一種尿囊素的合成工藝的製作方法

2023-06-02 15:15:31

專利名稱：一種尿囊素的合成工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及化學品的合成工藝，具體是指尿囊素的合成工藝。
背景技術：
尿囊素化學名稱為1-脲基間二氮雜茂烷-2，4-二酮，是一種重要的精細化學品，廣泛用於醫藥、化妝品、農業、生物工程等領域。天然尿囊素存在於某些動物的排洩物及一些植物中，但因含量太低，從自然界中提取無實際應用價值。目前尿囊素製備以化學合成法為國內外主要生產方法，《四川化工》2003年第1期第4-7頁，雷虹、向均在″尿囊素生產及市場綜述″中提到的尿囊素合成工藝過程為以乙二醛氧化得到乙醛酸，由酸催化下乙醛酸進一步與尿素反應得到尿囊素。該工藝由於採用硫酸、鹽酸和硝酸等無機液體酸作催化劑，存在產率低(50％左右)，產品質量差，設備腐蝕嚴重，後處理複雜及汙染環境等缺點。
專利申請號為03135047.X的發明專利申請「尿囊素合成新工藝」中公開了一種尿囊素的合成新工藝，在攪拌狀態下用乙二醛與含適量金屬鹽催化劑或樹脂負載的金屬催化劑的雙氧水溶液反應氧化為乙醛酸，再將乙醛酸與尿素在加熱攪拌條件下縮合反應得到尿囊素，但其金屬催化劑中含金屬離子與氧化劑汙染，收率低。
固體酸作為綠色催化劑已受到人們普遍關注，近年來國內發表了採用多種雜多酸固體超強酸，應用於合成尿囊素的報導。《河南化工》1997年第11期第14～15頁，王天貴、張永戰在″用固體超強酸催化合成尿囊素的研究″中提到採用SO42-/Fe2O3，SO42-/TiO2固體超強酸作催化劑，得到產率為45.0％；《日用化學工業》2000年第6期第10～12頁，趙景聯、張國華在″固體超強酸SO42-/TiO2催化合成尿囊素的研究″中採用同樣催化劑，得到產率為57.4％。《北京工商大學學報》2002年第2期第16～19頁，辛秀蘭、高麗華等在″雜多化合物催化合成尿囊素的研究″中以具有酸催化與氧化還原催化雙功能的K15H2[Ce(P2W15Mo2O61)2]雜多化合物為固體酸催化劑，產率僅為27.22％。《化學研究與應用》1996年第4期第535～537頁，王為清、辛豔鳳等在″磷鎢酸催化合成尿囊素的研究″中以磷鎢雜多酸[H3PW12O40·xH2O]作固體催化劑，產率達68.5％，但尿素用量過多，上述兩篇文獻中對磷鎢雜多酸催化劑重複使用未做報導。
化學工業出版社，1983年出版、夏篤編寫的《離子交換樹脂》第214～215頁、第162頁中提到陽離子交換樹脂作為固體酸，已在縮合反應中得到了應用。採用樹脂固體酸催化劑，從研究的角度可以測定原料乙醛酸濃度在反應過程中變化規律，從生產的角度可以避免液體催化劑分離困難的缺陷，大大減少廢酸量，並且具有催化劑可反覆使用的優點。在乙醛酸與尿素縮合反應中，國外僅有一篇文獻報導《綠色化工》2003年第5期第275～277頁，Carlos Cativiela在″Heterogeneous catalysis in the synthesisand reactivity of allantoin.″一文中提到採用Dowex 50W×8陽離子交換樹脂應用於尿囊素合成，產率達92％，但反應時間需17h，催化劑∶乙醛酸＝136mg·mmol-1，催化劑使用三次活性下降至原來的51％。Dowex 50W×8陽離子交換樹脂是一種苯乙烯-二乙烯基苯共聚磺化樹脂，以交聯度和粒度區分，Dowex 50W×8含有8％的二乙烯基苯，雖然採用了陽離子交換樹脂作催化劑，仍存在反應時間過長，催化劑用量過多，催化劑失活速度過快等不足。

發明內容
本發明的目的是提供一種反應時間短、催化劑用量少並可再生使用、適宜工業化生產的尿囊素合成工藝。
本發明的合成工藝為(1)在反應容器中加入乙醛酸溶液、尿素和催化劑，其中尿素與乙醛酸摩爾比為1∶3～1∶7，催化劑與乙醛酸的比例為5～60g·mol-1，攪拌條件下，加熱至50～85℃開始反應；(2)反應2～9h後，停止加熱與攪拌，將反應混合物冷卻至室溫後進行抽濾，分離催化劑，將尿囊素粗品重結晶、乾燥，得到尿囊素成品；所述的催化劑為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂或大孔型強酸性陽離子交換樹脂，分別在於兩者聚苯乙烯骨架結構不同；前者不具有物理孔結構，而後者則具有物理孔結構。
催化劑優化選用大孔型強酸性陽離子交換樹脂，根據其體積(或質量)交換容量有各類品種。
所述的催化劑強酸性陽離子交換樹脂可加入ZnCl2溶液或SnCl4溶液進行改性，製備成金屬離子修飾的強酸性陽離子交換樹脂。
本發明與已有的尿囊素合成方法比較，具有明顯優勢工藝流程簡單，直接由乙醛酸與尿素反應得到，避免了反應過程中廢酸的排放；與文獻中使用的催化劑相比，本法採用強酸性樹脂催化劑，減少汙染；本法合成尿囊素的合成收率可達45％以上，高的可達69.6％，與無機酸催化劑相比，最高收率提高近20％；本發明使用的催化劑通過水洗乾燥的簡單再生，可重複使用。
具體實施例方式
本發明實施時選用的樹脂生產廠家及牌號如表1，但不僅限於只能選用下列廠家及牌號。
表1樹脂生產廠家及牌號

實施例1在反應容器中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的催化劑R1，加熱至70℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應4h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為50.1％。
實施例2在反應容器中加入摩爾比為3∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的催化劑R2，加熱至65℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應5h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為62.0％。
實施例3在裝有機械攪拌、冷凝器和溫度計的250ml反應容器中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的催化劑R3，加熱至70℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應4h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為54.9％。
實施例4把催化劑R3加入1mol·L-1的ZnCl2溶液，恆溫下浸泡16h，用去離子水、乙醚洗滌，然後在100℃乾燥得R3-Zn改性樹脂。
在裝有機械攪拌、冷凝器和溫度計的250ml四口燒瓶中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的R3-Zn改性樹脂催化劑，加熱至70℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應4h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為47.3％。
實施例5把催化劑R3加入1mol·L-1的SnCl4溶液，恆溫下浸泡16h，用去離子水、乙醚洗滌，然後在100℃乾燥得R3-Sn改性樹脂。
在裝有機械攪拌、冷凝器和溫度計的250ml四口燒瓶中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的R3-Sn改性樹脂催化劑，加熱至70℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應4h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為45.1％。
實施例6將實施例2所使用的催化劑R2在反應結束後水洗、乾燥處理，然後重複利用。
在反應容器中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg mmol-1的已使用過一次並經處理後的催化劑R2，加熱至70℃開始攪拌反應，反應時間9h。重複使用兩次的尿囊素產率分別為67.0％，66.0％，活性下降不明顯。連續使用六次後經簡單酸洗，尿囊素產率為67.7％，說明催化劑完全可以重複使用。
實施例7在反應容器中加入摩爾比為4∶1的尿素和乙醛酸溶液，加入與乙醛酸比值為46.02mg·mmol-1的凝膠型強酸性陽離子交換樹脂001×7型，加熱至70℃開始攪拌反應。約90min後出現白色渾濁，此後白色沉澱逐漸增多。反應4h後，停止加熱與攪拌。將反應液、產物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶於熱水的性質，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結晶，乾燥，分析得尿囊素產率為34.1％。
權利要求
1.一種尿囊素的合成工藝，包括(1)在反應容器中加入乙醛酸溶液、尿素和催化劑，其中尿素與乙醛酸摩爾比為1∶3～1∶7，催化劑與乙醛酸的比例為5～60g·mol-1，攪拌條件下，加熱至50～85℃開始反應；(2)反應2～9h後，停止加熱與攪拌，將反應混合物冷卻至室溫後進行抽濾，分離催化劑，將尿囊素粗品重結晶、乾燥，得到尿囊素成品；所述的催化劑為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂或大孔型強酸性陽離子交換樹脂。
2.根據權利要求1所述的尿囊素的合成工藝，其特徵在於所述的催化劑選用大孔型強酸性陽離子交換樹脂。
3.根據權利要求2所述的尿囊素的合成工藝，其特徵在於所述的大孔型強酸性陽離子交換樹脂的磺化聚苯乙烯含量為40～50％，交換容量為1.5～2.0mmol·ml-1。
4.根據權利要求1所述的尿囊素的合成工藝，其特徵在於所述的催化劑為強酸性陽離子交換樹脂加入ZnCl2溶液或SnCl4溶液進行改性形成金屬離子修飾的強酸性陽離子交換樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種尿囊素合成工藝，包括(1)在反應容器中加入乙醛酸溶液、尿素和催化劑,其中尿素與乙醛酸摩爾比為1∶3～1∶7,催化劑與乙醛酸的比例為5～60g·mol
文檔編號C07D233/88GK1765888SQ20051006148
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者吳素芳, 靳麗敏 申請人:浙江大學