[发明专利]一种酯化反应的离子液体催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种酯化反应催化剂及其合成方法，以及其在合成酯中的应用，属于有机化学反应方法的技术领域。

背景技术

有机羧酸酯在化工和医药方面是一种重要的产品和中间媒介，市场分析家指出，全球乙酸乙酯和乙酸丁酯市场在未来将保持良好的增长势头，特别是在美国，由于配制了不含大气污染物的涂料，大大促进了酯工业的蓬勃发展。在涂料工业中，乙酸乙酯通常用来取代甲乙酮，而乙酸丁酯不仅可以用来取代甲乙酮，除此之外它还可以代替异丁酮、二甲苯或甲苯。背景技术的酯化方法大多采用无机酸作为催化剂来实现。但需要使用大量的有机溶剂，并且反应后残余的废酸都会造成环境污染。离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体(room temperature ionic liquid)、室温熔融盐(room temperature molten salts)、有机离子液体等，简称RTILs，是指仅由离子组成在室温或或接近室温下为液体的盐。离子液体中只存在阴阳离子，没有中性分子，其主要特点是阳离子较大且不对称，阴离子较小。离子液体是近几年得到极大关注的一类环境友好的新材料，具有稳定性好，不挥发，与有机物的相容性可调等优点。国内外均报道利用离子液体催化酯化的方法(Y.Deng，F.Shi，J.Peng，K.Qiao，J.Mol.Catal.A Chem.165(2001)33；A.C.Cole，J.L.Jensen，I.Ntai，K.L.T.Tran，K.J.Weave，D.C.Forbes，J.H.Davis，J.Am.Chem.Soc.124(2002)5962；D.C.Forbes，K.J.Weaver，J.Mol.Catal.A Chem.214(2004)12；J.H.Davis Jr.，Chem.Lett.33(2004)1072.10；K.Qiao，C.Yokoyama，Chem.Lett.33(2004)472.；J.Fraga-Dubreuil，K.Bourahla，M.Rahmouni，J.P.Bazureau，J.Hamelin，Catal.Commun.3(2002)185；H.P.Zhu，F.Yang，J.Tang，M.Y.He，Green Chem.5(2003)38)。但是上述合成酯的方法所使用的离子液体合成复杂，而且仍然需要大量的有机溶剂，且酯化反应的转化率不高，后处理较繁锁等。所以研究新型、高效、绿色的催化剂对加快国内酯工业发展有极其重要的现实意义。

本发明人发现一类含N-烷基吡咯烷酮基团的酸性离子液体。该离子液体对水和空气稳定，具有较强的酸性，可以取代无机酸应用于传统的酸催化反应中，既可以作为催化剂，又可以作为反应介质，同时还可以作为萃取介质，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于一类酯化反应催化剂及其合成方法。

本发明的目的还在于该类催化剂在合成酯中的应用。

本发明要解决的技术问题是提供一种环境友好，转化率和选择性高，工艺简单的酯化反应催化剂和酯化方法。

本发明通过以下方案解决这一技术问题：一种酯化反应的离子液体催化剂，采用含N-烷基吡咯烷酮基团酸离子液体，它的化学结构式用(I)表示：

其中R代表含有1-4个碳原子的烷基；选自甲基，乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基中的一种，X^-为CH₃SO₃^-。

N-烷基吡咯烷酮基团酸离子液体的制备方法是：在反应介质或没有反应介质的存在下，式(II)化合物N-烷基吡咯烷酮与甲烷磺酸在0～100℃下经过中和反应制得，

式(II)化合物中R代表含有1-8个碳原子的烷基，反应介质选自苯、甲苯、乙醚、环己烷、水或不用反应介质。

制备式(I)化合物酸离子液体，N-烷基吡咯烷酮与甲烷磺酸的摩尔比为1：1。

一种酯化的方法，其特征在于，采用含N-烷基吡咯烷酮基团酸离子液体做为酯化反应的催化剂和反应介质，与脂肪酸或芳香酸和直链醇或支链醇放入反应瓶中，搅拌，加热，静置，重力沉降，分液，高转化率和高选择性得到酯化产物，酯化反应简式为：反应式中的Cat.为N-烷基吡咯烷酮基团酸离子液体