CN116332744B - 一种5-氧代己酸的制备方法 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
本发明涉及化学合成技术领域，具体涉及一种5‑氧代己酸的制备方法。本发明将4‑乙酰丁腈与强碱在水存在条件下进行反应制备5‑氧代己酸盐，4‑乙酰丁腈的原子利用率高，副反应少，进而提高了产物收率和纯度；水既作为反应溶剂也作为反应物参与反应，水用量过少不利于反应进行完全且在后续的酸化过程中会析出大量的盐，导致搅拌和分相困难，进而影响产物收率，本发明通过控制水的用量，提高了产物收率；通过控制酸化的终点pH值≤6，使5‑氧代己酸盐完全转化为5‑氧代己酸，提高了产物的收率。如实施例测试结果所示，本发明提供的制备方法5‑氧代己酸的收率在95.25％以上，纯度在99％以上，产物的收率高，纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域，具体涉及一种5-氧代己酸的制备方法。
背景技术
5-氧代己酸(结构式如式I所示)作为一种精细化工中间体，在农药、医药、香料、光化学品等下游产品的合成中仪应用广泛。现有技术(Raadt AD,Klempier N,Faber K,etal.Chemoselective enzymatic hydrolysis of aliphatic and alicyclic nitriles[J].Journal of the Chemical Society.Perkin transactions,1992,137-140)报道了一种5-氧代己酸的合成方法，以4-乙酰丁腈为原料，利用生物酶进行催化水解，制备得到5-氧代己酸。然而，上述制备方法5-氧代己酸的收率为68％，收率低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种5-氧代己酸的制备方法，本发明提供的制备方法产物收率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种5-氧代己酸的制备方法，包括以下步骤：
将4-乙酰丁腈、强碱和溶剂混合，将所得混合液进行反应，得到5-氧代己酸盐溶液；所述溶剂包括水或水-有机溶剂的混合溶剂；所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比≤5；
将所述5-氧代己酸盐溶液进行酸化，得到5-氧代己酸；所述酸化的终点pH值≤6。
优选的，所述强碱包括碱金属氢氧化物、碱金属醇化物和碱金属氢化物中的一种或几种。
优选的，所述4-乙酰丁腈和强碱的摩尔比为1：0.8～10。
优选的，所述混合溶剂中的有机溶剂包括醇类溶剂、酮类溶剂、苯类溶剂和醚类溶剂中的一种或几种。
优选的，所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比为1：0.2～10。
优选的，所述反应的温度为50～200℃，时间为1～12h。
优选的，所述反应过程中还生成氨气，利用水或酸性水溶液吸收排出的氨气。
优选的，所述酸化利用酸进行，所述酸包括无机酸和/或有机酸，所述无机酸包括硫酸、盐酸、氢溴酸、硝酸和磷酸中的一种或几种；所述有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸、氨基磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸、甲磺酸和乙磺酸中的一种或几种。
优选的，所述酸化的温度为20～80℃。
优选的，所述酸化后还包括后处理，所述后处理包括：
将所得酸化体系进行分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；
将所述含水5-氧代己酸进行除水，得到5-氧代己酸；
将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液回用于所述反应步骤。
本发明提供了一种5-氧代己酸的制备方法，包括以下步骤：将4-乙酰丁腈、强碱和含水溶剂混合，将所得混合液进行反应，得到5-氧代己酸盐溶液；所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比≤5；将所述5-氧代己酸盐溶液进行酸化，得到5-氧代己酸；所述酸化的终点pH值≤6。本发明将4-乙酰丁腈与强碱在水存在条件下进行反应制备5-氧代己酸盐，4-乙酰丁腈的原子利用率高，副反应少，进而提高了5-氧代己酸的收率和纯度；同时，水既作为反应溶剂也作为反应物参与反应，水用量过少不利于反应进行完全，且在后续的酸化过程中会析出大量的盐，导致搅拌和分相困难，进而影响产物收率，本发明通过控制水的用量，提高了5-氧代己酸的收率。本发明通过控制酸化的终点pH值≤6，能够保证5-氧代己酸盐完全转化为5-氧代己酸，提高了产物的收率并大大简化了后续的后处理操作。如实施例测试结果所示，本发明提供的制备方法5-氧代己酸的收率在95％以上，纯度在99％以上，产物的收率高，纯度高。而且，本发明提供的制备方法操作简单，原料来源广且价格低廉，生产成本低，安全性高，绿色环保，适宜工业化生产。
进一步的，本发明提供的制备方法还能够获得经济性副产物氨水、铵盐等，制备方法经济效益高。
附图说明
图1为4-乙酰丁腈对照品的气相色谱图；
图2为5-氧代己酸对照品的气相色谱图；
图3为实施例1中反应液的气相色谱图；
图4为实施例1制备的5-氧代己酸的气相色谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种5-氧代己酸的制备方法，包括以下步骤：
将4-乙酰丁腈、强碱和溶剂混合，将所得混合液进行反应，得到5-氧代己酸盐溶液；所述溶剂包括水或水-有机溶剂的混合溶剂；所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比≤5；
将所述5-氧代己酸盐溶液进行酸化，得到5-氧代己酸；所述酸化的终点pH值≤6。
如无特殊说明，本发明采用的原料均为市售商品。
本发明将4-乙酰丁腈、强碱和溶剂混合，将所得混合液进行反应，得到5-氧代己酸盐溶液；所述溶剂包括水或水-有机溶剂的混合溶剂；所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比≤5。
在本发明中，所述强碱优选包括碱金属氢氧化物、碱金属醇化物或碱金属氢化物中的一种或几种；所述碱金属氢氧化物优选包括氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述碱金属醇化物优选包括甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、甲醇钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的一种或几种；所述碱金属氢化物优选包括氢化钠和/或氢化钾。在本发明中，所述强碱优选以强碱水溶液形式使用，所述强碱水溶液的浓度优选为10～40wt％，更优选为32～35wt％。在本发明中，所述4-乙酰丁腈和强碱的摩尔比优选为1：1～10，更优选为1：1～5，进一步优选为1：1～2。
在本发明中，所述水-有机溶剂的混合溶剂中的有机溶剂优选包括醇类溶剂、酮类溶剂、苯类溶剂或醚类溶剂；所述醇类溶剂优选包括乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、戊醇和异戊醇中的一种或几种；所述酮类溶剂优选包括甲乙酮、环己酮、丙酮和丁酮中的一种或几种；所述苯类溶剂优选包括甲苯和/或二甲苯；所述醚类溶剂优选包括乙醚、呋喃、二氧六环和四氢呋喃中的一种或几种。在本发明中，尽管水和4-乙酰丁腈并不能以任意比互溶，但在反应的过程中，随着反应的进行，反应体系很快从非均相变成均相，从反应的安全性、生产的经济性和后处理的简单性考虑，反应以水为溶剂即可顺利反应，无需加入其他有机溶剂促溶或者相转移催化剂。但是根据工艺的需要也可以使用水-有机溶剂的混合溶剂进行反应。
在本发明中，所述4-乙酰丁腈和混合液中水的质量比优选为1：0.2～10，更优选为1：1～5，进一步优选为1：2～4。水既作为反应溶剂也作为反应物参与反应，水用量过少不利于反应进行完全，且在后续的酸化过程中会析出大量的盐，导致搅拌和分相困难，进而影响产物收率；水用量过多导致反应体积过大，降低5-氧代己酸的生产效率。
本发明对于所述混合没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式能够将原料混合均匀即可，具体如搅拌混合。
在本发明中，所述反应的温度优选为50～200℃，更优选为60～100℃，进一步优选为85～95℃，反应的温度越高，成盐反应的速度越快，本发明将反应温度控制在上述范围内，能够在保证反应速度快的基础上降低能耗，降低生产成本；所述反应的时间优选为1～12h，更优选为2～10h，进一步优选为4～6h。在本发明中，所述反应过程中，4-乙酰丁腈在水存在条件下与强碱发生反应生成5-氧代己酸盐。
本发明对于所述反应采用的反应器没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的反应器即可；所述反应器优选设置有尾气出口，所述尾气出口优选与尾气吸收装置连通；所述尾气吸收装置中盛有尾气吸收液，所述尾气吸收液优选为水或酸性水溶液，所述酸性水溶液优选包括硫酸和/或盐酸。在本发明中，所述反应过程中还生成氨气(尾气)，优选利用水或酸性水溶液吸收所述氨气，当利用水吸收所述氨气时得到副产物—氨水，当利用酸性水溶吸收所述氨气时得到副产物—铵盐，本发明提供的5-氧代己酸的制备方法能够获得副产物氨水或铵盐，经济效益高。
所述反应后本发明优选还包括将所得5-氧代己酸盐溶液冷却至20～80℃后不经纯化直接进行后续的酸化。本发明对于所述冷却没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可，具体如自然冷却；所述冷却后的温度更优选为40～60℃。
得到5-氧代己酸盐溶液后，本发明将所述5-氧代己酸盐溶液进行酸化，得到5-氧代己酸；所述酸化的终点pH值≤6。
在本发明中，所述酸化优选利用酸进行，所述酸优选包括无机酸和/或有机酸，所述无机酸优选包括硫酸、盐酸、氢溴酸、硝酸和磷酸中的一种或几种；所述有机酸优选包括甲酸、乙酸、丙酸、氨基磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸、甲磺酸和乙磺酸中的一种或几种。本发明对于所述酸的用量没有特殊限定，酸的加入量能够将体系的pH值调节至≤6即可，酸的加入过程中，5-氧代己酸盐发生酸化生成5-氧代己酸，体系的pH值不断降低，当体系的pH值≤6时，体系中的5-氧代己酸盐完全转化成5-氧代己酸，达到酸化的终点，所述酸化的终点pH值优选为1～5。在本发明中，当pH值过低时，5-氧代己酸的产率不会增加，但会消耗更多的酸，对设备的腐蚀性更强，同时也增加了产品中酸的残留。
在本发明中，所述酸化的温度优选为20～80℃，更优选为30～60℃，进一步优选为40～60℃。本发明将酸化的温度控制在上述范围内，能够使得酸化产生的盐的溶解于水中，同时也能使得盐水溶液不会过饱和而析出盐，使得生产过程中易分相且不会堵塞管线。
在本发明中，所述酸化后优选还包括后处理，所述后处理优选包括：将所得酸化体系进行分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行除水，得到5-氧代己酸；将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液回用于所述反应步骤。在本发明中，所述分相的温度优选为室温，所述分相优选为静置分相。在本发明中，所述含水5-氧代己酸的含水量为1～20wt％，5-氧代己酸的应用过程中，对于非忌水或者脱水的反应体系，含水5-氧代己酸可以不经除水直接使用。本发明对于所述除水没有特殊限定，能够将含水5-氧代己酸中的水完全去除即可，具体如减压蒸馏除水。在本发明中，所述降温结晶优选在结晶反应器中进行，本发明对于所述降温结晶的条件没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的降温结晶条件即可。在本发明中，所述盐水母液可以直接套用于下一批次5-氧代己酸制备过程中的反应步骤，实现了无废水排放，绿色环保。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在反应瓶中依次加入150g浓度为32wt％的氢氧化钠水溶液、170g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至95℃后反应1h(取反应液进行气相色谱分析)，降温至56℃后缓慢加入硫酸调节pH值稳定在4～5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸(127.2g，收率为97.86％，纯度为99.6％)；将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液用于下一批次的5-氧代己酸制备过程中的反应步骤；所述反应过程中产生的尾气(氨气)经与反应瓶的尾气出口连通的尾气吸收装置(尾气吸收液为水)吸收，得到氨水。
4-乙酰丁腈对照品的气相色谱图如图1所示，气相色谱信息如表1所示；5-氧代己酸对照品的气相色谱图如图2所示，气相色谱信息如表2所示；实施例1中反应液的气相色谱图如图3所示，气相色谱信息如表3所示，实施例1制备的5-氧代己酸的气相色谱图如图4所示，气相色谱信息如表4所示。
表1 4-乙酰丁腈对照品的气相色谱信息
表2 5-氧代己酸对照品的气相色谱信息
表3实施例1中反应液的的气相色谱信息
表4实施例1制备的5-氧代己酸对照品的气相色谱信息
| 峰号 | 峰型 | 峰高(uV) | 保留时间(min) | 峰面积(uV*s) | 面积(％) | 含量(％) |
| 1 | BB | 376 | 8.40 | 3307 | 0.12192 | 0.12192 |
| 2 | BB | 632 | 9.658 | 4710 | 0.17366 | 0.17366 |
| 3 | BB | 453 | 10.028 | 2761 | 0.10180 | 0.10180 |
| 4 | BB | 162236 | 12.186 | 2701754 | 99.60262 | 99.60262 |
| 总计 | 163697 | 2712533 | 100.00000 | 100.00000 |
由图1～4和表1～4可知，本发明成功制备得到得到5-氧代己酸，且5-氧代己酸的纯度高。
实施例2
在反应瓶中依次加入137g浓度为32wt％的氢氧化钠水溶液、170g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至100℃后反应1h，降温至55℃，缓慢加入硫酸调节pH值稳定在3～4，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸(125g，收率为96.17％，纯度为99.3％)；将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液用于下一批次的5-氧代己酸制备过程中的反应步骤；所述反应过程中产生的尾气(氨气)经与反应瓶的尾气出口连通的尾气吸收装置(尾气吸收液为浓度为10wt％的硫酸水溶液)吸收，得到铵盐。
实施例3
在反应瓶中依次加入75g浓度为32wt％的氢氧化钠水溶液、115g水和55.5g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至105℃后反应1h，降温至45℃后缓慢加入硫酸调节pH值稳定在4～5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸(61.9g，收率为95.25％，纯度为99.1％)；将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液用于下一批次的5-氧代己酸制备过程中的反应步骤；所述反应过程中产生的尾气(氨气)经与反应瓶的尾气出口连通的尾气吸收装置(尾气吸收液为水)吸收，得到氨水。
实施例4
在反应瓶中依次加入150g浓度为32wt％的氢氧化钠水溶液、194g实施例1得到的盐水母液、72.6g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至95℃后反应1h，降温至40℃后缓慢加入硫酸调节pH值稳定在4～5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸(126.3g，收率为97.17％，纯度为99％)；将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液用于下一批次的5-氧代己酸制备过程中的反应步骤；所述反应过程中产生的尾气(氨气)经与反应瓶的尾气出口连通的尾气吸收装置(尾气吸收液为水)吸收，得到氨水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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 (6)
1.一种5-氧代己酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在反应瓶中依次加入150g浓度为32wt%的氢氧化钠水溶液、170g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至95℃后反应1h，降温至56℃后加入硫酸调节pH值稳定在4~5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸。
2.一种5-氧代己酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在反应瓶中依次加入137g浓度为32wt%的氢氧化钠水溶液、170g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至100℃后反应1h，降温至55℃，加入硫酸调节pH值稳定在3~4，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸。
3.一种5-氧代己酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在反应瓶中依次加入75g浓度为32wt%的氢氧化钠水溶液、115g水和55.5g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至105℃后反应1h，降温至45℃后加入硫酸调节pH值稳定在4~5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸。
4.一种5-氧代己酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在反应瓶中依次加入150g浓度为32wt%的氢氧化钠水溶液、194g权利要求1得到的盐水母液、72.6g水和111g 4-乙酰丁腈搅拌混合均匀，升温至95℃后反应1h，降温至40℃后加入硫酸调节pH值稳定在4~5，静置分相，分别得到含水5-氧代己酸和盐水相；将所述含水5-氧代己酸进行减压蒸馏除水，得到干燥的5-氧代己酸；所述盐水母液为权利要求1得到的盐水相进行降温结晶得到的盐水母液。
5.根据权利要求1~4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应过程中还生成氨气，利用水或酸性水溶液吸收排出的氨气。
6.根据权利要求1~4任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：将所述盐水相进行降温结晶，分别得到盐晶体和盐水母液；所述盐水母液回用于所述反应步骤。
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