CN114044743B - 一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种2‑氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：（1）向高压加氢釜中加入氰基乙酸乙酯、有机溶剂、甲醛和Pd/C催化剂；（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为1.0‑5.0MPa，在温度为50‑100℃下搅拌反应；（3）反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，减压蒸馏，即可得到2‑氰基丙酸乙酯。所述制备方法，工艺简单易行，成本低，生产效率高，所得产品收率高、纯度好；避免了传统制备工艺中剧毒品氰化物的使用，安全性高；且避免了冰醋酸、哌啶的使用，减少了对设备的腐蚀，安全性高，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于化合物制备技术领域，具体涉及一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法。
背景技术
2-氰基丙酸乙酯是制备阿明洛芬的重要中间体，传统的主流工艺是利用2-溴代丙酸乙酯和氰化钠或氰化钾反应来制备，如Kim, K. E.; Li, J.-M.; Grubbs, R. H.;Stoltz, B. M. Catalytic Anti-Markovnikov Transformations of Hindered TerminalAlkenes Enabled by Aldehyde-Selective Wacker-Type Oxidation. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13179。或者通过氰基乙酸乙酯与碘甲烷反应来制备，如Rao, M. N.;Haridas, M.; Gangwar, M. K.; Rajakannu, P.; Kalita, A.; Ghosh, P. AsymmetricBase-Free Michael Addition at Room Temperature with Nickel-Based BifunctionalAmido-Functionalized N-Heterocyclic Carbene Catalysts. Eur. J. Inorg. Chem.2015, 1604。
美国专利US3956357A中公开了一种制备2-氰基丙酸乙酯的方法，是在加氢催化剂的存在下，氰基乙酸酯、甲醛和缩合催化剂进行反应，该方法虽然避免氰化钠、氰化钾及碘甲烷等剧毒物的使用，但是，需要使用大量的冰醋酸、哌啶等反应助剂和阻聚剂，对设备腐蚀严重，不利于大规模工业化生产。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种制备2-氰基丙酸乙酯的方法，避免了氰化钠、氰化钾及碘甲烷等剧毒物的使用，以氰基乙酸乙酯为原料和甲醛进行缩合加氢一锅反应制备，工艺简单易行，成本低，生产效率高。
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入氰基乙酸乙酯、有机溶剂、甲醛和Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为1.0-5.0MPa，在温度为50-100℃下搅拌反应；
（3）反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过水洗、分液、干燥、浓缩，减压蒸馏，即可得到2-氰基丙酸乙酯；
其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯中的任意一种。
优选地，所述氰基乙酸乙酯、有机溶剂的质量比为1：（5-15）。
优选地，所述甲醛与氰基乙酸乙酯的物质的量之比为（1.5-4）：1。
优选地，所述甲醛以37wt%的甲醛水溶液或者多聚甲醛的形式加入。
优选地，所述Pd/C催化剂为钯含量为0.5-5%的钯碳催化剂，所述Pd/C催化剂与氰基乙酸乙酯的质量比为（0.005-0.015）：1。
优选地，所述减压蒸馏的条件为：温度为80-106℃、压力为14-21mmHg。
更优选地，所述氰基乙酸乙酯、有机溶剂的质量比为1：（8-10）。
更优选地，所述甲醛与氰基乙酸乙酯的物质的量之比为（2-3）：1。
更优选地，所述Pd/C催化剂为钯含量为1-2%的钯碳催化剂。
更优选地，步骤（2）中所述压力为2.0-4.0MPa，步骤（2）中所述温度为60-80℃。
本发明所述制备方法涉及的化学反应方程式如下：
。
本发明的优点：
（1）本发明所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，工艺简单易行，成本低，生产效率高，催化剂可回收套用；
（2）所得产品收率高、纯度好；
（3）避免了传统制备工艺中剧毒品氰化物的使用，安全性高；且避免了冰醋酸、哌啶的使用，减少了对设备的腐蚀，安全性高，适合大规模生产。
附图说明
图1 2-氰基丙酸乙酯的核磁氢谱图；
图2 2-氰基丙酸乙酯的红外光谱图。
具体实施方式
实施例1
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、83mL N,N-二甲基甲酰胺、16 g37wt%甲醛溶液和0.12g 钯负载量为1%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为2.0MPa，加热至温度为60℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在90~100 ℃、20 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体9.54 g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率75%，气相纯度>99%。
本实施例制备的2-氰基丙酸乙酯的核磁氢谱见图1，其化学位移δ 4.27 (q, J =4.8 Hz, 2 H)处为2-氰基丙酸乙酯乙基上的亚甲基峰，δ 3.59 (q, J = 5.2 Hz, 1H)处为2-氰基丙酸乙酯2-位CH峰，δ 1.59 (d, J = 5.2 Hz, 3H)处为2-氰基丙酸乙酯丙酸甲基峰，δ 1.33 (t, J = 4.8 Hz, 1H)处为2-氰基丙酸乙酯乙基上的甲基峰。
本实施例制备的2-氰基丙酸乙酯红外光谱见图2，其红外吸收特征峰IR (KBr, v/cm-1)为：2253, 1744, 1197, 1109, 1033。其中，2253 cm-1处弱吸收峰为氰基的伸缩振动吸收峰，1744 cm-1为羰基的伸缩振动吸收峰，1197 cm-1为碳氢键面内弯曲振动吸收峰，1109和1033 cm-1为酯基碳氧单键伸缩振动吸收峰。
以上均可说明本发明制备的产物为2-氰基丙酸乙酯。
实施例2
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、105mL N,N-二甲基甲酰胺、24g37wt%甲醛溶液和0.06g 钯负载量为0.5%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在80~90 ℃、14 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体10.3g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率81%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例3
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、105mL N,N-二甲基甲酰胺、6.01g多聚甲醛和0.12g 钯负载量为1%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在86~102 ℃、17 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体11.4g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率90%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例4
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、113mL四氢呋喃、6.01g 多聚甲醛和0.12g 钯负载量为1%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在81~95 ℃、15 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体11.5 g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率91%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例5
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、113mL乙酸乙酯、6.01g 多聚甲醛和0.12g 钯负载量为1%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在90~102 ℃、21 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体11.7 g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率93%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例6
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、105mL N,N-二甲基甲酰胺、6.01g多聚甲醛和0.12g回收的钯负载量为1%的Pd/C催化剂（为实施例5回收得到的Pd/C催化剂）；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在87~105 ℃、16 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体11.5g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率91%。产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例7
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入45.2g氰基乙酸乙酯、415mL N,N-二甲基甲酰胺、24.04g多聚甲醛和0.48g钯负载量为1%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为4.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过500mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在95~106 ℃、21 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体48.1g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率95%。产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例8
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、127mL四氢呋喃、24g 37wt%甲醛溶液和0.06g 钯负载量为2%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为2.0MPa，加热至温度为80℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在80~90 ℃、14 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体11.4 g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率90%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例9
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、64mL四氢呋喃、4.5g 多聚甲醛和0.12g钯负载量为5%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为1.0MPa，加热至温度为50℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在87~105 ℃、16 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体9.6g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率76%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
实施例10
一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入11.3g氰基乙酸乙酯、188mL乙酸乙酯、12g 多聚甲醛和0.12g钯负载量为0.5%的Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为5.0MPa，加热至温度为100℃下搅拌反应；
（3）气相色谱监测反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过100mL水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，在87~105 ℃、16 mmHg的条件下减压蒸馏，得到无色液体10.1 g，即为2-氰基丙酸乙酯，产率80%，气相纯度>99%。
产物核磁氢和红外谱图与实施例1的类似。
Claims (10)
1.一种2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）向高压加氢釜中加入氰基乙酸乙酯、有机溶剂、甲醛和Pd/C催化剂；
（2）通入氮气置换空气，然后通入氢气至压力为1.0-5.0MPa，在温度为50-100℃下搅拌反应；
（3）反应完毕后，过滤，回收催化剂，滤液经过水洗、分液、收集有机相、干燥、浓缩，减压蒸馏，即可得到2-氰基丙酸乙酯；
其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯中的任意一种。
2.根据权利要求1所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述氰基乙酸乙酯、有机溶剂的质量比为1：（5-15）。
3.根据权利要求2所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述甲醛与氰基乙酸乙酯的物质的量之比为（1.5-4）：1。
4.根据权利要求3所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述甲醛以37wt%的甲醛水溶液或者多聚甲醛的形式加入。
5.根据权利要求4所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述Pd/C催化剂为钯含量为0.5-5%的钯碳催化剂，所述Pd/C催化剂与氰基乙酸乙酯的质量比为（0.005-0.015）：1。
6.根据权利要求5所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述减压蒸馏的条件为：温度为80-106℃、压力为14-21mmHg。
7.根据权利要求2或6所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述氰基乙酸乙酯、有机溶剂的质量比为1：（8-10）。
8.根据权利要求7所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述甲醛与氰基乙酸乙酯的物质的量之比为（2-3）：1。
9.根据权利要求2或8所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述Pd/C催化剂为钯含量为1-2%的钯碳催化剂。
10.根据权利要求9所述2-氰基丙酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述压力为2.0-4.0MPa，所述温度为60-80℃。
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