专利名称：丙二酸及其酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及以一氯乙酸、氢氧化钙和氰化氢为原料制备丙二酸及其酯的方法。更具体地说，本发明涉及以一氯乙酸钙、氢氧化钙和氰化氢为原料，经由丙二酸钙，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。
背景技术：
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。
丙二酸酯则可以由氰基乙酸钠在产生所需酯的醇存在下酸水解而制备。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，采用一氯乙酸、氢氧化钙和和氰化氢为原料，经由丙二酸钙，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，本发明提供一种以一氯乙酸、氢氧化钙和氰化氢为原料，经由丙二酸钙，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，该方法包括如下步骤本发明还提供另一种制备丙二酸及其酯的方法，该方法包括如下步骤I)将氢氧化钙水溶液与一氯乙酸反应，产生氯乙酸钙，随后通入氰化氢气体，再投入氧化钙或氢氧化钙碱解，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。
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)在一个反应容器中，控制温度低于50℃下，优选低于40℃下，例如，0-40℃，向氢氧化钙水溶液中慢慢加入氯乙酸，产生氯乙酸钙；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。
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酸反应生成钙盐。
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II)中酯化用的醇是C1-C10的伯或仲醇，例如甲醇、乙醇和异丙醇，特别是乙醇。
本发明方法中所采用的起始原料一氯乙酸、氢氧化钙、氰化氢均是基本的化学原料。
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、采用氢氧化钙来代替氢氧化钠，生产成本更低廉。
三、反应步骤紧凑、简单。
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292.2g氯乙酸(3mol)，水1500ml，35℃下加入260g氢氧化钙(95％)，小于35℃下向氯乙酸钙的浆状物中投入3.15mol氰氢酸气体，至氰化完全，再投入141g(95％)氢氧化钙，升温至回流，102-105℃下回流反应8小时，无明显氨气溢出，降温至50℃过滤、洗涤得丙二酸钙600.3g。(含Ca2+23.1％)将丙二酸钙投入反应釜中，加水1200ml，打浆于60℃下滴加30％H2SO41115.6g，时间5小时，过滤、洗涤、脱色、浓缩、除硫酸根、结晶得丙二酸257.6g(含量99％)，收率81.98％.
将得到的丙二酸85.6g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)。
对照实施例1向反应器中投97.4g氯乙酸(1mol)加水150ml，加碳酸钠中和至中性(小于50℃)，加入166.6g 30％NaCN加热至50℃，自然反应升温至100℃，降温至50℃，加入30％NaOH 140g，升温至95℃碱解3小时，加入盐酸酸化乙醚反复萃取，去除乙醚，得丙二酸78.5g(99.4％)，收率75.03％。
权利要求
1.一种制备丙二酸及其酯的方法，该方法包括I)将氢氧化钙水溶液与一氯乙酸反应，产生氯乙酸钙，随后通入氰化氢气体，再投入氧化钙或氢氧化钙碱解，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。
2.根据权利要求1的方法，其中I)在一个反应容器中，控制温度0-40℃下，向氢氧化钙水溶液中慢慢加入氯乙酸，产生氯乙酸钙；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，将反应温度升至在90-120℃之间，反应2-20小时，获得丙二酸钙溶液；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。
全文摘要
本发明涉及以一氯乙酸、氢氧化钙和氰化氢为原料制备丙二酸及其酯的方法。该方法包括如下步骤I)将氢氧化钙水溶液与一氯乙酸反应，产生氯乙酸钙，随后通入氰化氢气体，再投入氧化钙或氢氧化钙碱解，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，将丙二酸采用醇进行酯化，给出丙二酸酯。
文档编号C07C69/00GK1408697SQ0114140
公开日2003年4月9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