一種富馬酸單甲酯的製備方法
2023-08-04 22:43:06
專利名稱：一種富馬酸單甲酯的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種富馬酸單甲酯的製備方法。
背景技術：
黴菌對人和畜禽的健康及生命安全有著極大的危害，常在食品及飼料中添加少量 能抑制微生物生長的化合物，以達到防黴的目的。用於食品和飼料的防黴劑主要有苯甲酸 及其鹽類、山梨酸及其鹽類、尼泊金酯類、丙酸及其鹽類、富馬酸二甲酯、脫氫醋酸雙乙酸鈉 等。富馬酸二甲酯(Dimethyl Fumarate，簡稱DMF)是一種高效廣譜防腐劑，它常溫下升 華，能有效地抑制體系環境中微生物的滋生，起到高效防腐的作用，因而得到廣泛的應用。 但DMF對人的皮膚、眼睛有剌激作用，人體接觸時能引起皮膚過敏，特別是在用量較大的夏 季表現更為突出。目前在歐美等發達國家已經開始限制DMF的使用。由於富馬酸單甲酯 (MonomethylFumarate，簡稱匪F)作為防腐劑不僅具有DMF的優點，如PH應用範圍廣、低 毒、用途廣、使用方便等特點，而且其抑菌能力更強，剌激性僅為DMF的1/6。富馬酸單甲酯 的抑菌效果是目前已知防黴劑中最強的，對各種黴菌的抑菌濃度大致在100 800mg/kg之 間。而且匪F在水中的溶解度較大，使用更方便，在飼料、食品、蔬菜、水果等防黴保鮮方面 具有廣泛的應用前景。 關於匪F的製備，一般採用等物質的量的馬來酸酐和甲醇為原料，先發生醇解反 應生成馬來酸單甲酯，再經過異構化反應生成富馬酸單甲酯。 由於馬來酸單甲酯的異構化反應為強放熱反應，影響富馬酸單甲酯收率的主要因 素是異構化反應催化劑的種類、用量和異構化反應的溫度。目前國內對於富馬酸單甲酯的 合成研究主要採用鹽酸為催化劑，產率在70% 83%;而國外主要是以鹽酸、氯化鋁以及醯 氯為催化劑，其產率在82% 85%。如中國專利CN 1363547A公開了一種富馬酸單甲酯的 製備工藝，採用鹽酸作為催化劑，以乙酸乙酯作為異構化溶劑，反應溫度在20 7(TC，反應 3 8h，收率可達95% 。上述工藝中採用的異構化催化劑如鹽酸、無水A1C13等收率不甚理 想，鹽酸對設備腐蝕嚴重，產物中的鹽酸需要經過洗滌除去，因而需要增加酸性廢水處理工 藝。上述工藝中還需要使用大量的苯、甲苯等有機溶劑。山於苯類有機溶劑有毒，此類有機 溶劑的使用和回收，增大了生產成本，不利於工業化生產。因而需要尋求更為高效節能的生 產工藝。
發明內容
本發明要解決的技術問題是富馬酸單甲酯的製備使用大量有機溶劑，增大了生產
馬來酸酐
馬來酸單甲酯
富馬酸單甲酯成本，不利於工業化生產，提供一種富馬酸單甲酯的製備方法。 本發明的技術方案是一種富馬酸單甲酯的製備方法，以馬來酸酐為原料與甲醇 發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯，將馬來酸單甲酯再異構化生成富馬酸單甲酯，它是按如 下步驟製備 (1)以馬來酸酐為原料與甲醇發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯； (2)在步驟(1)溶液中加入乙酸乙酯，在80 10(TC的條件下，加入富馬醯氯，反
應60 120分鐘; (3)蒸餾除去步驟(2)中的乙酸乙酯，加入水，加熱使產物溶解後，再冷卻，離心分 離，真空乾燥後得到富馬酸單甲酯。 所述步驟(1)中，甲醇與馬來酸酐的物質的量之比為1. 1 1 : 1，甲醇分兩次加 入。 所述步驟(2)中，富馬醯氯的加入量為馬來酸酐物質的量的1 10%。 本發明中，以富馬酸和亞硫醯氯為原料，在催化劑存在下合成富馬醯氯。該反應條
件溫和，收率在90%以上，易於工業化生產。富馬醯氯可以作為製備富馬酸單甲酯的高效催化劑。 以富馬醯氯為異構化催化劑，富馬酸單甲酯的製備方法是以馬來酸酐為原料與 甲醇反應生成馬來酸單甲酯，然後在富馬醯氯催化下，將馬來酸單甲酯異構化生成富馬酸 單甲酯。 在上述工藝步驟中，所用的甲醇可以是與馬來酸酐等物質的量，也可以過量5 10% (以物質的量計)；甲醇分兩批次加入到反應器中首先加入所用原料馬來酸酐物質的 量的90 %左右的甲醇，攪拌下反應至馬來酸酐完全溶解時，再加入剩餘量的甲醇，繼續反應 30分鐘。反應可以在室溫下進行，或者微熱保持溫度在30 55t:之間，反應中保持30 60轉/分的攪拌。醇解反應可以在l小時內完成，得到室溫下為透明粘稠狀液體，即為馬來 酸單甲酯。 在上述工藝步驟中，馬來酸單甲酯的異構化反應是以富馬醯氯作為催化劑的，其 優點在於富馬醯氯在室溫下為液體，易於計量和加入到反應體系中；富馬醯氯作為催化劑， 可以與體系中的微量甲醇反應最終轉化為產物，不會在產物中引入其它雜質。其用量為原 料馬來酸酐物質的量的1 10%，最佳用量為馬來酸酐物質的量的4 6%，用量太少異構 化反應不完全，用量過大會增加副產物富馬酸二甲酯的含量。 由於放熱反應，異構化反應的溫度過高或過低都會增加副反應的發生，在異構 化反應過程中主要的副產物是富馬酸二甲酯和富馬酸，適宜的異構化反應溫度是80 10(TC，最佳異構化反應溫度為90 IO(TC之間。控制異構化反應的溫度是提高匪F產率和 品質的關鍵。 本發明通過採用這樣的技術方案解決上述技術問題在所製備的馬來酸單甲酯中 加入一定量的有機溶劑乙酸乙酯。然後在攪拌下將馬來酸單甲酯溶液加熱至8(TC，加入異 構化催化劑富馬酸醯氯。異構化反應所釋放的熱量可以使反應體系的溫度維持在9(TC左 右，保持熱浴溫度為8(TC，攪拌下反應，3 4分鐘後，溶液中開始有晶體析出並很快固化， 異構化反應可以在10分鐘內完成。反應結束後，通過蒸餾回收有機溶劑乙酸乙酯，再加入 適量的水，在75t:左右使產物完全溶解，冷卻後匪F析出成懸浮液，通過5 10分鐘的離心
4分離，再置於5(TC左右的烘箱中真空乾燥即得到產品匪F。 採用上述異構化工藝製備匪F時，收率不低於96X。將乙酸乙酯和水重複使用，其收率接近理論值。由於產品收率極高，幾乎沒有後處理和廢棄物排放。
富馬酸單甲酯的紅外光譜、核磁共振和元素分析表徵 IR(KBr)表徵2650cm—1 (OH) ， 1720cm—1 (C = 0) ， 1690cm—1 (COOH) ， 1630cm—1 (C = C)，1435cm—1 (OCH3); 力-NMR(CDCl3， 400MHz)表徵:S :3. 68(s，3H， COOCH3) ， 7. 4-7. 46(d，2H， HC = CH)，12. 86 (s， 1H， COOH) 元素分析W(c) = 46.36 %，W(H) = 4. 59 %理論值w(C) =41.15%，w(H)=4. 62% 以上數據表明製備的化合物為富馬酸單甲酯。 本發明的有益效果為本發明製備匪F工藝所用醇解反應工藝可以在室溫下完
成，節能且反應時間較短；馬來酸單甲酯的異構化反應可以與馬來酸酐的醇解反應採用同一套設備，醇解反應結束後即可進行異構化反應，無需增加新的設備。在發生異構化反應時
在體系中加入一定量的有機溶劑，藉助有機溶劑的回流散熱作用實現了對異構化反應溫度的有效調控，使整個反應過程的溫度在最佳溫度範圍內，所用有機溶劑乙酸乙酯無毒且可完全回收。所用的水可以循環使用，幾乎無廢棄物排放，環保性能好。
具體實施例方式
實施例1 富馬醯氯的製備 在裝有酸性氣體回收裝置的反應瓶中加入58.0g(0.5mo1)的富馬酸和幾滴催化劑，然後再加入178.5g(1.5mol，過量)的S0C12。加熱至回流反應，直至富馬酸完全反應。常壓蒸餾回收過量的亞硫醯氯，再減壓蒸餾，收集80 82°C /0. 09MPa的餾分，得到淺黃色液體71g，即為富馬醯氯，收率92% 。
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入6. 4g(0. 2mo1)無水甲醇，水浴加熱至55t:繼續反應30分鐘。 將在上述反應體系加熱，調整熱浴溫度至80 °C，向反應體系中加入3.06g(0.02mo1)富馬醯氯，由於異構化反應為放熱反應，使體系溫度急劇升高至95°C 。反應4分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度急劇升高至120°C ，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為80°C ，繼續反應120分鐘。加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。5(TC左右真空乾燥，得到產物52g，收率86%，熔點144 146。C。
實施例2
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入6. 4g(0. 2mol)無水甲醇，水浴加熱至55t:繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至90°C，向反應體系中加入3.06g(0.02mo1)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C 。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至96t:，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為9(TC，繼續反應60分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。5(TC真空乾燥，得到產物63g，收率97%，熔點136 140°C。
實施例3
富馬酸單甲酯製備 將98g(1.0mo1)馬來酸酐和28. 8g(0. 9mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入6. 4g(0. 2mo1)無水甲醇，水浴加熱至55t:繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯後加熱至體系溫度為85t:時，向反應體系中加入1. 53g(0. Olmol)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。體系反應溫度進一步升高至95°C ，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度85t:，繼續反應100分鐘。蒸餾回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水於75t:左右使固體物完全溶解，冷卻後離心分離。55t:真空乾燥，得到產物127g，收率97. 6%，熔點138 141°C。
實施例4
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入
3. 2g(0. lmol)無水甲醇，水浴加熱至55。C繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至80°C，向反應體系中加入1. 53g(0. Olmol)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至96t:，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為80°C ，繼續反應110分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。6(TC真空乾燥，得到產物60g，收率92. 5%，熔點138 140°C。
實施例5
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入
4. 8g(0. 15mol)無水甲醇，水浴加熱至55。C繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至95°C，向反應體系中加入7. 65g (0. 05mol)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C 。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至96°C ，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為95t:，繼續反應90分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。5(TC真空乾燥，得到產物63.5g，收率97. 6%，熔點139 140°C。 實施例6 富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入4. 8g(0. 15mol)無水甲醇，水浴加熱至55。C繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至85t:，向反應體系中加入4.59g(0.03mo1)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C 。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至96t:，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為85°C ，繼續反應110分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。55t:真空乾燥，得到產物63g，收率97%，熔點135 140°C。
實施例7
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入4. 8g(0. 15mol)無水甲醇，水浴加熱至55。C繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至IO(TC，向反應體系中加入6. 12g(0. 04mol)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至95°C。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至105t:，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為10(TC，繼續反應60分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。45t:真空乾燥，得到產物61g，收率93. 8%，熔點132 138°C。
實施例8
富馬酸單甲酯製備 將49g(0.5mo1)馬來酸酐和12. 8g(0. 4mo1)無水甲醇投入反應瓶中，室溫下攪拌反應，體系溫度自動上升至35t:左右，反應30 40分鐘，馬來酸酐全部溶解，再加入4. 8g(0. 15mol)無水甲醇，水浴加熱至55。C繼續反應30分鐘。 在上述反應體系中加入一定量的乙酸乙酯，加熱，調整熱浴溫度至90°C，向反應體系中加入4.59g(0.03mo1)富馬醯氯，反應體系溫度急劇升高至90°C 。反應2分鐘後，溶液中開始有晶體析出，並很快固化。保溫條件下，反應體系溫度會進一步升高至96t:，保溫10分鐘後，體系溫度開始降低，保持熱浴溫度為90°C ，繼續反應100分鐘。蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，再加入適量的水，於75t:左右溶解，冷卻後離心分離。5(TC真空乾燥，得到產物63g，收率97%，熔點138 140°C。
權利要求
一種富馬酸單甲酯的製備方法，以馬來酸酐為原料與甲醇發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯，將馬來酸單甲酯再異構化生成富馬酸單甲酯，其特徵在於，它是按如下步驟製備(1)以馬來酸酐為原料與甲醇發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯；(2)在步驟(1)溶液中加入乙酸乙酯，在80～100℃的條件下，加入富馬醯氯，反應60～120分鐘；(3)蒸餾除去步驟(2)中的乙酸乙酯，加入水，加熱使產物溶解後，再冷卻，離心分離，真空乾燥後得到富馬酸單甲酯。
2. 根據權利要求1所述的富馬酸單甲酯的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中，甲 醇與馬來酸酐的物質的量之比為1. 1 1 : l，甲醇分兩次加入。
3. 根據權利要求l所述的富馬酸單甲酯的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中，富馬醯氯的加入量為馬來酸酐物質的量的1 10%。
4. 根據權利要求3所述的富馬酸單甲酯的製備方法，其特徵在於富馬醯氯的加入量為馬來酸酐物質的量的4 6% 。
全文摘要
本發明公開了一種富馬酸單甲酯的製備方法，以馬來酸酐為原料與甲醇發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯，將馬來酸單甲酯再異構化生成富馬酸單甲酯，它是按如下步驟製備以馬來酸酐為原料與甲醇發生醇解反應，生成馬來酸單甲酯；然後在馬來酸單甲酯溶液中加入乙酸乙酯，在80～100℃的條件下，加入富馬醯氯，反應60～120分鐘，蒸餾除去乙酸乙酯，加入水，加熱使產物溶解後，再冷卻，離心分離，真空乾燥後得到富馬酸單甲酯。本發明所用醇解反應工藝可以在室溫下完成，節能且反應時間較短；馬來酸單甲酯的異構化反應可以與馬來酸酐的醇解反應採用同一套設備，醇解反應結束後即可進行異構化反應，無需增加新的設備。
文檔編號C07C69/60GK101774913SQ201010030129
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者田玉平, 許英, 谷國團 申請人:河南大學