CN110590719B - 一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法 - Google Patents

一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备2‑呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于包括以下步骤：1.配置5～60%稀硫酸和10～70%亚硝酸钠溶液；2.反应釜中加回用低盐水、催化剂、2‑乙酰呋喃，搅拌加热至20～90℃，先加稀硫酸、后滴亚硝酸钠溶液，保温0.1～24h；3.降温后用乙酸乙酯萃取2～5次；4.水相调PH0.8‑1.2后用乙酸乙酯萃取2～20次，合并有机相减压蒸馏后加二氯甲烷，‑40～0℃下结晶4～72h，抽滤得2‑呋喃乙酮酸；5.水相调PH为中性，‑20～20℃结晶1～72h，过滤得含水硫酸钠，清液经负压浓缩器处理得回用水和回用低盐水。本发明优点：工艺简单、易行；反应平稳高效、副反应少，易于工业化放大生产；低盐废水可循环套用，基本达到无废液排放。

Description

一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法
技术领域
本发明属于有机合成中间体和精细化工中间体的制备领域，涉及一种以2-乙酰呋喃为原料经肟化、重排、水解制备2-呋喃乙酮酸的领域，具体涉及一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法。
背景技术
头孢呋辛属于头孢菌素类抗生素中的第二代产品，其特点是抗菌谱广、肾脏毒性较低、渗透性强，且对β-内酰胺酶具有较高的稳定性，在临床治疗上药效确切、使用方便，从而被广泛用于由抗敏感细菌引起的各类感染性疾病。因而市场对头孢呋辛及其上游原料药及中间体的需求大幅增长，作为合成头孢呋辛侧链的中间体2-呋喃乙酮酸的合成研究受到越来越多的关注。
2-呋喃乙酮酸主要的合成路线有: (1)以2-呋喃乙酸为原料,经氯代、氰代、水解制得2-呋喃乙酮酸；(2)2-乙酰呋喃经肟化、重排、水解合成2-呋喃乙酮酸； (3) 2-乙酰呋喃和苯甲醛在相转移催化剂的作用下,经羟醛缩合制得1-(2-呋喃基)- 3-苯基乙酰酮，再经氧化制得2-呋喃乙酮酸；(4) 以呋喃为起始原料，与草酰氯或草酰氯酯经付克氏酰基化反应得到2-呋喃乙酮酰氯或2-呋喃乙酮酸酯，再水解可得2-呋喃乙酮酸；(5) 以糠醛为起始原料，经氰化、氧化可得2-呋喃乙酮酸；(6) 以糠醛和氯仿为起始原料，经卤仿反应和水解反应得到2-呋喃羟基乙酸，再氧化得到2-呋喃乙酮酸。
相比较而言，方法（2）因具有原料供应有保证，工艺条件不高，总收率合适（50～70%），适合工业化生产等优点而被国内绝大多数厂家所采用。但在实际生产中此工艺仍普遍存在着反应控制困难；伴随产生NO和NOx，环境污染隐患大；收率不太高；三废（主要是含盐废水）污染严重等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的2-乙酰呋喃经肟化、重排、水解合成2-呋喃乙酮酸的过程中反应液酸度过大，亚硝酸钠与酸反应剧烈，副反应多，物料消耗大，反应不稳定，生产过程危险性大，反应废水含盐高、COD严重超标等问题，提供一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）用去离子水或回用水配置浓度为5～60%的稀硫酸，用去离子水或回用低盐水配置浓度10～70%的亚硝酸钠溶液；
（2）反应釜中分别加入去离子水或回用低盐水、催化剂和2-乙酰呋喃，搅拌加热至20～90℃，先滴加稀硫酸，稍后滴加亚硝酸钠溶液，控制两种物料的滴加速度保持一致，随后进行保温0.1～24h，其中去离子水或回用低盐水：催化剂：2-乙酰呋喃：稀硫酸：亚硝酸钠溶液的质量比为100～2000：0.01～20：100：10～2000：10～3000；
（3）反应结束后降至室温，反应液（PH值3～6）用乙酸乙酯萃取2～5次（去除未反应原料和杂质）,控制反应液与乙酸乙酯的质量比为1：0.1～10，得水相（含有2-呋喃乙酮酸钠盐）和有机相（含有未反应原料和杂质），其中有机相进行减压蒸馏回收未反应的2-乙酰呋喃，溶剂回收或套用；
（4）水相用浓度5～60%的稀硫酸调整PH为0.8-1.2，再用乙酸乙酯萃取2～20次,控制水相与乙酸乙酯的质量比为1：0.1～10，合并有机相（乙酸乙酯相，含有2-呋喃乙酮酸）进行减压蒸馏（10～600min、0.05～0.099MPa），蒸馏后的浓缩液中加入二氯甲烷，控制浓缩液与二氯甲烷的质量比为1：0.1～5，-40～0℃下结晶4～72h，随后抽滤得到纯度95～99%的2-呋喃乙酮酸；
（5）萃取后的水相用浓度1～40%的氢氧化钠溶液调整PH为中性，放入冷却槽结晶沉淀，控制温度为-20～20℃，时间1～72h，结晶沉淀后过滤得到反应副产含水的硫酸钠，清液为低盐水（含盐量0.1～20%），低盐水经过负压浓缩器处理（压力为-0.05～-0.10MPa）后得到回用水和回用低盐水（含盐量为0.2～30%）。
（6）回用水用于步骤（1）中配置稀硫酸用，回用低盐水用于步骤（1）中配置亚硝酸钠溶液和步骤（2）中投料，不足部分用去离子水补充，补充量不高于整体用水量的20%。
进一步，所述步骤（1）中稀硫酸的浓度优选为15％～40％、亚硝酸钠溶液的浓度优选为25～50%。
进一步，所述步骤（2）催化剂为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的任一种或多种。
进一步，所述步骤（2）回用低盐水：催化剂：2-乙酰呋喃：稀硫酸：亚硝酸钠溶液的质量比优选为200～800：0.5～6：100：100～800：200～1000。
进一步，所述步骤（2）加热温度优选为40～70℃、保温时间优选为0.4～4h。
进一步，所述步骤（5）得到的低盐水含盐量为0.5～10%，回用低盐水含盐量为1～15%。
通过对现有工艺（由2-乙酰呋喃经肟化、重排、水解合成2-呋喃乙醛酸）的分析发现：现有工艺反应过程中预加酸会造成反应体系酸度大，滴加的亚硝酸钠溶液与酸优先发生酸碱反应导致亚硝酸钠和酸的消耗加大，同时还会产生大量NO和NOx溢出，污染环境；体系酸度过大会导致原料乙酰呋喃和产物结构不稳定，发生副反应影响收率；由于酸度大滴加亚硝酸钠溶液过快时会因为反应剧烈而发生骤然升温和窜料，生产不能平稳进行，严重影响生产安全，反应结束后剩余的废水一般含有氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硫酸钠或磷酸钠（如果体系补加或使用硫酸或磷酸的话）以及大量乙酰呋喃开环或聚合副产物，导致废水含盐高（30%左右）、COD严重超标，处理困难。本方法通过采用稀硫酸和亚硝酸钠同时连续滴加的方法控制体系酸度和反应进度，通过乙酸乙酯萃取的方法收集反应产物，反应废水通过冷冻结晶的方法回收反应副产物硫酸钠，回收硫酸钠后的低盐水经过简单浓缩后完全回用，实现基本无废水排放。
本发明的优点：1.本方法工艺简单、易行，反应平稳高效，副反应少，易于工业化放大生产；2.克服了反应液酸度过大，亚硝酸钠与酸反应剧烈，生产过程危险性大的问题；3.采用乙酸乙酯萃取反应原液中未反应原料，提高原料利用率；4.采用乙酸乙酯萃取调酸后反应原液收集产物，效率比其他氯代烃溶剂效果好，提高了收率；5.反应废液通过冷冻结晶沉淀的方法分离出硫酸钠，得到的低盐废水可以循环套用，基本上达到无废液的绿色生产。
附图说明
图1是一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色工艺流程简图。
具体实施方式
结合图1对本发明作进一步说明，一种2-呋喃乙酮酸的绿色合成方法，具体实施步骤如下：
实施例1
（1）将80ml去离子水缓慢添加到40 g浓硫酸中配成稀硫酸溶液，称取80g亚硝酸钠加到120mL去离子水中配成亚硝酸钠溶液；
（2）在装有搅拌、温度计、双恒压滴液漏斗的500mL反应瓶（三口瓶）中加入100mL去离子水、25g乙酰呋喃、0.5g硫酸铜和0.5g四丁基氯化铵，开动搅拌，加热至温度升到60℃时，先开始滴加步骤1)制得的稀硫酸溶液10mL，10分钟后同步滴加步骤1)制得的亚硝酸钠溶液160ml，控制滴加速度，两溶液同时滴完（4h），55～65℃保温反应1h；
（3）反应结束后冷却至30℃，反应液（pH 值3.0～7.0）用乙酸乙酯(50 mL)萃取2次，得水相（2-呋喃乙酮酸钠盐）和乙酸乙酯相（未反应的原料和杂质）；
（4）乙酸乙酯相进行减压蒸馏（30min，压力-0.095MPa）回收未反应的2-乙酰呋喃2g；水相用30％稀硫酸溶液调节pH值为1，然后再用乙酸乙酯(50 mL)萃取4次，合并有机相（乙酸乙酯相），加入10 g无水硫酸钠到有机相中进行干燥，浓缩得2-呋喃乙酮酸粗品，向2-呋喃乙酮酸粗品中加入2-呋喃乙酮酸粗品质量2倍的二氯甲烷进行重结晶，得2-呋喃乙酮酸25g，收率为78%；
（5）步骤（4）萃取剩余水相用20％氢氧化钠溶液调整PH值6～7，共得溶液430 g，随后置于冰箱中-10℃保存24 h后有大量白色晶体析出，低温（-10℃）抽滤得到固体硫酸钠120 g和含盐量3%的低盐水310 g，对低盐水继续进行减压蒸馏60min（压力-0.095MPa），得到回用水80 g 和回用低盐水约200g，回用低盐水含盐量5%。
实施例2
与实施例1相同，不使用硫酸铜和四丁基氯化铵，改用1g氯化铜催化反应，其他条件相同，得2-呋喃乙酮酸23g，收率72%。
实施例3
与实施例1相同，使用十二烷基三甲基氯化铵代替四丁基氯化铵，其他条件相同，得2-呋喃乙酮酸25 g，收率78%。
实施例4
与实施例1相同，只是使用回收水配置稀硫酸，用回收低盐水配置亚硝酸钠和反应，其他条件相同，得2-呋喃乙酮酸26g，收率82%；结晶得到固体硫酸钠130 g和低盐水320g，低盐水含盐量4%，低盐水进行减压蒸馏（60 min，压力-0.095 MPa）回收回用水80g 和回用低盐水约305g，回用低盐水含盐量6%。
实施例5
与实施例2相同，只是使用实施例4回收水配置稀硫酸，用回收低盐水配置亚硝酸钠和反应，其他条件相同，得2-呋喃乙酮酸25～27 g，收率78～86%；结晶得到固体硫酸钠125～135 g和低盐水300～330 g，含盐量3～5%，减压蒸馏回收回用水80 g 和回用低盐水约290～320 g，回用低盐水含盐量4～7%。

Claims (4)

1.一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）用去离子水或回用水配置浓度为5～60%的稀硫酸，用去离子水或回用低盐水配置浓度10～70%的亚硝酸钠溶液；
（2）反应釜中分别加入去离子水或回用低盐水、催化剂和2-乙酰呋喃，搅拌加热至20～90℃，先滴加稀硫酸，稍后滴加亚硝酸钠溶液，控制两种物料的滴加速度保持一致，随后进行保温0.1～24h，其中去离子水或回用低盐水：催化剂：2-乙酰呋喃：稀硫酸：亚硝酸钠溶液的质量比为100～2000：0.01～20：100：10～2000：10～3000；其中催化剂为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的任一种或多种；
（3）反应结束后降至室温，反应液用乙酸乙酯萃取2～5次,控制反应液与乙酸乙酯的质量比为1：0.1～10，得水相和有机相，其中有机相进行减压蒸馏回收未反应的2-乙酰呋喃，溶剂回收或套用；
（4）水相用浓度5～60%的稀硫酸调整pH为0.8-1.2，再用乙酸乙酯萃取2～20次,控制水相与乙酸乙酯的质量比为1：0.1～10，合并有机相后进行减压蒸馏，蒸馏后的浓缩液中加入二氯甲烷，控制浓缩液与二氯甲烷的质量比为1：0.1～5，-40～0℃下结晶4～72h，随后抽滤得到纯度95～99%的2-呋喃乙酮酸；
（5）萃取后的水相用浓度1～40%的氢氧化钠溶液调整pH为中性，放入冷却槽结晶沉淀，控制温度为-20～20℃，时间1～72h，结晶沉淀后过滤得到反应副产含水的硫酸钠，清液为低盐水，低盐水含盐量为0.5～10%，低盐水经过负压浓缩器处理后得到回用水和回用低盐水，回用低盐水含盐量为1～15%；
（6）回用水用于步骤（1）中配置稀硫酸用，回用低盐水用于步骤（1）中配置亚硝酸钠溶液和步骤（2）中投料，不足部分用去离子水补充，补充量不高于整体用水量的20%。
2.根据权利要求1所述一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于：所述步骤（1）中稀硫酸的浓度为15％～40％、亚硝酸钠溶液的浓度为25～50%。
3.根据权利要求1所述一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于：所述步骤（2）回用低盐水：催化剂：2-乙酰呋喃：稀硫酸：亚硝酸钠溶液的质量比为200～800：0.5～6：100：100～800：200～1000。
4.根据权利要求1所述一种制备2-呋喃乙酮酸的绿色方法，其特征在于：所述步骤（2）加热温度为40～70℃、保温时间为0.4～4h。
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