CN115417776A - 一种制备2-氨基-1-丙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备2‑氨基‑1‑丙醇的方法，首先将1‑氨基‑2‑丙醇和环化催化剂反应得到氮杂环丙烷中间母液，然后采用四氟硼酸金属化合物作为开环催化剂，在极性溶剂中定向开环生成2‑氨基‑1‑丙醇；相比于现有技术路线，该方法具有条件温和、绿色环保、三废少和反应收率高等优势。
Description
技术领域
本发明属于化工合成领域，具体涉及一种利用1-氨基-2-丙醇制备2-氨基-1-丙醇的方法。
背景技术
2-氨基-1-丙醇，又称2-氨基丙醇、α-氨基丙醇，不仅是一种药物、表面活性剂以及聚合化学品的构筑前体和中间体，而且在手性合成领域也具有广泛的应用。其中，L-2-氨基-1-丙醇是广谱抗菌药左氧氟沙星的重要中间体，具有广阔的应用前景。
现有技术中，2-氨基-1-丙醇多以丙氨酸为原料，经NaBH4、LiAlH4等还原剂进行酯化还原，或者以Ni、Ru等贵金属催化剂进行直接还原制得，如专利CN101200431A和CN101648879A等。但该工艺路线所使用的还原剂昂贵，反应条件苛刻，导致生产成本和安全成本较高；另外一种制备2-氨基-1-丙醇的工艺路线则以环氧丙烷为起始剂，首先与盐酸反应生产氯丙醇，再与液氨进行胺化反应制得，如专利CN101033193A和CN1887855A，或者经特制催化剂直接与液氨反应制得，如专利CN1887855A和CN110981738A。虽然该工艺路线原料廉价，但反应条件苛刻、产品选择性较差、容易产生大量含氨废气，环境污染较大，且催化剂需特制，无法大规模工艺应用。
此外，制备2-氨基-1-丙醇的工艺还包括羟基乙烷两步合成法、羟基丙酮氨解法，生物合成法等，但这些工艺路线均存在反应效率低、反应条件苛刻、催化剂或者生物酶昂贵等缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种新的制备2-氨基-1-丙醇的方法，具有工艺流程简单、条件温和、绿色环保、三废少和反应收率高等优势。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备2-氨基-1-丙醇的方法，包括以下步骤：
(1)环化步骤：将1-氨基-2-丙醇和环化催化剂投入环化反应釜中，在一定的反应温度下充分反应，然后过滤，得到氮杂环丙烷中间母液；
(2)开环步骤：将氮杂环丙烷中间母液、开环溶剂和开环催化剂投入开环反应釜中，进行反应，反应完成后得到反应母液；
(3)后处理：上述的反应母液经脱溶剂处理后，即可得到2-氨基-1-丙醇。
本发明步骤(1)所述的反应温度为30～60℃，优选40-55℃；反应时长2～5h，优选2.5-3.5h。
本发明步骤(1)所述的环化催化剂的添加量为1-氨基-2-丙醇质量的1.5～8％，优选3-6％。
本发明步骤(1)所述的环化催化剂为强酸性催化剂，包括但不限于酸性硅藻土、碳基固体酸、酸性蒙脱石、酸性分子筛、酸性离子交换树脂、固体超强酸中的一种或多种。
本发明步骤(1)所述的环化催化剂可重复使用。
本发明步骤(2)所述的反应温度为50～80℃，优选55～65℃；反应时长3～7h，优选4-6h。
本发明步骤(2)所述的开环溶剂为强极性溶剂，包括但不限于水、二甲基亚砜、乙二醇、甲醇、二甲基甲酰胺、苯胺、乙腈、乙酸、硝基甲烷、乙醇、丙酮、吡啶、甲基乙基酮、氯仿、异丙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃、丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选水、二甲基亚砜、乙二醇、甲醇中的一种或多种。
本发明步骤(2)所述的开环溶剂投料量与1-氨基-2-丙醇投料量的质量比为(1～2):1，优选1.3-1.7:1。
本发明步骤(2)所述的开环催化剂为四氟硼酸锌、四氟硼酸铜、四氟硼酸钴、四氟硼酸铁中的一种或多种，优选四氟硼酸锌。
本发明步骤(2)所述的开环催化剂添加量为1-氨基-2-丙醇摩尔量的0.5～1.5％，优选0.8-1.2％。
本发明步骤(3)所述的脱溶剂处理步骤包括干燥、萃取、减压蒸馏。
本发明中由1-氨基-2-丙醇制备2-氨基-1-丙醇的反应方程式如下：
其中，M表示Zn、Cu、Co或Fe。
在环化催化剂的强酸性催化下，1-氨基-2-丙醇发生分子内脱水，使其成环，得到2-甲基氮杂环丙烷；2-甲基氮杂环丙烷分子内含有一个强张力的三元环，四氟硼酸金属化合物能够显著活化C-N键，在水、乙腈、甲醇等极性溶剂中，端位C-N键尤其容易遭受水分子的进攻，最终开环生成2-氨基-1-丙醇。在反应历程中，水、甲醇、乙醇、异丙醇等开环溶剂可提供强极性环境可促进氮杂环丙烷的选择性开环，极性越强，端位C-N键越容易断裂，将伯胺转化为仲胺，最后完成1-氨基-2-丙醇向2-氨基-1-丙醇的转化反应。
本发明的有益效果在于：
1、提供了由1-氨基-2-丙醇制备2-氨基-1-丙醇的工艺路线，具有工艺流程简单、条件温和、绿色环保、三废少和反应收率高等优势。
2、提供了在极性环境下，利用四氟硼酸金属化合物催化开环氮杂环丙烷的方法，可以大幅度提高端位C-N键开环几率，提高2-氨基-1-丙醇的收率。
附图说明
图1为实施例1制备的2-氨基-1-丙醇的质谱图。
具体实施方式
原料来源：
1-氨基-2-丙醇、乙酸乙酯、四氟硼酸金属化合物、氯化锌、酸性硅藻土、酸性蒙脱石购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；
酸性分子筛购自淄博物丰铝镁科技有限公司；
全氟磺酸树脂、固体超强酸HND-32购自江阴市南大合成化学有限公司。
质谱分析方法：源温度250℃，样品温度270℃，电子能量70eV。
气相色谱分析方法：安捷伦7890A(FID)检测器，INNOWAX色谱柱，进样口300℃，检测器300℃；升温程序：100℃，恒温1min，然后以20℃/min的速率升至200℃，保持8min。
实施例1
准确称取300g 1-氨基-2-丙醇和15g酸性硅藻土催化剂投入环化反应釜中，氮气置换2次后，在50℃下搅拌反应3h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入300g去离子水和14g Zn(BF4)2·6H2O，经氮气置换2次，以80℃搅拌反应3h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1-丙醇共297.6g。
经色谱分析，反应总收率为99.2％，产品纯度达99.51％。
实施例2
准确称取350g 1-氨基-2-丙醇和5.3g酸性蒙脱石催化剂投入环化反应釜中，氮气置换3次后，在30℃下搅拌反应5h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入455g乙醇和8g Cu(BF4)2·6H2O，经氮气置换2次，以60℃搅拌反应6h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1丙醇共343.3g。经色谱分析，反应总收率为98.1％，产品纯度达99.02％。
实施例3
准确称取250g 1-氨基-2-丙醇和7.5g酸性分子筛催化剂投入环化反应釜中，氮气置换2次后，在60℃下搅拌反应2h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入375g甲醇和9g Co(BF4)2·6H2O，经氮气置换2次，以50℃搅拌反应7h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1丙醇共246.7g。经色谱分析，反应总收率为98.7％，产品纯度达99.23％。
实施例4
准确称取200g 1-氨基-2-丙醇和16g酸性蒙脱石催化剂投入环化反应釜中，氮气置换3次后，在40℃下搅拌反应4h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入400g二甲基亚砜和11g Fe(BF4)2·6H2O，经氮气置换3次，以70℃搅拌反应4h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1丙醇共199.1g。经色谱分析，反应总收率为99.5％，产品纯度达99.6％。
实施例5
准确称取400g 1-氨基-2-丙醇和24g酸性蒙脱石催化剂投入环化反应釜中，氮气置换3次后，在35℃下搅拌反应4.5h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入440g乙腈和27.7g Zn(BF4)2·6H2O，经氮气置换2次，以70℃搅拌反应6h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1丙醇共396g。经色谱分析，反应总收率为99.0％，产品纯度达99.11％。
对比例1
准确称取300g 1-氨基-2-丙醇和15g酸性硅藻土催化剂投入环化反应釜中，氮气置换2次后，在50℃下搅拌反应3h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入300g去离子水和5.5g ZnCl2，经氮气置换2次，以80℃搅拌反应3h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到最终产物共53.1g。经色谱分析，反应总收率仅为17.7％。
对比例2
准确称取300g 1-氨基-2-丙醇和15g酸性硅藻土催化剂投入环化反应釜中，氮气置换2次后，在50℃下搅拌反应3h，最终过滤得到的中间母液；之后，将中间母液泵入开环反应釜，并继续投入14g Zn(BF4)2·6H2O，经氮气置换2次，以80℃搅拌反应3h；最后，将得到的反应母液在100℃下干燥3h后，采用乙酸乙酯萃取产物，最终在11kPa下减压脱去乙酸乙酯，便可得到无色略显粘稠的液体2-氨基-1丙醇共155.6g。经色谱分析，反应总收率仅为51.9％。
Claims (9)
1.一种制备2-氨基-1-丙醇的方法，包括以下步骤：
(1)环化步骤：将1-氨基-2-丙醇和环化催化剂投入环化反应釜中，在反应温度下充分反应，然后过滤，得到氮杂环丙烷中间母液；
(2)开环步骤：将氮杂环丙烷中间母液、开环溶剂和开环催化剂投入开环反应釜中，进行反应，反应完成后得到反应母液；
(3)后处理：上述的反应母液经脱溶剂处理后，即可得到2-氨基-1-丙醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的反应温度为30～60℃，优选40～55℃；反应时长2～5h，优选2.5～3.5h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)的环化催化剂的添加量为1-氨基-2-丙醇质量的1.5～8％，优选3～6％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的环化催化剂为强酸性催化剂，选自酸性硅藻土、碳基固体酸、酸性蒙脱石、酸性分子筛、酸性离子交换树脂、固体超强酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的反应温度为50～80℃，优选55～65℃；反应时长3～7h，优选4-6h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的开环溶剂为强极性溶剂，包括水、二甲基亚砜、乙二醇、甲醇、二甲基甲酰胺、苯胺、乙腈、乙酸、硝基甲烷、乙醇、丙酮、吡啶、甲基乙基酮、氯仿、异丙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃、丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选水、二甲基亚砜、乙二醇、甲醇中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的开环溶剂投料量与1-氨基-2-丙醇投料量的质量比为(1～2):1，优选1.3-1.7:1。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的开环催化剂为四氟硼酸锌、四氟硼酸铜、四氟硼酸钴、四氟硼酸铁中的一种或多种，优选四氟硼酸锌。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的开环催化剂的添加量为1-氨基-2-丙醇摩尔量的0.5～1.5％，优选0.8-1.2％。
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