專利名稱：合成三甲銨乙內(nèi)酯(甜菜堿)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)合成中三甲銨乙內(nèi)酯的合成方法。
三甲銨乙內(nèi)酯〔(CH3)3NCH2COO俗稱甜菜堿〕已應(yīng)用于醫(yī)藥、日用化工等領(lǐng)域。近年來(lái)，有關(guān)甜菜堿在飼料添加劑領(lǐng)域的應(yīng)用研究，越來(lái)越被人們所重視。尤其是甜菜堿的分子結(jié)構(gòu)中，不僅含有活性氮原子，還含有豐富的甲基基團(tuán)，比蛋氨酸的甲基多三倍，可以更好地促進(jìn)和參予動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的生化反應(yīng)。有可能代替蛋氨酸(用于動(dòng)物體內(nèi)體蛋白的合成，是畜牧業(yè)使用最廣泛和用量最大的一種必需氨基酸)在畜牧水產(chǎn)飼養(yǎng)業(yè)中起重要的作用。甜菜堿的來(lái)源可以從甜菜制糖的廢渣、廢蜜、廢液中提取，這是一條比較經(jīng)濟(jì)的途經(jīng)，但受到季節(jié)、地區(qū)的制約，即必須在甜菜的收獲季節(jié)和產(chǎn)地安排生產(chǎn)。另一條途經(jīng)是用化學(xué)合成方法來(lái)制取，可不受上述限制甜菜堿的合成方法，通常采用氯乙酸鈉(或氯乙酸與氫氧化鈉作用)和三甲胺為原料來(lái)制取，如《精細(xì)有機(jī)化學(xué)技術(shù)手冊(cè)》(科學(xué)出版社1992、293)所記載的方法。采用這種合成方法的缺陷是化學(xué)反應(yīng)的起始溫度要求迅速升高在38℃，容易使部份三甲胺(沸點(diǎn)3.6℃)來(lái)不及參加反應(yīng)就揮發(fā)掉;該方法在反應(yīng)時(shí)通空氣，因此反應(yīng)體系要求保證通氣的封閉裝置;而且對(duì)反應(yīng)液的提純分離采用的DOWex-50×8樹(shù)脂，為美國(guó)DOWex公司生產(chǎn)的酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不易得到。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種改進(jìn)的、簡(jiǎn)單易行的合成方法，以滿足醫(yī)藥、日用化工，尤其是畜禽、水產(chǎn)飼養(yǎng)業(yè)日益增長(zhǎng)的對(duì)甜菜堿的需要。
本發(fā)明的三甲銨乙內(nèi)酯的合成方法的技術(shù)特征是以室溫為反應(yīng)的起始溫度，在反應(yīng)過(guò)程中不必通空氣進(jìn)行反應(yīng)，而且選用了普通的，容易得到的國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為反應(yīng)液的分離提純介質(zhì)。具體合成步驟如下a、化學(xué)反應(yīng)將氯乙酸鈉溶于2.5-3.5倍的水中，放入裝有攪拌、回流冷凝器的反應(yīng)器，在攪拌下，按氯乙酸鈉與三甲胺的當(dāng)量比為1∶1～1.1加入33%三甲胺水溶液，在室溫下反應(yīng)20-30分鐘，用水浴加熱，升溫使反應(yīng)液在52-54℃反應(yīng)1小時(shí)，再用開(kāi)水加入水浴調(diào)溫到70-85℃反應(yīng)1小時(shí)，將反應(yīng)液自然冷卻。本發(fā)明所指的室溫為20-28℃。
b、分離提純將冷卻后的反應(yīng)液倒入離子交換樹(shù)脂柱中，先用水淋洗，再用3-10%氨水沖洗，收集含有三甲銨乙內(nèi)酯的溶液，控制流速在5-20mL/分。用水淋洗無(wú)三甲銨乙內(nèi)酯的物質(zhì)或再生離子交換樹(shù)脂柱時(shí)，不必控制流速，可快速淋洗。所用的離子交換樹(shù)脂為國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂，離子交換樹(shù)脂柱體積為Φ6×80cm，所用的水為蒸餾水或去離子水。
所述的氯乙酸鈉是化學(xué)純的也可用工業(yè)純的，33%的三甲胺水溶液可直接從市場(chǎng)購(gòu)得。
c、濃縮和鹽酸化將含有三甲胺乙內(nèi)酯的流出液蒸發(fā)濃縮到1/4體積時(shí)加入等當(dāng)量的鹽酸，充分?jǐn)嚢?。再繼續(xù)濃縮至析出固體粉末后，用80-95℃真空干燥箱，減壓干燥除去微量水，得在空氣中易保存不吸濕的三甲銨乙內(nèi)酯鹽酸鹽產(chǎn)品。純度＞98.5%，產(chǎn)率＞96%(通常三甲銨乙內(nèi)酯為防及濕，均以其鹽酸鹽形式存放)。
本發(fā)明合成方法的氯乙酸鈉水溶液，也可以用氯乙酸水溶液，加入氫氧化鈉水溶液中和至PH＝6時(shí)的溶液代替，再按上述合成步驟進(jìn)行。
本發(fā)明的合成三甲銨乙內(nèi)酯的方法，由于采用了較低的起始反應(yīng)溫度和水浴控制溫度而非直接加熱，攪拌和同時(shí)回流冷凝的措施，減少了三甲胺的揮發(fā)，使其有效地參予反應(yīng)，縮短了反應(yīng)時(shí)間，不必用通空氣進(jìn)行反應(yīng)，簡(jiǎn)化了設(shè)備，尤其是采用了價(jià)格低廉普通的國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為離子交換柱的填充介質(zhì)替代了DOWex-50×8樹(shù)脂，使得合成三甲銨乙內(nèi)酯的方法變成簡(jiǎn)單易行了，而且實(shí)驗(yàn)證明了本發(fā)明改進(jìn)的合成方法、操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)完全，分離提純效果好，可制得純度在98.5%以上和96.3以上的產(chǎn)品。產(chǎn)品完全可滿足各領(lǐng)域的需要。
實(shí)例1取氯乙酸鈉116.5克于反應(yīng)瓶中加入330ML蒸餾水溶解，安裝回流冷凝管，在攪拌下(180轉(zhuǎn)/分)，將33%三甲胺溶液180ML水溶液，通過(guò)長(zhǎng)頸滴液漏斗(插入液面下)迅速地加到氯乙酸鈉溶液中，在室溫26℃反應(yīng)30分鐘后，水浴升溫達(dá)到52℃恒溫反應(yīng)1小時(shí)，再放出水浴鍋內(nèi)的水，置換成開(kāi)水，使水溫迅速達(dá)到80℃，反應(yīng)1小時(shí)，去水浴，自然冷卻。將反應(yīng)液倒入強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱中，用水淋洗(得廢水200-2000mL)，用5%氨水沖洗，收集含有甜菜堿的溶液2000mL左右，此時(shí)控制流速6mL/分。將溶液蒸發(fā)濃縮至500mL時(shí)，加80mL濃鹽酸充分?jǐn)嚢?。繼續(xù)濃縮至150mL時(shí)折出固體粉末，待微潮時(shí)，放入80℃真干燥箱，減壓干燥除去微量水，得到三甲銨乙內(nèi)酯鹽酸151.79鹽，熔點(diǎn)243℃，純度98.84%，產(chǎn)率99.21%。經(jīng)紅外光譜測(cè)定，與進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)比分子結(jié)構(gòu)基本一致。
實(shí)例2含1當(dāng)量的氯乙酸鈉溶液350mL;攪拌速度170轉(zhuǎn)/分;室溫22℃;迅速加入33%三甲胺溶液190mL，總體積為640mL，反z應(yīng)20分鐘，升溫到52℃(用10分鐘)，恒溫反應(yīng)1小時(shí)。同實(shí)例1的分離提純方法，接廢水650mL，棄掉收集有甜菜堿的溶液2700mL;濃縮至500mL，加濃鹽酸83mL，再濃縮，經(jīng)真空干燥除水，得白色粉末的三甲胺乙丙酯鹽酸鹽152.2克。
實(shí)例3稱取氯乙酸189克，用510mL4N的NaoH中和，PH＝6;按比例1的方法步驟，室溫25℃，攪拌速度190轉(zhuǎn)/分，33%甲胺水溶液365mL，加水160mL總體積1035mL，反應(yīng)30分鐘，升溫至52℃，恒溫反應(yīng)1小時(shí)，升溫84℃，反應(yīng)1小時(shí)，自然冷卻;強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離提純，接廢水2000mL，收集有甜菜堿溶液4450mL，濃縮至400mL，加濃鹽酸160mL，干燥得白色粉末產(chǎn)品314克。
權(quán)利要求
1.一種三甲銨乙內(nèi)酯的合成方法，其特征在于以室溫為反應(yīng)起始溫度，以強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為反應(yīng)液的分離提純介質(zhì)。其合成步驟如下(a)化學(xué)反應(yīng)將氯乙酸鈉溶于2.5-3.5倍水中，放入裝有攪拌、回流冷凝器的反應(yīng)器中，攪拌下，按氯乙酸鈉與三甲胺的當(dāng)量比為1∶1-1∶1加33%的三甲胺水溶液，在室溫下反應(yīng)20-30分鐘，50-54℃反應(yīng)1小時(shí)，70-85℃反應(yīng)1小時(shí)，所述室溫指20-28℃，(b)分離提純將反應(yīng)液倒入離子交換樹(shù)脂柱，水淋洗、3-10%氨水沖洗，收集含有三甲銨乙內(nèi)酯的溶液，控制流速5-20mL/分，(c)濃縮和鹽酸化將溶液蒸發(fā)濃縮至1/4體積時(shí)加入等當(dāng)量的鹽酸，充分?jǐn)嚢?；再濃縮，折出固體粉末后，用80-95℃真空干燥箱干燥脫水
2.如權(quán)利要求1所述的三甲銨乙酯合成方法，其特征在于1(a)化學(xué)反應(yīng)將氯乙酸鈉溶于水中，也可以是氯乙酸用氫氧化鈉溶液中和至PH＝6的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以氯乙酸鈉和三甲胺為原料的三甲銨乙內(nèi)酯(甜菜堿)的合成方法，以室溫為起始反應(yīng)溫度，選用國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為反應(yīng)液的分離提純介質(zhì)。本方法簡(jiǎn)單易行，反應(yīng)時(shí)間短，分離提純效果好，可制得純度在98.5％以上，產(chǎn)率大于96％的三甲銨乙內(nèi)酯的鹽酸鹽產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C07C229/00GK1084505SQ9310922
公開(kāi)日1994年3月30日 申請(qǐng)日期1993年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月5日
發(fā)明者馬蘭宇, 洪昌茂 申請(qǐng)人:北京市飼料科學(xué)技術(shù)研究所