丙酮缩甘油是一种在制药和化工工业中广泛用于合成其他化合物的重要中间体。本文将通过单因素分析和正交试验分析，探讨丙酮缩甘油的制备过程，以提高其合成效率并寻求优化条件，为工业生产提供有力支持。
简介：丙酮缩甘油（solketal），也称1,2-O-异亚丙基甘油或异丙叉甘油，无色透明液体，沸点 82℃（1.3 kPa），72-73 ℃(1.066 kPa)，24 ℃（66.7 Pa），密度1.066 g/mL（20℃）。
丙酮缩甘油无刺激性，对眼睛或皮肤无伤害，无味无毒，是一种清洁环保产 品。丙酮缩甘油是一种结构特殊的慢挥发溶剂，与水、醇、酯、醚、芳烃等可以互溶，被称为“万能溶剂”，与常见的溶剂相比，它几乎没有气味，可替代醇醚类溶剂。在涂料、油墨、皮革处理剂等领域可分别作为溶剂、助溶剂、成膜助剂 等，可作香精香料，在农药日化和香薰行业作为载体和增溶剂，亦可作为民用和工业清洗剂，无泡清洗剂、水性地板蜡、色浆等，在电子化学品行业亦有应用。 丙酮缩甘油还可满足对于慢干环保类溶剂载体的需求，用作增塑剂和药用辅料（助溶剂、悬浮剂），还可用于单甘酯、双甘酯和甘油三酯的合成，其中在单甘酯合成中丙酮缩甘油作为多羟基保护基。丙酮缩甘油是一种重要的有机合成中间体，可作为合成鲨肝醇的中间体，也可用于抗高血压药物普萘洛尔、镇咳药左旋羟苯哌嗪、药物载体二烷基聚氧乙烯甘油醚等的合成，合成抑制牙龋齿 药物DL-甘油醛、医用粘合剂氰基丙烯酸1,2-异丙叉甘油。丙酮缩甘油的衍生物，也是一种重要的有机溶剂，增塑剂及合成类脂的中间体，也可以用于合成医用快速止血剂及组织粘结剂。近年来的研究发现，丙酮缩甘油衍生物还有望用作汽油添加剂，且特别适合用作石化燃料催化裂化产生的汽油的添加剂。
合成：丙酮缩甘油以丙酮和甘油为原料，在酸性催化剂的作用下进行缩合反应制备而得。丙酮与甘油缩合反应的催化剂除传统的无机酸外，对甲苯磺酸、氨基磺酸等有机酸，分子筛、阳离子交换树脂、杂多酸、 贵金属等固体催化剂也有大量文献报道。 有研究采用原位除水法，丙酮与甘油在无溶剂条件下进行缩合反应，优选出适宜的催化剂。采用单因素分析方法考察催化剂的用量、反应温度、丙酮与甘油的摩尔比、反应时间等因素对缩合反应的影响，并利用正交实验对反应条件进行优化。实验步骤如下：
1. 丙酮缩甘的制备
在三口烧瓶中加入一定量的丙酮、甘油(过量)、催化剂、少量的内标物(DMF)、变色硅胶，开启搅拌器，加热到一定温度进行反应，反应过程中定时取样，进行定量分析。以丙酮的转化率来考察反应进行的程度。其中，阳离子交换树脂使用前于烘箱中120℃处理2 h，ZSM-5分子筛使用前经过500℃高温处理2 h，N2保护，处理后置于真空干燥器中备用。
丙酮甘油缩合反应结束后反应液呈酸性，加入少量的NaHCO3中和至弱碱性。常压蒸馏收集丙酮，对于非均相催化反应，过滤除去催化剂后再蒸馏收集丙酮循环使用。剩余的液体经旋转蒸发仪减压蒸馏，真空度0.1 MPa，收集120~130℃的馏分，得到无色的液体即为丙酮缩甘油样品。
2. 单因素实验
分别考察丙酮与甘油的摩尔配比、反应温度、反应时间、催化剂的种类以及用量、除水剂的用量等几个因素对丙酮与甘油缩合反应的影响。
3. 正交设计实验
由于丙酮甘油的缩合反应是受丙酮甘油摩尔比 (A)、反应温度(B)、催化剂用量(C)和反应时间(D)四因素的交叉影响，为了全面考察上述因素对缩合反应的影响，设计了L(34)的正交实验方案。具体的实验因素与水平见表:
4. 实验结果：在除水条件下，优选的实验条件为催化剂的用量为2 g?mol?1丙酮，反应温度80℃，反应时间 1 h，丙酮甘油的摩尔比为1:1.4，丙酮的转化率为87.8%。其中反应温度，丙酮甘油摩尔比，催化剂用量对反应有较大的影响，影响顺序依次为丙酮甘油摩尔比＞反应温度＞催化剂用量＞反应时间。
参考文献：
[1]. 曹晶晶, 刘景亮与范慧, 丙酮缩甘油的制备. 高校化学工程学报, 2015. 29(04): 第948-954页.
[2]. 刘成珊, 丙酮缩甘油生产工艺的研究, 2019, 浙江工业大学.
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