丙二酸酯的制備方法

專利名稱：丙二酸酯的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種丙二酸酯的制備方法。
背景技術：
丙二酸酯主要用于有機合成，是農藥、醫藥、精細化工產品合成的重要中間體。傳統的合成工藝路線是以氯乙酸為原料經中和、氰化、水解和酯化等工序制取。其中水解分為堿水解和酸水解兩種工藝，所用的酸是硫酸或鹽酸；酯化分為提取酯化和帶水酯化兩種方法。JP 51-143612 A, JP 59-007135, JP 59-007136 A、US 2337858 公開了由氰基乙酸或其鹽如鈉鹽在硫酸存在下水解制備丙二酸或其酯的方法。《有機合成文集》[OrganicSyntheses Collective]-第二卷(Α. H. Blatt 編， Johnffiley,紐約，1943年)第376頁公開了由氰基乙酸堿解獲得丙二酸鹽，將此鹽與氯化鈣反應生成丙二酸鈣，然后通過酸解的方式并用有機溶劑提取，給出游離的鹽。WO 99/08988公開了氰基乙酸在鹽酸條件下水解，水解液濃縮脫水至一定程度后， 用醇脫鹽帶水酯化制備丙二酸酯的方法。CN 1410411AXN 101066921A.CN 1200368A公開了以氯乙酸為原料與氰化鈉或氰
化鈣反應，再進行酸水解、提取酯化制備丙二酸酯的方法。CN 1850773A公開了以安氏法氰化氫合成氣和氫氧化鈉反應獲得的液體氰化鈉， 經過預處理與氯乙酸反應，再進行酸水解、提取酯化制備丙二酸酯的方法。CN 16^126A公開了以氯乙酸為原料與氰化鈉反應，再進行堿水解、脫水、干燥獲得丙二酸鈉混合鹽，將此鹽在硫酸或發煙硫酸條件下催化，提取酯化制備丙二酸酯的方法。然而，上述文獻公開的方法存在以下的缺陷1、氰基乙酸在硫酸條件下水解，易生成酰胺，導致水解轉化率低；2、氰基乙酸在鹽酸條件下水解，水解轉化率高，但用醇洗滌脫鹽的方式使醇的消耗增加，帶水酯化時間也顯著延長，不利于規模工業化生產。3、由于溫度到70°C時丙二酸在水中發生水解反應，采用提取酯化的方式，酯化反應進行不徹底，加上丙二酸的分解從而造成丙二酸酯收率降低。4、堿水解工藝制備的無水丙二酸鈉混合鹽用于酯化反應，易形成粘稠糊狀物，分散性差，對攪拌設備要求高，在生產中實施存在一定的難度。

發明內容
本發明的目的在于提供一種生產工藝簡單、低成本、高收率、高純度的丙二酸酯的制備方法。本發明的目的是這樣實現的以氯乙酸為原料進行中和反應、氰化反應、堿水解反應、脫水、酸化反應、再脫水以及酯化反應，其關鍵在于所述酸化反應是指堿水解反應液中的丙二酸鈉與酸反應生成丙二酸及鈉鹽，反應結束后過濾分離未溶解的無機鹽，濾液經真空濃縮脫水得到丙二酸混合鹽；酯化反應是指丙二酸混合鹽與醇、帶水劑和硫酸進行帶水酯化制備丙二酸酯。
發明概述丙二酸酯的制備過程涉及以下發明過程1、丙二酸鈉混合鹽的制備將氯乙酸與碳酸鈉飽和溶液或液堿中和配成氯乙酸鈉溶液，隨后與液體氰化鈉反應得到氰乙酸鈉和氯化鈉的溶液。該溶液加入液堿進行水解反應制得丙二酸鈉和氯化鈉的溶液，再經中和、過濾、真空濃縮脫水獲得丙二酸鈉和無機鹽的混合物料。2、丙二酸混合鹽的制備往上述混合物料中加入一定量的酸反應生成丙二酸，過濾分離未溶解的無機鹽， 濾液真空濃縮脫水得到丙二酸和無機鹽的混合物料。3、丙二酸酯的制備將醇加入到上述混合物料中溶解丙二酸，再加入硫酸和帶水劑回流分水制得丙二酸酯。丙二酸酯經一系列后處理，減壓蒸餾得到高純度的丙二酸酯產品。發明詳述在0 50°C，優選10 20°C下，將氯乙酸與碳酸鈉飽和溶液或液堿中和至溶液PH =6. 5 7. 5配成氯乙酸鈉溶液，然后加入到氰化鈉溶液中，升溫至50°C引發氰化反應，當氰化反應溫度達到85 90°C時停止加熱，讓其自然升溫至最高溫度后，冷卻降溫到93°C控溫反應0. 5 Ih獲得氰乙酸鈉和氯化鈉的溶液。本發明方法氰化反應中所用的原料液體氰化鈉，可以是高純氫氰酸與氫氧化鈉反應制備的氰化鈉，也可以是安氏法氰化氫合成氣與氫氧化鈉反應制備的氰化鈉，如果使用后一種氰化鈉，需要預先用無水氯化鈣處理氰化鈉中的氫氧化鈉和碳酸鈉含量至0.5%以下，氯化鈣的加入量據氰化鈉中氫氧化鈉和碳酸鈉含量而定，處理后的氰化鈉可以先過濾用于氰化反應，也可以直接用于氰化反應，待反應結束后冷卻過濾除掉碳酸鈣和氫氧化鈣沉淀，濾液用于下一步水解反應。氰化鈉的加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 2 1，優選 1 1 1. 5 1。氰化反應結束后將液堿加入到氰化反應液中，升溫至105 110°C，在微負壓條件下反應4 證，水解生成丙二酸鈉和氯化鈉的溶液，隨后冷卻降溫，用酸中和調溶液PH = 7 13，優選PH = 8 10，過濾分離出有機絮凝物，濾液在60 110°C，優選80 100°C下真空濃縮脫水制得丙二酸鈉混合鹽。本發明方法堿水解反應中液堿的加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 2 1，優選 1 1 1.5 1，中和所用的酸可以是鹽酸、硫酸及其它無機強酸。濃縮后的丙二酸鈉混合鹽加入酸酸化，在0 100°C，優選40 80°C下反應lh，過濾分離未溶解的無機鹽，濾液在O 100°c，優選60 80°C下真空濃縮脫水至丙二酸混合鹽中的水含量低于10%。本發明方法酸化反應用酸可以是鹽酸、硫酸及其它無機強酸。以鹽酸計酸的加入量相對氯乙酸摩爾比為2 1 5 1，優選2 1 3 1。無機鹽的量對酯化反應有一定的影響，因而在酸化時選用高濃度的酸，充分分離反應體系中生成的無機鹽。濃縮后的丙二酸混合鹽加入醇在一定溫度下溶解丙二酸，然后加入硫酸和帶水劑，在回流狀態下分水反應，直到無水餾出后停止反應，降溫加水溶鹽，再經過一系列后處理，最后減壓蒸餾得到丙二酸酯產品，產品含量>99%，以氯乙酸計產品收率達85%以上。
本發明方法酯化反應用醇是Cl-ClO的伯或仲醇，如甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇， 醇的加入量相對氯乙酸摩爾比為2 1 10 1，優選2.5 1 8 1;硫酸加入量相對氯乙酸摩爾比為0.2 1 2.5 1，優選0.5 1 2 1 ；反應所用帶水劑可以是環己烷、苯、甲苯和二甲苯，加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 3 1。酯化反應溫度視具體加入的帶水劑而定，控制范圍60 140°C。酯化反應時間根據催化劑硫酸的用量、醇用量的不同而不同，時間為2 10h。本發明方法的反應過程通常是在常壓下進行，也可以采用加壓或減壓的方式，如在0. 1 IOPa下進行。本發明方法制備丙二酸酯的后處理過程一般采用中和、分相、洗滌、蒸餾等常規方式進行。本發明工藝特點是中和、過濾后的堿水解反應液與酸反應生成丙二酸及鈉鹽，借此過程除掉反應體系中產生的大量無機鹽，從而使酯化反應體系中的含鹽量大幅降低，副反應減少，硫酸和醇的消耗降低；同樣避免了現有技術中高含鹽量酯化時形成粘稠糊狀物， 分散性差，對攪拌設備要求高，以及用醇脫鹽導致醇消耗高，酯化反應時間長等不利情況。 真空濃縮酸化濾液是為了盡可能降低酯化反應體系中的水量，使反應順利向目標產物進行。酯化反應時采用有機溶劑帶水酯化的方式可以使酯化反應進行更徹底，酯化原料帶入的水和反應過程中生成的水被及時地分餾，可以大幅降低反應時丙二酸的分解量，提高酯化反應的轉化率。有益效果本發明提供的丙二酸酯的制備方法可使酯化反應轉化率高達92%以上，產品收率達85%以上；反應條件溫和，工藝流程短，操作簡單，安全、環保，容易實施，成本低，易于工業化生產，具有很高的應用價值。
具體實施例方式實施例1稱取95g(l. Omol)氯乙酸用48g水溶解，在20°C下用25%的碳酸鈉飽和溶液216g 調PH = 6. 5 7. 5，配成氯乙酸鈉溶液。該溶液加入到196g含量30%的氰化鈉溶液中，升溫至50°C引發氰化反應，當溫度達到85 90°C停止加熱，讓其自然反應到最高溫度后迅速降溫，于93°C反應0.5 Ih停止反應。反應液降至一定溫度后加入40%的液堿150g，在 105 110°C微負壓條件下反應4 釙，冷卻至室溫，用濃鹽酸45g中和溶液至PH = 8，料液沉降1 池，過濾除去4g有機絮狀物。濾液在100°C下真空濃縮出550g水，再次加入濃鹽酸在60°C酸化lh，過濾分離氯化鈉166g。濾液在80°C下再次真空濃縮出160g 酸性水得到丙二酸與鹽的混合物料189g。將上述丙二酸與鹽的混合物料加入96g甲醇，168g環己烷，150g硫酸，升溫回流分水，當出水非常緩慢時結束反應。酯化反應液冷卻降溫至50°C加入水550g溶鹽分相。 上層有機相經中和、洗滌，分出中性有機相，先常壓蒸餾回收環己烷，隨后減壓蒸餾得成品 119. 7g，經氣相色譜分析丙二酸二甲酯的含量99. 3%，收率90.5(%。實施例2將95g(1.0mol)氯乙酸加水48g溶解，在20°C下用25%的碳酸鈉飽和溶液216g 調PH = 6. 5 7. 5，配成氯乙酸鈉溶液。
稱取安氏法氰化氫合成氣與氫氧化鈉反應制備的液體氰化鈉219. 2g(氰化鈉含量26. 82%，碳酸鈉含量6. 85%，氫氧化鈉含量1. 65% )，根據氰化鈉中余堿(碳酸鈉和氫氧化鈉)分析數據，計算當余堿量為0. 1%，加入無水氯化鈣的量。在30°C下氰化鈉和氯化鈣反應0. 5h，分析氰化鈉中的余堿低于0. 5%。處理后的氰化鈉懸濁液加入氯乙酸鈉溶液，升溫至50°C引發氰化反應，當溫度達到85 90°C停止加熱，讓其自然反應到最高溫度后迅速降溫，于93°C反應0. 5 Ih終止反應。過濾分離氫氧化鈣和碳酸鈣沉淀混合物，濾液加入40%的液堿150g，在105 110°C， 微負壓條件下反應4 證，冷卻至室溫，用濃鹽酸45g中和溶液至PH = 8，料液沉降1 2h,過濾除去4g有機絮狀物。濾液在100°C下真空濃縮出550g水，再次加入濃鹽酸四5. 9g 在60°C酸化lh，過濾分離氯化鈉166g。濾液在80°C下再次真空濃縮出160g酸性水得到丙二酸與鹽的混合物料189g。將上述丙二酸與鹽的混合物料加入96g甲醇，168g環己烷， 150g硫酸，升溫回流分水，當出水非常緩慢時結束反應。酯化反應液冷卻降溫至50°C加入水550g溶鹽分相。上層有機相經中和、洗滌，分出中性有機相，先常壓蒸餾回收環己烷，隨后減壓蒸餾得成品119. 2g，經氣相色譜分析丙二酸二甲酯的含量99. 2%，收率90. 2%。實施例3以乙醇138g代替甲醇，其余同實施例2，最后得到產品143. 2g，經氣相色譜分析丙二酸二乙酯的含量99. 1%，收率89.5%。實施例4以丙醇180g代替甲醇，其余同實施例2，最后得到產品166. 9g，經氣相色譜分析丙二酸二丙酯的含量99. 2%，收率88.7(%。實施例5以異丙醇180g代替甲醇，其余同實施例2，最后得到產品165. 2g，經氣相色譜分析丙二酸二異丙酯的含量99. 3 %，收率87. 8 %。實施例6以正丁醇180g代替甲醇，其余同實施例2，最后得到產品184. lg，經氣相色譜分析丙二酸二丁酯的含量99. 1%，收率85.4%。
權利要求
1.一種丙二酸酯的制備方法，按如下步驟進行(1)丙二酸鈉和氯化鈉的制備，以氯乙酸為原料依次經過中和反應、氰化反應、堿水解反應、脫水制得丙二酸鈉和氯化鈉；(2)丙二酸混合鹽的制備，丙二酸鈉和氯化鈉與酸反應生成丙二酸及鈉鹽，酸化反應結束后過濾分離未溶解的無機鹽，濾液經真空濃縮脫水得到丙二酸混合鹽；(3)丙二酸酯的制備，丙二酸混合鹽與醇、帶水劑和硫酸進行帶水酯化制得丙二酸酯。
2.根據權利要求1所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中以氯乙酸為原料進行中和反應生成氯乙酸鈉溶液，隨后與液體氰化鈉反應得到氰乙酸鈉和氯化鈉的溶液，該溶液加入液堿進行水解反應制得丙二酸鈉和氯化鈉的溶液，再經中和、過濾、真空濃縮脫水獲得丙二酸鈉和氯化鈉的混合物料。
3.根據權利要求2所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中在0 50°C 下，將氯乙酸與碳酸鈉飽和溶液或液堿中和至溶液PH = 6. 5 7. 5配成氯乙酸鈉溶液，然后加入到氰化鈉溶液中，升溫至50°C引發氰化反應，當氰化反應溫度達到85 90°C時停止加熱，讓其自然升溫至最高溫度后，冷卻降溫到93°C控溫反應0. 5 Ih獲得氰乙酸鈉和氯化鈉的溶液，然后加入液堿升溫至105 110°C，在微負壓條件下反應4 證，水解生成丙二酸鈉和氯化鈉的溶液，隨后冷卻降溫，用酸中和調溶液PH = 7 13，過濾分離出有機絮凝物，濾液在60 110°C，優選80 100°C下真空濃縮脫水制得丙二酸鈉混合鹽。
4.根據權利要求3所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述氯乙酸鈉溶液加入到氰化鈉溶液中進行氰化反應時，氰化鈉的加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 2 1;堿水解反應中液堿的加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 2 1。
5.根據權利要求1所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述步驟O)中丙二酸鈉和氯化鈉加入酸酸化，在0 100°C下反應lh，過濾分離未溶解的無機鹽，濾液在0 100°C 下真空濃縮脫水至丙二酸混合鹽中的水含量低于10% ；
6.根據權利要求5所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述酸化反應用酸為鹽酸或硫酸及其它無機強酸。
7.根據權利要求6所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于以鹽酸計酸的加入量相對氯乙酸摩爾比為2 1 5 1。
8.根據權利要求1所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中丙二酸混合鹽加入醇溶解丙二酸，然后加入硫酸和帶水劑，在回流狀態下分水反應，直到無水餾出后停止反應，降溫加水溶鹽，再經過后處理，最后減壓蒸餾得到丙二酸酯產品。
9.根據權利要求8所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述酯化反應中所用醇是 Cl-ClO的伯或仲醇，醇的加入量相對氯乙酸摩爾比為2 1 10 1;硫酸加入量相對氯乙酸摩爾比為0.2 1 2.5 1 ；反應所用帶水劑為環己烷、苯、甲苯或二甲苯，加入量相對氯乙酸摩爾比為1 1 3 1，酯化反應溫度控制在60 140°C之間，時間為2 10h。
10.根據權利要求2、5或8所述丙二酸酯的制備方法，其特征在于所述整個反應在 0. 1 IOPa下進行。
全文摘要
本發明公開了丙二酸酯的制備方法，以氯乙酸為原料進行中和反應、氰化反應、堿水解反應、脫水、酸化反應、再脫水以及酯化反應，其特征在于酸化反應、再脫水和酯化反應工藝過程。所述酸化反應是指堿水解反應液中的丙二酸鈉與酸反應生成丙二酸及鈉鹽，反應結束后過濾分離未溶解的無機鹽，濾液經真空濃縮脫水得到丙二酸混合鹽；酯化反應是指丙二酸混合鹽與醇、帶水劑和硫酸進行帶水酯化制備丙二酸酯。本發明提供的丙二酸酯的制備方法可使酯化反應轉化率高達92％以上，產品收率達85％以上；反應條件溫和，工藝流程短，操作簡單，安全、環保，容易實施，成本低，易于工業化生產，具有很高的應用價值。
文檔編號C07C69/38GK102267897SQ201010242889
公開日2011年12月7日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者吳塵, 唐翔, 蔣昌珍, 袁福仙, 陳世勇, 陳林, 魏娜 申請人:重慶蘭科化工有限責任公司