CN110204482A - 一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种4‑羟基吡啶‑2,6‑二羧酸的制备方法,属于有机合成技术领域。本发明的4‑羟基吡啶‑2,6‑二羧酸的制备方法以丙酮和草酸二甲酯为原料,浓盐酸为环化剂,合成中间体4‑吡喃酮‑2,6‑二羧酸再与氨水反应制得4‑羟基吡啶‑2,6‑二羧酸。缩合过程中丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液逐渐升高温度,加热到60~80℃。可以降低反应混合物的粘度,使其混合均匀,提高了产物的收率。在混合物体系中加入浓盐酸,加热反应后冷却到5℃,冰水浴条件下搅拌过滤。防止中间产物分解,防止缩合逆反应。方法工艺简单、收率高于90.1,并且反应时间较短、成本低,经济和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种4-羟基吡啶2, 6-二羧酸的制备方法,属于有机合成技术领域。
背景技术
4-羟基吡啶-2,6-二羧酸 ( C7H5NO4) ,是一种重要的有机合成中间体,广泛应用于生物化学、有机化学、药物化学以及配位化学等领域。作为中间体,它的吡啶环上的羟基容易被取代,而羧基则比较适于碳链的延长,能与多种稀土金属离子形成稳定的螯合物,应用于多种稀土金属性质的研究开发。
近年来吡啶基含氮配体,特别是吡啶基多齿配体作为一类处于软硬路易斯碱之间的在氧化和还原条件下具有较强稳定性的配体,其研究也得到了深入的开展。4-羟基吡啶-2,6-二羧酸作为一种典型的多齿配体,在配位化学方面的应用也越来越广泛。
现有技术的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸制备方法多采用丙酮和草酸二乙酯发生克莱森缩合反应制备。这种方法存在合成工艺复杂,产物收率低,反应时间长和成本较高等缺陷,不适用于大规模工业化生产应用,在一定程度上限制了4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的应用和推广。
因此开发一种工艺简单、收率较高并且反应时间较短、成本低的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸制备方法,对提高4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的产率,降低生产成本,扩大4-羟基吡啶-2,6-二羧酸在生物化学、有机化学、药物化学以及配位化学等领域的推广应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,而提供一种工艺简单、收率较高并且反应时间较短、成本低的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法。
为实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:一种工艺简单、收率较高并且反应时间较短、成本低的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,包括如下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液,充分搅拌。
b、在三口瓶B中按照摩尔比1: 2~2.4预先加入丙酮和草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用。
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到60~80℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入浓盐酸调节PH至中性,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入12mol/L的浓盐酸,所述浓盐酸和步骤b中丙酮摩尔比为0.6~1:1,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,冰水浴条件下搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸,真空干燥备用。
e、将述步骤制得的白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸加入三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加氨水,所述的白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸:氨水摩尔比为1:1~1.5。滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水。
f、向三口瓶C中加入水和活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至PH=1,得白色沉淀后过滤,并用少量冰水洗涤,固体再加水煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥。
优选的,步骤a中所述的冷凝管为氯化钙冷凝管。
优选的,所述的步骤a中乙醇钠和步骤b中丙酮摩尔比为2.1~2.5:1。
优选的,所述的步骤b中丙酮和草酸二甲酯的摩尔比为1:2。
优选的,所述的步骤c中当滴加到三口瓶A中的混合物还剩余25%的时候加热,加热到70℃。
优选的,步骤c中将体系冷却到0~5℃,加入浓盐酸调节PH至中性,在冰水浴条件下进行。
优选的,步骤d中所述浓盐酸和步骤b中丙酮摩尔比为0.72:1。
优选的,步骤e中所述的氨水为氨水含量25%的水溶液。
优选的,步骤e中所述氨水和步骤b中丙酮摩尔比为1.47:1。
优选的,步骤f中所述的得白色沉淀后过滤,当体系降温至0~5℃时进行过滤。
本发明有益效果
(1)、本发明的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液缩合过程中升高温度,加热到60~80℃。可以降低反应混合物的粘度,使其混合均匀,提高了产物的收率。
(2)、本发明的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,在混合物体系中加入浓盐酸,加热反应后冷却到5℃,冰水浴条件下搅拌过滤,防止了中间产物分解发生缩合逆反应。
(3)、本发明的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,工艺简单、收率较高并且反应时间较短、成本低,经济和社会效益显著。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例,实施例不应视作对本发明保护范围的限定。
实验器材:三口瓶:500ml,机械搅拌一套,衬四氟的搅拌桨,回流冷凝管,干燥球,抽滤瓶,布氏漏斗,滴液漏斗,低温循环泵,油浴加热一套等。
试剂:草酸二甲酯、乙醇钠、乙醇、浓盐酸、丙酮、氨水。
实施例1
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,包括以下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液85.1g,充分搅拌。
b、在三口瓶B中预先加入7.12g丙酮和30.5g草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用。
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到70℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入43mL浓盐酸和36g碎冰,调节PH=7,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入50mL浓盐酸,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,滴入150 mL冰水,搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体,真空干燥备用。
e、将述步骤制得的白色针状晶体17.60g加入250ml三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加120mL氨水,滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水。
f、向三口瓶C中加入50mL水,加入活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀,体系降温至0~5℃过滤 ,并用少量冰水洗涤,固体再加入80ml水,煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥,收率91.2%。
实施例2
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,包括以下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液102g,充分搅拌。
b、在三口瓶B中预先加入8.54g丙酮和36.6g草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用。
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到70℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入52mL浓盐酸和40g碎冰,调节PH=7,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入60mL浓盐酸,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,滴入155mL冰水,搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体,真空干燥备用。
e、将述步骤制得的白色针状晶体21.1g加入250ml三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加145mL氨水,滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水。
f、向三口瓶C中加入60mL水,加入活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀,体系降温至0~5℃过滤 ,并用少量冰水洗涤,固体再加入96ml水,煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥,收率92.3%。
实施例3
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,包括以下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液156g,充分搅拌。
b、在三口瓶B中预先加入13.1g丙酮和55.9g草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用。
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到70℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入80mL浓盐酸和66g碎冰,调节PH=7,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入92mL浓盐酸,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,滴入265mL冰水,搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体,真空干燥备用。
e、将述步骤制得的白色针状晶体32.30g加入250ml三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加220mL氨水,滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水。
f、向三口瓶C中加入90mL水,加入活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀,体系降温至0~5℃过滤 ,并用少量冰水洗涤,固体再加入80ml水,煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥,收率90.1%。
对比例1
实验器材:三口瓶:500ml,机械搅拌一套,衬四氟的搅拌桨,回流冷凝管,干燥球,抽滤瓶,布氏漏斗,滴液漏斗,低温循环泵,油浴加热一套等。
试剂:草酸二甲酯、乙醇钠、乙醇、浓盐酸、浓磷酸、丙酮、氨水。
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,与实施例1相比区别在于用浓磷酸替代浓盐酸进行制备,包括以下步骤:
a、在一个带有回流冷凝管和氯化钙干燥管的500m L三颈瓶中,加入20%乙醇钠乙醇溶液85.1g,充分搅拌后 。
b、在另一三口瓶中预先加入丙酮,草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解 ,留作备用。
c、预先混合好的丙酮,草酸二甲酯,乙醇的混合液滴加到乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到混合物还剩余1/4的时候,加热到65℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入50mL浓磷酸和36g碎冰,调PH=7上(以PH=7为准),过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、加入62mL 浓磷酸,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,滴入150ml冰水中,搅拌过滤,并用少量冰水洗涤 ,固体加水加热活性炭脱色 ,趁热过滤后,梯度降温重结晶 ,过滤得白色针状晶体,真空干燥。
e、将述步骤制得的白色针状晶体17.60g加入250ml三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加120mL氨水,滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水。
f、向三口瓶C中加入50mL水,加入活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀,体系降温至0~5℃过滤 ,并用少量冰水洗涤,固体再加入80ml水,煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥,收率83.2%。
对比例2
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,制备方法同实施例1,区别在于步骤c中当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到50℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃时候,自然冷却不实用冰水浴。步骤d和f中的体系冷却降温不实用冰水和冰水浴,采用自然降温。最终产物收率83.6%。
对比例3
实验器材:三口瓶:500ml,机械搅拌一套,衬四氟的搅拌桨,回流冷凝管,干燥球,抽滤瓶,布氏漏斗,滴液漏斗,低温循环泵,油浴加热一套等。
试剂:草酸二甲酯、乙醇钠、乙醇、浓盐酸、丙酮、硝基苯胺。
一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,与实施例1相比区别在于用硝基苯胺替代氨水进行制备,包括以下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液85.1g,充分搅拌。
b、在三口瓶B中预先加入丙酮和草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用。
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到70℃。滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物。将体系冷却到0~5℃,加入43mL浓盐酸和36g碎冰,调节PH=7,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇。
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入50mL浓盐酸,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,滴入150 mL冰水,搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体,真空干燥备用。
e、向250ml三口瓶中加入上述步骤制备的中间体17.60g,将体系降温至0℃左右,开始滴加 30ml 硝基苯胺,滴完后将悬浮液加热室温,搅拌48h,减压除去过量的硝基苯胺 。
f、向三口瓶中加入50mL水,加入活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀,体系降温至0~5℃过滤 ,并用少量冰水洗涤,固体再加入80ml水,煮沸30min ,自然冷却到室温 ,过滤,得白色晶体,真空干燥,收率81.1%。
结果表明:
本发明制备的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法。以丙酮和草酸二乙酯为原料、乙醇钠乙醇溶液为催化剂,采用浓盐酸为环化剂。与对比例1采用浓磷酸作为环化剂,中间产物4-吡喃酮-2,6-二羧酸环化率高,最终产物收率高,详见实施例1-3与对比例1的对比。
本发明的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,在混合物体系中加入浓盐酸,加热反应后冷却到5℃,冰水浴条件下搅拌过滤,防止了中间产物分解发生缩合逆反应。丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液缩合过程中升高温度,加热到60~80℃。可以降低反应混合物的粘度,使其混合均匀,提高了产物的收率。详见实施例1-3与对比例2的对比。
且在反应过程中,使用氨水为主要缩合反应原料,使反应混合物的 pH值在 1,这样有利于提高产物的收率。详见实施例1-3与对比例3的对比。
综上所述,本发明的4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法工艺简单、收率较高并且反应时间较短、成本低。
Claims (10)
1.一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
a、向带有回流冷凝管和干燥管的三口瓶A中,加入20%乙醇钠乙醇溶液,充分搅拌;
b、在三口瓶B中按照摩尔比1:2~2.4预先加入丙酮和草酸二甲酯,室温搅拌下滴加乙醇,至草酸二甲酯刚好完全溶解,留作备用;
c、将三口瓶B中预先混合好的丙酮、草酸二甲酯和乙醇的混合液滴加到三口瓶A的乙醇钠乙醇溶液中,滴加过程中反应混合物逐渐变为黄色,当滴加到三口瓶B中的混合物还剩余25%的时候,加热到60~80℃;滴加结束以后,继续搅拌2h,得黄色粘稠膏状物;将体系冷却到0~5℃,加入浓盐酸调节PH至中性,过滤,滤除没有完全溶解的盐,室温下搅拌过夜,减压蒸除过量的乙醇;
d、向上述步骤制得的混合物体系中加入12mol/L的浓盐酸,所述浓盐酸和步骤b中丙酮摩尔比为0.6~1:1,加热到100℃ ,反应5~10小时,冷却到5℃,冰水浴条件下搅拌过滤,并用少量冰水洗涤,固体加水加热活性炭脱色,趁热过滤后,梯度降温重结晶,过滤得白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸,真空干燥备用;
e、将述步骤制得的白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸加入三口瓶C中,将体系降温至0℃后滴加氨水,所述的白色针状晶体4-吡喃酮-2,6-二羧酸:氨水摩尔比为1:1~1.5;滴完后将悬浮液加热室温,搅拌反应48h,减压除去过量的氨水;
f、向三口瓶C中加入水和活性炭加热脱色,趁热过滤,滤液降温用浓盐酸调节至 PH=1,得白色沉淀后过滤,并用少量冰水洗涤,固体再加水煮沸30min,自然冷却到室温,过滤,得白色晶体,真空干燥。
2.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤a中所述的冷凝管为氯化钙冷凝管。
3.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:所述的步骤a中乙醇钠和步骤b中丙酮摩尔比为2.1~2.5:1。
4.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:所述的步骤b中丙酮和草酸二甲酯的摩尔比为1:2。
5.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:所述的步骤c中当滴加到三口瓶A中的混合物还剩余25%的时候加热,加热到70℃。
6.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤c中将体系冷却到0~5℃,加入浓盐酸调节PH至中性,在冰水浴条件下进行。
7.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤d中所述浓盐酸和步骤b中丙酮摩尔比为0.72:1。
8.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤e中所述的氨水为氨水含量25%的水溶液。
9.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤e中所述氨水和步骤b中丙酮摩尔比为1.47:1。
10.如权利要求1所述的一种4-羟基吡啶-2,6-二羧酸的制备方法,其特征在于:步骤f中所述的得白色沉淀后过滤,当体系降温至0~5℃时进行过滤。
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