本发明属于有机物合成技术领域，具体涉及一种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法。
背景技术
1,4-丁二醇单缩水甘油醚作为一种较好环氧类稀释剂，具有良好的市场前景，但由于1,4-丁二醇单缩水甘油醚的生产成本过高，因此一直未得到普及。目前，1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法主要是以1,4-丁二醇与环氧氯丙烷作为反应物原料，以四氯化锡或者三氟化硼作为催化剂，得到1,4-丁二醇单氯丙醇醚，然后再经过氢氧化钠关环，得到产物1,4-丁二醇单缩水甘油醚。
如发明名称“一种低水解氯1,4-丁二醇二缩水甘油醚的生产方法”，申请号为cn201710215098.6的发明专利公开了一种1,4-丁二醇二缩水甘油醚的生产方法。该制备工艺中，以醇和环氧氯丙烷作为反应原料，以三氟化硼和四氯化锡的混合物作为催化剂，通过控制开环以及闭环温度获得1,4-丁二醇二缩水甘油醚。在此工艺中，催化剂四氯化锡和三氟化硼对原料水份和反应釜水份的要求严苛，易生成1,4-丁二醇双缩水甘油醚，而非1,4-丁二醇单缩水甘油醚，且生产收率低、制备成本高；且在滴加环氧氯丙烷过程中反应物放热较多，反应过程温度较难控制，进一步影响产品的收率；此外，四氯化锡和三氟化硼的价格昂贵，且使用过后反应废水很难处理，不但提高了生产成本，而且造成环境污染。
此外，王树民等人在《1,4-丁二醇二缩水甘油醚的合成》中，1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔比为1:2～1:4，环氧氯丙烷与氢氧化钠的摩尔配比为1:1～1:1.33，全程反应温度45℃，总反应时长约7~9h。该过程也只能制备1,4-丁二醇双缩水甘油醚而不能获得1,4-丁二醇单缩水甘油醚。因此，寻找一种生产成本低、目标产物收率高的1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法已成为本领域技术人员迫切需要解决的一个技术问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法，解决了现有技术中1,4-丁二醇单缩水甘油醚的生产成本高、目标产物收率低、环境污染严重的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：一种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法，其特征在于，包括以下合成步骤：
（1）先将1,4-丁二醇与无机质子酸混合，同时升温至反应温度40-120℃，然后再滴加环氧氯丙烷，反应1-8h，得到反应中间产物；
（2）将步骤（1）中得到的反应中间产物溶解在有机溶剂中，然后滴加液碱，反应1-5h得到反应液，对反应液进行提纯处理，最后得到1,4-丁二醇单缩水甘油醚。
优选的，所述1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔质量比1~5:1。进一步优选的，所述1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔质量比1~2.5:1。
优选的，所述无机质子酸相对于环氧氯丙烷的质量百分比0.5%~5%。进一步优选的，所述无机质子酸相对于环氧氯丙烷的质量百分比1%~3%。
优选的，所述无机质子酸包括盐酸、硫酸、磷酸、或硝酸中的任意一种。
优选的，所述反应温度为80-110℃。
优选的，所述有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、或甲基异丁基酮中的任意一种。
优选的，所述液碱的质量浓度为32%，且液碱与环氧氯丙烷的当量比为1~1.5:1。进一步优选液碱与环氧氯丙烷的当量比为1~1.3:1。
优选的，所述提纯处理依次包括分层处理、浓缩处理、以及精馏处理。
本发明的有益效果：本发明公开一种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法，以1,4-丁二醇和环氧氯丙烷作为反应原料，以无机质子酸作为催化剂，在适当的反应温度下得到1,4-丁二醇单氯丙醇醚，再将1,4-丁二醇单氯丙醇醚溶解在有机溶剂中，利用液碱进行关环，得到最终产物1,4-丁二醇单缩水甘油醚。本发明改变传统采用四氯化锡和三氟化硼作为反应催化剂的制备方法，以原材料易得、价格低廉、且催化反应过程温和的无机质子酸作为本发明方法的催化剂，该种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法反应过程温和且易控制，同时产物1,4-丁二醇单缩水甘油醚的收率较高、制备成本低、且反应后的废水易处理。
附图说明
图1为1,4-丁二醇单缩水甘油醚的合成反应式。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种1,4-丁二醇单缩水甘油醚的制备方法，采用二步法合成目标产物。其中，步骤1为了制备获得反应中间产物，步骤2对反应中间产物中的1,4-丁二醇单氯丙醇醚进行关环反应，进而制备得到1,4-丁二醇单缩水甘油醚。具体操作方法如下：
（1）先将1,4-丁二醇与无机质子酸混合，同时升温至反应温度40-120℃，然后再滴加环氧氯丙烷，反应1-8h，得到反应中间产物。
在步骤1制备过程中，以1,4-丁二醇以及环氧氯丙烷作为反应物原料，以无机质子酸作为催化剂。需要说明的是，1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔质量比1~5:1，优选1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔质量比1~2.5:1。采用合适的1,4-丁二醇与环氧氯丙烷的摩尔质量比可以使反应最优化，避免部分反应原料不能实现转化，浪费反应原料。无机质子酸是一类能够释放质子（h+）的无机酸，可以包括一元酸、二元酸、或者是多元酸。无机质子酸的加入是本发明所述制备方法中的一个重要环节，是决定目标产物收率高低的关键因素之一。本发明中优选无机质子酸为盐酸、硫酸、磷酸、或硝酸中的任意一种。无机质子酸相对于环氧氯丙烷的质量百分比0.5%~5%，优选无机质子酸相对于环氧氯丙烷的质量百分比1%~3%。在实验过程中，发明人还发现采用市售的浓硝酸（质量分数为68%）作为催化剂，反应中间产物中1,4-丁二醇单氯丙醇醚的转化率相对较高，合成副产物相对较少。1,4-丁二醇加入到无机质子酸中的方式并不限定，例如可以通过正向加入、反向加入、或者并流加入的方式。1,4-丁二醇与无机质子酸加入到反应容器后需要进行机械搅拌，机械搅拌的速度可以为50-600rpm。同时对反应容器进行加热，使1,4-丁二醇与无机质子酸的混合溶液升温。加热的方式可以为电热套加热、或者油浴加热，本发明对加热的具体方式不作限定。当反应容器内部混合溶液的温度上升为40-120℃时，开始滴加环氧氯丙烷。滴加环氧氯丙烷的速度要快，优选2~5s内将环氧氯丙烷滴加完毕。然后再在反应温度40-120℃下继续搅拌反应1-8h。需要说明的是，反应温度优选80-110℃，反应时间优选为5-8h。发明人发现在适宜的反应温度下，选择适宜的反应时间，可以获得1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚最高浓度比。若反应温度过低，反应时间过短，则合成1,4-丁二醇单氯丙醇醚以及1,4-丁二醇双氯丙醇醚的含量均较低；若反应温度过高，反应时间过长，则1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比较低，即反应副产物浓度较高。本发明中1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比可以采用气相色谱仪进行检测。
（2）将步骤（1）中得到的反应中间产物溶解在有机溶剂中，然后滴加液碱，反应1-5h得到反应液，对反应液进行提纯处理，最后得到1,4-丁二醇单缩水甘油醚。
在步骤2的制备过程中，首先要将反应中间产物溶解在有机溶剂中。比如可以选择在常温下通过机械搅拌的方式将反应中间产物溶解在有机溶剂中。本发明中，有机溶剂的选择对目标产物1,4-丁二醇单缩水甘油醚的收率也存在一定的影响。本发明优选有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、或甲基异丁基酮中的任意一种。发明人还发现，甲苯作为反应有机溶剂相对于其他有机溶剂，目标产物的收率更高。反应中间产物在有机溶剂中溶解后，再滴加液碱。液碱的质量浓度为32%，且液碱与环氧氯丙烷的当量比为1~1.5:1，优选液碱与环氧氯丙烷的当量比为1~1.3:1。滴加完液碱后，继续搅拌反应1-5h，获得目标产物待处理液。对于目标产物待处理液需要进行提纯处理。本发明中，提纯处理依次包括分层处理、浓缩处理、以及精馏处理。其中，分层处理可以采用静置分层的方式，静置后目标产物待处理液分层，进而获得有机层。然后对有机层进行浓缩处理。比如可以采用蒸馏的方式进行有机层浓缩，进而获得浓缩有机层。最后对浓缩有机层进行精馏，获得目标产物1,4-丁二醇单缩水甘油醚。
本发明中，气相色谱仪采用美国安捷伦气相色谱仪（型号89857）。
实施例1：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入181g1,4-丁二醇和1g浓硝酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度80℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度80-120℃下反应8hr，得到反应中间产物。待反应中间产物自然降温至30℃后，对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测。其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为20:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至500g的甲苯中，常温搅拌溶解，然后再加入150g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应1h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用50g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏后获得粗品139g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品83g，含量为98.5%，收率为56.5%。
实施例2：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入92.5g1,4-丁二醇和1.5g磷酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度80℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度80-120℃下反应8hr，得到反应中间产物。降温至30℃后，对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测，其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为12:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至300g的甲基异丁基酮中，常温搅拌溶解，然后再加入150g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应1h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用40g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏后获得粗品135g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品78g，含量为98.5%，收率为53%。
实施例3：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入181g1,4-丁二醇和1.5g磷酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度80℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度80-120℃下反应8hr，得到反应中间产物。降温至30℃后，对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测，其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为12:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至500g的甲苯中，常温搅拌溶解，然后再加入150g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应1h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用40g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏后获得粗品135g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品84g，含量为98.5%，收率为57.1%。
实施例4：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入360g1,4-丁二醇和2g盐酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度100℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度100-120℃下反应6hr，得到反应中间产物。降温至30℃后，对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测，其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为16:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至500g的氯仿中，常温搅拌溶解，然后再加入187g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应3h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用50g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏获后得粗品137g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品83g，含量为98.5%，收率为56.9%。
实施例5：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入270g1,4-丁二醇和2g盐酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度110℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度110-120℃下反应5hr，反应中间产物。对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测，其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为14:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至500g的二氯乙烷中，常温搅拌溶解，然后再加入175g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应3h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用50g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏后获得粗品133g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品79g，含量为98.5%，收率为54%。
实施例6：
步骤1：在500ml四口烧瓶中加入135g1,4-丁二醇和2g硫酸，然后混合搅拌，搅拌速度为300rpm。通过电热套加热升温至反应温度60℃，然后再在四口烧瓶中快速滴加92.5g环氧氯丙烷，保持温度60-80℃下反应8hr，反应中间产物。对步骤1中的反应中间产物的组分以及浓度采用气相色谱仪进行检测，其中，1,4-丁二醇单氯丙醇醚与1,4-丁二醇双氯丙醇醚的浓度比为20:1。
步骤2：将上述反应中间产物滴加至500g的二氯甲烷中，常温搅拌溶解，然后再加入137g质量浓度为32%的液碱，并继续搅拌反应2h。反应完成后将反应液静置分层，获得有机层，将有机层利用50g水洗涤一次，然后再通过蒸馏浓缩有机层，单蒸馏后获得粗品130g，再对浓缩有机层进行精馏处理，精馏后获得成品75g，含量为98.5%，收率为52%。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。