[发明专利]一种季铵盐的合成新方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种季铵盐的合成工艺，特别是在催化剂和极性溶剂条件下，由碳酸二甲 酯、叔胺、无(有)机酸反应制备季铵盐的工艺。

背景技术：

季铵盐是一类阳离子表面活性剂，其中高纯度的季铵盐是优良的相转移催化剂，在有 机合成中发挥着关键作用。

人们对高纯度季铵盐的生产工艺进行了大量的研究与开发，如专利号为 200410012215.1公开了用碳酸二甲酯与酯胺反应制备酯胺类季铵盐；专利号为95195357.5 公开了用硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等作烷基化试剂合成季铵季 化氨基乙腈；专利申请号为200510061094.4的文献公开了从碳酸二酯(脂)与胺(氨) 盐在催化剂作用下一步合成季铵盐的方法，但是该制备方法所用的催化剂即离子液体1-乙 基-3-甲基咪唑氢溴酸盐用量大，致使生产成本高。

现有的已公开的涉及季铵盐生产工艺的专利一般都是制备公斤级季铵盐的实验室小 试或中试结果，尚未查到数百公斤或吨级的季铵盐的产业化工艺。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种通过选择合适的极性溶剂为介质，克服专利申请号 200510061094.4的专利中离子液体用量过多的缺点，以极少量的优选离子液体为催化剂， 在合适的极性溶剂和酸性介质中，由碳酸二甲酯及叔胺反应合成含甲基的季铵盐的合成新 方法。它是一种绿色环保、低成本的季铵盐实用生产工艺。本发明所阐述的季铵盐生产工 艺均是数百公斤级或吨级的季铵盐的产业化工艺。

本发明所述的叔胺其分子式是NR₁R₂R₃，其中R₁、R₂、R₃通常是烷基，也可是烯基、炔 基、苯基、芳基等，优选十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔 胺、十八烷基二甲基叔胺；本发明所述的无(有)机酸通常是硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、 氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、草酸、醋酸和其他有机羧酸等；本发明所述的极性溶剂是甲醇、 乙醇、乙腈及乙酸乙酯或它们之间的混合物等；本发明所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪 唑盐酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑氢溴酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑氢碘酸盐，1-乙基-3-甲基咪 唑三氟甲基磺酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，1- 丁基-3-甲基咪唑盐酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑氢溴酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐， 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

本发明制备含甲基的季铵盐的合成方法，依序包括两步骤：

1)称取一定量的叔胺置于1000升搪瓷反应釜中，控制一定的流量(以使反应平稳进 行，不至于反应剧烈引起过热，从而影响产品品质；流量范围在80～200公斤/小时，最 佳在120～160公斤/小时)泵入相对应量的无(有)机酸、极性溶剂及离子液体的混合物， 在50～60℃和氮气氛下(常压)搅拌反应，反应时间1～5小时(最佳2～3小时)；若反 应产物的pH在5～8即表示该步反应已完成。2)反应产物经真空干燥(干燥温度控制在 40℃～120℃，最佳是60℃～90℃)后，加入到1000L高压反应釜中，用氮气吹洗反 应釜三次后，控制一定的流量(以使反应平稳进行，不至于反应剧烈引起反应压力上升太 快；流量范围是10～50升/小时，优选20～30升/小时)泵入碳酸二甲酯和极性溶剂的混 合物进行密闭反应(反应压力为0.5MPa～3Mpa，优选1.2MPa～2.0Mpa)，反应温度100 ℃～200℃，优选160～180℃，搅拌下反应6～16小时，优选9～12小时。反应产物经 真空干燥(干燥温度控制在40℃～120℃，最佳是60℃～90℃)后，经红外光谱和NMR 分析，结果表明成功制成了含甲基的季铵盐，经定量分析其产率＞99％，纯度＞99％。本发 明当需要高纯度产品时，可用甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙醚、苯、甲 苯、二甲苯等一种或其中数种溶剂的混合物进行重结晶，以进一步提纯季铵盐，提高产品 纯度。本发明两步骤所用的极性溶剂前后比例可以任意比例，最优比例是前面步骤用到的 极性溶剂占本发明极性溶剂总量的30％-50％，后面步骤极性溶剂占总量的70％-50％。