CN116041226A - 一种连续合成一水肌酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续合成一水肌酸的方法，包括如下步骤：将一甲胺气体、氯乙酸水溶液同时泵入微通道反应器Ⅰ中进行反应，生成肌氨酸水溶液；将肌氨酸水溶液与氢氧化钠溶液同时泵入微通道反应器Ⅱ中进行反应，反应后减压蒸馏，得浓缩肌氨酸水溶液；将浓缩肌氨酸水溶液与单氰胺水溶液同时泵入管式反应器Ⅲ中进行反应，得到肌酸反应液；将肌酸反应液进行后处理，得到一水肌酸。本发明利用微通道反应装置连续化生产一水肌酸，将一甲胺水溶液替换为一甲胺气体，极大提高传质速率，极大减少了一甲胺的用量，提高了反应选择性，通过反应条件的优化，摩尔收率大大提升。

Description

一种连续合成一水肌酸的方法
技术领域
本发明涉及一种连续合成一水肌酸的方法，具体涉及一种利用微通道反应装置高效、连续化合成一水肌酸的方法，属于大健康产品合成技术领域。
背景技术
肌酸（Creatine），又名肌肉素，是存在于肌肉组织中的一种能量储备物质，可用作药物制造、能量补充剂、食品添加剂等。
现有技术中，一水肌酸的合成方法有多种，包括：1、肌氨酸钠与单氰胺水溶液进行反应，不断用盐酸调整反应液pH维持在9~10，得到一水肌酸；2、羟基乙腈水溶液、一甲胺水溶液与单氰胺水溶液反应制备一水肌酸；3、氯乙酸水溶液、一甲胺水溶液与单氰胺水溶液反应合成一水肌酸。以上工艺均是间歇釜式工艺且存在不同的缺点，工艺1在调节反应液pH值过程中引入了大量的无机盐，需要大量去离子水洗涤，造成大量含盐废水，处理困难；工艺2和3使用一甲胺水溶液，反应过程中会挥发一甲胺，挥发和剩余的一甲胺必须回收，造成反应时间、操作繁琐、能耗高。此外，氯乙酸与一甲胺的摩尔比为1:8~12，反应中产生大量的甲胺盐酸盐，给后续产品的提纯带来了困难，且收率仅为50%左右。因此，寻找操作简单、高收率、低能耗的一水肌酸制备方法是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续合成一水肌酸的方法，该方法利用微通道反应装置实现了一水肌酸的连续化生产，以一甲胺气体为原料，整个工艺过程原料用量少、反应时间缩短、反应选择性和收率提高、能耗降低及废水量减少，更适合工业化生产。
为了实现上述目的，本发明提供了以下具体技术方案：
一种连续合成一水肌酸的方法，该方法包括以下步骤：
（1）将一甲胺气体、氯乙酸水溶液同时泵入微通道反应器Ⅰ中进行反应，生成肌氨酸水溶液；
（2）将肌氨酸水溶液与氢氧化钠溶液同时泵入微通道反应器Ⅱ中进行中和反应，反应后减压蒸馏，得浓缩肌氨酸水溶液；
（3）将浓缩肌氨酸水溶液与单氰胺水溶液同时泵入管式反应器Ⅲ中进行反应，得到肌酸反应液；
（4）将肌酸反应液进行后处理，得到一水肌酸。
微型反应器通常是指其内部流体通道或分散空间尺度在微米量级的微结构化学反应器，在这种反应器中，由于反应体系的传质和传热过程获得极大改进，因而可使化学反应过程获得更高的转化率和收率。微尺度下（数十至数百微米），气-液两相表面张力较常规尺度发挥更重要的作用，流动相界面积与传统反应器相比提高 1~3个数量级。利用微通道反应器合成肌酸工艺，将一甲胺水溶液改成一甲胺气体，气泡的产生增大了气-液两相流动相界面积，极大地强化了气-液传质过程，显著提高了反应选择性，同时减少了废水量。
进一步的，步骤（1）中，当氯乙酸水溶液的浓度为70wt%时，一甲胺气体、氯乙酸水溶液的体积流量比为0.4~1.8:1，例如0.4:1、0.6:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1，优选为1.2:1。
进一步的，步骤（1）中，微通道反应器Ⅰ中的温度为5~30℃，例如5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃，优选为10℃；物料在微通道反应器Ⅰ中的停留时间为2~10min，例如2min、4min、6min、8min、10min，优选为8min。
进一步的，步骤（2）中，当氢氧化钠水溶液的浓度为32wt%时，氢氧化钠水溶液与肌氨酸水溶液的的体积流量比为0.2~1:1，优选为0.5:1，实现中和分解反应液中副产物氯化甲胺的目的。
进一步的，步骤（2）中，微通道反应器Ⅱ中的温度为20~40℃，例如20℃、30℃、40℃，优选为30℃；物料在微通道反应器Ⅱ中的停留时间为1~5min，例如1min、2min、3min、4min、5min，优选为2min。
进一步的，步骤（3）中，当浓缩的肌氨酸水溶液的浓度为60wt%、单氰胺水溶液浓度为30wt%时，浓缩肌氨酸水溶液与单氰胺水溶液的体积流量比为1:1~1.3，例如1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3，优选为1:1.2。
进一步的，步骤（3）中，管式反应器Ⅲ中的温度为60~80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃，优选为75℃；物料在微通道反应器Ⅲ中的停留时间为10~30min，例如10min、15min、20min、25min、30min，优选为20min。
进一步的，步骤（4）中，后处理包括将肌酸反应液进行降温、过滤、水洗、过滤、干燥处理，得到一水肌酸的步骤。
进一步的，本发明通过微通道反应装置来生产一水肌酸，所述的微通道反应装置包括依次串联的微通道反应器Ⅰ、微通道反应器Ⅱ、管式反应器Ⅲ。微通道反应器Ⅰ、微通道反应器Ⅱ、管式反应器Ⅲ均可通过市售获得，材质为316L、HC-276、碳化硅等，微通道反应器Ⅰ、微通道反应器Ⅱ内部结构包括但不限于矩形、心形等。微通道反应器Ⅰ可采用板式微通道反应器、板式微气泡反应器，直径为1~2mm；微通道反应器Ⅱ可采用板式微通道反应器或管式微通道反应器，直径为1~2mm。管式反应器Ⅲ的直径为5~10mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明利用微通道反应装置连续化生产一水肌酸，将一甲胺水溶液替换为一甲胺气体，将传统的液-液均相反应转化成气-液两相反应，气泡的产生增大了气-液相界面积，增大了两相间的接触面积，极大地强化了气-液传质过程，极大增加了传质速率，从而加快了反应速率。
2、本发明方法利用微通道反应装置制备一水肌酸，强化传质过程的同时极大减少了一甲胺的用量，将间歇工艺氯乙酸与一甲胺的摩尔比1:8~12降低至1:1~4，显著减少了副产甲胺盐酸盐的产生，同时降低物耗、能耗。
3、本发明方法利用微通道反应装置制备一水肌酸，实现精准控温且避免反应放热形成局部“热点”，进而抑制反应过程中受温度影响显著的副反应，如单氰胺自聚、单氰胺和水合成尿素、肌氨酸自聚及肌酸分解等副反应，提高了反应选择性。
4、本发明通过将一甲胺水溶液替换为一甲胺气体，氯乙酸和一甲胺反应时间由20min缩短至8min。且传统的间歇法生产工艺中，一水肌酸的收率一般为50%左右，本发明通过反应条件的优选，产品收率最高可达78.5%。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述，但本发明保护范围并不仅限于此。如无特别说明，下述实施例所用各原料均为市售产品。
下述实施例中，各浓度如无特别说明，均为质量百分浓度。
下述实施例中，微通道反应器Ⅰ为板式微通道反应器或板式微气泡反应器，直径为1~2mm；微通道反应器Ⅱ为板式微通道反应器或管式微通道反应器，直径为1~2mm。管式反应器Ⅲ的直径为5~10mm。
实施例1
将一甲胺气体与70%氯乙酸水溶液以1.2:1的体积流量比同时泵入微通道反应器Ⅰ中，反应温度为10℃，停留时间为8min，得肌氨酸水溶液；将质量分数为32%的氢氧化钠溶液与肌氨酸水溶液以0.5:1的体积流量比同时泵入微通道反应器Ⅱ中，反应温度为30℃，停留时间为2min；反应结束后，减压蒸馏除水得浓缩肌氨酸盐水溶液，浓缩肌氨酸水溶液的浓度为60%；
将浓缩肌氨酸盐水溶液与质量分数30%的单氰胺水溶液以1:1.2的体积流量比同时泵入管式反应器Ⅲ中进行反应，反应温度为75℃，停留时间为20min，得到肌酸反应液；将反应液降温、过滤、水洗、过滤、干燥，得产品纯度（HPLC）为99.97%，摩尔收率以氯乙酸计为78.5%。
实施例2-3
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变一甲胺气体与70%的氯乙酸水溶液的体积流量比，其余反应条件不变。结果如下所示：
实施例4-7
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变一甲胺气体与70%的氯乙酸水溶液在微通道反应器Ⅰ的反应温度、停留时间，其余反应条件不变。结果如下所示：
实施例8-9
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变32%氢氧化钠溶液与肌氨酸水溶液的体积流量比，其余反应条件不变。结果如下所示：
实施例10-13
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变32%氢氧化钠溶液与肌氨酸水溶液微通道反应器Ⅱ的反应温度、停留时间，其余反应条件不变。结果如下所示：
实施例14-15
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变浓缩肌氨酸盐水溶液与单氰胺水溶液体积流量比，其余反应条件不变。结果如下所示：
实施例16-19
按照实施例1的方法生产一水肌酸，不同的是：改变管式反应器中Ⅲ的反应温度、停留时间，其余反应条件不变。结果如下所示：

Claims (9)

1.一种连续合成一水肌酸的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将一甲胺气体、氯乙酸水溶液同时泵入微通道反应器Ⅰ中进行反应，生成肌氨酸水溶液；
（2）将肌氨酸水溶液与氢氧化钠溶液同时泵入微通道反应器Ⅱ中进行中和反应，反应后减压蒸馏，得浓缩肌氨酸水溶液；
（3）将浓缩肌氨酸水溶液与单氰胺水溶液同时泵入管式反应器Ⅲ中进行反应，得到肌酸反应液；
（4）将肌酸反应液进行后处理，得到一水肌酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）中，当氯乙酸水溶液的浓度为70wt%时，一甲胺气体、氯乙酸水溶液的体积流量比为0.4~1.8:1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：步骤（1）中，微通道反应器Ⅰ中的温度为5~30℃，物料在微通道反应器Ⅰ中的停留时间为2~10min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（2）中，当氢氧化钠水溶液的浓度为32wt%时，氢氧化钠水溶液与肌氨酸水溶液的的体积流量比为0.2~1:1。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是：步骤（2）中，微通道反应器Ⅱ中的温度为20~40℃，物料在微通道反应器Ⅱ中的停留时间为1~5min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（3）中，当浓缩的肌氨酸水溶液的浓度为60wt%、单氰胺水溶液浓度为30wt%时，浓缩肌氨酸水溶液与单氰胺水溶液的体积流量比为1:1~1.3。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征是：步骤（3）中，管式反应器Ⅲ中的温度为60~80℃，物料在管式反应器Ⅲ中的停留时间为10~30min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：微通道反应器Ⅰ、微通道反应器Ⅱ、管式反应器Ⅲ依次串联，微通道反应器Ⅰ为板式微通道反应器或板式微气泡反应器，微通道反应器Ⅱ为板式微通道反应器或管式微通道反应器。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：微通道反应器Ⅰ与微通道反应器Ⅱ的直径为1~2mm，管式反应器Ⅲ的直径为5~10mm。
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