一种3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的制备方法

摘要

本发明涉及一种3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的制备方法，属有机化学技术领域。本发明以烯丙基缩水甘油醚和三甲氧基氢硅烷为原料进行硅氢加成反应合成3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，再经过蒸馏分离提纯得到产品。本发明以三氯化钌络合物为催化活性体，催化烯丙基缩水甘油醚与三甲氧基氢硅烷反应，其催化剂的活性较强、相对于铂催化剂具有成本低、产品收率、产品纯度高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的制备方法，属有机化学技术领域。

背景技术

3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷是一种用途广泛的硅烷偶联剂，主要用于涂料、树脂、玻璃纤维、电子封装等材料的改性，用来改善有机材料和无机材料表面的粘接性，提高玻璃纤维的柔软性和抗拉性等性能。还可以用于陶土、玻璃微珠、滑石粉、硅灰石、白炭黑、石英、铝粉、铁粉的表面处理。

3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷在国内外生产比较多，主要的生产方法是用烯丙基缩水甘油醚和三甲氧基氢硅烷为原料，铂配合物(如：Speier催化剂、Carstedt催化剂、铂-胺络合物)为催化剂，在加热、搅拌和溶剂作用下将三甲氧基氢硅烷滴加到含铂配合物催化剂的烯丙基缩水甘油醚中反应，再进行精馏提纯处理得到产品。其使用铂系列催化剂生产3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，其生产每吨产品需消耗氯铂酸为10-15克。由于氯铂酸的市场价格较高，故其催化剂的成本占整个硅烷产品生产总成本的5%—10%。因此有必要寻找一种价格低廉高效的催化剂来生产3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种反应活性好、产品收率高、生产成本低廉合成3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的催化剂和产品的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、催化剂制备：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的三口烧瓶中加入一定量的溶剂，并打开冷凝水后开始升温，同时投入定量的固体三氯化钌(RuCl3)，打开搅拌促进其溶解。当温度升到40—50℃时投入催化剂配合物，然后升温至100—120℃并维持搅拌回流18—24小时；得到颜色较深的催化剂溶液；其中三氯化钌与溶剂的质量比为1:15—30，三氯化钌与配合物的质量比为1:2—6。

 所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯或烯丙基缩水甘油醚中的一种，优选为甲苯。

催化剂配合物为乙酰丙酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮中的一种，优选为乙酰丙酮。

2）、加成反应：

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的反应器中加入一定量的溶剂；再将烯丙基缩水甘油醚与三甲氧基氢硅烷两种反应物在常温下按一定的比例混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用，然后开启搅拌并升温，当温度达到70—75℃时加入一定量的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的反应混合物到反应器中，进行加成反应；随着反应进行体系的温度不断升高，当温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好温度在75—80℃反应，同时调节好反应混合物的滴加流速，使流速尽量均匀，并在2—6小时将物料滴加完成。物料滴加完成后补加一定量的催化剂，接着继续保温搅拌老化反应2—2.5小时降温。反应完成后得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，取样用气相色谱检测其产品含量。

所述加成反应过程中，烯丙基缩水甘油醚与三甲氧基氢硅烷混合的摩尔比为1.01—1.06:1；反应溶剂为苯、甲苯、二甲苯中的一种，优选用甲苯；溶剂为反应混物重量的10%—20%，催化剂相对烯丙基缩水甘油醚与三甲氧基氢硅烷混合物体积为0.3—1.2ml/L。

3）、产品蒸馏：

将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先进行常压蒸馏分离出溶剂，蒸馏出的溶剂直接作为下一锅加成反应的溶剂循环使用；再进行减压蒸馏分离出前后馏份，得到产品3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，其产品含量高于98%，产品收率为92—96%。

本发明的优点是：

该3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的制备方法采用以三氯化钌络合物为催化活性体，催化烯丙基缩水甘油醚与三甲氧基氢硅烷反应，其催化剂的活性较强、相对于铂催化剂具有成本低、产品收率、产品纯度高的优点。

本发明与现有生产工艺对比情况如下表：

 铂络合物催化工艺钌络合物催化工艺催化剂成本1200-2000元/吨900-1500元/吨产品纯度98.0-99.2%98.2-99.6%产品收率82-87%92-96%

具体实施方式：

实施1：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的100ml三口烧瓶中加入60g的苯，并打开冷凝水后开始升温，同时投入2g的固体三氯化钌(RuCl3)，并打开搅拌使其溶解；当温度升到40℃时，投入10g乙酸乙酯，然后升温至100℃并维持搅拌回流24小时，得颜色较深的催化剂溶液。

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的1000ml反应器中加入150g的苯；再将烯丙基缩水甘油醚360g(3.15mol)与三甲氧基氢硅烷367g(3.0mol)混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用；然后开启搅拌并升温，当温度达到70℃时加入0.4ml的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的反应混合物到反应器中进行反应。随着反应进行体系的温度不断升高，当温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好温度在75—80℃之间进行反应，同时调节滴料流速使其尽量均匀，在5.5小时左右将物料滴加完成。物料滴加完成后补加催化剂溶液0.4ml，接着继续保温搅拌老化反应2小时降温，反应完成后；得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，用气相色谱检测其中的产品含量为81%。

 将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先常压蒸馏分离出溶剂苯，再进行减压蒸馏分离出前馏份和高沸成份，得到667g的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷产品，其含量为98.2%，产品收率为92%。将蒸馏出的苯作为下锅加成反应的溶剂循环使用。

实施2：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的100ml三口烧瓶中加入30g的二甲苯，并打开冷凝水后开始升温，同时投入2g的固体三氯化钌(RuCl3)，并打开搅拌促进其溶解；当温度升到50℃时，投入8g的甲基乙基酮，然后升温至115℃并维持搅拌回流24小时；得颜色较深的催化剂溶液。

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的1000ml反应器中加入80g的二甲苯；再将烯丙基缩水甘油醚360g(3.15mol)与三甲氧基氢硅烷367g(3.0mol)混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用，然后开启搅拌并升温，当温度达到75℃时加入0.3ml的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的混合物到反应器中进行加成反应；当温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好反应温度在75—80℃之间，调节好反应混合物的滴加流速使流速尽量均匀，在2小时左右将物料滴加完。物料滴加完成后补加催化剂溶液0.3ml，接着继续保温搅拌老化反应2.5小时降温。反应完成后得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，用气相色谱检测粗品中产品含量为84%。

将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先常压蒸馏分离出二甲苯，再进行减压蒸馏分离出前馏份和高沸成份，得到产品3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷668g，其产品含量为98.2%，产品收率为92%。蒸馏出的二甲苯作为下锅加成反应的溶剂循环使用。

实施3：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的100ml三口烧瓶中加入30g的二甲苯，并打开冷凝水后开始升温，同时投入2g的固体三氯化钌(RuCl3)，并打开搅拌使其溶解；当温度升到50℃时，投入12g的乙酸乙酯，然后升温至115℃并维持搅拌回流24小时，得到催化剂溶液。

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的1000ml反应器中加入80g的二甲苯；再将烯丙基缩水甘油醚360g(3.15mol)与三甲氧基氢硅烷367g(3.0mol)混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用，然后开启搅拌并升温，当温度达到70℃时加入0.3ml的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的反应混合物到反应器中进行反应；当反应其内温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好温度在75—80℃之间进行反应，同时调节反应混合物的滴加流速使其均匀，并在2小时左右将物料滴加完成。物料滴加完成后补加催化剂溶液0.3ml，接着继续保温搅拌老化反应2.5小时降温，反应完成后；得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，用气相色谱检测其中的产品含量为84%。

 将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先常压蒸馏分离出二甲苯，再进行减压蒸馏分离出前馏份和高沸成份，得到675g的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷产品，其含量为98.4%，产品收率为93%。将蒸馏出的二甲苯作为下一锅加成反应的溶剂循环使用。

实施4：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的100ml三口烧瓶中加入40g的二甲苯，并打开冷凝水后开始升温，同时投入2g的固体三氯化钌(RuCl3)，并打开搅拌使其溶解；当温度升到50℃时，投入4g的乙酰丙酮，然后升温至115℃并维持搅拌回流18小时，得颜色较深的催化剂溶液。

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的1000ml反应器中加入80g的二甲苯；再将烯丙基缩水甘油醚360g(3.15mol)与三甲氧基氢硅烷367g(3.0mol)混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用，然后开启搅拌并升温，当温度达到70℃时加入0.3ml的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的反应混合物到反应器中进行反应；当反应器内的温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好温度在75—80℃之间进行反应，同时调节反应混合物的滴加流速使其均匀，并在5小时左右将物料滴加完成。物料滴加完成后补加催化剂溶液0.2ml，接着继续保温搅拌老化反应2小时降温，反应完成后；得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，用气相色谱检测其中的产品含量为86%。

 将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先常压蒸馏分离出二甲苯，再进行减压蒸馏分离出前馏份和高沸成份，得到685g的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷产品，其含量为98.8%，产品收率为94%。将蒸馏出的二甲苯作为下锅加成反应的溶剂循环使用。

实施5：

在带有磁力搅拌、温度计、冷凝管和水浴加热装置的100ml三口烧瓶中加入40g的甲苯，并打开冷凝水后开始升温，同时投入2g的固体三氯化钌(RuCl3)，并打开搅拌使其溶解；当温度升到50℃时，投入4g的乙酰丙酮，然后升温至110℃并维持搅拌回流18小时，得颜色较深的催化剂溶液。

在带有搅拌、回流、温度计和滴料装置的1000ml反应器中加入80g的甲苯；再将烯丙基缩水甘油醚350g(3.07mol)与三甲氧基氢硅烷367g(3.0mol)混合均匀后，倒入反应器的滴料装置中待用，然后开启搅拌并升温，当温度达到70℃时加入0.3ml的催化剂溶液，并开始滴加滴料装置中的反应混合物到反应器中进行反应；随着反应进行体系的温度不断升高，当温度超过80℃时开始缓慢降温，控制好温度在75—80℃之间进行反应，同时调节反应混合物的滴加流速使其尽量均匀，在5小时左右将物料滴加完成。物料滴加完成后补加催化剂溶液0.1ml，接着继续保温搅拌老化反应2小时降温，反应完成后；得3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷粗品，用气相色谱检测其中的产品含量为89%。

 将加成反应完成后的粗品物料转入蒸馏设备，先常压蒸馏分离出甲苯，再进行减压蒸馏分离出前馏份和高沸成份，得到688g的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷产品，其含量为99.2%，产品收率为96%。将蒸馏出的甲苯作为下锅加成反应的溶剂循环使用。