專利名稱：丙二酸及其酯的制備方法
技術領域：
本發明涉及以一氯乙酸、氫氧化鈣和氰化氫為原料制備丙二酸及其酯的方法。更具體地說，本發明涉及以一氯乙酸鈣、氫氧化鈣和氰化氫為原料，經由丙二酸鈣，高收率的、高純度地獲得丙二酸及其酯的更簡單的工業化方法。
背景技術：
丙二酸及其酯是廣泛應用于醫藥、農藥和化妝品的工業原料。
丙二酸可以由氰基乙酸鈉用氫氧化鈉堿解成丙二酸鈉，所得的產品在強酸如硫酸存在下水解而制備。丙二酸酯則可以由氰基乙酸鈉用鹽酸酸化成氰基乙酸，后者在產生所需酯的醇存在下酸水解而制備(參見，《工業有機合成基礎》，第412頁，楊錦宗，中國石化出版社，1998年12月。另外，也可以由涉及丙二酸的酯化這一常規途徑獲得。
丙二酸酯則可以由氰基乙酸鈉在產生所需酯的醇存在下酸水解而制備。另外，也可以由涉及丙二酸的酯化這一常規途徑獲得。
此外，WO99/08988、JP-A-59-7135、JP-A-59-7136、JP-B-55-41227、US-A-2337858還公開了由氰基乙酸或其鹽如鈉鹽在強酸如硫酸、鹽酸存在下水解，生產出丙二酸或其酯的方法。
JP-B-53-127411公開了將氰基乙酰胺用氫氧化鈣堿水解，之后用硫酸酸化而制備丙二酸的方法。
《有機合成文集》[Organic Syntheses Collective]-第二卷(A.H.Blatt編，John Wiley，紐約，1943年)第376頁中公開了由氰基乙酸堿解，獲得丙二酸鹽，并將此鹽與氯化鈣反應，生成丙二酸鈣。之后，將此鈣鹽通過酸解的方式并用有機溶劑提取，給出游離的鹽。
然而，這些文獻中公開的方法在收率、產品純度、酸消耗以及后處理方面仍需要改進。因此，仍需要一種更好、更簡單的制備丙二酸及其酯的工業化方法。
針對現有技術的不足，本發明者對生產丙二酸及其酯的方法進行了潛心的研究，結果發現，采用一氯乙酸、氫氧化鈣和和氰化氫為原料，經由丙二酸鈣，可以高收率的、高純度地獲得丙二酸及其酯，并且非常適合工業化生產，由此完成了本發明。
發明概述本發明的目的是提供制備丙二酸和丙二酸酯的新方法。
具體地說，本發明提供一種以一氯乙酸、氫氧化鈣和氰化氫為原料，經由丙二酸鈣，獲得丙二酸及其酯的方法。
本發明提供制備丙二酸及其酯的方法，該方法包括如下步驟本發明還提供另一種制備丙二酸及其酯的方法，該方法包括如下步驟I)將氫氧化鈣水溶液與一氯乙酸反應，產生氯乙酸鈣，隨后通入氰化氫氣體，再投入氧化鈣或氫氧化鈣堿解，獲得丙二酸鈣溶液；II)將獲得的丙二酸鈣溶液在強無機酸(如硫酸、鹽酸)存在下酸化水解，產生丙二酸；III)任選的，在質子酸催化劑存在下，將分離出的丙二酸采用醇進行酯化，給出丙二酸酯。
發明詳述具體地說，本發明制備丙二酸或其酯的方法的具體實施方案如下步驟I)在一個反應容器中，控制溫度低于50℃下，優選低于40℃下，例如，0-40℃，向氫氧化鈣水溶液中慢慢加入氯乙酸，產生氯乙酸鈣；隨后通入氰化氫氣體，至氰化氫不再反應，再投入氧化鈣或氫氧化鈣堿解，將反應溫度升至85℃以上，優選在90-120℃之間，反應2-20小時，獲得丙二酸鈣溶液。
步驟II)將步驟I)中得到的丙二酸鈣制成水溶液，在攪拌稍冷卻條件下與強無機酸水溶液，例如稀硫酸或濃鹽酸水溶液反應，產生丙二酸及副產物鈣鹽，將鈣鹽濾出或離心去除，得到所需產品丙二酸。
反應時，加入足夠量的強酸，優選稍微過量的硫酸，使在反應容器中的鈣離子均與酸反應生成鈣鹽。
根據反應時所采用的溫度等的不同而變化，反應時間一般為1至10小時。
所用的反應溫度和反應容器中存在的鈣離子與強無機酸的摩爾比是相關的且確定反應的時間。
如果需要，步驟II)中得到的丙二酸可以進行如下步驟III)來得到丙二酸酯。
步驟III)在質子酸催化劑，例如，氯代磺酸、甲磺酸、對甲苯磺酸、鹽酸、硫酸和其它質子酸，優選在硫酸存在下，在加熱下，將分離出的丙二酸采用醇進行酯化，給出丙二酸酯。步驟III)的操作條件可參見WO99/8988中的丙二酸酯化方法。
在本發明方法II)中酯化用的醇是C1-C10的伯或仲醇，例如甲醇、乙醇和異丙醇，特別是乙醇。
本發明方法中所采用的起始原料一氯乙酸、氫氧化鈣、氰化氫均是基本的化學原料。
本發明方法的反應過程通常是在常壓下進行，但也可以采用加壓或減壓的方式-例如在0.1-10巴下進行。
本發明方法制備出的丙二酸或丙二酸酯的后處理可以采用常規的方法來進行，例如采用洗滌、脫色、重結晶、色譜、減壓蒸餾等。
本發明的采用經由氰基乙酸鈣的方法與目前廣泛工業化應用的經由氰基乙酸鈉來制備丙二酸及其酯的方法相比較，前者具備以下優點一、由于Ca2+電場強于Na+，從反應機理角度來看，前者較容易反應，產生的氫氧化鈣溶解度小，微量的氫氧化鈣降低了堿解反應，引入鈣離子，用硫酸沉淀，可達到很好的分離效果。因此，反應過程中采用氫氧化鈣來代替氫氧化鈉，后處理時，易于將鈣離子除去。
二、采用氫氧化鈣來代替氫氧化鈉，生產成本更低廉。
三、反應步驟緊湊、簡單。
四、對于生產丙二酸而言，避免使用有機溶劑，降低后處理時環境污染，且方法簡便易行，固液分離大幅提高，從而增加產品純度。
五、反應條件溫和，工藝過程的總收率高。
應當理解，雖然本發明只對丙二酸及其酯的制備作為詳細說明，但同樣的原理也會適合用于制備其它的烷二羧酸，例如，丁二酸或戊二酸及其商業上有用的酯。
實施例下文中，本發明將通過實施例的方式作更詳細的非限定性的說明。
實施例1向反應釜中投入292.2g氯乙酸(3mol)，水1500ml，35℃下加入260g氫氧化鈣(95％)，小于35℃下向氯乙酸鈣的漿狀物中投入3.15mol氰氫酸氣體，至氰化完全，再投入141g(95％)氫氧化鈣，升溫至回流，102-105℃下回流反應8小時，無明顯氨氣溢出，降溫至50℃過濾、洗滌得丙二酸鈣600.3g。(含Ca2+23.1％)將丙二酸鈣投入反應釜中，加水1200ml，打漿于60℃下滴加30％H2SO41115.6g，時間5小時，過濾、洗滌、脫色、濃縮、除硫酸根、結晶得丙二酸257.6g(含量99％)，收率81.98％.
將得到的丙二酸85.6g投入反應釜，直接加入95％乙醇47.2g，攪拌升溫至75℃，于75℃±2℃下滴加96％的硫酸20.5g，滴完后于85℃±2℃下反應3小時。反應完成后降溫至60℃，攪拌下加水100ml，凈置。分出上層液，用20％碳酸鈉中和至中性，減壓蒸餾得丙二酸二乙酯119.3g(98.5％)，收率90％(以丙二酸為基準)。
對照實施例1向反應器中投97.4g氯乙酸(1mol)加水150ml，加碳酸鈉中和至中性(小于50℃)，加入166.6g 30％NaCN加熱至50℃，自然反應升溫至100℃，降溫至50℃，加入30％NaOH 140g，升溫至95℃堿解3小時，加入鹽酸酸化乙醚反復萃取，去除乙醚，得丙二酸78.5g(99.4％)，收率75.03％。
權利要求
1.一種制備丙二酸及其酯的方法，該方法包括I)將氫氧化鈣水溶液與一氯乙酸反應，產生氯乙酸鈣，隨后通入氰化氫氣體，再投入氧化鈣或氫氧化鈣堿解，獲得丙二酸鈣溶液；II)將獲得的丙二酸鈣溶液在強無機酸存在下酸化水解，產生丙二酸；III)任選的，在質子酸催化劑存在下，將分離出的丙二酸采用醇進行酯化，給出丙二酸酯。
2.根據權利要求1的方法，其中I)在一個反應容器中，控制溫度0-40℃下，向氫氧化鈣水溶液中慢慢加入氯乙酸，產生氯乙酸鈣；隨后通入氰化氫氣體，至氰化氫不再反應，再投入氧化鈣或氫氧化鈣堿解，將反應溫度升至在90-120℃之間，反應2-20小時，獲得丙二酸鈣溶液；II)將步驟I)中得到的丙二酸鈣制成水溶液，在攪拌稍冷卻條件下與強無機酸水溶液反應，產生丙二酸及副產物鈣鹽，將鈣鹽濾出或離心去除，得到丙二酸。
全文摘要
本發明涉及以一氯乙酸、氫氧化鈣和氰化氫為原料制備丙二酸及其酯的方法。該方法包括如下步驟I)將氫氧化鈣水溶液與一氯乙酸反應，產生氯乙酸鈣，隨后通入氰化氫氣體，再投入氧化鈣或氫氧化鈣堿解，獲得丙二酸鈣溶液；II)將獲得的丙二酸鈣溶液在強無機酸存在下酸化水解，產生丙二酸；III)任選的，在質子酸催化劑存在下，將丙二酸采用醇進行酯化，給出丙二酸酯。
文檔編號C07C69/00GK1408697SQ0114140
公開日2003年4月9日 申請日期2001年9月24日 優先權日2001年9月24日
發明者雷洪, 尹應武, 羅必奎, 呂兆林, 趙碧, 馮倩 申請人:北京清華紫光英力化工技術有限責任公司