CN108689881B - α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种α‑氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，包括以下步骤：以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、石油醚为反应介质，在催化剂的催化作用下于78℃～84℃进行缩合反应，得到含α‑氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物；反应完成后，回收所述反应混合物中的石油醚，然后加入阻聚剂，进行减压裂解蒸馏，得到α‑氰基丙烯酸正辛酯粗单体；对所述α‑氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯，得到α‑氰基丙烯酸正辛酯精品。该方法反应效率高，产品收率高、安全性强，对操作人员伤害少。

Description

α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法

技术领域

本发明涉及医用胶黏剂技术领域，尤其涉及一种α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法。

背景技术

自1958年美国首次推出了世界第一种用于粘接皮肤和止血的α-氰基丙烯酸酯快速胶粘剂(简称α-胶)后，以α-氰基丙烯酸酯为主体的胶粘剂得到了迅速发展。由于其具有如下优点：1、单组分、无溶剂、无固化剂，2、具备与天然组织相适应的物理性能，3、化学性能稳定，不降解出有害物质，4、良好的生物相容性，无毒、不致癌、不致畸、不致突变、无溶血、无热原、无细胞毒性、不致敏、无刺激、无促癌变、本身无菌、对十一种细菌形成抑菌带等优点，从而引起医学界的极大兴趣，并在临床中得到了广泛的应用。

α-氰基丙烯酸酯类医用胶化合物的酯基侧链越长，化合物毒性越小，生物相容性和化学稳定性也越好。例如，α-氰基丙烯酸甲酯的细胞毒性相对较大，可以影响细胞膜的代谢而导致细胞死亡，α-氰基丙烯酸异丁酯具有极小的毒性，而α-氰基丙烯酸正辛酯几乎无细胞毒性和组织毒性。

目前，α-氰基丙烯酸酯的合成方法主要是甲醛缩合法，以氰基乙酸酯和甲醛为原料，通过缩聚反应合成α-氰基丙烯酸酯，该方法原料廉价易得，工艺成熟，但是对于长链酯而言，该方法因为立体效应使得氰基乙酸长链烷基酯与甲醛反应时阻力较大，效率较差。虽然目前甲醛缩合法工艺一直在优化，但主要是针对α-氰基丙烯酸甲酯和α-氰基丙烯酸乙酯的优化，工业应用中针对氰基乙酸长链烷基酯类化合物还没有令人满意的制备工艺。传统制备α-氰基丙烯酸正辛酯的工艺，需要先制备甲醛的甲醇溶液作为合成原料，增加了操作步骤，而且甲醛的甲醇溶液易挥发，刺激性气味浓，对人体危害大，在制备阶段和合成反应投料阶段容易对操作人员造成伤害，并且所得成品中可能会有甲醇残留，增加产品质量检测难度，同时，甲醇会与氰基乙酸酯产生副反应，降低反应效率，导致成品收率降低。

发明内容

基于此，有必要提供一种纯度和收率均较高的α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法。

一种α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，包括以下步骤：

以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、石油醚为反应介质，在催化剂的催化作用下，于78℃～84℃进行缩合反应，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物；

反应完成后，回收所述反应混合物中的石油醚，然后加入阻聚剂，进行减压裂解蒸馏，得到α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体；

对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品。

在其中一个实施例中，所述缩合反应为回流缩合反应，所述缩合反应的温度为78℃～84℃，反应时间为7h～8h。

在其中一个实施例中，所述多聚甲醛和所述氰基乙酸正辛酯的用量比为1g：(6.25～8.9)g。

在其中一个实施例中，所述多聚甲醛和所述氰基乙酸正辛酯的用量比为1g：(6.5～7.5)g。

在其中一个实施例中，所述多聚甲醛和所述石油醚的用量比为1g：(5～6)mL。

在其中一个实施例中，回收所述反应混合物中的石油醚至所述反应混合物的温度至100℃～130℃时，往所述反应混合物中迅速加入所述阻聚剂，升温脱除残余的石油醚。

进一步地，所述阻聚剂为五氧化二磷和对苯二酚。

在其中一个实施例中，所述α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，包括以下步骤：以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、沸程为60℃～90℃的石油醚为反应介质，在碱性催化剂的催化作用下，于78℃～84℃进行回流缩合反应7～8h，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物；所述多聚甲醛、氰基乙酸正辛酯和石油醚的用量比为1g:(6.5～7.5)g：(5.2～5.8)mL；

加热回流脱水并回收所述反应混合物中的石油醚，当所述反应混合物的温度为100℃～130℃时，迅速加入五氧化二磷和对苯二酚，搅拌均匀后进行减压蒸馏，加热升温脱除残余的石油醚；然后减压裂解蒸馏，得到α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体；

对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品。

在其中一个实施例中，所述进行减压裂解蒸馏时，用装有阻聚剂的接收装置收集真空度为0～300Pa、温度为150℃～230℃条件下裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。

在其中一个实施例中，所述对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯的步骤包括：对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，收集真空度为0～300Pa、蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分。

在其中一个实施例中，所述碱性催化剂为吡啶类催化剂或/和胺类催化剂。

上述合成方法具备以下有益效果：

1)、以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、石油醚为反应介质、在碱性催化剂的作用下，于78℃～84℃进行缩合反应，有利于克服氰基乙酸正辛酯与甲醛缩合反应的空间阻力，提高原料反应率；通过严格控制原料和石油醚的用量、回流缩合反应的温度和时间，使得多聚甲醛缓慢解聚为甲醛，与氰基乙酸正辛酯充分反应，并减少副反应的发生，经过减压裂解和精馏提纯，所得产品纯度高，安全性强，上述方法的原料反应率高达96.3％，产品收率达61％，经测定，产品纯度达到99％。

2)、所用原材料多聚甲醛为固体，廉价易得，可以省去传统合成方法需要制备甲醛的甲醇溶液的步骤，简化工艺；投料阶段在常温常压条件下进行，操作人员无需接触有毒、刺激性化学品，还能避免直接使用刺激性气味浓的甲醛和有毒溶剂甲醇，合成过程可在密闭容器内一次进行，减少对操作人员的伤害，且所得成品无甲醇残留，产品纯度高、安全性更好。

3)、在甲醛与氰基乙酸正辛酯缩合反应过程中有水生成，水分会使α-氰基丙烯酸正辛酯单体发生聚合，上述方法以适量的石油醚作为反应介质，可以溶解生成的缩合物，另外由于石油醚可以与水共沸，可以起到脱水剂的作用，在回流缩合反应过程中及时将水分并带走，以避免α-氰基丙烯酸正辛酯单体聚合并在反应容器内结块。

4)、在回收石油醚的过程中，当升温至100℃～130℃时，迅速加入阻聚剂五氧化二磷和对苯二酚，继续加热脱除残余的石油醚，一方面可以防止缩合物解聚，另一方面适量的五氧化二磷既可以除去反应混合物中的碱性催化剂，又可脱除残余的微量水分、防止生成不需要的副产物。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一实施方式的α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，包括以下步骤：

S1、以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、石油醚为反应介质，在碱性催化剂的催化作用下，于78℃～84℃进行缩合反应，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物。

在一实施例中，碱性催化剂优选自吡啶类催化剂和胺类催化剂中的至少一种。

具体地，吡啶类催化剂有吡啶、二甲基吡啶和哌啶等；胺类催化剂有N-乙基吗啉、三亚乙基二胺和三乙醇胺等。

优选地，催化剂为哌啶。

在一实施例中，缩合反应为回流缩合反应，缩合反应的温度为78℃～84℃，反应时间为7h～8h。

在一实施例中，多聚甲醛与氰基乙酸正辛酯的用量比为1g：(6.25～8.9)g。

较优地，多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯的用量比为1g：(6.5～7.5)g。如此，可保证多聚甲醛解聚产生的甲醛能与氰基乙酸正辛酯反应完全，保证产品中无甲醛残留，同时又保证原料反应率。

在一实施例中，多聚甲醛和所述石油醚的用量比为1g：(5～6)mL。如此，能促进缩合反应的进行，同时缩合反应的水分能被石油醚及时带走，避免缩合产物α-氰基丙烯酸正辛酯吸水而在反应釜内结块。

可以理解，多聚甲醛为固体，在投料阶段可与氰基乙酸正辛酯、催化剂和石油醚一次性加入，如此，可以避免以甲醛为原料需要缓慢滴加、以及给操作人员带来的伤害；而且，因甲醛与氰基乙酸正辛酯发生的缩合反应为放热反应，而反应原料多聚甲醛呈固体状，在反应过程中可缓慢解聚成甲醛，如此，不会因缩合反应速度过快导致反应容器内温度过快升高而产生高温，进而影响缩合反应进行和产生副产物。

在一实施例中，以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、沸程为60℃～90℃的石油醚为反应介质，在碱性催化剂的催化作用下，于78℃～84℃进行回流缩合反应7～8h，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物；多聚甲醛、氰基乙酸正辛酯和石油醚的用量比为1g:(6.5～7.5)g：(5.2～5.8)mL。

S2、反应完成后，回收反应混合物中的石油醚去除，然后加入阻聚剂，进行减压裂解蒸馏，得到α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。

在一实施例中，回收反应混合物中的石油醚至反应混合物的温度至100℃～130℃时，往反应混合物中迅速加入阻聚剂，继续加热脱除残余的石油醚。

进一步地，阻聚剂为五氧化二磷和对苯二酚。

较优地，多聚甲醛和五氧化二磷的用量比为1g:(0.2～0.3)g。

在一实施例中，所述五氧化二磷与所述对苯二酚的用量比为(45～55)g：3g。

在其中一个实施例中，回收反应混合物中的石油醚至反应混合物的温度至110℃～115℃时，往反应混合物中迅速加入阻聚剂，继续加热至130±1℃脱除残余的石油醚。

可以理解，在将反应混合物中的石油醚去除的步骤当中，当反应混合物的温度为110℃～115℃时，其中的石油醚已基本去除，此时加入阻聚剂，进行减压裂解蒸馏，可防止α-氰基丙烯酸正辛酯单体发生聚合，还可去除其中的碱性催化剂和微量水份，防止副反应发生。

在一实施例中，减压裂解蒸馏时，用装有阻聚剂的接收装置收集150℃～230℃、真空度为0～300Pa条件下裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。

具体地，将步骤S1的反应混合物继续升温回流，回收石油醚，直至反应混合物的温度达到110℃～115℃，迅速加入阻聚剂，充分搅拌混匀，然后进行减压蒸馏，在缓慢抽真空的同时，升高温度，以脱除残余的石油醚；当温度达到130±1℃，真空度小于300Pa时，更换接收瓶，用装有阻聚剂的接收瓶收集真空度为230Pa以内、温度为150℃～230℃时裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。可以理解，真空度越小，收集所得α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体纯度越高。

在一实施例中，接收装置中的阻聚剂优选自磷酸、五氧化二磷、对苯二酚、对甲氧基苯酚和邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种。

进一步地，接收装置内的阻聚剂为五氧化二磷和对苯二酚，五氧化二磷与对苯二酚的质量比为(2～4):1。

S3、对α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品。

在一实施例中，对步骤S2所得的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，收集真空度为0～300Pa、蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分。

具体地，将步骤S2得到的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，快速升温并抽真空，收集真空度小于等于300Pa、反应液温度为98℃～140℃、蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分，即得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品。

可以理解，随着精馏升温的进行，反应液的温度缓慢持续上升，当反应液的温度为98℃左右时，蒸汽温度达到70℃，此时，有馏分滴出，随着反应液的温度继续升高，蒸汽温度快速上升，当反应液的温度升高至128℃～140℃，蒸汽温度维持在124℃左右，此时有大量馏分滴出；在α-氰基丙烯酸正辛酯即将全部被馏出时，蒸汽温度下降即蒸汽开始减少，精馏结束。

以下为具体实施例

实施例1

在装有回流分水器、冷凝器、搅拌装置、温度计和恒压漏斗的5000mL的三口圆底烧瓶中加入90g多聚甲醛固体粉末、1.5mL哌啶、500mL石油醚(沸程为60℃～90℃)、650g氰基乙酸正辛酯，在78℃～84℃回流7.5h，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物。继续升温，回收石油醚至反应混合物的温度至115℃，迅速加入20g五氧化二磷和1.5g对苯二酚，充分搅拌。撤去搅拌装置，改换成减压蒸馏装置，在缓慢抽真空的同时，升高温度，脱除残余石油醚，当温度达到130℃，真空度小于300Pa时，换接收瓶，用装有0.1g对苯二酚和0.3g五氧化二磷的二颈烧瓶收集真空度为230Pa以内，温度为160℃～230℃时裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。接着将所得的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，快速升温并抽真空，在真空度为230Pa时，收集蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品，原料反应率为96.3％，产品收率为61.3％，通过气相色谱检测，产品纯度为99％。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于氰基乙酸正辛酯的用量不同，具体为：实施例2氰基乙酸正辛酯的用量为600g。原料反应率为95.6％，产品收率为60.2％，通过气相色谱检测，产品纯度为98.7％。

实施例3

在装有回流分水器、冷凝器、搅拌装置、温度计和恒压漏斗的5000mL的三口圆底烧瓶中加入90g多聚甲醛固体粉末、1.5mL哌啶、400mL石油醚、650g氰基乙酸正辛酯，在78℃～84℃回流8h，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物。继续升温，回收石油醚至反应混合物的温度至115℃，迅速加入20g五氧化二磷和1.5g对苯二酚，充分搅拌。撤去搅拌装置，改换成减压蒸馏装置，在缓慢抽真空的同时，升高温度，脱除残余石油醚，当温度达到130℃，真空度小于300Pa时，换接收瓶，用装有0.1g对苯二酚和0.3g五氧化二磷的二颈烧瓶收集真空度为230Pa以内，温度为160℃～230℃时裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。接着将所得的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，快速升温并抽真空，在真空度为230Pa时，收集蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品，原料反应率为95.2％，产品收率为58.1％，通过气相色谱法检测，产品纯度为98.1％。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于所用的反应介质不同，具体为以二氯甲烷代替实施例1中的石油醚。得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品，反应率为83.7％，产品收率为44.6％，通过气相色谱检测，纯度为73.2％。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于所用的反应介质不同，不同之处在于所用的反应介质不同，具体为以二甲苯代替实施例1中的石油醚。得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品，反应率为86.3％，产品收率为48.5％，通过气相色谱检测，纯度为83.9％。

对比例3

在装有回流分水器、冷凝器、搅拌装置、温度计和恒压漏斗的5000mL的三口圆底烧瓶中加入含有90g多聚甲醛的水溶液、1.5mL哌啶、650g氰基乙酸正辛酯，在90℃～100℃回流7.5h，然后加入500mL石油醚。继续升温，脱水并回收石油醚至反应混合物的温度至115℃，迅速加入20g五氧化二磷和1.5g对苯二酚，充分搅拌。撤去搅拌装置，改换成减压蒸馏装置，在缓慢抽真空的同时，升高温度，脱除残余石油醚，当温度达到130℃，真空度小于300Pa时，换接收瓶，用装有0.1g对苯二酚和0.3g五氧化二磷的二颈烧瓶收集真空度为230Pa以内，温度为160℃～230℃时裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。接着将所得的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，快速升温并抽真空，在真空度为230Pa时，收集蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品，原料反应率为85.2％，产品收率为26.8％，通过气相色谱检测，产品纯度为78.3％。

结论：通过实施例1～3和对比例1～3可以看出，相较对比例1～3的方法，本发明方法无论从原料反应率、产品收率，还是产品纯度，均得到大大的提高，本发明实施例1～3的方法，原料反应率高达96.3％，产品收率高达61.3％，产品纯度最高达到99％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

以多聚甲醛和氰基乙酸正辛酯为原料、沸程为60℃～90℃的石油醚为反应介质，在碱性催化剂的催化作用下，于78℃～84℃进行回流缩合反应7～8h，得到含α-氰基丙烯酸正辛酯聚合物的反应混合物；所述多聚甲醛、氰基乙酸正辛酯和石油醚的用量比为1g∶(6.5～7.5)g∶(5.2～5.8)mL；

加热回流脱水并回收所述反应混合物中的石油醚，当所述反应混合物的温度为100℃～130℃时，迅速加入五氧化二磷和对苯二酚，搅拌均匀后进行减压蒸馏，加热脱除残余的石油醚；然后减压裂解蒸馏，得到α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体；

对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯，得到α-氰基丙烯酸正辛酯精品；

多聚甲醛为固体，在投料阶段与氰基乙酸正辛酯、催化剂和石油醚一次性加入；

所述碱性催化剂为哌啶；

所述多聚甲醛和五氧化二磷的用量比为1g∶(0.2～0.3)g；

所述五氧化二磷与对苯二酚的质量比为(2～4)∶1。

2.根据权利要求1所述的α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，其特征在于，所述进行减压裂解蒸馏时，用装有阻聚剂的接收装置收集真空度为0～300Pa，温度为150℃～230℃时裂解出的α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体。

3.根据权利要求2所述的α-氰基丙烯酸正辛酯的合成方法，其特征在于，所述对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行提纯的步骤包括：对所述α-氰基丙烯酸正辛酯粗单体进行精馏，收集真空度为0～300Pa、蒸汽温度为70℃～128℃时的馏分。