CN107879944A - 一种制备丁基甜菜碱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甜菜碱，尤其是涉及一种避免形成丁内酯、同时提高产品纯度、降低成本的制备丁基甜菜碱的方法。以4‑二甲氨基丁酸、甲醇、碱和离子液体为原料之一，与一氯甲烷、稀盐酸反应，制备得到丁基甜菜碱。本发明所使用的各原料均为市售，来源广泛，供应充足，并且价格便宜，能有效的控制生产成本；反应过程不生成丁内酯等杂质，可以制备高品质的丁基甜菜碱。
Description
技术领域
本发明涉及一种甜菜碱，尤其是涉及一种避免形成丁内酯、同时提高产品纯度、降低成本的制备丁基甜菜碱的方法。
背景技术
丁基甜菜碱作为一种重要的两性离子表面活性剂，对于各种氧化剂比较稳定，而且在酸性及碱性条件下均具有良好的配伍性。此外，丁基甜菜碱在日化行业中也有较好的用途，具有优良的柔软性，抗静电性、耐硬水性和防锈性，可作为添加剂用于配制各种日化品等，同时作为甲基供体，目前也有研究机构在开发其药用价值。丁基甜菜碱在医药合成领域也有较为重要的作用，其作为动物组织必须的辅酶肉毒碱的关键中间体，其工艺和价格直接影响最终肉毒碱的质量和售价。
目前，丁基甜菜碱的主要制备方法主要是采用三甲胺和相应的4-氯丁酸或其酯作为主要原料制备得到产品，但是该类传统方法在生产过程中容易形成丁内酯从而降低原料的使用率，并且形成的副产物难以达到较高的纯度，使得产品无法满足一些高层次的应用要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，现有丁基甜菜碱的制备方法会在生产中形成丁内酯，影响成本的同时也影响到产品的纯度，从而提供一种避免形成丁内酯，可以制备高品质的丁基甜菜碱，满足各类不同用途的需求，降低成本的制备丁基甜菜碱的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备丁基甜菜碱的方法，所述方法包括以下步骤：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸、甲醇、碱和离子液体充分搅拌均匀得混合物；
b.步骤a得到的混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在步骤b的反应结束后，泄压至常规大气压，过滤，然后减压蒸馏后，加入稀盐酸，再在常压下加热至80℃反应；
d.在步骤c的反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，过滤收集析出的固体，真空干燥后，得到丁基甜菜碱。
由于传统的方法都采用三甲胺和相应的4-氯丁酸或其酯作为主要原料制备得到产品，一方面容易形成丁内酯的副产物，另一方面产生的杂质也不易分离，难以满足食品级和化妆品级的应用。本技术方案提出了一条新的合成路线，避免了形成丁内酯，提高了最终产品的质量，使得生产的安全性和环保方面得到了有效的保证。
本发明的反应方程式为：
式中，III是4-二甲氨基丁酸，II是4-三甲基氨基丁酸甲酯，I是丁基甜菜碱。
本方案公开的方法中，所使用的各原料均为市售，来源广泛，供应充足，并且价格便宜，能有效的控制生产成本。
作为优选，其中4-二甲氨基丁酸与甲醇的质量比为1：5～10；4-二甲氨基丁酸与碱的摩尔比为1：1～1.1，其中碱为氢氧化钠或者甲醇钠；4-二甲氨基丁酸与离子液体的质量比为1：0.2，离子液体为3-甲基-1-乙基咪唑硫酸氢盐，1，3-二乙基咪唑硫酸氢盐和3-丁基-1-乙基咪唑硫酸氢盐中间的一种。
作为优选，步骤c中加入的稀盐酸的质量分数为10％。
作为优选，4-二甲氨基丁酸与稀盐酸的质量比为1：6～8。
作为优选，所述的步骤b中搅拌反应的温度为50～80℃。
作为优选，所述的步骤c中搅拌反应的时间为10～16小时。
作为优选，反应c中减压蒸馏的溶剂去除量占去除前总质量的85％～90％。
作为优选，反应d中蒸馏的水去除量占去除前总质量的60％～75％。
采用上述反应温度参数和时间参数，可以将最终产品的收率提高到更为经济的高度，同时也兼顾了成本和效率。
综上所述，本发明的有益效果是：本发明所使用的各原料均为市售，来源广泛，供应充足，并且价格便宜，能有效的控制生产成本；反应过程不生成丁内酯等杂质，可以制备高品质的丁基甜菜碱。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的描述。
本发明所使用的各原料均为市售，来源广泛，供应充足，并且价格便宜，能有效的控制生产成本。
实施例1：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、甲醇钠(59.4g，1.1mol)、甲醇(1300g)和离子液体3-甲基-1-乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至80℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的90％；加入10％的稀盐酸(1040g)，再在常压下加热至80℃反应，搅拌反应16小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的60％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱121.6g，收率约83.9％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
实施例2：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、甲醇钠(54g，1.0mol)、甲醇(660g)和离子液体3-甲基-1-乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至80℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的85％；加入10％的稀盐酸(790g)，再在常压下加热至50℃反应，搅拌反应10小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的70％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱105.3g，收率约72.6％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
实施例3：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、氢氧化钠(40g，1.0mol)、甲醇(1000g)和离子液体1，3-二乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至80℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的85％；加入10％的稀盐酸(900g)，再在常压下加热至80℃反应，搅拌反应16小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的65％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱108.2g，收率约74.6％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
实施例4：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、氢氧化钠(44g，1.1mol)、甲醇(1000g)和离子液体1，3-二乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至65℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的88％；加入10％的稀盐酸(1000g)，再在常压下加热至80℃反应，搅拌反应13小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的75％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱114.7g，收率约79.1％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
实施例5：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、甲醇钠(56.7g，1.05mol)、甲醇(800g)和离子液体3-丁基-1-乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至70℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的85％；加入10％的稀盐酸(950g)，再在常压下加热至80℃反应，搅拌反应15小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的75％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱110.9g，收率约76.5％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
实施例6：本例的一种制备丁基甜菜碱的方法，其步骤为：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸(131g，1.0mol)、氢氧化钠(42g，1.05mol)、甲醇(750g)和离子液体3-丁基-1-乙基咪唑硫酸氢盐(26.2g)充分搅拌均匀得混合物；
b.混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温至60℃，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在取代反应结束后，泄压至常规大气压，过滤除去不溶物，再减压蒸馏除去大部分溶剂后，去除量占去除前总质量的90％；加入10％的稀盐酸(850g)，再在常压下加热至80℃反应，搅拌反应12小时；
d.在水解反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，去除量占去除前总质量的67％；过滤收集析出的固体，真空干燥后，为丁基甜菜碱105.7g，收率约72.9％。
得到的丁基甜菜碱精品取样测试，结果如下：
1H-NMR(d-DMSO):δ2.02-2.07(2H,m),2.40-2.44(2H,t),3.22-.3.26(2H,t)，3.35(9H,s).MS(EI),m/z146(M+H)。
Claims (8)
1.一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.在压力反应器中加入4-二甲氨基丁酸、甲醇、碱和离子液体充分搅拌均匀得混合物；
b.步骤a得到的混合物搅拌均匀后，通入一氯甲烷气体进行交换，交换完毕后升温，然后再继续通入一氯甲烷气体，保持反应器内压力为5kg，然后继续搅拌反应，直至压力不在下降；
c.在步骤b的反应结束后，泄压至常规大气压，过滤，然后减压蒸馏后，加入稀盐酸，再在常压下加热至80℃反应；
d.在步骤c的反应结束后，反应物经过离子型大孔吸附树脂除去杂质离子，得到丁基甜菜碱水溶液，于常规大气压下蒸馏除去水，过滤收集析出的固体，真空干燥后，得到丁基甜菜碱。
2.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，其中4-二甲氨基丁酸与甲醇的质量比为1：5～10；4-二甲氨基丁酸与碱的摩尔比为1：1～1.1，其中碱为氢氧化钠或者甲醇钠；4-二甲氨基丁酸与离子液体的质量比为1：0.2，离子液体为3-甲基-1-乙基咪唑硫酸氢盐，1，3-二乙基咪唑硫酸氢盐和3-丁基-1-乙基咪唑硫酸氢盐中间的一种。
3.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，步骤c中加入的稀盐酸的质量分数为10％。
4.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，4-二甲氨基丁酸与稀盐酸的质量比为1：6～8。
5.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，所述的步骤b中搅拌反应的温度为50～80℃。
6.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，所述的步骤c中搅拌反应的时间为10～16小时。
7.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，反应c中减压蒸馏的溶剂去除量占去除前总质量的85％～90％。
8.根据权利要求1所述的一种制备丁基甜菜碱的方法，其特征在于，反应d中蒸馏的水去除量占去除前总质量的60％～75％。
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