CN114524742A - 一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及月桂酰胺丙基甜菜碱的制备技术，具体涉及一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法。将月桂酸与3‑二甲胺基丙胺进行酰胺化反应，通过萃取对酰胺化反应中的酰胺化产物进行纯化，将纯化后的酰胺化产物与氯乙酸进行季铵化反应，调节季铵化反应后物料的pH后获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品，将月桂酰胺丙基甜菜碱粗品加入至丙酮中进行搅拌清洗，然后过滤、干燥即得。本发明不仅纯化过程简单，而且能够显著提高月桂酰胺丙基甜菜碱产品的纯度。

Description

一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法
技术领域
本发明涉及月桂酰胺丙基甜菜碱的制备技术，具体涉及一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前，商业化的月桂酰胺丙基甜菜碱产品纯度以85％为主，且价格较高，如何在低成本条件下最大限度提高产品纯度成为大家关注的问题。据发明人研究了解，月桂酰胺丙基甜菜碱的制备工艺中，常采用多次重结晶的方法对季铵化的产物进行纯化。虽然重结晶的方法可以使人们在一定程度上得到较高纯度的产品，但纯化的过程相较复杂，且纯化过程中溶剂的选择(单一或复合)、结晶温度、搅拌速度、搅拌方式、过饱和度的选择、结晶的时间等均会对产出成品产生较大影响；另外，多次重结晶的成本也较高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，本发明不仅纯化过程简单，而且能够显著提高月桂酰胺丙基甜菜碱产品的纯度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，将月桂酸与3-二甲胺基丙胺进行酰胺化反应，通过萃取对酰胺化反应中的酰胺化产物进行纯化，将纯化后的酰胺化产物与氯乙酸进行季铵化反应，调节季铵化反应后物料的pH后获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品，将月桂酰胺丙基甜菜碱粗品加入至丙酮中进行搅拌清洗，然后过滤、干燥即得。
本发明通过酰胺化反应后的萃取，去除酰胺化反应的未反应原料，避免季铵化反应产生杂质，减少季铵化反应后产物中的杂质种类。通过选择丙酮为清洗液，能够将季铵化反应后产生更少量种类的杂质去除，从而显著提高了月桂酰胺丙基甜菜碱产品的纯度。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用萃取的方式对酰胺化反应后的物料进行纯化，减少酰胺化反应后的物料中杂质的种类，从而降低季铵化反应过程中的副反应类型，进而减少产品中的杂质；同时，采用萃取的方式对酰胺化反应后的物料进行纯化，步骤简单，能耗较低。
2.本发明采用选取恰当的试剂，通过对季铵化反应后的产物进行清洗、过滤、干燥，便可获得较高纯度的目标产品，且产率显著高于重结晶的方法；同时，直接使用有机溶剂对终产物进行清洗纯化的方法简单易操作、且成本低廉。
3.本发明能够使酰胺化产物中叔胺的含量稳定在97％以上，季铵化产物后产品纯度稳定在99％以上。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例中酰胺化产物总胺值的方差分析结果图，a为总胺值标准化效应的柏拉图，b为总胺值的残差图，c为总胺值的主效应图；
图2为实施例中酰胺化产物酸值的方差分析结果图，a为酸值标准化效应的柏拉图，b为酸值的残差图，c为酸值的主效应图；
图3为实施例中酰胺化产物转化率的方差分析结果图，a为转化率标准化效应的柏拉图，b为转化率的残差图，c为转化率的主效应图；
图4为实施例中中间产物月桂酰胺丙基二甲基叔胺的红外光谱图；
图5为实施例中中间产物月桂酰胺丙基二甲基叔胺(LPKO)的质谱图；
图6为实施例中中间产物月桂酰胺丙基二甲基叔胺(LPKO)的液相色谱图；
图7为实施例中终产物月桂酰胺丙基二甲基甜菜碱的红外光谱图；
图8为实施例中终产物月桂酰胺丙基二甲基甜菜碱(LAB)的质谱图；
图9为实施例中终产物月桂酰胺丙基二甲基甜菜碱(LAB)的液相色谱图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有月桂酰胺丙基甜菜碱产品制备过程存在纯化成本高，且产品纯度有待提高等问题，本发明提出了一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，将月桂酸与3-二甲胺基丙胺进行酰胺化反应，通过萃取对酰胺化反应中的酰胺化产物进行纯化，将纯化后的酰胺化产物与氯乙酸进行季铵化反应对调节季铵化反应后物料的pH后获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品，将月桂酰胺丙基甜菜碱粗品加入至丙酮中进行搅拌清洗，然后过滤、干燥即得。
该实施方式的一些实施例中，酰胺化反应的温度为140～180℃，优选为178～180℃；酰胺化反应时间为6～10h，优选为9.5～10h；月桂酸与3-二甲胺基丙胺的摩尔比为1:1.0～1.2，优选为1:1.06～1.08。酰胺化反应条件影响副反应的活性，研究表明，当采用上述优化条件后，反应收率更高，副反应活性更低，更有利于萃取纯化，从而提高最终产品的纯度。
该实施方式的一些实施例中，酰胺化反应在惰性气氛下进行。
该实施方式的一些实施例中，萃取过程采用的溶剂为乙酸乙酯和氯化钠水溶液。所述氯化钠水溶液的质量分数为4～6％。萃取后，酰胺化产物进入至上层中。
该实施方式的一些实施例中，萃取后进行旋蒸和干燥。对酰胺化产物进行进一步纯化。
在一种或多种实施例中，旋蒸的温度为65～75℃。
在一种或多种实施例中，干燥为真空干燥。真空干燥的温度为95～105℃，真空度为0.04～0.06MPa，时间为2～4h。
该实施方式的一些实施例中，季铵化过程中，控制体系pH为11.5～12.5。保证原料反应活性更高。控制体系pH的方法为间歇添加碱性物质。
该实施方式的一些实施例中，将纯化后的酰胺化产物加入至乙醇中，然后添加氯乙酸和碱性溶液后进行季铵化反应。
该实施方式的一些实施例中，调节季铵化反应后物料的pH至5～7。采用盐酸进行调节。优选浓盐酸。所述浓盐酸的质量浓度为35～37％。
该实施方式的一些实施例中，调节季铵化反应后物料的pH后，反应0.5～1.5h，旋蒸、干燥获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品。
该实施方式的一些实施例中，采用丙酮清洗月桂酰胺丙基甜菜碱粗品的温度为20～80℃，优选为65～75℃。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
下列实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明均可从商业途径获得。
实施例
一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量20g月桂酸于三口烧瓶中，加热至70℃使其完全溶解。
(2)开启搅拌，搅拌速度400r/min，缓慢加入13.445ml DMAPA。
(3)在搅拌状态下通N2 15min后，停止通气。
(4)保持搅拌速度400r/min，升温至180℃，10h后停止反应，将产物冷却至70℃。
(5)将样品转移至250ml分液漏斗中，先后加入50ml乙酸乙酯、10ml质量分数5％的氯化钠水溶液，振荡1min，静置10min后取走下层液体。
(6)取上层液体，重复步骤(5)2次，将3次萃取得到的样品转移至250ml旋蒸瓶中。
(7)开启旋蒸，温度70℃、转速90r/min、旋蒸时间0.5h。
(8)将旋蒸后的样品转移至坩埚中，并放入磁力搅拌电热套内进行干燥，温度设置400℃、干燥时间0.5h。
(9)将干燥后的样品放入真空干燥箱内，温度设置100℃、真空度0.05Mpa，干燥3h。
(10)称量10g上述中间产物叔胺于250ml三口烧瓶中，加入50ml无水乙醇，开启搅拌，搅拌速度100r/min，并加热至70℃使叔胺完全溶解。
(11)加入7.30g质量分数50％的氯乙酸水溶液，同步加入3.10g质量分数50％的氢氧化钠溶液，提高搅拌速度至400r/min，升温至100℃，反应3h。
(12)3h后，加入0.70g质量分数50％的氢氧化钠溶液，控制反应体系pH在11.5～12.5之间，继续反应3h。
(13)3h后，冷却至70℃，加入0.60ml质量分数37％的浓盐酸，反应1h，控制反应体系pH在5～7之间，若pH值高于7，则通过加入37％的盐酸溶液调节，1h后，停止反应。
(14)将产物转移至旋蒸瓶内，开启旋蒸，温度70℃、转速90r/min、旋蒸时间10min。
(15)将旋蒸后的样品转移至坩埚中，并放入磁力搅拌电热套内进行干燥，温度设置400℃、干燥时间0.5h。
(16)将干燥后的样品放入真空干燥箱内，温度设置100℃、抽真空至真空度为0.05MPa，干燥2h。
(17)将干燥后的样品转移至100ml烧杯中，加入50ml丙酮，置于磁力加热搅拌器上。
(18)开启搅拌，搅拌速度200r/min；开启加热，加热温度70℃。
(19)15min后，停止搅拌和加热，将样品转移至布氏漏斗内进行真空抽滤1min，真空度为0.1MPa。
(20)重复步骤(17)-(19)2次，之后将样品放入烘箱干燥0.5h，干燥温度60℃，便可得纯度在99％以上的月桂酰胺丙基甜菜碱。
本实施例中酰胺化反应的试验因素水平表如表1所示，是以反应配比、反应温度、反应时间为试验因素，设置1、2两个水平，分别对应一个低水平和一个高水平。
表1因素水平表
Figure BDA0003523476640000071
本实施例中酰胺化反应的正交试验顺序及各响应变量产出结果如表2所示，从表2中可以看出，按照二水平3个中心点的正交试验设计方法，本实施例安排了11(23+3)组试验。
表2全因子试验矩阵&结果
Figure BDA0003523476640000072
Figure BDA0003523476640000081
本实施例中酰胺化反应产物总胺值的方差分析结果如图1所示，其中a图显示的是对应于总胺值标准化效应的柏拉图，从该图中可以看出，反应配比是影响总胺值产出结果的显著因子；b图显示的是对应于总胺值的残差图，指的是实测的总胺值数据与代入回归模型后的预测值之差，从该图中可以看出，残差无异常；c图显示的是对应于总胺值的主效应图，从该图中可以看出，反应配比波动最大，是影响总胺值的显著因子。
本实施例中酰胺化反应产物酸值的方差分析结果如图2所示，其中a图显示的是对应于酸值标准化效应的柏拉图，从该图中可以看出，反应温度是影响酸值产出结果的显著因子；b图显示的是对应于酸值的残差图，指的是实测的酸值数据与代入回归模型后的预测值之差，从该图中可以看出，残差无异常；c图显示的是对应于酸值的主效应图，从该图中可以看出，反应温度对酸值影响最大。
本实施例中酰胺化反应产物中转化率的方差分析结果如图3所示，其中a图显示的是对应于转化率标准化效应的柏拉图，从该图中可以看出，反应时间是影响转化率的显著因子；b图显示的是对应于转化率的残差图，指的是实测的转化率与代入回归模型后的预测值之差，从该图中可以看出，残差无异常；c图显示的是对应于转化率的主效应图，从该图中可以看出，反应时间对转化率影响最大。
本实施例中酰胺化反应的优化结果如表3所示，结合上述方差分析结果，以转化率取“望大”、总胺值取“望目”值180mg KOH/g、酸值取“望小”对酰胺化反应进行优化，得到的最佳反应条件为：反应摩尔比1.0：1.07、反应温度180℃、反应时间10h。
表3酰胺化反应的优化结果
Figure BDA0003523476640000091
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基二甲基叔胺的红外光谱图如图4所示，从图4中可以看出，在1636cm-1处有仲酰胺C＝O的伸缩振动吸收峰、1550cm-1处有仲酰胺N-H伸缩振动吸收峰，表明了酰胺化反应的完成及中间体叔胺的获得。
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基二甲基叔胺的质谱图如图5所示，从图5中可以看出，质荷比(m/z)值285.3557刚好对应中间产物月桂酰胺丙基二甲基叔胺。
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基二甲基叔胺的液相色谱图如图6所示，其中保留时间为3.019min的峰代表月桂酰胺丙基二甲基叔胺，从图6中可以看出，纯化后的中间体叔胺无杂质峰出现。
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基甜菜碱的红外光谱图如图7所示，从图7中可以看出，在1649cm-1处有仲酰胺C＝O的伸缩振动吸收峰、1538cm-1处有仲酰胺N-H伸缩振动吸收峰，2924cm-1、2846cm-1处为-CH2-振动吸收峰，由此可推断出季铵化产物的获得。
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基甜菜碱的质谱图如图8所示，从图8中可以看出，质荷比(m/z)值343.2952刚好对应目标产物月桂酰胺丙基二甲基甜菜碱。
本实施例合成得到的月桂酰胺丙基甜菜碱的液相色谱图如图9所示，其中第3个峰位置代表月桂酰胺丙基甜菜碱，从图9中可以看出，纯化后的目标产物纯度在99％以上(99.18％)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，将月桂酸与3-二甲胺基丙胺进行酰胺化反应，通过萃取对酰胺化反应中的酰胺化产物进行纯化，将纯化后的酰胺化产物与氯乙酸进行季铵化反应，通过调节季铵化反应后物料的pH后获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品，将月桂酰胺丙基甜菜碱粗品加入至丙酮中进行搅拌清洗，然后过滤、干燥即得。
2.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，酰胺化反应的温度为140～180℃，优选为178～180℃；酰胺化反应时间为6～10h，优选为9.5～10h；月桂酸与3-二甲胺基丙胺的摩尔比为1:1.0～1.2，优选为1:1.06～1.08。
3.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，酰胺化反应在惰性气氛下进行。
4.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，萃取过程采用的溶剂为乙酸乙酯和氯化钠水溶液。
5.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，萃取后进行旋蒸和干燥；
优选地，旋蒸的温度为65～75℃；
优选地，干燥为真空干燥；进一步优选地，真空干燥的温度为95～105℃，真空度为0.04～0.06MPa，时间为2～4h。
6.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，季铵化过程中，控制体系pH为11.5～12.5。
7.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，将纯化后的酰胺化产物加入至乙醇中，然后添加氯乙酸和碱性溶液后进行季铵化反应。
8.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，调节季铵化反应后物料的pH至5～7。
9.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，调节季铵化反应后物料的pH后，反应0.5～1.5h，旋蒸、干燥获得月桂酰胺丙基甜菜碱粗品。
10.如权利要求1所述的高纯度月桂酰胺丙基甜菜碱的制备方法，其特征是，采用丙酮清洗月桂酰胺丙基甜菜碱粗品的温度为20～80℃，优选为65～75℃。
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