一种草酰氯单酯的制备方法与流程

1.本发明涉及制药技术领域，尤其涉及一种草酰氯单酯的制备方法。


背景技术：

2.草酰氯单甲酯/单乙酯是一种用途较广的精细化工中间体，广泛应用于医药和农药领域。其生产工艺，主要分为两类。
3.路线1：草酰氯与甲醇/乙醇反应
[0004][0005]
草酰氯与甲醇或乙醇反应，是草酰氯单甲酯/单乙酯的主流合成方法。如ep2940010，cn111978243，cn107417714，cn1891688，cn101638364及cn101638365。
[0006]
该路线中，使用昂贵的原料草酰氯。草酰氯一般是用草酸与五氯化磷反应制备而来，收率40-60％，会产生大量的含磷酸性废弃物，环保压力巨大。
[0007]
路线2：草酸单酯钾盐与氯化亚砜反应
[0008]
southwick,philip l.在journal of the american chemical society,1949,71,2532-8上报道了两步法合成草酰氯单甲酯：首先，草酸二甲酯在甲醇中，在醋酸钾作用下，水解成草酸单酯的单钾盐，副产醋酸甲酯。然后单钾盐与氯化亚砜反应，生成草酰氯单甲酯。
[0009][0010]
organic&biomolecular chemistry,2011，9(8),2702-2714上，也报道了相同的路线，以合成草酰氯单乙酯。
[0011]
但上述文献报道的草酸单酯的单钾盐制备工艺中，为了反应顺利进行，都会在反应体系中加入一定量的水。在后处理时，为了分离出草酸单酯的单钾盐，要么加入大量有机溶剂，如醋酸乙酯，以析出固体产品，如cn105439883；或者减压蒸出所有溶剂，然后烘干，如wo2005/53609。这两种处理方法，均有一定的缺陷。前者需要消耗较多的有机溶剂，且需要精馏分离副产物甲醇和醋酸甲酯(醋酸甲酯沸点58℃，甲醇沸点65℃，两者沸点接近，所以精馏分离具有较大难度)，工序繁琐。后者虽然不需额外向体系里添加溶剂，但仍然需要精馏分离副产物醋酸甲酯；而且，由于后续氯化反应对体系无水要求较高，含水单钾盐的烘干，会比单纯烘干溶剂的时间要长3-5倍，生产成本和能耗都比较高。
[0012]
综上所述，尚没有一条经济环保，且操作简便的草酰氯单甲酯/单乙酯的合成工
艺。


技术实现要素：

[0013]
发明目的
[0014]
为克服上述不足，本发明的目的在于提供一种草酰氯单酯的制备方法。
[0015]
本发明选用碳酸氢盐与草酸二酯反应，反应完后，可以通过离心分离草酸单酯的盐，仅仅需要烘干醇溶剂(例如甲醇或者乙醇)即可，相对烘干水份可以节约超过80％的烘干时间和热能。反应使用的溶剂甲醇或者乙醇，可以不经特殊处理，直接套用在后续生产过程中。
[0016]
解决方案
[0017]
为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0018]
一方面，本发明提供了一种草酰氯单酯的制备方法，其包括如下步骤：
[0019]
1)以草酸二酯(i)和碳酸氢盐为原料在无水的醇溶剂中水解，生成草酸单酯的盐(ii)；
[0020]
2)草酸单酯的盐(ii)氯化反应生成草酰氯单酯(iii)；
[0021]
步骤1)和2)的反应路线如下：
[0022][0023]
其中，r、r1相同或不同，分别独立选自c1-c5的烷基。
[0024]
r与r1相同时，可以减少分离烘干溶剂的难度。
[0025]
进一步地，r选自-ch3或-ch2ch3，可选地，r与r1相同。r为-ch3时，草酸二酯(i)为草酸二甲酯，制备的草酰氯单酯(iii)为草酰氯单甲酯。r为-ch2ch3时，草酸二酯(i)为草酸二乙酯，制备的草酰氯单酯(iii)为草酰氯单乙酯。草酰氯单甲酯或草酰氯单乙酯一种用途较广的精细化工中间体。
[0026]
进一步地，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
[0027]
进一步地，步骤1)的水解反应中，草酸二酯(i)、碳酸氢盐和醇溶剂混合后回流，反应结束后，冷却，草酸单酯的钠盐(ii)经固液分离，固体干燥后，用于下一步反应；固液分离包括离心分离和/或过滤分离。
[0028]
进一步地，步骤1)的水解反应中，副产物为二氧化碳和醇。经固液分离第一步产品后，少量未反应的原料及副产物甲醇或乙醇留在母液中，可以套用在下一个批次的生产中。
[0029]
进一步地，草酸二酯(i)与碳酸氢盐的摩尔比为1：(1～1.5)，可选地为1:(1～1.2)，可选地为1:1。
[0030]
进一步地，醇溶剂与草酸二酯(i)的体积比为1：(0.5～5)，可选地为1：(1～5)，可选地为1：(1～2)，可选地为1：1。
[0031]
进一步地，步骤2)的氯化反应中，采用氯化试剂与草酸单酯的盐(ii)反应。
[0032]
进一步地，草酸单酯的盐(ii)与氯化试剂中氯的摩尔比为1：(2～8)，可选地为1：
(2.1～6)，可选地为1：(2.1～4)，可选地为1：(2.1～3)，可选地为1：(2.1～2.5)，可选地为1：(2.1～2.3)。
[0033]
进一步地，氯化试剂选自氯化亚砜、三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷和三光气中的一种或几种。
[0034]
进一步地，氯化试剂在搅拌下以滴加方式加入反应体系中。
[0035]
进一步地，步骤2)的氯化反应在溶剂中进行，溶剂选自含氯有机溶剂或苯类有机溶剂，可选地，所述含氯有机溶剂包括二氯甲烷和/或二氯乙烷；可选地，苯类有机溶剂包括甲苯和/或二甲苯。
[0036]
进一步地，步骤2)的氯化反应中，氯化反应的温度为30-120℃，可选地为44-120℃，可选地为55-120℃，可选地为55-100℃，可选地为60-100℃。
[0037]
进一步地，草酸单酯的盐(ii)氯化反应后，经减压蒸馏得到草酰氯单酯。
[0038]
本发明的反应路线中涉及的反应式如下：
[0039][0040]
氯化反应中的两种反应路线可以为：
[0041][0042]
有益效果
[0043]
(1)本发明选用碳酸氢盐与草酸二酯反应，反应完后，可以通过离心分离草酸单酯的盐，仅仅需要烘干醇溶剂(例如甲醇或者乙醇)即可，相对烘干水份可以节约超过80％的烘干时间和热能。反应使用的溶剂甲醇或者乙醇，可以不经特殊处理，直接套用在后续生产过程中。本发明原料廉价易得，操作简便，收率高，对环境友好。
[0044]
(2)本发明的方法可以制备草酰氯单甲酯或草酰氯单乙酯，简化生产工艺，提高收率。
具体实施方式
[0045]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中
的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的原料、元件、方法、手段等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0047]
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0048]
以下实施例草酸二甲酯/草酸二乙酯可商购获得。
[0049]
以下实施例中的gc是指气相色谱。
[0050]
实施例1
[0051]
118克草酸二甲酯(1mol)溶于120毫升的甲醇中，加入84克碳酸氢钠(1mol)，回流14小时后，gc检测显示，原料草酸二甲酯残留小于1％。冷却到5℃左右，离心过滤，10毫升冷的甲醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品124克，收率98％。
[0052]
将上述草酸甲酯单钠盐粗品124克(通过液相色谱确定草酸甲酯单钠盐的摩尔量为984mmol)悬浮在250毫升的二氯甲烷中，滴加氯化亚砜129克(1.08mol)，回流6小时。按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收副产物二氧化硫。产品经减压蒸馏，收集118-120℃馏分，得到116克草酰氯单甲酯产品，gc检测含量99.5％，两步总收率95％。
[0053]
实施例2：
[0054]
118克草酸二甲酯(1mol)溶于120毫升的甲醇(来自实施例1的滤液)，加入84克碳酸氢钠(1mol)，回流14小时后，gc检测显示，原料草酸二甲酯残留小于1％。冷却到5℃左右，离心过滤，10毫升冷的甲醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品123克，收率98％。
[0055]
将上述草酸甲酯单钠盐粗品123克(通过液相色谱确定草酸甲酯单钠盐的摩尔量为976mmol)悬浮在120毫升的二氯乙烷中，滴加氯化亚砜129克(1.08mol)，回流4小时。按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收副产物二氧化硫。产品经减压蒸馏，收集118-120℃馏分，得到115克草酰氯单甲酯产品，gc检测含量99.4％，两步总收率94％。
[0056]
实施例3：
[0057]
118克草酸二甲酯(1mol)溶于200毫升的甲醇，加入84克碳酸氢钠(1mol)，回流10小时后，gc检测显示，原料草酸二甲酯残留小于1％。冷却到5℃左右，离心过滤，10毫升冷的甲醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品120克，收率95％。
[0058]
将上述草酸甲酯单钠盐粗品120克(通过液相色谱确定草酸甲酯单钠盐的摩尔量为952mmol)悬浮在50毫升的甲苯中，搅拌下滴加氯化亚砜146克(1.22mol)，内温60℃反应4
小时。按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收副产物二氧化硫。产品经减压蒸馏，收集118-120℃馏分，得到114克草酰氯单甲酯产品，gc检测含量99.6％，两步总收率93％。
[0059]
实施例4
[0060]
146克草酸二乙酯(1mol)溶于200毫升的乙醇，加入100克碳酸氢钾(1mol)，回流10小时后，gc检测显示，原料草酸二乙酯残留小于2％。冷却到5℃左右，离心过滤，10毫升冷的乙醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品148克，收率95％。
[0061]
将上述草酸乙酯单钾盐粗品133克(通过液相色谱确定草酸乙酯单钾盐的摩尔量为952mmol)悬浮在150毫升的二甲苯中，搅拌下滴加氯化亚砜125克(1.05mol)，内温60℃反应4小时。按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收(二氧化硫)。产品经减压蒸馏，收集133-135℃馏分，得到127克草酰氯单乙酯产品，gc检测含量99.6％，两步总收率93％。
[0062]
实施例5
[0063]
146克草酸二乙酯(1mol)溶于200毫升的乙醇(来自实施例4套用的母液)，加入100克碳酸氢钾(1mol)，回流10小时后，gc检测显示，原料草酸二乙酯残留小于2％。冷却到5℃左右，离心分离，10毫升冷的乙醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品132克，收率90％。
[0064]
将上述草酸乙酯单钠盐粗品132克(通过液相色谱确定草酸乙酯单钠盐的摩尔量为904mmol)悬浮在50毫升的二氯甲烷中，搅拌下滴加三光气98克(330mmol)溶于140毫升的二氯甲烷溶液，内温60℃反应4小时。按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收。产品经减压蒸馏，收集133-135℃馏分，得到126克草酰氯单乙酯产品，gc 99.7％，两步总收率88％。
[0065]
对比例1
[0066][0067]
118克草酸二甲酯(1mol)溶于120毫升的甲醇中，加入98克醋酸钾(1mol)，回流14小时后，hplc检测显示，原料草酸二甲酯无法继续反应。冷却到5℃左右，离心过滤，10毫升冷的甲醇淋洗，滤液和淋洗液合并，套用于下一个批次。滤饼在60℃下烘干2小时，得到粗品124克，收率81％，含量93％。
[0068]
草酸甲酯单钾盐粗品124克(通过液相色谱确定草酸甲酯单钾盐的摩尔量为812mmol)悬浮在250毫升的二氯甲烷中，滴加氯化亚砜129克(1.08mol)，回流6小时，按照环保要求，进行二级水吸收(可能含有的微量氯化氢)，一级液碱吸收副产物二氧化硫。产品经减压蒸馏，收集118-120℃馏分，得到89克草酰氯单甲酯产品，gc检测含量99％，两步总收率72％。
[0069]
对比例1说明草酸二甲酯和醋酸钾在无水环境下，反应收率欠佳，可能是醋酸钾使草酸二甲酯的水解反应不完全导致。
[0070]
另外，对比例1在草酸甲酯单钾盐粗品的制备过程中会产生副产物醋酸甲酯，醋酸甲酯与溶剂甲醇的沸点较接近，较难分离回收甲醇，增加了甲醇的回收成本。
[0071]
对比例2
[0072]
118克草酸二甲酯(1mol)溶于1000毫升水中，加入98克醋酸钾(1mol)，回流12小时后，hplc中控跟踪反应，减压下蒸馏掉大约800克水，加入1000毫升丙酮，产品草酸单甲酯单钾盐析出，过滤，得到草酸单甲酯单钾盐湿品经过12小时后烘干，得到干产品128克，液相检测草酸单甲酯单钾盐含量92％，其中含有5％的草酸二钾盐(c2o4k2)，折纯后计算收率为83％。
[0073][0074]
对比例2为传统的草酸单甲酯单钾制备方法，说明醋酸钾在有水的情况下能够一定程度提高终产物的收率，但终产物中含有难以去除的副产物草酸二钾盐，增加了纯化成本和废盐产生。
[0075]
另外，对比例2在反应过程中也会产生副产物醋酸甲酯，醋酸甲酯与溶剂丙酮的沸点较接近，较难分离回收丙酮，增加了丙酮的回收成本。
[0076]
本发明无意中发现了这样一个不用加水的水解反应，采用碳酸氢盐与草酸二酯在无水环境中反应，可以高选择性的停留在草酸单酯单盐的程度，不仅收率提高了，产物纯度也高，这是大大超出发明人预期的。而且作为反应原料的碳酸氢盐生成的mcl盐和co2容易去除(反应体系中，mcl盐在体系中溶解度低容易析出，co2能从反应体系中逸出)，大大简化了工艺步骤。另外，产物草酸单酯盐容易烘干，反应的溶剂不需要经过特殊手段纯化，就可以套用在后续生产中，非常有利于生产，大大降低生产成本。本发明的发明人在研发中还发现，若采用moh、m2co3、m2po4等碱会导致草酸二酯容易水解产生较多的草酸(二)盐，影响反应结果和纯化步骤。
[0077]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。