[发明专利]一种不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法及其应用，属于有机化学领域。本发明以脂肪醇和碳酸二烷基酯为原料，在固体催化剂存在下进行酯交换反应制备不对称长链单烷基碳酸酯。所述固体催化剂由含镁、磷和钾元素的可溶性盐通过水热法‑高温焙烧制得，该催化剂对酯交换法合成不对称长链单烷基碳酸酯反应具有良好的催化活性和优良的选择性，不对称长链单烷基碳酸酯的收率可达90%以上，选择性可达98%以上。所得到的产物不对称长链单烷基碳酸酯作为润滑油基础油具有优异的润滑性能。本发明方法所用催化剂制备过程简单、易于分离回收、节能环保、对设备无腐蚀，所得产物不对称长链单烷基碳酸酯是一种性能优良的润滑油基础油。

技术领域

本发明涉及一种不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法及其应用，属于有机化学领域。

背景技术

烷基碳酸酯是一类环境友好型的绿色化工产品，具有无毒性和良好的生物降解性等优点，在化学化工领域应用广泛。低级烷基碳酸酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等是性能优异的溶剂，同时具有特殊的多功能反应活性，作为烷基化试剂、羰基化试剂，可以替代有毒性的卤代烷，硫酸二烷基酯和光气，被称为有机合成的新基石。长链烷基碳酸酯在高端合成润滑剂领域性能突出，具有出色的润滑特性。而不对称的烷基碳酸酯在药物合成、锂离子电池电解液、合成润滑油等行业被广泛关注。

烷基碳酸酯的合成方法多样。碳酸二烷基酯的合成方法有光气法，氧化羰基化法、尿素醇解法、酯交换法等。不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法主要为低级碳酸酯和脂肪醇的酯交换反应，对于该反应，存在碱、酸、酶、离子液体等多类催化剂。碳酸钾是最为常用的碱性催化剂，此外还有叔丁醇钾、TBD、纳米晶MgO、CsF/Al₂O₃、MOFs等。离子液体如1-（3-三甲氧基甲硅烷基丙基）-3-甲基咪唑氯化物。酸性催化剂如PTSA、氯化铝、氯化铁等（GreenChem. 18（2016） 5839），在酶催化方面，中国专利CN 103044260A（2013）（武汉大学张海波等）公开了南极假丝酵母脂肪酶催化合成烷基甲基碳酸酯。而上述所用催化剂面临分离回收困难，不能多次循环利用或具有毒性、腐蚀性等缺点，因此开发一种多相易回收、环境友好的催化剂具有重要意义。

长链烷基碳酸酯作为优良的润滑剂被广泛关注，美国专利US2263265将二烷基碳酸酯添加在矿物油中研究了其润滑性能，中国专利CN1100749、CN101200428提出了CO₂基的润滑剂基础油，美国专利US 2739127研究了碳酸酯与金属皂做成润滑脂，欧洲专利EP0089709用SRV和LFW-1摩擦测试仪测定了高碳醇二烷基碳酸酯的润滑性能，天津大学王庆瑞等（《润滑与密封》，40 （2015））进行了碳酸二月桂酯的合成，用四球试验机对其抗磨性能进行了评价，王芳等（《润滑与密封》，32（2007））用SRV试验机评价了碳酸二辛酯和碳酸二-2-乙基己酯的摩擦磨损性能。然而，不对称长链单烷基碳酸酯作为润滑油基础油的研究却鲜有报道。

发明内容

本发明旨在提供一种不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法及其应用，本发明所得不对称长链单烷基碳酸酯可应用于润滑油中，作为润滑油基础油使用时具有优良的性能。

本发明首先合成了一种固体催化剂，其能够绿色高效地催化脂肪醇与碳酸二烷基酯通过酯交换反应合成目标产物不对称长链单烷基碳酸酯。不对称长链单烷基碳酸酯用作润滑油，其分子结构中的极性基团能够快速地吸附在金属表面形成低剪切速率层，有助于摩擦副界面的相对运动，减少了摩擦副之间的摩擦，避免了摩擦副的磨损。

本发明提供了一种不对称长链单烷基碳酸酯的合成方法，通过酯交换法合成；具体地说，是以脂肪醇和碳酸二烷基酯为原料，在固体催化剂存在条件下进行酯交换反应合成不对称长链单烷基碳酸酯，其工艺条件是：脂肪醇：碳酸二烷基酯的摩尔比为1:2 ~ 30，固体催化剂的用量为原料总质量的0.5 % ~ 20 %，反应温度控制在100 ~ 250 ℃，反应时间0.5 ~ 10 h；反应结束后，经离心收集催化剂，经减压蒸馏除去碳酸二烷基酯，得到目标产物不对称长链单烷基碳酸酯。反应方程式为：