(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105272849 A (43)申请公布日 2016.01.27
(21)申请号 201410271972.4(22)申请日 2014.06.18
(71)申请人河南新天地药业股份有限公司
地址461500 河南省许昌市长葛市市区轻工
路东段南侧(72)发明人谢建中 刘万军(51)Int.Cl.
C07C 67/08(2006.01)C07C 69/67(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图4页
(54)发明名称
乙醛酸酯的合成方法(57)摘要
本发明涉及化工领域，特别涉及乙醛酸酯的合成方法。该合成方法在带水剂存在的条件下，取乙醛酸与醇在催化剂的催化下发生酯化反应，即得；催化剂为酸；带水剂为烃。该合成方法采用的路线产物收率高、气相含量高，副反应少。无需使用重金属或其他氧化剂，反应过程更加安全，并且避免了环境污染。反应原料简单，易得，是常见的工艺原料，采用该合成方案，使乙醛酸酯的合成能够实现工业化。具有成本优势，使乙醛酸酯的成本实现大幅降低，为其在工业水平上的大量使用提供了条件，并且产品质量优于市售的试剂，远高于市售试剂92%的气相含量。
C N 1 0 5 2 7 2 8 4 9 A CN 105272849 A
权 利 要 求 书
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1.一种乙醛酸酯的合成方法，其特征在于，在带水剂存在的条件下，取乙醛酸与醇在催化剂的催化下发生酯化反应，即得；
所述催化剂为酸；所述带水剂为烃。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述醇选自乙醇。3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述乙醛酸与所述乙醇的摩尔比为1:2~1。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述乙醛酸与所述催化剂的质量比为1：0.2~0.01。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述乙醛酸与所述带水剂的质量比为1:3~0.5。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述催化剂选自盐酸、磷酸、硫酸、硝酸、对甲苯磺酸或甲磺酸。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述带水剂为正己烷、环己烷、甲苯或苯。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述乙醛酸选自乙醛酸水溶液或乙醛酸水合物；所述乙醛酸水合物为一水合乙醛酸；所述乙醛酸水溶液中乙醛酸的质量浓度为10%~80%。
9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为60~115℃。10.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述酯化反应后还包括精馏的步骤；所述精馏的真空度为15mmHg，所述精馏的温度为65~68℃。
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说 明 书乙醛酸酯的合成方法
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技术领域
[0001]
本发明涉及化工领域，特别涉及乙醛酸酯的合成方法。
背景技术
乙醛酸乙酯是一种常见精细化学品，CAS:924-44-7，其醛基具有很高的化学活性，容易发生自身的聚合反应，因此市售的乙醛酸乙酯为50%甲苯溶液以防止其发生聚合，主要用于医药中间体、材料中间体。乙醛酸酯是从植物中提取的一种具有香味的粘稠状物质，由于它同时具有醛基和酯基，因此在有机合成中是一种重要的化学中间体，可以进行一系列化学反应，广泛应用于医疗药物、清漆染料、塑料制品、香精香料、工业化学品中间体的合成，例如制备乙基香兰素、香兰素以及尿囊素等。
[0003] 文献报道的乙醛酸酯的合成方法有很多种，采用无机氧化剂氧化酒石酸二酯 （J. Chem. Soc., 1951,1068-1069和CN1696106A）、马来酸酯和富马酸酯（ J. Org. Chem., 2001, 66(13), 4504-4510；J. Org. Chem., 1986, 51(16), 3213-3214和Tetrahedron Lett., 1966, 7(36), 4273-4278）是制备乙醛酸酯的常用方法，但只有少数几种对其工业合成有借鉴意义。[0004] 方案一：
[0002]
此方法是Robert Bruce Moffett（Org. Synth. 1972, 52, 39）用Cl2CHCOOH为原料合成乙醛酸乙酯的。此方法的原料容易得到，产物也比较单一。但是原料脱除乙基的过程反应很难进行彻底，并且存在酯的水解产物，产品含量很难提升，总产率较低。
[0005] Frank wolf and John Wei Jlard（Synthesis,1972, 1972(3), 136-138）等提出：
该反应产物单一，无过氧化现象，且较方案一产率较高（77%—87%）。但Pb(OCOCH3)4的制备有一定困难，铅盐对环境的污染又太大，因此制约了其工业化的发展应用。[0006] 东南大学的刘鸿健，王东仁研究如下：
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说 明 书
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此反应的优点显而易见，氧化剂高锰酸钾具有价廉且易得的优势，但是由于它具有过氧化的作用，能把不饱和烯烃氧化成羧酸。因此制约此反应的发展。为了抑制它的过氧化，Wiber K. B等人做了相当多的工作（J. Am. Chem. Soc., 1957, 79 (9), 2281–2283；J. Am. Chem. Soc., 1982, 104 (21), pp 5826–5828；J. Am. Chem. Soc., 1982, 104 (19), 5076–5081；J. Am. Chem. Soc., 1982, 104 (19), 5076–5081；J. Org. Chem., 1986, 51 (16), 3213–3214）。并且利用此方法制备乙醛酸乙酯时在最佳反应条件下产率为47.6%。这样的收率远远不能满足其工业化的需求，并且反应过程需要使用强氧化剂，副反应多，得到的产品纯度低。[0007] 综合以上路线，现报道的方案都存在原料价格贵、催化剂价格昂贵者合成收率低的缺点，导致合成成本高，难以实现工业化。使用醋酸铅、高锰酸钾等无机氧化剂，价格较贵且环境污染严重，不利于清洁化生产。原料脱除乙基的过程反应很难进行彻底，并且存在酯的水解产物，产品含量很难提升。氧化法本身容易产生副反应，产生杂质，并且设计反应溶剂和乙醛酸酯的分离问题，导致产品含量偏低，目前市售乙醛酸乙酯的气相含量（扣除甲苯峰）多为92%上下，含量较低。因此，提供一种收率高、气相含量高、无污染适于工业化生产的乙醛酸酯的合成方法。发明内容
有鉴于此，本发明提供的该合成方法采用的路线产物收率高、气相含量高，副反应
少。无需使用重金属或其他氧化剂，反应过程更加安全，并且避免了环境污染，适于工业化大生产。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提拱了一种乙醛酸酯的合成方法，在带水剂存在的条件下，取乙醛酸与醇在催化剂的催化下发生酯化反应，即得；
催化剂为酸；带水剂为烃。
[0010] 在本发明的一些实施例中，醇选自乙醇。[0011] 作为优选，乙醛酸与醇的摩尔比为1:2~1。[0012] 在本发明的一些实施例中，乙醛酸与催化剂的质量比为1:0.2~0.01。[0013] 在本发明的一些实施例中，乙醛酸与带水剂的质量比为1:3~0.5。[0014] 在本发明的一些实施例中，催化剂可使用常见的有机酸或无机酸实现，可以为盐酸、磷酸、硫酸、硝酸、对甲苯磺酸或甲磺酸。
[0015] 该酯化过程使用带水剂将反应生成的水分离出反应体系，反应过程进行彻底。在本发明的一些实施例中，带水剂为甲苯、苯、正己烷、环己烷。[0016] 在本发明的一些实施例中，乙醛酸为乙醛酸水溶液或乙醛酸水合物。[0017] 在本发明的一些实施例中，乙醛酸水合物为一水合乙醛酸。
[0008]
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在本发明的一些实施例中，乙醛酸水溶液中乙醛酸的质量浓度为10%~80%。[0019] 在本发明的一些实施例中，酯化反应的温度为所述带水剂的回流温度。[0020] 作为优选，酯化反应的温度为60~115℃。[0021] 在本发明的一些实施例中，酯化反应后还包括精馏的步骤。得到的反应粗品经过精馏可以提高纯度。
[0022] 在本发明的一些实施例中，精馏的真空度为15mmHg，精馏采出温度为65~68℃（理论值64~66.5℃）。
[0023] 本发明提拱了一种乙醛酸酯的合成方法，在带水剂存在的条件下，取乙醛酸与醇在催化剂的催化下发生酯化反应，即得；催化剂为酸；带水剂为烃。该合成方法采用的路线产物收率高、气相含量高，副反应少。无需使用重金属或其他氧化剂，反应过程更加安全，并且避免了环境污染。反应原料简单，易得，是常见的工艺原料，采用该合成方案，使乙醛酸酯的合成能够实现工业化。具有成本优势，使乙醛酸酯的成本实现大幅降低，为其在工业水平上的大量使用提供了条件，并且产品质量优于市售的试剂，远高于市售试剂92%的气相含量。
[0024]
附图说明
[0025]
图1示实施例1制备的乙醛酸乙酯的1HNMR图；图2示实施例1制备的乙醛酸乙酯的红外谱图；
图3示市售品乙醛酸乙酯甲苯溶液的气相检测谱图；图4示实施例1制备的乙醛酸乙酯的气相检测图谱。
具体实施方式
[0026] 本发明公开了一种乙醛酸酯的合成方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
[0027] 本发明提供的乙醛酸酯的合成方法中所用原料及试剂均可由市场购得。[0028] 下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入20%乙醛酸水溶液740g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇92g（2mol），对甲苯磺酸1.48g（乙醛酸质量的1%），甲苯74g（乙醛酸质量的0.5倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至60℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收甲苯。甲苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为13-15mmHg，接收65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体155.32g。理论产量为204.18g，产品收率76.07%，气相含量为96.53%。[0029] 实施例2 乙醛酸乙酯的合成
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向1L反应瓶内加入10%乙醛酸水溶液1480g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇110.4g（2.4mol），盐酸 2.96g（乙醛酸质量的2%），甲苯148g（乙醛酸质量的1倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至65℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收甲苯。甲苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收 65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体159.93g。理论产量为204.18 g，产品收率78.33 %，气相含量为96.73 %。[0030] 实施例3 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入固体乙醛酸184.1g（2.5mol），再将乙醇 128.8g（2.8mol），磷酸5.92 g（乙醛酸质量的3%），正己烷222 g（乙醛酸质量的1.2倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流70 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收正己烷。正己烷蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收 65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体155.54 g。理论产量为204.18 g，产品收率76.54 %，气相含量为97.15 %。
[0031] 实施例4 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入一水合乙醛酸184.1g（2.5mol），再将乙醇147.2 g（3.2mol），硫酸 8.88 g（乙醛酸质量的5%），环己烷296 g（乙醛酸质量的1.6倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流75 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收环己烷。环己烷蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体153.74 g。理论产量为204.18 g，产品收率75.30 %，气相含量为95.53 %。
[0032] 实施例5 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入80%乙醛酸水溶液185g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇165.6 g（3.6mol），硝酸 11.84g（乙醛酸质量的8%），苯 370 g（乙醛酸质量的2.5倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流80 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收苯。苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体150.11 g。理论产量为204.18 g，产品收率73.52 %，气相含量为96.82 %。[0033] 实施例6 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入40%乙醛酸水溶液370g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇184 g（4mol），对甲苯磺酸14.8 g（乙醛酸质量的10%），甲苯444 g（乙醛酸质量的3倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流85 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收甲苯。甲苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68 ℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体156.81 g。理论产量为204.18 g，产品收率76.80 %，气相含量为97.02 %。
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实施例7 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入60%乙醛酸水溶液246.7g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇92g（2mol），甲磺酸 17.76 g（乙醛酸质量的12%），甲苯74 g（乙醛酸质量的0.5倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流90 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收甲苯。甲苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68 ℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体160.93 g。理论产量为204.18 g，产品收率78.82 %，气相含量为96.82 %。[0035] 实施例8 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入50%乙醛酸水溶液296g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇 110.4 g（2.4mol），盐酸20.72g（乙醛酸质量的14%），甲苯 148 g（乙醛酸质量的1倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流95 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收甲苯。甲苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体159.38 g。理论产量为204.18 g，产品收率78.06 %，气相含量为96.45 %。[0036] 实施例9 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入固体乙醛酸184.1g（2.5mol），再将乙醇128.8 g（2.8mol），甲磺酸 23.68 g（乙醛酸质量的16%），正己烷276.2 g（乙醛酸质量的1.5倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流100 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收正己烷。正己烷蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68 ℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体158.04 g。理论产量为204.18 g，产品收率77.40 %，气相含量为97.32 %。
[0037] 实施例10 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入一水合乙醛酸184.1g（2.5mol），再将乙醇147.2 g（3.2mol），磷酸 26.64g（乙醛酸质量的18%），环己烷460.3 g（乙醛酸质量的2.5倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流110 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收环己烷，环己烷蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68 ℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体155.03 g。理论产量为204.18 g，产品收率75.93 %，气相含量为95.98 %。
[0038] 实施例11 乙醛酸乙酯的合成
向1L反应瓶内加入30%乙醛酸水溶液493g（2mol），减压蒸水，直至无水蒸出，乙醛酸除水完毕，待反应瓶内的浓缩乙醛酸冷却后，再将乙醇184 g（4mol），甲磺酸29.6g（乙醛酸质量的20%），苯444 g（乙醛酸质量的3倍），投入该反应瓶中，打开冷加热套，将瓶内反应液加热至回流115 ℃，进行反应。反应过程中分水，直至无水分出，继续蒸馏回收苯。苯蒸出完毕后，降温至25℃以下。将上述残留的反应液进行减压蒸馏，维持体系真空度为15mmHg，接收65~68 ℃馏分（理论值64~66.5℃），即得产品。经减压蒸馏，得浅黄色粘稠液体155.03
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g。理论产量为204.18 g，产品收率77.52 %，气相含量为96.94 %。[0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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