CN109053596A - 一种乳清酸的合成新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种乳清酸的合成新方法，属于有机化学领域，包括以下步骤：S1：羟基乙腈和氨水反应得到得反应体系a，所述反应体系a中产物为氨基乙腈A；S2：氨基乙腈A和氰酸盐反应得反应体系b，所述反应体系b中产物为氰甲基脲B；S3：氰甲基脲B和乙醛酸在碱性溶液中缩合重排得到乳清酸Ⅰ。本发明操作安全、成本低，三废污染小，反应总收率达到80%以上，易于工业化。

Description

一种乳清酸的合成新方法
技术领域
本发明属于有机化学领域，具体涉及一种乳清酸的合成新方法。
背景技术
乳清酸(Orotic Acid)，也叫维生素B13，作为生物活体嘧啶基核酸生物合成过程中的有效前体，是一种重要的嘧啶衍生物，在生物和药物化学中发挥独特的作用。乳清酸在医药、食品、保健品、化妆品和饲料行业应用非常广泛，现年需求量在500吨以上。
有关乳清酸有潜在价值的合成方法主要有以下几种方案。
CH595351,DD144053，CN01126146报道了以马来酸酐、尿素和溴素为基础原料合成乳清酸的方法，目前该方法仍然是世界各国厂家主流的乳清酸生产方法。该反应的优点是反应进行比较顺利，总收率能够达到70％。但是该工艺方案不足之处在于，其生产成本高，三废多，产品中溴素残留高，严重制约了其在高端市场的应用。
苏联专利USSR526157报道了用二溴马来酸酐和尿素在碱性条件下直接反应得到乳清酸。
USSR497295报道了富马酸经溴代，再和尿素、醋酐高温缩合，然后在碱性条件下重排，该方法收率极低，危险反应较多，可操作性不强。
JACS,69,1947,1382报道了无溴合成路线，草酸二乙酯与乙酸乙酯缩合、合环得到5-乙氧基甲叉乙内酰脲，再经扩环，酸析，精制得到乳清酸。该路线虽然避免了溴残留高的问题，但该工艺存在反应条件复杂，路线长，成本高，收率低等缺点，因此该工艺不被工厂所采用。
US4623730报道了氰甲基脲和氢氧化钠溶液在醇溶液中先关环成4-氨基-1H-咪唑-2(3H)-酮，再和乙醛酸在碱性条件下缩合重排得到乳清酸，收率可以达到60％以上。但初始原料氰甲基脲价格昂贵，反应使用了有机溶剂，成本高昂，不具有工业化潜力。
JP8094375报道了用甘脲和乙醛酸在高温下缩合重排得到乳清酸，收率30％左右，过低的收率以及繁琐的精制操作限制了其实用价值。
Ger off2025247报道了用双烯酮在CCl4存在下氯化,再与尿素反应，在50-60℃下经双氧水氧化得到乳清酸。US4064126报道了双烯酮与三氯乙酰氯加成，再与尿素缩合、水解得到乳清酸。两种方法都用到了双烯酮，双烯酮极不稳定，容易聚合，制备不易，高毒，易爆，存在很大的安全隐患，因此该方法被人们所摒弃。
以上制备乳清酸的现有技术，存在使用危险试剂、原料成本高、操作复杂、三废多、不符合环保要求等不足之处。
发明内容
为了克服上述现有技术制备乳清酸存在使用危险试剂、原料成本高、操作复杂、三废多、不符合环保要求等不足之处的缺陷，本发明提供一种能够克服现有的技术弊端的乳清酸的合成新方法。本申请操作安全、成本低，三废污染小，易于工业化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种乳清酸的合成新方法，包括以下步骤：
S1：羟基乙腈和氨水反应得到得反应体系a，所述反应体系a中产物为氨基乙腈A；
S2：氨基乙腈A和氰酸盐反应得反应体系b，所述反应体系b中产物为氰甲基脲B；
S3：氰甲基脲B和乙醛酸在碱性溶液中缩合重排得到乳清酸Ⅰ；
具体合成路线为：
进一步的，所述S1，将氨水加入反应釜中，再将羟基乙腈加入氨水中，搅拌反应0.5～5h得反应体系a，所述反应体系a中产物为氨基乙腈A。
进一步的，所述S1，反应温度为0～20℃。
进一步的，所述S1，羟基乙腈与氨水的摩尔比为1:2～8。
进一步的，所述S1，羟基乙腈与氨水的摩尔比为1:3～6。
进一步的，所述S1，反应完成后，将反应体系a升温到40～50℃，减压除去多余的氨气，氨气用吸收塔喷淋吸收，回收备用。
进一步的，所述S2，调节反应体系a的pH值为5～6后，将氰酸盐加入调节pH值为5～6后的反应体系a，并维持体系pH不变，加完后升温至50～80℃反应至氨基乙腈A反应完全，得反应体系b，所述反应体系b中产物为氰甲基脲B。
进一步的，所述S2，氰酸盐的加入量为羟基乙腈与氰酸根离子的摩尔比为1:1～1.2。
进一步的，所述S3，向反应体系b加入乙醛酸，升温至回流，加入氢氧化钠，反应完全后，停止加热，待温度降至50℃时，滴加浓盐酸调节pH至6～7，将析出的固体离心，得到乳清酸Ⅰ。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明使用的原辅料有羟基乙腈、氨水、氰酸盐、乙醛酸，这些原辅料来源广泛，是工业化常规产品，价廉易得，成本大幅降低；其中羟基乙腈是国内生产甘氨酸的主要原料之一，国内数家大型公司已经完全掌握了用天然气制备羟基乙腈的生产方法，羟基乙腈单价低，具有较大的成本优势，本发明采用羟基乙腈为初始原料，先制备氨基乙腈，然后和氰酸盐制备氰甲基脲，最后和乙醛酸缩合关环制备乳清酸，整个制备过程采用叠缩策略，不需要对中间产物进行分离纯化，直接一锅法进行，反应总收率为80％以上，大大降低了生产成本和提高了产品收率，提高了乳清酸产品的市场竞争力；同时本发明整个反应过程中未使用有机溶剂，产生的废液为水溶液，废水溶液处理更容易，产生的废气为氨气，废气处理也更容易，无废渣产生，本发明对环境污染小；本发明工艺路线短，操作简单，收率高，对设备要求低，综合成本低，符合绿色环保的生产要求，适用于工业化大规模生产；
(2)本发明中优选羟基乙腈与氨水的摩尔比为1:3～6，氨水过量保持在此比例范围内不仅可以保证羟基乙腈完全转化为氨基乙腈，减少甚至避免氨基二乙腈副产物生成，同时避免了氨水过量造成原料氨水的浪费和后续能耗的增加。
(3)本发明产生的废气为氨气，将氨气进行回收，既处理了废气，回收的氨气还可再利用，又提高了氨气的利用率；
(4)本申请所述S2，氰酸盐的加入量为羟基乙腈与氰酸根离子的摩尔比为1:1～1.2，使两个原料恰好能转化完全。
附图说明
图1为本申请合成路线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
S1：在1000升反应釜中加入10％工业浓氨水300公斤，开启循环冷冻液，将反应液温度降至0℃左右，搅拌下将50％羟基乙腈溶液66公斤缓慢滴加至反应液中；滴加完毕，维持内温0-10℃继续搅拌反应4h，停止反应；撤去冷冻液，开启循环水，开启真空，升温至40～50℃，将反应体系中多余的氨气抽走，得反应体系a；
S2：用浓盐酸调节反应体系a的pH至5～6，滴加25％氰酸钠溶液180公斤，并维持体系pH不变，滴加完毕升温至80℃反应5h，点板检测反应完成，得反应体系b；
S3：将50％乙醛酸102公斤抽入反应釜中，升温至回流，然后快速抽入30％的氢氧化钠溶液370公斤，沸腾反应2h，停止加热，待温度降至50℃时，滴加浓盐酸调节pH至6～7，将析出的固体离心，即得乳清酸粗品。
将粗品精制即得乳清酸成品，总收率82％。
实施例2
S1：在1000升反应釜中加入10％工业浓氨水320公斤，开启循环冷冻液，将反应液温度降至0℃左右，搅拌下将新鲜的50％羟基乙腈溶液68公斤缓慢滴加至反应液中，滴加完毕，维持内温0-10℃继续搅拌反应4h，停止反应。撤去冷冻液，开启循环水，开启真空，升温至40～50℃，将反应体系中多余的氨气抽走，得反应体系a；
S2：用浓盐酸调节反应体系a的pH至5～6，滴加25％氰酸钠溶液190公斤，边滴加边维持体系pH不变，滴加完毕升温至80℃反应5h，点板检测反应完成，得反应体系b；
S3：将50％乙醛酸100公斤抽入反应釜中，升温至回流，然后快速抽入30％的氢氧化钠溶液350公斤，沸腾反应2h，停止加热，待温度降至50℃时，滴加浓盐酸调节pH至6～7，将析出的固体离心，即得乳清酸粗品。
将粗品精制即得乳清酸成品，总收率85％。
实施例3
S1：在1000升反应釜中加入10％工业浓氨水350公斤，开启循环冷冻液，将反应液温度降至0℃左右，搅拌下将50％羟基乙腈溶液72公斤缓慢滴加至反应液中，滴加完毕，维持内温0～10℃继续搅拌反应4h，停止反应，撤去冷冻液，开启循环水，开启真空，升温至40～50℃，将反应体系中多余的氨气抽走，废气用吸收塔喷淋吸收，回收备用；
S2：用浓盐酸调节反应液pH至5-6，滴加25％氰酸钠溶液200公斤，边滴加边维持体系pH不变，滴加完毕升温至80℃反应5h，点板检测反应完成；
S3：将50％乙醛酸120公斤抽入反应釜中，升温至回流，然后快速抽入30％的浓氢氧化钠溶液350公斤，沸腾反应2h，停止加热，待温度降至50℃时，滴加浓盐酸调节pH至6-7，将析出的固体离心，即得乳清酸粗品。
将粗品精制即得乳清酸成品，总收率84％。
以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种乳清酸的合成新方法，包括以下步骤：
S1：羟基乙腈和氨水反应得到得反应体系a，所述反应体系a中产物为氨基乙腈A；
S2：氨基乙腈A和氰酸盐反应得反应体系b，所述反应体系b中产物为氰甲基脲B；
S3：氰甲基脲B和乙醛酸在碱性溶液中缩合重排得到乳清酸Ⅰ；
具体合成路线为：
2.根据权利要求1所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：将氨水加入反应釜中，再将羟基乙腈加入氨水中，搅拌反应0.5～5h得反应体系a，所述反应体系a中产物为氨基乙腈A。
3.根据权利要求2所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：反应温度为0～20℃。
4.根据权利要求2所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：羟基乙腈与氨水的摩尔比为1:2～8。
5.根据权利要求4所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：羟基乙腈与氨水的摩尔比为1:3～6。
6.根据权利要求1所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：还包括氨气回收步骤，所述回收步骤在羟基乙腈和氨水反应完成后，将反应体系a升温到40～50℃，减压除去多余的氨气，氨气用吸收塔喷淋吸收，回收备用。
7.根据权利要求1所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：调节反应体系a的pH值为5～6后，将氰酸盐加入调节pH值为5～6后的反应体系a，并维持体系pH不变，加完后升温至50～80℃反应至氨基乙腈A反应完全，得反应体系b，所述反应体系b中产物为氰甲基脲B。
8.根据权利要求7所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：氰酸盐的加入量为羟基乙腈与氰酸根离子的摩尔比为1:1～1.2。
9.根据权利要求1所述的一种乳清酸的合成新方法，其特征在于：向反应体系b加入乙醛酸，升温至回流，加入氢氧化钠，反应完全后，停止加热，待温度降至50℃时，滴加浓盐酸调节pH至6～7，将析出的固体离心，得到乳清酸Ⅰ。
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