CN114989014B - 一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，属于环丙甲酸酯技术领域，所述方法为将氧化钙加入反应容器中，开启搅拌，然后迅速加入二甲苯，加入相转移催化剂，向反应容器中滴加4‑氯丁酸甲酯，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45‑85℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯；本发明的反应条件温和，能够降低反应安全隐患，还能够大大降低合成工艺的原料成本。
Description
技术领域
本发明涉及环丙甲酸酯技术领域，具体涉及一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法。
背景技术
环丙甲酸甲酯是生产环丙胺的关键中间体，环丙胺为环丙沙星的中间体，亦用于农药和植物保护剂的合成、有机合成、医药合成中间体，并可用于合成新型抗菌药物环丙氟哌酸类产品，如合成环丙沙星，恩氟沙星，斯帕沙星等药物。此外环丙胺也是合成农药、植物保护剂、除草剂的重要中间体，如2-氯-4-6-环丙基均三嗪，环丙草胺，环丙津，环丙氰津等环丙沙。现有的环丙甲酸甲酯的生产方法及缺点如下：
中国专利CN111170854A公开了环丙甲酸甲酯合成方法，在洁净的1800-2200ml反应瓶中加入碳酸钾800-1200g，然后加入二甲苯800-900g，控制温度在85-100℃滴加氯代丁酸甲酯740-920g，滴毕，控制温度在85-100℃保温1-5h，保温结束降温至30-50℃以下，过滤，滤饼用二甲苯洗涤，合并滤液，滤液精馏得到环丙甲酸甲酯；该专利的不足：反应原料利用率低，溶剂套用回收动力成本高，固体加入量较大生产可操作性差；而且该反应未加催化剂，反应转化率低。
中国专利CN106854157B公开了低醇类溶解度溶剂中合成环丙甲酸酯的方法，将γ-氯丁酸酯与溶剂混合，得混合底料，将所得的混合底料升温至120-130℃，溶剂为低甲醇溶解度溶剂；将醇钠或醇钾的相应醇溶液以滴加的方式向保温于120-130℃的混合底料进行连续进料，以共沸精馏的方式蒸出溶剂-醇共沸物，共沸物经冷凝后分层，分出作为冷凝液下层的醇相；当共沸冷凝物中无醇相分出时，环合反应结束，得环合反应液；将分出的醇相用水洗涤后，分出位于上层的有机相；将环合反应液与分出的有机相合并后进行常压精馏，得环丙甲酸酯；该专利的不足：反应涉及溶剂套用回收等情况，因此导致该反应的动力成本较高。
美国专利US3711549A利用固体甲醇钠为强碱，甲苯为溶剂，采用向甲醇钠-甲苯体系中滴加γ-氯丁酸甲酯的方法合成环丙甲酸甲酯；该专利的不足：虽然该方法实现了较高的环丙甲酸甲酯收率，但固体甲醇钠成本高，不易运输和保存，极易变质，且在使用过程中易粘附与反应器表面，在较高温度下存在安全隐患。
中国专利CN101693660A和CN1150141A均以醇钠或醇钾相应的醇溶液作强碱进行环合反应，采用的溶剂均为芳香烃类溶剂，如苯、甲苯、二甲苯；该专利的不足：甲苯、二甲苯等芳香烃与醇的共沸组成中，醇的含量较低，且由于醇与芳香烃互溶，导致共沸物冷凝后不分层，导致溶剂共沸带甲醇钠效率低、蒸甲醇时间长、溶剂需求量大、难以回收利用的问题。
中国专利CN1125715A公开了一种无溶剂合成环丙甲酸甲酯的工艺，通过在4-卤代丁酸酯中加入离子液体和无机碱并搅拌均匀，在反应温度10-60℃下反应2-24h，得到环丙基甲酸酯；该专利的不足：存在副产物含量高、蒸甲醇时间长等问题。
中国专利CN107673973B公开了一种环丙胺中间体环丙甲酸甲酯的制备方法，以γ-氯代丁酸甲酯以起始原料，利用碳化钙和甲醇制备得到的甲醇钙作为强碱脱除氯化氢成环，工艺简单，生产所必需的原材料种类少，且部分原材料可以回用，产品收率高，质量好，安全环保；该专利的不足：涉及固体投料工业化生产，连续性差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，反应条件温和，能够降低反应安全隐患，还能够大大降低合成工艺的原料成本。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，反应路线如下：
一种氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，将氧化钙加入反应容器中，开启搅拌并将搅拌速度控制到300-500r/min，然后迅速加入二甲苯，加入相转移催化剂，向反应容器中滴加4-氯丁酸甲酯，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45-85℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯；
所述相转移催化剂为四丁基氯化铵和四丁基溴化铵中的一种；
其中，氧化钙、二甲苯、相转移催化剂、4-氯丁酸甲酯的重量比为3.4:18-72:0.1-0.5:13.65。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，氧化钙原料易得，且价格便宜，合成过程产生废盐量少，反应生成的氯化钙在水中溶解度大易于后续处理，合成条件温和无需高温高压；该反应较常用甲醇钠氯代甲酯方法合成环丙甲酯，去除了甲醇钠的使用，可大大降低环丙胺合成成本，以及合成环丙胺的合成风险；
（2）本发明的氧化钙合成环丙甲酸酯的方法，能够提高环丙甲酸酯的纯度和收率，制备的环丙甲酸甲酯的纯度为99.92-99.99%，收率为88.03-96.17%。
附图说明
图1为实施例1制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图2为实施例2制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图3为实施例3制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图4为实施例4制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图5为实施例5制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图6为实施例6制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图7为实施例7制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图8为实施例8制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图；
图9为实施例9制备的环丙甲酸甲酯的气相色谱图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例中的环丙甲酸甲酯的收率计算公式为：（产物环丙甲酸甲酯的重量*气相纯度/环丙甲酸甲酯的相对摩尔量）/（4-氯丁酸甲酯的重量/4-氯丁酸甲酯的相对摩尔质量）*100%
实施例1
称取二甲苯18.00g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.5g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯8.81g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图1所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.92%，收率为88.03%。
实施例2
称取二甲苯36.01g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.50g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.52g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图2所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.97%，收率为95.17%。
实施例3
称取二甲苯72.00g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.50g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.43g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图3所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.96%，收率为94.26%。
实施例4
称取二甲苯36.01g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基溴化铵0.30g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.16g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图4所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.93%，收率为91.54%。
实施例5
称取二甲苯36.00g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.10g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯8.94g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图5所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.99%，收率为89.39%。
实施例6
称取二甲苯36.01g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在400r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.50g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.55g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图6所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.98%，收率为95.48%。
实施例7
称取二甲苯36.02g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在500r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.5g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.52g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图7所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.95%，收率为95.15%。
实施例8
称取二甲苯36.03g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.5g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至65℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.58g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图8所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.96%，收率为95.76%。
实施例9
称取二甲苯36.01g于烧杯中，称取氧化钙3.40g，快速加入四口瓶，开启搅拌并将转速控制在300r/min，并迅速倒入二甲苯，然后称取四丁基氯化铵0.50g加入四口瓶中，恒压滴液漏斗称取4-氯丁酸甲酯13.65g，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至85℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯，得到产物环丙甲酸甲酯9.62g，对制备的环丙甲酸甲酯进行气相色谱分析，分析结果如图9所示，制备的产物环丙甲酸甲酯的纯度为99.97%，收率为96.17%。
实施例1-9的氧化钙合成环丙甲酸甲酯的方法也适用于环丙甲酸乙酯、环丙甲酸丙酯、环丙甲酸丁酯的制备。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (1)
1.一种氧化钙合成环丙甲酸甲酯的方法，其特征在于，将氧化钙加入反应容器中，开启搅拌并将搅拌速度控制到300-500r/min，然后迅速加入二甲苯，加入相转移催化剂，向反应容器中滴加4-氯丁酸甲酯，控制滴加时间为10min，滴加过程中控制温度不超过30℃，滴加毕升温至45-85℃，保温4h，过滤去除氯化钙水合物，得到二甲苯和产物的混合液，精馏收集120℃的馏分作为产物环丙甲酸甲酯；
所述相转移催化剂为四丁基氯化铵和四丁基溴化铵中的一种；
其中，氧化钙、二甲苯、相转移催化剂、4-氯丁酸甲酯的重量比为3.4:18-72:0.1-0.5:13.65。
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