CN1410409A

CN1410409A - 丙二酸及其酯的制备方法

Info

Publication number: CN1410409A
Application number: CN 01141405
Authority: CN
Inventors: 雷洪; 尹应武; 罗必奎; 吕兆林; 赵碧; 冯倩
Original assignee: Beijing Tsinghua Unisplendour Insight Chemical Technology LLC
Current assignee: Chongqing Sanxia Yingli Chemical Co., Ltd
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-16
Anticipated expiration: 2021-09-24
Also published as: CN1156427C

Abstract

本发明涉及经由氰基乙酸钙，高收率的、高纯度地获得丙二酸及其酯的更简单的工业化方法。该方法包括如下步骤：I)将氰基乙酸钙用氢氧化钙水溶液碱解，获得丙二酸钙溶液；II)将获得的丙二酸钙溶液在强无机酸存在下酸化水解，产生丙二酸；III)任选的，在质子酸催化剂存在下，将分离出的丙二酸采用醇进行酯化，给出丙二酸酯。

Description

丙二酸及其酯的制备方法

发明领域

本发明涉及经由氰基乙酸钙，高收率的、高纯度地获得丙二酸及其酯的更简单的工业化方法。

发明背景

丙二酸及其酯是广泛应用于医药、农药和化妆品的工业原料。

丙二酸可以由氰基乙酸钠用氢氧化钠碱解成丙二酸钠，所得的产品在强酸如硫酸存在下水解而制备。丙二酸酯则可以由氰基乙酸钠用盐酸酸化成氰基乙酸，后者在产生所需酯的醇存在下酸水解而制备(参见，《工业有机合成基础》，第412页，杨锦宗，中国石化出版社，1998年12月)。另外，也可以由涉及丙二酸的酯化这一常规途径获得。

此外，WO99/08988、JP-A-59-7135、JP-A-59-7136、JP-B-55-41227、US-A-2337858还公开了由氰基乙酸或其盐如钠盐在强酸如硫酸、盐酸存在下水解，生产出丙二酸或其酯的方法。

JP-B-53-127411公开了将氰基乙酰胺用氢氧化钙碱水解，之后用硫酸酸化而制备丙二酸的方法。

《有机合成文集》[Organic Syntheses Collective]-第二卷(A.H.Blatt编，John Wiley，纽约，1943年)第376页中公开了由氰基乙酸碱解，获得丙二酸盐，并将此盐与氯化钙反应，生成丙二酸钙。之后，将此钙盐通过酸解的方式并用有机溶剂提取，给出游离的盐。

然而，这些文献中公开的方法在收率、产品纯度、酸消耗以及后处理方面仍需要改进。因此，仍需要一种更好、更简单的制备丙二酸及其酯的工业化方法。

针对现有技术的不足，本发明者对生产丙二酸及其酯的方法进行了潜心的研究，结果发现，采用经由氰基乙酸钙，可以高收率的、高纯度地获得丙二酸及其酯，并且非常适合工业化生产，由此完成了本发明。

发明概述

本发明的目的是提供制备丙二酸和丙二酸酯的新方法。

具体地说，本发明提供一种经由氰基乙酸钙，获得丙二酸及其酯的方法。

本发明提供制备丙二酸及其酯的方法a)，该方法包括如下步骤：

I)将氰基乙酸钙用氢氧化钙水溶液碱解，获得丙二酸钙溶液；

II)将获得的丙二酸钙溶液在强无机酸(如硫酸、盐酸)存在下酸化水解，产生丙二酸；

III)任选的，在质子酸催化剂存在下，将分离出的丙二酸采用醇进行酯化，给出丙二酸酯。

其中，氰基乙酸钙可以用以下方法制备，

a) 将一氯乙酸钙与氰化钙或氰化钠反应，生成氰基乙酸钙。

或者可以用以下方法制备，

a’) 氰基乙酸与氢氧化钙反应，制得氰基乙酸钙。

发明详述

具体地说，本发明制备丙二酸或其酯的方法的具体实施方案如下：

步骤I)在50-130℃，优选80-110℃下，将氰基乙酸钙与氧化钙或氢氧化钙按一般为低于1∶1，优选为1∶0.6-0.95的摩尔比反应，直到无明显的氨气放出，降温至50℃以下，离心分离出固体物丙二酸钙。

根据反应时所采用的温度等的不同而变化，反应时间一般为1至20小时。

所用的反应温度与氰基乙酸钙和氧化钙或是氢氧化钙的摩尔比是相关的并且决定反应的时间长度。因此，在较低的温度下，例如50℃下，反应时间会较长，或者采用氧化钙或氢氧化钙的用量相对于氰基乙酸钙的摩尔比微大些。相反，对于较高的反应温度，可能会使用较少的氧化钙或氢氧化钙和较短的反应时间。

步骤II)将步骤I)中得到的丙二酸钙制成水溶液，在搅拌稍冷却条件下与强无机酸水溶液，例如稀硫酸或浓盐酸水溶液反应，产生丙二酸及副产物无机酸钙盐，将钙盐滤出或离心去除，得到所需产品丙二酸。

反应时，加入足够量的强酸，优选稍微过量的硫酸，使在反应容器中的钙离子均与无机酸反应生成无机酸钙盐。

根据反应时所采用的温度等的不同而变化，反应时间一般为1至10小时。

所用的反应温度和反应容器中存在的钙离子与强无机酸的摩尔比是相关的且确定反应的时间。

如果需要，步骤II)中得到的丙二酸可以进行如下步骤III)来得到丙二酸酯。

步骤III)：在质子酸催化剂，例如，氯代磺酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、盐酸、硫酸和其它质子酸，优选在硫酸存在下，在加热下，将分离出的丙二酸采用醇进行酯化，给出丙二酸酯。步骤III)的操作条件可参见WO99/8988中的丙二酸酯化方法。

在本发明方法中酯化用的醇是C1-C10的伯或仲醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇，特别是乙醇。

上述反应中采用的起始原料氰基乙酸钙可以用以下步骤制备，

a)将一氯乙酸钙与氰化钙反应，生成氰基乙酸钙。

步骤a)是在30-120℃，优选50-110℃下，将氯乙酸钙与氰化钙按一般为至少1∶1摩尔，优选为1∶1.0-3.0，最优选为稍微过量(例如(例如1.01-1.50)的摩尔比反应。

所用的反应温度和氯乙酸钙与氰化钙的摩尔比是相关的且确定反应的时间。因此，在较低的温度下，例如40℃下，反应时间会较长，或者采用氰化钙的用量相对于氯乙酸钙要稍微大些过量。相反，对于较高的反应温度，可能会使用较少的氰化钙和较短的反应时间。

或者可以用以下步骤制备，

a’) 氰基乙酸与氢氧化钙反应，制得氰基乙酸钙。

本发明步骤a)中所采用的起始原料一氯乙酸钙是已知的物质，或者可以用本身已知的方法制备，例如，一氯乙酸钙采用一氯乙酸与氢氧化钙反应来制备。

本发明步骤a)中所采用的另一种起始原料氰化钙也是已知的物质，或者可以用本身已知的方法制备，例如，氰化钙采用氰化氢与氢氧化钙反应来制备。

在考虑采用更基本的化学原料一氯乙酸或氰化氢来进行本发明方法时，本发明方法中，也可以在步骤a)之前，增加以更基本的化学原料一氯乙酸或氰化氢与氢氧化钙(或钠)来制备一氯乙酸钙或氰化钙(钠)的步骤。

本发明步骤a’)中所采用的起始原料氰基乙酸是有机合成上已知的物质，或者可以用本身已知的方法制备。

此外，在考虑采用更基本的化学原料一氯乙酸或氰化氢来进行本发明方法时，本发明还可以采用由一氯乙酸、氰化氢和氧化钙或氢氧化钙直接原位制备丙二酸钙。

因此，本发明的制备丙二酸或其酯的方法还可以按如下方式(方法b)进行：

I’)在一个反应容器中，控制温度低于50℃下，优选低于40℃下，向氢氧化钙水溶液中慢慢加入一氯乙酸，产生一氯乙酸钙；随后通入氰化氢气体，至氰化氢不再反应，再投入氧化钙或氢氧化钙碱解，将反应温度升至85℃以上，优选在90-120℃之间，反应2-20小时，获得丙二酸钙溶液。

接着采用本发明方法的步骤II)和III)来制备丙二酸或其酯。

本发明方法的反应过程通常是在常压下进行，但也可以采用加压或减压的方式-例如在0.1-10巴下进行。

本发明方法制备出的丙二酸或丙二酸酯的后处理可以采用常规的方法来进行，例如采用洗涤、脱色、重结晶、色谱、减压蒸馏等。

本发明的采用经由氰基乙酸钙的方法与目前广泛工业化应用的经由氰基乙酸钠来制备丙二酸及其酯的方法相比较，前者具备以下优点：

一、由于Ca²⁺电场强于Na⁺，从反应机理角度来看，前者较容易反应，产

生的氢氧化钙溶解度小，微量的氢氧化钙降低了碱解反应，引入钙

离子，用硫酸沉淀，可达到很好的分离效果。因此，反应过程中采

用氢氧化钙来代替氢氧化钠，后处理时，易于将钙离子除去。

二、制备氰基乙酸钙的反应，相对于制备氰基乙酸钠的反应，前者反应

更温和且分解少。

三、采用含氰基乙酸钙和氢氧化钙来代替氰基乙酸钠和氢氧化钠，生产

成本更低廉。

四、对于生产丙二酸而言，避免使用有机溶剂，降低后处理时环境污染，

且方法简便易行，固液分离大幅提高，从而增加产品纯度。

五、反应条件温和，工艺过程的总收率高。

应当理解，虽然本发明只对丙二酸及其酯的制备作为详细说明，但同样的原理也会适合用于制备其它的烷二羧酸，例如，丁二酸或戊二酸及其商业上有用的酯。

实施例

下文中，本发明将通过实施例的方式作更详细的非限定性的说明。

实施例1

向反应釜中投入氯乙酸97.4g(1mol)，加水150ml溶解，35℃下加40g氢氧化钙(95％)中和至pH＝7，加入含CN^-110g/L的氰化钙溶液236ml，加热至50℃，使其自然反应，升温至100℃时，降温至50℃再加入氢氧化钙56g(95％)，升温至102℃，回流反应8小时，无明显氨气溢出，降温至50℃，过滤、洗涤制得丙二酸钙185.0g(Ca²⁺24.00％)。

将丙二酸钙投入反应釜中，加水400ml，打浆30分钟，于60℃下滴加30％H₂SO₄ 375g，时间3小时，过滤、洗涤、脱色、浓缩、除硫酸根，再浓缩结晶得丙二酸85.6g(99％)，收率81.48％。

将得到的丙二酸投入反应釜，直接加入95％乙醇47.2g，搅拌升温至75℃，于75℃±2℃下滴加96％的硫酸20.5g，滴完后于85℃±2℃下反应3小时。反应完成后降温至60℃，搅拌下加水100ml，净置。分出上层液，用20％碳酸钠中和至中性，减压蒸馏得丙二酸二乙酯119.3g(98.5％)，收率90％(以丙二酸为基准)。

实施例2

向反应釜中投入氯乙酸97.4g(1mol)，加水150ml溶解，35℃下加入40g氢氧化钙(95％)中和至pH＝7，加入含CN^-110g/L的氰化钙溶液236ml，加热至50℃，使其自发反应，升温至105℃时，降温至50℃，再加入氢氧化钙56g(95％)，升温至105℃，回流反应8小时，无明显氨气溢出，降温至50℃，过滤，洗涤得丙二酸钙185.5g(Ca²⁺24.30％)。

将丙二酸钙投入反应釜中，加水200ml制成浆状物，然后于60℃下，滴加30％HCl 270g酸化制得丙二酸溶液，用乙醚提取再将提取液浓缩，过滤，干燥，得到丙二酸79.5g(99％)，收率75.5％，得到得丙二酸按实施例1得酯化方法，可得丙二酸酯。

对照实施例1

向反应釜中投入含氰基乙酸钠107g的溶液356.7g加入氢氧化钠41.0g于95℃保温3小时，制得丙二酸钠，向丙二酸钠溶液中加入1.05molHCl酸化，经乙醚反复提取，去除乙醚得丙二酸80.1g(99.5％)，收率76.62％。

Claims

1.一种制备丙二酸及其酯的方法，该方法包括：

I) 将氰基乙酸钙用氢氧化钙水溶液碱解，获得丙二酸钙溶液；

II) 将获得的丙二酸钙溶液在强无机酸存在下酸化水解，产生丙二酸；

2.根据权利要求1的方法，其中

I)在50-130℃，将氰基乙酸钙与氧化钙或氢氧化钙按1∶0.6-0.95的摩尔比反应，直到无明显的氨气放出，降温至50℃以下，离心分离出固体物丙二酸钙；

II)将步骤I)中得到的丙二酸钙制成水溶液，在搅拌稍冷却条件下与足以使反应容器中的钙离子均与硫酸反应的硫酸量反应，产生丙二酸及副产物钙盐，将钙盐滤出或离心去除，得到丙二酸。

3.根据权利要求2的方法，其中

I)在80-110℃，氰基乙酸钙与氧化钙或氢氧化钙按1∶0.6-0.95的摩尔比反应，直到无明显的氨气放出，降温至50℃以下，离心分离出固体物丙二酸钙；

II)将步骤I)中得到的丙二酸钙制成水溶液，在搅拌稍冷却条件下与足以使反应容器中的钙离子均与硫酸反应的硫酸量反应，产生丙二酸及副产物硫酸钙盐，将硫酸钙盐滤出或离心去除，得到丙二酸。

4、根据1-3的方法，其中氰基乙酸钙是采用如下步骤制备的：

a)将一氯乙酸钙与氰化钙反应，生成氰基乙酸钙；或者

a’)将氰基乙酸与氢氧化钙的反应，生成氰基乙酸钙。

5、根据权利要求4的方法，其中步骤a)是如下进行的：

a)在30-90℃下，将一氯乙酸钙与氰化钙按1∶1.0-3.0摩尔比反应。

6、根据权利要求5的方法，其中步骤a)是如下进行的：

a)在40-70℃下，将一氯乙酸钙与氰化钙按1∶1.0-1.50摩尔比反应。