CN109180464B - 气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸 - Google Patents

气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气相循环法制备2‑(4‑溴甲基苯基)丙酸，包括以下步骤：在溴甲基化反应器中投入氢溴酸、多聚甲醛、2‑苯基丙酸，加入溶剂和路易斯酸催化剂作为反应物料；在溴化氢气体发生器中加入水，滴加三溴化磷，产生的溴化氢气体进入缓冲装置内；溴甲基化反应器升温后，反应物料的气相进入冷凝器冷凝，没有被冷凝的气体与缓冲装置中排出的溴化氢气体汇合后一起进入气体循环泵内，由气体循环泵输送到溴甲基化反应器底部鼓泡实现气相循环；反应结束后，将溴甲基化反应器中的反应液进行后处理，得2‑(4‑溴甲基苯基)丙酸。采用该方法制备2‑(4‑溴甲基苯基)丙酸，具有三废少、成本较低、绿色环保的优点。

Description

气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸
技术领域
本发明涉及一种2-(4-溴甲基苯基)丙酸的合成工艺。
背景技术
洛索洛芬钠，结构式如式1，是日本销量第一的非甾体消炎药，其具有抗炎、镇痛、解热作用明显，见效快，副作用小的优点，我国已开始进口该药物。2-(4-溴甲基苯基)丙酸，结构式如式2，是合成洛索洛芬钠的重要中间体。
Figure BDA0001793934810000011
当前合成2-(4-溴甲基苯基)丙酸有以下工艺：
工艺1：以2-(4-甲基苯基)丙酸为原料，通过溴代试剂溴代得到2-(4-溴甲基苯基)丙酸。其化学方程式如式3所示。
Figure BDA0001793934810000012
专利CN1294115、CN101412670、CN103342636通过加入过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈等引发剂，使用溴素，N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)等溴代剂，对2-(4-甲基苯基)丙酸进行溴代反应，2-(4-溴甲基苯基)丙酸的收率在70％～90％左右。NBS价格昂贵，使用其做溴代剂生产价值低。使用溴素做溴代剂，溴原子利用率较低，后续处理会产生大量溴盐固废，不符合当前绿色、环保的生产理念。专利CN103265426、CN107473960提出了在上述反应体系中加入双氧水，以提高溴原子利用率，减少溴盐固废。但是同样造成了废水较多的问题。
工艺2：以2-苯基丙酸为原料，与甲醛、溴化氢发生溴甲基化反应制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸。其化学方程式如式4所示。
Figure BDA0001793934810000021
专利CN106866404报道了一种用2-苯基丙酸为原料制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，将氢溴酸、多聚甲醛和2-苯基丙酸按照摩尔比1.25:1.75:1的比例混合，55-65℃下缓慢滴入3.5摩尔当量(相对于2-苯基丙酸)的浓硫酸，对2-苯基丙酸进行溴甲基化反应，产品2-(4-溴甲基苯基)丙酸的收率为86.4％。该工艺使用了大量硫酸作为催化剂，水相无法循环套用，因此产生了大量的废酸，平均1kg产品就至少产生3.15kg废酸。专利CN105753685、CN104744237也报道了类似的方法，同样是废酸过多的问题。
专利CN107573230则将氢溴酸、多聚甲醛和2-苯基丙酸按照摩尔比1.1:1.2:1的比例混合，加入66wt％(相对于2-苯基丙酸)的1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐离子液体，在60℃下反应6h，产品2-(4-溴甲基苯基)丙酸的收率为86％。该工艺虽然避免了大量废酸的产生，但是1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐离子液体价格昂贵，生产价值较低。
当前生产2-(4-溴甲基苯基)丙酸的工艺，存在固废多、废酸多，成本较高的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反应条件适宜、三废少、生产成本低的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸，包括以下步骤：
1)、在溴甲基化反应器中投入氢溴酸(溴化氢饱和水溶液，浓度约为48wt％)、多聚甲醛、2-苯基丙酸，加入溶剂和路易斯酸催化剂作为反应物料；
氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比为2.0～3.0:1.3～2.0:1，路易斯酸催化剂占2-苯基丙酸质量的5％～20％；
2)、在溴化氢气体发生器中加入水，滴加(缓慢滴加)三溴化磷，滴加时间为6～10小时；控制溴化氢气体发生器内的反应温度为80～100℃；水：三溴化磷＝3.0～5.0：1的摩尔比，三溴化磷：步骤1)的2-苯基丙酸＝0.4～0.6：1的摩尔比；产生的溴化氢气体进入缓冲装置内；
说明：缓慢滴加三溴化磷，用于控制溴化氢的产生量；
3)、溴甲基化反应器升温至60～100℃，溴甲基化反应器内反应物料的气相进入冷凝器冷凝(-5℃)，没有被冷凝的气体与缓冲装置中排出的溴化氢气体汇合后一起进入气体循环泵内，由气体循环泵输送到溴甲基化反应器底部鼓泡实现气相循环；溴甲基化反应时间为8～12h；
溴甲基化反应器内反应物料的气相经冷凝器冷凝后形成的液体沿着冷凝器返回至溴甲基化反应器内；
说明：
由于溴化氢气体发生器产生的溴化氢气体通过缓冲装置、气体循环泵后进入溴甲基化反应器内，从而使得溴化氢气体发生器水相中氢溴酸的浓度维持不变；即，将气相鼓入水相中，加强相际传质，由于溴化氢气体是过量的，因此可以使得水相溴化氢维持高浓度，推动反应进行；
溴甲基化反应器中，物料状态有气相(主要为溴化氢气体)和液相，液相由有机相(主要为溶剂、作为原料的2-苯基丙酸、以及产物)和水相(主要为氢溴酸，还包括路易斯酸催化剂)组成；多聚甲醛解聚后存在气液两相中(多聚甲醛解聚后成甲醛单体，甲醛存在于气相、水相和有机相中，因此写存在气液两相中)；
4)、反应结束后，将溴甲基化反应器中的反应液趁热分层，分出下层水相后，上层有机相经冷却结晶、抽滤，得到滤饼和滤液，滤饼(2-(4-溴甲基苯基)丙酸粗品)重结晶，为2-(4-溴甲基苯基)丙酸。
说明：步骤4)所得的滤液由溶剂以及少量溶解的2-(4-溴甲基苯基)丙酸等组成；
水相由水、溴化氢以及路易斯酸催化剂等组成。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的改进：
还包括步骤5)循环：
所述步骤4)所得的滤液补充溶剂后，与下层水相一起转移至溴甲基化反应器中，并在反应器中投入多聚甲醛、2-苯基丙酸，从而使得多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比同步骤1)；
重复进行步骤2)～4)，从而实现循环。
说明：反应过程中一直有溴化氢的通入，且溴化氢相对于反应物是过量的，因此水相的溴化氢一直维持在饱和状态。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤1)中，路易斯酸催化剂为溴化铝、溴化锌。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤1)中，溶剂为环己烷、正庚烷、正辛烷，溶剂与2-苯基丙酸体积比为2～3：1。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤2)中，至溴化氢气体发生器中不再产生溴化氢气体后，取出溴化氢气体发生器中的反应后所得液，向反应后所得液中加入水，进行减压(减压蒸馏的真空度为20mmHg)蒸馏，浓缩至不再有水蒸出后，冷却结晶，得到作为副产物的亚磷酸。
说明：反应后所得液中会有溴化氢溶解，溴化氢较亚磷酸更容易挥发，通过加入水，溴化氢可以较好地被水带出；这样能减少后续得到的亚磷酸晶体中的溴离子含量。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤2)中，向反应后所得液中加入的水∶三溴化磷＝1～1.5∶1的体积比，减压(20mmHg)蒸馏的温度为100～140℃，冷却结晶的温度为-10℃～0℃，时间为0.5～1h。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤3)中，气体循环泵每分钟循环气的流速为2-苯基丙酸体积的0.6～0.8倍。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：
所述步骤4)中，冷却结晶的温度为-10℃～0℃，时间为4～6h；
滤饼为2-(4-溴甲基苯基)丙酸粗品，用1，2-二氯乙烷重结晶，1，2-二氯乙烷加入量为2-苯基丙酸的0.4～0.6体积倍。
作为本发明的气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的进一步改进：所述步骤5)中，溶剂补加量为投入的2-苯基丙酸的0.4～0.8体积倍。
本发明的反应方程式如式5所示，
溴化氢发生：
PBr3+3H2O→H3PO3+3HBr
催化溴甲基化：
Figure BDA0001793934810000041
总反应式：
Figure BDA0001793934810000042
所用的反应装置如图1所示。
本发明的气相循环工艺制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸，利用三溴化磷产生的溴化氢为溴源，补充了溴甲基化反应器中的被反应掉的溴化氢，维持了水相氢溴酸的浓度(即，确保水相仍为溴化氢饱和水溶液)，从而实现了水相的循环，减少了废水的排放；利用气体循环泵循环溴化氢气体，减少了三溴化磷的消耗；利用反应-萃取、结晶-母液循环技术，实现了有机相的循环；因而本发明的一种气相循环工艺制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸，具有三废少、成本较低、绿色环保的优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明所用的一种气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的装置图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
一种气相循环法制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的反应装置，如图1所示，包括溴化氢气体发生器100、缓冲装置200、溴甲基化反应器300。
溴化氢气体发生器100分别设有进口11、出口12以及机械搅拌器1，缓冲装置200分别设有缓冲进口21、缓冲出口22和缓冲气球2，出口12与缓冲进口21相连通，溴甲基化反应器300的外表面设有夹套4，通过热源在夹套4内的流动，从而控制溴甲基化反应器300内的反应温度。在溴甲基化反应器300的顶部分别设有与溴甲基化反应器300内腔相连通的放空阀5、冷凝器6，缓冲出口22与冷凝器6的出口汇合后与位于溴甲基化反应器300外部的气体循环泵3的进口相连，气体循环泵3的出口与溴甲基化反应器300的底部相连通。冷凝器6的作用是冷凝气相中的挥发组分；放空阀5的作用/用途是排放不凝气。
在溴甲基化反应器300内事先设置有由氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸、溶剂和路易斯酸催化剂组成的反应物料。
先通过进口11向溴化氢气体发生器100内加入水，再在进口11处设置恒压滴液漏斗，通过恒压滴液漏斗向溴化氢气体发生器100内缓慢滴加三溴化磷，在机械搅拌器1的搅拌下，三溴化磷与水反应生成溴化氢；生成的溴化氢依次通过出口12、缓冲进口21进入缓冲装置200内，在夹套4中的热源的加热下，溴甲基化反应器300内的反应物料发生溴甲基化反应，具体如下：溴甲基化反应器300内的气相进入冷凝器6冷凝(-5℃)，气相中的溴化氢气体不会被冷凝器6冷凝，因此从冷凝器6中排出并与缓冲出口22排出的溴化氢气体汇合后一起进入气体循环泵3内，由气体循环泵3输送到溴甲基化反应器300底部鼓泡实现气相循环；气相中的部分挥发组分(包括溶剂、水、甲醛等)被冷凝器6冷凝后形成的液体沿着冷凝器6返回至溴甲基化反应器300内；从而减小气体循环泵3的负荷。
反应起始时，由于溴甲基化反应器300内含有空气(不凝气)，因此空气需要从放空阀5中被排出(用溴化氢气体置换三次，可认为溴甲基化反应器300内的空气已被排除干净)；若操作不慎导致三溴化磷滴加速度过快时，产生的溴化氢气体可以储存于缓冲气球2中，缓冲气球2处于膨胀状态，此时需要减小三溴化磷的滴加速度；随着溴甲基化反应的进行，缓冲气球2中的气体会逐渐进入溴甲基化反应器300；即，缓冲气球2会逐渐恢复原状。
实施例1、一种气相循环工艺制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸
1)、在溴甲基化反应器300中投入48wt％氢溴酸168g(113mL，1mol HBr)、多聚甲醛18g(0.6mol)、2-苯基丙酸60g(60mL，0.4mol)，其摩尔比为2.5:1.5:1，加入150mL正庚烷，6g(10wt％)溴化锌。
2)、在溴化氢气体发生器100中加入18g(1mol)水，在恒压滴液漏斗中加入54.2g(0.20mol，19mL)三溴化磷。缓慢滴加三溴化磷，每小时滴入三溴化磷2.5mL(即，滴加时间为7.6小时)，维持反应温度为90℃左右，产生的溴化氢气体进入缓冲装置200。
至溴化氢气体发生器100中不再产生溴化氢气体后，取出溴化氢气体发生器100中的反应后所得液。
3)、溴甲基化反应器300升温至80℃，缓冲装置200中排出的溴化氢气体与溴甲基化反应器300顶部的冷凝器6排出的气相(为溴化氢气体)混合后，经气体循环泵3，以40ml/min的流速输入到溴甲基化反应器300底部，鼓泡，从而进行气相循环，维持水相为溴化氢饱和水溶液(因此，实现了溴化氢气体发生器100产生的溴化氢气体通过缓冲装置200缓慢而连续地进入溴甲基化反应器300内)；溴甲基化反应的反应时间为10h。
说明：三溴化磷滴加结束后到溴甲基化停止反应的这段时间，虽然溴化氢气体发生器100中溴化氢气体会逐渐减少至不再生成，但是缓冲装置200内存储的溴化氢气体，在气体循环泵3的作用下，仍然能进行气相循环，从而仍然能维持水相为溴化氢饱和水溶液。
4)、反应结束后，将溴甲基化反应器300中的反应液趁热分层，分出下层水相后，上层有机相经冷却结晶(冷却结晶的温度为-10℃～0℃，时间为6h)、抽滤，得到滤饼和滤液；
滤饼加入30mL 1,2-二氯乙烷重结晶后，得到产品2-(4-溴甲基苯基)丙酸84.2g，收率为86.7％，纯度为98％。
5)、循环：
在步骤4)所得的滤液补充30mL正庚烷后，与步骤4)所得的下层水相一起转移至溴甲基化反应器中，并在反应器中投入18g多聚甲醛、60g 2-苯基丙酸，此时，多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比为1.5:1；
重复步骤2)、3)、4)的操作，从而使水相和有机相套用4次。
将每一轮的步骤2)所得的反应后所得液合并，加入100ml水后，在120℃，20mmHg下减压蒸馏，至不再有水蒸出后，将亚磷酸浓缩液在-5℃下冷却结晶0.5h，得到亚磷酸固体61.2g，收率72.9％。
反应情况如表1所示：
表1各轮反应情况
Figure BDA0001793934810000071
第四轮得到的水相，约258g，作废酸处理，即平均生产1kg产品产生0.6kg废酸，远低于现有工艺。
定义溴化氢气体利用率为产品摩尔量/溴化氢气体理论产生摩尔量，本发明中溴化氢气体利用率为58.8％。
对比例1、
相对于实施例1，对比例1不进行气相循环，通过增加三溴化磷的用量，即溴化氢气体生成量，才能使得产品收率与实施例1接近。即，具体为：
将步骤2)中三溴化磷的用量由0.20mol改成0.32mol；
取消步骤3)中的“将溴化氢气体与溴甲基化反应器300的气相混合后，经气体循环泵3，以40ml/min的流速输入到溴甲基化反应器300底部，鼓泡，进行气相循环”，
其余等同于实施例1。
套用4次后，共投入三溴化磷1.6mol，2-苯基丙酸300g，多聚甲醛90g。得到产品430g，收率为88.4％，溴化氢气体利用率为36.9％，可见，通过气体循环泵3循环溴化氢气体，可以有效提高溴化氢气体利用率，减少三溴化磷的消耗。
实施例2～10
改变实施例1中步骤1)的氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比、溶剂、催化剂及用量。不做循环套用，得到实施例2～10(即，实施例2～10给出的均是循环轮数为0时的结果)，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001793934810000081
对比例2～10
改变实施例1中步骤1)的氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比、催化剂用量，不做循环套用(即，仅仅给出循环轮数为0时的结果)，得到对比例2～10，结果如表3所示。
表3
Figure BDA0001793934810000082
Figure BDA0001793934810000091
实施例11～18
改变实施例1中步骤3)中的反应温度、反应时间、循环气气速以及改变步骤2)中的三溴化磷流速(滴加速度)，不做循环套用(即，仅仅给出循环轮数为0时的结果)，得到实施例11～18，结果如表4所示。
表4
Figure BDA0001793934810000092
对比例11～17
改变实施例1中步骤3)中的反应温度、反应时间、循环气气速以及改变步骤2)中的三溴化磷流速(滴加速度)，不做循环套用(即，仅仅给出循环轮数为0时的结果)，得到对比例11～17，结果如表5所示。
表5
Figure BDA0001793934810000093
Figure BDA0001793934810000101
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是包括以下步骤：
1)、在溴甲基化反应器中投入氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸，加入溶剂和路易斯酸催化剂作为反应物料；
氢溴酸、多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比为2.0～3.0:1.3～2.0:1，路易斯酸催化剂占2-苯基丙酸质量的5％～20％；
所述路易斯酸催化剂为溴化铝、溴化锌；
溶剂为环己烷、正庚烷、正辛烷，溶剂与2-苯基丙酸体积比为2～3：1；
2)、在溴化氢气体发生器中加入水，滴加三溴化磷，滴加时间为6～10小时；控制溴化氢气体发生器内的反应温度为80～100℃；水：三溴化磷＝3.0～5.0：1的摩尔比，三溴化磷：步骤1)的2-苯基丙酸＝0.4～0.6：1的摩尔比；产生的溴化氢气体进入缓冲装置内；
3)、溴甲基化反应器升温至60～100℃，溴甲基化反应器内反应物料的气相进入冷凝器冷凝，没有被冷凝的气体与缓冲装置中排出的溴化氢气体汇合后一起进入气体循环泵内，由气体循环泵输送到溴甲基化反应器底部鼓泡实现气相循环；溴甲基化反应时间为8～12h；
溴甲基化反应器内反应物料的气相经冷凝器冷凝后形成的液体沿着冷凝器返回至溴甲基化反应器内；
4)、反应结束后，将溴甲基化反应器中的反应液趁热分层，分出下层水相后，上层有机相经冷却结晶、抽滤，得到滤饼和滤液，滤饼重结晶，为2-(4-溴甲基苯基)丙酸。
2.根据权利要求1所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
还包括步骤5)循环：
所述步骤4)所得的滤液补充溶剂后，与下层水相一起转移至溴甲基化反应器中，并在反应器中投入多聚甲醛、2-苯基丙酸，从而使得多聚甲醛、2-苯基丙酸的摩尔比同步骤1)；
重复进行步骤2)～4)，从而实现循环。
3.根据权利要求1或2所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
所述步骤2)中，至溴化氢气体发生器中不再产生溴化氢气体后，取出溴化氢气体发生器中的反应后所得液，向反应后所得液中加入水，进行减压蒸馏，浓缩至不再有水蒸出后，冷却结晶，得到作为副产物的亚磷酸。
4.根据权利要求3所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
所述步骤2)中，向反应后所得液中加入的水：三溴化磷＝1～1.5：1的体积比，减压蒸馏的温度为100～140℃，冷却结晶的温度为-10℃～0℃，时间为0.5～1h。
5.根据权利要求1或2所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
所述步骤3)中，气体循环泵每分钟循环气的流速为2-苯基丙酸体积的0.6～0.8倍。
6.根据权利要求1或2所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
所述步骤4)中，冷却结晶的温度为-10℃～0℃，时间为4～6h；
滤饼为2-(4-溴甲基苯基)丙酸粗品，用1,2-二氯乙烷重结晶，1,2-二氯乙烷加入量为2-苯基丙酸的0.4～0.6体积倍。
7.根据权利要求2所述的气相循环制备2-(4-溴甲基苯基)丙酸的方法，其特征是：
所述步骤5)中，溶剂补加量为投入的2-苯基丙酸的0.4～0.8体积倍。
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