CN102382071B - 去氨基还原法制备1h-四氮唑乙酸的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺,以5-氨基-1H-四氮唑乙酸为原料,与亚硝酸钠和次磷酸发生去氨基还原反应制得1H-四氮唑乙酸,其中亚硝酸钠为重氮化试剂,次磷酸为酸化剂及还原剂,次磷酸采用次磷酸二氢钠与硫酸制得。本发明方法通过改变工艺反应条件,原子利用率高,产品收率达70~80%,产品纯度好,高达97%以上。新工艺操作简便,条件温和,安全无毒,设备利用率高,成本低,更加有利于工业化的实施。

Description

去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺
技术领域
本发明涉及一种1H-四氮唑乙酸的制备工艺,具体是采用去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸,属于有机合成技术领域。
背景技术
1H-四氮唑乙酸,英文名:1H-tetrazole-1-acetic acid,CAS号:[21732-17-2],分子式:C3H4N4O2,分子量:128.09,白色晶体,溶于水、乙酸乙酯、异丙醇等,熔点:128.5~131.5℃。1H-四氮唑乙酸主要用于抗菌素类药物先锋V号头孢唑啉及头孢唑啉钠的重要原料。
头孢唑啉为第一代头孢菌素,抗菌谱广。目前,头孢唑啉钠价格一直很稳定,但是由于市场用量比较大,因此主要的生产厂家都预备扩大该产品的生产。而一旦这些扩(增)产项目得到落实,其中间体1H-四氮唑乙酸的用量也将会相应增加。
目前1H-四氮唑乙酸的生产工艺主要有两种。一种是以氰甲酸乙酯、氯乙酸乙酯和叠氮化钠为主要原料,此方法反应时间长(50小时以上),工艺繁琐,三废问题突出,在工业化生产中所需的成本较高。反应流程如下:
Figure 882837DEST_PATH_IMAGE001
Figure 125731DEST_PATH_IMAGE002
Figure 429673DEST_PATH_IMAGE003
另一种方法以甘氨酸、叠氮化钠和原甲酸三乙酯为原料,通过“一锅法”直接得到1H-四氮唑乙酸,该方法虽然反应流程短、成本低、操作简便,但是存在溶剂冰醋酸不易回收,产物不易结晶析出等缺点,目前鲜有工业化生产。反应流程如下:
Figure 704797DEST_PATH_IMAGE004
Figure 659852DEST_PATH_IMAGE005
Figure 57335DEST_PATH_IMAGE006
尤其值得一提的是,这两种方法都以叠氮化钠为基本原料。叠氮化钠不仅剧毒,而且极不稳定,剧烈震荡易引起爆炸,对操作环境要求十分苛刻。因此寻找一种产率高、成本低、操作简便安全的制备方法是亟待解决的问题。
目前,大部分研究都集中在如何对上述两种方法进行优化和改进上,但通过优化现有工艺很难实现操作简便安全的目的,因此必须寻找新的合成路线。目前,国内外对新合成方法的研究很少,以5-氨基-1H-四氮唑乙酸为原料合成1H-四氮唑乙酸的方法尚未见报道。
发明内容
本发明针对现有合成1H-四氮唑乙酸工艺存在的不足,提供了去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的新工艺。该方法反应条件温和,工艺操作流程简单,所用原料安全、易得,便于工业化大生产。
发明人通过实验探索发现,以5-氨基-1H-四氮唑乙酸为原料,首先与亚硝酸钠发生重氮化反应,然后使用还原剂次磷酸进行去氨基还原反应可以得到目标产物1H-四氮唑乙酸。该制备方法通过改变反应路径,大大降低了生产成本,减少了副产物的生成,提高了产品的纯度。尤其重要的是,本发明以5-氨基-1H-四氮唑乙酸、亚硝酸钠为原料,与原工艺相比,操作过程安全、无毒,对身体和环境损害大大减小,反应条件温和,工艺流程简单,溶剂回收利用率高。新工艺的创新,更加有利于工业化的实施。 
本发明是通过以下技术方案实现的:
以5-氨基-1H-四氮唑乙酸为原料,与亚硝酸钠和次磷酸发生去氨基还原反应制得1H-四氮唑乙酸,其中亚硝酸钠为重氮化试剂,次磷酸为酸化剂及还原剂。
其反应方程式如下:
Figure 786257DEST_PATH_IMAGE007
上述方法中,为了节约成本,次磷酸由次磷酸二氢钠和浓硫酸自制得到。次磷酸既提供重氮化反应所需的酸性环境,又作为去除重氮基的还原剂。
上述方法中,具体步骤为:将次磷酸二氢钠溶解到水中,依次加入浓硫酸及5-氨基-1H-四氮唑乙酸,在-20~20℃下,缓慢滴加亚硝酸钠水溶液,滴加完毕后继续反应4~6小时,加入萃取剂萃取,蒸干所得萃取相得粗产品,进一步重结晶得1H-四氮唑乙酸。
上述方法中,5-氨基-1H-四氮唑乙酸:亚硝酸钠:次磷酸二氢钠:浓硫酸的摩尔比为1:2~3:2~5:2~5,优选1:2:2:2。
上述方法中,反应温度为-20~20℃,综合能耗成本和收率等因素,优选-5~0℃。 
上述方法中,萃取所选萃取剂为乙酸乙酯,重结晶所用溶剂为异丙醇。
本发明所用的亚硝酸钠以溶液的形式加入,在实际应用中,亚硝酸钠浓度可以根据需要自行调节,无特殊规定,一般溶液浓度在50-60wt%之间,实际操作中在58wt%左右。
本发明方法通过改变工艺反应条件,原子利用率高,产品收率达70~80%,产品纯度好,高达97%以上。新工艺操作简便,条件温和,安全无毒,设备利用率高,成本低,更加有利于工业化的实施。
具体实施方式
下述实例是对本发明实质内容的进一步说明,并不构成对本发明的限制。本发明所用的5-氨基-1H-四氮唑乙酸可在市场中买到。
实施例1
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100 毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-20~-5℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(13.8克亚硝酸钠溶于10毫升水中),控制反应体系温度不超过-5℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.5克白色晶体,产品收率73.8%,纯度为98.2%(HPLC)。
实施例2
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(13.8克亚硝酸钠溶于10毫升水中),控制反应体系温度低于0℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.9克白色晶体,产品收率77.6%,纯度为98.5%(HPLC)。
实施例3
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,0~10℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(13.8克亚硝酸钠溶于10毫升水中),控制反应体系温度低于10℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.7克白色晶体,产品收率75.6%,纯度为97.8%(HPLC)。
实施例4
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,10~20℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(13.8克亚硝酸钠溶于10毫升水中),控制反应体系温度低于20 ℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.2克白色晶体,产品收率71.5%,纯度为98.0%(HPLC)。
实施例5
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(20.7克亚硝酸钠溶于15毫升水中),控制反应体系温度低于0℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.8克白色晶体,产品收率77.3%,纯度为98.1%(HPLC)。
实施例6
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠31.8克、100毫升水、浓硫酸29.4克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(20.7克亚硝酸钠溶于15毫升水中),控制反应体系温度低于0℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得10.0克白色晶体,产品收率78.2%,纯度为97.8%(HPLC)。
实施例7
三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠53.0克、100毫升水、浓硫酸49.0克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液(20.7克亚硝酸钠溶于15毫升水中),控制反应体系温度低于0℃。滴加完毕,继续搅拌4小时。反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得10.3克白色晶体,产品收率80.4%,纯度为98.4%(HPLC)。

Claims (7)

1.一种去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺,其特征是:以5-氨基-1H-四氮唑乙酸为原料,与亚硝酸钠和次磷酸发生去氨基还原反应制得1H-四氮唑乙酸,其中亚硝酸钠为重氮化试剂,次磷酸为酸化剂及还原剂,次磷酸采用次磷酸二氢钠与硫酸制得,包括以下具体步骤:
  (1)将次磷酸二氢钠溶解到水中,然后依次加入浓硫酸和5-氨基-1H-四氮唑乙酸;
(2)在-20~20℃下再滴入亚硝酸钠水溶液,滴加完毕后保温反应4~6h;
(3)反应后加入乙酸乙酯进行萃取,回收萃取相有机溶剂,得粗产品;
(4)将粗产品用异丙醇重结晶,得1H-四氮唑乙酸产品;
5-氨基-1H-四氮唑乙酸:亚硝酸钠:次磷酸二氢钠:浓硫酸的摩尔比为1:2~3:2~5:2~5。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征是:5-氨基-1H-四氮唑乙酸:亚硝酸钠:次磷酸二氢钠:浓硫酸的摩尔比为1:2:2:2。
3.根据权利要求1或2所述的工艺,其特征是:步骤(2)中,反应温度为-5~0℃。
4.根据权利要求1或2所述的工艺,其特征是:步骤(2)中,亚硝酸钠水溶液的浓度为50-60wt%。
5.一种去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺,其特征是:三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠21.2克、100毫升水、浓硫酸19.6克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液,控制反应体系温度低于0℃;滴加完毕,继续搅拌4小时,反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得9.9克白色晶体;亚硝酸钠的水溶液采用13.8克亚硝酸钠溶于10毫升水中的方法制成。
6.一种去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺,其特征是:三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠31.8克、100毫升水、浓硫酸29.4克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液,控制反应体系温度低于0℃;滴加完毕,继续搅拌4小时,反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得10.0克白色晶体;亚硝酸钠的水溶液采用20.7克亚硝酸钠溶于15毫升水中的方法制成。
7.一种去氨基还原法制备1H-四氮唑乙酸的工艺,其特征是:三口瓶中依次加入次磷酸二氢钠53.0克、100毫升水、浓硫酸49.0克、5-氨基-1H-四氮唑乙酸14.3克,-5~0℃下缓慢加入亚硝酸钠的水溶液,控制反应体系温度低于0℃;滴加完毕,继续搅拌4小时,反应液用乙酸乙酯萃取,旋蒸回收乙酸乙酯,得1H-四氮唑乙酸粗品;异丙醇重结晶得10.3克白色晶体;亚硝酸钠的水溶液采用20.7克亚硝酸钠溶于15毫升水中的方法制成。
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