CN102030729B - 一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，该方法首先将原料γ-丁内酯、乙酰化剂和催化剂在搅拌下加入充分干燥过的酰化釜中，随后，缓慢升温酰化、中和、精馏得产品。本发明的优点在于：反应前，所有物料全部加入事先充分干燥过的酰化釜中，然后缓慢升温酰化，并且，酰化釜无需抽真空和氮气吹扫，操作简便，易于工业化生产；通过控制金属钠的比表面积，在低于90℃的温和条件下进行酰化反应，杜绝了冲料、燃烧和爆炸等严重的不安全隐患，抑制了副反应的发生，产品纯度高、收率高、副产组成简单易于回收；整个生产过程不使用任何有机溶剂，从源头上消除了污染源，大大地降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种医药中间体、化工原料的制备方法，具体是一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法。
背景技术
α-乙酰基-γ-丁内酯是一种重要的药物中间体和有机化工原料。目前，制备α-乙酰基-γ-丁内酯的方法主要有两种路线，其一，是以环氧乙烷和乙酰乙酸乙酯为起始原料的工艺，其二，是以γ-丁内酯和乙酸酯为起始原料的工艺。
以环氧乙烷为原料的合成工艺，原料环氧乙烷属于一级易燃易爆化学品，在储运和反应过程中都存在严重的不安全隐患。
以γ-丁内酯和乙酸酯为起始原料的合成工艺，一般是在甲苯溶剂中，加入催化剂金属钠，待金属钠熔融后，滴加γ-丁内酯与乙酸乙酯的混合液进行反应。如：专利CN 1263749C报导，在甲苯溶剂中加入催化剂，加热至100-105℃，并搅拌后迅速冷却，然后在保温情况下滴加γ-丁内酯和乙酸乙酯的混合物，同时在反应釜上增加了一组缓冲装置，但投料量仍不能满负荷运转，并未能彻底避免安全隐患发生和苯类溶剂对环境的污染。美国专利US 5789603报导过一种以γ-丁内酯和乙酸酯为原料，醇钠为催化剂，相应的乙酸酯或苯类化合物为溶剂的方法，虽避免了上述不安全隐患，但其反应仍需溶剂，并要在高压反应器中进行，其对反应装置的要求较高，操作的安全系数也较低。专利CN 101092407B，报导了一种在装有负载型固体碱氟化物催化剂的固定床反应器中，连续通入气化的γ-丁内酯和乙酸乙酯进行反应的方法，虽不使用溶剂，但该生产过程能耗较大，同时，使用固体碱氟化物作催化剂，对产品、环境污染存在一定的隐患。专利CN 101768141A，公开报导了一种以γ-丁内酯和乙酸酯为起始原料，并在反应初期以原料作溶剂，采用倒置加料方式，即：将金属钠分批或连续加入盛有γ-丁内酯和乙酸酯混合液的酰化反应器中进行酰化，有效地避免了反应难以控制造成冲料、燃烧等不安全隐患，同时，无溶剂反应，减少了污染，节省了成本，加大了投料量，提高了生产效率。但是，在反应过程中，分批或连续加入金属钠，加钠装置及控制系统要求高，另外酸化后水相仍需溶剂甲苯萃取，未能实现彻底无有机溶剂工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、操作简便、环境污染小、生产成本低的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法。
为实现上述目的，本发明制备α-乙酰基-γ-丁内酯的方法是：反应前将原料γ-丁内酯和乙酰化剂(乙酸乙酯、乙酸甲酯或两者的混合物)和催化剂，一次性加入事先充分干燥过的酰化釜中，经酰化、中和、精馏得产品。
具体包括如下步骤：
(1)将原料γ-丁内酯和乙酰化剂加入事先充分干燥过的酰化釜中，开动搅拌；
(2)向完成步骤(1)的体系中，以固体形式一次性加入催化剂(比表面积为0.4cm2/g-15cm2/g)，随后缓慢升温，待体系有液体回流时，停止加热，此时酰化反应开始，待体系温度降至75℃时，开始加热，在回流温度下，保温5～18h；
步骤(1)和(2)中γ-丁内酯、乙酰化剂和催化剂的摩尔比为1∶1.2～1.9∶1.0～1.2；
(3)酰化反应结束后，物料转入中和反应釜，首先常压蒸馏回收过量的乙酰化剂和副产物，然后降温，待温度降至55℃～60℃之间时，在搅拌下用磷酸(质量百分浓度为40％-60％)中和至pH值3～5之间；随后静置，分去水相，有机相在真空度为0.08Mp的条件下蒸馏、精馏得产品；
所述的乙酰化剂为乙酸乙酯、乙酸甲酯或两者的混合物；所述的催化剂是金属钠。所述的磷酸可以用硫酸(质量百分浓度为14％-30％)或醋酸代替。
本发明与现有α-乙酰基-γ-丁内酯制备方法相比，具有以下优点：
1.本发明在反应前，将所有物料全部加入充分干燥过的酰化釜中(酰化釜无需抽真空和氮气吹扫)，整个酰化过程除需升降温外，无需其它操作，控制非常简便，易于工业化生产。
2.通过控制金属钠的比表面积，酰化反应一直在低于90℃的温和条件下进行，确保了反应过程不会发生不安全隐患，同时，有效地抑制了副反应的发生，产品纯度高、收率高、副产组成简单易于回收。
3.整个生产过程无需任何有机溶剂，例如：酰化过程以原料作溶剂、酸化过程利用了盐析原理，通过控制酸的浓度，实现了油水两相有效分离，无需使用任何有机溶剂萃取，从源头上消除了污染源，大大地降低了生产成本，提高了综合经济效益。是一种合成α-乙酰基-γ-丁内酯的绿色新工艺。
具体实施方式
实施例1
在充分干燥过的带有电动搅拌器、冷凝管、温度计的酰化反应釜(50L)中，加入11.67kgγ-丁内酯、17.90kg乙酸乙酯，开启搅拌，在室温下加入比表面积为1.1cm2/g的3.43kg金属钠，然后缓慢加热升温，待体系回流时，停止加热。此时体系温度上升至酰化过程的最高温度88℃，然后体系温度逐渐下降，直到降至75℃时，开始加热，在回流温度下保温，维持反应12h。保温毕，将反应液转入中和釜，常压蒸出无水乙醇和过量的乙酸乙酯；然后降温，待温度降至58℃时，搅拌下逐渐加入51％的磷酸溶液26.95kg(此时体系pH＝3～4)，加完后，静置分层，分去水相。有机相减压蒸馏(真空度为0.08Mp)，蒸出轻组分，待体系温度上升至90℃时，停止蒸馏，得半成品。半成品精馏得产品16.34kg，纯度99.1％，产率93.2％。
实施例2
在充分干燥过的带有电动搅拌器、冷凝管、温度计的酰化反应釜(50L)中，加入12.32kgγ-丁内酯、15.92kg乙酸甲酯，开启搅拌，在室温下加入比表面积为1.03cm2/g的3.6kg金属钠，然后缓慢加热升温，待体系回流时，停止加热。此时体系温度上升至酰化过程的最高温度83℃，然后体系温度逐渐下降，直到降至75℃时，开始加热，在回流温度下保温，维持反应12h。保温毕，将反应液转入中和釜，常压蒸出无水甲醇和过量的乙酸甲酯；然后降温，待温度降至56℃时，搅拌下逐渐加入51％的磷酸溶液28.5kg(此时体系pH＝3～4)，加完后，静置分层，分去水相。有机相减压蒸馏(真空度为0.08Mp)，蒸出轻组分，待体系温度上升至90℃时，停止蒸馏，得半成品。半成品精馏得产品16.62kg，纯度99.5％，产率90.2％。
实施例3
在充分干燥过的带有电动搅拌器、冷凝管、温度计的酰化反应釜(50L)中，加入12.32kgγ-丁内酯、9.47kg乙酸乙酯和7.97kg乙酸甲酯，开启搅拌，在室温下加入比表面积为1.15cm2/g的3.6kg金属钠，然后缓慢加热升温，待体系回流后，停止加热。此时体系温度上升至酰化过程的最高温度86℃，然后体系温度逐渐下降，直到降至75℃时，开始加热，在回流温度下保温，维持反应12h。保温毕，将反应液转入中和釜，常压蒸出无水乙醇、无水甲醇、过量的乙酸乙酯和乙酸甲酯；然后降温，待温度降至60℃时，搅拌下逐渐加入51％的磷酸溶液28.5kg(此时体系pH＝3～4)，加完后，静置分层，分去水相。有机相减压蒸馏(真空度为0.08Mp)，蒸出轻组分，待体系温度上升至90℃时，停止蒸馏，得半成品。半成品精馏得产品16.85kg，纯度99.3％，产率90.9％。
实施例4
在充分干燥过的带有电动搅拌器、冷凝管、温度计的酰化反应釜(50L)中，加入11.67kgγ-丁内酯、17.90kg乙酸乙酯，开启搅拌，在室温下加入比表面积为1.2cm2/g的3.43kg金属钠，然后缓慢加热升温，待体系回流后，停止加热。此时体系温度上升至酰化过程的最高温度88℃，然后体系温度逐渐下降，直到降至75℃时，开始加热，在回流温度下保温，维持反应12h。保温毕，将反应液转入中和釜，常压蒸出无水乙醇和过量的乙酸乙酯；然后降温，待温度降至55℃时，搅拌下逐渐加入25％的硫酸溶液29.89kg(此时体系pH＝3～4)，加完后，静置分层，分去水相。有机相减压蒸馏(真空度为0.08Mp)，蒸出轻组分，待体系温度上升至90℃时，停止蒸馏，得半成品。半成品精馏得产品16.1kg，纯度99.2％，产率91.9％。
Claims (4)
1.一种α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将原料γ-丁内酯和乙酰化剂加入事先充分干燥过的酰化釜中，开动搅拌；
(2)向完成步骤(1)的体系中，以固体形式一次性加入催化剂，随后缓慢升温，待体系有液体回流时，停止加热，此时酰化反应开始，待体系温度降至75℃时，开始加热，在回流温度下，保温5～18h；
步骤(1)和(2)中γ-丁内酯、乙酰化剂和催化剂的摩尔比为1∶1.2～1.9∶1.0～1.2；
(3)酰化反应结束后，物料转入中和反应釜，首先常压蒸馏回收过量的乙酰化剂和副产物，然后降温，待温度降至55℃～60℃之间时，在搅拌下用磷酸中和至pH值3～5之间；随后静置，分去水相，有机相在真空度为0.08MPa的条件下蒸馏、精馏得产品；
所述的乙酰化剂为乙酸乙酯、乙酸甲酯或两者的混合物；所述的催化剂是比表面积为0.4cm2/g-1.2cm2/g的金属钠。
2.如权利要求1所述的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，其特征在于，所述的磷酸用硫酸或醋酸代替。
3.如权利要求1所述的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，其特征在于，所述磷酸的质量百分浓度为40％-60％。
4.如权利要求2所述的α-乙酰基-γ-丁内酯的制备方法，其特征在于，所述硫酸的质量百分浓度为14％-30％。
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