一种l-卡内腈的合成方法
技术领域
1.本发明涉及一种l-卡内腈的合成方法，属于有机合成技术领域。
背景技术：
2.左旋肉碱，是一种类似于维生素的营养物质，其合成方法主要包括以下三种：红色肉类提取法、化学合成法和生物发酵法。据相关文献报道，从9kg牛肉中可以提取得到12g左旋肉碱，从28kg牛奶中可以提取乳糖粉约50g，其中提取得到的乳糖粉中只含有约2%的左旋肉碱，由此可见提取法成本较高，在经济上不太合理。而利用酵母等微生物发酵的方式生产左旋肉碱，由于菌种的筛选工作复杂而繁琐，工艺要求严格，目前行业发酵水平较低，许多研究仍处于实验室水平，目前左旋肉碱主流的生产工艺为化学合成法，l-卡内腈作为合成左旋肉碱的关键中间体，其化学纯度和光学纯度直接影响着左旋肉碱的品质。
3.专利cn101838212a中提出利用（r）-3-氯-1,2-丙二醇作为起始原料，经过一系列反应得到氰化物，最后经过胺化反应得到l-卡内腈。这种制备方法虽然能够有效地回收利用环氧氯丙烷手性拆分的副产物，但是（r）-3-氯-1,2-丙二醇转化为氰化物的工艺路线过于复杂，收率低，工业化生产难度较大。
4.专利cn102516105a中提出利用r-环氧氯丙烷、三甲胺、氢氰酸一步法合成l-卡内腈，该工艺的工艺过程虽然简单，但是r-环氧氯丙烷与三甲胺、氢氰酸均发生反应，因此反应过程必然会发生r-环氧氯丙烷与三甲胺的反应，生成右旋构型的季铵盐，导致卡内腈的光学纯度低，产物比旋度低，产品后处理工序复杂，生产成本增加。
5.因此，针对目前l-卡内腈合成工艺问题，如何提供一种高光学纯度、高收率的l-卡内腈合成工艺是技术研发人员亟需解决的难题。
技术实现要素：
6.针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种l-卡内腈的的合成方法，该方法以（r）-环氧氯丙烷、三甲胺和氢氰酸为原料，在高压反应釜中通过两步反应得到l-卡内腈，在整个合成过程中不产生含氰废盐，副产物少，产品光学纯度高，收率稳定。
7.本发明具体技术方案如下：一种l-卡内腈的的合成方法，该方法包括以下步骤：（1）将三甲胺溶液加入高压反应釜中，升至70~75℃，滴加第一部分（r）-环氧氯丙烷，滴完后保温反应，然后升至90~100℃，滴加剩余的（r）-环氧氯丙烷，滴完后保温反应；（2）将高压反应釜中的物料降温，然后滴加氢氰酸，滴完后升至反应温度进行保温；（3）将高压反应釜内的物料排出，进行后处理，得到l-卡内腈。
8.进一步的，三甲胺、（r）-环氧氯丙烷、氢氰酸的反应方程式如下：
进一步的，步骤（1）中，三甲胺溶液的浓度为55-60wt%。
9.进一步的，步骤（1）中，三甲胺溶液的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂为甲苯和/或二甲苯，该有机溶剂有两个作用，一是起到反应介质的作用，二是经过实验发现，有机溶剂的选择会降低副反应的发生，提高产物的收率和光学纯度。优选的，有机溶剂为体积比为3-5:1的二甲苯和甲苯的混合物。
10.进一步的，步骤（1）中，（r）-环氧氯丙烷分两次进行滴加，并且采用两段控温来实现三甲胺和（r）-环氧氯丙烷的反应，通过分批次加入（r）-环氧氯丙烷，进一步提高了三甲胺的反应摩尔当量，同时通过分步保温、分批滴加的方式提高了（r）-环氧氯丙烷的转化率。
11.进一步的，步骤（1）中，第一部分（r）-环氧氯丙烷为（r）-环氧氯丙烷总质量的70-80%。
12.进一步的，步骤（1）中，第一部分（r）-环氧氯丙烷的滴加时间为1~2h，剩余的（r）-环氧氯丙烷的滴加时间为0.5~1h。
13.进一步的，步骤（1）中，滴加第一部分（r）-环氧氯丙烷后，保温反应2~3h，滴加完剩余的（r）-环氧氯丙烷后，保温反应3~4h。
14.进一步的，步骤（1）中，三甲胺：全部的（r）-环氧氯丙烷的摩尔比为5-10:1，例如5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1，优选为7-10:1。
15.进一步的，步骤（1）中，反应结束后，放出多余的三甲胺，多余的三甲胺通过尾气吸收装置回收并回用。
16.进一步的，步骤（2）中，全部的（r）-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比为1：1-3，例如1:1、1:2、1:3，优选为1:2-3。
17.进一步的，步骤（2）中，物料降温至10~20℃，并在此温度下滴加氢氰酸，优选的，温度降温至15~20℃，并在此温度滴加氢氰酸。
18.进一步的，步骤（2）中，滴完氢氰酸后，在50~60℃保温反应，优选在50~55℃保温反应。
19.进一步的，步骤（2）中，氢氰酸的滴加时间为3~5h，优选为3-4h。滴完后，保温反应2~4h，优选保温3-4h。
20.进一步的，步骤（2）中，多余的氢氰酸用次氯酸钠溶液进行吸收。
21.进一步的，步骤（3）中，物料排出后，经离心过滤、重结晶、干燥得到l-卡内腈，所得l-卡内腈为白色晶体状。优选的，重结晶所用溶剂为甲醇、异丙醇、乙醇或甲苯，重结晶温度一般为5~10℃。
22.本发明具有以下有益效果：
1、本发明以氢氰酸为原料，合成过程中不产生含氰废盐，简化了产品后处理工序，降低了废水对环境的污染和废水的处理难度，降低了生产成本。
23.2、本发明通过步骤（1）的胺化反应和步骤（2）的氰化反应的工艺步骤以及工艺条件的优化，提高了r-环氧氯丙烷胺化、氰化反应的转化率和选择性，避免了大量光学副产物的产生，反应副产物少，产品光学纯度高，收率高且稳定，既能够提高设备利用率，又能够保证产物的品质与收率。
具体实施方式
24.下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述，但本发明保护范围并不仅限于此。
25.如无特别说明，下述实施例和对比例所用各原料均为市售产品。
26.如无特别说明，下述实施例和对比例的浓度均为质量百分比浓度。
27.实施例1一种l-卡内腈的合成方法，具体包括以下步骤：步骤1，先将450g 60%的三甲胺溶液（溶剂为质量比3:1的二甲苯和甲苯的混合物）加入高压反应釜中，开启反应釜加热和搅拌装置，当物料温度升高至70℃时，利用平流泵向反应釜中滴加42g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为2h，滴加结束后继续保温反应2h，保温结束后将物料温度升高至90℃后再次利用平流泵滴加18g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为1h，滴加结束后继续保温反应3h，r-环氧氯丙烷总量与三甲胺的摩尔比例为1：7.03，反应结束后接通尾气吸收装置，回收多余的三甲胺原料待回用；步骤2，将高压反应釜内物料温度降低至20℃，利用平流泵向反应釜中滴加48g的氢氰酸，r-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比例为1：2.73，滴加时间为4h，滴加结束后关闭反应釜进料阀门，反应温度升至60℃保温反应，保温反应时间为3h，反应结束后接通尾气吸收装置，利用次氯酸钠溶液吸收过量氢氰酸；步骤3，排出反应物料，经过离心过滤，所得固体加入其3倍质量的甲醇溶剂中，降温至5~8℃进行重结晶，结晶析出l-卡内腈，抽滤、干燥后得到白色晶体状l-卡内腈产物，产品收率以（r）-环氧氯丙烷计为98.2%，光学纯度为98.9%。
28.实施例2一种l-卡内腈的合成方法，具体包括以下步骤：步骤1，先将600g 60%的三甲胺溶液（溶剂为质量比4:1的二甲苯和甲苯的混合物）加入高压反应釜中，开启反应釜加热和搅拌装置，当物料温度升高至72℃时，利用平流泵向反应釜中滴加45g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为2h，滴加结束后继续保温反应2h，保温结束后将物料温度升高至95℃后再次利用平流泵滴加15g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为1h，滴加结束后继续保温反应3h，r-环氧氯丙烷总量与三甲胺的摩尔比例为1：9.38，反应结束后接通尾气吸收装置，回收多余的三甲胺原料待回用；步骤2，将高压反应釜内物料温度降低至15℃，利用平流泵向反应釜中滴加42g的氢氰酸，r-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比例为1：2.39，滴加时间为4h，滴加结束后关闭反应釜进料阀门，反应温度升至55℃保温反应，保温反应时间为3h，反应结束后接通尾气吸收装置，利用次氯酸钠溶液吸收过量氢氰酸；
步骤3，排出反应物料，经过离心过滤所得固体加入其3倍质量的甲醇溶剂中，降温至5~8℃进行重结晶，结晶析出l-卡内腈，抽滤、干燥后得到白色晶体状l-卡内腈产物，产品收率以（r）-环氧氯丙烷计为98.5%，光学纯度为99.2%。
29.实施例3一种l-卡内腈的合成方法，具体包括以下步骤：步骤1，先将575g 60%的三甲胺溶液（溶剂为质量比5:1的二甲苯和甲苯的混合物）加入高压反应釜中，开启反应釜加热和搅拌装置，当物料温度升高至75℃时，利用平流泵向反应釜中滴加48g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为2h，滴加结束后继续保温反应2h，保温结束后将物料温度升高至100℃后再次利用平流泵滴加12g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为1h，滴加结束后继续保温反应3h，r-环氧氯丙烷总量与三甲胺的摩尔比例为1：8.99，反应结束后接通尾气吸收装置，回收多余的三甲胺原料待回用；步骤2，将高压反应釜内物料温度降低至10℃，利用平流泵向反应釜中滴加51g的氢氰酸，r-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比例为1：2.91，滴加时间为4h，滴加结束后关闭反应釜进料阀门，反应温度升至50℃保温反应，保温反应时间为3h，反应结束后接通尾气吸收装置，利用次氯酸钠溶液吸收过量氢氰酸；步骤3，排出反应物料，经过离心过滤所得固体加入其3倍质量的甲醇溶剂中，降温至5~8℃进行重结晶，结晶析出l-卡内腈，抽滤、干燥后得到白色晶体状l-卡内腈产物，产品收率以（r）-环氧氯丙烷计为98.6%，光学纯度为98.9%。
30.实施例4一种l-卡内腈的合成方法，具体包括以下步骤：步骤1，先将600g 60%的三甲胺溶液（溶剂为质量比4:1的二甲苯和甲苯的混合物）加入高压反应釜中，开启反应釜加热和搅拌装置，当物料温度升高至70℃时，利用平流泵向反应釜中滴加45g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为2h，滴加结束后继续保温反应2h，保温结束后将物料温度升高至90℃后再次利用平流泵滴加15g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为1h，滴加结束后继续保温反应3h，r-环氧氯丙烷总量与三甲胺的摩尔比例为1：9.38，反应结束后接通尾气吸收装置，回收多余的三甲胺原料待回用；步骤2，将高压反应釜内物料温度降低至15℃，利用平流泵向反应釜中滴加42g的氢氰酸，r-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比例为1：2.39，滴加时间为4h，滴加结束后关闭反应釜进料阀门，反应温度升至50℃保温反应，保温反应时间为4h，反应结束后接通尾气吸收装置，利用次氯酸钠溶液吸收过量氢氰酸；步骤3，排出反应物料，经过离心过滤，所得固体加入其3倍质量的甲醇溶剂中，降温至5~8℃进行重结晶，结晶析出l-卡内腈，抽滤、干燥后得到白色晶体状l-卡内腈产物，产品收率以（r）-环氧氯丙烷计为98.9%，光学纯度为99.0%。
31.实施例5一种l-卡内腈的合成方法，具体包括以下步骤：步骤1，先将600g 60%的三甲胺溶液（溶剂为质量比4:1的二甲苯和甲苯的混合物）加入高压反应釜中，开启反应釜加热和搅拌装置，当物料温度升高至75℃时，利用平流泵向反应釜中滴加45g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为2h，滴加结束后继续保温反应1.5h，保温结束后将物料温度升高至95℃后再次利用平流泵滴加15g的（r）-环氧氯丙烷，滴加时间为
1h，滴加结束后继续保温反应2h，r-环氧氯丙烷总量与三甲胺的摩尔比例为1：9.38，反应结束后接通尾气吸收装置，回收多余的三甲胺原料待回用；步骤2，将高压反应釜内物料温度降低至15℃，利用平流泵向反应釜中滴加42g的氢氰酸，r-环氧氯丙烷与氢氰酸的摩尔比例为1：2.39，滴加时间为4h，滴加结束后关闭反应釜进料阀门，反应温度升至55℃保温反应，保温反应时间为4h，反应结束后接通尾气吸收装置，利用次氯酸钠溶液吸收过量氢氰酸；步骤3，排出反应物料，经过离心过滤，所得固体加入其3倍质量的甲醇溶剂中，降温至5~8℃进行重结晶，结晶析出l-卡内腈，抽滤、干燥后得到白色晶体状l-卡内腈产物，产品收率以（r）-环氧氯丙烷计为98.8%，光学纯度为99.3%。
32.实施例6按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：步骤1中，分别通入360g三甲胺与240g甲苯。所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为93.2%，光学纯度为92.1%。
33.实施例7按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：步骤1中，分别通入360g三甲胺与240g甲苯，所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为95.1%，光学纯度为94.0%。
34.对比例1按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：步骤1中，分别通入360g三甲胺与240g甲醇。所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为89.3%，光学纯度为91.8%。
35.对比例2按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：将（r）-环氧氯丙烷一次加入至反应釜中，95℃保温反应7h。所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为84.3%，光学纯度为86.8%。
36.对比例3按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：不同的是：将（r）-环氧氯丙烷与氢氰酸同时一次性加入至反应釜中，95℃保温反应8h。所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为80.3%，光学纯度为76.8%。
37.对比例4按照实施例5的方法合成l-卡内腈，不同的是：步骤2中，将氢氰酸替换为氰酸钠固体，具体步骤为：步骤1反应结束后开启反应釜，一次性投入氰酸钠固体，55℃保温反应8h。所得l-卡内腈的收率以（r）-环氧氯丙烷计为75.4%，光学纯度为93.5%。