[發明專利]一種合成烷基甜菜堿的節能環保工藝

有效

• 申請號: 201110247511.X
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102391139A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 朱維群;王倩;阿不都拉江·那斯爾;劉曉明;宋名秀
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C07C229/12
• 分類號: C07C229/12;C07C227/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種合成烷基甜菜堿的節能環保工藝，屬于化工合成技術領域。

技術背景

甜菜堿是一類含有季銨基的內酯化合物，應用較多的是三甲銨乙內酯、十二烷基二甲銨基乙內酯。由于該類化合物純品合成及分離工藝復雜，產品價格高，大多數應用的是其鹽酸鹽。

三甲銨乙內酯是一種季銨型水溶性生物堿，易吸濕呈白色鱗狀或棱狀晶體，具有良好的理化性質和較好的穩定性及抗氧化能力，耐高溫及酸堿，化學結構與氨基酸、膽堿相似，具有多種生物功能，是良好的飼料及食品添加劑，并廣泛的應用于日化、醫藥等領域，市場前景非常廣闊。

十二烷基二甲銨基乙內酯是一種溫和的兩性表面活性劑，由于應用的大多數是其鹽酸鹽，性能大為降低。

目前，三甲銨乙內酯的制備方法有兩種：一是從天然甜菜糖蜜中提取；二是化學合成。前者由于原料的限制及生產工藝操作復雜而在應用推廣上有一定的局限性；化學合成法是以氯乙酸、三甲胺及氫氧化鈉為原料，其反應式如下：

ClCH₂COOH+NaOH→ClCH₂COONa+H₂O

(CH₃)₃N+ClCH₂COONa→(CH₃)₃N⁺CH₂COO+NaCl

該法中三甲銨乙內酯與副產物氯化鈉的分離比較困難，按分離方法不同，目前采用的工藝有以下三種：

(1)離子交換法：用氫氧化鈉中和氯乙酸至中性，常溫下加入三甲胺水溶液反應30min，升溫至35℃反應2h，再于80℃反應1h，冷卻，用強酸性離子交換樹脂分離提純出產品甜菜堿。該法的主要特點是：設備投資大、操作繁瑣、后期蒸發濃縮負荷大、能耗高、成本高，而且還產生大量廢液污染環境，這是目前三甲銨乙內酯的主要生產工藝。

(2)簡單蒸餾法：將氯乙酸、三甲胺及氫氧化鈉反應后的反應液用鹽酸中和，然后進行減壓濃縮，冷卻析晶得到產品。該法主要特點是：設備投資費用低，能耗較高；該法生產的產品是甜菜堿鹽酸鹽。

(3)萃取結晶法：根據甜菜堿與副產物氯化鈉的溶解差異，向反應液中加入甲醇溶劑，析出氯化鈉，再經溶劑回收等系列處理，得到產品甜菜堿。該法優點在于成本投入和能耗均低于上述分離方法。

公開號為CN101861298A(申請號200880117375.9)的中國專利申請，公開了式R₃N⁺-Q-C00^-(I)的甜菜堿(其中R為C_1-4烷基，且Q為C_1-4烷二基，任選地被羥基取代)可通過將式X-Q-COOR′的ω-鹵代羧酸酯(其中Q如上文定義，R′為C_1-4烷基，且X為氯、溴或碘)添加至含有式R₃N(III)的叔胺(其中R如上文定義)以及選自堿金屬氫氧化物和堿土金屬氫氧化物的堿的水溶液中在一個步驟中制備。該方法生產的甜菜堿得率為80％左右，后續分離難度大。

發明內容

本發明針對現有甜菜堿合成工藝方法中分離純化難、產品純度低、生產成本高等缺點，提供一種合成烷基甜菜堿的節能環保工藝。

發明概述

本發明以鹵代烷基酸酯、三烷基胺為原料，在溶劑中加入鹵代烷基酸酯，加入叔胺氣體或液體，在一定溫度下反應一定時間，析出相應的銨鹽，然后在150～250℃下加熱分解，得到烷基甜菜堿產品。

發明詳述

一種烷基甜菜堿的合成方法，步驟如下：

(1)將原料鹵代烷基酸酯、溶劑按體積比1∶1加入反應器中，按鹵代烷基酸酯摩爾量的1.1倍加入三烷基胺氣體或按摩爾量的1.05倍加入三烷基胺液體，然后，加熱至40～60℃，反應3～5h，析出白色晶體，分離，取晶體，制得銨鹽晶體；

(2)將步驟(1)制得的銨鹽晶體經干燥后，于150～250℃下加熱分解1～2h后，固體產物即為烷基甜菜堿。

所述步驟(1)中的鹵代烷基酸酯選自氯乙酸甲酯、氯乙酸乙酯、氯乙酸丙酯、3-氯丙酸乙酯、溴乙酸甲酯或溴乙酸乙酯之一。

所述步驟(1)中的溶劑為非質子有機溶劑，優選的，所述溶劑選自乙酸乙酯、1，2-二氯乙烷、丁酮、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氯化碳之一。

所述步驟(1)中的三烷基胺選自三甲胺、三乙胺、乙基二甲胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺之一。