CN111393331A - 一种胍基乙酸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种胍基乙酸的制备方法，本发明选用乙醇胺和单氰胺作为胍基乙酸的制备原料，通过乙醇胺与单氰胺反应先获得胍基乙醇，再用TEMPO对获得的胍基乙醇进行催化，获得胍基乙酸粗品，然后用乙醇对胍基乙酸粗品进行提纯，获得胍基乙酸精品。本发明的胍基乙酸的制备方法在胍基乙酸的制备过程中几乎无副反应发生，从而降低胍基乙酸制备过程中副产物的生成，使得胍基乙酸粗品提纯工艺难度降低。同时，由于整个反应过程基本无副反应，从而提高了原材料的利用率，降低了胍基乙酸的制备成本，并且，采用该方法制备的胍基乙酸的纯度也较高。

Description

一种胍基乙酸的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种胍基乙酸的制备方法。
背景技术
胍基乙酸为白色或微黄色结晶性粉末，可溶于水，极微溶于乙醇和乙醚。胍基乙酸主要用于医药有机合成中间体，也可作为食品和饲料添加剂，对提高生产性能、改善肉质和促进能量代谢等方面具有重要作用，此外还可以防止细菌感染，增强动物免疫功能，减低热应激对动物的影响，从而减少动物在高温环境下的死亡率。
据有关文献报道胍基乙酸主要生产工艺为：将硫脲、溴乙烷及无水乙醇混合，于水浴温热3h，使硫脲全部溶解。然后减压蒸出乙醇及过量溴乙烷，使残留物结晶，干燥，得S-乙基硫脲氢溴酸盐。再将氢氧化钠溶液加入所得的S-乙基硫脲氢溴酸盐中，冷却下，迅速加入甘氨酸和水配成的热溶液。结晶后加入乙醚，放置过夜，将混合物在冰浴中冷却2h，分出乙醚层。吸滤，依次用冰水、乙醇、乙醚洗涤，晾干即得成品。这种方法合成路线长，耗时，收率低，品质差，且存在过量溴乙烷和乙醇回收问题，不适宜大工业生产。
基于此，专利申请号：CN201610061149.X，发明创造名称为“一种高纯度高收率胍基乙酸的合成方法”提供了一种胍基乙酸的制备方法，该制备方法以甘氨酸和单氰胺为原料进行制备，通过甘氨酸与单氰胺直接反应获得胍基乙酸，简化了胍基乙酸的生产工艺，但是该制备方法还存在以下问题：
(1)副反应多从而导致胍基乙酸中的副产物多，一方面增加了胍基乙酸粗品提纯的难度，另一方面导致原材料甘氨酸和单氰胺的利用率低，增加了胍基乙酸的成本增加。
(2)在对胍基乙酸粗产品提纯的过程中，提纯过程不仅复杂，同时的提纯过程使用的溶剂对环境和人体的危害都比价大。
基于此，如何降低胍基乙酸制备过程中副产物的生成、提高原材料利用率，从而降低胍基乙酸的生产成本和提供一种更为环保的胍基乙酸的制备方法成为现阶段该领域技术人员的重点研究内容。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种生产周期短、反应条件温和、三废较少、原材料利用率高的胍基乙酸的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种胍基乙酸的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：将乙醇胺和溶剂按质量比1:(0.4-1)加入到反应器中，并搅拌升温至40-70℃；
步骤S2：当步骤S1升温完成后在搅拌的条件下往反应器中缓慢滴加单氰胺水溶液，滴加完后继续搅拌并在该温度下反应2-4h，获得胍基乙醇；
步骤S3：往所述步骤S2获得的胍基乙醇的反应器中加入作为催化剂的TEMPO，然后继续搅拌并在该温度下继续反应1-2h，反应结束后趁热过滤获得胍基乙酸粗品；
步骤S4：用乙醇溶液对所述步骤S3获得的未冷却的胍基乙酸粗品进行重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
优选地，所述步骤S1中的溶剂为去离子水。
优选地，所述单氰胺水溶液中的单氰胺的质量与水的体积比为0.4-0.6。
优选地，所述步骤S4中的乙醇水溶液中乙醇的体积比为95％。
优选地，述乙醇胺和单氰胺的摩尔比为(1-1.1):1，所述乙醇胺与TEMPO的重量比为1:(0.02-0.3)。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
(1)该制备方法是一种工艺较简单、生产成本较低、原材料利用率高的胍基乙酸的制备方法。
(2)现有技术选用甘氨酸来生成胍基乙酸，在合成胍基乙酸的过程中，除了甘氨酸与胍基乙酸发生的主反应外，还有其它的副反应，比如液氨在水中形成的氨水与甘氨酸中的羧基反应、甘氨酸中的羧基与单氰胺中氨基反应，从而导致胍基乙酸中的副产物增加。本申请人将理论和实际相结合，通过对合成胍基乙酸的原材料筛选以及对胍基乙酸合成步骤的设计，本发明的条件下用乙醇胺与单氰胺反应制备胍基乙酸，反应体系中的乙醇胺中的羟基不与单氰胺中的氨基和碳氮三键反应，因此，乙醇胺与单氰胺发生加成反应合成胍基乙酸时，只有乙醇胺中的氨基与单氰胺中的碳氮三键反应从而获得胍基乙醇，提高了原材料乙醇胺和单氢胺的利用率，降低了胍基乙酸的制备成本。同时，由于获得胍基乙醇中无其它副产物，促使通过TEMPO催化胍基乙醇获得的胍基乙酸的纯度提高，从而降低了胍基乙酸的提纯工艺难度，进一步降低胍基乙酸的制备成本。
(3)本发明用去离子水作为溶剂，用TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)将胍基乙醇氧化为胍基乙酸，由于胍基乙酸在水中发生自凝聚，导致其溶解性降低析出胍基乙酸结晶，导致催化反应体系中胍基乙酸的浓度降低，促使整个催化反应朝正反应方向移动，极大提高反应效率。此外，TEMPO只是定向将醇羟基氧化为羧酸，不促进其它的基团(如氨基等)发生反应，从而避免反应体中的副产物的生成。
(4)本发明通过催化剂TEMPO催化胍基乙醇制得的胍基乙酸粗品趁热过滤，该步骤充分利用由于胍基乙酸在水溶液中发生自凝聚导致其溶解性极低来分离胍基乙酸和催化剂TEMPO，有利于后续胍基乙酸的提纯和TEMPO回收。此外，本发明用乙醇水溶液来制取胍基乙酸精品时，是将未冷却的胍基乙酸粗品加入到乙醇水溶液中，通过热量的传递使得乙醇水溶液的温度升高，从而增加胍基乙酸粗品中的少量杂质在乙醇水溶液中的溶解度，最终提高胍基乙酸的纯度。
(5)本发明同时还对胍基乙酸合成过程中的温度进行限定，一方面避免温度过高引起单氰胺挥发和聚合，造成环境污染和原材料利用率降低；另一方面避免温度过低导致整个胍基乙酸合成反应的速率降低，造成胍基乙酸产率低、生产成本高的问题。
(6)本发明中用于胍基乙酸粗品提取的乙醇和TEMPO均可回收重复使用，进一步减低了胍基乙酸的制备成本。
附图说明
图1为本发明中乙醇胺和单氰胺合成胍基乙酸机理图。
具体实施方式
乙醇回收：
本发明中胍基乙酸提纯后的废液中的乙醇通过将废液加热至50-60℃进行真空浓缩，冷却回收的乙醇继续用于胍基乙酸粗品的提纯。
TEMPO回收：
本发明利用TEMPO可溶于乙酸乙酯且乙酸乙酯难溶于水的特性，往乙醇回收后的废液中加入乙酸乙酯，然后经过萃取分离获得含有TEMPO的乙酸乙酯，最后经过碱液蒸馏后获得TEMPO，并将获得的TEMPO的继续用于胍基乙醇的催化。
实施例：
下面结合实施例对本发明的技术方案进一步进行清楚、完整地描述，其中，本发明实施例所用原材料均为市售，下述实施例中的胍基乙酸的合成机理如图1所示。下述实施例中实施例1-3为实验室胍基乙酸的制备，实施例4为工业化胍基乙酸的制备。
实施例1
一种胍基乙酸的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将50g克乙醇胺和20g的水加入到反应器中，并搅拌升温至40℃。
步骤2：在步骤1升温完成后，往反应器中加入单氰胺的质量与水的体积比为0.4的单氰胺水溶液80g，待单氰胺水溶液滴加完后继续搅拌并在该温度下反应2h，获得胍基乙醇。
步骤3：往步骤2获得的胍基乙醇的反应釜中加入1g的催化剂TEMPO，继续搅拌并在该温度下继续反应1h，趁热过滤后获得胍基乙酸的粗品。
步骤4：将步骤3获得的胍基乙酸粗品在未冷却时溶于体积比为95％的乙醇水溶液中，胍基乙酸粗品在乙醇水溶液中重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
本实施例中胍基乙酸的收率为92.2％，胍基乙酸精品中的胍基乙酸的含量为99.2％。
实施例2
一种胍基乙酸的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将50g克乙醇胺和50g的水加入到反应器中，并搅拌升温至70℃。
步骤2：在步骤1升温完成后，往反应器中加入单氰胺的质量与水的体积比为0.6的单氰胺水溶液55g，待单氰胺水溶液滴加完后继续搅拌并在该温度下反应4h，获得胍基乙醇。
步骤3：往步骤2获得的胍基乙醇的反应釜中加入15g的催化剂TEMPO，继续搅拌并在该温度下继续反应2h，趁热过滤后获得胍基乙酸的粗品。
步骤4：将步骤3获得的胍基乙酸粗品在未冷却时溶于体积比为95％的乙醇水溶液中，胍基乙酸粗品在乙醇水溶液中重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
本实施例中胍基乙酸的收率为93.3％，胍基乙酸精品中的胍基乙酸的含量为99.5％。
实施例3
一种胍基乙酸的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将50g克乙醇胺和35g的水加入到反应器中，并搅拌升温至50℃。
步骤2：在步骤1升温完成后，往反应器中加入单氰胺的质量与水的体积比为0.5的单氰胺水溶液65g，待单氰胺水溶液滴加完后继续搅拌并在该温度下反应2h，获得胍基乙醇。
步骤3：往步骤2获得的胍基乙醇的反应釜中加入10g的催化剂TEMPO，继续搅拌并在该温度下继续反应2h，趁热过滤后获得胍基乙酸的粗品。
步骤4：将步骤3获得的胍基乙酸粗品在未冷却时溶于体积比为95％的乙醇水溶液中，胍基乙酸粗品在乙醇水溶液中重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
本实施例中胍基乙酸的收率为95.2％，胍基乙酸精品中的胍基乙酸的含量为99.8％。
实施例4
在上述实施例1-3的实验室研究的基础上，将胍基乙酸进行工业化生产，具体包括以下步骤：
步骤1：将100kg克乙醇胺和70kg的水加入到反应器中，并搅拌升温至55℃。
步骤2：在步骤1升温完成后，往反应器中加入单氰胺的质量与水的体积比为0.4的单氰胺水溶液165kg，待单氰胺水溶液滴加完后继续搅拌并在该温度下反应4h，获得胍基乙醇。
步骤3：往步骤2获得的胍基乙醇的反应釜中加入2kg的催化剂TEMPO，继续搅拌并在该温度下继续反应2h，趁热过滤后获得胍基乙酸的粗品。
步骤4：将步骤3获得的胍基乙酸粗品在未冷却时溶于体积比为95％的乙醇水溶液中，胍基乙酸粗品在乙醇水溶液中重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
本实施例中胍基乙酸的收率为92.1％，胍基乙酸精品中的胍基乙酸的含量为99.5％。
综上所述，本发明解决现有技术中的技术缺陷。本发明通过对合成胍基乙酸原料的筛选以及对胍基乙酸合成步骤的设定，减少了胍基乙酸合成过程中副反应的发生，从而降低胍基乙酸中副产物的生成，实现胍基乙酸粗品提纯工艺的简化，降低了胍基乙酸的制备成本。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种胍基乙酸的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1：将乙醇胺和溶剂按质量比1:(0.4-1)加入到反应器中，并搅拌升温至40-70℃；
步骤S2：当步骤S1升温完成后在搅拌的条件下往反应器中缓慢滴加单氰胺水溶液，滴加完后继续搅拌并在该温度下反应2-4h，获得胍基乙醇；
步骤S3：往所述步骤S2获得的胍基乙醇的反应器中加入作为催化剂的TEMPO，然后继续搅拌并在该温度下继续反应1-2h，反应结束后趁热过滤获得胍基乙酸粗品；
步骤S4：用乙醇溶液对所述步骤S3获得的未冷却的胍基乙酸粗品进行重结晶，过滤后获得胍基乙酸精品。
2.根据权利要求1所述的一种胍基乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的溶剂为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种胍基乙酸的制备方法，其特征在于，所述单氰胺水溶液中的单氰胺的质量与水的体积比为0.4-0.6。
4.根据权利要求1所述的一种胍基乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的乙醇水溶液中乙醇的体积比为95％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种胍基乙酸的制备方法，其特征在于，所述乙醇胺和单氰胺的摩尔比为(1-1.1):1，所述乙醇胺与TEMPO的重量比为1:(0.02-0.3)。
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