CN110498781B - 一种d,l-泛酸内酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，具体提供一种D,L‑泛酸内酯的合成方法，包括如下步骤：包括如下步骤：多聚甲醛和异丁醛在醇类溶剂、碱性催化剂作用下发生羟醛缩合反应，反应液不经分离直接用于下一步；加入氢氰酸，反应生成2，4‑二羟基‑3，3‑二甲基丁腈；2，4‑二羟基‑3，3‑二甲基丁腈在酸性条件下经酯化反应得2，4‑二羟基‑3，3‑二甲基丁酸酯；加入碱中和过量的酸，固液分离得到副产物铵盐；液体蒸出醇回收利用，精馏得到D,L‑泛酸内酯产品。采用本方法制备D,L‑泛酸内酯能够得到高含量、高收率的目标产物，减少酸碱的用量，不使用有机溶剂萃取产品，大幅度减少废水的产生，节能环保，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，特别是涉及一种D,L-泛酸内酯的合成方法。
背景技术D-泛酸钙，或称右旋泛酸钙，维生素B5，其化学名称为D-(+)-N-(2,4-二羟基-3,3-二甲基丁酰)-β-氨基丙酸钙，为白色或微黄色结晶粉末，是一种重要的食品、饲料添加剂。制备D-泛酸钙的主要途径是以D,L-泛酸内酯经生物或化学拆分得到D-泛酸内酯，然后与β-氨基丙酸反应制得D-泛解酸，钙化制备D-泛酸钙。
D,L-泛酸内酯(化学名：2-羟基-3，3-二甲基丁酸内酯)的结构式如下：
D,L-泛酸内酯的主要生产方法有以下几种：
一、异丁醛、乙醛酸法
乙醛酸和异丁醛在NaOH的水溶液中进行羟醛缩合反应时；反应结束后加热升温，待反应一段时间后再加入乙醛酸(或者甲醛)和氢氧化钠进行歧化反应几个小时；反应后的反应液经过减压蒸出适量的水份，剩下的反应液用有机溶剂进行萃取2,4-二羟基-3,3-二甲基丁酸钠；根据反应液的酸碱性用浓盐酸调pH值至2-3，升温回流进行中和反应；然后蒸溜去水浓缩，过滤掉结晶出来的NaCl；母液中的有机溶剂通过蒸发去除后，可得粗品D,L-泛酸内酯，精制后得到产品。反应式如下：
(1)羟醛缩合反应
(2)歧化反应
或：
(3)内酯化反应
此方法的缺点是：1)使用比较贵的乙醛酸为原料且消耗大；2)消耗大量的碱和酸并副产大量的盐，废水处理成本高、难度大；3)需要加有机溶剂萃取，操作繁琐、成本高。
二、异丁醛、羟基乙腈法
异丁醛和羟基乙腈溶液进行滴加反应，该反应需要在碱性催化剂存在下才能顺利进行，加热升温并保温数小时使反应完全，所得反应液加入无机酸进行水解，过量的酸用碱进行中和处理，蒸发去除多余水份、浓缩到盐类结晶后过滤除去，再用有机溶剂进行萃取、精馏得到D,L-泛酸内酯。反应式如下：
此方法的缺点是：1)羟基乙腈在碱性条件下易分解和聚合，造成其消耗高，反应液颜色深，废水处理难度大；2)需要加有机溶剂萃取，操作繁琐、成本高。
三、异丁醛、甲醛、氢氰酸法
甲醛和异丁醛在碱性催化剂作用下进行羟醛缩合反应，缩合完成后加入氢氰酸，在工艺温度下进行氰醇化反应，反应完毕后加入硫酸(或者盐酸)进行回流水解，水解完毕后中和、蒸发去除多余水份、浓缩到盐类结晶后过滤除去，再用有机溶剂(乙酸乙酯)进行萃取、精馏得到D,L-泛酸内酯。反应式如下：
此方法的缺点是：1)羟基特戊醛水溶性差，导致氰化反应须在较高温度下大量水中进行，废水量大，蒸发能耗高；2)产品使用大量乙酸乙酯萃取(5吨/吨)，回收能耗高且乙酸乙酯在水中溶解度大(8.3g/100g水)，溶剂损失大，废水难处理，不利于环境保护。
因此，研发绿色环保、操作简便且成本低的D,L-泛酸内酯合成方法，对于D-泛酸钙的绿色工业化生产具有重要意义。为此提出本发明。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种D,L-泛酸内酯的合成方法，用于解决现有技术中泛酸内酯的制备方法产品收率低、废水难处理、生产成本高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种D,L-泛酸内酯的合成方法，包括如下步骤：
(1)多聚甲醛和异丁醛在醇类溶剂、碱性催化剂作用下发生羟醛缩合反应，反应液不经分离直接用于下一步；
(2)将步骤(1)所得的羟基特戊醛溶液中，加入氢氰酸，反应生成2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈；
(3)步骤(2)所得2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈在酸性条件下经酯化反应得2，4-二羟基-3，3-二甲基丁酸酯；
(4)向步骤(3)所得反应液中加入碱中和过量的酸，固液分离得到副产物铵盐；液体蒸出醇回收利用，精馏得到D,L-泛酸内酯产品。
可选地，步骤(1)中，所述聚甲醛与异丁醛的摩尔比为(1.0-1.2):1。本反应中，聚甲醛过量可使成本较高的异丁醛反应更加完全。
可选地，步骤(2)中，所述氢氰酸与异丁醛的摩尔比为(1.0-1.1):1。理论上氢氰酸的摩尔比应该与异丁醛相同，但氢氰酸过量可以保证反应完全，氢氰酸量不足会导致氰醇反应不完全，产物收率降低，成本增加。
可选地，步骤(1)中，所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述碱选自有机碱、无机碱或固体碱中的至少一种。
优选地，所述有机碱选自三乙胺、吡啶、N，N-二甲基苯胺中的至少一种。
优选地，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
优选地，所述固体碱选自三氧化铝、氧化铁中的至少一种。
可选地，步骤(2)中，所述氢氰酸为气体氢氰酸或液体氢氰酸。
可选地，步骤(2)中，所述碱性催化剂选自氰化物、有机碱、无机强碱、无机弱碱、多元有机酸盐中的至少一种。
优选地，所述氰化物选自氰化钠、氰化钾中的至少一种。
优选地，所述有机碱选自三乙胺、吡啶、N，N-二甲基苯胺中的至少一种。
优选地，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
优选地，所述无机弱碱选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。
优选地，所述多元有机酸盐选自酒石酸、柠檬酸钠盐或者钾盐的至少一种。
可选地，步骤(3中)，所述酸选自氯化氢气体、氯化氢醇溶液、浓硫酸、发烟硫酸中的至少一种。
可选地，步骤(4)中，所述碱选自氨气或液氨中的至少一种。
本发明所涉及的化学反应的反应方程式如下：
如上所述，本发明的D,L-泛酸内酯的合成方法，具有以下有益效果：采用本方法制备D,L-泛酸内酯能够得到高含量、高收率的目标产物，不需要使用有机溶剂来萃取产品，可大幅度减少废水的产生，节能环保，降低生产成本。同时，步骤(1)中的反应液可不经分离直接用于下一步，减少了操作步骤，简化了生产工艺，且步骤(4)所得醇可以回收利用，减少了原料的消耗量，也降低了生产成本。
附图说明
图1显示为本发明实施例中D,L-泛酸内酯的合成流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
以下实施例中采用的试剂如下：
多聚甲醛：AR，Sigma-Aldrich；三乙胺：AR，成都科龙化工试剂厂；异丁醛：AR，成都华夏试剂有限公司；甲醇：AR，成都科龙化工试剂厂；氢氰酸：四川禾邦即产即用；N，N-二甲基苯胺：AR，成都科龙化工试剂厂；硫酸：AR，成都科龙化工试剂厂；正丁醇：AR，成都科龙化工试剂厂。
图1显示为实施例1-3中的D,L-泛酸内酯的合成流程图。
实施例1
(1)羟基特戊醛制备
向500ml四口瓶中加入17.2g多聚甲醛(质量分数95％，0.55mol)、0.5g催化剂三乙胺，甲醇115g，水浴恒温，40℃条件下滴加36.4g异丁醛(质量分数99％，0.50mol)，控制温度1小时内加完，边加热边搅拌，当温度达到94℃时，反应结束，反应液不经处理直接用于下一步。
(2)D,L-泛酸内酯制备
向(1)所得羟基特戊醛甲醇溶液中缓慢滴加15g氢氰酸(质量分数99％，0.55mol)，进行氰醇反应。反应完毕后，通入盐酸气体，升温至回流，保温6h。降温、氨气中和至pH＝7,过滤除盐，得到副产物氯化铵25.0g，母液浓缩回收甲醇，精馏得到D,L-泛酸内酯产品60.2g(99.2％)，收率91.9％(以异丁醛计)。
实施例2
(1)羟基特戊醛制备
向500ml四口瓶中加入17.3g多聚甲醛(质量分数95％，0.55mol)、0.5g催化剂氢氧化钾，乙醇115g，40℃条件下滴加36.4g异丁醛(质量分数99％，0.50mol)，控制温度1小时内加完，边加热边搅拌，当温度达到94℃时，反应结束，反应液不经处理直接用于下一步。
(2)D,L-泛酸内酯制备
向(1)所得羟基特戊醛乙醇溶液中缓慢通入氢氰酸合成气150g(质量分数9％，0.50mol)，进行氰醇反应。反应完毕后，加入浓硫酸65g(质量分数98％，0.65mol)，升温至回流，保温6h。降温、通入氨气中和至pH＝7，过滤除盐，得到副产物硫酸铵82.3g，母液浓缩回收乙醇，精馏得到D,L-泛酸内酯产品58.5g(98.5％)，收率88.7％(以异丁醛计)。
实施例3
(1)羟基特戊醛制备
向500ml四口瓶中加入18.9g聚甲醛(质量分数95％，0.60mol)、0.5g催化剂N,N-二甲基苯胺，正丁醇120g，40℃条件下滴加36.4g异丁醛(质量分数99％，0.50mol)，控制温度1小时内加完，边加热边搅拌，当温度达到100℃时，反应结束，反应液不经处理直接用于下一步。
(2)D,L-泛酸内酯制备
向(1)所得羟基特戊醛正丁醇溶液中滴加液体氢氰酸14.5g(质量分数99％，0.53mol)，进行氰醇化反应。反应完毕后，加入浓硫酸65g(质量分数98％，0.65mol)，升温至回流，保温6h。降温、加入液氨中和至pH＝7，过滤除盐，得到副产物硫酸铵81.0g，母液浓缩回收乙醇，精馏得到D,L-泛酸内酯产品60.8g(99.0％)，收率92.5％(以异丁醛计)。
综上所述，采用本方法制备D,L-泛酸内酯能够得到高含量、高收率的目标产物，不需要使用有机溶剂来萃取产品，可大幅度减少废水的产生，节能环保，降低生产成本。同时，步骤(1)中的反应液可不经分离直接用于下一步，减少了操作步骤，简化了生产工艺，且步骤(4)所得醇可以回收利用，减少了原料的消耗量，也降低了生产成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种D,L-泛酸内酯的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）多聚甲醛和异丁醛在醇类溶剂、碱性催化剂作用下发生羟醛缩合反应，反应液不经分离直接用于下一步；所述碱性催化剂选自氰化物、有机碱、多元有机酸盐中的至少一种，所述氰化物选自氰化钠、氰化钾中的至少一种，所述有机碱选自三乙胺、N，N-二甲基苯胺中的至少一种，所述多元有机酸盐选自酒石酸、柠檬酸钠盐或者钾盐的至少一种；所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇中的至少一种；所述多聚甲醛与异丁醛的摩尔比为（1.0-1.2）:1；
（2）将步骤（1）所得的羟基特戊醛溶液中，加入氢氰酸，反应生成2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈；所述氢氰酸为气体氢氰酸或液体氢氰酸；所述氢氰酸与异丁醛的摩尔比为（1.0-1.1）:1；
（3）步骤（2）所得2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈在酸性条件下经酯化反应得2，4-二羟基-3，3-二甲基丁酸酯；所述酸选自氯化氢气体、氯化氢醇溶液、浓硫酸、发烟硫酸中的至少一种；
（4）向步骤（3）所得反应液中加入碱中和过量的酸，固液分离得到副产物铵盐；液体蒸出醇回收利用，精馏得到D,L-泛酸内酯产品；所述碱选自氨气或液氨中的至少一种。
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