CN111689876B - 一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色处理回收工艺，该方法包括以下步骤：加成生成盐酸二甲双胍、环合生成N,N‑二甲基‑1,3,5‑三嗪‑2,4‑二胺、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾，具体涉及对一种盐酸二甲双胍生产蒸馏残渣进行处理得到盐酸二甲双胍、N,N‑二甲基‑1,3,5‑三嗪‑2,4‑二胺（用于阻燃剂）、盐酸二甲胺、氯化钾的绿色工艺，整个过程流畅，易于操作，实现了工业废物高效资源化利用的目的，具有明显的经济效益与社会效益；本发明所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣的回收工艺，碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾，冷凝的水可回用，本发明不产生任何废液。

Description

一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺
技术领域
本发明涉及医药工业合成技术领域，特别是一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣中各种物料的绿色回收工艺。
背景技术
二甲双胍为白色结晶或结晶性粉末，主要用于单纯饮食控制及体育锻炼治疗无效的II型糖尿病治疗，特别是肥胖的II型糖尿病。其与胰岛素合用，可减少胰岛素的用量，防止低血糖的发生。2005年国际糖尿病联盟（IDF）指南颁布进一步明确了盐酸二甲双胍是II型糖尿病药物治疗的基石。2006年美国糖尿病联合会（ADA）和欧洲糖尿病研究学会(EASD)共同发布了II型醣尿病治行新共识,即新确诊的II型糖尿病患者应当在采取生活方式干预的同时应用盐酸二甲双胍，并将其作为贯穿糖尿病治疗全程的一线用药。盐酸二甲双胍在历经近60年的起起落落后，现已成为世界范围内使用最广泛的口服降糖药，其降糖的安全性和有效性均获得了广泛的认可。
糖尿病是21世纪全球最严重的公共卫生问题之一，根据国际糖尿病联合会发布的数据显示，全球糖尿病患者的数量已增加至4.15亿。在高收入国家，离达91%的成年人糖尿病患者属于II型糖尿病.此外据国际糖尿病联合会（IDF）估计， 全球约有1.93亿糖尿病患者未被确诊。随着人类对盐酸二甲双胍临床应用认识的不断加深,其对人类的贡献也将越来越大。
另外，随着对二甲双胍研究的升入发现其不仅有降糖作用，还具有多重有益的生物学功能，近年来被国内外研究者誉为“神药”。其新用途主要表现在，抗衰老、减肥、对肥胖的高血压患者的降压作用、治疗多年卵巢综合征（PCOS）等。
盐酸二甲双胍工业化的生产方法有以下两种：
（1）溶媒法
在有机溶剂存在下，双氰胺与盐酸二甲胺在不同温度、反应时间条件下进行加成反应，反应使用溶剂的种类主要有:
（a）醇类：如正丁醇、异戊醇、正戊醇、环己醇、乙二醇；
（b）丙三酰胺类：如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺;
（c）二甲基亚砜；
（d）苯类化合物：如甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；
（e）醚类，如乙二酵单甲醚、丙二醇单甲醚。
溶剂法的反应温度一般为120~ 160℃，反应时间一般为6~ 12h。
（2）熔融法
在较高温度下应原料双氰胺直接与二甲胺盐酸熔融为液体后进一步反应生成盐酸二甲双胍。该合成方法工艺原理简单生产周期短，但仍存在以下不足:
（a）反应不完全及应前期原料是固态及应后期成品是固态，只有短期的均相反应及应均一性差成品中为反应的原料所占比例大给后续精制带来困难:
（b）原料转化率低，产品收率低，产品效益差;
（c）生产存在安全隐患，双氰胺与二甲胺熔化温度超160℃，两种物料在高于熔点时反应速度快，基本上是瞬间反应，短时间内温度快速上升会发生冲料等；
（d）对设备材质要求苛刻，设备投资大，操作很难控制。
综上所述，溶媒法的反应过程中使用的有机溶剂，作为中间介质不参与反应，能很好的溶解双氰胺和盐酸二甲胺，促使反应均相进行，并且热量稳定，反应进行的很充分，经母液分离后杂质去除彻底，所得产品的杂质含量更低、纯度更高，是生产厂家优先采用的方法。
从能源利用方面考虑，在使用溶剂进行加成反应后，需要对溶剂进行蒸馏回收，产生含有大量杂质的蒸馏残渣。因蒸馏残渣成分较杂，只能作为固体废弃物进行处理。因此，从清洁生产、资源的回收利用、环境保护等方面考虑，迫切的需要一种绿色回收蒸馏残渣的工艺，回收其中的产品和副产物。
现有技术对盐酸二甲双胍蒸馏残渣的处理技术如下：
CN 104528772 A公开了通过向盐酸二甲双胍固体废弃物中加入碱液，经过高压反应将有机物转化为可回收利用的碳酸盐和氨气，处理后的废水氨氮值及COD都比较低，经简单生化处理后可进行排放。
CN107056719 B公开了在盐酸二甲双胍固废中加入溶剂水和脂肪酸，利用甲酸与固体废弃物中的盐酸二甲双胍反应得到三聚氰胺衍生物并实现废物利用的方法。但该发明以水为溶剂，因盐酸二甲双胍在水中易溶，故不能有效的回收盐酸二甲双胍。
在上述公开的技术中，虽然在一定程度的解决了蒸馏残渣的问题，但减少了其中所含的有效成分（如盐酸二甲双胍、盐酸二甲胺）的有效利用，故上述技术并未真正实现各种成分的的综合有效利用；另外因合成盐酸二甲双胍所采取工业化技术的不同，特别是选用溶剂的不同会使蒸馏残渣中各成分的含量也有所不同，故上述公开方法也不能有效的解决目前不同工业技术下产生的蒸馏残渣的回收和利用问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种蒸馏残渣的绿色回收工艺，通过向蒸馏残渣中加入双氰胺，使双氰胺与盐酸二甲胺加成反应得到盐酸二甲双胍，然后经水解、环合反应，过滤得到N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（用于阻燃剂），最后收集得到盐酸二甲胺和固体氯化钾，实现蒸馏残渣的有效回收与利用。
本发明的发明目的：
（1）本发明所述回收工艺，无任何三废的产生，回收的所有产品可继续用于工业化生产，从而实现蒸馏残渣中产品和物料的全部有效回收和利用；
（2）回收的盐酸二甲双胍和N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺收率高。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：加成生成盐酸二甲双胍、环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述加成生成盐酸二甲双胍，第一次加入部分溶剂DMF，投入盐酸二甲双胍蒸馏残渣，升温至120-130℃使物料全溶后加入分水剂，蒸馏带水至144-146℃，然后加入双氰胺，28-32min内升温至120-160℃，保温3-4h；所述保温温度，优选为145-155℃。
所述保温结束后，第二次加入溶剂 DMF，降温至70-80℃，抽滤、烘干得盐酸二甲双胍。
所述加入双氰胺，料液中双氰胺的总量与盐酸二甲胺的摩尔比为1.01-1.05:1；所述分水剂为苯类化合物。
所述分水剂为间二甲苯、邻二甲苯中的一种；所述分水剂与溶剂的体积比为1:4.5-5.5。
所述第一次加入部分溶剂DMF与第二次加入溶剂 DMF的体积比为2:1；所述DMF的加入总量与盐酸二甲双胍蒸馏残渣的体积质量比为：1.5ml/g。
所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣，以质量百分比计，包括以下成分：
盐酸二甲双胍24.5-25.5％；双氰胺4.5-5.5％；盐酸二甲胺29.5-30.5％；N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺29.5-30.5％；其余为胺类化合物杂质。
根据液相定量分析，盐酸二甲双胍蒸馏残渣主要成分如下：
a：盐酸二甲双胍，cas：1115-70-4，质量比为25％；
b：双氰胺，cas：461-58-5，质量比为5％；
c：盐酸二甲胺，cas：506-59-2，质量比为30％；
d：N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（阻燃剂），cas：4039-98-9，质量比为30％；
e：其他杂质，主要是胺类化合物，质量比为10％。
所述环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，环合温度为150-160℃，分解DMF所用的酸为无机酸。
将加成生成盐酸二甲双胍后得到的DMF滤液，加入第一部分纯化水、无机酸，保持温度在150-160℃， 4-5h，溶剂回收彻底后，控制温度80-90℃，在30-60min内滴加第二部分纯化水，调节PH=7-8后，降温到10-15℃抽滤。
所述第一部分纯化水与第二部分纯化水的体积比为1:3.5-4.5；所述第一部分纯化水的加入量与DMF滤液中盐酸二甲双胍的体积质量比为0.4-0.45ml/g；所述无机酸与DMF滤液中盐酸二甲双胍的摩尔比为0.65-0.7:1；所述无机酸为盐酸或硫酸。
本发明通过对盐酸二甲双胍蒸馏残渣的成分的分析，首先按照比例投入一定量的双氰胺，使盐酸二甲胺与之加成生成盐酸二甲双胍，经固液分离得到盐酸二甲双胍和滤液。滤液中加入少量水、盐酸，蒸馏回收DMF的同时促使DMF分解产生的甲酸与残余的盐酸二甲双胍环合后生成阻燃剂，其次，加碱水调节PH值、过滤分离得到阻燃剂；然后对滤液进行升温碱解，使胺类化合物分解产生的二甲胺气体经盐酸溶液吸收得到盐酸二甲胺，最后将上述残液用盐酸调节PH，蒸干得到含氯化钾的固体。
本发明涉及到反应方程式如下：
双氰胺与蒸馏残渣中的盐酸二甲胺加成合成盐酸二甲双胍。
Figure 885952DEST_PATH_IMAGE001
DMF水解产生的甲酸与残留的盐酸二甲双胍反应生产N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（阻燃剂）
Figure 865409DEST_PATH_IMAGE002
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
（1）本发明所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣的回收工艺，通过外加适量的双氰胺，生成盐酸二甲双胍，加上蒸馏残渣中本身含有的盐酸二甲双胍的回收，盐酸二甲双胍的摩尔收率达102.7%，纯度≥99.0％。
（2）本发明所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣的回收工艺，环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，摩尔收率为98%，纯度≥99.0％。
（3）本发明所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣的回收工艺，碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾，冷凝的水可回用，本发明不产生任何废液。
具体实施方式
实施例一
1、加成生成盐酸二甲双胍
向干燥的三口烧瓶中加入溶剂DMF 100ml，投入盐酸二甲双胍蒸馏残渣100g（其中含盐酸二甲胺30g，0.3679mol；含双氰胺5g，0.0595mol，含盐酸二甲双胍25g），升温至120-130℃使物料全溶后加入间二甲苯30ml，蒸馏带水至145℃，然后加入双氰胺27g（料液中合计32g，0.3806mol），30min内升温至145-155℃，保温3-4h。保温结束后，加入50ml DMF，降温至70-80℃，抽滤、烘干得盐酸二甲双胍 61.9g（0.374mol），摩尔收率102.7%（收率超过100％原因为蒸馏残渣100g中含有的25g双胍，部分析出后纳入了此收率），HPLC纯度≥99.0％，mp：220.2-222.3℃。
2、环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（阻燃剂）
将步骤1的DMF滤液（经HPLC外标法检测，其中含盐酸二甲双胍11.5g、N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺40.5g）投入三口烧瓶中，加入纯化水5ml、30％工业盐酸5ml，保持温度在150-160℃，同时进行溶剂DMF的常压蒸馏回收、DMF的酸水分解、分解产生的甲酸与残余的盐酸二甲双胍的环合步骤，合计用时4-5h。
溶剂回收彻底即反应完毕之后，控制瓶内温度80-90℃，在30-60min内向其中滴加纯化水200ml，然后用30％氢氧化钾溶液调节PH=7-8后，降温到10-15℃抽滤，对滤饼进行洗涤、干燥，得干品 N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺50.0g（0.360mol），摩尔收率98.0%，HPLC纯度≥99.0％，mp：190.1-191.8℃。
3、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾
将步骤2的抽滤滤液投入三口烧瓶中，升温，保持温度在100-120℃进行常压水解蒸馏（期间用氢氧化钾溶液调节PH并保持PH≥10）。释放的二甲胺碱性气体经过盐酸吸收，得到盐酸二甲胺，用于双胍产品的原料。待无碱性气体冒出后，向残液中加入盐酸调节PH=6，负压蒸干得氯化钾干品20.6g；负压蒸干的氯化钾干品时冷凝下来的水可回用到上步骤中。
实施例二
1、加成生成盐酸二甲双胍
向干燥的三口烧瓶中加入 溶剂DMF 150ml，投入盐酸二甲双胍蒸馏残渣100g（其中含盐酸二甲胺30g，0.3679mol；含双氰胺5g，0.0595mol，含盐酸二甲双胍25g），升温至120-130℃使物料全溶后加入间二甲苯30ml，蒸馏带水至145℃，然后加入双氰胺27g（料液中合计32g，0.3806mol），30min内升温至145-155℃，保温3-4h。保温结束后，降温至70-80℃，抽滤、烘干得盐酸二甲双胍 60.1g（0.363mol），摩尔收率98.6%，HPLC纯度≥98.0％，mp：219.2-221.5℃。
2、环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（阻燃剂）
将步骤1的DMF滤液（经HPLC外标法检测，其中含盐酸二甲双胍11.5g、N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺42.1g）投入三口烧瓶中，加入纯化水5ml、30％工业盐酸5ml，保持温度在150-160℃，同时进行溶剂DMF的常压蒸馏回收、DMF的酸水分解、分解产生的甲酸与残余的盐酸二甲双胍的环合步骤，合计用时4-5h。
溶剂回收彻底即反应完毕之后，控制瓶内温度80-90℃，在30-60min内向其中滴加纯化水200ml，然后用30％氢氧化钾溶液调节PH=7-8后，降温到10-15℃抽滤，对滤饼进行洗涤、干燥，得干品 N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺51.6g（0.371mol），摩尔收率98.0%，HPLC纯度≥99.0％，mp：190.1-191.8℃。
3、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾
将步骤2的抽滤滤液投入三口烧瓶中，升温，保持温度在100-120℃进行常压水解蒸馏（期间用氢氧化钾溶液调节PH并保持PH≥10）。释放的二甲胺碱性气体经过盐酸吸收，得到盐酸二甲胺，用于双胍产品的原料。待无碱性气体冒出后，向残液中加入盐酸调节PH=6，负压蒸干得氯化钾干品19.5g。
实施例三
1、加成生成盐酸二甲双胍
向干燥的三口烧瓶中加入 溶剂DMF 100ml，投入盐酸二甲双胍蒸馏残渣100g（其中含盐酸二甲胺30g，0.3679mol；含双氰胺5g，0.0595mol，含盐酸二甲双胍25g），升温至120-130℃使物料全溶后加入甲苯30ml，蒸馏带水至140℃，然后加入双氰胺27g（料液中合计32g，0.3806mol），30min内升温至145-155℃，保温3-4h。保温结束后，加入50ml DMF，降温至70-80℃，抽滤、烘干得盐酸二甲双胍 58.6g（0.354mol），摩尔收率96.2%，HPLC纯度≥98.0％，mp：219.2-221.5℃。
2、环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺（阻燃剂）
将步骤1的DMF滤液（经HPLC外标法检测，其中含盐酸二甲双胍11.5g、N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺43.3g）投入三口烧瓶中，加入纯化水5ml、30％工业盐酸5ml，保持温度在100-110℃，进行DMF的酸水分解、分解产生的甲酸与残余的盐酸二甲双胍的环合步骤，合计用时4-5h。
然后在30-60min内将溶剂DMF进行常压蒸馏回收，回收完毕，控制瓶内温度80-90℃，在30-60min内向其中滴加纯化水200ml，然后用30％氢氧化钾溶液调节PH=7-8后，降温到10-15℃抽滤，对滤饼进行洗涤、干燥，得干品 N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺51.9g（0.373mol），摩尔收率89.0%，HPLC纯度≥98.0％，mp：188.1-190.6℃。
3、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾
将步骤2的抽滤滤液投入三口烧瓶中，升温，保持温度在100-120℃进行常压水解蒸馏（期间用氢氧化钾溶液调节PH并保持PH≥10）。释放的二甲胺碱性气体经过盐酸吸收，得到盐酸二甲胺，用于双胍产品的原料。待无碱性气体冒出后，向残液中加入盐酸调节PH=6，负压蒸干得氯化钾干品18.6g。
实施例二的步骤1采用一次性加入DMF，实施例一的步骤1采用两次加入DMF，步骤1的其余操作均相同，实施例一步骤1的收率明显高于实施例二；
实施例三的步骤1采用的分水剂为甲苯，实施例一步骤1采用的分水剂为间二甲苯，步骤1的其余操作均相同，实施例一步骤1的收率明显高于实施例三；
实施例三的步骤2的环合温度为100-110℃，而实施例一和二的环合温度为150-160℃，除了N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺的量略有区别外，其余操作均相同，实施例三的步骤2的收率明显低于实施例一和二。

Claims (3)

1.一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺，其特征在于，
所述回收工艺，包括以下步骤：加成生成盐酸二甲双胍、环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺、碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾；
所述盐酸二甲双胍蒸馏残渣，以质量百分比计，包括以下成分：盐酸二甲双胍24.5-25.5％；双氰胺4.5-5.5％；盐酸二甲胺29.5-30.5％；N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺29.5-30.5％；其余为胺类化合物杂质；
所述加成生成盐酸二甲双胍，是双氰胺与蒸馏残渣中的盐酸二甲胺加成合成盐酸二甲双胍，反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
所述加成生成盐酸二甲双胍，具体是：第一次加入部分溶剂DMF，投入盐酸二甲双胍蒸馏残渣，升温至120-130℃使物料全溶，加入分水剂，蒸馏带水至144-146℃，加入双氰胺，28-32min内升温至120-160℃，保温3-4h；保温结束后，第二次加入溶剂 DMF，降温至70-80℃，抽滤、烘干得到盐酸二甲双胍；
所述加入双氰胺，料液中双氰胺的总量与盐酸二甲胺的摩尔比为1.01-1.05:1；所述分水剂为间二甲苯、邻二甲苯中的一种；所述分水剂与溶剂的体积比为1:4.5-5.5；
所述第一次加入部分溶剂DMF与第二次加入溶剂 DMF的体积比为2:1；所述DMF的加入总量与盐酸二甲双胍蒸馏残渣的体积质量比为1.5ml/g；
所述环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，是将DMF水解产生的甲酸与残留的盐酸二甲双胍反应生产N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
所述环合生成N,N-二甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，环合温度为150-160℃，分解DMF所用的酸为无机酸；
所述碱解回收盐酸二甲胺和氯化钾，所用的碱为氢氧化钾。
2.根据权利要求1所述的一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺，其特征在于，将加成生成盐酸二甲双胍后得到的DMF滤液，加入第一部分纯化水、无机酸，保持温度在150-160℃，4-5h，溶剂回收彻底后，控制温度80-90℃，在30-60min内滴加第二部分纯化水，调节PH=7-8后，降温到10-15℃抽滤。
3.根据权利要求2所述的一种盐酸二甲双胍蒸馏残渣的绿色回收工艺，其特征在于，所述第一部分纯化水与第二部分纯化水的体积比为1:3.5-4.5；所述第一部分纯化水的加入量与DMF滤液中盐酸二甲双胍的体积质量比为0.4-0.45ml/g；所述无机酸与DMF滤液中盐酸二甲双胍的摩尔比为0.65-0.7:1；所述无机酸为盐酸或硫酸。
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