本發(fā)明涉及催化劑，具體涉及一種用分子篩催化劑合成的丙交酯衍生物及其合成方法。

背景技術(shù)：

1、分子篩催化劑是一類具有特定孔結(jié)構(gòu)的固體催化劑，具有高比表面積、高孔隙度以及高度有序的孔道結(jié)構(gòu)，能夠通過其分子級(jí)別的孔隙對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行篩選，這些孔隙大小通常在2～10納米之間，能夠有效地篩分不同分子大小的物質(zhì)，從而提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性和活性。因此，分子篩催化劑在催化反應(yīng)中不僅起到了催化的作用，還通過孔道的尺寸限制對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的分子篩選，進(jìn)而影響反應(yīng)的速率、產(chǎn)物的分布等。但在實(shí)際應(yīng)用中，催化劑的選擇性要求比較苛刻，如催化劑的孔徑與反應(yīng)物或產(chǎn)物的尺寸不匹配將導(dǎo)致副產(chǎn)物的生成或主產(chǎn)物的生成效率降低；不同類型的分子篩催化劑酸性位點(diǎn)分布不均勻?qū)?dǎo)致不同反應(yīng)路徑的競(jìng)爭(zhēng)，影響反應(yīng)的選擇性。

2、當(dāng)前，隨著對(duì)可生物降解材料如聚乳酸(pla)需求的增加，已有研究人員通過對(duì)pla的側(cè)鏈基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)改性，合成不同的丙交酯衍生物，如烷基或芳基側(cè)鏈。這些衍生物通過均聚或與pla共聚，獲得具有不同物理性能的聚合物材料，拓寬了pla在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。然而，現(xiàn)有的丙交酯衍生物的制備方法仍存在轉(zhuǎn)化效率低、操作復(fù)雜等問題，制約了其在工業(yè)化應(yīng)用中的推廣。如丙交酯衍生物的合成常常需要高溫、高壓等苛刻的反應(yīng)條件，這不僅增加了能耗，也容易引發(fā)副反應(yīng)或降解，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率低。高溫可能導(dǎo)致聚合物鏈的過度交聯(lián)或降解，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，而高壓則增加了操作的難度和設(shè)備的復(fù)雜性。其次，現(xiàn)有的催化體系多依賴于傳統(tǒng)的酸催化劑或金屬催化劑，這些催化劑雖然具有較好的活性，但往往存在選擇性差、反應(yīng)速率慢的問題，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化過程中生成大量副產(chǎn)物，降低了轉(zhuǎn)化效率。此外，由于丙交酯衍生物的分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，聚合反應(yīng)的反應(yīng)性和穩(wěn)定性難以控制，尤其是在共聚反應(yīng)中，可能會(huì)出現(xiàn)鏈增長(zhǎng)不均、聚合度低以及共聚物組成不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而影響產(chǎn)品的最終性能。

3、因此，開發(fā)一種更高效的催化劑和反應(yīng)條件來提高丙交酯衍生物的轉(zhuǎn)化效率，減少副產(chǎn)物生成，保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和高產(chǎn)率，對(duì)提升pla及其衍生物的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中丙交酯衍生物的合成轉(zhuǎn)化效率低、操作復(fù)雜的問題，本發(fā)明提出了一種用分子篩催化劑合成的丙交酯衍生物及其合成方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種用分子篩催化劑合成丙交酯衍生物的方法，包括以下步驟：

3、將α-羥基酸在分子篩催化劑的催化作用下環(huán)化，在有機(jī)溶劑中進(jìn)行加熱脫水反應(yīng)，用分水器除去反應(yīng)產(chǎn)生的水分，經(jīng)飽和碳酸鈉和飽和食鹽水洗滌后，用無水硫酸鎂干燥，再真空除去反應(yīng)溶劑，將得到的粗產(chǎn)物用乙醚熱熔冷析重結(jié)晶三次，最后干燥，得到丙交酯衍生物；

4、進(jìn)一步地，所述α-羥基酸為2-羥基-4甲硫基-丁酸；

5、進(jìn)一步地，所述分子篩催化劑為zsm分子篩；

6、進(jìn)一步地，所述zsm分子篩的硅鋁比包括25、50、200和300；

7、進(jìn)一步地，所述α-羥基酸與分子篩催化劑的質(zhì)量比例為1：0.01～0.7；

8、進(jìn)一步地，所述有機(jī)溶劑為甲苯、二甲苯、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺中的任一種；

9、進(jìn)一步地，所述加熱脫水反應(yīng)的溫度為120℃；

10、進(jìn)一步地，所述加熱脫水反應(yīng)的時(shí)間為0.5～7天；

11、進(jìn)一步地，所述zsm分子篩的硅鋁比為200；所述加熱脫水反應(yīng)時(shí)間為7天。

12、一種用分子篩催化劑合成的丙交酯衍生物，應(yīng)用上述的方法制得。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了丙交酯衍生物的合成轉(zhuǎn)化效率低、操作復(fù)雜的問題，具體有益效果為：

14、1.有效減少副產(chǎn)物生成：傳統(tǒng)酸催化劑如硫酸、對(duì)甲苯磺酸等，其催化活性位點(diǎn)均勻分布在整個(gè)反應(yīng)體系中，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的選擇性較低。而本發(fā)明通過采用zsm分子篩催化劑催化丙交酯衍生物的合成，zsm分子篩中活性位點(diǎn)的分布并非均勻，而是集中在孔道內(nèi)部，這種特殊的分布方式使得反應(yīng)物分子在孔道內(nèi)能夠更有效地與活性位點(diǎn)相互作用，相比傳統(tǒng)酸催化劑在均相體系中隨機(jī)的碰撞反應(yīng)，具有更高的反應(yīng)效率和選擇性。且zsm分子篩的孔徑與丙交酯衍生物和其原料分子的尺寸相匹配，保證了反應(yīng)物在zsm分子篩表面發(fā)生高效反應(yīng)。由于反應(yīng)過程中僅允許適當(dāng)大小的分子進(jìn)入催化劑孔道，因此，大分子或不適宜的中間產(chǎn)物難以進(jìn)入孔道，從而有效減少了副反應(yīng)的發(fā)生，提升了產(chǎn)物的純度和選擇性。

15、2.有效提升丙交酯衍生物的轉(zhuǎn)化率：傳統(tǒng)酸催化劑如硫酸、對(duì)甲苯磺酸等，其活性位點(diǎn)通常是強(qiáng)酸性的質(zhì)子，催化作用主要基于質(zhì)子對(duì)反應(yīng)物分子的親電進(jìn)攻。而本發(fā)明使用的zsm分子篩催化劑除了具有質(zhì)子酸性外，還存在lewis酸性位點(diǎn)，這些lewis酸性位點(diǎn)通過與反應(yīng)物分子形成配位鍵，改變反應(yīng)物分子的電子云分布，從而促進(jìn)環(huán)化反應(yīng)的進(jìn)行，顯著提高了丙交酯衍生物的轉(zhuǎn)化率，可達(dá)到98％。

16、3.靈活調(diào)節(jié)分子篩的結(jié)構(gòu)、孔徑大小和表面酸性：本發(fā)明通過改變zsm分子篩催化劑的硅鋁比來進(jìn)一步調(diào)節(jié)zsm分子篩的結(jié)構(gòu)、孔徑大小和表面酸性。較高的硅鋁比有益于穩(wěn)定分子篩的框架結(jié)構(gòu)，增大分子篩的孔徑尺寸，有利于較大分子或反應(yīng)物的進(jìn)入和反應(yīng)；較低的硅鋁比通常具有更密集的酸性位點(diǎn)分布，使分子篩孔道結(jié)構(gòu)緊湊，孔徑減小，有助于對(duì)小分子反應(yīng)物的選擇性催化，減少副產(chǎn)物的生成。因此，通過優(yōu)化硅鋁比，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過程的精準(zhǔn)控制，顯著提升丙交酯衍生物的純度、轉(zhuǎn)化率和選擇性，同時(shí)有效減少了zsm分子篩催化劑的消耗和反應(yīng)成本，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。

17、4.符合綠色環(huán)保要求：傳統(tǒng)酸催化劑在反應(yīng)結(jié)束后難以與反應(yīng)體系分離回收，通常只能一次性使用，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還產(chǎn)生了大量的廢酸，對(duì)環(huán)境造成污染。而本發(fā)明使用的zsm分子篩催化劑無毒無污染，且可回收利用，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，其晶體結(jié)構(gòu)在反應(yīng)條件下不易被破壞，能夠在多次循環(huán)使用過程中保持相對(duì)穩(wěn)定的催化活性，可重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)綠色可持續(xù)化學(xué)工藝的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種用分子篩催化劑合成丙交酯衍生物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述α-羥基酸為2-羥基-4甲硫基-丁酸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述分子篩催化劑為zsm分子篩。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述zsm分子篩的硅鋁比包括25、50、200和300。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述α-羥基酸與分子篩催化劑的質(zhì)量比例為1：0.01～0.7。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為甲苯、二甲苯、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺中的任一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述加熱脫水反應(yīng)的溫度為120℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述加熱脫水反應(yīng)的時(shí)間為0.5～7天。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，其特征在于，所述zsm分子篩的硅鋁比為200；所述加熱脫水反應(yīng)時(shí)間為7天。

10.一種用分子篩催化劑合成的丙交酯衍生物，其特征在于，應(yīng)用如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法制得。

技術(shù)總結(jié)
一種用分子篩催化劑催化丙交酯衍生物合成的方法，涉及催化劑技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中丙交酯衍生物的合成轉(zhuǎn)化效率低、操作復(fù)雜的問題。本發(fā)明采用ZSM分子篩催化劑對(duì)2?羥基?4甲硫基?丁酸進(jìn)行催化，使其環(huán)化，制備得到丙交酯衍生物3,6?二乙基甲硫基?2,5?二酮?1,4?二氧雜環(huán)。本發(fā)明利用ZSM分子篩催化劑的酸性活性位點(diǎn)能夠有效地激活反應(yīng)物分子，顯著提高丙交酯衍生物的轉(zhuǎn)化率；有效減少了副反應(yīng)的發(fā)生，提升了產(chǎn)物的純度和選擇性；通過優(yōu)化ZSM分子篩催化劑的硅鋁比(ZSM分子篩的硅鋁比為25、50、200和300)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)過程的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：邊新超,劉心妍,王文博,劉焱龍,孫小紅,陳學(xué)思
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15