CN113336676A - 一种制备肼基甲酸苄酯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备肼基甲酸苄酯的方法，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入二氯甲烷溶剂和水合肼搅拌至溶解，加入催化剂，搅拌至少5min；（2）将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，保温反应2h；（3）得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用；（4）分水后得到的有机相，加入盐酸，进行酸化精制；（5）酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；（6）收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。通过添加冷却结晶的方法得到纯度更高的肼基甲酸苄酯，且冷却结晶的方法简单易于操作，对于操作人员来说更安全。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体地，涉及一种制备肼基甲酸苄酯方法。
背景技术
肼基甲酸苄酯的英文名称为benzyl carbazate，分子式是C8H10N2O2，分子量为166.18，CAS号：5331-43-1，该物质对眼睛有严重伤害。其结构式为：
肼基甲酸苄酯是一种重要的有机中间体，可用于制备植物保护剂和转氨酶抑制剂，在农药和医药合成中具有广泛的用途。国内外公开的制备肼基甲酸苄酯的方法主要有以下几种：
第一种，以苯甲醇为起始原料，采用光气合成中间体氯甲酸苄酯，然后与水合肼反应生成肼基甲酸苄酯。光气的剧毒性使得生产条件受到限制，不易大规模工业化生产。
第二种，以氯甲酸甲酯为起始原料，与水合肼反应合成中间体肼基甲酸甲酯，然后与苯甲醇发生酯交换制备肼基甲酸苄酯。然而，氯甲酸甲酯，该原料刺激性强，有剧毒的对人体健康影响较大，因此这种方法不适合工业生产。
第三种，以碳酸二甲酯为起始原料，与水合肼反应合成中间体肼基甲酸甲酯，然后与苯甲醇发生置换制备肼基甲酸苄酯。虽然碳酸二甲酯安全，适宜操作，但是酯交换收率较低，生产成本较高，应用于工业化生产还有待于改进。
在现有技术中，通过一步法合成制备肼基甲酸苄酯的收率较低，产品不易纯化。
发明内容
发明目的：针对现有方案中的上述技术问题，本发明提供了一种制备肼基甲酸苄酯方法，该制备肼基甲酸苄酯的方法克服了现有技术的不足，通过添加冷却结晶的方法得到纯度更高的肼基甲酸苄酯，且冷却结晶的方法简单易于操作，对于操作人员来说更安全。
本发明所采用的技术方案：一种制备肼基甲酸苄酯的方法，包括如下步骤：
(1)在反应釜中加入二氯甲烷溶剂，然后加入水合肼搅拌至溶解，再加入催化剂，继续搅拌至少5min；
(2)在20～30℃下，将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，继续保温反应2h；
(3)将步骤(2)得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用，分水后得到的有机相备用；
(4)将步骤(3)分水后得到的有机相，加入盐酸，进行酸化精制；
(5)将步骤(4)酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；
(6)将步骤(5)收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。
其中，上述制备方法的反应方程式如下：
进一步的，所述水合肼和溶剂按照重量比依次为1：(6～8).
进一步的，所述水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4。
进一步的，所述步骤1中的催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、三乙胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。
进一步的，所述步骤3中水合肼的回收套用方法为：(a)将反应后分液得到的水合肼负压蒸馏，缓慢升温，控制体系真空度为0.07～0.09MPa，蒸馏终点温度为90℃，无馏分析出，收集馏分Ⅰ；(b)将馏分Ⅰ于反应瓶中加入其质量0.05％～1％的镍基催化剂，控制温度30±10℃下反应6～10h，过滤并收集镍基催化剂，循环套用；(c)对过滤后的馏分Ⅰ体系继续升温，控制真空度≥0.095MPa，蒸馏终点温度为120℃，无馏分析出，收集馏分Ⅱ，套用于肼基甲酸苄酯合成反应中。
进一步的，所述步骤c中的馏分Ⅱ用于肼基甲酸苄酯合成时，需加入碱助剂，加入量为馏分Ⅱ质量的13％～15％。
进一步的，所述的碱助剂优选为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠的任意一种或多种。
进一步的，步骤4中所述酸化精制使用的盐酸浓度为1mol/L。
进一步的，步骤5中所述冷却结晶的温度为为-10～2℃。
优选的，步骤5中所述冷却结晶的温度为为0℃。
进一步的，步骤2中所述氯甲酸苄酯的滴加温度为20℃，滴加时间为10～15min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的制备肼基甲酸苄酯的方法克服了现有技术的不足，通过添加冷却结晶的方法得到纯度更高的肼基甲酸苄酯，且冷却结晶的方法简单易于操作，对于操作人员来说更安全。(2)本发明的制备方法中，水合肼的回收套用，采用分段负压蒸馏，得到低浓水合肼馏分Ⅰ和高浓水合肼馏分Ⅱ，馏分Ⅰ为水合肼含量≤2％的废水，利用价值不大，只能破坏处理；低浓水合肼废水通过镍基催化剂进一步降解，形成氢气与氮气，随尾气进行处理，反应条件温和，水合肼的降解可控，具有广阔的应用前景。馏分Ⅱ主要为水合肼，含量50％～70％，高浓水合肼与碱助剂一并用于合成肼基甲酸苄酯反应中，碱助剂提高了回收水合肼的活性，实现了水合肼的套用，避免了水合肼的浪费，更加环保。
附图说明
图1为本发明所述制备肼基甲酸苄酯的工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制；
实施例1
本发明中肼基甲酸苄酯的制备方法的工艺流程如图1所示。
一种制备肼基甲酸苄酯的方法，包括如下步骤：
第一步：在反应釜中加入二氯甲烷溶剂，然后加入水合肼搅拌至溶解，再加入催化剂，继续搅拌至少5min；所述水合肼和溶剂按照重量比依次为1：6；催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、三乙胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种；
第二步：在20±2℃下，将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，滴加时间控制在10min，继续保温反应2h；水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4；
第三步：将得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用，分水后得到的有机相备用；
第四步：将分水后得到的有机相，加入浓度为1mol/L盐酸，进行酸化精制；
第五步：将酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，冷却结晶的温度为为0℃；滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；
第六步：将收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。
其中，上述制备方法的反应方程式如下：
其中，水合肼的回收套用方法为：(a)将反应后分液得到的水合肼负压蒸馏，缓慢升温，控制体系真空度为0.07～0.09MPa，蒸馏终点温度为90℃，无馏分析出，收集馏分Ⅰ；(b) 将馏分Ⅰ于反应瓶中加入其质量0.05％～1％的镍基催化剂，控制温度30±10℃下反应6～ 10h，过滤并收集镍基催化剂，循环套用；(c)对过滤后的馏分Ⅰ体系继续升温，控制真空度≥0.095MPa，蒸馏终点温度为120℃，无馏分析出，收集馏分Ⅱ，套用于肼基甲酸苄酯合成反应中；馏分Ⅱ用于肼基甲酸苄酯合成时，需加入碱助剂，加入量为馏分Ⅱ质量的13％～15％；碱助剂优选为碳酸钾。
实施例2
一种制备肼基甲酸苄酯的方法，包括如下步骤：
第一步：在反应釜中加入二氯甲烷溶剂，然后加入水合肼搅拌至溶解，再加入催化剂，继续搅拌至少5min；所述水合肼和溶剂按照重量比依次为1：7；催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、三乙胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种；
第二步：在25±2℃下，将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，滴加时间控制在12min，继续保温反应2h；所述水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4；
第三步：将得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用，分水后得到的有机相备用；
第四步：将分水后得到的有机相，加入浓度为1mol/L盐酸，进行酸化精制；
第五步：将酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，冷却结晶的温度为为2℃；滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；
第六步：将收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。
其中，上述制备方法的反应方程式如下：
其中，水合肼的回收套用方法为：(a)将反应后分液得到的水合肼负压蒸馏，缓慢升温，控制体系真空度为0.07～0.09MPa，蒸馏终点温度为90℃，无馏分析出，收集馏分Ⅰ；(b) 将馏分Ⅰ于反应瓶中加入其质量0.05％～1％的镍基催化剂，控制温度30±10℃下反应6～ 10h，过滤并收集镍基催化剂，循环套用；(c)对过滤后的馏分Ⅰ体系继续升温，控制真空度≥0.095MPa，蒸馏终点温度为120℃，无馏分析出，收集馏分Ⅱ，套用于肼基甲酸苄酯合成反应中；馏分Ⅱ用于肼基甲酸苄酯合成时，需加入碱助剂，加入量为馏分Ⅱ质量的13％～15％；碱助剂优选为碳酸钠。
实施例3
一种制备肼基甲酸苄酯的方法，包括如下步骤：
第一步：在反应釜中加入二氯甲烷溶剂，然后加入水合肼搅拌至溶解，再加入催化剂，继续搅拌至少5min；所述水合肼和溶剂按照重量比依次为1：8；催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、三乙胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种；
第二步：在20±2℃下，将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，滴加时间控制为15min，继续保温反应2h；所述水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4；
第三步：将得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用，分水后得到的有机相备用；
第四步：将分水后得到的有机相，加入浓度为1mol/L盐酸，进行酸化精制；
第五步：将酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，冷却结晶的温度为为-2℃；滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；
第六步：将收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。
其中，上述制备方法的反应方程式如下：
其中，水合肼的回收套用方法为：(a)将反应后分液得到的水合肼负压蒸馏，缓慢升温，控制体系真空度为0.07～0.09MPa，蒸馏终点温度为90℃，无馏分析出，收集馏分Ⅰ；(b) 将馏分Ⅰ于反应瓶中加入其质量0.05％～1％的镍基催化剂，控制温度30±10℃下反应6～ 10h，过滤并收集镍基催化剂，循环套用；(c)对过滤后的馏分Ⅰ体系继续升温，控制真空度≥0.095MPa，蒸馏终点温度为120℃，无馏分析出，收集馏分Ⅱ，套用于肼基甲酸苄酯合成反应中；馏分Ⅱ用于肼基甲酸苄酯合成时，需加入碱助剂，加入量为馏分Ⅱ质量的13％～15％；碱助剂优选为碳酸钾。
对比例1
一种肼基甲酸苄酯的合成方法，包括如下步骤：
第一步、将水合肼溶于乙酸乙酯中，再加入催化剂后混合搅拌至少5min后，通入碳酸锂进行排出空气，在之后的反应过程在氮气的保护下进行反应，其中水合肼和溶剂按照重量比依次为1：8；
第二步、将氯甲酸苄酯滴加至步骤一中的反应容器中，滴加温度为30℃，滴加时间为 15min，滴加完成后在温度为30℃下恒温反应至少2h后，升温至120℃反应至少30min，降温至80℃以下后静置至少30min，常压过滤得到滤液，采用乙酸乙酯洗涤滤渣3次，将滤液和洗涤液合并后减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为50℃，减压蒸馏的压力为 0.05MPa，其中水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4；
第三步、将减压蒸馏后的残留物加入纯化水中超声至少5min，超声温度为45℃，超声频率为35kHz，置于冰盐浴中静置至少30min后，冰盐浴的温度为-15～0℃，分离除去上清液，再加入甲醇溶解后，挥发甲醇至尽，甲醇的发挥温度为65～67℃，即得肼基甲酸苄。
实施例1-3及对比例1制备得到的肼基甲酸苄酯的纯度和收率以如表1所示：
| 实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 肼基甲酸苄酯纯度％ | 99.9 | 99.9 | 99.9 | 99.6 |
| 肼基甲酸苄酯收率％ | 97 | 97 | 97 | 95 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述制备肼基甲酸苄酯的方法包括如下步骤：
（1）在反应釜中加入二氯甲烷溶剂，然后加入水合肼搅拌至溶解，再加入催化剂，继续搅拌至少5min；
（2）在20~30℃下，将氯甲酸苄酯缓慢滴加至反应釜中，继续保温反应2h；
（3）将步骤（2）得到的反应液通过分液装置进行保温分水，分水后将水合肼回收套用，分水后得到的有机相备用；
（4）将步骤（3）分水后得到的有机相，加入盐酸，进行酸化精制；
（5）步骤（4）酸化精制后的溶液中加入碳酸钠水溶液进行中和；中和后的溶液进行冷却结晶离心，滤液分液除去水，有机相回收套用，结晶的固体收集待用；
（6）步骤（5）收集的结晶固体用水重结晶，即得到肼基甲酸苄酯。
2.根据权利要求1所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述水合肼和溶剂按照重量比依次为1：(6～8)。
3.根据权利要求1所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述水合肼、催化剂以及氯甲酸苄酯按照摩尔量比依次为16：1：4。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述步骤1中的催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、三乙胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法的制备方法，其特征在于：步骤2中所述氯甲酸苄酯的滴加温度为20℃，滴加时间为10～15min。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述步骤3中水合肼的回收套用方法为：（a）将反应后分液得到的水合肼负压蒸馏，缓慢升温，控制体系真空度为0 .07～0 .09MPa，蒸馏终点温度为90℃，无馏分析出，收集馏分Ⅰ；（b）将馏分Ⅰ于反应瓶中加入其质量0 .05％~1％的镍基催化剂，控制温度30±10℃下反应6～10h，过滤并收集镍基催化剂，循环套用；（c）对过滤后的馏分Ⅰ体系继续升温，控制真空度≥0.095MPa，蒸馏终点温度为120℃，无馏分析出，收集馏分Ⅱ，套用于肼基甲酸苄酯合成反应中。
7.根据权利要求5所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述步骤c中的馏分Ⅱ用于肼基甲酸苄酯合成时，需加入碱助剂，加入量为馏分Ⅱ质量的13％~15％。
8.根据权利要求6所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：所述的碱助剂优选为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠的任意一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：步骤4中所述酸化精制使用的盐酸浓度为1mol/L。
10.根据权利要求1所述的一种制备肼基甲酸苄酯的方法，其特征在于：步骤5中所述冷却结晶的温度为为-10~2℃。
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