度下滴入呋喃68g(1.0mol),1小时滴加完毕,将反应液转移到压力反应釜中,缓慢升温到60℃,保温反应3小时,压力从0.1mpa降低到0.02mpa后,降温冷却至20℃,反应液在-0.095mpa的真空条件下,40℃条件下减压蒸馏回收乙酸,在-0.095mpa的真空条件下减压蒸馏,收集80~100℃馏分为2-乙酰呋喃,得产品101g(0.92mol),产率92%,纯度98%以上。
实施例2
在装有搅拌、冷凝器的500ml三口瓶中依次加入乙酸酐100g(1.0mol)、乙酸36g(0.60mol)、无水醋酸锌0.5g,在10℃下开始搅拌,并在此温度下滴入呋喃68g(1.0mol),1小时滴毕,将反应液转移到压力反应釜中,缓慢升温到80℃,保温反应2小时,压力从0.2mpa降低到0.03mpa后,降温冷却至20℃,反应液在-0.098mpa的真空条件下,40℃条件下减压蒸馏回收乙酸,在-0.095mpa的真空条件下减压蒸馏,收集80~100℃馏分为2-乙酰呋喃,得产品95g(0.86mol),产率86%,纯度97%以上。
实施例3
在装有搅拌、冷凝器的500ml三口瓶中依次加入乙酸酐100g(1.0mol)、乙酸36g(0.60mol)、对甲苯磺酸锌1.2g,在25℃下开始搅拌,并在此温度下滴入呋喃68g(1.0mol),1小时滴毕,将反应液转移到压力反应釜中,缓慢升温到100℃,保温反应2小时,压力从0.3mpa降低到0.03mpa后,降温冷却至20℃,反应液在-0.098mpa的真空条件下,40℃条件下减压蒸馏回收乙酸,在-0.095mpa的真空条件下减压蒸馏,收集80~100℃馏分为2-乙酰呋喃,得产品86g(0.78mol),产率78%,纯度97%以上。
实施例4
在装有搅拌、冷凝器的500ml三口瓶中依次加入乙酸酐100g(1.0mol)、乙酸36g(0.60mol)、三氟甲磺酸锌0.2g,在25℃下开始搅拌,并在此温度下滴入呋喃68g(1.0mol),1小时滴毕,将反应液转移到压力反应釜中,缓慢升温到100℃,保温反应2小时,压力从0.3mpa降低到0.03mpa后,降温冷却至20℃,反应液在-0.098mpa的真空条件下,40℃条件下减压蒸馏回收乙酸,在-0.095mpa的真空条件下减压蒸馏,收集80~100℃馏分为2-乙酰呋喃,得产品103g(0.94mol),产率94%,纯度98%以上。
实施例5对比实验-常压实验
在装有搅拌、冷凝器的500ml三口瓶中依次加入乙酸酐100g(1.0mol)、乙酸36g(0.60mol)、三氟甲磺酸锌0.2g,在25℃下开始搅拌,并在此温度下滴入呋喃68g(1.0mol),1小时滴毕,缓慢升温到100℃,常压保温反应2小时,降温冷却至20℃,反应液在-0.098mpa的真空条件下,40℃条件下减压蒸馏回收乙酸,在-0.095mpa的真空条件下减压蒸馏,收集80~100℃馏分为2-乙酰呋喃,得产品62g(0.56mol),产率56%,纯度97%以上。
实施例6对比实验-不用催化剂
与实施例2相同,只是不使用催化剂,80℃反应,保温反应,气相色谱检测呋喃原料基本无反应,5小时后仅反应8%,15小时后停止反应,按实施例2蒸馏条件进行蒸馏,蒸馏后收率21%,纯度90%。