本發(fā)明涉及一種環(huán)丙甲酸酯的合成方法，尤其是以γ-氯丁酸酯為起始原料的合成方法。
背景技術：
環(huán)丙甲酸酯(s-1)是合成環(huán)丙胺的重要中間體，而環(huán)丙胺則是喹諾酮類抗菌劑、殺蟲劑、農(nóng)藥的重要中間體。
目前，環(huán)丙甲酸酯的合成方法中，多數(shù)以γ-氯丁酸酯為起始原料，利用醇鈉或醇鉀作為環(huán)合反應的強堿，甲苯、二甲苯等芳香烴溶劑為溶劑，于60～130℃下進行環(huán)合反應制備環(huán)丙甲酸酯。
專利US3711549利用固體甲醇鈉為強堿，甲苯為溶劑，采用向甲醇鈉-甲苯體系中滴加γ-氯丁酸甲酯的方法合成環(huán)丙甲酸甲酯。雖然該方法實現(xiàn)了較高的環(huán)丙甲酸甲酯收率，但固體甲醇鈉成本高，不易運輸和保存，極易變質(zhì)，且在使用過程中易粘附與反應器表面，在較高溫度下存在安全隱患。因此，科研工作者開發(fā)了以醇鈉或醇鉀相應的醇溶液作強堿進行環(huán)合反應的工藝。
專利CN101693660A、CN1150141A均以醇鈉或醇鉀相應的醇溶液作強堿進行環(huán)合反應，采用的溶劑均為芳香烴類溶劑，如苯、甲苯、二甲苯。甲苯、二甲苯等芳香烴與醇的共沸組成中，醇的含量較低，且由于醇與芳香烴互溶，導致共沸物冷凝后不分層，導致溶劑共沸帶甲醇鈉效率低、蒸甲醇時間長、溶劑需求量大、難以回收利用的問題。因此，芳香烴類溶劑作為環(huán)合反應溶劑并不十分合適，存在副產(chǎn)物生成增多、蒸甲醇時間長、溶劑用量大、難以回收利用的問題。
專利CN1125715A雖提供了一種無溶劑合成環(huán)丙甲酸甲酯的工藝，但該工藝仍存在副產(chǎn)物含量高、蒸甲醇時間長等問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種低醇類溶解度溶劑中合成環(huán)丙甲酸酯的方法，該方法具有副產(chǎn)物生成少、共沸帶甲醇效率高、溶劑用量少、易回收的優(yōu)點。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種低醇類溶解度溶劑中合成環(huán)丙甲酸酯的方法，包括以下步驟：
1)、將γ-氯丁酸酯與溶劑混合，得混合底料，將所得的混合底料升溫至120℃～130℃，所述溶劑為低甲醇溶解度溶劑；
將醇鈉或醇鉀的相應醇溶液以滴加(均勻滴加)的方式向保溫于120℃～130℃的混合底料進行連續(xù)進料，以共沸精餾的方式蒸出溶劑-醇共沸物，共沸物經(jīng)冷凝后分層，分出作為冷凝液下層的醇相；醇鈉或醇鉀與γ-氯丁酸酯的摩爾比為1.00～1.10：1.00，所述滴加時間為120±10min；
當共沸冷凝物中無醇相分出時，環(huán)合反應結(jié)束，得環(huán)合反應液；
2)、步驟1)中分出的醇相用水洗滌后，分出位于上層的有機相；
3)、將步驟1)所得的環(huán)合反應液與步驟2)中分出的有機相合并后進行常壓精餾，得環(huán)丙甲酸酯。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的改進：
將步驟3)常壓精餾后所得的蒸餾釜底液進行過濾，濾液能替代步驟1)中的溶劑直接進行循環(huán)利用。即，實現(xiàn)了溶劑的回收、利用。
備注說明：過濾所得濾餅為氯化鈉(為反應生成物)。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的進一步改進：
所述醇鈉為甲醇鈉、乙醇鈉，所述醇鉀為甲醇鉀、乙醇鉀；
所述醇鈉或醇鉀的相應醇溶液中，醇鈉或醇鉀的質(zhì)量濃度為15％～30％。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的進一步改進：
γ-氯丁酸酯為γ-氯丁酸甲酯(即，4-氯丁酸甲酯)時，選用甲醇鈉或甲醇鉀，所得的環(huán)丙甲酸酯為環(huán)丙甲酸甲酯；
γ-氯丁酸酯為γ-氯丁酸乙酯(即，4-氯丁酸乙酯)時，選用乙醇鈉或乙醇鉀，所得的環(huán)丙甲酸酯為環(huán)丙甲酸乙酯。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的進一步改進：所述低醇類溶解度溶劑為非極性溶劑，例如為正辛烷、正庚烷、異辛烷、正壬烷。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的進一步改進：所述步驟1)中，溶劑的用量為150-200g(溶劑)/mol(γ-氯丁酸酯)。
作為本發(fā)明的合成環(huán)丙甲酸酯的方法的進一步改進：所述步驟2)中，洗滌所用水的量為醇相質(zhì)量10％～15％。
采用本發(fā)明的方法，收率為96％左右。
在本發(fā)明中：
步驟1)中，醇鈉或醇鉀的相應醇溶液是指甲醇鈉的甲醇溶液、乙醇鈉的乙醇溶液、甲醇鉀的甲醇溶液、乙醇鉀的乙醇溶液。上述醇鉀或醇鈉為環(huán)合反應所需強堿。
步驟3)回收的溶劑按照步驟1)中的溶劑配比補充新鮮溶劑后按步驟1)～步驟3)進行反應，可得環(huán)丙甲酸酯產(chǎn)品，收率96％左右；從而實現(xiàn)溶劑的循環(huán)利用。
本發(fā)明環(huán)丙甲酸酯的合成方法的反應方程式如下：
其中，M為Na，K；R為-CH3，-CH2CH3
本發(fā)明在發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術所存在的缺陷，即本發(fā)明發(fā)現(xiàn)反應體系中甲醇含量過高對反應不利，主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，醇鈉或醇鉀本身在芳香烴類溶劑中的溶解度極小，但在醇類中的溶解度較大。因此，采用醇鈉或醇鉀相應的醇溶液作強堿進行環(huán)合反應，會導致反應體系中醇鈉或醇鉀的溶解度增大，最終過量的醇鈉或醇鉀導致副產(chǎn)物4-甲氧基丁酸酯的生成增多，環(huán)丙甲酸酯的收率降低。第二，醇類作為反應產(chǎn)物，若不能及時蒸出反應體系，會降低反應溫度，延長反應時間。
因此，本發(fā)明對工藝方案進行了改進，從而獲得了本發(fā)明所述的技術方案。本發(fā)明，
采用本發(fā)明的方法合成環(huán)丙甲酸酯，具有如下技術優(yōu)勢：
(1)利用與傳統(tǒng)溶劑不同的低醇類溶解度溶劑進行環(huán)合反應，可實現(xiàn)醇鈉或醇鉀溶液的直接連續(xù)接料，反應效率高。
(2)該方法副產(chǎn)物4-甲氧基丁酸酯的生成減少，環(huán)丙甲酸酯的收率高。
(3)改變傳統(tǒng)的進料順序，實現(xiàn)了甲醇鈉甲醇溶液直接進料。
(4)、該方法中，所選溶劑共沸帶醇效率高，極大節(jié)省了溶劑用量，且回收利用較為方便。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
實施例1、一種環(huán)丙甲酸酯的合成方法，依次進行以下步驟：
(1)、向裝有溫度計、攪拌槳、滴液漏斗、頂部安裝冷凝回流器的10cm精餾柱的250mL四口燒瓶中，加入4-氯丁酸甲酯68.3g(0.5mol)，正辛烷75g，升溫至125℃后，開始滴加(滴加時間為120min)質(zhì)量濃度為30％的甲醇鈉甲醇溶液(含0.51mol甲醇鈉)。甲醇與正辛烷共沸蒸出，共沸物冷凝后分相，不斷分出下層的甲醇相。
當正辛烷-甲醇鈉共沸冷凝物中無甲醇相分出時，環(huán)合反應結(jié)束，得環(huán)合反應液。
(2)、分出的甲醇相82g，用10g水洗滌后，分出上層有機相。
(3)、步驟(1)所得的反應液與步驟(2)中分出的有機相合并后進行常壓精餾，收集114.0℃～114.9℃餾分，為環(huán)丙甲酸酯產(chǎn)品，共48.5g，純度99.2％，收率96.2％。蒸餾釜底液進行過濾后，濾液為正辛烷(約72g)，可直接進行循環(huán)利用，濾餅為反應生成的氯化鈉。
(4)步驟(3)中回收的溶劑(即，濾液)可直接用于步驟(1)，補充新的正辛烷直至總重為75g；然后按照(1)、步驟(2)、步驟(3)進行反應，可得環(huán)丙甲酸酯產(chǎn)品，純度99.1％，收率96.1％。
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，我們得知：溶劑的循環(huán)利用并未影響最終產(chǎn)品收率及產(chǎn)品純度。
改變實施例1中的原料種類，強堿種類、濃度及用量，溶劑種類及用量，反應溫度，其余等同于實施例1的步驟(1)～(3)，分別得到實施例2～實施例14。所得相應的環(huán)丙甲酸酯收率如表1所示。
表1不同條件下的環(huán)丙甲酸酯收率
注：1)γ-氯丁酸甲酯，即為4-氯丁酸甲酯；γ-氯丁酸乙酯，即為4-氯丁酸乙酯。
2)、實施例1～實施例14所得的產(chǎn)品中環(huán)丙甲酸酯含量≥99.0％。
3)、實施例1～實施例14均采用向γ-氯丁酸酯溶液中滴加醇鈉或醇鉀相應醇溶液的方式進行；滴加時間相同。
4)、實施例1～實施例12反應液均采用常壓精餾，收集114.0℃～114.9℃餾分，為環(huán)丙甲酸甲酯產(chǎn)品。
5)、實施例13與實施例14反應液均采用減壓精餾，收集25mmHg下，88.0℃～92.0℃餾分，為環(huán)丙甲酸乙酯產(chǎn)品。
對比例1、
將實施例1步驟1)中的溶劑由正辛烷分別改成苯、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷，體積量不變；其余等同于實施例1的步驟(1)～(3)。
最終所得的環(huán)丙甲酸甲酯收率分別對應的為：66.2％、71.7％、72.6％、73.6％、73.3％。與本發(fā)明相比，收率明顯下降。
對比例2、
將實施例1中的“向4-氯丁酸甲酯的正辛烷溶液中滴加甲醇鈉甲醇溶液”改成“向甲醇鈉甲醇溶液中滴加4-氯丁酸甲酯的正辛烷溶液”，滴加時間不變；其余等同于實施例1的步驟(1)～(3)。
最終所得的收率僅為51％。與本發(fā)明相比，收率明顯下降。
對比例3、將甲醇鈉甲醇溶液的質(zhì)量濃度由30％改成10％，甲醇鈉的摩爾量不變，仍為0.51mol；其余等同于實施例1的步驟(1)～(3)。
最終所得的收率為72.4％。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。