CN106966925A - 一种辛基异羟肟酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辛基异羟肟酸的制备方法：先将盐酸羟胺溶解入醇水介质中，再加入正辛酸酯形成两相反应体系，然后缓慢加入碱溶液，加完后升温至25℃~55℃进行反应。本方法可以得到纯度为99%以上，收率达90%以上的纯品辛基异羟肟酸，通过离心分离得到的醇水介质母液可以多次套用。本法具有反应条件温和，收率高，后处理方便，反应介质为醇水体系，可以多次套用，收率稳定，大大减少了生产成本和废液处理成本，是一种操作方便、反应时间短、收率高、废液量少、经济可行、易于工业化生产的有效方法。
Description
技术领域
本发明属于化学合成领域，涉及一种辛基异羟肟酸的制备方法，具体说该方法是一种以正辛酸酯和盐酸羟胺为原料，无机碱作为催化剂，反应制备得到辛基异羟肟酸，是一种适合工业化生产的制备方法。
背景技术
羟肟酸（RC=ONHOH)因其结构的特殊性，与Fe、Cu、Ni等金属离子极易形成络合物，具有快速、灵敏等特点，因而在分析检测、工业领域如金属离子的矿物浮选等有着重要作用。辛基异羟肟酸作为羟肟酸类化合物的一种，目前已广泛用于农业、日化、工业领域。在农业领域，辛基异羟肟酸可以作为一种脲酶抑制剂；在日化领域，因其具有刺激性小、无有机卤素防腐剂潜在致敏性等特点，作为一种新型防腐剂具有重要替代作用；在工业领域，特别是矿物浮选如钨矿、锡矿、稀土等的浮选，因其与金属离子络合灵敏具有比常规的脂肪酸、烷基磺酸盐更为高效、更具有选择性的浮选剂。
目前已报道的辛基异羟肟酸或其类似物的制备方法可归纳为以下三种：
（1）醇介质法：以羟胺盐为底物，加入甲醇或相应的脂肪醇，然后加入固体碱如氢氧化钠、氢氧化钾等，然后过滤除去相应的无机盐，然后加入相应的辛酸酯，通过过滤或浓缩反应液后再过滤得到产物，该方法缺点是操作繁琐，反应时间长，收率低、而且后处理过程中产物会包裹有一定的无机盐。
（2）碱性水相介质法：以羟胺盐为底物，加入水搅拌溶解底物，然后加入固体碱如氢氧化钠、氢氧化钾等，然后加入相应的辛酸酯，反应结束后，调节pH=4-5，过滤，得到产物，该方法缺点是分批加入具有吸湿性的固体强碱，操作不便，废水量较大。
醇水两相介质法：蔡建等人公开报道的制备方法（CN104592056）其特点是以醇水介质下分批加入固体无机碱和有机碱催化剂4-二甲氨基吡啶，调节pH于弱酸性条件下反应制备产品，其缺点在于加入底物的羟胺量较大，反应过程调节pH操作麻烦，弱酸性体系下反应不完全，且需用到较为昂贵的催化剂4-二甲氨基吡啶，生产成本提高，有一定的局限性。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的问题，提供了一种辛基异羟肟酸的制备方法，本法具有反应条件温和，收率高，后处理方便，反应介质为醇水体系，可以重复套用，收率稳定，大大减少了生产成本和废液处理成本，是一种操作方便、反应时间短、收率高、废液量少易于工业化生产的有效方法。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种辛基异羟肟酸的制备方法：先将盐酸羟胺溶解入醇水介质中，再加入正辛酸酯形成两相反应体系，然后缓慢加入碱溶液，加完后升温至25℃~55℃进行反应。
本方法是将碱溶液连续加入到含有一定质量比的醇水介质、盐酸羟胺、正辛酸酯类两相介质中进行反应。反应完成后进一步通过一系列后处理步骤，例如调节pH、离心等，最后经结晶分离得到纯品。
在一种具体的后处理方案中，反应结束后用酸调节反应液的pH值至弱酸性，析出并分离固体，干燥，得到辛基异羟肟酸粗品；或者进一步将辛基异羟肟酸粗品进行重结晶，得到辛基异羟肟酸。
在一种优选方案中，反应结束后用酸调节反应液的pH值至5～7之间中，优选7＞pH值≥5，进一步优选的pH值为6.2～6.7。
在一种优选方案中，反应结束后冷却至0~5℃，用酸调节反应液的pH值至弱酸性；所述酸为浓盐酸；辛基异羟肟酸粗品重结晶的溶剂可采用C1-C4的饱和脂肪醇或芳香族溶剂，具体可选自甲醇、乙醇、苯或甲苯等，优选甲醇。
本方法中，通过采用特定比例的醇水介质作为反应体系的基础，能够显著提高产品的收率。在一种方案中，醇水介质为醇的质量分数为60%～90%的醇水混合溶剂，优选醇的质量分数为75%～85%的醇水混合溶剂；醇水介质中醇的含量过高或过低都会严重影响反应的进行并影响终产品的收率；若醇的比例过高或全部为醇介质做溶剂，则溶解底物羟胺盐较少，反应时间延长，若醇的比例过低或溶剂全部为水，则会使得大量产物溶于水中，收率偏低，同时加大废水量。所述醇选自甲醇、乙醇或异丙醇，优选采用甲醇，且优选甲醇水溶液中甲醇质量分数为75%～85%。
本方法中的底物正辛酸酯可采用正辛酸甲酯、正辛酸乙酯、正辛酸丙酯或正辛酸丁酯等；优选采用正辛酸甲酯。
本方法中的碱溶液选自30～50wt%的KOH水溶液、饱和K2CO3水溶液，30～50wt%的NaOH水溶液、饱和Na2CO3水溶液，优选30～50 wt %NaOH水溶液。
本发明的方法中，盐酸羟胺与正辛酸酯的摩尔比为1.0：1～2.0：1，优选为1.05：1～1.5：1；盐酸羟胺与碱溶液中的碱的摩尔比为1.0：1.5～1.0：2.0。
在一种方案中，制备方法中盐酸羟胺溶解时的温度为0~25℃；缓慢加入碱溶液时控制两相反应体系的温度为0～25℃，优选5～10℃；加入碱溶液的方式可采用滴加等。
本发明的反应温度为25℃~55℃，优选25～35℃，反应时间为3～12小时，优选3～6小时。
本发明的有益效果：本发明技术方案提供了一种辛基异羟肟酸的制备方法，本法反应条件温和，通过控制体系中的醇水比例，调节pH等操作，使收率提高至90%，产品纯度达99%以上，后处理方便，反应介质为醇水体系，可重复套用，废液少，大大减少生产成本和废液处理成本，该方法经济有效，是一种易于工业化生产的有效方法。
附图说明
图1是本发明的一种工艺流程图；
图2为辛基异羟肟酸的1H-NMR图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
向500 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（52.1g，0.75 mol，1.5 eq）、水（21 g），甲醇（84 g，1.06X），室温搅拌至盐酸羟胺溶解，然后加入正辛酸甲酯(79.1 g，0.5 mol，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10 ℃，缓慢加入50%的NaOH(100g，1.25 mol，2.5 eq），滴加完毕，然后升温至45~50℃，保温反应4 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，冷却至5-10 ℃，然后缓慢加入浓盐酸（70 mL)，调节pH=6.2~6.4，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体71.7 g，收率90%，纯度为99.2%。其m.p：80.1~80.4℃，文献值：79~79.5℃，1H-NMR（d6-DMSO，400 MHz）：δ1.89~1.92（t，2H),1.46（m，2H)，1.22~1.24（t，3H),0.83~0.86（t，3H)。
实施例2
向1000 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（45.2 g，0.65 mol，1.3 eq）、水（60 g），乙醇（200g，2.3X），室温搅拌至盐酸羟胺溶解，然后加入正辛酸乙酯(86.7 g，0.5 mol，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10 ℃，缓慢加入30%的KOH(224 g，1.2 mol，2.4eq），滴加完毕，然后升温至35~40℃，保温反应5 h，GC中控检测正辛酸乙酯原料消失后，停止反应，冷却至5-10 ℃，然后缓慢加入浓盐酸（90 mL)，调节pH=6.2~6.5，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用乙醇重结晶，得白色粉末状固体77.3 g，收率89.2%，其m.p：79.1~79.6℃，文献值：79~79.5℃，纯度为98.7%。
实施例3
向1000 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（48.7 g，0.70 mol，1.4 eq）、水（50 g），乙醇（200g，2.3X），室温搅拌至盐酸羟胺溶解，然后加入正辛酸乙酯(86.7 g，0.5 mol，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10 ℃，缓慢加入40%KOH(168 g，1.2 mol，2.4 eq），滴加完毕，然后升温至50~55℃，保温反应3 h，GC中控检测正辛酸乙酯原料消失后，停止反应，冷却至5-10 ℃，缓慢加入浓盐酸（90 mL)，调节pH=6.4~6.7，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用苯重结晶，得白色絮状固体78.8 g，收率91.1%，其m.p：79.8~80.2℃，文献值：79~79.5℃，纯度为99.1%。
实施例4
向500 L搪瓷反应釜中加入盐酸羟胺（45.1 kg，1.3 eq）、水（21 kg），甲醇（84 kg，1.06X），室温搅拌至盐酸羟胺溶解，然后加入正辛酸甲酯 (79.1 kg，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10 ℃，缓慢加入30%NaOH (167 kg，2.5 eq），滴加完毕，然后升温至35~40℃，保温反应5 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，冷却至0~5℃，缓慢加入浓盐酸（110 kg)，调节pH=6.4~6.7，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体75.4 kg，收率94.7%，其m.p：80.2~80.5℃，文献值：79~79.5℃，纯度为99.5%。
实施例5 （醇水分离母液套用）
向500 L搪瓷反应釜中加入盐酸羟胺（45.1 kg，1.3 eq）实施例5中的醇水母液（100kg），然后加入正辛酸甲酯 (79.1 kg，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10℃，缓慢滴加30%NaOH (167 kg，2.5 eq），滴加完毕，然后升温至35~40℃，保温反应5 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，冷却至0~5℃，然后滴加浓盐酸（110 kg)，调节pH=6.2~6.5，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体74.9 kg，收率94.1%，其m.p：80.1~80.3℃，文献值：79~79.5℃，纯度为99.4%。
表1. 醇水母液套用次数数据
对比例1
向500 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（52.1g，0.75 mol，1.5 eq），甲醇（300 g），然后室温下分批加入固体NaOH(24.0 g，0.6 mol，1.2 eq），室温搅拌1h，然后过滤除去氯化钠，所得滤液缓慢加入至正辛酸甲酯(79.1 g，0.5 mol，1.0 eq），室温搅拌反应24 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，过滤得产品冷却至5~10 ℃，然后缓慢加入浓盐酸（70mL)，调节pH=2~3，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体40.6 g，收率51%。
对比例2
向1000 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（83.4g，1.2 mol，1.5 eq），水（400 g），然后室温下分批加入固体NaOH(40.0 g，1.0 mol，1.25 eq），室温搅拌1h，然后缓慢加入正辛酸甲酯(126.4 g，0.8 mol，1.0 eq），室温搅拌反应16 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，过滤得产品冷却至0~5℃，然后缓慢加入浓盐酸（90 mL)，调节pH=4~5，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体96.8 g，收率76%。
对比例3
向1000 mL四口烧瓶中加入盐酸羟胺（104.3 g，1.5 mol，1.5 eq）、水（180 g），甲醇（180 g），室温搅拌至盐酸羟胺溶解，然后加入正辛酸甲酯(158 g，1.0 mol，1.0 eq），室温搅拌形成两相体系，然后冷却至5~10 ℃，缓慢加入40%的NaOH(250g，2.5 mol，2.5 eq），滴加完毕，室温反应12 h，GC中控检测正辛酸甲酯原料消失后，停止反应，冷却至0~10 ℃，然后缓慢加入浓盐酸，调节pH=4~5，析出大量白色固体，过滤，50℃干燥 8 h，粗品采用甲醇重结晶，得白色絮状固体132 g，收率83%。
Claims (10)
1.一种辛基异羟肟酸的制备方法，其特征在于先将盐酸羟胺溶解入醇水介质中，再加入正辛酸酯形成两相反应体系，然后缓慢加入碱溶液，加完后升温至25℃~55℃进行反应。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应结束后用酸调节反应液的pH值至弱酸性，析出并分离固体，干燥，得到辛基异羟肟酸粗品；或者进一步将辛基异羟肟酸粗品进行重结晶，得到辛基异羟肟酸。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述醇水介质为醇的质量分数为60%～90%的醇水混合溶剂；所述醇选自甲醇、乙醇或异丙醇。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述醇水介质为醇的质量分数为75%～85%的醇水混合溶剂；所述醇选自甲醇。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于反应结束后用酸调节反应液的pH值至5～7之间，优选的pH值为6.2～6.7。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述正辛酸酯选自正辛酸甲酯、正辛酸乙酯、正辛酸丙酯或正辛酸丁酯，优选正辛酸甲酯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述碱溶液选自30～50wt%的KOH水溶液、饱和K2CO3水溶液，30～50wt%的NaOH水溶液、饱和Na2CO3水溶液，优选30～50 wt %NaOH水溶液。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于盐酸羟胺与正辛酸酯的摩尔比为1.0：1～2.0：1，优选为1.05：1～1.5：1；盐酸羟胺与碱溶液中的碱的摩尔比为1.0：1.5～1.0：2.0。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于盐酸羟胺溶解时的温度为0~25℃；缓慢加入碱溶液时控制两相反应体系的温度为0～25℃，优选5～10℃；反应温度为25～35℃，反应时间为3～12小时，优选3～6小时。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于反应结束后冷却至0~5℃，用酸调节反应液的pH值至弱酸性；所述酸为浓盐酸；辛基异羟肟酸粗品重结晶的溶剂选自甲醇、乙醇、苯或甲苯，优选甲醇。
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