專利名稱：一種甲基丁二酸的催化合成方法
技術領域：
本發明涉及化學化工領域，具體是甲基丁二酸的合成方法。
背景技術：
甲基丁二酸分子式為C5H8O4，英文名為methylsuccnic acid含有手性的化合物(CA登記號為[498-21-5]，(+-)[630-60-2]，R[3641-51-8]，S[2174-58-5])，白色棱形晶體，用途廣泛，一般用于，廢紙漂白，蝕刻劑，酯化反應，光化學反應，手性分子用途很廣，是合成大量的手性化合物，和藥物大分子的不可缺少的試劑。
現有的文獻中合成甲基丁二酸的方法比較多，大致分為兩類手性合成和非手性合成。
手性合成的方法有兩種路線，一是Mateoli，Tefort，Dawson等人用衣康酸為原料，在VIII組元素為中心原子的特殊配合物存在下，用Rh，Ru，Pd等金屬絡合物為催化劑，不對稱加氫合成(Journal of Mol Catalyst AChem.1996，109(1)，CA 125 166884r，Synthesis1992(10)，951-3，CA 118 38537y，TetrahedronAsymmetry 1995，6(10)，2535-46，CA 124116988m)，或者是Tsubokura，Akira等人用酶催化合成(EP 481,712,CA 117 46739k，Chemicalletters 1992(5)，785-6，CA 117 25906x)。另一種，就是Mizoguchi，Akio等人用非手性的甲基丁二酸，溶解在手性溶劑里反應制得手性的甲基丁二酸(JP 0789,897[9889,897]，CA 123 143292r.JP 06100,430[94 100,430]，CA 121 230337m)。手性方法產率低，制備，分離過程復雜，使用手性溶劑，成本很高。
非手性合成的方法有不少，有Saito，Hidekazu等人的氧化法(JP 08 81,410[96 81,410]，CA 125 33177r，)氧化法產率不高于59％，反應高溫高壓，(130℃，5atm)，耗時長(60h)。還有Saito，Hidekazu等人的酯水解法(JP 07,258,149[95 258,149]，CA 124 145443k)。酯水解法過程復雜，操作步驟多，成本高，收率較低。
發明內容
本發明的目的是獲得一種制備方法簡便，反應條件溫和，收率高，成本低，的甲基丁二酸的催化合成方法。
本發明以衣康酸(即亞甲基丁二酸)為原料，鈀碳(Pd/C)為催化劑，用乙醇和四氫呋喃混合溶劑，攪拌反應，液相加氫合成甲基丁二酸。真正高效率地從原料一步合成產物，本發明以乙醚為溶劑，重結晶含有衣康酸的甲基丁二酸，簡捷，高效地提純得到含量為99％的甲基丁二酸。
本發明在間歇式釜式反應器進行，先放入鈀碳催化劑和原料衣康酸，加入混合溶劑乙醇和四氫呋喃，溶解后，放入間歇式釜式反應器，檢漏，通氣，攪拌，恒溫，加氫反應。反應基本完成后，沉降，過濾，減壓蒸餾，烘干。得到產物。
本發明具體制備條件是<1>反應溫度10-80℃，反應壓力1.0-10atm，反應時間為2小時-16小時；<2>反應投料質量比是鈀碳催化劑衣康酸＝0.015-2；<3>鈀碳催化劑的鈀含量是0.1％-10wt％；<4>混合溶劑是乙醇和四氫呋喃，乙醇和四氫呋喃體積比是0-4。
上述反應條件中，溫度低，反應時間可以稍偏長，壓力偏高。反之，反應時間和壓力偏低，可隨條件適當選擇。
上述條件中，混合溶劑雖然可以是單一的四氫呋喃溶劑，但是從高轉化率和高選擇性來看不如混合溶劑。
本發明更跟好的反應條件如下反應溫度20-40℃；反應時間2-10小時；反應壓力1.0-5.0大氣壓；乙醇和四氫呋喃溶劑配比為0-1；反應投料質量比是鈀碳催化劑衣康酸＝0.025-1.5。
反應結束后，可以用冷乙醚即不加熱條件下的乙醚重結晶，使粗產物提純，可使甲基丁二酸的含量達到99％以上，是較好的分離衣康酸和甲基丁二酸的處理方法。也可以不用重結晶，產品質量即能滿足工業需求。
本發明所用催化劑可重復使用5-7次，降低了反應成本。
重結晶用冷乙醚溶解粗產物，過濾后，濾液倒入溶劑，乙醚揮發掉之后，留下了純度較高的產物。
本發明反應式如下
本發明混合溶劑的選取很重要，乙醇和四氫呋喃混合是比較好的混合溶劑，在本發明的混合比例下，有滿意的轉化率和選擇性。
重結晶用冷乙醚做溶劑，原料和產物結構極為相似，一般的溶劑很難將它們分離，即使用乙醚，溫度不同，結果也不同，冷乙醚效果較好。
本發明所得的產品純度＞99.5％，產品用IR，NMR的氫譜和碳譜測試，結果見圖。
本發明方法反應條件溫和易行，用合適的溶劑，操作簡單，耗時少。與傳統的方法比，一步反應的轉化率，選擇性很高；兩者都達到99％以上，具有很大的優越性。此外Pd/C催化穩定性很強，連續使用3次以上產物的轉化率和選擇性＞99％，本發明用的重結晶方法簡單，步驟少，與傳統的分離方法比，操作簡單，單次重結晶產物純度高。
圖1是本發明產品的IR譜圖，FT-IR所用儀器用美國NICOLET公司的NEXUS 470型紅外光譜儀4000cm-1-400cm-1分析壓片時使用KBr。
圖2是本發明產品的NMR氫譜圖，NMR所用儀器用DMX 500型核磁共振儀，參比物為CDCl3。
圖3是本發明產品的NMR質譜圖，NMR所用儀器用DMX 500型核磁共振儀，參比物為CDCl3。
具體實施例方式
實施例1在長13厘米，直徑3.8厘米的間歇式釜式反應器進行，放入鈀碳催化劑(鈀含量5wt％)1.0g和10g原料衣康酸，加入混合溶劑10ml乙醇和50ml四氫呋喃，溶解后，檢漏，通氫氣，攪拌，恒溫50℃，恒壓于2.5atm加氫反應。反應12個小時，基本完成。沉降，過濾，減壓蒸餾，烘干。得到產物轉化率為99.15％，選擇性為99.95％。
實施例2同上反應裝置，將18g鈀碳催化劑(w0.25％)10g原料，混合溶劑比為0ml乙醇/60ml四氫呋喃，10℃，1.0atm，反應16小時，得到產物轉化率為99.83％，選擇性為99.67％。
實施例3同上反應裝置，將0.15g(w10％)催化劑10g原料，混合溶劑比為48ml乙醇/12ml四氫呋喃，80℃，9.5atm，反應2小時，得到產物轉化率為99.83％，選擇性為99.90％。
實施例4同上反應裝置，將1.0g鈀碳催化劑(w5％)10g原料，混合溶劑比為20ml乙醇/40ml四氫呋喃，50℃，2.5atm，反應12小時，重復使用催化劑反應三次，得到產物為1)轉化率99.83％，選擇性為99.67％，2)轉化率99.72，選擇性為99.53％，3)轉化率99.62％，選擇性為99.73％，說明了鈀碳催化劑的活性很強。
實施例5將0.7g含量85％的粗產物，5ml冷乙醚重結晶提純，殘留物0.135g，產物收集為0.40g，含量98％。
實施例6將0.6g含量98％的粗產物，5ml冷乙醚重結晶提純，殘留物0.095g，產物收集為0.50g，含量99％。
權利要求
1.一種常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是采用鈀碳催化劑，用衣康酸為原料，通過一定比例的混合溶劑液相加氫攪拌反應合成甲基丁二酸，具體制備條件是<1>反應溫度10-80℃，反應壓力1.0-10atm，反應時間為2小時-16小時；<2>反應投料質量比是鈀碳催化劑/衣康酸＝0.015-2；<3>鈀碳催化劑的鈀含量是0.1-10wt％；<4>混合溶劑是乙醇和四氫呋喃，乙醇和四氫呋喃體積比是0-4。
2.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是甲基丁二酸的催化合成反應溫度為20--50℃。
3.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是甲基丁二酸的催化合成反應時間為2-10小時。
4.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是甲基丁二酸的催化合成反應壓力為1-5.0大氣壓
5.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是甲基丁二酸的催化合成使用混合溶劑是乙醇和四氫呋喃，體積比是0-1。
6.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是反應投料質量比是鈀碳催化劑∶衣康酸＝0.025-1.5。
7.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是反應使用冷乙醚重結晶后處理。
8.根據權利要求1所述的常溫下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是鈀碳催化劑重復使用5-7次。
全文摘要
本發明是一種常溫下甲基丁二酸的催化合成方法。已有的該類合成方法產率低，操作復雜。本發明采用鈀碳(Pd/C)催化劑，衣康酸(亞甲基丁二酸)為原料，通過一定比例的混合溶劑液相加氫合成甲基丁二酸。在反應溫度10－80℃常溫條件下即可反應完成。用冷乙醚重結晶的方法，使得粗產物提純，甲基丁二酸的含量達到99％以上。是較好的分離衣康酸和甲基丁二酸的方法。本發明方法反應條件溫和，反應時間短，反應轉化率和選擇性都好，原料衣康酸的單程轉化率為98％－99％，選擇性達到99％，是目前最好的合成甲基丁二酸的方法。
文檔編號C07C55/02GK1609089SQ200410025429
公開日2005年4月27日 申請日期2004年6月24日 優先權日2004年6月24日
發明者史煥聰, 沈偉, 徐華龍 申請人:復旦大學