CN115888701A - 一种用于催化加氢制备l-氨基丙醇的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种用于催化加氢制备L‑氨基丙醇的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的制备方法采用的是:将金属钌、碱和碱金属硝酸盐在600‑900℃下热熔2‑6h,热熔物冷却后采用水浸出得浸出液,所述浸出液与催化剂载体或其水分散液混合后采用还原试剂进行还原,分离、干燥即得所述催化剂。所述催化剂用于L‑丙氨酸高效催化合成L‑氨基丙醇,能够有效提高合成收率和产品纯度。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种用于催化加氢制备L-氨基丙醇的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
氧氟沙星为第三代喹诺酮类抗菌药,其包括左旋氧氟沙星和右旋氧氟沙星,其中右旋氧氟沙星对于治疗几乎没有帮助,但是不良反应却明显增多。L-氨基丙醇是合成左旋氧氟沙星的重要中间体,通过提供手性纯度高的L-氨基丙醇对于制备高纯度左旋氧氟沙星非常关键。
目前,L-氨基丙醇的制备主要采用手性拆分法和L-丙氨酸催化加氢法,其中手性拆分法是先制备得到DL-氨基丙醇,再采用手性拆分试剂得到L-氨基丙醇,该方法存在工艺复杂以及原子经济性差的问题。L-丙氨酸催化加氢法,是以L-丙氨酸为原料,通过催化加氢获得L-氨基丙醇,该方法避免了手性拆分试剂的使用使得工艺路线得到了简化,但是L-丙氨酸催化加氢过程本身也会导致D-氨基丙醇的生成和其他副反应发生,所得L-氨基丙醇产品中具有不同含量的D-氨基丙醇和其他杂质,因此对于L-丙氨酸催化加氢法的催化工艺进行优化非常重要。中国专利CN101298050A公开用于催化加氢合成L-氨基丙醇的催化剂,其制备方法是以氯化铜、氯化铁为原料,以活性炭为负载体制备得到改性负载体,在将改性负载体采用表面活性剂悬浮制成悬浮液,采用甲醛为还原剂,还原氯化钌和氯化钯,得到催化剂。在该现有技术实施例4还公开了以上述催化剂进行催化加氢制备L-2-氨基丙醇的方法:以L-2-丙氨酸为原料,以上述催化剂在高压釜于160℃下进行催化加氢制备L-2-氨基丙醇,能够得到GC含量99.8%的L-2-氨基丙醇,产品收率为79%。基于此,提供一种用于L-丙氨酸催化加氢制备L-氨基丙醇的新的催化剂及其制备方法来进一步提高L-氨基丙醇的纯度和收率非常重要。
发明内容
针对现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种用于催化加氢制备L-氨基丙醇的催化剂及其制备方法和应用,所述催化剂用于L-丙氨酸催化合成L-氨基丙醇,具有较高的收率和产品纯度。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
本申请提供一种用于催化加氢制备L-氨基丙醇催化剂的制备方法,包括以下步骤:将金属钌、碱和碱金属硝酸盐在600-900℃下热熔2-6h,热熔物冷却后采用水浸出得浸出液,所述浸出液与催化剂载体或其水分散液混合后采用还原试剂进行还原,分离、干燥即得所述催化剂。
进一步地,上述热熔的温度为750-900℃。
进一步地,上述热熔的时间为3-4h。
进一步地,所述金属钌、所述碱和所述碱金属硝酸盐的质量之比为1:5-20:1-4。
进一步地,所述碱选自碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物中至少一种;
优选地,所述碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种;
优选地,所述硝酸盐为硝酸钾和硝酸钠中至少一种。
进一步地,在浸出步骤中,所述热熔物与所述水的质量比为1:1-20;浸出温度为50-90℃。优选地,浸出温度为70-90℃。
进一步地,所述催化剂载体为活性炭;所述活性炭在与浸出液混合前还包括对活性炭进行预处理,所述预处理的方法为将活性炭采用酸性溶液进行处理;具体地,所述预处理的方法是:将活性炭采用10%硝酸在90℃下搅拌加热2h,过滤,水洗至流出液呈中性,烘干待用。
优选地,活性炭水分散液的制备方法为:将预处理后的活性炭和水按照质量比为1:5-20进行混合。
进一步地,所述金属钌与催化剂载体的质量比为1-5:100。
进一步地,所述还原试剂为水合肼。
本申请还提供一种催化加氢制备L-氨基丙醇用催化剂,其采用上述方法制备得到。
本申请还提供所述催化剂在催化加氢制备L-氨基丙醇中的应用,包括以下步骤:在酸性条件下,将L-丙氨酸和氢气在催化剂的存在下进行催化加氢反应,从反应产物中分离获得L-氨基丙醇。
进一步地,所述催化加氢的反应温度80-100℃,优选地,所述催化加氢的反应温度为80-85℃。催化加氢的反应压力为6-7.5MPa。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本申请提供的催化剂采用金属钌、强碱和碱金属硝酸盐在高温熔融条件下得到可溶性的钌酸盐,经水浸、负载和还原得到钌催化剂,所得钌催化剂用于L-丙氨酸催化加氢制备L-氨基丙醇,具有反应收率高的优点,且产品GC纯度能够达到99.9%以上。
2.本申请提供的催化剂用于L-丙氨酸催化加氢制备L-氨基丙醇,可重复回收套用,在使用200次后依然能够很好地保持催化活性。
3.本申请提供的L-丙氨酸催化加氢制备L-氨基丙醇方法,加氢催化所需的反应温度低,可在80-100℃下进行加氢催化,能够大幅度降低生产能耗,具有很好的工业化应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
所述方法如无特别说明均为常规方法,所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。本申请实施例采用的L-丙氨酸纯度>99%,本发明中提及的浓度如无特别说明,均为质量浓度。
本申请收率的计算方法为:收率=目的产物生成重量/目的产物的理论生成重量×100%。
本发明实施例中钌碳催化剂的回收再生方法为:将反应液中分离所得钌碳催化剂先采用20wt%稀硫酸在80-90℃下煮2-3小时,滤出后再用30wt%醋酸在80-90℃煮4-5h,过滤,采用水洗涤至滤液呈中性即得。
实施例1
本实施例提供一种用于催化加氢合成L-氨基丙醇催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:250ml的反应瓶中加入20g活性炭、180ml的10%硝酸,在90℃下加热搅拌2h,过滤,水洗至流出液呈中性后,烘干待用;
S2:将金属Ru 1.01g、氢氧化钾11.2g和硝酸钾1.75g放入石英坩埚,再将石英坩埚置于熔炉中,升温至750℃热熔4h,将热熔物冷却至室温后,小心地转入至反应瓶中,向其中加入100g水,升温至85℃,搅拌2h得到浸出液;
S3:取1000ml四口烧瓶,加入S1预处理后的活性炭和200ml水,搅拌分散10min得活性炭水分散液,向其中加入S2中的浸出液,升温至60℃,滴加200g的80%水合肼(N2H4·H2O),滴加时间为30min,滴毕回流反应4.5h,冷却后过滤水洗,真空干燥即得活性炭负载钌催化剂。
实施例2
本实施例提供一种用于催化加氢合成L-氨基丙醇催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:250ml的反应瓶中加入33g活性炭和240ml的10%硝酸,在90℃下加热搅拌2h,过滤,水洗至流出液呈中性后,烘干待用;
S2:将金属Ru 1.01g、氢氧化钠8g和硝酸钠1.55g放入石英坩埚,再将石英坩埚置于熔炉中,升温至800℃热熔4h,将热熔物冷却至室温后,小心地转入至反应瓶中,向其中加入100g水,升温至70℃,搅拌2h得到浸出液;
S3:取1000ml四口烧瓶,加入S1预处理后的活性炭和200ml水,搅拌分散10min得活性炭水分散液,向其中加入S2中的浸出液,升温至50℃,滴加200g的80%水合肼(N2H4·H2O),滴加时间为30min,滴毕回流反应4.5h,冷却后过滤水洗,真空干燥即得活性炭负载钌催化剂。
实施例3
本实施例提供一种用于催化加氢合成L-氨基丙醇催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:250ml的反应瓶中加入25g活性炭和180ml的10%硝酸,在90℃下加热搅拌2h,过滤,水洗至流出液呈中性后,烘干待用;
S2:将金属Ru 1.01g、碳酸钠14.8g和硝酸钠2.9g放入石英坩埚,将石英坩埚置于熔炉中,升温至800℃热熔3h,将热熔物冷却至室温后,小心地转入至反应瓶中,向其中加入150g水,升温至90℃,搅拌2h得到浸出液;
S3:取1000ml四口烧瓶,加入S1预处理后的活性炭和200ml水,搅拌分散10min得到活性炭水分散液,向其中加入S2中的浸出液,升温至55℃,滴加200g的80%水合肼(N2H4·H2O),滴加时间为30min,滴毕回流反应4.5h,冷却后过滤水洗,真空干燥即得活性炭负载钌催化剂。
实施例4
取实施例1制备的活性炭负载钌催化剂,进行L-氨基丙醇制备,具体步骤如下:
S1:在氢化反应釜加入89g L-丙氨酸和320g水,采用30%稀硫酸调节反应液pH<1,再加入25g钌碳催化剂,通入氢气,控制反应温度80℃,反应压力控制在7±0.5MPa,反应6h;
S2:反应结束后将反应液进行过滤分离出催化剂,滤液蒸出约一半的水后,向其中加入氢氧化钠固体调节pH至10,加入2倍体积量的乙醇析出硫酸钠,过滤去除硫酸钠,得到主要为L-氨基丙醇、水和乙醇的混合物,蒸馏得到L-氨基丙醇产品为70.4g,取样检测化学纯度为99.96%(GC法),L-氨基丙醇手性纯度为99.90%(HPLC法)。
S3:将分离的钌碳催化剂进行回收再生,按照S1-S2进行重复套用试验制备L-氨基丙醇,记录每次套用所得L-氨基丙醇的收率和GC纯度,结果如下表1所示。
实施例5
采用实施例1制备的催化剂,按照实施例4中的方法进行L-氨基丙醇的制备和重复套用,不同之处在于,S1反应温度为100℃,经过蒸馏获得L-氨基丙醇产品70.5g,取样检测化学纯度为99.53%(GC法),L-氨基丙醇手性纯度为99.77%(HPLC法)。
实施例6
取实施例2制备的活性炭负载钌催化剂,进行L-氨基丙醇制备,具体步骤如下:
S1:在氢化反应釜中加入89g L-丙氨酸和320g水,采用30%稀硫酸调节反应液pH<1,再加入26.7g钌碳催化剂,通入氢气,控制反应温度85℃,反应压力控制在6.5±0.5MPa,反应5h;
S2:反应结束后将反应液进行过滤分离出催化剂,滤液蒸出约一半的水后,向其中加入氢氧化钠固体调节pH至10,加入1.5倍体积量的甲醇析出硫酸钠,过滤去除硫酸钠,得到主要为L-氨基丙醇、水和甲醇的混合物,蒸馏得到L-氨基丙醇产品69.9g,取样检测化学纯度为99.84%(GC法),L-氨基丙醇手性纯度为99.83%(HPLC法)。
S3:将分离的钌碳催化剂进行回收再生,按照S1-S2进行重复套用试验制备L-氨基丙醇,记录每次套用所得L-氨基丙醇的收率和GC纯度,结果如下表1所示。
实施例7
取实施例3制备的活性炭负载钌催化剂,进行L-氨基丙醇制备,具体步骤如下:
S1:在氢化反应釜加入89g L-丙氨酸和320g水,采用30%稀硫酸调节反应液pH<1,再加入25g钌碳催化剂,通入氢气,控制反应温度80℃,反应压力控制在7±0.5MPa,反应6h;
S2:反应结束后将反应液进行过滤分离出催化剂,滤液蒸出约一半的水后,向其中加入氢氧化钠固体调节pH至10,反应液中加入2倍体积量的乙醇析出硫酸钠,过滤去除硫酸钠,得到主要为L-氨基丙醇、水和乙醇的混合物,蒸馏得到L-氨基丙醇产品61.5g,取样检测化学纯度为98.25%(GC法),收率较低,不再进行后续套用试验。
对比例1
(1)1000ml的反应瓶中加入20g活性炭和180ml的10%硝酸,在90℃下加热搅拌2h,过滤,水洗至流出液呈中性后,烘干,烘干后的活性炭加入200ml水搅拌分散10min得到活性炭水分散液;
(2)取2500ml四口烧瓶,加入2.07g的RuCl3·3H2O、800ml水,加入10ml20%盐酸搅拌均匀。向其中加入上述活性炭水分散液,升温至60℃,滴加200g的80%水合肼(N2H4·H2O),滴加时间为30min,用10wt%氢氧化钠调节pH 9-10,回流反应4.5h,冷却后过滤水洗,真空干燥即得钌碳催化剂。
(3)在氢化反应釜加入89g L-丙氨酸和320g水,采用30%稀硫酸调节反应液pH<1,再加入25g上述步骤(2)制备的钌碳催化剂,通入氢气,控制反应温度为100℃,反应压力控制在8±0.5MPa,反应6h;
(4)反应结束后反应液进行过滤分离出催化剂,滤液蒸出约一半的水后,向其中加入氢氧化钠固体调节pH至10,加入2倍体积量的乙醇析出硫酸钠,过滤去除硫酸钠,得到主要为L-氨基丙醇、水和乙醇的混合物,蒸馏得到L-氨基丙醇69.2g,取样检测化学纯度为99.21%(GC法),L-氨基丙醇手性纯度为99.77%(HPLC法)。
(5)分离出的催化剂进行回收再生,采用步骤(3)-(4)的工艺进行重复套用试验制备L-氨基丙醇,记录每次套用所得L-氨基丙醇的收率和GC纯度,结果如下表1所示。
表1:实施例4-6和对比例1的重复套用试验结果
注:“/”是指实施例5、实施例6和对比例1未进行第200次回收套用试验。
从上表可以看出,与对比例1相比,本申请实施例4-6提供的L-丙氨酸制备L-氨基丙醇的方法,反应收率高,催化剂稳定性更好,重复套用20次所得L-氨基丙醇的GC纯度可以达到99.0%以上。其中以实施例4所得产品的GC纯度最高并兼具较高的收率,套用次数达到200次依然具有较高的催化活性。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换,其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种用于催化加氢制备L-氨基丙醇催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将金属钌、碱和碱金属硝酸盐在600-900℃下热熔2-6h,热熔物冷却后采用水浸出得浸出液,所述浸出液与催化剂载体或其水分散液混合后采用还原试剂进行还原,分离、干燥即得所述催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述金属钌、所述碱和所述碱金属硝酸盐的质量之比为1:5-20:1-4。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述碱选自碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物中至少一种;
优选地,所述碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种;
优选地,所述硝酸盐为硝酸钾和硝酸钠中至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在浸出步骤中,所述热熔物与所述水的质量比为1:1-20;浸出温度为50-90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂载体为活性炭;所述活性炭在与浸出液混合前还包括对活性炭进行预处理,所述预处理的方法为将活性炭采用酸性溶液进行处理;
优选地,活性炭水分散液的制备方法为:将预处理后的活性炭和水按照质量比为1:5-20进行混合。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述金属钌与催化剂载体的质量比为1-5:100。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述还原试剂为水合肼。
8.一种催化加氢制备L-氨基丙醇用催化剂,其特征在于,其采用权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到。
9.权利要求8所述催化剂用于催化加氢制备L-氨基丙醇的方法,其特征在于,包括以下步骤:在酸性条件下,将L-丙氨酸和氢气在催化剂的存在下进行催化加氢反应,从反应产物中分离获得L-氨基丙醇。
10.根据权利要求9所述催化剂用于催化加氢制备L-氨基丙醇的方法,其特征在于,所述催化加氢的反应温度80-100℃,优选地,所述催化加氢的反应温度为80-85℃。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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