CN114213234A - 一种环丙基甲酸的合成方法 - Google Patents

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CN114213234A CN202111611301.4A CN202111611301A CN114213234A CN 114213234 A CN114213234 A CN 114213234A CN 202111611301 A CN202111611301 A CN 202111611301A CN 114213234 A CN114213234 A CN 114213234A
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宋立雪
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Abstract

本发明公开了一种环丙基甲酸的合成方法，其依次包括有如下步骤：(1)氧化反应；(2)降温析晶；(3)清洗。有益效果：本发明生产方法简单，产品环丙基甲酸的收率高，可适用于大规模生产；生产成本较低，同时其生成的副产物少，污染小，处理成本低，降低了企业的环保压力；本发明公开的方法简单，通过控制一氧化氮以及空气或者氧气的流量，进而控制反应温度及反应压力，保证了氧化反应过程中的安全性。

Description

一种环丙基甲酸的合成方法
技术领域：
本发明专利涉及环丙基甲酸的合成方法，具体涉及一种环丙基甲酸的合成方法。
背景技术：
环丙基甲酸是医药和农药行业广泛使用的中间体，可用于合成环丙沙星、环丙氟哌酸和环丙氟啶酸等高效抗菌新药，也广泛用于其他精细化工产品的合成；因此开发合理的合成路线，具有较大的社会效益和经济效益。现有的环丙基甲酸常见的合成方法有：1、将4-氯丁腈与研细的氢氧化钠混合均匀，在蒸汽浴上加热，并分次加水搅拌，反应激烈进行；反应完后加碎冰将反应溶液冷却，再加入浓硫酸，将混合物酸化后静置分层，分出上层粘稠液体(环丙烷羧酸和高聚物的混合物)，减压蒸馏，温度为94-95℃，压力为3.5kPa，馏分收集，得到产品环丙基甲酸，收率一般为74％-79％；上述方法中使用了强酸强碱，而强酸强碱易将原料4-氯丁腈损坏，导致产品环丙基甲酸的收率较低，该方法不易操作，进而不适合大规模生产；2、以γ-丁内酯为原料，加入无水氯化锌为催化剂，和氯化亚砜于55℃反应12h，减压蒸馏得4-氯丁酰氯，接着将该酰氯与甲醇在吡啶存在下反应，得到4-氯丁酸甲酯，再将该化合物加入到甲苯中，并加入甲醇钠，回流搅拌6h，然后加入NaOH和水，剧烈搅拌回流5h，分出有机层，水层用酸酸化得粗产品，再经过精馏得产品环丙基甲酸；上述方法中涉及多个反应，反应过程长复杂，成本高，并且在反应过程中产生大量的废水以及废气，处理成本高，增加了企业的环保压力。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种收率高，可适用于大规模生产的环丙基甲酸的合成方法。
本发明的目的由如下技术方案实施：一种环丙基甲酸的合成方法，其依次包括有如下步骤：
(1)氧化反应：向反应釜中加入环丙基甲醛溶液，然后通入一氧化氮；经过5-10min后再通入氧化气体，通入3-4h的所述氧化气体之后，停止通入所述一氧化氮和所述氧化气体，然后保温反应2-3h，得到反应混合物。
以一氧化氮作为催化剂，具体反应方程式如下：
Figure BDA0003435533220000021
以一氧化氮作为催化剂，环丙基甲醛与氧气反应生成环丙基甲酸后溶于水中促进了反应的进行。
(2)降温析晶：将步骤(1)中的所述反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液。
(3)清洗：将步骤(2)中的所述结晶溶液用温度为5-10℃的水进行0.5h清洗，清洗后得到环丙基甲酸。
进一步的，步骤(1)中的所述环丙基甲醛溶液的制备方法：将环丙基甲醛和水混合搅拌，配置成质量浓度为50-95％的环丙基甲醛溶液。
进一步的，所述环丙基甲醛溶液与所述一氧化氮的质量比为1：0.002-0.005。
进一步的，通入所述反应釜内的所述一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min。
进一步的，所述氧化气体为空气，通入所述反应釜内的所述空气的流量为0.3-0.4g/min。
进一步的，所述环丙基甲醛溶液与所述空气的质量比为1：0.8-1.1。
进一步的，所述氧化气体为氧气，通入所述反应釜内的所述氧气的流量为0.1-0.15g/min。
进一步的，所述环丙基甲醛溶液与所述氧气的质量比为1：0.2-0.3。
进一步的，在步骤(3)之后还包括以下步骤：将所述环丙基甲酸进行升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，以达到对产品干燥程度的要求，接着降温包装得成品。
本发明的优点：
1、本发明提供了一种环丙基甲酸的合成方法，以一氧化氮作为溶剂，使环丙基甲醛与氧化气体充分反应，得到产品环丙基甲酸，生产方法简单，产品环丙基甲酸的收率高，可适用于大规模生产。
2、本发明提供了一种环丙基甲酸的合成方法，原料及反应设备使用的少，进而生产成本较低，同时其生成的副产物少，污染小，处理成本低，降低了企业的环保压力。
3、本发明公开的方法简单，通过控制一氧化氮以及空气或者氧气的流量，进而控制反应温度及反应压力，保证了氧化反应过程中的安全性。
具体实施方式：
下面将通过实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入0.5g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入180g的空气，空气的流量为0.3-0.4g/min，通入3-4h的空气之后，停止通入一氧化氮和空气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，清洗后得到固体物料，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸163.4g，实收率为95％，纯度为98％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
实施例2：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入0.7g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入200g的空气，空气的流量为0.3-0.4g/min，通入3-4h的空气之后，停止通入一氧化氮和空气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸158g，实收率为91.86％，纯度为97.5％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
实施例3：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入1g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入220g的空气，空气的流量为0.3-0.4g/min，通入3-4h的空气之后，停止通入一氧化氮和空气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸156g，实收率为90.73％，纯度为96％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
实施例4：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入0.5g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入40g的氧气，氧气的流量为0.1-0.15g/min，通入3-4h的氧气之后，停止通入一氧化氮和氧气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸163.2，实收率为94.88％，纯度为98％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
实施例5：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入0.7g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入42g的氧气，氧气的流量为0.1-0.15g/min，通入3-4h的氧气之后，停止通入一氧化氮和氧气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸156g，实收率为90.7％，纯度为97.2％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
实施例6：将140g环丙基甲醛和60ml水混合搅拌，配置成环丙基甲醛溶液，并加入到反应釜中，然后通入1g的一氧化氮，一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min；经过5-10min后再通入60g的氧气，氧气的流量为0.1-0.15g/min，通入3-4h的氧气之后，停止通入一氧化氮和氧气，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；接着将反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；在用5-10℃的水清洗结晶溶液，固体物料转入脱水釜升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止，得到环丙基甲酸155g，实收率为90％，纯度为96％。
采用本实施例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约0.38kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为20元。
对比例1：
将4-氯丁腈207g与研细的氢氧化钠300g混合均匀，在蒸汽浴上加热，并分次加水搅拌，反应激烈进行；反应完后加碎冰800g将反应溶液冷却，再加入浓硫酸150g，将混合物酸化后静置分层，分出上层粘稠液体(环丙烷羧酸和高聚物的混合物)，减压蒸馏，温度为94-95℃，压力为3.5kPa，馏分收集，得到产品环丙基甲酸129g，收率为75％，纯度为97.5％。
采用本对比例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约7.3kg的废水，基本没有废气产生，生产成本约为52元。
对比例2：
以γ-丁内酯172g为原料，加入无水氯化锌32g为催化剂，和氯化亚砜250g于55℃反应12h，减压蒸馏得4-氯丁酰氯，接着将该酰氯与甲醇96g在吡啶175g存在下反应，得到4-氯丁酸甲酯，再将该化合物加入到甲苯300ml中，并加入甲醇钠120g，回流搅拌6h，然后加入NaOH100g和水200g，剧烈搅拌回流5h，分出有机层，水层用盐酸320g酸化得粗产品，再经过精馏得产品环丙基甲酸146.2g；收率为85％，纯度为97.5％。
采用本对比例制备产品环丙基甲酸，每生产1kg的产品，会产生约4.2kg的废水，约0.92kg的废气，生产成本约为42元。
由此可知本发明中实施例1-6相比对比例1和2生成的副产物少，污染小，处理成本低，降低了企业的环保压力。
本发明中实施例1-6相比对比例1和2生产的环丙基甲酸的收率高，可适用于大规模生产。
本发明中实施例1-6相比对比例1和2可以控制反应温度及反应压力，保证了氧化反应过程中的安全性。
以上是本发明的优选实施方式，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 (9)

1.一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，其依次包括有如下步骤：
(1)氧化反应：向反应釜中加入环丙基甲醛溶液，然后通入一氧化氮；经过5-10min后再通入氧化气体，通入3-4h的所述氧化气体之后，停止通入所述一氧化氮和所述氧化气体，然后保温反应2-3h，得到反应混合物；
(2)降温析晶：将步骤(1)中的所述反应混合物降温至5-10℃，在此温度下保温1-2h，得到结晶溶液；
(3)清洗：将步骤(2)中的所述结晶溶液用温度为5-10℃的水进行清洗，清洗后得到环丙基甲酸。
2.根据权利要求1所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，步骤(1)中的所述环丙基甲醛溶液的制备方法：将环丙基甲醛和水混合搅拌，配置成质量浓度为50-95％的环丙基甲醛溶液。
3.根据权利要求1所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，所述环丙基甲醛溶液与所述一氧化氮的质量比为1：0.002-0.005。
4.根据权利要求3所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，通入所述反应釜内的所述一氧化氮的流量为0.1-0.2g/min。
5.根据权利要求1所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，所述氧化气体为空气，通入所述反应釜内的所述空气的流量为0.3-0.4g/min。
6.根据权利要求5所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，所述环丙基甲醛溶液与所述空气的质量比为1：0.8-1.1。
7.根据权利要求1所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，所述氧化气体为氧气，通入所述反应釜内的所述氧气的流量为0.1-0.15g/min。
8.根据权利要求7所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，所述环丙基甲醛溶液与所述氧气的质量比为1：0.2-0.3。
9.根据权利要求1所述的一种环丙基甲酸的合成方法，其特征在于，在步骤(3)之后还包括以下步骤：将所述环丙基甲酸进行升温减压脱水，检测水分≤0.3％为止。
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