CN105130833A - 一种高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高纯度甜菜碱盐酸盐的绿色环保制备方法，具体方法为：将氯乙酸、三甲胺水溶液和催化剂路易斯碱加入反应容器中，于50-55℃，压力0.01-0.02MPa下，反应1-4小时，反应结束后，反应液经减压蒸馏除水；将反应液降温至室温，再向其中加入乙醇，加热至40-45℃溶解，再冷却至0-10℃析出结晶，经过滤，滤饼干燥得所需甜菜碱盐酸盐，所述路易斯碱为水或N,N-二甲基甲酰胺。所述制备方法工艺简单，生产周期短，反应条件温和，不需除盐，产品提纯简单，无三废产生，产品纯度收率高，原料廉价易得，具有较高的经济性和环保性，适合工业化生产。

Description

一种高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法。

背景技术

甜菜碱盐酸盐的化学名称是盐酸三甲基甘氨酸，是一种季胺类生物碱，分子式为C₅H₁₁NO₂·HCl，其结构式如下所示：

甜菜碱盐酸盐能溶解于水及醇，难溶于三氯甲烷、***，其水溶液呈酸性，能耐200℃以下高温具有很强的抗氧化性能。甜菜碱是上世纪初在欧洲被发现的，主要存在于甜菜的糖蜜中，但其效能直到上世纪70年代才被发现。它是一种广泛存在于动植物组织中的水溶性生物碱，其化学结构与氨基酸、胆碱相似，具有高效甲基供体、缓和应激、调节渗透压、增进食欲、稳定微生素、代替部分蛋氨酸，提高饲料利用率等功效，目前广泛应用于词料、食品添加剂和日化领域，具有非常广阔的市场前景。

甜菜碱盐酸盐的制备方法有天然甜菜糖蜜提取法和化学合成法。前者由于原料来源有限而使其应用推广具有一定的局限性；传统化学合成方法采用氯乙酸与强碱反应先生成氯乙酸盐，然后再与三甲胺反应，生成的碱金属盐和甜菜碱，通过盐析效应得甜菜碱盐酸盐粗品，然后重结晶制得成品。该方法存在以下几方面缺陷：1、该反应按SN1亲核取代，Cl原子离去较慢，因此反应时间较长；2、因氯乙酸在强碱条件下会发生水解、消除、聚合等副反应，生成大量副产物，使产品收率及品质造成极大的影响；3、生成的盐很难与甜菜碱分离除去。以上诸多缺陷，使反应时间较长，设备利用率低，功耗能耗无增加，造成成本较高。具体反应为：

ClCH₂COOH+NaOH＝ClCH₂COON_a+H₂O(主反应)

ClCH₂COON_a+N(CH₃)₃＝N(CH₃)₃CH₂COO^-+N_aCl

ClCH₂COOH+2NaOH＝HOCH₂COON_a+N_aCl(副反应1)

HOCH₂COON_a+ClCH₂COOH＝HOCH₂COOH+ClCH₂COON_a(副反应2)

近年来对此的研究如采用强阳离子交换树脂法、溶剂法等方法，都存在着成本高、后处理困难、高含盐量废水无法处理等诸多问题，这大大限制了甜菜碱工业化的发展。

中国专利ZL201010123877.1以氯乙酸、三甲胺和除水剂为原料，将其在有机溶剂中反应5-8小时生成甜菜碱盐酸盐，工艺简单，生产周期短，产物无其他副产品，但反应过程中所使用的有机溶剂需要回收处理，不符合绿色生产的要求。

发明内容

为了解决现有的甜菜碱盐酸盐制备技术中存在的问题，本发明提供了一种绿色环保的甜菜碱盐酸盐的制备方法，产品纯度、收率高，生产工艺简单，生产过程中无三废和副产物产生，具有经济环保的意义。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将氯乙酸、三甲胺水溶液和催化剂路易斯碱加入反应容器中，于50-55℃，压力0.01-0.02MPa下，反应1-4小时，反应结束后，反应液经减压蒸馏除水。氯乙酸经过过渡状态，变成碳正离子，再与亲核试剂三甲胺作用生成甜菜碱盐酸盐，属于典型的霍夫曼烷基取代反应。反应温度是影响亲核取代反应的重要因素，氯乙酸与三甲胺的亲核取代反应速率在50-55℃最佳，温度过高或过低都会导致反应速率降低。

(2)将步骤(1)所得反应液降温至室温，再向其中加入乙醇，加热至40-45℃溶解，再冷却至0-10℃析出结晶，经过滤，滤饼干燥得所需甜菜碱盐酸盐。

作为优选，步骤(1)中所述三甲胺水溶液的质量浓度为30-33％。

作为优选，步骤(1)中所述路易斯碱为水或N,N-二甲基甲酰胺。

作为优选，氯乙酸与三甲胺水溶液中三甲胺的投料摩尔比为1:1.3-1.7，所述所述催化剂与氯乙酸的投料摩尔比为1:0.005-0.01。三甲胺与氯乙酸的最佳投料摩尔比比反应理论摩尔比大，原因在于：三甲胺与氯乙酸由于酸碱中和反应生成了接酸胺，同时还有一部分三甲胺作为缚酸剂，控制反应的pH值，因此三甲胺用量比理论量多。

作为优选，步骤(1)中所述氯乙酸与乙醇的质量为1:4。

更优选，所述路易斯碱为N,N-二甲基甲酰胺。

具体反应式为：

ClCH₂COOH+N(CH₃)₃→(CH₃)₃N⁺CH₂COO^-·HCl

反应机理为：

第一步：

第二步：

本发明的有益效果为：

1、采用路易斯碱作催化剂，使反应快捷充分，同时由于没有副反应的发生，产品纯度和收率均大大提高(纯度高达97％以上，收率以氯乙酸计达99％以上)。

2、工艺简单，生产周期短，反应条件温和，不需除盐，产品提纯简单，无三废产生，具有更高的经济性和环保性。

3、不需要使用昂贵的碱和盐酸，原料廉价易得，适合工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

将37.8g(0.4mol)氯乙酸、93.14g(0.52mol)质量浓度为33％的三甲胺水溶液，0.15gN,N-二甲基甲酰胺加入压力反应釜中，于50℃、0.01MPa下反应2小时后，反应液经减压蒸馏除水，将反应液降温至室温，再加入151.2g乙醇，有白色结晶析出，加热至40℃至其完全溶解，再冷却至10℃有白色晶体析出，过滤，干燥得甜菜碱盐酸盐62.47g，其HPLC纯度为97.60％，收率为99.30％。

实施例2

将37.8g(0.4mol)氯乙酸、118.00g(0.60mol)质量浓度为30％的三甲胺水溶液，0.072g水加入压力反应釜中，于52℃、0.015MPa下反应1小时后，反应液减压蒸馏除水，将反应液降温至室温，再加入37.8g乙醇，有白色结晶析出，加热至42℃至其完全溶解，再冷却至5℃有白色晶体析出，过滤，干燥得甜菜碱盐酸盐61.87g，其HPLC纯度为98.32％，收率为99.07％。

实施例3

将37.8g(0.4mol)氯乙酸、125.38g(0.68mol)质量浓度为32％的三甲胺水溶液，0.23gN,N-二甲基甲酰胺加入压力反应釜中，于55℃、0.02MPa下反应4小时后，反应液减压蒸馏除水，将反应液降温至室温，再加入113.4g乙醇，有白色结晶析出，加热至45℃至其完全溶解，再冷却至0℃有白色晶体析出，过滤，干燥得甜菜碱盐酸盐61.17g，其HPLC纯度为98.57％，收率为99.81％。

以上仅列举了本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，所述制备包括以下步骤：

(1)将氯乙酸、三甲胺水溶液和催化剂路易斯碱加入反应容器中，于50-55℃，压力0.01-0.02MPa下，反应1-4小时，反应结束后，反应液经减压蒸馏除水；

(2)将步骤(1)所得反应液降温至室温，再向其中加入乙醇，加热至40-45℃溶解，再冷却至0-10℃析出结晶，经过滤，滤饼干燥得所需甜菜碱盐酸盐。

2.如权利要求1所述的高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三甲胺水溶液的质量浓度为30-33%。

3.如权利要求1所述的高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述路易斯碱为水或N,N-二甲基甲酰胺。

4.如权利要求1所述的高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氯乙酸与三甲胺水溶液中三甲胺的投料摩尔比为1:1.3-1.7，所述催化剂与氯乙酸的投料摩尔比为1:0.005-0.01。

5.如权利要求1所述的高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氯乙酸与乙醇的质量为1:4。

6.如权利要求3所述的高纯度甜菜碱盐酸盐的制备方法，其特征在于，所述路易斯碱为N,N-二甲基甲酰胺。