CN102367221A - 一种原甲酸酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种原甲酸酯的制备方法，包括成盐、醇解、蒸馏等步骤，在成盐反应中，将HCl的吸收和氢氰酸的加入分步进行；所述醇解过程，是首先脱除所述成盐液中过量的氯化氢，再加入相应的醇液进行醇解反应。上述醇解反应结束，醇解反应液转入离心机进行离心分离，产品存在于滤液中，副产物氯化铵存在于滤饼中；分离得到的滤液转入醇解液贮槽；滤饼转入洗涤釜洗涤以回收副产物和溶剂。本发明制备方法原料易得、工艺流程简单，安全性好，收率高且稳定、纯度高、成本低，是生产原甲酸酯的理想工艺。

Description

一种原甲酸酯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机合成中间体的制备方法，具体涉及一种原甲酸酯的制备方法，属于精细化工生产领域。

背景技术

甲酸酯是原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯、原甲酸三丙酯、原甲酸三丁酯等产品的统称，该类产品主要用途为医药中间体，也做农药、化工、香料的中间体。如甲酸三甲酯(trimethyl orthoformate)，又称三甲氧基甲烷〔HC(OCH3)3〕，是重要的有机合成中间体。医药方面用于合成维生素A、维生素B1、磺胺、抗菌素等；涂料方面用于聚氨酯或环氧涂料的脱水以防止硬化；亦用于香料合成，市场用量逐年增加。

已知的原甲酸酯生产方法主要：氢氰酸法、环氧丙烷法、甲胺法和金属钠或甲醇钠法，根据反应中原料醇的不同，制得原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯、原甲酸三丙酯等物质。金属钠法或甲醇钠法由于成本太高而被逐渐淘汰；环氧丙烷法和甲胺法都存在收率较低，工艺复杂的缺点；氢氰酸法成本最低，但由于原料的特殊性，研究的人极少，目前世界上仅杜邦公司采用氢氰酸法生产原甲酸酯，国内主要采用金属钠法或甲醇钠法生产，氢氰酸法尚处于开发阶段。

氢氰酸法又分为一锅法和两步法两种。“一锅法”是指成盐、醇解反应在一个反应器中分段完成；“两步法”是指成盐完成后分离出亚胺盐，亚胺盐再投入反应器进行醇解反应。“一锅法”尽管操作比较简单，但由于成盐反应液的酸性太强，不利于醇解反应的进行，且成盐反应的杂质直接进入醇解反应中，使醇解反应副反应增多，杂质多，不利于产品分离，产品收率低，平均收率在60％左右；“两步法”包括HCl的发生、HCl与HCN加入甲醇中进行成盐、在所得成盐液中加入甲醇进行醇解、蒸馏等步骤制得原甲酸三甲酯产品，其中通过成盐反应所得亚胺盐，对活性中间体亚胺盐进行分离和纯化后，亚胺盐含酸低、杂质少，更有利于醇解反应和副产物的抑制及产品分离，收率高，产品纯度高；但目前公开的两步法中，整个反应体系反应热较高、反应可控性差、从而使得收率不稳定同时反应体系存在较大的安全隐患，另外反应不够彻底、从而产品的收率偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性好的原甲酸酯的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种原甲酸酯的制备方法，包括成盐、醇解、蒸馏等步骤，其特征在于：在成盐反应中，将HCl的吸收和氢氰酸的加入分步进行。

发明人通过长期试验及生产实践发现，将HCl的吸收和氢氰酸的加入分步进行可使得反应热得到有效控制、从而大大提高生产的安全性。

为了进一步有效控制反应热、同时稳定收率，本发明首先进行HCl的吸收：先向成盐反应体系中加入溶剂邻二氯苯和相应的醇(根据所要制得的原甲酸酯类型的不同、采用相应的醇：醇为烷基醇，可以是甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等。产品为对应的烷基酯，原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯、原甲酸三丙酯、原甲酸三丁酯等)，控制温度为-5～5℃通入过量的HCl气体。该HCl气体通过常规工艺得到，纯度约为100％，其工艺包括硫酸/氯化铵工艺、硫酸/盐酸工艺以及盐酸解析工艺等等，优先选用31％的盐酸解析。

为了更好地控制反应热，上述通入的HCl气体温度控制在0℃以下，进一步优选为-5～0℃。

在上述成盐反应中，反应体系按上述吸收HCl后再向其中流加氢氰酸(纯度≥99.0％)，流加氢氰酸的时间为6～14h、温度≤5℃；然后在-5～5℃保温反应2～3小时，得到成盐液。

上述原料采用常规工业品，当然也可用化学纯、分析纯。

上述成盐反应中优选为氢氰酸∶醇∶氯化氢＝1∶1～1.25∶1.05～1.15；优先选择1∶1.03∶1.09，以摩尔比计。邻二氯苯作为溶剂不参与反应，用量酌情即可，也可选用其他有机溶液作为溶剂，本发明中的溶剂的类型及用量的选择在化工行业比较常规，纯度在99％以上即可。

具体地说，上述成盐过程，按如下步骤进行：

(1)、HCl的吸收

先向成盐釜内加入溶剂邻二氯苯和相应的醇，待成盐釜温降至-5～+5℃时，开始通入过量的HCl气体，通气进程釜温控制在0℃以下，优选为-5～0℃。

(2)、成盐反应

通完HCl后，流加氢氰酸，6～14h加完，流加氢氰酸控温≤5℃，进行成盐反应，加完氢氰酸再保温-5～+5℃反应2～3小时结束；反应完毕的成盐液不分离溶剂，直接转入醇解釜进行下一工序操作。

本发明醇解过程，优选为首先脱除上述成盐液中过量的氯化氢，再加入相应的醇液(醇解用的相应醇液优选为第一次选用99％新醇液，而后的生产中部分使用洗涤过醇解反应副产物氯化铵回收的醇液；所述的洗涤用的相应醇液最初也是选用的99％的新醇液，用于洗涤后，再蒸馏回收，醇解反应对回收的醇浓度没有严格的要求，水分≤0.1％即可)进行醇解反应。现有技术对反应液中过量氯化氢的脱除都在醇解反应后的纯化处理等工序了，而发明人在长期研究及实践中发现，在醇解反应之前脱除成盐液中过量氯化氢会显著提高最终产品原甲酸酯的收率及纯度。

进一步优选地，脱除上述成盐液中过量的氯化氢是在真空度-0.07～-0.09Mpa，温度0～10℃下脱除时间2～4小时。

具体地说，本发明醇解过程，按如下步骤进行：

(1)、成盐液中过量氯化氢的脱除：在搅拌下真空脱除，所述真空度-0.07～-0.09Mpa，温度0～10℃下脱除2～4小时；

(2)、上述成盐反应所得成盐液脱除氯化氢后加入相应的醇液，在40℃～60℃下保温反应4～5小时得到醇解反应液。

上述醇解反应结束，醇解反应液转入离心机进行离心分离，产品存在于滤液中，副产物氯化铵存在于滤饼中；分离得到的滤液转入醇解液贮槽；滤饼转入洗涤釜洗涤以回收副产物和溶剂。

上述经离心分离得到的滤液经蒸馏后得到合格产品。

氢氰酸法制备原甲酸酯的反应有：

主反应：成盐反应

醇解反应

R为烷基，最好为碳数在1～10的烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基等。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明原甲酸酯的制备方法将HCl的吸收和成盐反应分开，有效降低了溶解热、反应热以及结晶热，反应安全性大大提高；同时加料时缓慢流加HCN也进一步提高了反应的安全性。

2、本发明成盐过程结束后不再分离溶剂，反应液直接进入醇解工序。醇解前增加了脱除氯化氢工序，显著提高最终产品原甲酸酯的收率及纯度。

总之，本发明制备方法原料易得、工艺流程简单，安全性好，收率高且稳定、纯度高、成本低，是生产原甲酸酯的理想工艺。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种原甲酸三甲酯的制备方法，按如下步骤进行：

成盐过程，(1)、HCl的吸收：先向成盐釜内加入溶剂邻二氯苯(1300L，含量≥99％)和甲醇(360L，含量≥99％)，待成盐釜温降至-2～1℃时，开始通入过量的HCl气体，通气进程釜温控制在-3℃。(2)、成盐反应：通完HCl后，流加氢氰酸(333L，含量≥99.5％)，10～12h加完，流加氢氰酸控温2℃，进行成盐反应，加完氢氰酸再保温0～2℃反应2～3小时结束；反应完毕的成盐液不分离溶剂，直接转入醇解釜进行下一工序操作。

醇解过程，(1)、成盐液中过量氯化氢的脱除：在搅拌下真空脱除，所述真空度-0.07～-0.09Mpa，温度5℃下脱除2小时；(2)、上述成盐反应所得成盐液脱除氯化氢后加入甲醇液(645L，含量≥99％)，在55℃下保温反应4～5小时得到醇解反应液。

上述醇解反应结束，醇解反应液转入离心机进行离心分离，产品存在于滤液中，副产物氯化铵存在于滤饼中；分离得到的滤液转入醇解液贮槽；滤饼转入洗涤釜洗涤以回收副产物和溶剂。

上述经离心分离得到的滤液经常规蒸馏后得到合格产品。

本实施例1还可采用乙醇、丙醇、丁醇等醇溶剂，按以上步骤及工艺参数，则相应制得原甲酸三乙酯、原甲酸三丙酯、原甲酸三丁酯等类型的原甲酸酯。

本实施例1的方法将成盐过程分为吸收氯化氢和流加氢氰酸两个过程进行，使得热量的释放得到了有效的分散，从而在根本上缓解了这一安全隐患，同时氢氰酸的加入是采用多次流加的方式，当出现操作严重失误导致飞温冲料时，由于釜内残余氢氰酸数量较少，造成的危害就大大减少了。本实施例1方法所得产品的纯度及收率见表1、2。

表1实施例1中产粗产品及蒸馏后产品纯度情况表

表2实施例1所得产品收率情况表

试生产平行试验	醇解收率％	粗产品收率％	总收率％
				1	75.30	70.78	76.65
2	75.20	69.73	71.59
				3	70.10	65.90	79.00

可见，本实施例1的正常总收率稳定在75％左右、同时制得的产品纯度高。

对比实施例1

一种原甲酸三甲酯生产工艺，具体工艺实例如下：

投料氢氰酸、无水甲醇与溶剂，加入反应釜中搅拌均匀，冷却至温度在-15℃左右，在搅拌下通入氯化氢气体。在通入氯化氢与反应过程中保持温度在-5℃～0℃，维持此温度反应8小时。分离溶剂回收套用。在得到的盐酸亚胺盐固体中加入无水甲醇于反应釜中，pH值保持1～5的酸性条件，温度保持在20℃～50℃下醇解反应6小时。离心分离得产品液，精制得高纯原甲酸三甲酯产品。

对比实施例1的工艺醇解收率时高时低，多次实验数据如下，

醇解收率	批次/批	所占比例/％
			80％以上	8	6.50
70～80％	30	24.39
			65～70％	47	38.21
60～65％	22	17.89
			60％以下	16	13.01
合计	123	100.00

成盐液中的过量氯化氢在醇解前未经处理，使得醇解时部分产品被分解，氯化氢含量的或高或低也必然造成醇解收率波动。

同时，对比实施例1的工艺在成盐反应过程经常出现飞温，反应釜温严重超过正常工艺控制指标(＜5℃)，反应不易控制的现象，此现象导致了体系中HCl溢出而造成HCl配比失调、降低反应收率和生成副产物影响产品质量。测得其正

常总收率仅为53％。

原甲酸三甲酯工艺安全的核心是成盐工艺。在所有文献报道中，成盐工艺都只有一种，即向氢氰酸、甲醇和溶剂中通入HCl气体。如前所述，由于这种工艺在反应过程中各种热量集中释放，给安全生产带来很大的隐患。如山东万昌曾发生的重大安全事故就出在这个环节上。

实施例2～8：按以下步骤及工艺参数进行，其它均与实施例1相同。以下制得的原甲酸酯总收率稳定在72％～80％，且纯度高、均在99.5％以上。同时整个反应稳定，无飞温等现象、安全性好。

Claims (10)

1.一种原甲酸酯的制备方法，包括成盐、醇解、蒸馏等步骤，其特征在于：在成盐反应中，将HCl的吸收和氢氰酸的加入分步进行。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法首先进行HCl的吸收：先向成盐反应体系中加入溶剂邻二氯苯和醇，控制温度为-5～5℃通入过量的HCl气体；所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述通入的HCl气体温度控制在-5～0℃。

4.如权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于：在所述成盐反应中，反应体系按上述吸收HCl后再向其中流加氢氰酸，流加氢氰酸的时间为6～14h、温度≤5℃，然后在-5～5℃保温反应2～3小时，得到成盐液。

5.如权利要求1、2 、3或4所述的制备方法，其特征在于：所述成盐反应中氢氰酸：醇：氯化氢=1：1~1.25：1.05~1.15，以摩尔比计。

6.如权利要求1、2 、3或4所述的制备方法，其特征在于：所述成盐反应中氢氰酸：醇：氯化氢=1：1.03：1.09，以摩尔比计。

7.如权利要求1所述的制备方法，所述的成盐过程，按如下步骤进行：

（1）、HCl的吸收先向成盐釜内加入溶剂邻二氯苯和醇，待成盐釜温降至-5～+5℃时，开始通入过量的HCl气体，通气进程釜温控制在-5～0℃；

（2）、成盐反应

通完HCl后，流加氢氰酸，6～14h加完，流加氢氰酸控温0～5℃，进行成盐反应，加完氢氰酸再保温-5～+5℃反应2～3小时结束；反应完毕的成盐液不分离溶剂，直接转入醇解釜进行下一工序操作；所述成盐反应中氢氰酸：醇：氯化氢=1：1.03：1.09，以摩尔比计。

8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于：所述醇解过程，是首先脱除所述成盐液中过量的氯化氢，再加入醇液进行醇解反应。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述脱除成盐液中过量的氯化氢是在真空度－0.07～－0.09Mpa，温度0～10℃下进行的，脱除时间为2～4小时。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述醇解过程，按如下步骤进行：

（1）、成盐液中过量氯化氢的脱除：在搅拌下真空脱除，所述真空度－0.07～－0.09Mpa，温度0～10℃下脱除2～4小时；

（2）、在成盐液脱除氯化氢后加入相应的醇液，在40℃~60℃下保温反应4～5小时得到醇解反应液；

上述醇解反应结束，醇解反应液转入离心机进行离心分离，产品存在于滤液中，副产物氯化铵存在于滤饼中；分离得到的滤液转入醇解液贮槽；滤饼转入洗涤釜洗涤以回收副产物和溶剂。