CN112174840B - 一种β-氨基丙酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种β‑氨基丙酸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将丙烯酸、碳酸氢铵和氨水混合进行反应，得到含β‑氨基丙酸的混合液；其中，所述丙烯酸、碳酸氢铵和氨水的质量比为1:(0.01‑0.1):(5‑30)。本发明提供的β‑氨基丙酸的制备方法丙烯酸的转换效率高，最后得到的β‑氨基丙酸的杂质极少，纯度较高；并且反应时间短，反应效率高，环保安全。

Description

一种β-氨基丙酸的制备方法

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，涉及一种β-氨基丙酸的制备方法。

背景技术

β-氨基丙酸，又称3-氨基丙酸，是一种重要的有机合成中间体，主要用于合成泛酸、泛酸钙、肌肽、帕米膦酸钠、巴柳氮等，在医药、饲料、食品等领域应用非常广泛。

现有生产β-氨基丙酸的工艺主要有丙烯腈氨化法、丙烯酸(酯)氨化法以及琥珀酰亚胺法。其中，琥珀酰亚胺法工艺指标要求高，原料成本高；而丙烯腈氨化法路线长，副反应多，且过程会产生大量盐，成本也非常高。

有专利报道了丙烯酸与氨水在高压釜中反应制备β-氨基丙酸的方法，但是需要添加对苯二酚和对苯二胺为添加剂，产品的提纯难度较大，最终收率只有73％，而且反应时间较长，导致成本较高且收率低。还有资料报道了向高压釜加入丙烯酸然后加入氨水和碳酸氢铵混合后，反应时间约6-8小时；上述工艺制备β-氨基丙酸虽然路线短，但丙烯酸氨化工艺都是通过高压釜实现，反应体系传质传热缓慢，物料返混严重，使反应时间长，副反应产生的杂质较多，另一方面间歇式的反应也使产品时空产率低，能耗加大，导致成本增高。也有利用微通道反应器进行丙烯酸氨化制备β-氨基丙酸的工艺研究，反应时间约40-60分钟，虽然报道的转化率很高，但是其中的杂质略高，在后续处理中会导致总体收率较低，且纯度略低。

因此，希望提供一种生产效率高，且产物纯度较高的β-氨基丙酸的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种β-氨基丙酸的制备方法，本发明提供的β-氨基丙酸的制备方法丙烯酸的转换效率高，最后得到的β-氨基丙酸的杂质极少，纯度较高；并且反应时间短，反应效率高，环保安全。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种β-氨基丙酸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将丙烯酸、碳酸氢铵和氨水混合进行反应，得到含β-氨基丙酸的混合液；

其中，所述丙烯酸、碳酸氢铵和氨水的质量比为1:(0.01-0.1):(5-30)。

在本发明中，碳酸氢铵的添加可以减少副反应的产生，进而可以提高最后产物的纯度，相当于间接的提高了β-氨基丙酸的转化率。

本发明中的碳酸氢铵的加入量需要在本发明的限定范围内，若碳酸氢铵的添加量过少，则无法起到减少副反应发生，提高产物纯度的作用；若碳酸氢铵的加入量过大，则容易导致反应剧烈进行，反而更容易导致副反应的发生，产物纯度的下降。

在本发明中，所述0.01-0.1可以是0.02、0.04、0.05、0.06、0.08等。所述5-30可以是6、8、10、15、20、25等。

为了进一步提高β-氨基丙酸的转化率，所述丙烯酸、碳酸氢铵和氨水的质量比为1:0.03:15。

本发明所述氨水的浓度为15-20％，例如16％、17％、18％、19％等。

在本发明中，所述反应在微通道反应器中进行。

作为本发明的一种优选技术方案，所述微通道反应器的温度为180-220℃，例如185℃、192℃、195℃、197℃等，优选190-200℃。在180-220℃下反应，一方面可以缩短反应时间，另一方面，可以降低副反应的发生，减少杂质，提高产物纯度。

作为本发明的一种优选技术方案，所述微通道反应器的压力为2.0-4.0MPa，例如2.5MPa、2.8MPa、3.0MPa、3.2MPa、3.4MPa、3.8MPa等，优选2.5-3.5MPa。

作为本发明的一种优选技术方案，反应液在所述微通道反应器中的停留时间为5-25min，例如8min、10min、15min、18min、20min等，优选10min。

微通道反应器通过计量泵来调节反应原料的质量流量，通过外部换热器来控制恒温反应器的温度。

在本发明中，所述制备方法还包括：对含β-氨基丙酸的混合液依次进行脱色、过滤、浓缩、结晶、溶解、二次脱色、干燥，得到所述β-氨基丙酸。

本发明所述脱色利用活性炭进行，所述脱色的时间为0.5-1h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h等。

作为本发明的一种优选技术方案，所述浓缩利用刮板浓缩器进行，优选水浴加热的刮板浓缩器。

本发明采用刮板浓缩可以使物液性质稳定，优选使用水浴刮板浓缩，区别于目前现有的利用蒸汽加热的方式，本发明提供的利用水浴加热浓缩的方法生产更安全，后续的结晶产品纯度更高，对甲醛溶剂的溶解量更大，进而可以降低甲醛溶剂的使用量。

本发明所述结晶利用95％甲醇溶剂进行，优选所述甲醇溶剂的质量为所述丙烯酸质量的2-5倍，例如3倍、4倍等。

本发明所述结晶的温度为5-10℃，例如6℃、7℃、8℃、9℃等。

本发明所述干燥选自喷雾干燥。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括对结晶后的母液进行回收溶剂处理。

作为本发明的一种具体实施方式，所述制备方法包括：

(1)将丙烯酸、碳酸氢铵和氨水经微通道反应器的预混器混合后，进入微通道反应器中的反应器进行反应，得到含β-氨基丙酸的混合液；

(2)将含β-氨基丙酸的混合液依次经过活性炭脱色、过滤，水浴刮板浓缩，然后利用95％甲醇溶剂进行结晶，结晶后的母液回收溶剂返回预混器，结晶湿品溶解后进行二次脱色、回收溶剂、喷雾干燥，得到所述β-氨基丙酸。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的β-氨基丙酸的制备方法简单，丙烯酸的转化率极高，最后得到的产品收率较高，纯度较高；并且反应时间短，反应效率高，环保安全。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种β-氨基丙酸的制备方法如下：

(1)按照1100g 18％氨水加3.6g碳酸氢铵的比例配制混合液，控制丙烯酸的流量为1.0mL/min，碳酸氢铵与氨水混合液的流量为8.6mL/min，将丙烯酸、碳酸氢铵与氨水混合液同时泵入微通道反应器的混合器中，混合好的原料进入反应器中在180℃进行反应，反应表压为3.0MPa，反应液停留时间为10min，然后冷却降温，得到含β-氨基丙酸的混合液，打开氨气吸收装置吸收剩余的氨气；

(2)含β-氨基丙酸的混合液中加入活性炭搅拌0.5小时，经过过滤掉活性炭，滤液水浴刮板浓缩至糖浆状，加入浓缩液2倍质量的95％甲醇，然后将温度慢慢降低至10℃，β-氨基丙酸结晶析出，结晶体过滤得到β-氨基丙酸湿品，湿品β-氨基丙酸加2倍去离子水溶解后经活性炭二次脱色后进精馏塔回收甲醇，回收甲醇后的料液经喷雾干燥得到β-氨基丙酸。

(3)结晶后的母液经过减压回收甲醇后加水再通过微通道反应器下批次套用。

实施例2-4

与实施例1的区别在于，在本实施例中，步骤(1)的反应温度为190℃(实施例2)、200℃(实施例3)、220℃(实施例4)。

实施例5

一种β-氨基丙酸的制备方法如下：

(1)按照1100g 20％氨水加4g碳酸氢铵的比例配制混合液，控制丙烯酸的流量为1.0mL/min，碳酸氢铵与氨水混合液的流量为15mL/min，将丙烯酸、碳酸氢铵与氨水混合液同时泵入微通道反应器的混合器中，混合好的原料进入反应器中在200℃进行反应，反应表压为3.2MPa，反应液停留时间为10min，然后冷却降温，得到含β-氨基丙酸的混合液，打开氨气吸收装置吸收剩余的氨气；

(2)含β-氨基丙酸的混合液中加入活性炭搅拌1小时，经过过滤掉活性炭，滤液水浴刮板浓缩至糖浆状，加入浓缩液2倍质量的95％甲醇，然后将温度慢慢降低至5℃，β-氨基丙酸结晶析出，结晶体过滤得到β-氨基丙酸湿品，湿品β-氨基丙酸加2倍去离子水溶解后经活性炭二次脱色后进精馏塔回收甲醇，回收甲醇后的料液经喷雾干燥得到β-氨基丙酸。

(3)结晶后的母液经过减压回收甲醇后加水再通过微通道反应器下批次套用。

实施例6

一种β-氨基丙酸的制备方法如下：

(1)按照1100g 20％氨水加3.5g碳酸氢铵的比例配制混合液，控制丙烯酸的流量为1.0mL/min，碳酸氢铵与氨水混合液的流量为14.5mL/min，将丙烯酸、碳酸氢铵与氨水混合液同时泵入微通道反应器的混合器中，混合好的原料进入反应器中在220℃进行反应，反应表压为3.5MPa，反应液停留时间为8min，然后冷却降温，得到含β-氨基丙酸的混合液，打开氨气吸收装置吸收剩余的氨气；

(2)含β-氨基丙酸的混合液中加入活性炭搅拌1小时，经过过滤掉活性炭，滤液水浴刮板浓缩至糖浆状，加入浓缩液2倍质量的95％甲醇，然后将温度慢慢降低至6℃，β-氨基丙酸结晶析出，结晶体过滤得到β-氨基丙酸湿品，湿品β-氨基丙酸加2倍去离子水溶解后经活性炭二次脱色后进精馏塔回收甲醇，回收甲醇后的料液经喷雾干燥得到β-氨基丙酸。

(3)结晶后的母液经过减压回收甲醇后加水再通过微通道反应器下批次套用。

对比例1-2

与实施例1的区别在于，在本对比例中，碳酸氢铵的加入量为20g(对比例1)、0.5g(对比例2)。

对比例3

与实施例1的区别在于，在本对比例中，步骤(1)的反应温度为170℃。

性能测试

对实施例1-6和对比例1-3提供的样品进行性能测试，方法如下：

(1)丙烯酸转化率：利用气相检测步骤(1)得到的含β-氨基丙酸的混合液中丙烯酸的含量；

(2)β-氨基丙酸的纯度：利用气相检测β-氨基丙酸的纯度；

测试结果见表1：

表1

由实施例和性能测试可知，本发明提供的β-氨基丙酸的制备方法简单，丙烯酸的转化率极高，在99％以上；最后得到的β-氨基丙酸纯度极高，在99％以上。

由实施例1和实施例2-4的对比可知，本发明的反应温度优选190-200℃，最后的产品具有更高的纯度；由实施例1和对比例1-2的对比可知，碳酸氢铵的加入量需要在本发明的限定范围内，才能降低杂质，提高产物的纯度，由实施例1和对比例3的对比可知，本发明的反应温度需要在180-220℃范围内才可以在较短的时间内使丙烯酸迅速反应，转化率极高。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的β-氨基丙酸的制备方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (12)

1.一种β-氨基丙酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将丙烯酸、碳酸氢铵和氨水混合进行反应，得到含β-氨基丙酸的混合液；

其中，所述丙烯酸、碳酸氢铵和氨水的质量比为1:(0.01-0.1):(5-30)；

所述反应在微通道反应器中进行；

所述微通道反应器的温度为190-200℃；

所述微通道反应器的压力为2.5-3.5MPa；

反应液在所述微通道反应器中的停留时间为5-25min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸、碳酸氢铵和氨水的质量比为1:0.03:15。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨水的浓度为15-20％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应液在所述微通道反应器中的停留时间为10min。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对含β-氨基丙酸的混合液依次进行脱色、过滤、浓缩、结晶、溶解、二次脱色、干燥，得到所述β-氨基丙酸。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脱色利用活性炭进行，所述脱色的时间为0.5-1h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩利用刮板浓缩器进行。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，水浴加热的刮板浓缩器。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述结晶利用95％甲醇溶剂进行；

和/或，所述结晶的温度为5-10℃；

和/或，所述干燥选自喷雾干燥。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述甲醇溶剂的质量为所述丙烯酸质量的2-5倍。

11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括对结晶后的母液进行回收溶剂处理。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

(1)将丙烯酸、碳酸氢铵和氨水经微通道反应器的预混器混合后，进入微通道反应器中的反应器进行反应，得到含β-氨基丙酸的混合液；

(2)将含β-氨基丙酸的混合液依次经过活性炭脱色、过滤，水浴刮板浓缩，然后利用95％甲醇溶剂进行结晶，结晶后的母液回收溶剂返回预混器，结晶湿品溶解后进行二次脱色、回收溶剂、喷雾干燥，得到所述β-氨基丙酸。