CN101660171B

CN101660171B - 一种电解制备氨基丙醇的方法

Info

Publication number: CN101660171B
Application number: CN2009101448989A
Authority: CN
Inventors: 王永秋; 赵慧; 何晓玲; 吴金城
Original assignee: XINXING INDUSTRY Co Ltd HUAIBEI; HUAIBEI COAL NORMAL COLLEGE
Current assignee: XINXING INDUSTRY Co Ltd HUAIBEI; HUAIBEI COAL NORMAL COLLEGE
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: CN101660171A

Abstract

一种电解制备氨基丙醇的方法，包括氨基酸阴极电解还原制备氨基丙醇和提纯两个步骤，其特征是采用离子交换膜将电解槽分成阴阳两室，阴极电解液中氨基丙酸的浓度为0.3～2.0mol/L，阴极电解液的pH为1～4；所述阳极电解液是按质量百分比浓度为2～20％的硫酸；控制电解液的温度为30～60℃，电流密度200～2000A/m²；在达到电解平衡后，将阴极电解液经过滤、中和、再过滤、蒸馏即得氨基丙醇。本发明方法生产成本低，生产过程无污染。

Description

一种电解制备氨基丙醇的方法

技术领域

本发明涉及氨基丙醇的制备方法，更确切的说是一种以电解还原水溶性氨基酸制备氨基丙醇的方法。

背景技术

氨基丙醇具有广阔的市场前景，在2002年世界化学品市场中的精细化工和制药行业，其销量分别达到70亿和1590亿美元。L-氨基丙醇是合成第三代喹诺酮类广谱抗菌药左旋氧氟沙星的重要中间体，其光学纯度和价格直接影响到左旋氧氟沙星的质量和价格，同时它是制药及农产品行业中的重要原料、中间体和手性助剂，在不对称合成中作为手性源和手性修饰物有着广泛的应用。其制备是以还原法为主，如专利：01127017.9；200710190457.3；公开了以L-氨基丙酸为起始原料，用金属硼氢化物作还原剂制备氨基丙醇的方法，且已得到工业应用。催化加氢法和生物合成法尚未实现工业化。专利：200610029053.1；200710067973.7；公开了以环氧丙烷为起始原料，经相转移催化制备氨基丙醇的方法。目前已实现工业化的生产氨基丙醇的方法，其还原剂用量大、价格昂贵，每生产1吨氨基丙醇要消耗2.5吨还原剂KBH₄，此单项成本即达22万元，反应条件要求高而且反应时间长，反应效率低，残渣污染环境。

催化加氢还原正以其环境友好、操作简便受到普遍关注。但迄今为止，以电解还原水溶性氨基酸制备氨基丙醇的方法尚未有公开报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电解制备氨基丙醇的方法，以降低氨基丙醇的生产成本，减少生产过程对环境的污染。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明电解制备氨基丙醇的方法，包括氨基酸阴极电解还原制备氨基丙醇和提纯两个步骤，其特征是采用离子交换膜将电解槽分成阴阳两室，阴极电解液中氨基丙酸的浓度为0.3～2.0mol/L，阴极电解液的pH为1～4；所述阳极电解液是按质量百分比浓度为2～20％的硫酸；控制电解液的温度为30～60℃，电流密度200～2000A/m²；在达到电解平衡后，将阴极电解液经过滤、中和、再过滤、蒸馏即得氨基丙醇。

本发明电解制备氨基丙醇方法的特点也在于：

所述阴极电解液按质量比的组成为：氨基丙酸15～35、水80～60、硫酸及硫酸盐4～4.5、催化剂1～0.5。

所述的阴极电解液中加入的催化剂为Re、Ru、Cu、Ni、Pd单质或其化合物的负载物，载体为碳、氧化铝或硅胶。

设置所述电解槽中的阴极材料为具有催化作用的铂、钼、铅或石墨；阳极材料为耐酸腐蚀的惰性材料。

所述阳极材料为铂或钼。

本发明依据的原理是：在电解的过程中，阳极室的H⁺通过阳离子交换膜进入阴极室，在阴极H⁺得电子被还原成原子氢与氨基酸的羧基发生还原反应。电极反应为：

阳极：H₂O-2e＝2H⁺+1/2O₂

阴极：2H⁺+2e＝H₂

2H₂+R-CH(NH₂)-COOH→R-CH(NH₂)-CH₂OH+H₂O

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法因原料价廉显著降低了制备氨基丙醇的成本。

2、本发明反应条件温和、无残渣。已报道的技术中采用的环氧乙烷是易燃易爆品；还原剂硼氢化物遇湿易燃，反应后有残渣，污染环境。

3、本发明电解还原在常压、室温条件进行，安全、易控，催化剂可以重复使用。而已报道的催化加氢还原是在高温高压下进行，并且催化剂不能重复使用。

4、本发明方法适于水溶性氨基醇的制备，包括所有的水溶性氨基酸都可以采用本发明方法进行制备相应的氨基醇。

具体实施方式

本实施例中，采用离子交换膜将电解槽分成阴极室和阳极室，在阴极室和阳极室中分别放置用于降低极室内温度的冷凝管调节电解液的温度30～60℃。

阴极材料采用铂、钼、铅片或石墨棒；

阳极材料为耐腐蚀的惰性材料，可以为铂或钼片。

具体制备中，阴极电解液中氨基丙酸的浓度为0.3～2.0mol/L，阴极电解液的pH为1～4；阳极电解液按质量比的浓度为2～20％的硫酸；控制电解液的温度为30～60℃，电流密度200～2000A/m²；在达到电解平衡后，将阴极电解液过滤后以氢氧化钠或碳酸钠进行中和、再过滤、并经减压蒸馏得氨基丙醇。

具体实施中，阴极电解液按质量比的组成为：氨基丙酸15～35、水80～60、硫酸及硫酸盐4～4.5、催化剂1～0.5。

在阴极电解液中加入的催化剂为Re、Ru、Cu、Ni、Pd单质或其化合物的负载物，载体为碳、氧化铝或硅胶。

实施例1：

本实施例用有机玻璃制作电解槽，用阳离子交换膜隔成阴极室和阳极室，阳极和阴极采用铂片或钼片做电极，阴极和阳极的有效面积为14cm²，阴极与阳极的间距为1.5cm。

用蒸馏水配制0.5mol/L L-丙氨酸溶液100mL，加入2mL浓硫酸及2g硫酸钠，加0.1g克钯碳催化剂得阴极电解液；阳极电解液为5％硫酸，在电流密度250A/m²条件下电解7小时，用高效液相色谱分析原料转化率为46.7％，阴极电解液经过滤、滤液用氢氧化钠中和至中性、再过滤、将滤液减压蒸馏收集77～80℃/2.0KPa馏分得到L-氨基丙醇，产率为41.3％。

实施例2：

本实施例电解槽和电解液初始组成同实施例1，催化剂采用0.1克钌碳，恒电压14V，电解9小时，用高效液相色谱分析原料转化率为67.8％，阴极电解液经过滤、滤液用碳酸钠中和至中性、再过滤、蒸馏得到L-氨基丙醇，产率为64.7％。

实施例3：

本实施例起始氨基酸用DL-氨基丙酸，催化剂为0.1克雷尼镍，其他如同实例1，控制电流密度20A/dm²，电解12小时，，用高效液相色谱分析原料转化率为38.6％，阴极电解液经过滤、中和、再过滤、蒸馏得到DL-氨基丙醇，产率为35.4％。

Claims

1.一种电解制备氨基丙醇的方法，包括氨基酸阴极电解还原制备氨基丙醇和提纯两个步骤，其特征是采用离子交换膜将电解槽分成阴阳两室，阴极电解液中氨基丙酸的浓度为0.3～2.0mol/L，阴极电解液的pH为1～4；在所述阴极电解液中加入有催化剂，所述催化剂为Re、Ru、Cu、Ni、Pd单质或其化合物的负载物，载体为碳、氧化铝或硅胶；所述阳极电解液是按质量百分比浓度为2～20％的硫酸；控制电解液的温度为30～60℃，电流密度200～2000A/m²；在达到电解平衡后，将阴极电解液经过滤、中和、再过滤、蒸馏即得氨基丙醇。

2.根据权利要求1所述的电解制备氨基丙醇的方法，其特征是所述阴极电解液按质量比的组成为：氨基丙酸15～35、水80～60、硫酸及硫酸盐4～4.5、催化剂1～0.5。

3.根据权利要求1所述的电解制备氨基丙醇的方法，其特征是设置所述电解槽中的阴极材料为具有催化作用的铂、钼、铅或石墨；阳极材料为耐酸腐蚀的惰性材料。

4.根据权利要求4所述的电解制备氨基丙醇的方法，其特征是所述阳极材料为铂或钼。