CN109761916A - 一种乳清酸的改进合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种乳清酸的改进合成方法，属于有机化学合成领域，海因、乙醛酸和氢氧化钠的水溶液在特定的微通道反应器中加热反应得到乳清酸粗品，粗品精制后得到乳清酸纯品。本发明整个生产过程在微通道反应器中进行，提高了反应转化率和收率，反应收率达到90%以上。

Description

一种乳清酸的改进合成方法

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改进合成方法。

背景技术

乳清酸(Orotic Acid)，也叫维生素B13，酮式名称是1,2,3,4-四氢-2,6-二氧-4-嘧啶羧酸，烯醇式名称是2,6-二羟基嘧啶-4-羧酸，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。

乳清酸及其衍生物在医药领域用途广泛。乳清酸作为一种重要的治疗肝脏疾病的药物，用于治疗黄疸型肝病和一般的肝机能障碍。乳清酸基团参与的药物分子在治疗心肌梗塞，胃溃疡，结核杆菌等方面发挥重要的积极作用。在生命科学方面，乳清酸在嘧啶核苷酸的代谢转化中扮演着重要角色。生物化学家研究了乳清酸磷酸核糖转移酶的表达及其临床意义，发现该种酶在不同癌组织表达的差异，显示出它与氟尿嘧啶治疗癌症的密切关系，对癌症的临床治疗和预后提供了指导，具有一定的应用前景。除此之外，乳清酸在食品、保健品、化妆品和饲料行业等也得到广泛应用。由于乳清酸用途广泛，因而对其合成方法的研究及应用越来越得到重视。

有关乳清酸的合成方法，在文献《乳清酸的合成及精制》(辽宁化工，2009，(2)，100-102。)中详细总结了乳清酸的主要合成方法。有潜在价值的主要包括几种合成方案：

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，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。

JACS,69,1947,1382报道了无溴合成路线，以草酸二乙酯为原料，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。

专利Ger off 2502951描述了用乙醛酸和海因用氢氧化钠回流反应，然后用盐酸酸化合成乳清酸的方法，收率42％。

专利JSP5594374A描述了用甘脲和乙醛酸合成乳清酸的方法，其中使用0.6-4.8倍的乙醛酸，10.5-12.5倍的氢氧化钠加热回流反应，然后用盐酸酸化合成乳清酸的方法。收率在23.4-53.3％。

以上制备乳清酸的工艺方案存在使用危险试剂，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

为了解决上述技术问题，本发明提供。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种乳清酸的改进合成方法，具体合成路线为：

S1、海因、乙醛酸和氢氧化钠的水溶液在微通道反应器中加热反应得到乳清酸粗品；

S2、粗品精制干燥后得到乳清酸纯品。

进一步的，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的反应温度为100-150℃。

进一步的，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的摩尔比为1：1～4：1～10。

进一步的，S1中海因与水的质量比为1：3～10。

进一步的，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的反应时间为0.5-5小时。

进一步的，S1中，微通道反应器的微反应器管道先预热至115-120℃，然后双泵同时分别泵入各物料，使之在微反应器内能同时混合均匀，加热反应1-5小时。

进一步的，S1中反应结束后将反应液降温到50-65℃后，用浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入水并保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品。

进一步的，S2中将乳清酸粗品溶于水后加热到90-95℃，用氨水溶解澄清后，加活性碳脱色，过滤，滤液用浓盐酸调节pH至1，过滤析出的固体离心干燥后得到一水乳清酸纯品。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

作为一项新兴的技术，微反应器技术在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，工业化生产中的实例应用日益增多。由于微反应器具有比表面积大与可连续操作等特征，相对于传统的间歇式反应工艺，具有高速混合、高效传热、反应物停留时间的窄分布、重复性好、系统响应迅速而便于操控、几乎无放大效应以及在线的化学物料量少、高安全性能等优势。微反应器相比常规间歇式反应器无论从反应器本身、工艺研发还是大生产方面优势都非常突出。本申请根据乳清酸合成物料高温不稳定的特点，我们将微反应器技术应用到乳清酸的工艺开发中，取得了不错的结果，实验结果证明，在微通道反应器中乙醛酸、海因和碱在微反应环境中得到快速的混合反应，提高了原料转化率，大大减少了高温分解的副反应，反应收率明显得到提高，最高可达到90％以上，成本大大降低，提高了乳清酸产品的市场竞争力。本发明能够提高物料反应效率，实现低成本，高收率，易于工业化的绿色经济的乳清酸合成方案，为进一步降低生产成本、提高产品市场竞争力提供一种可行的技术方案。本发明使用的原料来源广泛，是工业化常规产品，价廉易得。本发明整个生产过程在微通道反应环境中进行，反应物料在微反应环境中转换率高，副反应少，提高了反应转化率和收率，同时全程不使用有机溶剂，对环境污染小。本发明工艺操作简单，收率高，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。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

对比实验例1

将海因、乙醛酸和氢氧化钠混合溶液泵入微反应器内，然后升温至110℃，反应很快有白色固体物生成，导致管道流动不畅，取样分析白色固体，发现不是所要的乳清酸，是一未知物质。

对比实验例2

先将海因、乙醛酸的混合溶液泵入微反应器中，然后升温到110℃，接着将氢氧化钠溶液泵入微反应器中，这时候没有白色不溶物生成，加热反应2小时后，将反应液转出到常规反应器中进行处理，重结晶，得到30％左右的收率，收率没有达到理想情况，我们推测氢氧化钠溶液后期泵入微反应器内，在体系内未能及时充分的混合导致反应物料配比没能达到理想状态，局部浓度过高，导致收率偏低。

对比实验例3

将微反应器管道预热至110℃，然后用双泵同时分别泵入各物料，使之在微反应器内能同时混合均匀，加热反应2小时后，将反应液转出到常规反应器中进行处理，重结晶，得到85％左右的收率。反应效果较好，我们以此为基础，开展微反应优化。

实验例1

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在115-120℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因10公斤水、2.5公斤50％的乙醛酸的混合溶液和7.5升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应2小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入6升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品3公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.15公斤，收率91.9％。

实验例2

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在100-110℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因、10公斤水、2.5公斤50％的乙醛酸的混合溶液和7.5升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应5小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在50-60℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入5升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.8公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到80升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入58克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸1.98公斤，收率84.6％。

实验例3

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在110-115℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因、10公斤水、2.5公斤50％的乙醛酸的混合溶液和7.5升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应2小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入5升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.95公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.1公斤，收率89.7％。

实验例4

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在115-120℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因、4.5公斤水、2.5公斤50％的乙醛酸的混合溶液和7.5升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应2小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入6升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.9公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.1公斤，收率89.7％。

实验例5

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在115-120℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因10公斤水、2.2公斤50％的乙醛酸的混合溶液和1.87升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应2小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入6升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.85公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.09公斤，收率89.3％。

实验例6

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在115-120℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因10公斤水、8.8公斤50％的乙醛酸的混合溶液和18.7升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应1小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入6升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.97公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.03公斤，收率86.8％。

实验例7

一种乳清酸的改进合成方法：

S1.控制反应通道内温度在115-120℃，调节双泵流速，分别同时泵入1.5公斤海因15公斤水、2.5公斤50％的乙醛酸的混合溶液和7.5升的8N氢氧化钠溶液，加热循环反应0.5小时后，停止加热，待温度降至70-80℃时，将反应液转移到50升纯化反应釜中，维持内温在60-65℃，滴加浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入6升水中，保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，搅拌半小时后，将析出的固体离心得到乳清酸粗品2.90公斤；

S2.将上述乳清酸钠粗品加到90升水中，升温到90-95℃，滴加浓氨水调节pH至4-5，至固体溶清，加入50克酸性活性碳，脱色15分钟后，趁热过滤，滤液在80℃时滴加浓盐酸调节pH至1，缓慢搅拌2分钟后，自然降温，静置结晶，待温度降至50-55℃时，开始离心，滤饼用清水洗涤，100℃时鼓风干燥，得到无水乳清酸2.05公斤，收率87.6％。

通过对已知合成方法的研究，申请人采用乙醛酸和海因作为主要合成原料，一步法合成乳清酸。相比于甘脲，海因在国内有大批量生产，市场来源充足，价格稳定；而甘脲市场很小，其来源往往需要订单式定制生产。另外，海因在分子结构上存在活性亚甲基，因此与甘脲相比，海因反应活性更好高，理论收率比甘脲要高，同时海因的分子结构上少了一个环脲单元，消耗氢氧化钠的量也会减少。

但是，从对比实验例和实施例可以看出，申请人将现有技术的甘脲换成海因，并非简单的替换，因为初步实验研究发现，将海因、乙醛酸和氢氧化钠先混合然后再加热时，反应几乎不进行；而将海因、乙醛酸混合后，再缓慢滴加氢氧化钠溶液，反应能有效进行，但是收率很低，通常不足25％；而将海因、乙醛酸溶液先预热到回流状态下，快速滴加饱和氢氧化钠溶液时，反应收率明显提高，最高可以达到40％左右。因此，海因、乙醛酸和氢氧化钠的反应，随物料配比，投料方式、温度的不同，得到乳清酸钠的粗品收率差异很大，根本无法预期收率。

另外，根据底物结构特点和反应机理分析，海因和乙醛酸反应生成乳清酸，副产物是氨气；而甘脲与乙醛酸反应副产物是尿素和氨气，本发明的副产物更易分离。同时，在强碱的作用下，海因和甘脲自身都有分解反应产生，海因产生甘氨酰脲、甘氨酸、氨气；而甘脲副产物是尿素、甘氨酰脲、甘氨酸、氨气，本发明提高了原料的反应速度，大大减少了海因的自身分解反应，因此，由海因自身分解反应产生的副产物也大大减少。乙醛酸在高温碱性条件下还容易生成多聚乙醛酸，导致反应液颜色较深，选用海因可有效避免这种情况。所以我们采用海因和乙醛酸作为反应的原料进行深入的工艺研究。同时用一步法反应，节约了大量的操作步骤，减少了能耗，降低三废污染。

但是，随着反应底物的投料量增加，收率与投料量成反比，呈下降趋势。同时实验发现，乙醛酸容易在高温条件下氧化，尤其是在加入碱后，溶液颜色迅速变黑，随着投料量增加，反应液颜色也变的越来越深，处理出来的产品收率也相应降低。反应底物充分接触的效率对产品的收率具有决定作用。由于反应底物的特殊性，常规的间歇式反应由于在物料混合阶段以及传质传热过程中具有一定的局限性导致收率提高受限，数次试验证明最高收率始终不超过42％。我们不得不尝试寻找一种能够实现小批量快速混合快速反应的技术，使物料能够在微反应环境中快速高效的完成转化，减少原料的分解以及放大反应时副反应的发生，从而提高乳清酸的收率。因此，本申请选用微通道反应器。

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 (8)

1.一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，具体合成路线为：

S1、海因、乙醛酸和氢氧化钠的水溶液在微通道反应器中加热反应得到乳清酸粗品；

S2、粗品精制干燥后得到乳清酸纯品。

2.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的反应温度为100-150℃。

3.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的摩尔比为1：1～4：1～10。

4.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中海因与水的质量比为1：3～10。

5.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中海因、乙醛酸和氢氧化钠的反应时间为0.5-5小时。

6.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中，微通道反应器的微反应器管道先预热至115-120℃，然后双泵同时分别泵入各物料，使之在微反应器内能同时混合均匀，加热反应1-5小时。

7.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S1中反应结束后将反应液降温到50-65℃后，用浓盐酸调节pH至9-9.5，将析出的固体离心，得类白色乳清酸钠粗品，将该粗品加入水并保温在60-65℃，滴入浓盐酸调节pH至1-2，将析出的固体离心得到乳清酸粗品。

8.根据权利要求1所述的一种乳清酸的改进合成方法，其特征在于，S2中将乳清酸粗品溶于水后加热到90-95℃，用氨水溶解澄清后，加活性碳脱色，过滤，滤液用浓盐酸调节pH至1，过滤析出的固体离心干燥后得到一水乳清酸纯品。