CN108484439B - 一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法 - Google Patents

一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化学合成领域中的一种α‑甲酰基‑β‑甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，包括如下步骤：(1)在容器中加入甲酸酯；在一定温度下，缓慢加入固体碱金属C1‑4烷基醇化物，得到第一混合物；(2)控制第一混合物的温度，向第一混合物中滴加β‑氨基丙腈，得到第二混合物；(3)将第二混合物移至高压釜中，β‑氨基丙腈和甲酸酯发生甲酰化反应，得到α‑甲酰基‑β‑甲酰氨基丙腈碱金属盐料液，过滤，得到α‑甲酰基‑β‑甲酰氨基丙腈碱金属盐。该方法收率高、成本低、操作简单、适合工业化大生产，生产出的α‑甲酰基‑β‑甲酰氨基丙腈碱金属盐收率高、杂质少。

Description

一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法
技术领域
本发明涉及化学合成领域，具体为一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法。
背景技术
α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐，又称α-碱金属代甲酰基-β-甲酰氨基丙腈，以碱金属钠为例，其分子式C5H5N2O2Na,是维生素B1重要的化学合成中间体。目前α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐的制备工艺通常是β-氨基丙腈与液体甲醇钠、CO反应，通过控制反应压力和温度，得到符合标准要求的产品，但此反应由液体甲醇钠中的甲醇与CO反应得到甲酸甲酯，再与β-氨基丙腈反应，反应体系中存在大量的甲醇，抑制正反应进行，转化率不高；体系中两个反应同时进行，条件很难控制，会出现副反应，使得产物质量不高；反应中使用CO，存在安全隐患。
α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐易溶于水，甲醇钠遇水分解，因此体系中若有水存在，则产物收率质量均降低，若体系有甲醇大量存在，不利于正反应进行，α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的质量直接影响后步反应及维生素B1的质量，因此，研制开发一种适合工业化大生产的α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，最大限度的减少杂质的含量、提高α-甲酰基-β- 甲酰氨基丙腈碱金属盐的收率，并且操作方法安全环保，这些是目前亟待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，该方法以β-氨基丙腈、甲酸乙酯、乙醇钠为原料，其中甲酰化反应过程比较剧烈，采用低温加入乙醇钠，最后加入β-氨基丙腈，避免发生副反应，避开使用CO，保证安全环保，该方法收率高、成本低、操作简单、实现了乙醇和甲酸乙酯与α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的回收套用、适合工业化大生产，生产出的α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐收率高、杂质少。
本发明的目的是这样实现的：一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在容器中加入甲酸酯；在一定温度下，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物，得到第一混合物；
(2)控制第一混合物的温度，向第一混合物中滴加β-氨基丙腈，得到第二混合物；
(3)将第二混合物移至高压釜中，β-氨基丙腈和甲酸酯发生甲酰化反应，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐料液，过滤，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐；
所述的甲酸酯包括甲酸烷基酯，所述的甲酸烷基酯为甲酸C1-4烷基酯，所述碱金属包括锂、钠、钾，所述甲酸C1-4烷基酯优选甲酸乙酯、甲酸甲酯，所述碱金属C1-4烷基醇化物优选乙醇钠、乙醇钾、甲醇钾、甲醇钠；所述甲酸酯：碱金属C1-4烷基醇化物：β-氨基丙腈的摩尔比为6～9：1.1～1.5：1；在步骤(1) 中，所述的容器为密闭容器；所述的在一定温度下的温度为-20～0℃，优选温度范围为-10～0℃；在步骤(1)中，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物的速度为0.5～2.5g/min，优选的速度为1.0～2.0g/min，更优选的速度为1.2～ 1.5g/min；在步骤(2)中，所述控制第一混合物的温度为0～30℃，优选温度为10～20℃；在步骤(2)中，向第一混合物中滴加β-氨基丙腈的滴加速度为 0.5～2.0g/min，优选滴加速度为1.0～1.5g/min；在步骤(3)中，所述发生甲酰化反应的温度为60～80℃，优选温度65～70℃；所述甲酰化反应的时间为8-12 小时，优选甲酰化反应的时间为8-10小时；在步骤(3)中，控制反应体系压力范围3.0～8.0MPa，优选压力范围4.0～6.0MPa；在步骤(3)中，在所述过滤后，还包括洗涤、烘干的步骤；所述过滤后得到的母液蒸出的溶剂可循环套用，所述母液蒸出溶剂后得到的α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐用水溶解后，再用丙酮、乙醇、异丙醇中的一种或几种进行重结晶；在步骤(3)中，所述过滤后得到的母液蒸出的溶剂为包含甲酸酯和C1-4醇的混合溶剂，所述混合溶剂无需分离即可套用。
本发明的要点在于提供了一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其原理是：(1)β-氨基丙腈中-NH2的N孤对电子进攻甲酸酯的羰基碳正电荷，进而使得甲酸酯中-OC1～4断开，形成C1～4醇化物；(2)β-氨基丙腈中α位碳负电荷进攻甲酸酯的羰基碳正电荷，进而使得甲酸酯中-OC1～4断开，形成 C1～4醇化物；(3)α位甲酰基不稳定，重排形成烯醇基，与-CN形成稳定的共轭体系，烯醇式继续与碱金属C1-4烷基醇化物中和，形成碱金属盐；(4)碱金属C1-4烷基醇化物与甲酸酯混合投料，可以避免碱金属C1-4烷基醇化物投料对环境的破坏以及系统温度不可控的风险；(5)避开使用CO，保证安全环保；(6)通过对碱金属C1-4烷基醇化物加料速度及高压釜内温度和压力的控制，确保反应顺利进行；(7)该方法经过中试试生产表明，中试效果与小试效果相当，本专利实施后，α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐收率90～95％，液相含量在90％以上。
以下为本发明α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐反应的合成路线：
Figure BDA0001614730550000031
具体实施方式
实施例一
将284g甲酸乙酯加入到500mL三口瓶中，在一定温度下(温度的具体选择情况见表1)以1.2g/min速度缓慢加入35g固体乙醇钠，温度升至10℃，再以 1.0g/min速度滴加30gβ-氨基丙腈，将上述反应液倒入500mL高压釜中，开启搅拌，加热使其温度上升至65～70℃，压力范围为5.0～6.0MPa，保温10h后自然降至20℃出料，抽滤，滤饼用25g甲酸乙酯洗涤两次，滤饼在50℃下烘干，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈微黄色固体钠盐65.8g，含量90.4％，收率 93.8％。
表1：固体乙醇钠加入温度的选择情况与α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐的得量和收率
序号 乙醇钠加入温度℃ 得量g 含量％ 收率％
1 -20～-15 64.9 90.3 92.4
2 -10～0 65.8 90.4 93.8
3 5～10 63.3 89.6 90.2
4 15～20 64.1 87.4 88.4
实施例二
将284g甲酸乙酯加入到500mL三口瓶中，在-10～0℃以1.2g/min速度缓慢加入43.5g固体乙醇钠，温度升至10℃，再以1.2g/min速度滴加30gβ-氨基丙腈，将上述反应液倒入500mL高压釜中，开启搅拌，加热使其温度上升至一定温度(温度的选择情况见表2)，压力范围为5.0～6.0MPa，保温8h后自然降至30℃出料，抽滤，滤饼用25g甲酸乙酯洗涤两次，滤饼在60℃下烘干，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐，收率见表2，抽滤后得到的母液旋蒸得到乙醇和甲酸乙酯套用至甲酸乙酯反应，残渣α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐选用少量水刚好溶解，再用10g丙酮二次重结晶，得到回收α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐3g，α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐总收率95.1％。
表2：体系反应温度的选择情况与α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐的得量和收率
序号 体系反应温度℃ 得量g 含量％ 收率％
1 50～55 62.9 89.4 88.7
2 60～62 64.7 88.5 90.3
3 65～70 64.4 90.6 92.0
4 75～80 64.4 88.7 90.1
实施例三
将200g甲酸乙酯加入到500mL三口瓶中，在-10～0℃以1.5g/min速度缓慢加入43.5g固体乙醇钠，温度升至10℃，再以1.5g/min速度滴加30gβ-氨基丙腈，将上述反应液倒入500mL高压釜中，开启搅拌，加热使其温度上升至 65～70℃，压力范围为5.0～6.0MPa，保温10小时自然降至30℃出料，旋蒸，蒸出乙醇和甲酸乙酯的混合溶剂套用至制备甲酸乙酯的反应中，得到α-甲酰基 -β-甲酰氨基丙腈钠盐65.2g，收率93.5％。
实施例四
将285g甲酸乙酯加入到500mL三口瓶中，在-10～0℃以2.0g/min速度缓慢加入35g固体乙醇钠，温度升至10℃，再以2.0g/min速度滴加30gβ-氨基丙腈，将上述反应液倒入500mL高压釜中，开启搅拌，加热使其温度上升至65～ 70℃，体系的反应压力情况见表3，保温10小时后自然降至33℃出料，抽滤，母液蒸出甲酸乙酯和乙醇的混合溶剂，循环套用至制备甲酸乙酯的反应中，滤饼在50℃下烘干，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐62.4g，收率90.1％。
表3：体系反应压力的选择情况与α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钠盐的得量和收率
Figure BDA0001614730550000051
Figure BDA0001614730550000061
实施例五
将230g甲酸甲酯加入到500mL三口瓶中，在-10～0℃以1.5g/min速度缓慢加入39.0g固体甲醇钾，温度升至10℃，再以1.2g/min速度滴加30gβ-氨基丙腈，将上述反应液倒入500mL高压釜中，开启搅拌，加热使其温度上升至 65～70℃，压力范围为5.0～6.0MPa，保温8h后自然降至30℃出料，抽滤，滤饼用20g甲酸甲酯洗涤两次，滤饼在60℃下烘干，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈钾盐74.5g，收率93.2％。

Claims (14)

1.一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)在容器中加入甲酸酯；在一定温度下，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物，得到第一混合物；
(2)控制第一混合物的温度，向第一混合物中滴加β-氨基丙腈，得到第二混合物；
(3)将第二混合物移至高压釜中，β-氨基丙腈和甲酸酯发生甲酰化反应，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐料液，过滤，得到α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐；
在步骤(1)中，所述的容器为密闭容器；所述的在一定温度下的温度为-20～0℃；在步骤(1)中，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物的速度为0.5～2.5g/min；
在步骤(2)中，所述控制第一混合物的温度为0～30℃；在步骤(2)中，向第一混合物中滴加β-氨基丙腈的滴加速度为0.5～2.0g/min；
在步骤(3)中，所述甲酰化反应的时间为8-12小时。
2.根据权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，所述的甲酸酯包括甲酸烷基酯，所述的甲酸烷基酯为甲酸C1-4烷基酯，所述碱金属包括锂、钠、钾，所述甲酸酯：碱金属C1-4烷基醇化物：β-氨基丙腈的摩尔比为6～9：1.1～1.5：1。
3.根据权利要求2所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，所述甲酸C1-4烷基酯选自甲酸乙酯、甲酸甲酯，所述碱金属C1-4烷基醇化物选自乙醇钠、乙醇钾、甲醇钾、甲醇钠。
4.根据权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的在一定温度下的温度为-10～0℃。
5.根据权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物的速度为1.0～2.0g/min。
6.根据权利要求5所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，缓慢加入固体碱金属C1-4烷基醇化物的速度为1.2～1.5g/min。
7.根据权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述控制第一混合物的温度为10～20℃。
8.按照权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，向第一混合物中滴加β-氨基丙腈的滴加速度为1.0～1.5g/min。
9.按照权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述发生甲酰化反应的温度为60～80℃；所述甲酰化反应的时间为8-10小时。
10.按照权利要求9所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述发生甲酰化反应的温度为65～70℃。
11.按照权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制反应体系压力范围3.0～8.0MPa。
12.按照权利要求11所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制反应体系压力范围4.0～6.0MPa。
13.根据权利要求1所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，在所述过滤后，还包括洗涤、烘干的步骤；所述过滤后得到的母液蒸出的溶剂可循环套用，所述母液蒸出溶剂后得到的α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐用水溶解后，再用丙酮、乙醇、异丙醇中的一种或几种进行重结晶。
14.根据权利要求13所述的一种α-甲酰基-β-甲酰氨基丙腈碱金属盐的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述过滤后得到的母液蒸出的溶剂为包含甲酸酯和C1-4醇的混合溶剂，所述混合溶剂无需分离即可套用。
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