专利名称：丙二酸酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及以一氯乙酸钙和氰化钙为原料制备丙二酸酯的方法。更具体地说，本发明涉及以一氯乙酸钙和氰化钙为原料，经由氰基乙酸钙，高收率的、高纯度地获得丙二酸酯的更简单的工业化方法。
背景技术：
丙二酸酯例如丙二酸二乙酯是广泛应用于医药、农药和化妆品的工业原料。
丙二酸酯可以由氰基乙酸钠用盐酸水解成氰基乙酸，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。
《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，采用一氯乙酸钙和氰化钙为原料，经由氰基乙酸钙，可以高收率的、高纯度地获得丙二酸酯，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酯的新方法。
具体地说，本发明提供一种采用一氯乙酸钙和氰化钙为原料，经由氰基乙酸钙，获得丙二酸酯的方法。
本发明采用如下步骤I) 将一氯乙酸钙与氰化钙反应，生成氰基乙酸钙；II) 氰基乙酸钙在强无机酸(例如硫酸或盐酸)存在下酸化水解，产生氰基乙酸；III)在强无机酸(例如硫酸或盐酸)存在下，将所得的氰基乙酸用醇酯化，产生丙二酸酯。
发明详述具体地说，本发明制备丙二酸酯的具体实施方案如下步骤I)在30-120℃，优选50-110℃下，将一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1.01-1.50)的摩尔比反应。
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。
所用的反应温度和一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一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。
步骤II)在20-90℃，优选40-60℃下，向氰基乙酸钙溶液中，滴加强无机酸(例如浓H2SO4或盐酸)酸化；反应时间以温度相关，可以1小时-10小时；氰乙酸钙与H+的摩尔配比以1∶2.0-4.0，优选1∶2.2-2.6，经过滤浓缩得氰基乙酸。
步骤III)向氰基乙酸中投入摩尔量2-5倍量的醇(例如乙醇、异丙醇、甲醇等)，优选2.5-3倍，于60-100℃，优选60-80℃下，在质子酸如H2SO4、盐酸、对甲苯磺酸等存在下酯化，酯化时间根据催化剂用量、醇用量的不同而不同，时间可以为1小时至10小时。
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。
本发明方法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。
本发明方法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I)之前，增加以更基本的化学原料一氯乙酸或氰化氰与氢氧化钙来制备一氯乙酸钙或氰化钙的步骤。
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、氰化钙代替氰化钠，反应温和，分解少。
三、采用含氰基乙酸钙、氰化钙和氢氧化钙来代替氰基乙酸钠、氰化钠和氢氧化钠，生产成本更低廉。
四、对于生产丙二酸酯而言，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℃下于1小时内加入氢氧化钙40g(95％)中和至pH＝7，制得氯乙酸钙，向氯乙酸钙溶液中加入含CN-110g/L的氰化钙溶液236ml加热至50℃，自然反应升温至95℃，降温至50℃，于60-70℃下滴加50％H2SO4215.6g，过滤，洗涤滤渣，滤液及洗涤合并，经减压浓缩，加95％乙醇106.5g(2.2mol)，60-70℃下滴加95％H2SO4123.8g，滴加时间2小时，85℃±2℃保温3小时，经水洗、精馏得丙二酸二乙酯122.3g(98.9％)，收率75.62％。
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，控制温度在100℃下减压浓缩脱水至糊状，加入95％乙醇106.5g(2.2mol)，搅拌降温至60℃，于60-70℃下滴加95％硫酸268g，滴加时间3小时，滴完后升温85℃±2℃保温3小时，保温完毕后经水洗、精馏得丙二酸二乙酯118.6g(含量98.5％)，收率73％。
对照实施例2向反应釜中投入氯乙酸97.4g(1mol)，加水150ml溶解，50℃下加入Na2CO3中和至pH＝7，得氯乙酸钠溶液，向氯乙酸钠溶液中加入30％氰化钠163.3g，升温至50℃，使其自发反应至温度降至60℃，得氰乙酸钠溶液，经减压脱水、加醇、酸化、酯化得丙二酸二乙酯115.2g(98.7％)，收率71.06％。
权利要求
1.一种制备丙二酸酯的方法，该方法包括I) 将氯乙酸钙与氰化钙反应，生成氰基乙酸钙；II) 氰基乙酸钙在硫酸存在下酸化水解，产生氰基乙酸；III)在硫酸存在下，将所得的氰基乙酸用醇酯化，产生丙二酸酯。
2.根据权利要求1的方法，其中I) 在30-120℃下，将一氯乙酸钙与氰化钙按1∶1.0-3.0摩尔比反应；II) 在20-90℃，向氰基乙酸钙溶液中，滴加强无机酸；氰乙酸钙与H+的摩尔配比以1∶2.0-4.0，经过滤浓缩得氰基乙酸；III)向氰基乙酸中投入摩尔量2-5倍量的醇，在60-100℃下，在质子酸存在下酯化。
3.根据权利要求2的方法，其中I) 在50-110℃下，将一氯乙酸钙与氰化钙按1∶1.01-1.50摩尔比反应；II) 在40-60℃下，向氰基乙酸钙溶液中，滴加强无机酸；氰乙酸钙与H+的摩尔配比为1∶2.2-2.6，经过滤浓缩得氰基乙酸；III)向氰基乙酸中投入摩尔量2.5-3倍量的醇，于60-80℃下，在质子酸存在下酯化。
4.根据权利要求1-3之任一的方法，其中，所述的醇为甲醇或乙醇。
全文摘要
本发明涉及以一氯乙酸钙和氰化钙为原料，经由氰基乙酸钙，高收率的、高纯度地获得丙二酸酯的更简单的工业化方法。该方法包括如下步骤I)将氯乙酸钙与氰化钙反应，生成氰基乙酸钙；II)氰基乙酸钙在硫酸存在下酸化水解，产生氰基乙酸；III)在硫酸存在下，将所得的氰基乙酸用醇酯化，产生丙二酸酯。
文档编号C07C67/00GK1410411SQ0114140
公开日2003年4月16日 申请日期2001年9月24日 优先权日2001年9月24日
发明者雷洪, 尹应武, 罗必奎, 吕兆林, 赵碧, 冯倩 申请人:北京清华紫光英力化工技术有限责任公司