一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，将甲苯、醇钠和己二酸二甲酯加入捏合机,加热升温至95℃，于95±5℃反应2～2.5h，待己二酸二甲酯转化完后停止加热，并降温至30℃以下，用20%硫酸中和至pH小于3，静置分相，分离出水相，油相用水洗涤至中性后在减压下脱尽甲苯得产品，回收的甲苯循环使用。采用以上方法，烷氧羰基环戊酮的纯度大于98%，产率约80%，甲苯回收率约90%。和非捏合合成方法相比，采用本发明方法可使甲苯的投入量和实际消耗量减少75%，因而可显著提高设备的利用率，提高生产效率，降低生产成本，减少环境污染。
【专利说明】一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精细有机合成【技术领域】，涉及一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法。【背景技术】
[0002]烷氧羰基环戊酮，又名2-氧代环戊烷甲酸烷基酯，是一类重要的精细化工中间体，在医药、农药、化工等领域有广泛的应用，如作为精细化工中间体可用于合成苯丙酸类非甾体消炎药(CN1294115A, 2001-5-9 ;CN101412670A，2009-4-22 ;陈芬儿等，中国医药工业杂志，1998，29(12):531-533 ;刘安昌等，中国新药杂志，2000，9 (11 ):765_767)、第四代头孢菌素类药物(李艳雪等，有机化学，2009，29 (8): 1223-1227)和苯脲嘧啶除草剂等以及在日用化妆品行业可作为香料(郑淑娴等，化学世界，2009，(9):485-487).[0003]目前烷氧羰基环戊酮主要以己二酸二甲酯为原料，经Dieckmann缩合反应制得。根据所用催化剂的不同，其方法可归纳为:(l)NaH、KH法。NaH法收率可达80%左右，但反应时间冗长，需2d，且NaH和KH活性太高，其使用存在很大的安全隐患(KlemnLH等，J.0rg.Chem, 1955，20:182-189 ；HellouJ 等，Synthesis, 1984，(12):1014-1017) ；(2)金属钠 +醇法。该法以二甲基亚砜、邻二氯苯和DMF等为溶剂，该法所用金属钠同样活性太高，其使用存在很大的安全隐患(IupancicBG 等，MonatshChem, 1967,98 (2):369-372 ；CassebaumH等，Z.Chem, 1971,11 (I):14-15) ; (3)金属钠+少量醇或不加醇法。该法需强烈搅拌以获得金属钠在溶剂中良好的分散性。此外本法需诱导阶段，副反应多，也存在方法(2)的问题(HomerA 等，J.Am.Chem.Soc.，1949，71:2965-2968 ；CN1294115A, 2001-5-9 ；PinkneyPS.0rg.Synth.，1937，17:30) ; (4)钾、钠胶体法。在一定波长，频率的超声波振荡作用下，K，Na可在某些溶剂中形成胶体。从而获得极好的分散性，此时在室温下滴加己二酸二乙酯5min即可完全反应，收率可达83%，但该法工业化大规模生产存在一定困难，且也存在方法(2)的问题；(5)醇钠法。以醇钠(如甲醇钠和乙醇钠)，收率可达70%~80%。由于醇钠的活性较金属钠低，其使用安全性相对较好，因此，该方法比较适合工业化生产。另外，该法避免反应产生的H2对酯起还原反应(RolandM等，PraktChem.,1955,9(4):43-45 ;李艳雪等，有机化学，2009，29 (8): 1223-1227 ;郑淑娴等，化学世界，2009，(9): 485-487)。该法也采用微波辐射促进，可提高反应产率和加快反应速度，但目前因无工业微波炉而无工业价值(杨新娟等，西北农业学报，2008，17 (4):317-319) ; (6)醇镁法。醇与金属镁在I2和MgCl2存在下制备(EtO)2Mg,以苯为溶剂，收率可达90%，但醇镁制备颇为繁琐(DE: 2055009，1972)。由于各种原因，目前真正用于工业化的方法是醇钠法。醇钠法常用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)作溶剂，但由于DMF与水互溶，反应完后得先减压蒸出DMF，再用盐酸酸化之后用甲苯萃取产品，最后蒸馏脱除甲苯。两次蒸馏溶剂，使得方法复杂。另外DMF与水互溶，且沸点较高，热稳定性差，使得DMF蒸馏、脱水及回用均比较麻烦。也有报道直接采用甲苯为溶剂。可是，由于醇钠(甲醇钠或乙醇钠)和甲苯的亲和性不好，以致甲苯的用量很大(每公斤己二酸二甲酯需加入约10公斤甲苯)，否则，物料粘度太大，采用常规反应釜无法搅拌。甲苯用量大，导致设备利用率低，设备投资大，甲苯消耗量大，甲苯回收能耗大，因而生产成本高。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种节约成本、生产率高的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法。其技术方案如下:
[0005]一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，包括以下步骤:
[0006](I)原料准备:称量甲苯、粉末状醇钠、己二酸二甲酯、20%的硫酸溶液；甲苯、醇钠、己二酸二甲酯的质量比为2.0~3.0: 0.50~0.55或0.62~0.67: I ;20%的硫酸溶液和己二酸二甲酯的质量比为2.2~2.8: I ；
[0007](2)合成:将甲苯、醇钠和己二酸二甲酯加入捏合机，加热升温至95°C,于85~105°C反应1.5~3.5h，待己二酸二甲酯转化完后停止加热，并降温至30°C以下；
[0008](3)中和:上述反应结束后将反应物料冷却至30°C以下，用20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0009](4)静置分相:将中和后的物料放入分相罐,静置分相,分尚出水相，油相用水洗漆至中性；
[0010](5)油相在减压下脱尽甲苯，得产品，回收的甲苯循环使用。经气相色谱分析，产品纯度大于98%，产率约80%，甲苯回收率约90%。
[0011]进一步优选，步骤(2)所述捏合机的结构包括换热夹套、冷凝器、给料口和液体排料口。
[0012]进一步优选，步骤(1)中所述甲苯与己二酸二甲酯的质量比为2.5:1。
[0013]进一步优选，步骤(1)中所述醇钠和己二酸二甲酯的质量比为0.52:1，醇钠和己二酸二甲酯的质量比为0.65:1。
[0014]进一步优选，步骤(1)中所述醇钠为粉末状甲醇钠和乙醇钠。
[0015]进一步优选，步骤(1)中所述20%的硫酸溶液和己二酸二甲酯的质量比为2.5:1。
[0016]进一步优选，步骤(2)中所述反应温度890~100°C。
[0017]进一步优选，步骤(2)中所述反应时间为2.0~2.5h。
[0018]进一步优选，步骤(3)中反应结束后将所述反应物料冷却至20~30°C。
[0019]进一步优选，步骤(3)中用20%硫酸中和反应物料至pH=2~3。
[0020]本发明的有益效果:本发明通过采用新型的捏合机代替普通的反应釜，可使反应在膏状或半固体状条件下进行，因而可有效地减少溶剂甲苯的用量。
[0021]采用本发明所述方法不仅可使甲苯的投入量和实际消耗量减少75%，而且可显著提闻设备的利用率，提闻生广效率，降低生广成本，减少环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明方法中所使用的捏合机结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0024]参照图1，所用捏合机为带夹套的捏合机，夹套是用于加热和冷却物料，通过向夹套通入蒸汽，温度约110°C，加热物料，相反通过向夹套通入冷却水，温度约20°C，冷却物料。捏合机中的捏合刀在电机的带动下转动而搅拌物料，因该搅拌力很大，因而可搅拌膏状或半固体状的物料。玻璃冷凝器用于冷凝反应过程中少量气化的甲苯和生成的甲醇。少量气化的甲苯和生成的甲醇通过冷凝器，在盘旋管中冷却水的作用下冷凝，并用接收罐回收。甲苯、己二酸二甲酯和20%的硫酸通过加料孔加入，加料孔的直径约20mm，固体甲醇钠通过手孔加入，手孔的直径约200_，反应完后的物料通过卸料孔放入分相罐，卸料孔的直径约50mmo
[0025]实施例1
[0026]一种甲氧羰基环戊酮的捏合合成方法，包括以下步骤:
[0027](I)原料准备:称量Ilkg甲醇钠、52.5kg甲苯、21kg己二酸二甲酯、52.5kg20%的硫Ife溶液；
[0028](2)将Ilkg甲醇钠、52.5kg甲苯和21kg己二酸二甲酯加入到200L捏合机中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0029](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；[0030](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；
[0031](5)油相于约20mmHg压力下脱尽甲苯，得产品13.97kg，回收甲苯47.3kg。
[0032]经气相色谱分析，产品纯度为98.2%，产率80.1%，甲苯纯度99.1%，甲苯回收率90.1%。实际消耗甲苯5.2kg,每公斤产品消耗甲苯0.37kg。
[0033]实施例2
[0034]一种甲氧羰基环戊酮的捏合合成方法，包括以下步骤:
[0035](I)原料准备:称量Ilkg甲醇钠、52.5kg甲苯(回收)、21kg己二酸二甲酯、52.5kg20%的硫酸溶液；
[0036](2)将I Ikg甲醇钠、52.5kg回收甲苯和2Ikg己二酸二甲酯加入到200L捏合机中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0037](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0038](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；
[0039](5)油相于约20mmHg压力下脱尽甲苯，得产品13.80kg，回收甲苯47.4kg。
[0040]经气相色谱分析，产品纯度为98.3%，产率79.7%，甲苯纯度99.3%，甲苯回收率
90.3%。实际消耗甲苯5.1kg,每公斤产品消耗甲苯0.37kg。
[0041]实施例3
[0042]一种乙氧羰基环戊酮的捏合合成方法，包括以下步骤:
[0043](I)原料准备:称量13.7kg乙醇钠、52.5kg甲苯、21kg己二酸二甲酯、52.5kg20%的硫酸溶液；
[0044](2)将13.7kg乙醇钠、52.5kg甲苯和21kg己二酸二甲酯加入到200L捏合机中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0045](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0046](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；[0047](5)油相于约20mmHg压力下脱尽甲苯，得产品15.5kg，回收甲苯47.0kg。
[0048]经气相色谱分析，产品纯度为98.0%，产率80.7%，甲苯纯度98.9%，甲苯回收率89.5%。实际消耗甲苯5.5kg,每公斤产品消耗甲苯0.35kg。
[0049]实施例4
[0050]一种乙氧羰基环戊酮的捏合合成方法，包括以下步骤:
[0051](1)原料准备:称量13.7kg乙醇钠、52.5kg甲苯(回收)、21kg己二酸二甲酯、
52.5kg20%的硫酸溶液；
[0052](2)将13.7kg乙醇钠、52.5kg回收甲苯和21kg己二酸二甲酯加入到200L捏合机中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0053](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0054](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；
[0055](5)油相于约20mmH g压力下脱尽甲苯，得产品15.2kg，回收甲苯47.2kg。
[0056]经气相色谱分析，产品纯度为98.4%，产率79.5%，甲苯纯度98.9%，甲苯回收率89.9%。实际消耗甲苯5.3kg，每公斤产品消耗甲苯0.35kg。
[0057]比较实施例1
[0058]甲氧羰基环戊酮的常规合成方法，包括以下步骤:
[0059](I)原料准备:称量Ilkg甲醇钠、200kg甲苯、21kg己二酸二甲酯、52.5kg20%的硫酸溶液；
[0060](2)将Ilkg甲醇钠、200kg甲苯和21kg己二酸二甲酯加入到500L搪瓷反应釜中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0061](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0062](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；
[0063](5)油相于约20mmHg压力下脱尽甲苯，得产品13.85kg，回收甲苯182kg。
[0064]经气相色谱分析，产品纯度为98.4%，产率80.1%，甲苯纯度99.0%，甲苯回收率
91.0%。实际消耗甲苯18kg，每公斤产品消耗甲苯1.3kg。
[0065]比较实施例2
[0066]乙氧羰基环戊酮的常规合成方法，包括以下步骤:
[0067](I)原料准备:称量13.7kg乙醇钠、200kg甲苯、21kg己二酸二甲酯、52.5kg20%的硫Ife溶液；
[0068](2)将13.7kg乙醇钠、200kg甲苯和21kg己二酸二甲酯加入到500L搪瓷反应釜中，通过夹套水蒸汽加热物料，升温至95±51:反应2~2.511;
[0069](3)反应结束后将物料冷却至30°C以下，用约52.5kg20%硫酸中和至pH小于3 ；
[0070](4)将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用100LX3去离子水洗涤至中性；
[0071](5)油相于约20mmHg压力下脱尽甲苯，得产品15.2kg，回收甲苯183kg。
[0072]经气相色谱分析，产品纯度为98.0%，产率79.1%，甲苯纯度99.2%，甲苯回收率91.5%。实际消耗甲苯17kg，每公斤产品消耗甲苯1.lkg。[0073]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)原料准备:称量甲苯、粉末状醇钠、己二酸二甲酯、20%的硫酸溶液；甲苯、醇钠、己二酸二甲酯的质量比为2.0~3.0: 0.50~0.55或0.62~0.67:1 ；20%的硫酸溶液和己二酸二甲酯的质量比为2.2~2.8: 1 ； (2)合成:将甲苯、醇钠和己二酸二甲酯加入捏合机，加热升温至95°C，于85~105°C反应1.5~3.5h，待己二酸二甲酯转化完后停止加热，并降温至30°C以下； (3)中和:上述反应结束后将反应物料冷却至30°C以下，用20%硫酸中和至pH小于3; (4)静置分相:将中和后的物料放入分相罐，静置分相，分离出水相，油相用水洗涤至中性； (5)油相在减压下脱尽甲苯，得产品，回收的甲苯循环使用。
2.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(2)所述捏合机的结构包括换热夹套、冷凝器、给料口和液体排料口。
3.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述甲苯与己二酸二甲酯的质量比为2.5:1。
4.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述醇钠和己二酸二甲酯的质量比为0.52:1，醇钠和己二酸二甲酯的质量比为0.65:1。
5.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述醇钠为粉末状甲醇钠和乙醇钠。
6.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述20%的硫酸溶液和己二酸二甲酯的质量比为2.5:1。
7.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述反应温度890~100°C。
8.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述反应时间为2.0~2.5h。
9.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(3)中反应结束后将所述反应物料冷却至20~30°C。
10.根据权利要求1所述的烷氧羰基环戊酮的捏合合成方法，其特征在于，步骤(3)中用20%硫酸中和反应物料至pH=2~3。
【文档编号】C07C67/313GK103910625SQ201410148519
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】唐林生, 郝经华, 张晨 申请人:青岛和硕科工贸有限公司