CN110511195B - 一种制备泛酸内酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，具体提供一种制备泛酸内酯的方法，包括如下步骤：甲醛和异丁醛在碱催化作用下发生羟醛缩合反应得羟基特戊醛；所得的羟基特戊醛溶于醇类溶剂中，加入催化剂和氢氰酸，反应生成2，4‑二羟基‑3，3‑二甲基丁腈；再加入酸，经酯化反应得2，4‑二羟基‑3，3‑二甲基丁酸酯；最后加入碱中和过量的酸，固液分离得到副产物铵盐，液体经蒸馏、精馏得到DL‑泛酸内酯产品。本发明可大幅度减少废水的产生；不使用有机溶剂萃取产品，节能降耗效果明显；高收率得到高含量的目标产物，大幅降低了生产成本，是一种高效洁净的DL‑泛酸内酯生产方法。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，特别是涉及一种制备泛酸内酯的方法。
背景技术
D-泛醇(Dexpanthenol)是维生素B5的前体，故又称维生素原B5。广泛用于医药、食品、饲料、化妆品行业中。作为同维生素B5在生物体内有相同的代谢过程，在食品行业中，用作营养增补剂和强化剂，促进人体蛋白质、脂肪、糖类的代谢，保持皮肤和粘膜，改善毛发光泽，提高免疫力，防止疾病的发生；在化妆品行业：皮肤上的护理作用表现为深入渗透的保湿剂，刺激上皮细胞的生长，促进伤口愈合，起消炎作用；头发上的护理作用表现为持久的保湿功能，防止头发开叉，受损，增加头发的密度，提高发质的光泽；指甲的护理上表现为改善指甲的水合性，赋予指甲柔韧性。D-泛醇的结构式如下：
D-泛酸又称维生素B5，是辅酶A的组成部分，用于医药、食品及饲料添加剂。是辅酶A的成分，参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢作用，临床用于治疗维生素B缺乏症，周围神经炎，手术后肠绞痛。参与蛋白质、脂肪、糖在体内的新陈代谢。由于泛酸对热、碱、酸均不稳定，其商品形式主要为D-泛酸钙，其结构式如下：
D-泛酸、D-泛醇作为重要的药物、食品添加剂和饲料添加剂，用途广、市场大，特别是D-泛酸钙的需求量很大。生产泛酸钙和泛醇的关键中间体是DL-泛酸内酯(化学名：2-羟基-3，3-二甲基丁酸内酯)，其结构式如下：
DL-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，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；然后蒸馏除水浓缩，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DL-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
此路线的缺点是：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、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DL-泛酸内酯。反应式如下：
此路线的缺点是：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、蒸发去除多余的水、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DL-泛酸内酯。反应式如下：
此路线的缺点是：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。
上述用于制备泛酸内酯的化学方法均存在生产工艺繁琐、产品收率低及能耗高等缺陷，因此，亟需提出了一种更为经济、有效的制备泛酸内酯的方法。
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制备泛酸内酯的方法，用于解决现有技术中泛酸内酯的制备方法生产工艺繁琐、产品收率低及能耗高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制备泛酸内酯的方法，包括如下步骤：
(1)甲醛和异丁醛在碱催化作用下发生羟醛缩合反应，反应结束后蒸出未反应的原料和水，冷却结晶得到羟基特戊醛；
(2)将步骤(1)所得的羟基特戊醛溶于醇类溶剂中，加入催化剂和氢氰酸，经氰醇化反应生成2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈；
(3)向步骤(3)所得2，4-二羟基-3，3-二甲基丁腈加入酸，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，固液分离得到副产铵盐，液体经蒸馏、精馏得到DL-泛酸内酯产品。
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，优选为有机碱或固体碱。有益效果在于：反应温和，固体碱还可以回收重复使用。
进一步，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。
进一步，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
进一步，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，所述氰化酸为气体氢氰酸或液体氢氰酸。
可选地，步骤(2)中，所述催化剂选自氰化物、有机碱、无机强碱、无机弱碱、有机酸盐中的至少一种。
进一步，所述氰化物选自氰化钠、氰化钾中的至少一种。
进一步，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。
进一步，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
进一步，所述多元有机酸盐选自酒石酸、柠檬酸钠盐或者钾盐中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，甲醛与异丁醛的摩尔比为(1.0-1.2):1。有益效果在于：甲醛过量可使价值较高的异丁醛反应更加完全，提高产物收率。
可选地，步骤(2)中，所述氢氰酸与羟基特戊醛的摩尔比为(1.0-1.1):1。有益效果在于：理论上氢氰酸的摩尔比应该与羟基特戊醛相同，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。
可选地，步骤(2)中，所述醇类溶剂为甲醇或乙醇。
可选地，步骤(3)中，所述酸为氯化氢气体、氯化氢醇溶液、浓硫酸或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，本发明的制备泛酸内酯的方法，具有以下有益效果：
本发明可大幅度减少废水的产生；不使用有机溶剂萃取产品，节能降耗效果明显；高收率得到高含量的目标产物，且步骤(4)中液体蒸馏后可将醇蒸出，所得醇可以回收利用，大幅降低了生产成本，是一种高效洁净的DL-泛酸内酯生产方法。
附图说明
图1显示为本发明实施例中DL-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材料和试剂如下：
甲醛：成都科龙试剂厂；三乙胺：成都科龙试剂厂；异丁醛：AR，阿拉丁试剂；甲醇：AR，成都科龙试剂厂；氢氰酸：抚顺顺能化工即产即用；三乙胺：AR，成都科龙试剂厂；
图1显示为实施例1-4中的泛酸内酯的合成流程图。
实施例1
(1)羟基特戊醛制备
向5000mLl四口瓶中加入446g甲醛(质量分数37％，5.5mol)、5.0g催化剂三乙胺，40℃条件下滴加364g异丁醛(质量分数99％，5.0mol)，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。自然冷却温度至60℃，减压蒸出未反应的原料和水，冷却至室温，得到白色固体羟基特戊醛516g(含量94.2％、水份5.1％)，收率95.4％(以异丁醛计)。结晶母液浓缩后套用至下一批反应，更好地利用过量的甲醛、催化剂和溶解的部分产品(羟基特戊醛)，提高收率，降低成本。
(2)DL-泛酸内酯制备
取步骤(1)所得羟基特戊醛54.2g(含量94.2％、水份5.1％，0.5mol)中加入112g甲醇，加入催化剂三乙胺0.5g，缓慢滴加13.9g氢氰酸(质量分数99％，0.51mol)，进行氰醇化反应。反应完毕后，通入氯化氢气体，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25.3g，母液浓缩回收甲醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品61.9g(99.3％)，收率94.6％(以羟基特戊醛计)。
实施例2
DL-泛酸内酯制备
取实施例1步骤(1)中所得羟基特戊醛54.2g(含量94.2％、水份5.1％，0.5mol)中加入112g甲醇，加入催化剂三乙胺0.5g，缓慢滴加15g氢氰酸(质量分数99％，0.55mol)，进行氰醇化反应。反应完毕后，滴加浓硫酸55g(98％，0.55mol)，升温至回流，保温6h。降温、氨气中和至pH＝7，过滤除盐，得到副产物硫酸铵70.6g，母液浓缩回收甲醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品61.7g(98.8％)，收率93.8％(以羟基特戊醛计)。
实施例3
DL-泛酸内酯制备
取实施例1步骤(1)中所得羟基特戊醛54.2g(含量94.2％、水份5.1％，0.5mol)中加入120g乙醇，加入催化剂N,N-二甲基苯胺0.5g，缓慢滴加15g氢氰酸(质量分数99％，0.55mol)，进行氰醇化反应。反应完毕后，滴加氯化氢乙醇溶液40g(氯化氢含量50％，0.55mol)，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25.7g，母液浓缩回收乙醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品63.0g(98.5％)，收率95.5％(以羟基特戊醛计)。
实施例4
DL-泛酸内酯制备
取实施例1步骤(1)中所得羟基特戊醛54.2g(含量94.2％、水份5.1％，0.5mol)中加入120g乙醇，加入催化剂N,N-二甲基苯胺0.5g，缓慢通入氢氰酸合成气287g(质量分数9％，0.55mol)，进行氰醇化反应。反应完毕后，通入氯化氢，升温至回流，保温6h。降温、氨气中和至pH＝7，过滤除盐，得到副产物铵盐24.8g，母液浓缩回收乙醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品61.0g(99.0％)，收率92.9％(以羟基特戊醛计)。
综上所述，本发明可大幅度减少废水的产生；不使用有机溶剂萃取产品，节能降耗效果明显；高收率得到高含量的目标产物，且最后母液蒸馏出的醇可以重新回收利用，大幅降低了生产成本，是一种高效洁净的DL-泛酸内酯生产方法。
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)
1.一种制备泛酸内酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）羟基特戊醛制备：
加入质量分数37%，5.5mol，446g的甲醛、5.0g催化剂三乙胺，40℃条件下滴加质量分数99%，5.0mol，364g，的异丁醛，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，自然冷却温度至60℃，减压蒸出未反应的原料和水，冷却至室温，得到白色固体羟基特戊醛；
（2）DL-泛酸内酯制备，采用以下四种方式中的任意一种：
①取步骤（1）所得羟基特戊醛54.2g，0.5mol，加入112g甲醇，加入催化剂三乙胺0.5g，缓慢滴加质量分数为99%，0.51mol，13.9g的氢氰酸，进行氰醇化反应，反应完毕后，通入氯化氢气体，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，母液浓缩回收甲醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品；
②取步骤（1）中所得羟基特戊醛54.2g，0.5mol，加入112g甲醇，加入催化剂三乙胺0.5g，缓慢滴加质量分数99%，0.55mol，15g的氢氰酸，进行氰醇化反应，反应完毕后，滴加浓硫酸55g，98%，0.55mol，升温至回流，保温6h，降温、氨气中和至pH=7，过滤除盐，得到副产物硫酸铵，母液浓缩回收甲醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品；
③取步骤（1）中所得羟基特戊醛54.2g，0.5mol，加入120g乙醇，加入催化剂N,N-二甲基苯胺0.5g，缓慢滴加质量分数99%，0.55mol，15g的氢氰酸，进行氰醇化反应，反应完毕后，滴加氯化氢乙醇溶液40g，氯化氢含量50%，0.55mol，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，母液浓缩回收乙醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品；
④取步骤（1）中所得羟基特戊醛54.2g，0.5mol，加入120g乙醇，加入催化剂N,N-二甲基苯胺0.5g，缓慢通入氢氰酸合成气287g，质量分数9%，0.55mol，进行氰醇化反应，反应完毕后，通入氯化氢，升温至回流，保温6h，降温、氨气中和至pH=7，过滤除盐，得到副产物铵盐，母液浓缩回收乙醇，精馏得到DL-泛酸内酯产品。
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