具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺的制作方法

1.本发明涉及化工产品制备技术领域，更具体地说，本发明涉及具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺。


背景技术：

2.二碳酸二叔丁酯，是一种新型的氨基保护剂，有机合成中用来引入叔丁氧羰基boc保护剂，特别适用于氨基酸的氨基保护：广泛应用于医药、蛋白质及多肽合成、生物化学、食品、化妆品等多种产品的合成中。成品为无色结晶体或无色液体，熔点22～23℃，沸点56～57℃/66pa。溶解于四氢呋喃、正己烷、苯和三氯甲烷等有机溶剂，微溶于水。二碳酸二叔丁酯比传统的保护剂(如氯甲酸苄酯、氯甲酸-p芴甲酸等)相比具有更安全、更经济、更高效、更易控制的优点。
3.但是现有的二碳酸二叔丁酯的制备工艺所制备出来的成品，均存在产品含有的杂质多，纯度较低的情况，不能满足人们的使用需求。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，本发明所要解决的问题是：如何制备出的二碳酸二叔丁酯的纯度。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，具体制备步骤如下：
6.步骤一：称取经过盐析的叔丁醇和氨基钠于反应釜中，加入甲苯，边搅拌边升温至88～108℃，得混合溶液后，加入甲苯，搅拌反应3～5h，反应完成后，获得叔丁醇钠粗品，将叔丁醇钠粗品蒸发浓缩后，于90～110℃的温度下，真空干燥即得高纯度叔丁醇钠备用；
7.步骤二：称取所述步骤一制备的叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b于一反应容器中，持续搅拌30～40分钟后，用盐水浴降温，待温度降至-2
±
0.5℃，开始通入co2气体，同时缓慢搅拌，持续反应2～3h，可得到碳酸叔丁基单酯钠盐备用；
8.步骤三：称取溶剂a和催化剂tpm于一反应容器中，搅拌冷却至5～10℃时，缓慢滴加30～35分钟双光气，然后在20～25℃保温状态下反应60～70分钟后得到样品a备用；
9.步骤四：将所述步骤二中得到的碳酸叔丁基单酯钠盐投入反应容器中，然后加入催化剂tda，开始搅拌，当温度冷却至0℃时，缓慢滴入所述步骤三制备的样品a，使溶液温度控制在0～-5℃，保温1～1.5小时，然后升温至30～35℃，继续保温3～3.5个小时，直至无气泡产生，停止搅拌，将溶液真空抽滤，并将滤液一并吸入真空旋转蒸发器中，温度升温至45～50℃，真空压强为4～5kpa的状态下，继续蒸发50～60分钟，直至没有溶剂滴出为止，即可得到二碳酸二叔丁酯粗品；
10.步骤五：称取所述步骤四中制备的二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂，投入反应釜中，在温度为40～50℃，压强为60～70kpa状态下，脱去低沸物，得到二碳酸二叔丁酯精品。
11.进一步的，所述步骤一中盐析的叔丁醇的制备方法为：称取叔丁醇加入反应容器
中，按盐浓度为10％称取盐，并将其溶解后加入上述反应容器中，持续搅拌，并将温度逐渐加热至95～110℃，滴加萃取剂，保温反应2～3h，可得到盐析后的叔丁醇。
12.进一步的，在所述盐析的叔丁醇的制备过程中叔丁醇、盐和萃取剂的质量分数比为1：(1.2～1.7)：1，所述萃取剂为含盐浓度为10％的溶液。
13.进一步的，所述步骤一中催化剂a的制备方法为：将二环己基碳二亚胺加入到去离子水中，超声分散均匀后，依次加入4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺、硅酸钠，搅拌混合均匀后，干燥、粉碎即得所需催化剂a。
14.进一步的，所述催化剂a的制备方法中二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺和硅酸钠的质量分数比为1.5：4：3：12。
15.进一步的，所述步骤一中叔丁醇、氨基钠、甲苯、的质量分数比为1：(1.3～1.8)：2。
16.进一步的，所述步骤二中叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b的质量分数比为1：(5～6)：3，所述溶剂a为正己烷，所述溶剂b为四氢呋喃。
17.进一步的，所述步骤三中溶剂a、催化剂tpm和双光气的质量分数比为4：0.05：(12～15)。
18.进一步的，所述步骤四中碳酸叔丁基单酯钠盐、催化剂tda、样品a的质量分数比为(1～1.5)：0.01：0.5。
19.进一步的，所述步骤五中二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂的质量分数比为(10～11)：0.1。
20.本发明的技术效果和优点：
21.1、采用本发明的原料配方所制备出的二碳酸二叔丁酯，通过采用双光气代替光气制备二碳酸二叔丁酯，可大大提高成品的纯度，且可降低生产成本和污染，工业上可操作性强，有利于安全生产，并且通过将甲苯加入氨基钠和叔丁醇混合物中作为反应介质，不会影响二者的化学性质，且氨基钠和叔丁醇在此类介质中溶解性好，反应速度大为提高，另外选用氨基钠代替金属钠生产叔丁醇钠，反应放出氨气而不是氢气，可对其循环利用，提高资源利用率，而所添加的催化剂a，不但能够有效提高反应速率，促进反应向正向进行，有效提高叔丁醇的转化率，并且由于反应条件温和，可大大减少催化剂a的用量，从而可减少能量消耗和挥发浪费，进而避免环境污染。
22.2、本发明的原料配方所制备出的二碳酸二叔丁酯，通过利用盐析精馏的方法提高叔丁醇的纯度，最终可再次提高产物二碳酸二叔丁酯的纯度，并且可增加产出率，降低生产成本，采用盐析法一方面可利用溶盐提高欲分离组分之间相对挥发度的突出性能，克服纯溶剂效能差、用量大的缺点，另一方面能保持液体分离剂容易循环和回收，便于在工业生产上实现的优点；盐析法的原理从宏观上看是盐在醇和水中的溶解度各不相同，在水中溶解度大，造成醇的蒸汽压下降少，从而相对挥发度加大；从微观上看由于盐为强电解质，在水中离解为离子产生电场，由于水分子与醇分子的极性和介电常数不同，水的极性和介电常数大，能够富集在离子周围，使水的活度系数减小而提高了醇对水的相对挥发度。
具体实施方式
23.下面将结合本发明中的实施例，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。
24.实施例1：
25.本发明提供了具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，具体制备步骤如下：
26.步骤一：称取经过盐析的叔丁醇和氨基钠于反应釜中，加入甲苯，边搅拌边升温至88℃，得混合溶液后，加入催化剂a，搅拌反应3h，反应完成后，获得叔丁醇钠粗品，将叔丁醇钠粗品蒸发浓缩后，于90℃的温度下，真空干燥即得高纯度叔丁醇钠备用；
27.步骤二：称取所述步骤一制备的叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b于一反应容器中，持续搅拌30分钟后，用盐水浴降温，待温度降至-2
±
0.5℃，开始通入co2气体，同时缓慢搅拌，持续反应2h，可得到碳酸叔丁基单酯钠盐备用；
28.步骤三：称取溶剂a和催化剂tpm于一反应容器中，搅拌冷却至5℃时，缓慢滴加30分钟双光气，然后在20℃保温状态下反应60分钟后得到样品a备用；
29.步骤四：将所述步骤二中得到的碳酸叔丁基单酯钠盐投入反应容器中，然后加入催化剂tda，开始搅拌，当温度冷却至0℃时，缓慢滴入所述步骤三制备的样品a，使溶液温度控制在0℃，保温1小时，然后升温至30℃，继续保温3个小时，直至无气泡产生，停止搅拌，将溶液真空抽滤，并将滤液一并吸入真空旋转蒸发器中，温度升温至45℃，真空压强为4kpa的状态下，继续蒸发50分钟，直至没有溶剂滴出为止，即可得到二碳酸二叔丁酯粗品；
30.步骤五：称取所述步骤四中制备的二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂，投入反应釜中，在温度为40℃，压强为60kpa状态下，脱去低沸物，得到二碳酸二叔丁酯精品。
31.所述步骤一中盐析的叔丁醇的制备方法为：称取叔丁醇加入反应容器中，按盐浓度为10％称取盐，并将其溶解后加入上述反应容器中，持续搅拌，并将温度逐渐加热至95℃，滴加萃取剂，保温反应2h，可得到盐析后的叔丁醇。
32.在所述盐析的叔丁醇的制备过程中叔丁醇、盐和萃取剂的质量分数比为1：1.5：1，所述萃取剂为含盐浓度为10％的溶液。
33.所述步骤一中催化剂a的制备方法为：将二环己基碳二亚胺加入到去离子水中，超声分散均匀后，依次加入4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺、硅酸钠，搅拌混合均匀后，干燥、粉碎即得所需催化剂a。
34.所述催化剂a的制备方法中二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺和硅酸钠的质量分数比为1.5：4：3：12。
35.所述步骤一中叔丁醇、氨基钠、甲苯、的质量分数比为1：1.5：2。
36.所述步骤二中叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b的质量分数比为1：6：3，所述溶剂a为正己烷，所述溶剂b为四氢呋喃。
37.所述步骤三中溶剂a、催化剂tpm和双光气的质量分数比为4：0.05：12。
38.所述步骤四中碳酸叔丁基单酯钠盐、催化剂tda、样品a的质量分数比为1：0.01：0.5。
39.所述步骤五中二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂的质量分数比为10：0.1。
40.实施例2：
41.本发明提供了具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，具体制备步骤如下：
42.步骤一：称取叔丁醇和氨基钠于反应釜中，加入甲苯，边搅拌边升温至88℃，得混
合溶液后，加入催化剂a，搅拌反应3h，反应完成后，获得叔丁醇钠粗品，将叔丁醇钠粗品蒸发浓缩后，于90℃的温度下，真空干燥即得高纯度叔丁醇钠备用；
43.步骤二：称取所述步骤一制备的叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b于一反应容器中，持续搅拌30分钟后，用盐水浴降温，待温度降至-2
±
0.5℃，开始通入co2气体，同时缓慢搅拌，持续反应2h，可得到碳酸叔丁基单酯钠盐备用；
44.步骤三：称取溶剂a和催化剂tpm于一反应容器中，搅拌冷却至5℃时，缓慢滴加30分钟双光气，然后在20℃保温状态下反应60分钟后得到样品a备用；
45.步骤四：将所述步骤二中得到的碳酸叔丁基单酯钠盐投入反应容器中，然后加入催化剂tda，开始搅拌，当温度冷却至0℃时，缓慢滴入所述步骤三制备的样品a，使溶液温度控制在0℃，保温1小时，然后升温至30℃，继续保温3个小时，直至无气泡产生，停止搅拌，将溶液真空抽滤，并将滤液一并吸入真空旋转蒸发器中，温度升温至45℃，真空压强为4kpa的状态下，继续蒸发50分钟，直至没有溶剂滴出为止，即可得到二碳酸二叔丁酯粗品；
46.步骤五：称取所述步骤四中制备的二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂，投入反应釜中，在温度为40℃，压强为60kpa状态下，脱去低沸物，得到二碳酸二叔丁酯精品。
47.所述步骤一中催化剂a的制备方法为：将二环己基碳二亚胺加入到去离子水中，超声分散均匀后，依次加入4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺、硅酸钠，搅拌混合均匀后，干燥、粉碎即得所需催化剂a。
48.所述催化剂a的制备方法中二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、异丙醇胺和硅酸钠的质量分数比为1.5：4：3：12。
49.所述步骤一中叔丁醇、氨基钠、甲苯、的质量分数比为1：1.5：2。
50.所述步骤二中叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b的质量分数比为1：6：3，所述溶剂a为正己烷，所述溶剂b为四氢呋喃。
51.所述步骤三中溶剂a、催化剂tpm和双光气的质量分数比为4：0.05：12。
52.所述步骤四中碳酸叔丁基单酯钠盐、催化剂tda、样品a的质量分数比为1：0.01：0.5。
53.所述步骤五中二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂的质量分数比为10：0.1。
54.实施例3：
55.本发明提供了具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，具体制备步骤如下：
56.步骤一：称取经过盐析的叔丁醇和金属钠于反应釜中，加入二甲苯，边搅拌边升温至88℃，得混合溶液后，搅拌反应3h，反应完成后，获得叔丁醇钠粗品，将叔丁醇钠粗品蒸发浓缩后，于90℃的温度下，真空干燥即得高纯度叔丁醇钠备用；
57.步骤二：称取所述步骤一制备的叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b于一反应容器中，持续搅拌30分钟后，用盐水浴降温，待温度降至-2
±
0.5℃，开始通入co2气体，同时缓慢搅拌，持续反应2h，可得到碳酸叔丁基单酯钠盐备用；
58.步骤三：称取溶剂a和催化剂tpm于一反应容器中，搅拌冷却至5℃时，缓慢滴加30分钟双光气，然后在20℃保温状态下反应60分钟后得到样品a备用；
59.步骤四：将所述步骤二中得到的碳酸叔丁基单酯钠盐投入反应容器中，然后加入催化剂tda，开始搅拌，当温度冷却至0℃时，缓慢滴入所述步骤三制备的样品a，使溶液温度控制在0℃，保温1小时，然后升温至30℃，继续保温3个小时，直至无气泡产生，停止搅拌，将
溶液真空抽滤，并将滤液一并吸入真空旋转蒸发器中，温度升温至45℃，真空压强为4kpa的状态下，继续蒸发50分钟，直至没有溶剂滴出为止，即可得到二碳酸二叔丁酯粗品；
60.步骤五：称取所述步骤四中制备的二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂，投入反应釜中，在温度为40℃，压强为60kpa状态下，脱去低沸物，得到二碳酸二叔丁酯精品。
61.所述步骤一中盐析的叔丁醇的制备方法为：称取叔丁醇加入反应容器中，按盐浓度为10％称取盐，并将其溶解后加入上述反应容器中，持续搅拌，并将温度逐渐加热至95℃，滴加萃取剂，保温反应2h，可得到盐析后的叔丁醇。
62.在所述盐析的叔丁醇的制备过程中叔丁醇、盐和萃取剂的质量分数比为1：1.5：1，所述萃取剂为含盐浓度为10％的溶液。
63.所述步骤二中叔丁醇钠、溶剂a和溶剂b的质量分数比为1：6：3，所述溶剂a为正己烷，所述溶剂b为四氢呋喃。
64.所述步骤三中溶剂a、催化剂tpm和双光气的质量分数比为4：0.05：12。
65.所述步骤四中碳酸叔丁基单酯钠盐、催化剂tda、样品a的质量分数比为1：0.01：0.5。
66.所述步骤五中二碳酸二叔丁酯粗品和稳定剂的质量分数比为10：0.1。
67.对比例：
68.本发明提供了具有较高纯度的二碳酸二叔丁酯的制备工艺，具体制备步骤如下：
69.步骤一：将叔丁醇钠与正己烷投入反应釜中，在n2气保护下升温至溶解完全，然后搅拌冷却至0～50℃，向反应釜中通入二氧化碳至饱和后，向反应液中加入三元催化剂；
70.步骤二：控制反应釜内的温度在-12℃～20℃范围内，每隔0.5小时，分10批次向反应釜内投入固体光气，投入结束后再反应3小时，反应完成后加水洗涤，常压蒸去正己烷溶剂，得到二碳酸二叔丁酯粗品，于0℃以下进行结晶，结晶充分后，离心分离母液，得到所需的二碳酸二叔丁酯。
71.所述的三元催化剂为固体酸、有机碱、和界面催化剂的混合物。
72.所述的固体酸催化剂的加入量与叔丁醇钠重量比为0.001～0.01：1.0。
73.所述的有机碱的加入量与叔、醇钠重量比为0.001～0.01：1.0。
74.所述的界面催化剂加入量与叔丁醇钠的重量比为0.001～0.01：1.0。
75.以上实施例和对比例中的原料来源为：叔丁醇为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司生产货号为phr2184、氨基钠为湖北鑫润德化工有限公司、正己烷为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司生产货号为34859、四氢呋喃为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司生产货号为s2667-1vial、二环己基碳二亚胺为上海源叶生物科技有限公司生产货号为s24078-100g、4-二甲氨基吡啶为上海源叶生物科技有限公司生产货号为s24905-25g、异丙醇胺为南通润丰石油化工有限公司货号为r163、硅酸钠为武汉吉鑫益邦生物科技有限公司生产。
76.取上述实施例1-5所制得的二碳酸二叔丁酯分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，选取对比例生产的二碳酸二叔丁酯的制备工艺作为对照组，对选择的二碳酸二叔丁酯进行纯度和收率的测试，(其测试按照国家标准hg/t 5160-2017检测并记录)，测试结果如表一：
[0077] 纯度/％产物含量/％产物收率/％
实验组199.898.195.5实验组299.597.394.9实验组398.696.593.6对照组9793.490
[0078]
表一
[0079]
由表一可知，采用本发明生产的二碳酸二叔丁酯纯度和收率较高，实施例4相对比实施例1未采用盐析过的叔丁醇，其纯度和收率降低，实施例5相对比实施例1未使用甲苯和催化剂a，其纯度和收率降低，用本发明的原料配方所制备出的二碳酸二叔丁酯，通过采用双光气代替光气制备二碳酸二叔丁酯，可大大提高成品的纯度，且可降低生产成本和污染，工业上可操作性强，有利于安全生产，并且通过将甲苯加入氨基钠和叔丁醇混合物中作为反应介质，不会影响二者的化学性质，且氨基钠和叔丁醇在此类介质中溶解性好，反应速度大为提高，另外选用氨基钠代替金属钠生产叔丁醇钠，反应放出氨气而不是氢气，可对其循环利用，提高资源利用率，而所添加的催化剂a，不但能够有效提高反应速率，促进反应向正向进行，有效提高叔丁醇的转化率，并且由于反应条件温和，可大大减少催化剂a的用量，从而可减少能量消耗和挥发浪费，进而避免环境污染，并且通过利用盐析精馏的方法提高叔丁醇的纯度，最终可再次提高产物二碳酸二叔丁酯的纯度，并且可增加产出率，降低生产成本，采用盐析法一方面可利用溶盐提高欲分离组分之间相对挥发度的突出性能，克服纯溶剂效能差、用量大的缺点，另一方面能保持液体分离剂容易循环和回收，便于在工业生产上实现的优点；盐析法的原理从宏观上看是盐在醇和水中的溶解度各不相同，在水中溶解度大，造成醇的蒸汽压下降少，从而相对挥发度加大；从微观上看由于盐为强电解质，在水中离解为离子产生电场，由于水分子与醇分子的极性和介电常数不同，水的极性和介电常数大，能够富集在离子周围，使水的活度系数减小而提高了醇对水的相对挥发度。
[0080]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。