CN100413840C - 一种甲基丁二酸的催化合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种常温下甲基丁二酸的催化合成方法。已有的该类合成方法产率低，操作复杂。本发明采用钯碳(Pd/C)催化剂，衣康酸(亚甲基丁二酸)为原料，通过一定比例的混合溶剂液相加氢合成甲基丁二酸。在反应温度10-80℃常温条件下即可反应完成。用冷乙醚重结晶的方法，使得粗产物提纯，甲基丁二酸的含量达到99%以上。是较好的分离衣康酸和甲基丁二酸的方法。本发明方法反应条件温和，反应时间短，反应转化率和选择性都好，原料衣康酸的单程转化率为98%-99%，选择性达到99%，是目前最好的合成甲基丁二酸的方法。
Description
技术领域
本发明涉及化学化工领域，具体是甲基丁二酸的合成方法。
背景技术
甲基丁二酸分子式为C5H8O4，英文名为methylsuccnic acid含有手性的化合物(CA登记号为[498-21-5]，(+-)[630-60-2]，R[3641-51-8]，S[2174-58-5])，白色棱形晶体，用途广泛，一般用于，废纸漂白，蚀刻剂，酯化反应，光化学反应，手性分子用途很广，是合成大量的手性化合物，和药物大分子的不可缺少的试剂。
现有的文献中合成甲基丁二酸的方法比较多，大致分为两类：手性合成和非手性合成。
手性合成的方法有两种路线，一是Mateoli，Tefort，Dawson等人用衣康酸为原料，在VIII组元素为中心原子的特殊配合物存在下，用Rh，Ru，Pd等金属络合物为催化剂，不对称加氢合成(Journal of Mol Catalyst A：Chem.1996，109(1)，CA 125 166884r，Synthesis1992(10)，951-3，CA 118 38537y，Tetrahedron：Asymmetry 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，Chemical letters 1992(5)，785-6，CA 117 25906x)。另一种，就是Mizoguchi，Akio等人用非手性的甲基丁二酸，溶解在手性溶剂里反应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)。手性方法产率低，制备，分离过程复杂，使用手性溶剂，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，)氧化法产率不高于59％，反应高温高压，(130℃，5atm)，耗时长(60h)。还有Saito，Hidekazu等人的酯水解法(JP 07，258，149[95 258，149]，CA 124 145443k)。酯水解法过程复杂，操作步骤多，成本高，收率较低。
发明内容
本发明的目的是获得一种制备方法简便，反应条件温和，收率高，成本低，的甲基丁二酸的催化合成方法。
本发明以衣康酸(即亚甲基丁二酸)为原料，钯碳(Pd/C)为催化剂，用乙醇和四氢呋喃混合溶剂，搅拌反应，液相加氢合成甲基丁二酸。真正高效率地从原料一步合成产物，
本发明以乙醚为溶剂，重结晶含有衣康酸的甲基丁二酸，简捷，高效地提纯得到含量为99％的甲基丁二酸。
本发明在间歇式釜式反应器进行，先放入钯碳催化剂和原料衣康酸，加入混合溶剂乙醇和四氢呋喃，溶解后，放入间歇式釜式反应器，检漏，通气，搅拌，恒温，加氢反应。反应基本完成后，沉降，过滤，减压蒸馏，烘干。得到产物。
本发明具体制备条件是：
<1>反应温度10-80℃，反应压力1.0-10atm，反应时间为2小时-16小时；
<2>反应投料质量比是钯碳催化剂∶衣康酸＝0.015-2；
<3>钯碳催化剂的钯含量是0.1％-10wt％；
<4>混合溶剂是乙醇和四氢呋喃，乙醇和四氢呋喃体积比是0-4。
上述反应条件中，温度低，反应时间可以稍偏长，压力偏高。反之，反应时间和压力偏低，可随条件适当选择。
上述条件中，混合溶剂虽然可以是单一的四氢呋喃溶剂，但是从高转化率和高选择性来看不如混合溶剂。
本发明更跟好的反应条件如下：
反应温度20-50℃；
反应时间2-10小时；
反应压力1.0-5.0大气压；
乙醇和四氢呋喃溶剂配比为0-1；
反应投料质量比是钯碳催化剂∶衣康酸＝0.025-1.5。
反应结束后，可以用冷乙醚即不加热条件下的乙醚重结晶，使粗产物提纯，可使甲基丁二酸的含量达到99％以上，是较好的分离衣康酸和甲基丁二酸的处理方法。也可以不用重结晶，产品质量即能满足工业需求。
本发明所用催化剂可重复使用5-7次，降低了反应成本。
重结晶用冷乙醚溶解粗产物，过滤后，滤液倒入溶剂，乙醚挥发掉之后，留下了纯度较高的产物。
本发明反应式如下：
本发明混合溶剂的选取很重要，乙醇和四氢呋喃混合是比较好的混合溶剂，在本发明的混合比例下，有满意的转化率和选择性。
重结晶用冷乙醚做溶剂，原料和产物结构极为相似，一般的溶剂很难将它们分离，即使用乙醚，温度不同，结果也不同，冷乙醚效果较好。
本发明所得的产品纯度＞99.5％，产品用IR，NMR的氢谱和碳谱测试，结果见图。
本发明方法反应条件温和易行，用合适的溶剂，操作简单，耗时少。与传统的方法比，一步反应的转化率，选择性很高；两者都达到99％以上，具有很大的优越性。此外Pd/C催化稳定性很强，连续使用3次以上产物的转化率和选择性＞99％，本发明用的重结晶方法简单，步骤少，与传统的分离方法比，操作简单，单次重结晶产物纯度高。
附图说明
图1是本发明产品的IR谱图，FT-IR所用仪器用美国NICOLET公司的NEXUS 470型红外光谱仪4000cm-1-400cm-1分析压片时使用KBr。
图2是本发明产品的NMR氢谱图，NMR所用仪器用DMX 500型核磁共振仪，参比物为CDCl3。
图3是本发明产品的NMR质谱图，NMR所用仪器用DMX 500型核磁共振仪，参比物为CDCl3。
具体实施方式
实施例：1在长13厘米，直径3.8厘米的间歇式釜式反应器进行，放入钯碳催化剂(钯含量5wt％)1.0g和10g原料衣康酸，加入混合溶剂10ml乙醇和50ml四氢呋喃，溶解后，检漏，通氢气，搅拌，恒温50℃，恒压于2.5atm加氢反应。反应12个小时，基本完成。沉降，过滤，减压蒸馏，烘干。得到产物转化率为99.15％，选择性为99.95％。
实施例：2同上反应装置，将18g钯碳催化剂(w0.25％)10g原料，混合溶剂比为0ml 乙醇/60ml四氢呋喃，10℃，1.0atm，反应16小时，得到产物转化率为99.83％，选择性为99.67％。
实施例：3同上反应装置，将0.15g(w10％)催化剂10g原料，混合溶剂比为48ml乙醇/12ml四氢呋喃，80℃，9.5atm，反应2小时，得到产物转化率为99.83％，选择性为99.90％。
实施例：4同上反应装置，将1.0g钯碳催化剂(w5％)10g原料，混合溶剂比为20ml乙醇/40ml四氢呋喃，50℃，2.5atm，反应12小时，重复使用催化剂反应三次，得到产物为1)转化率99.83％，选择性为99.67％，2)转化率99.72，选择性为99.53％，3)转化率99.62％，选择性为99.73％，说明了钯碳催化剂的活性很强。
实施例：5将0.7g含量85％的粗产物，5ml冷乙醚重结晶提纯，残留物0.135g，产物收集为0.40g，含量98％。
实施例：6将0.6g含量98％的粗产物，5ml冷乙醚重结晶提纯，残留物0.095g，产物收集为0.50g，含量99％。
Claims (8)
1. 一种常温下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是采用钯碳催化剂，用衣康酸为原料，通过一定比例的混合溶剂液相加氢搅拌反应合成甲基丁二酸，制备条件是：
<1>反应温度10-80℃，反应压力1.0-10atm，反应时间为2小时-16小时；
<2>反应投料质量比是钯碳催化剂/衣康酸＝0.015-2；
<3>钯碳催化剂的钯含量是0.1-10wt％；
<4>混合溶剂是乙醇和四氢呋喃，乙醇和四氢呋喃体积比是0-4。
2. 根据权利要求1所述的常温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应温度为20--50℃。
3. 根据权利要求1所述的常温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应时间为2-10小时。
4. 根据权利要求1所述的常温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应压力为1-5.0大气压。
5. 根据权利要求1所述的常温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剂是乙醇和四氢呋喃，体积比是0-1。
6. 根据权利要求1所述的常温下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是反应投料质量比是钯碳催化剂∶衣康酸＝0.025-1.5。
7. 根据权利要求1所述的常温下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是反应使用冷乙醚重结晶后处理。
8. 根据权利要求1所述的常温下甲基丁二酸的催化合成方法，其特征是钯碳催化剂重复使用5-7次。
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