CN109438400B - 一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法 - Google Patents

一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用石墨烯/钴复合催化剂催化加热的方法促使反式呋喃铵盐（(E)‑2‑甲氧亚氨基‑2‑(呋喃‑2‑基)乙酸铵）转化的为顺式的新方法。通过用水洗成盐后的有机相萃取剂母液，把成盐过程中结晶未析出的小部分产品和大部分反式呋喃铵盐洗涤到水溶液中，再在催化剂催化下加热回流使反式呋喃铵盐发生重排反应转化为顺式，从而实现了副产物的转化，增加了产品的收率，另外通过此种方法，萃取剂经过水洗，达到了循环利用的标准，并进一步实现了萃取剂的循环利用，节约了实验成本，保护了环境。

Description

一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的 方法
技术领域
本发明属于医药中间体制备技术领域，特别涉及一种从呋喃铵盐萃取剂母液中回收呋喃铵盐的方法。
背景技术
呋喃铵盐化学名称为(Z)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵，是一种二代头孢菌素头孢呋辛重要的中间体，在现有的呋喃铵盐制备工艺过程中，会产生一种反式异构体(E)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵，这种副产物约占总产量的10%-15%。在呋喃铵盐的成盐过程中，调节一定的pH可以从萃取剂中使呋喃铵盐产品结晶析出，从而得到所需产品的粗品，然而这一过程中，大部分的反式副产物和小部分产品仍会留在萃取剂中，这不仅降低了呋喃铵盐产率，还对下一步萃取剂的回收利用造成了一定的难度，既不利于工业生产又不利于环境保护。
中国专利CN103554069A“从呋喃铵盐废渣液中回收呋喃铵盐的方法”中，公开了一种利用光致异构化原理,通过用适当波段的紫外线照射,将呋喃铵盐废渣液中的反式副产品全部转化为顺式产品的方法。该方法虽然最终可以从呋喃铵盐废渣中得到呋喃铵盐产品，但却存在如下缺陷：首先实验所需的高压汞灯在工厂生产中需要消耗很大的能量，不利于环保，另外反式副产物的转化率低，产品外观颜色深，产品品质也很难达到客户需求。因而该方法难以实现工业化。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法,使反式异构体副产品直接转换为顺式产品,这不仅解决了产品残留在萃取剂中造成处理困难的问题，还提高了产品的收率，同时也实现萃取剂的循环套用，反应过程简单，大大降低了生产成本。
呋喃铵盐成盐后的萃取液中的主要成分为反式异构体副产物(E)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵(式a)和少量的主产物(Z)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵(式b)，其结构式分别为：
Figure 147076DEST_PATH_IMAGE001
。
本发明利用石墨烯负载的钴作为催化剂，加热反应为反式异构体中的甲氧亚胺基中的N=O-R键提供能量,使其在空间位置上发生构型反转。结果生成与原来的反式副产物(E)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵构型相反的物质,即顺式的呋喃铵盐产品(Z)-2-甲氧亚氨基-2-(呋喃-2-基)乙酸铵。反应式如下：
Figure 939582DEST_PATH_IMAGE003
。
其中催化剂的制备方法为：将氧化石墨烯与超纯水混合后超声0.5 h，磁力搅拌0.5 h，在搅拌过程中缓慢加入液碱调节溶液的pH为10～11后向混合均匀的氧化石墨烯水溶液后加入氧化钴，超声0.5h,磁力搅拌0.5 h。将混合液超声0.5 h得分散均匀的浆液后转移到的三口瓶中（加磁子，冷凝管冷凝）水浴升温至60℃，待温度稳定后快速加入抗坏血酸水溶液将其在60℃恒温磁力搅拌2.5 h之后在常温下磁力搅拌2 h。将所得反应液静置一夜后用离心机以10000 r/min离心20 min，然后分别用适量的超纯水、无水乙醇离心洗涤三次，弃去上清液，将最后得到的产品收集，冻干后得分散均匀的黑色粉末，这即是本次实验所需的负载量为2-5%石墨烯负载钴复合材料催化剂。
一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法，其步骤为：呋喃铵盐经过结晶析出后，向所抽滤粗品后的萃取剂母液中加入水，搅拌，将副产物反式的呋喃铵盐和少量的产品洗涤到水溶液中。洗涤后的萃取剂可以用于下次的萃取使用，避免了重新蒸馏的处理过程。
向水相中加入1-5%的石墨烯负载的钴作为催化剂，升温60-100℃反应，反应4-6h，反式即可转化为顺式呋喃铵盐。
回流结束后向溶液中加入工业盐，盐酸调节pH，加入萃取剂乙酸丁酯、二氯甲烷、乙酸乙酯其中一种，萃取三次，合并有机相，滴加甲醇氨成盐，过滤析出的固体即得顺式呋喃铵盐。
综上所述：该反应既避免了重蒸萃取剂的工艺流程，所使用的催化剂还可以回收利用，降低了工业成本，又实现了产率的提高。并且该工艺操作简单，方法环保，更适用工厂大规模的应用。
具体实施方式
在呋喃铵盐滴加甲醇胺结晶析出后，抽滤，得到所需的呋喃铵盐产品的粗品和有机相萃取剂，将所得的有机相萃取剂共398.7 g加入30 ml水，将pH调节至中性，搅拌10 min后分液，再向有机相中加入20 ml水，继续搅拌10 min，然后分液，最后将两次所得的水相收集到一起，再加入0.5g 石墨烯负载氧化钴的复合材料于75°C加热回流，回流四个小时，其中的反式呋喃铵盐会部分转化，转化为順式，经液相色谱测定E/Z=57.9/39，自然冷却后，加冰降温至0-10°C，加入10 g甲氧胺进行酮酸的甲氧化，1 h后经液相色谱检测酮酸含量已经小于1%，再将转化完成的溶液加入10 g工业级氯化钠，20 ml乙酸丁酯，10 ml浓盐酸进行萃取，萃取完成后于0-10°C条件下滴加甲醇胺，滴加至pH等于3.5，产品完全结晶析出，抽滤得呋喃铵盐产品5.7 g。
在呋喃铵盐滴加甲醇胺结晶析出后，抽滤，得到所需的呋喃铵盐产品的粗品和有机相萃取剂，将所得的有机相萃取剂共390 g加入30 ml水，搅拌10 min后分液，再向有机相中加入20 ml水，继续搅拌10 min，然后分液，最后将两次所得的水相收集到一起，再加0.5g 石墨烯负载氧化钴的复合材料于75°C加热回流，回流四个小时，其中的反式呋喃铵盐会部分转化，转化为順式，经液相色谱测定E/Z=59.9/35.7，自然冷却后，加冰降温至0-10°C，加入10 g甲氧胺进行酮酸的甲氧化，1 h后经液相色谱检测酮酸含量已经小于1%，再将转化完成的溶液加入10 g工业级氯化钠，20 ml乙酸丁酯，10 ml浓盐酸进行萃取，萃取完成后于0-10°C条件下滴加甲醇胺，滴加至pH等于3.5，产品完全结晶析出，抽滤得呋喃铵盐产品6.3g。
在呋喃铵盐滴加甲醇胺结晶析出后，抽滤，得到所需的呋喃铵盐产品的粗品和有机相萃取剂，将所得的有机相萃取剂共397.9 g加入30 ml水，搅拌10 min后分液，再向有机相中加入20 ml水，继续搅拌10 min，然后分液，最后将两次所得的水相收集到一起，再加入0.5 g 石墨烯负载氧化钴的复合材料于75°C加热回流，回流四个小时，其中的反式呋喃铵盐会部分转化，转化为順式，经液相色谱测定E/Z=60.3/31.6，自然冷却后，加冰降温至0-10°C，加入10 g甲氧胺进行酮酸的甲氧化，1 h后经液相色谱检测酮酸含量已经小于1%，再将转化完成的溶液加入10 g工业级氯化钠，20 ml乙酸丁酯，10 ml浓盐酸进行萃取，萃取完成后于0-10°C条件下滴加甲醇胺，滴加至pH等于3.5，产品完全结晶析出，抽滤得呋喃铵盐产品6.5 g。
在呋喃铵盐滴加甲醇胺结晶析出后，抽滤，得到所需的呋喃铵盐产品的粗品和有机相萃取剂，将所得的有机相萃取剂共395.3 g加入30 ml水，搅拌10 min后分液，再向有机相中加入20 ml水，继续搅拌10 min，然后分液，最后将两次所得的水相收集到一起，再加入0.5 g 石墨烯负载氧化钴的复合材料于75°C加热回流，回流四个小时，其中的反式呋喃铵盐会部分转化，转化为順式，经液相色谱测定E/Z=57.9/39，自然冷却后，加冰降温至0-10°C，加入10 g甲氧胺进行酮酸的甲氧化，1 h后经液相色谱检测酮酸含量已经小于1%，再将转化完成的溶液加入10 g工业级氯化钠，20 ml乙酸丁酯，10 ml浓盐酸进行萃取，萃取完成后于0-10°C条件下滴加甲醇胺，滴加至pH等于3.5，产品完全结晶析出，抽滤得呋喃铵盐产品6.2 g。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法，其特征在于，该方法步骤为：（1）水洗成完盐后的萃取剂母液，将萃取剂母液中呋喃铵盐反式和甲醇洗涤至水相中；（2）向洗涤水相中加入石墨烯/钴复合催化剂，加热升温至60-100℃，回流4-6h；（3）向回流完成后的水相中加入工业盐、盐酸调节pH，萃取剂萃取，萃取剂中滴加甲醇氨成盐，即得顺式呋喃铵盐；
其中石墨烯/钴复合催化剂制备方法为：将氧化石墨烯与超纯水混合后超声0.5 h，磁力搅拌0.5 h，在搅拌过程中缓慢加入液碱调节溶液的pH为10～11后向混合均匀的氧化石墨烯水溶液中加入氧化钴，超声0.5 h,磁力搅拌0.5 h；将得到的分散均匀的浆液转移到三口瓶中，水浴升温至60℃，待温度稳定后快速加入抗坏血酸水溶液将其在60℃恒温磁力搅拌2.5 h，之后在常温下磁力搅拌2 h;将所得反应液静置一夜后用离心机以10000 r/min离心20 min，然后分别用超纯水、无水乙醇离心洗涤三次，弃去上清液，将最后得到的产品收集，冻干后得分散均匀的黑色粉末，即得所需的负载量为2-5%石墨烯/钴复合催化剂。
2.一种根据权利要求1所述的石墨烯/钴复合催化剂催化呋喃铵盐反式转化为顺式的方法，其特征在于,所述的萃取剂为乙酸乙酯，乙酸丁酯或二氯甲烷。
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