CN112645886A - 一种尿嘧啶绿色生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学领域,具体提供了一种尿嘧啶的绿色生产工艺,本发明将3‑烷氧基(氨基)丙烯酸酯(酰胺)和尿素碱金属盐环合,再经酸化后转化为尿嘧啶,收率达到95%以上。

Description

一种尿嘧啶绿色生产工艺
技术领域
本发明涉及化学领域,具体涉及一种尿嘧啶绿色生产工艺。
背景技术
尿嘧啶是RNA特有的碱基,是组成RNA四种构成的碱基之一。它是合成抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶,抗病毒药物,治疗艾滋病药物,治疗乙肝药物尿苷,碘苷的重要中间体,同时也是合成2-氯-4-氨基-5-硝基嘧啶、2,4-二氯嘧啶、2,4-二溴嘧啶、5-羟甲基脲嘧啶等医药中间体的重要原料,应用广泛,需求量大。
目前合成尿嘧啶的方法有多条路线。在专利申请公布号为CN107793366A中提供了以苹果酸,尿素,发烟硫酸为原料合成尿嘧啶的路线。该方法污染严重,后处理繁琐,收率在50%左右,不符合当今可持续发展的需要。
在专利申请公布号为CN106674135A中提供了以木炭,二氧化碳,乙酸乙酯,尿素为原料,在碱的作用下合成尿嘧啶的路线。路线反应温度高于200℃,其中涉及木炭和二氧化碳的反应,设备要求高。
在专利申请公布号为CN110437160A中提供了以原甲酸三甲酯,乙酸酯为原料制备3-二甲氧基-丙酸酯,3-二甲氧基-丙酸酯与尿素,在碱的作用下环合制备尿嘧啶。该路线中原甲酸三甲酯价格昂贵,反应产生大量副产物,后处理繁琐,不适合尿嘧啶的产业化发展。
同时以上几篇专利均忽略了反应过程中,原料和尿素在溶剂中不可避免的发生物料结块现象,使传质,传热严重受阻,导致尿素,碱用量的大大增加,后处理成本和环境保护成本增加。
另有专利申请公布号为CN106928152A公布了以乙酸乙酯和甲酸乙酯为原料,在甲醇钠的作用下得到3-乙氧基-3-氧代丙-1-烯-1-酸钠,该中间体和硫脲环合得到硫脲嘧啶。硫脲嘧啶在双氧水的氧化下制备得到尿嘧啶。该路线使用硫脲为环合物,后又通过氧化合成得到尿嘧啶,过程反复,后处理有大量含硫物质产生,污染大。并且硫脲相对于尿素价格较贵。生产成本更高,环境污染严重,所以该路线不可取。
发明内容
为了克服以上问题,本发明创新性的使用了反应活性和选择性更高的化合物式Ⅱ,化合物式Ⅰ为原料,在有机溶剂下环合得到尿嘧啶。
Figure BDA0002922594230000021
其中:
M为Na,Mg,K,Ca等碱金属,优选为Na;
R1为C1-C4的烷氧基,氨基,二甲氨基;
R2为C1-C4的烷氧基,氨基,二甲氨基。
其中R1和R2各自独立,即,可同时为同一种基团或不同基团。
具体的R1或R2选自OC(CH3)3,OCH2CH(CH3)2,OCHCH3CH2CH3,OCH2CH2CH2CH3,OCH2CH2CH3,OCH(CH3)2,OCH2CH3,OCH3,NH2,N(CH3)2
优选的,R1或R2各自独立的为氨基,甲氧基,乙氧基。
优选的,在所述反应体系中存在催化剂。
进一步优选的,为了克服反应过程中物料结块带来的尿素碱金属盐的用量过大,产率降低以及后处理成本增加这一系列问题,本发明在相转移催化剂存在下进行反应,该选择可以使原料均匀的分散在有机溶剂中,可有效降低尿素碱金属盐的用量,同时还提高了尿嘧啶的产率。
具体的技术方案如下:
Figure BDA0002922594230000022
其中:
M为Na,Mg,K,Ca等碱金属,优选为Na;
R1为C1-C4的烷氧基,氨基,二甲氨基;
R2为C1-C4的烷氧基,氨基,二甲氨基。
其中R1和R2各自独立,即,可同时为同一种基团或不同基团。
具体的R1或R2选自OC(CH3)3,OCH2CH(CH3)2,OCHCH3CH2CH3,OCH2CH2CH2CH3,OCH2CH2CH3,OCH(CH3)2,OCH2CH3,OCH3,NH2,N(CH3)2
优选的,R1或R2各自独立的为氨基,甲氧基,乙氧基。
所述相转移催化剂,选自吐温60,吐温80,聚二甲基硅氧烷,聚三氟丙基甲基硅氧烷,聚乙二醇硅氧烷,OP-3,聚氧乙烯烷基苯醚磷酸酯三乙醇胺盐,聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐中的一种或多种,优选为聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐。所所述相转移催化剂的用量为化合物式Ⅱ的0.9‰-2%,优选为4‰-7‰。
所述反应溶剂选自甲苯,二甲苯,氯苯,二氯苯,正己烷,环己烷,正庚烷,异庚烷,正辛烷,异辛烷的一种或多种,优选为甲苯和二甲苯;所述溶剂与化合物式Ⅱ的质量比为(20-5):1,优选为(15-10):1。
所述的反应温度第一阶段为40-120℃,优选为80-90℃,其特征为环合生成尿嘧啶碱金属盐。第二阶段为110-140℃,优选为110℃,其特征为蒸出反应产生的醇类物质或氨类物质。
所述反应化合物式Ⅰ和化合物式Ⅱ的摩尔质量比,范围为(1-3):1。优选为(1-1.5):1之间,更优选为1.1:1。
所述反应中所用的酸为盐酸。但不限定为盐酸,可为其他的有机酸酸或无机酸。
根据技术方案,进一步地,其中所述化合物式Ⅰ,是由以下反应制备得到的:
Figure BDA0002922594230000031
其中:
M为Na,Mg,K,Ca等碱金属;
R3为H基,NH2基,OH基,C1-C4的烷氧基。
优选的,所述M(R3)n为氢化钠,氢化钾,氨基钠,氨基钾,以及C1-C4的醇钠或醇钾,更优选为甲醇钠。
进一步地,所述反应温度为40-135℃,优选60-120℃。更优选为60-80℃。反应时间为1-6h,优选为2-4h,更优选为4h。
进一步地,所述的反应溶剂为二甲苯,甲苯,二氯苯,氯苯,四氢呋喃,甲基四氢呋喃,优选为甲苯,二甲苯。
进一步地,所述的反应溶剂的量的计算方式为尿素质量的2-20倍,优选为5倍。
具体实施方式
化合物式Ⅰ的合成:
实施例1
将12.0g(0.2mol)的尿素,相同R3摩尔量的不同碱性物质,加入到60g的二甲苯中,搅拌升温到60℃反应4h。蒸出二甲苯和低沸点化合物,真空干燥得到尿素碱金属盐。
Figure BDA0002922594230000041
实施例2
将12.0g(0.2mol)的尿素,10.8g(0.2mol)的甲醇钠,加入到60g的二甲苯中,搅拌升温到不同温度下反应4h。蒸出二甲苯和甲醇,真空干燥得到尿素钠盐。
Figure BDA0002922594230000042
实施例3
将12.0g(0.2mol)的尿素,10.8g(0.2mol)的甲醇钠,加入到60g的二甲苯中,搅拌升温到60℃反应不同时间。蒸出二甲苯和甲醇,真空干燥得到尿素钠盐。
Figure BDA0002922594230000043
Figure BDA0002922594230000051
实施例4
将12.0g(0.2mol)的尿素,10.8g(0.2mol)的甲醇钠,加入到60g的不同溶剂中,搅拌升温到60℃反应4h。蒸出溶剂和甲醇,真空干燥得到尿素钠盐。
Figure BDA0002922594230000052
实施例5
将12.0g(0.2mol)的尿素,10.8g(0.2mol)的甲醇钠,加入到不同量的二甲苯,搅拌升温到60℃反应4h。反应结束后蒸出二甲苯和甲醇,真空干燥得到尿素钠盐。
Figure BDA0002922594230000053
尿嘧啶的合成:
实施例6
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,(0.10mol)的化合物式Ⅱ,120g的二甲苯,加入0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃搅拌下反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出醇类物质或氨类物质。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000061
实施例7
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的二甲苯和0.05g不同种类的相转移催化剂,升温至80℃搅拌下反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000062
Figure BDA0002922594230000071
实施例8
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的二甲苯,加入不同量的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃搅拌下反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。为方便称量和计算方便,在这里我们优化催化剂的量为0.01(0.9‰),0.03(2.6‰),0.05(4.3‰),0.07(6.0‰),0.15(1.3%),0.20(1.7%),0.23(2.0%)
Figure BDA0002922594230000072
实施例9
在500ml的三颈瓶中,根据不同比例,加入不同量的尿素钠盐和11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的二甲苯和0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃下搅拌反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000073
Figure BDA0002922594230000081
实施例10
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的二甲苯,加入0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至不同温度下,搅拌反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000082
实施例11
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的二甲苯,加入0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃下,搅拌反应4h,提高温度至110℃-140℃的不同温度下,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000083
Figure BDA0002922594230000091
实施例12
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,120g的不同有机溶剂,加入0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃下搅拌反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层有机溶剂回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。
Figure BDA0002922594230000092
实施例13
在500ml的三颈瓶中加入9.02g(0.11mol)的尿素钠盐,11.6g(0.10mol)的3-甲氧基丙烯酸甲酯,加入不同量的二甲苯和0.05g的聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐,升温至80℃下搅拌反应4h,提高温度至110℃,反应2h,蒸出甲醇。反应结束后,冷却至50℃后加水100ml,溶清后分液,上层二甲苯回收,下层水层加盐酸酸化,常温下静置4h,有大量晶体析出,过滤,滤饼用冷水洗涤三次,合计50ml水,干燥后得到尿嘧啶。用HPLC检测尿嘧啶纯度为99.1%,计算尿嘧啶产率得下表。为方便称量和计算方便,在这里我们优化二甲苯的量为60,80,100,120,140,160,180,200,230。
Figure BDA0002922594230000101

Claims (10)

1.一种尿嘧啶的生产工艺,以化合物式Ⅱ,化合物式Ⅰ为原料,在有机溶剂存在下环合得到,
Figure FDA0002922594220000011
其中:
M为Na,Mg,K,Ca等碱金属,优选为Na;
R1和R2各自独立为C1-C4的烷氧基,氨基,二甲氨基。
2.根据权利要求1所述的生产工艺,所述R1或R2各自独立的选自OC(CH3)3,OCH2CH(CH3)2,OCHCH3CH2CH3,OCH2CH2CH2CH3,OCH2CH2CH3,OCH(CH3)2,OCH2CH3,OCH3,NH2,N(CH3)2
3.根据权利要求2所述的生产工艺,所述R1或R2各自独立的为氨基,甲氧基,乙氧基。
4.根据权利要求1所述的生产工艺,在所述反应体系中存在催化剂。
5.根据权利要求1所述的生产工艺,所述催化剂为相转移催化剂,并在反应结束后酸化处理,
Figure FDA0002922594220000012
其中:
M、R1、R2的定义与权利要求1-3任一权利要求的定义相同。
6.根据权利要求5所述的生产工艺,其中所述相转移催化剂选自吐温60,吐温80,聚二甲基硅氧烷,聚三氟丙基甲基硅氧烷,聚乙二醇硅氧烷,OP-3,聚氧乙烯烷基苯醚磷酸酯三乙醇胺盐,聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐中的一种或多种,优选为聚氧乙烯十二烷基醚磷酸酯钠盐。所述相转移催化剂的用量为化合物式Ⅱ的0.9‰-2%,优选为4‰-7‰。
7.根据权利要求5所述的生产工艺,反应溶剂选自甲苯,二甲苯,氯苯,二氯苯,正己烷,环己烷,正庚烷,异庚烷,正辛烷,异辛烷的一种或多种,优选为甲苯和二甲苯;所述溶剂与化合物式Ⅱ的质量比为(20-5):1,优选为(15-10):1;根据权利要求5所述所述的生产工艺,所述的反应的第一阶段温度为40-120℃,其特征为环合生成尿嘧啶碱金属盐。第二阶段为110-140℃,其特征为蒸出反应产生的醇类物质或氨类物质;所述反应化合物式Ⅰ和化合物式Ⅱ的摩尔质量比,范围为1:1-3:1。优选为1:1-1.5:1,更优选为1.1:1。
8.根据权利要求5所述的生产工艺,所述酸为有机酸或无机酸,优选为盐酸。
9.根据权利要求5所述的生产工艺,进一步地,包括步骤:其中所述化合物式Ⅰ,是由式1化合物与式2化合物反应制备得到:
Figure FDA0002922594220000021
其中:
M为Na,Mg,K,Ca等碱金属;
R3为H基,NH2基,OH基,C1-C4的烷氧基;
优选的,所述M(R3)n为氢化钠,氢化钾,氨基钠,氨基钾,以及C1-C4的醇钠或醇钾,更优选为甲醇钠。
10.根据权利要求1所述的生产工艺,包括:将化合物式Ⅰ,化合物式Ⅱ,加入到溶剂中,加入催化剂,升温反应至反应完全,加入水,分去上层,下层用酸调pH值;调毕,化合物式Ⅲ析出过滤,洗涤干燥得到所述尿嘧啶。
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