CN101786960B - 甜菜碱盐酸盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甜菜碱盐酸盐的制备方法，该方法以氯乙酸、三甲胺和除水剂为原料，将它们在有机溶剂中反应生成甜菜碱盐酸盐。其具体工艺步骤为：将有机溶剂投入到反应釜中，开启搅拌，然后加入氯乙酸和除水剂，再在一定温度下通入三甲胺进行反应，反应完后经降温、结晶、离心、清洗、干燥得甜菜碱盐酸盐。本发明省去了两种原料，降低了生产成本；产物无其他副产品，无废物排放，降低了能耗；工艺简单，生产周期短，反应条件温和，易于实现工业化大生产；产品质量稳定，原料和溶剂可循环套用。
Description
技术领域
本发明涉及一种甜菜碱盐酸盐的制备方法，具体涉及一种无水环境下的甜菜碱盐酸盐的制备方法。
背景技术
甜菜碱盐酸盐化学名为盐酸三甲基甘氨酸，它是一种很好的饲料添加剂，能够参与脂肪代谢，促进蛋白质合成；具有诱食活性，促进动物的生长；与抗球虫药物有协同作用，提高疗效；提供甲基，作甲基供体，降低饲料成本。甜菜碱盐酸盐在我国有很大的需求量，市场广阔。
目前，甜菜碱盐酸盐的生产是在水溶液中进行的，一般是先将氯乙酸与碱性钠盐水溶液反应形成氯乙酸钠，再在氯乙酸钠水溶液中通入过量的三甲胺充分反应，然后将溶液进行浓缩除掉食盐，最后在溶液中加入盐酸，经降温、结晶、离心、烘干得到甜菜碱盐酸盐。本方法反应温和，但是反应在水溶液中进行，在浓缩时需消耗大量的能源；生成的食盐很难清除干净，产品中存在杂质；而且食盐水的排放也是一个大问题；由于存在后期处理问题，本工艺生产周期一般为30小时左右。目前，不经过水环境而直接用氯乙酸和三甲胺反应生成甜菜碱盐酸盐的方法还没有报道。
发明内容
本发明为了克服上述存在的不足，对甜菜碱盐酸盐制备工艺进行了改进，提供了一种生产周期短、生产成本低、工艺简单、能耗低、产品纯净的甜菜碱盐酸盐的制备方法。
本发明是通过以下措施来实现的：
按照传统观念，氯乙酸与三甲胺在水溶液中比较容易进行反应，而在无水环境下反应很困难，本发明人经过大量研究及实验，得出这两者在有机溶剂中反应也能进行，而且反应相当剧烈，能直接生成甜菜碱盐酸盐。
其具体技术方案为：
一种甜菜碱盐酸盐的制备方法，特征是以氯乙酸和三甲胺为原料，将它们在有机溶剂中反应生成甜菜碱盐酸盐。
上述制备方法，其具体工艺步骤为：将有机溶剂投入到反应釜中，开启搅拌，然后加入氯乙酸，再通入三甲胺进行反应，反应完后经降温、结晶、离心、清洗、干燥得甜菜碱盐酸盐。
上述制备方法，反应后的有机溶剂和剩余的原料可以循环套用。
上述制备方法的工艺条件为：氯乙酸与三甲胺的摩尔比为1∶1；有机溶剂用量(ml)一般为氯乙酸、三甲胺总质量(g)的1.5-4倍；氯乙酸和三甲胺的反应温度为30-60℃，优选40-45℃；氯乙酸和三甲胺的反应压力(表压)为0.05-0.2MPa；氯乙酸和三甲胺的反应时间为5-8小时。
本工艺是在无水或者存在少量水的情况下进行的，含水量过多则会影响反应进行。为了确保反应体系为无水体系，反应原料中还包括除水剂，与氯乙酸同时加入。所述除水剂为等摩尔的氯乙酰氯和无水甜菜碱的混合物或者是氯乙酸酐。其中，氯乙酸酐与水反应生成氯乙酸，新生成的氯乙酸作为原料与三甲胺发生反应；氯乙酰氯、无水甜菜碱和水反应直接生成甜菜碱盐酸盐。所以整个反应的产物是唯一的，不会产生其它附加产物，省去了除杂这一步。
加入除水剂的制备方法，其具体工艺步骤为：将有机溶剂投入到反应釜中，开启搅拌，然后加入氯乙酸和除水剂，再通入三甲胺进行反应，反应完后经降温、结晶、离心、清洗、干燥得甜菜碱盐酸盐，反应后的有机溶剂和剩余的原料可以循环利用。
上述加入除水剂的制备方法的工艺条件为：氯乙酸与三甲胺的摩尔比为1∶1；有机溶剂用量(ml)一般为氯乙酸、三甲胺和除水剂总质量(g)的1.5-4倍；氯乙酸和三甲胺含水总量与除水剂的摩尔比为1∶1.2-2；反应温度为30-60℃，优选40-45℃；反应压力(表压)为0.05-0.2MPa，反应时间为5-8小时。
本工艺中有机溶剂提供的是一个反应环境，使反应物能顺利的生成产物，本发明所述的有机溶剂不与氯乙酸、三甲胺及除水剂发生反应，其沸点在反应温度之上。本发明的有机溶剂优选醇类、酯类、酰胺或氯代烷，例如无水甲醇、无水乙醇、醋酸乙酯、DMF、三氯甲烷等。
经结晶、离心得到的甜菜碱盐酸盐如果晶形不好，还可以将其放在水溶液中重结晶。
本发明克服了氯乙酸和三甲胺在无水环境中难以反应的偏见，在除水剂存在下将氯乙酸与三甲胺在无水环境中直接发生反应得到甜菜碱盐酸盐，节省了原料，避免了水环境下多步反应的繁琐。反应后的有机溶剂和原料可以回收循环利用，无污染浪费情况。
本发明直接使氯乙酸和三甲胺发生反应，节省了原料，降低了生产成本；产物无其他副产品，无废物排放，降低了能耗；工艺简单，生产周期短，反应条件温和，易于实现工业化大生产；产品质量稳定，原料和溶剂可循环套用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步阐述。
反应体系中水含量直接影响着产物的收率，所以对水含量要进行精确地控制，氯乙酸和三甲胺的含水量不能太高。在投加氯乙酸和三甲胺时，要对它们进行水含量测定，以此来确定加入除水剂的量。
实施例1
在反应之前，先测定氯乙酸和三甲胺中水的含量。经测定，氯乙酸含水量为0.5wt％，三甲胺含水量为0.5wt％。
将232ml三氯甲烷投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入94.5g固体氯乙酸，将温度控制在30℃缓慢通入59.1g气体三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.1MPa，搅拌保温反应6小时，反应完后降温至25℃，静置进行结晶，然后经离心，离心后的产品再在水中进行结晶，结晶完后用三氯甲烷清洗，干燥得90.4g晶形完好的甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例2
将346mlDMF投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入141.7g含水量为1wt％的氯乙酸，将温度控制在40℃缓慢通入88.6g含水量为1wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.2MPa，搅拌保温反应8小时，反应完后降温至25℃，静置进行结晶，然后经离心、DMF清洗、干燥得92g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例3
反应前测定氯乙酸和三甲胺含水量分别为1wt％，根据氯乙酸与三甲胺的摩尔比及含水量与除水剂的摩尔比求出反应需要的原料量。操作步骤如下：
将308ml甲苯投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入80g含水量为1wt％的氯乙酸，再加入15.9g氯乙酸酐，将温度控制在45℃缓慢通入59.1g含水量为1wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.1MPa，搅拌保温反应5小时，反应完后降至室温，静置进行结晶，然后经离心、水中结晶、甲苯清洗、干燥得120.2g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例4
将614ml环己酮投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入94.5g含水量为0.5wt％的氯乙酸，将温度控制在50℃缓慢通入59.1g含水量1wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.05MPa，搅拌保温反应6小时，反应完后降温至25℃，静置进行结晶，然后经离心、环己酮清洗、干燥得73.5g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例5
按照实施例4的配比与条件进行反应，不同之处是在加入氯乙酸的同时加入13.3g氯乙酰氯和13.8g无水甜菜碱，然后通入62.6g含水量1wt％的三甲胺，反应完成后得到122.3g甜菜碱盐酸盐。
实施例6
将461ml环己烷投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入173.6g含水量0.5wt％的氯乙酸，再加入21g乙酸酐，将温度控制在60℃缓慢通入118g含水量0.5wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.15MPa，搅拌保温反应6小时，反应完后降温至25℃，经常规结晶、离心、环己烷清洗、干燥得230.7g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例7
将400ml无水甲醇投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入173.6g含水量0.5wt％的氯乙酸，再加入21g氯乙酸酐，将温度控制在60℃缓慢通入118g含水量0.5wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.2MPa，搅拌保温反应6小时，反应完后降温至25℃，经常规结晶、离心、无水甲醇清洗、干燥得234.7g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例8
将350ml乙酸乙酯投入到反应釜中，开启搅拌，然后在反应釜中加入80.5g含水量为1wt％的氯乙酸，再加入15.9g氯乙酸酐，将温度控制在45℃缓慢通入59.1g含水量为1wt％的三甲胺，通完后保持反应釜的表压为0.2MPa，搅拌保温反应5小时，反应完后降至室温，静置进行结晶，然后经离心、水中结晶、乙酸乙酯清洗、干燥得122.1g甜菜碱盐酸盐，有机溶剂和原料循环套用。
实施例6
按照实施例1的操作步骤进行反应，不同之处在于有机溶剂为四氯化碳。
实施例7
按照实施例3的操作步骤进行反应，不同之处在于有机溶剂为苯乙醇。
实施例8
按照实施例8的操作步骤进行反应，不同之处在于有机溶剂为叔丁醇。
实施例9
按照实施例8的操作步骤进行反应，不同之处在于有机溶剂为无水乙醇。
实施例10
按照实施例2的操作步骤进行反应，不同之处在于有机溶剂为DMAC。
Claims (9)
1.一种甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征是：以氯乙酸和三甲胺为原料，将它们在有机溶剂中反应生成甜菜碱盐酸盐，氯乙酸与三甲胺的摩尔比为1：1，反应在无水或者存在少量水的情况下进行；所述有机溶剂为无水甲醇、无水乙醇、醋酸乙酯、DMF、三氯甲烷、甲苯、环己酮、环己烷、乙酸乙酯、四氯化碳、苯乙醇、叔丁醇或DMAC。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：上述原料还包括除水剂，所述除水剂为等摩尔的氯乙酰氯和无水甜菜碱的混合物或者氯乙酸酐。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是工艺步骤为：将有机溶剂投入到反应釜中，开启搅拌，然后加入氯乙酸，再通入三甲胺进行反应，反应完后经降温、结晶、离心、清洗、干燥得甜菜碱盐酸盐。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是工艺步骤为：将有机溶剂投入到反应釜中，开启搅拌，然后加入氯乙酸和除水剂，再通入三甲胺进行反应，反应完后经降温、结晶、离心、清洗、干燥得甜菜碱盐酸盐。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：有机溶剂的体积用量为原料总质量的1.5-4倍。
6.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征是：氯乙酸和三甲胺含水总量与除水剂的摩尔比为1：1.2-2。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：反应温度为30-60℃，反应压力为0.05-0.2MPa，反应时间为5-8小时。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：反应温度为40-45℃。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的制备方法，其特征是：所述有机溶剂和原料循环套用。
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