一种氘代乙酸的生产工艺的制作方法

1.本发明属于化工合成技术领域，具体涉及一种氘代乙酸的生产工艺。


背景技术：

2.氘代乙酸是一种无色液体，可以用作核磁共振的分析溶剂和用于氘标记化合物的制备等。氘代乙酸是由乙酸酐水解得到，和三氟乙酸酐的性质不同，乙酸酐遇水不会立即反应，低于常温几乎不反应，在室温下反应也不明显，需要加热到60℃才逐渐反应。不加催化剂反应较慢但相对温和，在催化剂催化的条件下可以加快氘代乙酸的反应速率，但同时也会大量放热影响反应平衡，而且容易发生危险。所以需要对催化剂进行调整，满足氘代乙酸的生产需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种氘代乙酸的生产工艺，以解决背景技术中的问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种氘代乙酸的生产工艺，包括如下步骤：
5.步骤一：向烧瓶中加入乙酸酐和适量催化剂，在60℃油浴和磁力搅拌的条件下分批加入重水，在氩气的保护下进行反应；反应结束前烧瓶中为两相不相溶的液体，反应结束后烧瓶中的液体变为均相，当上一批重水反应消失后再重新加入一批重水；
6.步骤二：反应过程通过核磁共振氢谱进行检测，待核磁共振谱图中反应物的信号峰完全消失后，取产物进行精馏，得到氘代乙酸。
7.每一批加入重水的量为0.2kg；反应过程中乙酸酐和重水总量的用量比为10kg：2.06kg。
8.所述催化剂通过如下步骤制备：
9.步骤s1：取长度为2-3cm且直径为1-1.5cm的活性炭，将活性炭用质量分数为65％的硝酸浸渍45-60min，使活性炭中封闭的孔隙经腐蚀后被打开，然后将活性炭用蒸馏水浸没并且在0.15mpa的条件下加热1-1.5h，然后在105℃的条件下干燥24h，得到预处理活性炭；
10.步骤s2：在冰浴的条件下，将冰醋酸、n-异丙基丙烯酰胺、纳米铂和丙烯酰胺加入烧瓶中并用蒸馏水溶解，向烧瓶中加入预处理活性炭并不断搅拌，然后向烧瓶中加入交联剂和光引发剂，在室温下搅拌3-5min，抽真空后使预处理活性炭充分且均匀地吸收各组分，然后取出吸收有各组分的预处理活性炭并置于密闭的玻璃容器中，在氮气的保护下用紫外灯照射1-2h引发聚合，最后在25-30℃的条件下通风干燥，得到催化剂。
11.进一步地，冰醋酸、n-异丙基丙烯酰胺、纳米铂、丙烯酰胺、蒸馏水、交联剂和光引发剂的用量比为10ml：2g：0.6g：12g：60ml：4mg：2mg。
12.进一步地，交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂为2-酮戊二酸。
13.本发明的有益效果：
14.该氘代乙酸的生产工艺过程中，重水的用量与乙酸酐相比较少，采用部分添加的方式加入乙酸酐中，比传统滴加方式更有利于反应进行；在反应过程中使用催化剂进行催化，能够有效加快反应速率，并且该催化剂以活性炭为载体，活性炭经过硝酸处理，打开活性炭上的闭合孔隙；采用n-异丙基丙烯酰胺为单体，以纳米铂为催化剂主要成分，将交联剂和光催化剂等各组分浸入预处理活性炭后，在紫外灯的照射下，预处理活性炭内各原料中的双键发生交联聚合，形成的聚合体将纳米铂等成分固定在活性炭内，并且该聚合体具有温敏性，生产氘代乙酸的反应过程将温度控制在60℃，若催化过度则会使反应容器中的温度升高，聚合体中的高分子链发生相互聚集，体积减小将纳米铂紧密包裹，减少纳米铂与反应物的接触，降低催化效率防止反应环境过热，并且通过氩气维持惰性的反应环境，保证反应稳定有序进行。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施例1
17.制备催化剂，包括如下步骤：
18.步骤s1：取长度为2cm且直径为1cm的活性炭，将活性炭用质量分数为65％的硝酸浸渍45min，使活性炭中封闭的孔隙经腐蚀后被打开，然后将活性炭用蒸馏水浸没并且在0.15mpa的条件下加热1h，然后在105℃的条件下干燥24h，得到预处理活性炭；
19.步骤s2：在冰浴的条件下，将100ml冰醋酸、20g n-异丙基丙烯酰胺、6g纳米铂和120g丙烯酰胺加入烧瓶中并用600ml蒸馏水溶解，向烧瓶中加入预处理活性炭并不断搅拌，然后向烧瓶中加入40mg n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和光20mg 2-酮戊二酸，在室温下搅拌3min，抽真空使预处理活性炭充分且均匀地吸收各组分，然后取出吸收有各组分的预处理活性炭并置于密闭的玻璃容器中，在氮气的保护下用紫外灯照射1h引发聚合，最后在25℃的条件下通风干燥，得到催化剂。
20.实施例2
21.制备催化剂，包括如下步骤：
22.步骤s1：取长度为2.5cm且直径为1.2cm的活性炭，将活性炭用质量分数为65％的硝酸浸渍50min，使活性炭中封闭的孔隙经腐蚀后被打开，然后将活性炭用蒸馏水浸没并且在0.15mpa的条件下加热1.2h，然后在105℃的条件下干燥24h，得到预处理活性炭；
23.步骤s2：在冰浴的条件下，将100ml冰醋酸、20g n-异丙基丙烯酰胺、6g纳米铂和120g丙烯酰胺加入烧瓶中并用600ml蒸馏水溶解，向烧瓶中加入预处理活性炭并不断搅拌，然后向烧瓶中加入40mg n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和光20mg 2-酮戊二酸，在室温下搅拌4min，抽真空使预处理活性炭充分且均匀地吸收各组分，然后取出吸收有各组分的预处理活性炭并置于密闭的玻璃容器中，在氮气的保护下用紫外灯照射1.5h引发聚合，最后在28℃的条件下通风干燥，得到催化剂。
24.实施例3
25.制备催化剂，包括如下步骤：
26.步骤s1：取长度为3cm且直径为1.5cm的活性炭，将活性炭用质量分数为65％的硝酸浸渍60min，使活性炭中封闭的孔隙经腐蚀后被打开，然后将活性炭用蒸馏水浸没并且在0.15mpa的条件下加热1.5h，然后在105℃的条件下干燥24h，得到预处理活性炭；
27.步骤s2：在冰浴的条件下，将100ml冰醋酸、20g n-异丙基丙烯酰胺、6g纳米铂和120g丙烯酰胺加入烧瓶中并用600ml蒸馏水溶解，向烧瓶中加入预处理活性炭并不断搅拌，然后向烧瓶中加入40mg n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和光20mg 2-酮戊二酸，在室温下搅拌5min，抽真空使预处理活性炭充分且均匀地吸收各组分，然后取出吸收有各组分的预处理活性炭并置于密闭的玻璃容器中，在氮气的保护下用紫外灯照射2h引发聚合，最后在30℃的条件下通风干燥，得到催化剂。
28.实施例4
29.制备氘代乙酸，包括如下步骤：
30.步骤一：向烧瓶中加入10kg乙酸酐和20g实施例1中制备的催化剂，在60℃油浴和磁力搅拌的条件下分批加入重水，每一批加入重水的量为0.2kg在氩气的保护下进行反应；反应结束前烧瓶中为两相不相溶的液体，反应结束后烧瓶中的液体变为均相，当上一批重水反应消失后再重新加入一批重水；
31.步骤二：反应过程通过核磁共振氢谱进行检测，总共加入2.06kg重水后，待核磁共振谱图中反应物的信号峰完全消失，将产物精馏得到氘代乙酸。
32.实施例5
33.制备氘代乙酸，包括如下步骤：
34.步骤一：向烧瓶中加入10kg乙酸酐和20g实施例2中制备的催化剂，在60℃油浴和磁力搅拌的条件下分批加入重水，每一批加入重水的量为0.2kg在氩气的保护下进行反应；反应结束前烧瓶中为两相不相溶的液体，反应结束后烧瓶中的液体变为均相，当上一批重水反应消失后再重新加入一批重水；
35.步骤二：反应过程通过核磁共振氢谱进行检测，总共加入2.06kg重水后，待核磁共振谱图中反应物的信号峰完全消失，将产物精馏得到氘代乙酸。
36.实施例6
37.制备氘代乙酸，包括如下步骤：
38.步骤一：向烧瓶中加入10kg乙酸酐和20g实施例3中制备的催化剂，在60℃油浴和磁力搅拌的条件下分批加入重水，每一批加入重水的量为0.2kg在氩气的保护下进行反应；反应结束前烧瓶中为两相不相溶的液体，反应结束后烧瓶中的液体变为均相，当上一批重水反应消失后再重新加入一批重水；
39.步骤二：反应过程通过核磁共振氢谱进行检测，总共加入2.06kg重水后，待核磁共振谱图中反应物的信号峰完全消失，将产物精馏得到氘代乙酸。
40.对比例1：在对比例6的基础上不使用催化剂，其余步骤和条件保持不变，制备氘代乙酸。
41.对比例2：在对比例6的基础上不使用实施例3中制备的催化剂，直接使用0.5g纳米铂作为催化剂，其余步骤和条件保持不变，制备氘代乙酸。
42.对实施例4-实施例6、对比例1和对比例2进行监测，记录制备过程中反应体系的最
高温度和反应完成所用时间，结果如表1所示：
43.表1
44.项目实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2最高温度/℃6564646084反应时间/min135137137245159
45.由表1可以看出，添加实施例1-实施例3中制备的催化剂后体系的反应温度较为稳定，并且反应结束更快。
46.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。