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109-52-4 / 正戊酸的合成方法及应用领域

背景与概述[1]

正戊酸是一种短链饱和脂肪酸,又名戊酸、缬草酸,正穿心排草酸等。戊酸常温下是一种无色透明液体,相对密度0.9391,易溶于水、乙醇和乙醚等溶液,易燃,具有难闻的臭袜子气味,存在于多年生开花植物缬草中。

正戊酸有一定毒型,急性毒性:小鼠LD50:60mg/kg,遇明火、高温、强氧化剂可燃。正戊酸是一种重要的化工原料,主要用于合成戊酸酯,戊酸酯具有挥发性,带有怡人的香味,可用于香水和化妆品中,戊酸乙酯和戊酸戊酯具有水果香味,用作食品添加剂。戊酸酯广泛应用于香料、医药、润滑剂、增塑剂等行业,是一种应用广泛的化工原料。

合成方法[1][2][3]

正戊酸可以用正戊醇,正戊醛氧化法或用甲酸与1-丁烯反应制备得到。正戊醇氧化法需要大量氧化剂,对设备腐蚀严重,生产成本高。甲酸酸性强,对设备具有很强腐蚀性。另外还可用正丁基锂与干冰反应,但正丁基锂价格高,危险性大,对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有强烈的刺激作用,甚至可引起化学灼伤。

合成路径1:将一部分1-氯丁烷加入金属镁与溶剂的混合物中,加热引发反应后,3~10min内滴加余下的1-氯丁烷,并维持反应体系处于回流状态,1-氯丁烷滴加完毕后,使反应体系继续回流至反应完成,将所得反应混合物10~30min内滴加至装有干冰的反应容器中,自然升到室温,随后加入MgHSO4,搅拌,反应完全后抽滤,滤液酸化后提纯得到正戊酸。该反应原料来源广泛,成本低,适合于工业生产。反应路线如下:

正戊酸的合成方法及应用领域

合成方法2:

以γ-戊内酯为起始原料,加氢催化剂和三氟甲磺酸金属盐作为催化剂,在氢气氛围下进行催化氢解反应,得到戊酸。合成路线具体如下:

正戊酸的合成方法及应用领域

合成方法3:

以正戊醛为起始原料,采用反应器为外带循环的搅拌鼓泡釜式反应器,通过空气压缩机鼓入空气或氧气或富氧空气或贫氧空气,将原料低纯度正戊醛加入反应器中,鼓气速率100-2000L/min,反应温度25-100℃,反应时间1-30h,氧化后的产物经减压精馏提纯,即得高纯度正戊酸产品。这种方法无需任何催化剂,反应条件温和。

应用领域[4][5][6][7]

1.合成戊酸酯

正戊酸可以和醇类物质发生酯化反应,生成戊酸酯,戊酸酯常被用于食用香精和日化香精。以纳米复合杂多酸H3PW12O40/SiO4为催化剂,通过正戊酸和正丁醇反应来合成戊酸丁酯,酸醇物质的量比为1:1.2,催化剂用量为0.4g/0,1mol正戊酸,带水剂正丁醇为10mL,反应时间为40min,反应温度120℃作用,为最佳反应条件,此时酯化率可达95%。

2.合成1,2-戊二醇

1,2-戊二醇是制备杀菌剂丙环唑的关键中间体,同时在医药、表面活性剂、聚酯纤维等行业也有重要应用,是一种用途非常广泛的有机化工原料和中间体。正戊酸可被用来制备1,2-戊二醇,主要经过溴代、水解、还原3步反应,具体反应路线如下。

正戊酸的合成方法及应用领域

3.制备戊酸酐

戊酸酐是化工合成、医药原料和生物制药的中间体。由戊酸制备戊酸酐的反应主要包括1)在反应容器中加入有机溶剂和戊酸,再分批加入二环己基碳二亚胺,室温反应20~40min;2)再通过过滤除掉固体杂质,减压蒸馏回收有机溶剂,待有机溶剂回收完毕后,升温减压蒸馏得到目标产物戊酸酐。所制备的戊酸酐产物纯度可达99.3%。反应路径如下。

正戊酸的合成方法及应用领域

4.制备润滑油

以技术级季戊四醇和一元混合羧酸和二元羧酸为原料,经酯化反应,可制得合成基础油,具有较高的粘度指数、粘度以及较低的倾点。如季戊四醇、2-甲基丁酸、正戊酸、正庚酸、正辛酸、正壬酸、正癸酸、乙二酸等发生酯化反应合成润滑油基础油,运动粘度(100℃)4.991mm2/s,粘度指数135,倾点-63℃。

主要参考资料

[1]王洪波,王亮,瞿星,生产正戊酸的方法,CN 201610506898,申请日2016-06-30

[2]邓晋,常善伟,朱瑞,一种由γ-戊内酯制备戊酸及戊酸酯的方法,CN 201611131088,申请日2016-12-09

[3]杨长安,华杰,唐课文,一种空气氧化低纯度正戊醛制备正戊酸的绿色工艺,CN 201610396503,申请日2016-06-07

[4]盛淑玲. 纳米复合杂多酸催化合成香料戊酸丁酯[J]. 许昌学院学报, 2007, 26(2): 121-123.

[5]罗岩, 徐保明, 汤国亮, 等. 丙环唑中间体 1, 2-戊二醇的合成进展[J]. 農藥, 2010, 49(3): 161-163.

[6]郑伟,唐勇,一种戊酸酐的制备方法,CN 201510859817,申请日2015-11-30

[7]中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院,合成酯润滑油基础油及其制备方法,CN 201010158110,申请日2010-04-28