CN111056971A - 一种2-羟基羧酸酯的合成方法 - Google Patents

一种2-羟基羧酸酯的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机合成技术领域，具体提供一种2‑羟基羧酸酯的生产方法，包括如下步骤：(1)氰化氢与醛或酮在催化剂作用下生成2‑羟基腈；(2)向步骤(1)所得2‑羟基腈中加入醇和酸，酯化反应生成2‑羟基羧酸酯，并副产铵盐；(3)将步骤(2)所得反应液中加入碱中和过量的酸，过滤除去副产铵盐，回收过量的醇，精馏得到2‑羟基羧酸酯产品。本发明使用廉价易得的醛(酮)、氰化氢、醇、酸为原料直接合成2‑羟基羧酸酯，操作过程简单、能耗低，可大幅度减少废水的产生；且目标产物收率高、品质好，大幅降低了生产成本。

Description

一种2-羟基羧酸酯的合成方法
技术领域
本发明涉及有机合成领域，特别是涉及一种2-羟基羧酸酯的合成方法。
背景技术
2-羟基羧酸酯是分子内同时含有羟基和酯基的双官能团化合物，羟基可以转化成氨基、卤代物，分子内脱水可生成丙烯酸酯类化合物，酯基可衍生为羧酸、酰氯、酰胺，还可还原为邻二醇。因此，2-羟基羧酸酯在医药农药及精细化学品中有着广泛的应用。如：1，2-戊二醇不但可用于作为合成杀菌剂丙环唑的中间体和化妆品配方，还是生产聚酯纤维、表面活性剂、医药等产品的重要原料，其主要生产方法就是用2-羟基戊酸甲酯加氢还原而得，1,2-戊二醇的合成的化学反应式如下所示：
Figure BDA0002335854460000011
还可催化氨化得到2-氨基酰胺，如2-羟基丙酸甲酯催化氨化可直接得到2-氨基丙酰胺(Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,11197-11201)，其合成反应式如下：
Figure BDA0002335854460000012
2-羟基羧酸酯得合成方法比较多，常见的有以下几种：
一、2-羟基酸酯化法
如2-羟基乙酸酯、2-羟基丙酸酯等，一般都是由相应得酸与醇在催化剂存在下直接酯化得到，或者由羟基乙酸盐、羟基丙酸盐与氯化物合成，此法原料易得，易工业化。反应式如下：
Figure BDA0002335854460000013
但是由于2位羟基活性高，在催化剂存在下，常发生分子间聚合、分子间(内)脱水等副反应，造成收率低、杂质多、纯度低等问题。
二、2-羟基腈水解酯化法
以2-羟基腈为原料，在酸性条件下水解成羟基酸，再与醇在催化剂作用下酯化得到2-羟基酸酯，其反应式如下所示。此法同样存在操作复杂、杂质多、收率低等问题。
Figure BDA0002335854460000021
三、Pinner法
2-羟基腈与氯化氢、等摩尔的醇首先生成Pinner盐，再与过量的醇进行醇解生成原酯，再水解得到2-羟基酸酯，其反应式如下所示。此法放热量大，需要低温反应，并需要大量的非极性溶剂。
Figure BDA0002335854460000022
四、2-羟基腈直接酯化法
为克服上述方法的缺点，公开号为CN106365957A的中国发明专利报道了一种以2-羟基戊腈直接合成2-羟基戊酸甲酯酯的方法：将2-羟基腈、醇和无机酸(盐酸、磷酸、硫酸等)加热反应，反应结束后分去产物中的水相，精馏得到2-羟基戊酸甲酯产品。此法操作简单，能耗低，但因为反应体系中采用了大量的含水无机酸而导致反应产物水分含量高，需要通过分离水相的方式得到2-羟基戊酸甲酯，但在这过程中2-羟基戊酸甲酯容易分解为2-羟基戊酸，进而造成产品收率降低，还会产生大量的废水(以2-羟基戊腈计：盐酸法收率为64.77％；硫酸法收率为65.34％；磷酸法收率为65.75％)。
综上所述，上述用于合成2-羟基羧酸酯的方法均存在生产工艺繁琐、杂质多、产品收率低、废水多、能耗高及成本高等缺陷，因此，亟需提出了一种更为经济、有效的2-羟基羧酸酯的生产方法。
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2-羟基羧酸酯的生产方法，用于解决现有技术中的2-羟基羧酸酯合成方法生产工艺繁琐、产品收率低、废水多、能耗高及成本高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种2-羟基羧酸酯的生产方法，包括如下步骤：
(1)氰化氢与醛或酮在催化剂作用下生成2-羟基腈；
(2)向步骤(1)所得2-羟基腈中加入醇和酸，酯化反应生成2-羟基羧酸酯，并副产铵盐；
(3)将步骤(2)所得反应液中加入碱，中和过量的酸，过滤除去副产铵盐，回收过量的醇，精馏得到2-羟基羧酸酯产品。
可选地，步骤(1)中，所述醛选自芳香醛、脂肪醛中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述酮选自开链酮、环酮中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述氰化氢选自气体氢氰酸、液体氢氰酸中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述催化剂选自有机碱、氰化物、无机碱、多元有机酸盐中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，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。
可选地，步骤(1)中，所述氰化物选自氰化钠、氰化钾中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述无机碱选自无机强碱、无机弱碱中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
可选地，步骤(1)中，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。
可选地，步骤(1)中，所述多元有机酸盐选自酒石酸、柠檬酸钠盐、钾盐的至少一种。
可选地，步骤(1)中，所述催化剂的摩尔用量为醛或酮的摩尔用量的0.1-2.0％。
可选地，步骤(1)中，所述氰化氢与醛或酮的摩尔比为(1.0-1.1):1。氰化氢过量可使醛或酮反应完全，提高2-羟基腈的产率，而过量的氰化氢可回收再利用。
可选地，步骤(1)的反应在无溶剂条件下进行，或在溶剂中进行，优选在溶剂条件下进行。
可选地，步骤(1)的反应在溶剂中进行时，所述溶剂与步骤(2)酯化反应所用的醇相同。
可选地，步骤(2)中，所述醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种。
可选地，步骤(2)中，所述酸选自氯化氢、浓硫酸、氯化氢的醇溶液中的至少一种。
可选地，步骤(2)中，所述2-羟基腈与醇的摩尔比为(1.0-1.1):1；优选为(1.0-1.05)：1。
可选地，步骤(3)中，所述碱选自氨气、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：
Figure BDA0002335854460000041
如上所述，本发明的2-羟基羧酸酯的生产方法，具有以下有益效果：本发明使用廉价易得的醛(酮)、氰化氢、醇、酸为原料直接合成2-羟基羧酸酯，操作过程简单、能耗低；同时本发明采用不含水的酸或酸的醇溶液作为酯化反应的催化剂，可大幅度减少废水的产生，并提高目标产物收率和品质，从而大幅度降低生产成本，本发明是一种高效洁净的2-羟基羧酸酯合成方法。
附图说明
图1显示为本发明实施例中3-羟基羧酸酯的合成流程图。
图2显示为本发明实施例1中的气相色谱图。
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：
正丙醛、正丁醛、正戊醛、异丁醛、环己酮、苯甲醛、邻氯苯甲醛、对羟基苯甲醛、间甲基苯甲醛：上海麦克林生化科技有限公司，AR；氢氰酸：重庆紫光国际化工股份有限公司即产即用；三乙胺：成都科龙化工化工试剂厂，AR；无水甲醇：成都科龙化工化工试剂厂，AR。
图1显示为以下实施例中的3-羟基羧酸酯的合成流程图。
实施例1
(1)、取58g正丙醛(1mol)和0.5g三乙胺加入四口瓶中，在搅拌下，温度15-25℃，通入29g氢氰酸气体(1.01mol)。完毕后，在15-20℃下保温1h后，得到2-羟基丁腈反应液。
(2)、向步骤(1)的反应液中加入97g无水甲醇(3mol)，常温下通入盐酸气体，然后升温至80-90℃，反应5-6小时，取样中控分析，GC分析2-羟基丁腈含量小于1％时，停止反应。
(3)、将步骤(2)所得的反应液降温至50-60℃，用氨中和至pH＝6.5-7。再降温至室温，过滤除盐，盐用甲醇洗涤三次(每次10mL)，合并滤液和洗涤液，减压精馏分别得到甲醇和2-羟基丁酸甲酯。得到的2-羟基丁酸甲酯质量为109.0g，经气相色谱检测含量为99.7％(气相色谱结果如图2和表1所示)，收率92.1％(以正丙醛计)。
表1
Figure BDA0002335854460000051
参照实施例1的方法，采用表2中所列的醛/酮，进行实施例2-9，合成如表2所示的2-羟基羧酸酯产品，其含量和收率如表2所示。
表2
Figure BDA0002335854460000052
Figure BDA0002335854460000061
实施例10
本实施例中的步骤(2)中的氯化氢气体用硫酸代替，其他参数和步骤同实施例1，得产品107.6g，含量99.5％，收率90.7％。
实施例11
本实施例中的步骤(2)中的氯化氢气体采用氯化氢的甲醇溶液代替(氯化氢气体通入甲醇中，直到饱和为止，得到的即为氯化氢的甲醇溶液)，其他参数和步骤同实施例1，得产品109.9g，含量99.3％，收率92.5％。
综上所述，本发明使用廉价易得的醛(酮)、氰化氢、醇、酸为原料直接合成2-羟基羧酸酯，操作过程简单、能耗低，可大幅度减少废水的产生；且目标产物收率高、品质好，大幅降低了生产成本，是一种高效洁净的2-羟基羧酸酯合成方法。
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 (10)

1.一种2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)氰化氢与醛或酮在催化剂作用下生成2-羟基腈；
(2)向步骤(1)所得2-羟基腈中加入醇和酸，酯化反应生成2-羟基羧酸酯，并副产铵盐；
(3)将步骤(2)所得反应液中加入碱，中和过量的酸，过滤除去副产铵盐，回收过量的醇，精馏得到2-羟基羧酸酯产品。
2.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述醛选自芳香醛、脂肪醛中的至少一种；
和/或，步骤(1)中，所述酮选自开链酮、环酮中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述醛选自芳香醛、脂肪醛中的至少一种；
和/或，步骤(1)中，所述酮选自开链酮、环酮中的至少一种；
和/或，步骤(1)中，所述氰化氢选自气体氢氰酸、液体氢氰酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述催化剂选自有机碱、氰化物、无机碱或多元有机酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：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；
和/或，所述氰化物选自氰化钠、氰化钾中的至少一种；
和/或，所述无机碱选自无机强碱、无机弱碱中的至少一种；
和/或，所述多元有机酸盐选自酒石酸、柠檬酸钠盐、钾盐的至少一种。
6.根据权利要求5所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
和/或，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。
7.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述催化剂的摩尔用量为醛或酮的摩尔用量的0.1-2.0％；
和/或，步骤(1)中，所述氰化氢与醛或酮的摩尔比为(1.0-1.1):1；
和/或，步骤(2)中，所述2-羟基腈与醇的摩尔比为(1.0-1.1):1；优选为(1.0-1.05)：1。
8.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)的反应在无溶剂条件下进行，或在溶剂中进行，优选在溶剂中进行。
9.根据权利要求8所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(1)的反应在溶剂中进行时，所述溶剂与步骤(2)酯化反应所用的醇相同。
10.根据权利要求1所述的2-羟基羧酸酯的生产方法，其特征在于：步骤(2)中，所述醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种；
和/或，步骤(2)中，所述酸选自氯化氢、浓硫酸、氯化氢的醇溶液中的至少一种；
和/或，步骤(3)中，所述碱选自氨气、液氨中的至少一种。
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