合成三甲铵乙内酯(甜菜碱)的方法

专利名称：合成三甲铵乙内酯(甜菜碱)的方法技术领域：本发明涉及有机合成中三甲铵乙内酯的合成方法。三甲铵乙内酯〔(CH3)3NCH2COO俗称甜菜碱〕已应用于医药、日用化工等领域。近年来，有关甜菜碱在饲料添加剂领域的应用研究，越来越被人们所重视。尤其是甜菜碱的分子结构中，不仅含有活性氮原子，还含有丰富的甲基基团，比蛋氨酸的甲基多三倍，可以更好地促进和参予动物机体内的生化反应。有可能代替蛋氨酸(用于动物体内体蛋白的合成，是畜牧业使用最广泛和用量最大的一种必需氨基酸)在畜牧水产饲养业中起重要的作用。甜菜碱的来源可以从甜菜制糖的废渣、废蜜、废液中提取，这是一条比较经济的途经，但受到季节、地区的制约，即必须在甜菜的收获季节和产地安排生产。另一条途经是用化学合成方法来制取，可不受上述限制甜菜碱的合成方法，通常采用氯乙酸钠(或氯乙酸与氢氧化钠作用)和三甲胺为原料来制取，如《精细有机化学技术手册》(科学出版社1992、293)所记载的方法。采用这种合成方法的缺陷是化学反应的起始温度要求迅速升高在38℃，容易使部份三甲胺(沸点3.6℃)来不及参加反应就挥发掉;该方法在反应时通空气，因此反应体系要求保证通气的封闭装置;而且对反应液的提纯分离采用的DOWex-50×8树脂，为美国DOWex公司生产的酸性阳离子交换树脂，技术针对性强，国内市场不易得到。本发明的目的是克服现有技术存在的缺点，提供一种改进的、简单易行的合成方法，以满足医药、日用化工，尤其是畜禽、水产饲养业日益增长的对甜菜碱的需要。本发明的三甲铵乙内酯的合成方法的技术特征是以室温为反应的起始温度，在反应过程中不必通空气进行反应，而且选用了普通的，容易得到的国产强酸性阳离子交换树脂为反应液的分离提纯介质。具体合成步骤如下a、化学反应将氯乙酸钠溶于2.5-3.5倍的水中，放入装有搅拌、回流冷凝器的反应器，在搅拌下，按氯乙酸钠与三甲胺的当量比为1∶1～1.1加入33%三甲胺水溶液，在室温下反应20-30分钟，用水浴加热，升温使反应液在52-54℃反应1小时，再用开水加入水浴调温到70-85℃反应1小时，将反应液自然冷却。本发明所指的室温为20-28℃。b、分离提纯将冷却后的反应液倒入离子交换树脂柱中，先用水淋洗，再用3-10%氨水冲洗，收集含有三甲铵乙内酯的溶液，控制流速在5-20mL/分。用水淋洗无三甲铵乙内酯的物质或再生离子交换树脂柱时，不必控制流速，可快速淋洗。所用的离子交换树脂为国产强酸性阳离子树脂，离子交换树脂柱体积为Φ6×80cm，所用的水为蒸馏水或去离子水。所述的氯乙酸钠是化学纯的也可用工业纯的，33%的三甲胺水溶液可直接从市场购得。c、浓缩和盐酸化将含有三甲胺乙内酯的流出液蒸发浓缩到1/4体积时加入等当量的盐酸，充分搅拌。再继续浓缩至析出固体粉末后，用80-95℃真空干燥箱，减压干燥除去微量水，得在空气中易保存不吸湿的三甲铵乙内酯盐酸盐产品。纯度＞98.5%，产率＞96%(通常三甲铵乙内酯为防及湿，均以其盐酸盐形式存放)。本发明合成方法的氯乙酸钠水溶液，也可以用氯乙酸水溶液，加入氢氧化钠水溶液中和至PH＝6时的溶液代替，再按上述合成步骤进行。本发明的合成三甲铵乙内酯的方法，由于采用了较低的起始反应温度和水浴控制温度而非直接加热，搅拌和同时回流冷凝的措施，减少了三甲胺的挥发，使其有效地参予反应，缩短了反应时间，不必用通空气进行反应，简化了设备，尤其是采用了价格低廉普通的国产强酸性阳离子交换树脂为离子交换柱的填充介质替代了DOWex-50×8树脂，使得合成三甲铵乙内酯的方法变成简单易行了，而且实验证明了本发明改进的合成方法、操作简单、反应完全，分离提纯效果好，可制得纯度在98.5%以上和96.3以上的产品。产品完全可满足各领域的需要。实例1取氯乙酸钠116.5克于反应瓶中加入330ML蒸馏水溶解，安装回流冷凝管，在搅拌下(180转/分)，将33%三甲胺溶液180ML水溶液，通过长颈滴液漏斗(插入液面下)迅速地加到氯乙酸钠溶液中，在室温26℃反应30分钟后，水浴升温达到52℃恒温反应1小时，再放出水浴锅内的水，置换成开水，使水温迅速达到80℃，反应1小时，去水浴，自然冷却。将反应液倒入强酸性阳离子交换树脂柱中，用水淋洗(得废水200-2000mL)，用5%氨水冲洗，收集含有甜菜碱的溶液2000mL左右，此时控制流速6mL/分。将溶液蒸发浓缩至500mL时，加80mL浓盐酸充分搅拌。继续浓缩至150mL时折出固体粉末，待微潮时，放入80℃真干燥箱，减压干燥除去微量水，得到三甲铵乙内酯盐酸151.79盐，熔点243℃，纯度98.84%，产率99.21%。经红外光谱测定，与进口标准样品对比分子结构基本一致。实例2含1当量的氯乙酸钠溶液350mL;搅拌速度170转/分;室温22℃;迅速加入33%三甲胺溶液190mL，总体积为640mL，反z应20分钟，升温到52℃(用10分钟)，恒温反应1小时。同实例1的分离提纯方法，接废水650mL，弃掉收集有甜菜碱的溶液2700mL;浓缩至500mL，加浓盐酸83mL，再浓缩，经真空干燥除水，得白色粉末的三甲胺乙丙酯盐酸盐152.2克。实例3称取氯乙酸189克，用510mL4N的NaoH中和，PH＝6;按比例1的方法步骤，室温25℃，搅拌速度190转/分，33%甲胺水溶液365mL，加水160mL总体积1035mL，反应30分钟，升温至52℃，恒温反应1小时，升温84℃，反应1小时，自然冷却;强酸性阳离子交换树脂分离提纯，接废水2000mL，收集有甜菜碱溶液4450mL，浓缩至400mL，加浓盐酸160mL，干燥得白色粉末产品314克。权利要求1.一种三甲铵乙内酯的合成方法，其特征在于以室温为反应起始温度，以强酸性阳离子交换树脂为反应液的分离提纯介质。其合成步骤如下(a)化学反应将氯乙酸钠溶于2.5-3.5倍水中，放入装有搅拌、回流冷凝器的反应器中，搅拌下，按氯乙酸钠与三甲胺的当量比为1∶1-1∶1加33%的三甲胺水溶液，在室温下反应20-30分钟，50-54℃反应1小时，70-85℃反应1小时，所述室温指20-28℃，(b)分离提纯将反应液倒入离子交换树脂柱，水淋洗、3-10%氨水冲洗，收集含有三甲铵乙内酯的溶液，控制流速5-20mL/分，(c)浓缩和盐酸化将溶液蒸发浓缩至1/4体积时加入等当量的盐酸，充分搅拌；再浓缩，折出固体粉末后，用80-95℃真空干燥箱干燥脱水2.如权利要求1所述的三甲铵乙酯合成方法，其特征在于1(a)化学反应将氯乙酸钠溶于水中，也可以是氯乙酸用氢氧化钠溶液中和至PH＝6的水溶液。全文摘要本发明涉及一种以氯乙酸钠和三甲胺为原料的三甲铵乙内酯(甜菜碱)的合成方法，以室温为起始反应温度，选用国产强酸性阳离子交换树脂为反应液的分离提纯介质。本方法简单易行，反应时间短，分离提纯效果好，可制得纯度在98.5％以上，产率大于96％的三甲铵乙内酯的盐酸盐产品。文档编号C07C229/00GK1084505SQ9310922公开日1994年3月30日 申请日期1993年8月5日 优先权日1993年8月5日发明者马兰宇, 洪昌茂 申请人:北京市饲料科学技术研究所