CN103772187A - 3-甲基戊二酸化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3-甲基戊二酸化合物的制备方法，该方法以氰乙酰胺和乙醛为原料，在碱性催化剂条件下，反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；将α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与水混合，在低温条件下加酸，升温至120～140℃反应得到所述3-甲基戊二酸。本发明操作简便，原料廉价易得，对环境友好，产品收率高、质量好，适于工业化生产。

Description

3-甲基戊二酸化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及医药化工领域化合物的制备方法，特别是一种3-甲基戊二酸化合物的制备方法。
背景技术
3-甲基戊二酸也称β-甲基戊二酸，是重要的医药、精细化工中间体，广泛应用于尼龙纤维、润滑油、增塑剂等领域。另外，近年来还发现该化合物被作为稀土金属离子的萃取剂以及13C固体核磁共振光谱的标准化合物。
现有合成3-甲基戊二酸的方法，主要是丙二酸二甲酯或丙二酸二乙酯和乙醛经缩合、水解、脱羧反应得到目标产物。该方法存在操作复杂，对温度等反应条件要求苛刻，收率低等不足之处。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种3-甲基戊二酸的制备方法，如下反应方程式所示：
Figure BDA00002269491800011
该方法以氰乙酰胺和乙醛为原料，在碱性催化条件下，反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；将α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与水混合，在低温条件下滴加酸，升温至120～140℃反应得到所述的3-甲基戊二酸。
本发明的目的是这样实现的，包括如下步骤：
(1)以水为溶剂，加入乙醛和氰乙酰胺，室温下缓缓滴加碱性催化剂，经反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；
(2)加入所述的α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物和水，在低温条件下滴加酸，缓慢升温至120～140℃反应得到3-甲基戊二酸；其中优选地在130℃下反应。
其中，所述步骤(1)反应后经过滤、干燥得到所述α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物。
其中，所述步骤(1)的反应温度为0～25℃，反应时间6～24h。
其中，乙醛与氰乙酰胺的摩尔比为1.0∶2.0～3.0；乙醛与水的质量比为1∶10～20。
其中，加入的碱为三乙胺、吡啶、哌啶、吗啡啉、稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液之任意一种。
其中，所述待步骤(2)反应后，待冷却，经热萃、干燥、过滤，得到所述3-甲基戊二酸。具体地，所述步骤(2)反应后，待冷却至60℃，用1，2-二氯乙烷热萃，合并有基层，共沸脱水2～6h，析出无机盐，加入干燥剂，过滤除去无机盐后，减压回收1，2-二氯乙烷得到所述3-甲基戊二酸。
其中，步骤(2)中所述酸是浓盐酸溶液或浓硫酸溶液。
其中，步骤(2)中所述α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与酸的摩尔比为1∶1～4；α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与1，2-二氯乙烷的质量比为1∶3～5。步骤(2)中，水的质量根据酸的浓度调节，使得体系温度能升至120～140℃，优选地以130℃为佳。
其中，步骤(2)中低温低价酸的温度为5～25℃；于120～140℃保温反应时间为3～12h；共沸脱水时间为2～6h。
其中，步骤(2)中干燥剂可以选用五氧化二磷、无水硫酸镁、无水硫酸钠等。
本发明包含以下改进创新之处：
本发明制备方法中，步骤(1)只需控制反应温度在0～25℃即可，对温度等反应条件要求不苛刻，反应操作方便。步骤(1)经过滤除去滤液中的杂质，大大提高了反应收率，改进产品质量。
本发明制备方法中，步骤(2)水解脱羧过程中，产品水溶性好，利用1，2-二氯乙烷进行热萃效果较为理想，其他有机溶剂如甲苯等则达不到此效果。步骤(2)水解脱羧过程中，回流脱水可以带走反应体系中的大部分水，但仍有少量水存在影响收率，加入干燥剂后收率明显提高。此外，步骤(2)萃取剂1，2-二氯乙烷可以减压回收套用，大大降低了反应成本，减少了环境污染，适合于工业化生产。
本发明3-甲基戊二酸化合物的制备方法，以氰乙酰胺和乙醛为原料，在水溶液中碱性催化剂条件下经缩合、水解、脱羧等反应，在温和的条件下高产率得到本发明目标产物。本发明制备方法得到的3-甲基戊二酸纯度达到99.5％以上。本发明所用原料易得且价格低，反应操作简便，对环境友好，产品收率高、质量好，萃取剂可以循环使用，适于工业化生产。具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好理解本发明。本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权力要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明的制备方法，以氰乙酰胺和乙醛为原料，在碱性催化条件下，反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；将α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与水混合，在低温条件下滴加酸，升温至120～140℃反应得到所述的3-甲基戊二酸，优选的反应温度为130℃。具体包括以下步骤：
(1)α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物的合成
以水作溶剂，一次性加入异戊醛和氰乙酰胺，缓缓滴加碱性催化剂，反应时间6～24h，反应结束后，过滤，水洗滤饼，干燥，得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物。
其中：反应温度为0～25℃；具体地，反应可以在室温(例如：20℃)下进行。
乙醛与氰乙酰胺的摩尔比为1.0∶2.0～3.0；乙醛与水的质量比为1∶10～20；可选用的碱为三乙胺、吡啶、哌啶、吗啡啉、稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
(2)3-甲基戊二酸的合成
一次性加入步骤(1)所得的α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物和水，低温滴加酸，缓慢升温至130℃。冷至60℃，用1，2-二氯乙烷热萃，合并有机层，共沸脱水，析出无机盐。加入干燥剂，过滤除去无机盐后，减压回收1，2-二氯乙烷即得目标产物3-甲基戊二酸。
其中，酸可以为浓盐酸溶液、浓硫酸溶液。α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与酸的摩尔比为1∶1～4；水的质量根据酸的浓度调节直至体系温度为120～140℃。低温滴加酸的温度为5～25℃；130℃的保温时间为3～12h；α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与1，2-二氯乙烷的质量比为1∶3～5；共沸脱水时间为2～6h。干燥剂可以选用五氧化二磷、无水硫酸镁、无水硫酸钠等。
实施例1
(1)α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物的合成
向100ml三口瓶中一次性加入16.8g氰乙酰胺、13.6g含32.3％乙醛的乙醛溶液、63ml水，机械搅拌，室温(20℃)下滴加0.5ml吗啡啉，溶液变澄清，后又变白色浑浊，并逐渐变粘稠。保温反应12小时。过滤，冰水洗涤，烘干得18gα，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物，收率93％，熔点154-159℃。
(2)3-甲基戊二酸的合成
向100ml反应瓶中投入8.8gα，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物，14ml水，低于20℃滴加20g98％浓硫酸。20℃保温反应2小时，缓慢升温至80℃，反应液变澄清。缓慢升温至130℃，保温反应3小时。降温至60℃，加入30ml1，2-二氯乙烷回流搅拌0.5小时，趁热分层。水层再用20ml1，2-二氯乙烷热萃取，合并有机层。回流脱水三小时，后期可看见盐析出。降至室温，加入无水硫酸钠进行干燥。抽滤一并除去盐和干燥剂(滤液减压除去溶剂后可回收循环套用)，得到6.2g3-甲基戊二酸粗产品，熔点79-81℃。该产品用10％盐酸溶液进一步热回流处理，冷却析出固体，过滤干燥得白色产品，得到5.9g3-甲基戊二酸精品，收率90％。纯度99.5％，m.p.83-85℃。1HNMR(400MHz，DMSO)δ：12.07(s，1H)，2.32-2.18(m，2H)，2.10(dd，J＝13.0，6.3Hz，1H)，0.92(s，2H)。
实施例2
本实施例制备过程与实施例1基本相同。
(1)α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物的合成
向100ml三口瓶中一次性加入18.48g氰乙酰胺、13.6g含32.3％乙醛的乙醛溶液、70ml水，机械搅拌，室温(20℃)下滴加0.6ml哌啶，溶液变澄清，后又变白色浑浊，并逐渐变粘稠。保温反应14小时。过滤，冰水洗涤，烘干得17.3gα，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物，收率89％，熔点154-159℃。
(2)3-甲基戊二酸的合成
向100ml反应瓶中投入8.8gα，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物，20～25℃滴加31％浓盐酸溶液50g。20℃保温反应2小时，缓慢升温至80℃，反应液变澄清。常压蒸出少量水直至体系温度缓慢升至120℃，保温反应5小时。降温至60℃，加入30ml1，2-二氯乙烷回流搅拌0.5小时，趁热分层。水层再用20ml1，2-二氯乙烷热萃取，合并有机层。回流脱水三小时，后期可看见盐析出。降至室温，加入无水硫酸镁进行干燥。抽滤一并除去盐和干燥剂(滤液减压除去溶剂后可回收循环套用)，得到5.8g3-甲基戊二酸粗产品，熔点79-81℃。该产品用10％盐酸溶液进一步热回流处理，冷却析出固体，过滤干燥得白色产品，得到5.5g3-甲基戊二酸精品，收率84％。纯度99.5％，m.p.83-85℃。1HNMR(400MHz，DMSO)δ：12.07(s，1H)，2.32-2.18(m，2H)，2.10(dd，J＝13.0，6.3Hz，1H)，0.92(s，2H)。

Claims (10)

1.一种3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，如下反应方程式所示：
Figure FDA00002269491700011
以氰乙酰胺和乙醛为原料，在碱性催化剂条件下，反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；将α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与水混合，在低温条件下加酸，升温至120～140℃反应得到所述3-甲基戊二酸。
2.如权利要求1所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以水为溶剂，加入乙醛和氰乙酰胺，室温下缓缓滴加碱性催化剂，反应得到α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物；
(2)加入所述α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物和水，低温滴加酸，缓慢升温至120～140℃反应得到3-甲基戊二酸；其中优选地在130℃下反应。
3.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)反应后经过滤、干燥得到所述α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物。
4.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的反应温度为0～25℃，反应时间6～24h。
5.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，步骤(1)中乙醛与氰乙酰胺的摩尔比为1.0∶2.0～3.0；乙醛与水的质量比为1∶10～20。
6.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加入的碱为三乙胺、吡啶、哌啶、吗啡啉、稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液之任意一种。
7.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)反应后，待冷却至60℃，用1，2-二氯乙烷热萃，合并有基层，共沸脱水2～6h，析出无机盐，加入干燥剂，过滤除去无机盐后，减压回收1，2-二氯乙烷得到所述3-甲基戊二酸；其中.所述干燥剂是五氧化二磷、无水硫酸镁、无水硫酸钠之任意一种。
8.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的酸是浓盐酸溶液或浓硫酸溶液。
9.如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与酸的摩尔比为1∶1～4；α，α’-二氰基-β-甲基戊二酰胺缩合物与1，2-二氯乙烷的质量比为1∶3～5。
10..如权利要求2所述的3-甲基戊二酸的制备方法，其特征在于，步骤(2)中低温滴加酸的温度为5～25℃；反应时间为3～12h。
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