D,l-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法
【专利摘要】本发明属于化工领域，涉及D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯类化工产品的制备，具体为基于硅胶磺酸为催化剂的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法：所述反应以D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸和醇为原料进行酯化反应，得D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯，所述酯化反应的催化剂为硅胶磺酸，所述醇是具有1-12个碳原子的醇；本发明中涉及的催化剂硅胶磺酸合成简单，原料便宜易得，具有高催化活性；催化剂可以通过简单过滤回收套用，节约生产成本；并避免了硫酸、磷酸等对设备的腐蚀；本工艺的收率高，转化率可以达到95%以上；且反应完成后的后续处理简单；整个反应原子经济性好，除了生成水外无其他废弃物产生。
【专利说明】D, L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，涉及D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯类化工产品的制备。
【背景技术】
[0002]蛋氨酸是家禽的第一限制性氨基酸，饲料中常用的蛋氨酸添加剂主要有粉状D，L-蛋氨酸(DLM)和蛋氨酸羟基类似物(HMB)，蛋氨酸添加剂可充分提供动物体内蛋白质合成、分解和增长所需的L-蛋氨酸。蛋氨酸羟基类似物又分为液态蛋氨酸羟基类似物和固体的蛋氨酸羟基类似物钙。蛋氨酸羟基类似物是具有蛋氨酸生物活性的一种物质，除了具有蛋氨酸功能，还具有酸化剂等功能。液体蛋氨酸羟基类似物尽管没有氨基，但是在体内仍可以代谢合成为L-蛋氨酸以参与体内代谢。
[0003]蛋氨酸羟基类似物化学名为2-羟基-4-甲硫基丁酸，由于2-羟基-4-甲硫基丁酸分子中的羟基取代了 D，L-蛋氨酸分子中的氨基，使其具有很多D，L-蛋氨酸所不具备的营养性优点:首先，2-羟基-4-甲硫基丁酸的pH值不到1，是一种比较理想的有机酸，能够起到有效的杀菌和抑菌作用；其次，由于分子不含氮，可一定程度降低反刍动物瘤胃微生物的降解，提高利用率；再次，由于分子中不含氨基，在代谢中不会发生脱氨基作用，在体内代谢形成蛋氨酸时，通过血液中的游离氨，增加体内的氨沉积，提高了氨的利用效率，减少氨的排泄，进而减少对环境的污染。
[0004]虽然D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸可降低反刍动物瘤胃微生物的降解，但仍然有大部分D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸被瘤胃微生物降解，不能通过瘤胃被生物体利用，另外，D, L-2-羟基-4-甲硫基丁酸在生物体内滞留时间短，利用率较低，因此有必要对其进行保护。蛋氨酸羟基类似物的保护主要采取D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与醇发生酯化反应，制备保护性蛋氨酸羟基类似物。
[0005]研究者们对保护性蛋氨酸羟基类似物的制备工艺进行了大量的研究，目前，蛋氨酸羟基类似物的保护主要采用2-羟基-4-甲硫基丁酸(HMB)与醇发生酯化反应，制备保护性蛋氨酸羟基类似物。现有的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备技术方案，大体可分为三类:第一类是采用D，L-2 -羟基-4-甲硫基丁酸盐为原料进行制备，如美国专利US3761518和US3850987公开了在氯化氢气体的催化下，D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐(钙盐、钠盐、钾盐、铵盐等)与醇(甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等)反应制备D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的技术方案；该制备工艺的过程较为繁琐，成本较高，不利于产业化、规模化生产。第二类是采用2-羟基-4-甲硫基丁腈为原料，在硫酸的作用下先水解，在经过酯化反应制得D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯，如中国专利CN1166630C公开了以2-羟基-4-甲硫基丁腈为原料经硫酸水解制得2-羟基-4-甲硫基丁酰胺，再在硫酸的作用下与醇进行酯化反应，得到D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯；此工艺方法产率较低，并且工艺过程中浓硫酸、有机溶剂、水等反应介质用量比较大，不仅仅增加了生产成本，而且废液、废气的排放也较为困难，不属于环保绿色的生产工艺。第三类是D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸在浓硫酸或者磷酸的催化作用下，直接与醇进行酯化，如美国专利US6660880B2公开了在浓硫酸的催化下，D, L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与异丙醇制备D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸异丙酯的技术方案；又如中国专利CN102093271A公开了在磷酸的催化下，D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与醇(甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等)反应制备D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的技术方案；虽然此方法产品收率高，但产品的纯度不够高，产品中酯的含量只能达到92%，并且产品含有较高的二聚体和反应原料，且反应会产生大量含酸废水，对设备的腐蚀性比较严重，对酸的消耗比较大。
[0006]本发明是基于上述现有技术，并针对现有技术的不足进行改进发明的。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供一种D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，该方法避免了浓硫酸作为催化剂，且成本低、工艺过程简单、转化率高、产品纯度高；本发明的另一目的在于提供一种利用D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯生产装置制备D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的方法，该方法操作简单，无其他废弃物产生，可实现催化剂的循环利用。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0009]D, L_2_羟基_4_甲硫基丁酸酯的制备方法，所述制备方法是以D, L_2_羟基_4_甲硫基丁酸和醇为原料进行酯化反应，得D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯，所述酯化反应的催化剂为硅胶磺酸，所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的分子式如I所示，所述醇的分子式如II所示，所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的分子式如III所示；反应式如下所示。所述醇可以选择甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇、正庚醇、异丙醇、异丁醇或者甘油等。所述酯化反应温度是根据反应中的所述醇的沸点而定的。
[0010]
【权利要求】
1.D, L_2_羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，所述制备方法是以D, L-2-羟基-4-甲硫基丁酸和醇为原料进行酯化反应，得D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯，其特征在于:所述酯化反应的催化剂为硅胶磺酸，所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的分子式如I所示，所述醇的分子式如II所示，所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的分子式如III所示；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅胶磺酸是通过如下方法获得的:硅胶与氯磺酸以二氯甲烷为溶剂的介质中反应，脱出氯化氢，除去溶剂，得硅胶磺酸。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述磺酸以氯磺酸计，氯磺酸与硅胶的质量比为15-40:100。
4.根据权利要求1所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于，所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与醇的摩尔比为1:4-10 ;所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与催化剂硅胶磺酸的质量比为1:0.05-0.2。
5.根据权利要求1所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于，所述的酯化反应是以有机溶剂作为反应介质，所述的有机溶剂为四氢呋喃、四氯化碳、甲苯和苯中的一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于，所述酯化反应是在惰性气体保护下进行。
7.根据权利要求1或5所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于，在所述酯化反应系统中加入带水剂进行酯化反应。
8.根据权利要求1或5所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于:所述硅胶磺酸再循环使用1-6次。
9.根据权利要求1所述的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的制备方法，其特征在于:将所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸、所述醇和所述硅胶磺酸混合，搅拌，加热回流，反应生成的水通过共沸蒸馏带出反应体系，反应结束后，经过分离提纯得到D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于:所述醇为高沸点醇时，在所述高沸点醇中加入一定量的带水剂，带水剂与D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的质量比为1:0.4-1。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述分离提纯的方法为:将所述反应体系过滤除去催化剂，滤液进行减压蒸馏或柱层析洗脱，得高纯度的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯。
12.利用D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯生产装置制备D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯的方法，其特征在于:所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯生产装置包括依次设置的催化剂生产装置(I)、减压浓缩装置(2)、酯化反应装置(3)和分离装置(4)，所述减压浓缩装置(2)、酯化反应装置(3)分别通过带阀门的回流管道与分离装置(4)连通，所述分离装置(4)为离心机或抽滤机； A将二氯甲烷溶剂送入所述催化剂生产装置(I)中，并向催化剂生产装置(I)中加入硅胶和氯磺酸进行反应，反应结束后得反应混合体系，将所得反应混合体系送入所述减压浓缩装置(2 )中，脱出氯化氢，除去所述二氯甲烷溶剂，得硅胶磺酸； B将所述D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸和所述醇送入所述酯化反应装置(3)中，并加入步骤A中所得硅胶磺酸，混合，搅拌，加热回流，反应生成的水通过共沸蒸馏带出反应体系，反应结束后，将所述反应体系送入分离装置(4)中分离得所述硅胶磺酸和滤液，将所述硅胶磺酸循环至所述酯化反应装置(3)中重复利用，将所述滤液送入所述减压浓缩装置(2)中进行减压蒸馏，得高纯度的D，L-2-羟基-4-甲硫基丁酸酯。
【文档编号】B01J27/02GK103497130SQ201310464001
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】吴传隆, 朱小莉, 秦岭, 朱丽利, 王用贵, 杨帆, 任星宇, 陈宏杨, 李欧 申请人:重庆紫光化工股份有限公司