CN1904141A - 维生素k3的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，采用铈离子在酸性介质中电解间接将β－甲基萘氧化制成2－甲基－1，4萘醌，再将2－甲基－1，4萘醌经磺化处理制得维生素K₃。其中，对β－甲基萘进行氧化的体系是甲磺酸高铈——甲磺酸，并将氧化分离后的甲磺酸亚铈溶液在电解槽内采用无膜电解法进行电解。本发明的提供的维生素K₃的制备方法与传统铬法氧化制备维生素K₃的工艺相比较，由于氧化剂的可再生处理和循环使用，不但能节约资源，而且对环境污染性小；此外，本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对铈离子在酸性介质中电解时，采用无膜电解，使不存在膜堵塞的问题，且工艺简单，收率高，原料和生产成本大大降低。

Description

维生素K3的制备方法

技术领域  本发明涉及一种维生素K₃的制备方法，尤其是合成维生素K₃的中间体2-甲基-1，4萘醌的制备方法。

背景技术  维生素K₃，又名亚硫酸氢钠甲萘醌，是一种促进血浆凝血因子的合成和参与人体钙代谢的维生素，被广泛用作医药和饲料添加剂，通常采用2-甲基-1，4萘醌和亚硫酸氢钠为原料磺化制得。

目前，合成维生素K₃的中间体2-甲基-1，4萘醌广泛采用以β-甲基萘为原料，铬酸酐或重铬酸盐为氧化剂，在硫酸体系中氧化而制得，虽然该工艺方法操作过程简单，原料价廉易得，但生产过程中要产生大量含铬废液，而造成对环境的严重污染。为解决这一问题技术人员作了不少努力，纷纷提出各种技术方案，但不是造成准备产率低下就是造成花费巨大。如JP61-221248中公开的一种气相氧化β-甲基萘的方法，反应在400℃的温度下进行，2-甲基-1，4萘醌的收率仅为40％，生产率低下；JP60-230990中公开的以负载在石墨电极的金属氧化物作为催化剂，电解氧化β-甲基萘制备2-甲基-1，4萘醌的方法，转化率和选择率都较低，收率仅为12％；WO02/079133中公开的以双氧水为氧化剂，在冰醋酸体系中制备2-甲基-1，4萘醌的方法，收率高达100％，但该方法氧化剂用量大，对设备的防腐性能要求高，设备成本很大，难以实现大规模的工业化生产；US4639298，US4670108，US5705049和US5385648等公开的铈离子在硫酸等酸性介质中电解间接氧化有机化合物的技术，即以Ce⁴⁺氧化β-甲基萘，再以电解手段将Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺以循环使用铈离子的技术，但由于在电解中采用了昂贵的离子交换膜和铂、钌等电极，设备造价和维护费用都相当高，而且在这一方法中电解液会析出晶体，这种呈浆状的晶体则会非常快地堵塞离子交换膜，导致膜处理或更换费用上升，这些都在很大程度上限制了维生素K₃的生产规模。

发明内容  针对上述现有技术中存在的不足，主要是针对铈离子在酸性介质中电解间接氧化β-甲基萘的费用昂贵和膜易堵塞的不足，本发明提出了一种新的制备维生素K₃的方法，其目的是要解决高产率、低消耗、低污染不能兼得的技术问题，以降低维生素K₃的生产成本。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，先以β-甲基萘为原料，用铈离子在酸性介质中电解间接将β-甲基萘氧化制成2-甲基-1，4萘醌，再将2-甲基-1，4萘醌经磺化处理制得维生素K₃。其中，对β-甲基萘进行氧化的体系是甲磺酸高铈——甲磺酸，并将氧化分离后的甲磺酸亚铈溶液在电解槽内采用无膜电解法进行电解，使甲磺酸亚铈氧化为甲磺酸高铈后进入β-甲基萘氧化体系重复使用。各反应的化学方程式为：

对β-甲基萘的氧化反应：

对2-甲基-1，4萘醌的磺化反应：

甲磺酸亚铈的电解反应：

阳极

阴极

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，其中对甲磺酸亚铈溶液的电解采用强制循环方式电解，且电解槽的阴阳极极板间距为2～30mm，优选阴阳极极板间距为3～15mm。进行强制循环的目的是为了加剧电解溶液的湍流程度，以加速溶液中各种物质的浓度的均匀，以避免局部浓度过高而引起的晶体析出。阴阳极极板间距过大，电解液的湍动效果差，在极室内存在的滞流区域范围加大，甚至可能出现死区和电解液的返混，影响电流效率；阴阳极极板间距过小，电解设备精度要求增加，设备加工和安装困难。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，将甲磺酸亚铈溶液中的Ce³⁺浓度调整为0.1～5.0mol/l，优选Ce³⁺浓度为0.5～2.0mol/l。Ce³⁺浓度高，在电解后所获得的Ce⁴⁺浓度增大，有利于后序氧化反应的生产能力提高，但随着Ce⁴⁺浓度的增高，在电解过程中部分析出含高铈化合物，而势必会增强对极板的冲蚀，从而降低极板的使用寿命，另一方面，固化物的存在对于电解液的输送、贮存和使用也增加了新的问题；Ce³⁺浓度低，电解液的使用量多，生产所涉及的设备庞大，投资费用加大。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，将甲磺酸亚铈溶液中的H⁺浓度调整为0.2～6.0mol/l，优选H⁺浓度为0.3～3.5mol/l。酸度过高，铈离子的电极电位提高，导致电流效率降低，另外高酸度对设备的防腐性能要求增加，设备投资大；酸度过低，后序氧化反应转化率和选择率都降低。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，电解操作的电流密度为3～60A/dm²，电流密度通常控制在10～30A/dm²。在相同条件下，电流密度增大，电极附近氧浓度增加，从而导致Ce³⁺电解氧化过程中的电流效率下降。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，先将甲磺酸亚铈溶液经净化处理。处理方法可以按工业上常规进行，如加入活性炭、分子筛等吸附剂或用有机溶剂萃取处理。氧化反应分离2-甲基-1，4萘醌后的甲磺酸亚铈溶液常含有未反应的原料，部分或深度氧化副产物，分离不彻底的产物等杂质，如果不进行处理进入电解槽，残存的有机物可能在电极表面附聚，而使电极活性下降，继而导致电流效率下降。

作为成型的反应体系，β-甲基萘在甲磺酸高铈——甲磺酸体系中的氧化反应可以按本技术领域内公知的操作方法进行。例如，将β-甲基萘熔融或将其溶解在适当的有机溶剂中，加入到氧化体系中进行反应，有机溶剂如苯、甲苯、1，2-二氯乙烷、三氯甲烷、环己烷和庚烷等，也可以在反应体系中加入适当的分散剂。通常，可选择β-甲基萘与Ce⁴⁺的摩尔比为1∶5.5～12。优选摩尔比为1∶6.0～8.0；β-甲基萘的氧化反应温度为-5～100℃，优选15～70℃。

本发明的提供的维生素K₃的制备方法与传统铬法氧化制备维生素K₃的工艺相比较，由于氧化剂的可再生处理和循环使用，不但能节约资源，而且对环境污染性小；此外，本发明的提供的维生素K₃的制备方法，在对铈离子在酸性介质中电解时，采用无膜电解，使不存在膜堵塞的问题，且工艺简单，收率高，原料和生产成本大大降低。

具体实施方式

实施例1：先以β-甲基萘为原料，在甲磺酸高铈——甲磺酸体系进行氧化，经分离获得2-甲基-1，4萘醌和甲磺酸亚铈，再将2-甲基-1，4萘醌经磺化处理制得维生素K₃，还将甲磺酸亚铈在电解槽内采用无膜电解法进行电解，使甲磺酸亚铈氧化为甲磺酸高铈后进入β-甲基萘氧化体系重复使用。

实施例2：β-甲基萘的氧化：按β-甲基萘：Ce⁴⁺的摩尔比为1∶6.5的比例，在3500rpm的转速和室温下搅拌反应45min，反应液过滤得到2-甲基-1，4萘醌。β-甲基萘转化率为95.6％，收率为74.8％。

2-甲基-1，4萘醌的磺化：将氧化得到的2-甲基-1，4萘醌加入到乙醇水溶液中，加亚硫酸氢钠溶液在45℃下反应2小时，加活性炭脱色过滤，冷却结晶，制得维生素K₃。

甲磺酸亚铈的电解：10l含Ce³⁺浓度为1.3mol/l，H⁺浓度为2.0mol/l的甲磺酸亚铈——甲磺酸溶液，用泵在电解槽和储液槽之间强制循环1小时，得到Ce⁴⁺浓度为0.93mol/l的甲磺酸高铈溶液。电解操作参数如下：槽电压3.0～3.3V；电极——阳极为经处理的PbO₂/钛筛板，阴极为Pb合金；极板间距4mm；电流密度15A/dm²；电解温度50℃。本发明对于电解过程中的电解温度没有特别的限定。操作过程可以在室温或高于室温的条件下进行。

实施例3：在实施例2中氧化分离2-甲基-1，4萘醌后的甲磺酸亚铈溶液用2倍体积的二氯乙烷分3次萃取，萃取后的甲磺酸亚铈溶液按实施例2中电解的工艺方法操作，得到的甲磺酸高铈溶液Ce⁴⁺浓度为0.89mol/l。以所获得的甲磺酸高铈溶液在按实施例1中所述的氧化工艺中使用，β-甲基萘转化率为94.3％，2-甲基-1，4萘醌收率为75.2％。

实施例4：10l含Ce³⁺浓度为0.8mol/l，H⁺浓度为1.2mol/l的甲磺酸亚铈——甲磺酸溶液，同实施例2所述电解过程操作，得到Ce⁴⁺浓度为0.51mol/l的甲磺酸高铈溶液。

以上得到的甲磺酸高铈溶液与β-甲基萘按实施例2所述氧化方法操作，进行氧化反应。β-甲基萘转化率为94.9％，收率为75.2％。

实施例5：按实施例2所述的电解过程操作，只是改变电解槽的极板间距为16mm，得到含Ce⁴⁺浓度为0.69mol/l的甲磺酸高铈溶液。氧化过程同实施例2，得β-甲基萘转化率为95.2％，收率为72.8％。

实施例6：用实施例2所得到的甲磺酸高铈溶液与β-甲基萘进行氧化反应，在80℃温度下反应30分钟。β-甲基萘转化率为93.8％，收率为67.4％。

下表列举了按实施例2所所得到的甲磺酸高铈溶液，并与β-甲基萘在不同的氧化条件下进行反应获得不同反应结果的实施方案：

实施例	β-甲基萘∶Ce4+(mol)	反应温度(℃)	β-甲基萘转化率(％)	2-甲基-1，4萘醌收率(％)
					7	1∶5.5	-5	85.6	65.2
8	1∶6.0	45	96.2	72.7
					9	1∶8.0	70	93.8	67.4
10	1∶12.0	15	98.7	75.8
					11	1∶12.0	100	～100.0	64.8

Claims (9)

1、一种维生素K₃的制备方法，先以β-甲基萘为原料，用铈离子在酸性介质中电解间接将β-甲基萘氧化制成2-甲基-1，4萘醌，再将2-甲基-1，4萘醌经磺化处理制得维生素K₃，其特征在于，对β-甲基萘进行氧化的体系是甲磺酸高铈——甲磺酸，并将氧化分离后的甲磺酸亚铈溶液在电解槽内采用无膜电解法进行电解，使甲磺酸亚铈氧化为甲磺酸高铈后进入β-甲基萘氧化体系重复使用；各反应的化学方程式为：

对β-甲基萘的氧化反应：

对2-甲基-1，4萘醌的磺化反应：

甲磺酸亚铈的电解反应：

阳极

阴极 。

2、如权利要求1所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于对甲磺酸亚铈溶液的电解时采用强制循环方式电解，且电解槽的阴阳极极板间距为2～30mm。

3、如权利要求2所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于电解槽的阴阳极极板间距为3～15mm。

4、如权利要求1所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，将甲磺酸亚铈溶液中的Ce³⁺浓度调整为0.1～5.0mol/l、H⁺浓度调整为0.2～6.0mol/l；电解操作的电流密度为3～60A/dm²。

5、如权利要求1或4所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，将甲磺酸亚铈溶液中的Ce³⁺浓度调整为0.5～2.0mol/l、H⁺浓度调整为0.3～3.5mol/l；电解操作的电流密度为10～30A/dm²。

6、如权利要求1或2或3或4所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，先将甲磺酸亚铈溶液经净化处理，除去杂质。

7、如权利要求5所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于在对甲磺酸亚铈溶液进行电解时，先将甲磺酸亚铈溶液经净化处理除去杂质。

8、如权利要求1所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于β-甲基萘在甲磺酸高铈——甲磺酸体系中的氧化反应中与Ce⁴⁺的摩尔比为1∶5.5～12；反应温度为-5～100℃。

9、如权利要求1或8所述的维生素K₃的制备方法，其特征在于β-甲基萘在甲磺酸高铈——甲磺酸体系中的氧化反应中与Ce⁴⁺的摩尔比为1∶6.0～8.0；反应温度为15～70℃。