CN1346345A - 羟基甲基硫代丁酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯的方法,该方法包括(a)第一步,将2-羟基-4-甲基硫代丁腈与硫酸反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺;(b)第二步,将2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺与醇反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯;这两步反应在相同的反应介质中进行。
Description
本发明涉及2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯的制备方法,具体而言,本发明涉及两阶段方法,该方法包括水合2-羟基-4-甲基硫代丁腈,然后酯化得到的中间产物。
已知2-羟基-4-甲基硫代丁酸被用作蛋氨酸类似物用于喂养生育中的动物,这些动物主要是家禽。这种产品在市场上以Rhodimet AT 88TM或AlimetTM牌销售。
已知用各种各样的方法将2-羟基-4-甲基硫代丁腈水合制备2-羟基-4-甲基硫代丁酸。水解是用无机酸如盐酸或硫酸进行,或者也可以用水解酶进行。
所述酯已由可购得酸制备,方法是先制备该酸的盐酸盐,然后使其与醇反应。
还已知2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯的制备是通过用硫酸水合2-羟基-4-甲基硫的丁腈制得2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺。然后将制得的酰胺通过进一步的水解转化成酸。然后可将该酸的单体形式从单体和低聚物的混合物中分离出来,再将其酯化成所述的酯。
我们发现,使用在水解步骤和酯化步骤中相同的反应介质能由腈制备所述的酯,这样避免了酸的制备。
因此,本发明提供一种制备2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯的方法,该方法包括(a)第一步,将2-羟基-4-甲基硫代丁腈与硫酸反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺;(b)第二步,将2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺与醇反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。这两步反应在同样的反应介质中进行。
本发明相对于现有技术方法有优势,即该酯能由腈和酰胺制备,从而避免了现有技术方法中需要进行的酸的制备、氯化及随后的酯化步骤。具体而言,本发明的方法相对于现有技术有优势,即避免了酸的制备,以及因此避免了必须进行的从低聚物中分离出单体的分离步骤。
两个步骤的反应介质通常都包括硫酸。
本方法的第一步是加入硫酸水合2-羟基-4-甲基硫代丁腈。已发现当反应在高浓度的硫酸中和有足量的水存在的情况下进行时,能将2-羟基-4-甲基硫代丁腈水合成2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯,并有优异的得率。硫酸和2-羟基-4-甲基硫代丁腈合适的摩尔比是0.6-1.2,较佳的是0.6-1,最佳的是0.6-0.88。反应的速率与水的量成反比。因而,每摩尔2-羟基-4-甲基硫代丁腈至少需要1摩的水。较佳的是,水的摩尔数是1-3。水与2-羟基-4-甲基硫代丁腈的摩尔比最佳的是1-2.5。较佳的是,2-羟基-4-甲基硫代丁腈存在于水溶液中,该水溶液包含至少80%的2-羟基-4-甲基硫代丁腈。
在第一步中,这种低浓度的水极大地限制了2-羟基-4-甲基硫代丁腈连续地水解成2-羟基-4-甲基硫代丁酸。因而较佳的是,在第一步中不要生产重量百分比超过5%的2-羟基-4-甲基硫代丁酸,较佳的是小于2%。还有,在第一步中,较佳的是获得重量百分比浓度大于95%的2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺,较佳的是大于98%。
在第一步中使用的操作条件以不导致2-羟基-4-甲基硫代丁酸的产生为限;因而较佳的是在低于60℃的温度下进行,具体是0-50℃。反应的压力较佳的是选在0.01到3巴之间。
该方法较佳的是在一个串联的反应器的连续系统中进行,滞留时间为15分钟到2小时。
反应的第二步是2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的酯化和/或伴随发生的水解及酯化生成2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。第二步是在第一步没有消耗的硫酸的存在下以及存在足够酯化所存在酰胺的醇的情况下进行。醇和酰胺的摩尔比较佳的为2-6,最佳为2-4。醇是1-10个碳原子的脂肪族醇较合适。醇可以是直链或支链的。使用支链醇较佳,最佳是异丙醇。
第二步可以在温度为60℃到醇的沸点之间、压力为0.5-5巴的条件下进行。低于大气压的压力使得可能去除痕量的秽臭气,如二甲硫醚、二甲基二硫化物和甲基硫醇类型的秽臭气。在这个温度下,少量过剩的酸和硫酸氢铵的存在大大地限制了介质的腐蚀力。
本发明的方法可以以工业的规模进行,工业上进行本发明可以根据下列次序的步骤从2-羟基-4-甲基硫代丁腈的浓缩溶液开始。使用2-羟基-4-甲基硫代丁腈浓缩溶液和硫酸浓缩溶液,它们所含的水的重量百分比含量小于20%。
将重量百分比大约占80%的浓缩2-羟基-4-甲基硫代丁腈和重量百分比大约占90%的浓缩硫酸加到一个设备中,在该设备中,2-羟基-4-甲基硫代丁腈被水合。如此获得含有2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺和未反应的硫酸的溶液。将醇加到该溶液中。加热后得到的溶液含有2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。从这溶液中能回收2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。
这种具体的工业过程可以连续地、半连续地或分批地进行。当连续地进行该过程时,用来水合2-羟基-4-甲基硫代丁腈的设备可包括一个带外部循环环的第一搅拌反应器,该环用来去除反应释放的热量。2-羟基-4-甲基硫代丁腈的水合可以在一个或一个以上的搅拌或活塞式的反应器中完成,较佳的是上述反应器与第一反应器串联。从而得到含有2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的溶液。
将醇加到该酰胺溶液中。用来水解/酯化或酯化2-羟基-4-酒精硫代丁酰胺的设备可包含一个第一搅拌反应器。可以根据工业流程在一个或一个以上搅拌或活塞式的反应器中完成水解/酯化或酯化2-羟基-4-酒精硫代丁酰胺,搅拌或活塞式的反应器与第一水解反应器串联。
该工业方法同样可以由重量百分比大约为80%的浓缩2-羟基-4-甲基硫代丁腈、醇和硫酸开始进行。在第一步中合适的工业生产的条件下加入重量百分比大约为80%的浓缩2-羟基-4-甲基硫代丁腈、醇和硫酸,2-羟基-4-甲基硫代丁腈被水合。从而获得含有2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺、醇和一定量的酯的溶液。然后将这个溶液加热以使余下的2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺酯化和/或水解/酯化。酯化后获得的溶液含有2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。可通过任何合适的方法回收此溶液中的2-羟基-4-酒精硫代丁酸酯。
该步骤可以连续地、半连续地和分批地进行。
根据本发明的第三个工业操作步骤,在压力下结束第二步的操作。当温度增高时,2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的酯化速率加快。为了使反应的温度超过介质的沸点,这一步可在有压力情况下进行,例如从大气压到10巴。
在水解步骤之后,然后可以将所获得的混合物进行处理,通过中和步骤及随后的两相分离步骤和各个相的干燥,一个相干燥之后进行过滤,另一个相干燥之后进行结晶。最后的滴定度通过加入水来调整。对于酯的分离可以用同样的步骤。
一个可能的处理方法包括直接用一种不与水混溶的溶剂抽提水解介质,然后在一定量水的存在下将所述的溶剂蒸发,这样能减少所获得的产品出现的褐色现象。该溶剂选自丁酮、甲基·异丁基酮、甲基叔丁基醚、二异丙基醚、碳酸二乙酯。对于酯的分离可以用同样的方法。
也可使用包括相分离的步骤。在酯化步骤中产生的介质中加入胺或碱金属氢氧化物型的碱性中和试剂,较佳的是用氢氧化铵。该介质分成含有所需的酯的有机相和剩余的盐。由其余相组成的水相主要包含无机盐,特别是硫酸氢铵和痕量的酯。为了获得含有少量硫酸铵结晶的2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯溶液,这两个相可以被蒸发以去除醇;硫酸铵结晶可过滤分离,回收2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯,并与先前得到的有机相混合。或者,通过加入微溶于水的有机溶剂去除2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯溶液中的无机盐,如加入丁酮、甲基·异丁基酮、碳酸二乙酯或氯化物溶剂。然后去除含盐的水相,有机相从溶剂中分离出来,蒸发掉醇,分离出2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。
蒸发水相以沉积无机盐,基本是硫酸铵,它可就此出售,但它含有痕量的秽臭有机衍生物。这个水相也可以进行贫化(deplete)处理以使其不含2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。通过加入微溶于水的溶剂可实现这种贫化,加入的溶剂选自丁酮、甲基·异丁基酮、碳酸二乙酯或氯化物溶剂。干燥没有有机衍生物的水相,以分离能直接销售的无嗅的有机盐。为了回收大量的酯,反复用从含盐的水相中抽提出来的2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯相进行有机相的贫化。
本发明将参考下面的例子来描述。
在以下的例子中,HMTBN指2-羟基-4-甲基硫代丁腈,HMTBE是2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯。
实施例1:由HMTBN合成HMTBE异丙酯
HMTBM的制备:
将314.4克78.47%(1.88mol)的HMTBN加到具有挡板(baffle)的夹套搅拌式反应器中。慢慢地加入201.3克95%的硫酸(1.951mol),同时保持低于50℃的温度。加完酸后,维持反应器的温度在45℃15分钟。
HMTBE异丙酯的合成:
在维持所述温度的时间结束时,将227.3克的异丙醇加到反应器中。以5℃/分钟的速率给反应器加热,使其温度达到沸腾的温度,并使反应器底部温度为116℃,顶部温度为75℃。维持这种状况5小时。排出部分蒸馏物,并用同样数量的新鲜异丙醇代替。
有机相的中和:
用161.2克含32%氨(2.72mol)的氢氧化铵中和反应物质。
抽提:
获得两个相。加入780克水和449.7克二氯甲烷。沉降后将被中和的物质分离,得到939.1克的有机相和1247.4克的水相。
纯化:
在低压下蒸馏去除轻蒸份。通过增加蒸发器浴的温度和将压力减少到几mmHg继续蒸发。得到263.5克的蒸发物。HMTBE异丙酯的滴定度大于99%。
相对于所用的HMTBN,所得酯的得率是72%。
实施例2:由HMTBN合成HMTBE异丙酯
HMTBM的制备:
将300.6克80%的HMTBN(1.836mol)和228.19克的异丙醇加到具有挡板的夹套搅拌式反应器中。慢慢地加入192.48克95%的硫酸,同时保持低于50℃的温度。该酸在37分钟之内加完。加完酸后,将该反应器温度维持在50℃2小时15分钟。
HMTBE异丙酯的合成:
在维持所述温度的时间结束时,在沸腾温度加热反应器(其底部温度为100℃)1小时。
有机相的中和:
反应器冷却之后加入200ml二氯甲烷(261.32g)和100克的水。在20℃用131.24克的氢氧化铵(含30%、2.32mol的氨)中和反应物质,使其pH值为7.7。得到上层水相和下层有机相。加入100ml的水(100.45克),然后过滤反应物质,得到305.4克的块状物。
抽提:
在20℃沉降后,将所得的反应物质(1030.4克)分离。获得701克的底层有机相,用245克的水洗涤此相,得到569克的有机相。
纯化:
在100℃中将轻蒸份从有机相中真空蒸发去除。在减压条件下蒸馏得到201.8克的HMTBE异丙酯,以重量计其滴定度超过99%。相对于加入的HMTBN,其产率为57%。
实施例3:由HMTBN合成HMTBE异丁酯
HMTBM的制备:
将298.3克80%(1.824mol)的HMTBN和274.87克的异丁醇加到具有挡板的夹套搅拌式反应器中。慢慢得加入188.3克95%的硫酸,同时保持温度低于45℃。酸在22分钟内加完。加完酸后,维持反应器温度在50℃10小时。
HMTBE异丁酯的合成:
在维持所述温度的时间结束时,将反应器的温度增加到沸腾温度(底部为100℃)。维持这个温度2小时。在此期间形成固体。
有机相的中和:
在20℃时用120.36克的氢氧化铵(含30%、2.12mol的氨)中和反应物质,使其pH值为7.7。将混合物过滤,得到106.5克的块状物。
抽提:
在两相过滤液中加入263.8克的二氯甲烷。通过倾析将两相分离。用二氯甲烷洗涤水相,用蒸馏水洗涤有机相。将洗涤液加到各自的相中反复洗涤。得到925克的有机相和250克的水相。
纯化:
在100℃将有机相中的轻馏份真空蒸发去除。在减压的条件下蒸馏得到267.8克的HMTBE异丁酯蒸馏物,以重量计其滴定度大于99%。相对于加入的HMTBN,其得率为70%。
实施例:由HMTBN合成HMTBE甘油酯
HMTBM的制备:
将299.4克80%(1.826mol)的HMTBN和625.6克的丙三醇加到具有挡板的夹套搅拌式反应器中。慢慢加入188.4克95%的硫酸,同时保持温度低于50℃。酸在20分钟内加完。加完酸后,反应器的温度维持在50℃12小时。
HMTBE甘油酯的合成:
在维持所述温度的时间结束时,将反应器的温度逐步增加到120℃。温度维持在120℃6小时,然后维持在130℃1小时,140℃3小时。
有机相的中和:
用70克氢氧化铵(30%)中和反应物质,使其pH值为7.7。
抽提:
在中和的反应混合物中加入463.8克的水和311克的二氯甲烷。倾析后得到407克的有机相和1726.3克的水相。
纯化:
在100℃将有机相的轻馏份真空蒸发去除。在蒸馏残留物中得到5.8克的HMTBE单甘油酯。
Claims (13)
1.一种制备2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯的方法,该方法包括(a)第一步,将2-羟基-4-甲基硫代丁腈与硫酸反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺;(b)第二步,将2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺与醇反应,得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸酯;这两步反应在相同的反应介质中进行。
2.如权利要求1所述的方法,其中,在所述第一步反应中,硫酸与2-羟基-4-甲基硫代丁腈的摩尔比为0.6-1.2∶1。
3.如权利要求2所述的方法,其中,在所述第一步反应中,硫酸与2-羟基-4-甲基硫代丁腈的摩尔比为0.6-0.8∶1。
4.如前面所述权利要求中的任一项方法,其中,在所述第一步反应中,水与2-羟基-4-甲基硫代丁腈的摩尔比为1-3∶1。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述2-羟基-4-甲基硫代丁腈以水溶液形式存在,该水溶液包含至少80重量%的2-羟基-4-甲基硫代丁腈。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述第一步在温度不高于60℃和0.01-3巴的压力下进行。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,第一步产生的介质包含95重量%以上的2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述第二步反应中,醇与2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的摩尔比为2-6∶1。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述醇是具有1-10个碳原子的直链或支链脂肪族醇。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述醇是脂肪族支链醇。
11.如权利要求10所述的方法,其中,所述醇是异丙醇。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述醇在第一步的开始或结束时加入。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述第二步在60℃到醇沸点之间的温度和0.5-5巴压力下进行。
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