CN109678726B - 一种合成反式-4-甲基环己胺的方法 - Google Patents

一种合成反式-4-甲基环己胺的方法 Download PDF

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Abstract

一种合成反式‑4‑甲基环己胺的方法,属于化学合成技术领域。其包括以下步骤:以廉价的对甲基苯胺为原料,以负载型钌为催化剂,添加碱金属助剂,氢化得到4‑甲基环己甲胺顺反混合物;将4‑甲基环己甲胺顺反混合物通过酸化成盐、顺反分离、中和萃取、精馏得到反式‑4‑甲基环己胺产品;其中顺反分离得到的顺式体盐酸盐,再通过中和、萃取、精馏和转构步骤,重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用。本发明具有以下有益效果:催化剂多次套用,降低成本;顺反分离工序摩尔收率达到42.4%,且溶剂容易回收套用;反式‑4‑甲基环己胺摩尔收率达到65%以上,比文献报道的其他工艺高,且工艺简便可控,产品质量稳定。

Description

一种合成反式-4-甲基环己胺的方法
技术领域
本发明属于化学合成技术领域,具体涉及一种合成反式-4-甲基环己胺的方法。
背景技术
反式-4-甲基环己胺是有机、医药合成中间体。其主要用途之一是合成反式-4-甲基环己胺异氰酸酯。反式-4-甲基环己基异氰酸酯是合成治疗Ⅱ型糖尿病的格列美脲药品的关键中间体,其主要合成方式有以下几种:(1)胺与光气反应;(2)酰基叠氮物经Cirtius重排反应制备;(3)以CO2为甲酰化试剂与胺作用,经POCl3或P2O5脱水制备,其中方法(1)应用最广泛,较适合工业化生产。
国内关于方法(1)的主要文献报道有以对甲苯酚为原料,经Ni催化剂氢生成4-甲基环己醇,再经TEMPO和次氯酸钠氧化、肟化、Zn/醋酸还原得到反式-4-甲基环己胺。最后和三光气反应制得反式-4-甲基环己基异氰酸酯,其反应方程式如下:
Figure 447125DEST_PATH_IMAGE001
国外也有一些关于4-甲基环己胺顺反式混合物成盐,加甲醇溶解,再滴加丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂结晶分离,反式-4-甲基环己胺摩尔收率30%左右,且甲醇、丙酮和乙酸乙酯沸点接近,不易回收套用。
以上工艺主要缺点:1)、氧化反应氧化剂TEMPO价格昂贵,不易回收套用;2)、合成反应步骤多,需要用到的试剂和溶剂有十几种,工艺复杂、废水量多;3)、该路线合成反式-4-甲基环己胺摩尔收率只有30%左右,成本较高;4)、甲醇、丙酮和乙酸乙酯沸点接近或共沸,不易回收套用。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于设计提供一种合成反式-4-甲基环己胺的更有适用于工业化生产的技术方案。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)以廉价的对甲基苯胺为原料,以负载型钌为催化剂,添加碱金属助剂,氢化得到4-甲基环己甲胺顺反混合物;
2)将4-甲基环己甲胺顺反混合物通过酸化成盐、顺反分离、中和萃取、精馏得到反式-4-甲基环己胺产品;其中顺反分离得到的顺式体盐酸盐,再通过中和、萃取、精馏和转构步骤,重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的催化剂是以碳纤维、活性炭或Al2O3为载体,优选为碳纤维,负载活性组分为Ru;所述的助剂为偏硼酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、叔丁醇钾或其它碱金属氧化物中的一种或几种,优选为偏硼酸锂。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的对甲基苯胺、5%负载型钌催化剂、碱金属助剂的投料重量比为:1:0.01-0.1:0.001-0.01。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的氢化条件为:将原料投入高压釜中,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,在温度60-190℃下进行氢化反应,优选为80-175℃。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的酸化成盐采用盐酸、硫酸成盐,优选为盐酸。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的酸化成盐条件为:4-甲基环己甲胺顺反混合物中滴加酸至pH为1-2。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的顺反分离采用异丁醇、甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种和丙酮组成的混合溶剂进行分离,优选异丁醇和丙酮。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的中和采用氢氧化钠水溶液调节pH值为13-14。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的萃取溶剂为异丙醚、甲基环己烷或甲苯,优选异丙醚。
所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的顺反分离得到的顺式体,通过中和、萃取、精馏和转构步骤,重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用。
本发明具有以下有益效果:1)氢化反应和母液转构均在无溶剂条件进行,氢化液和转构液平均纯度在98%以上,并实现了催化剂多次套用,降低成本;2)其主要特点为4-甲基环己胺顺反混合物(反式体纯度≥70%)加盐酸成盐,利用异丁醇和丙酮进行结晶分离,顺式体和反式体盐酸盐分离效果好,反式体盐酸盐纯度≥99.0%,顺式体盐酸盐纯度≤0.10%,顺反分离工序摩尔收率达到42.4%,且溶剂容易回收套用;3)结晶母液多次循环转构套用,反式-4-甲基环己胺摩尔收率(以对甲基苯胺计)达到65%以上,比文献报道的其他工艺高,且工艺简便可控,产品质量稳定。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。
实施例一:氢化反应
氢化操作:按对甲基苯胺、5%负载型钌催化剂、碱金属助剂的投料重量比为:1:0.01-0.1:0.001-0.01投入到高压釜内,拧紧釜盖,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,试漏,确保不漏情况下,升温至60-190℃进行氢化反应,反应合格后,冷却至40℃以下,出料。
实施例1
将对甲基苯胺300g,Ru/ACF 9g,偏硼酸锂0.9g投入到高压釜中,拧紧釜盖,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,试漏,确保不漏情况下,升温搅拌,在60-170℃进行加氢及转构12小时后,GC分析得到反/顺式为70.1/24.9(95.0%)的氢化液,残留量未检出。
实施例2:
除加氢及转构温度为90-190℃,加氢及转构6小时,其他同实施例1相同,GC分析得到到反/顺式为74.2/22.0(96.2%)的氢化液,残留量未检出。
实施例3:
除设定温度为80-175℃外,加氢及转构10小时,其他同实施例1,GC分析得到到反/顺式为73.2/25.9(99.0%)的氢化液,残留量未检出。
实施例4:
将对甲基苯胺300g,Ru/活性炭 9g,氢氧化钠0.9g投入到高压釜中,拧紧釜盖,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,试漏,确保不漏情况下,升温搅拌,在60-170℃进行加氢及转构12小时后,GC分析得到反/顺式为70.1/21.9(92.0%)的氢化液,残留量未检出。
实施例5:
将对甲基苯胺300g,Ru/Al2O3 9g,叔丁醇钾0.9g投入到高压釜中,拧紧釜盖,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,试漏,确保不漏情况下,升温搅拌,在60-170℃进行加氢及转构12小时后,GC分析得到反/顺式为68.1/28.9(97.0%)的氢化液,残留量未检出。
实施例二:4-甲基环己胺盐酸盐的顺反分离
按实施例一实施例3制得的4-甲基环己甲胺顺反混合物为起始原料,将氢化液投进带温度计的三口烧瓶中,开搅拌,滴加盐酸或硫酸至pH=1-2,减压浓缩至干,加入溶剂结晶得到反式-4-甲基环己胺盐酸盐。采用异丁醇、甲醇、乙醇或异丙醇与丙酮混合溶剂进行顺反分离。
实施例1:
投入80g4-甲基环己甲胺顺反混合物(由实施例一的实施例3方法制得),滴加83.5g31%工业盐酸,滴加盐酸至PH=1-2,减压浓缩至干,加入异丁醇30g,丙酮160g,结晶温度15℃,通过两次结晶,得到反式-4-甲基环己胺盐酸盐47g,HPLC检测得到反/顺式为99.3/0.3%(99.6%),摩尔收率为44.4%。有晶体,抽滤容易。
实施例2:
投入80g4-甲基环己甲胺顺反混合物(由实施例一的实施例3方法制得),滴加83.5g31%工业盐酸,滴加盐酸至PH=1-2,减压浓缩至干,加入甲醇30g,丙酮160g,结晶温度15℃,通过两次结晶,得到40g反式-4-甲基环己胺盐酸盐,HPLC检测得到反/顺式为99.2/0.3%(99.5%),摩尔收率为37.8%。有晶体,抽滤容易。
实施例3:
投入80g4-甲基环己甲胺顺反混合物(由实施例一的实施例3方法制得),滴加83.5g31%工业盐酸,滴加盐酸至PH=1-2,减压浓缩至干,加入乙醇30g,丙酮160g,结晶温度15℃,通过两次结晶,得到反式-4-甲基环己胺盐酸盐42g,HPLC检测得到反/顺式为99.4/0.3%(99.7%),摩尔收率为39.7%。有晶体,抽滤容易。
实施例4:
除使用异丁醇量为20g外,其他与实施例1相同,得到57g产品,HPLC检测得到反/顺式为99.5/0.1%(99.6%),摩尔收率为53.8%。有晶体,抽滤容易。
实施例5:
除使用丙酮量为120g外,其他与实施例1相同,得到45.3g产品,HPLC检测得到反/顺式为99.4/0.2%(99.6%),摩尔收率为42.8%。析出固体较粘,抽滤难。
实施例6:
除使用丙酮量为180g外,其他与实施例1相同,得到48.16g产品,HPLC检测得到反/顺式为99.5/0.1%(99.6%),摩尔收率为45.5%。有晶体,抽滤容易。
说明:甲醇、乙醇和异丁醇与丙酮的混合溶剂均可以通过两次结晶得到99.0%以上的反式-4-甲基环己胺盐酸盐,从收率看异丁醇优于其他两种溶剂。另外异丁醇的加入量直接影响盐酸盐的收率,其用量为混合溶剂回流状态下,4-甲基环己胺盐酸盐全溶,全溶状态下,异丁醇用量越少收率越高。经摸索,异丁醇量为原料4-甲基环己胺的1/4时溶液刚好全溶。
丙酮用量和收率关系不大,主要是冷却过程料液不粘稠,不影响拆分过程即可。丙酮量为4-甲基环己胺的2倍较佳。此步得到的盐酸盐,市场需求也较大,已经应用于工业化生产,增加了产值,创造了利润。
实施例三:反式-4-甲基环己胺产品制备
由实施例二方法制得的反式-4-甲基环己胺盐酸盐为原料,将反式-4-甲基环己胺盐酸盐投进带温度计的三口烧瓶中,加进异丙醚、甲基环己烷或甲苯萃取溶剂,开搅拌,滴加氢氧化钠水溶液至PH=13-14,分层,有机层常压蒸馏分水及回收溶剂后,再减压蒸馏得到产品。
实施例1:
投入实施例二制得的HPLC检测得到反/顺为99.4/0.53%的反式-4-甲基环己胺盐酸盐60g,碱液100g,异丙醚150g,分层,有机层去蒸馏分水及回收溶剂,蒸馏温度86-88℃,得到前馏分2g。产品42.5g,GC检测得到反/顺为99.6/0.16%,水份0.5%,摩尔收率为93.7%。
实施例2:
除使用溶剂为甲基环己烷150g外,其他同实施例1,得到前馏分15g。产品36.3g,HPLC检测得到反/顺为99.4/0.13%,水份0.5%,摩尔收率为90%
对比实施例1:
除了使用溶剂甲苯150g外,其它与实施例1相同。得到前馏分24.5g。产品26.1g,HPLC检测得到反/顺为90.2/0.14%,水份0.5%,摩尔收率为81.3%
说明:使用的萃取溶剂异丙醚、甲基环己烷和甲苯均可,从收率上看异丙醚最高,甲基环己烷和甲苯次之。
实施例四:4-甲基环己胺顺反分离结晶母液回收利用
将离心得到的顺反分离母液减压浓缩后,加入碱液中和,用异丙醚进行萃取,得到的有机层常压蒸馏分水及回收溶剂后,再减压精馏得到需要4-甲基环己胺顺反混合物。将其投入高压釜中,加入5%Ru/ACF催化剂,偏硼酸锂助剂,升温至165-175℃进行转构。该转构液与氢化液质量相近,可以作为氢化液使用,从而实现了结晶母液的循环利用,提高了目标产品的收率。
实施例1
高压釜中投入待转构母液70g,5%Ru/ACF催化剂2.1g,偏硼酸锂0.4g,升温至165-175℃进行转构,GC检测转构前4-甲基环己胺的反/顺式为21.13/78.2(99.33%),转构时间5小时后,GC检测4-甲基环己胺的反/顺式为71.25/28.02(99.27%)。

Claims (10)

1.一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)以对甲基苯胺为原料,以负载型钌为催化剂,添加碱金属助剂,氢化得到4-甲基环己甲胺顺反混合物;
2)将4-甲基环己甲胺顺反混合物通过加盐酸成盐、顺反分离、中和萃取、精馏得到反式-4-甲基环己胺产品;其中顺反分离得到的顺式体盐酸盐,再通过中和、萃取、精馏和转构步骤,重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用;
该循环利用的具体操作步骤为:加入碱液中和,用异丙醚进行萃取,得到的有机层常压蒸馏分水及回收溶剂后,再减压精馏得到4-甲基环己胺顺反混合物,然后将其投入高压釜中,加入5%Ru/ACF催化剂,偏硼酸锂助剂,升温至165-175℃进行转构,该转构液重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用。
2.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的催化剂是以碳纤维、活性炭或Al2O3为载体,负载活性组分为Ru;所述的助剂为偏硼酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、叔丁醇钾或其它碱金属氧化物中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的对甲基苯胺、5%负载型钌催化剂、碱金属助剂的投料重量比为:1:0.01-0.1:0.001-0.01。
4.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的氢化条件为:将原料投入高压釜中,用氮气置换釜内空气3次,再用氢气置换釜内氮气3次,加压至4.0Mpa,在温度60-190℃下进行氢化反应。
5.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的酸化成盐采用盐酸、硫酸成盐。
6.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的酸化成盐条件为:4-甲基环己甲胺顺反混合物中滴加酸至pH为1-2。
7.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的顺反分离采用异丁醇、甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种和丙酮组成的混合溶剂进行分离。
8.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的中和采用氢氧化钠水溶液调节pH值为13-14。
9.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的萃取溶剂为异丙醚、甲基环己烷或甲苯。
10.如权利要求1所述的一种合成反式-4-甲基环己胺的方法,其特征在于所述的顺反分离得到的顺式体,通过中和、萃取、精馏和转构步骤,重新进入顺反分离工序,实现了原料的循环利用。
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