專利名稱:富馬酸二甲酯的一步制造方法
本發(fā)明屬于化學(xué)工業(yè)合成技術(shù)。
富馬酸二甲酯的結(jié)構(gòu)如下
它又名反丁烯二酸二甲酯，延胡索酸二甲酯。它為脂肪族不飽和二羧酸酯，是同系物中分子量最小者。具有較好的防霉性能，對食品、飼料、化裝品及其它工業(yè)品均有防霉作用。
目前國內(nèi)外都在積極尋找高效、低毒、價廉的防霉劑。富馬酸二甲酯能滿足上述要求。
國外所報導(dǎo)的富馬酸二甲酯的合成方法主要是以甲醇和馬來酐(或馬來酸)為原料，在酯化催化劑的作用下進行縮合生成馬來酸二甲酯，然后在轉(zhuǎn)位劑的作用下將馬來酸二甲酯轉(zhuǎn)化為富馬酸二甲酯。(即二步法)一般采用的酯化催化劑為濃硫酸，陽離子交換樹脂等;采用的轉(zhuǎn)位劑為有機胺類化合物，三苯基膦等。這條路線的反應(yīng)式為
上述合成方法的主要缺點是1.中間體為馬來酸二甲酯需在反應(yīng)后中和、水洗、干燥、蒸餾分離處理后獲得，不純的馬來酸二甲酯不能用于下一步轉(zhuǎn)位。
2.轉(zhuǎn)位生成的富馬酸二甲酯需用有機溶劑(如丙酮)結(jié)晶純化。
3.整個反應(yīng)周期較長，操作復(fù)雜，收率不夠理想(75～80%)。
本發(fā)明的目的是尋找一條操作簡便、成本低、收率高的路線，使富馬酸二甲酯便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，為食品、飼料、化裝品等工業(yè)服務(wù)。
馬來酸的二酯生成實際上是分兩個階段
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第一分子的甲醇反應(yīng)比第二分子快的多，這里決定速度的一步是第二分子甲醇與馬來酸一甲酯的反應(yīng)。根據(jù)實驗，第一分子甲醇室溫下1小時后即反應(yīng)完全，而第二分子甲醇需回流溫度下12小時以上才能達(dá)到平衡。
但富馬酸一甲酯的酯化速度快于馬來酸一甲酯，除了經(jīng)實驗證明外，由馬來酸及富馬酸二者的pka相比也可看出
pkα1pkα2馬來酸 1.03 6.27富馬酸 3.03 4.54因此，對縮短反應(yīng)時間來講，本發(fā)明試圖把中間體改變，即第二個階段采用富馬酸一甲酯與甲醇反應(yīng)。
此外，由于上面提到的酯化催化劑(濃硫酸，陽離子交換樹酯等)沒有轉(zhuǎn)位作用，而轉(zhuǎn)位劑(有機胺類，三苯基膦等)沒有酯化催化作用，即酯化催化劑與轉(zhuǎn)位劑不相同，但中間體馬來酸二甲酯中含有的酯化催化劑如不除去，它能與有機胺或三苯基膦反應(yīng)，從而阻礙了轉(zhuǎn)位。
氫鹵酸能催化馬來酸轉(zhuǎn)位為富馬酸這一事實已廣為人知，Kenzie Klozaki等人提出的轉(zhuǎn)位機制如下〔1〕
氯化氫也能采用作為酯化催化劑是Fischer等人提出的〔2〕，用含有氯化氫的醇溶液進行酯化稱為Fischer酯化法。
根據(jù)富馬酸一甲酯的酯化速度快于馬來酸一甲酯和氯化氫能催化酯化并有使馬來酸轉(zhuǎn)化為富馬酸的事實，本發(fā)明設(shè)計了以下合成路線并實施成功
本發(fā)明的要點是以馬來酐(或馬來酸)和甲醇為原料，在濃鹽酸的存在下進行反應(yīng)得到產(chǎn)品富馬酸二甲酯。制造過程為1.馬來酐、甲醇、濃鹽酸(以Hcl計)按1∶1.5～2∶0.09～0.18摩爾比混和，在回流溫度下反應(yīng)0.5～3小時，得富馬酸一甲酯和富馬酸二甲酯的混合物。
2.向上面的反應(yīng)混合物中繼續(xù)加入5～5.5摩爾的甲醇，在回流溫度下反應(yīng)5～8小時后冷卻，室溫下過濾得富馬酸二甲酯。
3.過濾后的母液蒸餾回收甲醇，剩余物冷卻后加水，室溫下過濾得富馬酸一甲酯和富馬酸二甲酯的混合物(二次結(jié)晶物)，此結(jié)晶可用于進一步酯化。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是1.馬來酐、甲醇和濃鹽酸均是大宗化工產(chǎn)品，原料來源容易。
2.主要反應(yīng)及產(chǎn)品結(jié)晶在同一容器中實施。(即一步法)3.反應(yīng)器中結(jié)晶得到的產(chǎn)品富馬酸二甲酯純度≥99%，不需進一步純化。
4.反應(yīng)周期明顯短于二步法。
5.酯化催化劑與轉(zhuǎn)位劑合并為同一個化合物濃鹽酸(Hcl)。
6.過量的甲醇起到反應(yīng)物、反應(yīng)溶液及結(jié)晶溶劑三者的作用。
實施例1馬來酐200克，甲醇96克及37%鹽酸18克加入配有機械攪拌，回流冷凝器和溫度計的1000毫升玻璃反應(yīng)器中，攪拌加熱至100-105℃，維持反應(yīng)1小時后慢慢加入甲醇344克，在70-73℃下攪拌回流6小時。停止加熱后繼續(xù)攪拌至反應(yīng)液冷至30℃以下過濾，得到富馬酸二甲酯的白色磷片結(jié)晶，干燥后為255克，熔點100-102℃，氣相色譜分析含量≥99%，收率86.8%。
過濾后的母液經(jīng)維格氏分餾柱濃縮，收集66-71℃的餾份為回收甲醇，剩余物加入30-40毫升水冷卻至5-10℃后過濾，固體經(jīng)干燥后得白色粉狀物40-44克，熔點99-123℃。薄層色譜分析為富馬酸二甲酯和富馬酸一甲酯。
實施例2將富馬酸二甲酯和富馬酸一甲酯的混合物(上次反應(yīng)的二次結(jié)晶物)及照實施例1的馬來酐、甲醇、鹽酸(投料量均同實施例1)一并投入到反應(yīng)瓶中，其他操作同實施例1，得富馬酸二甲酯270克，熔點100-102℃，氣相色譜分析含量≥99%，收率91.9%。
過濾后的母液處理同實施例1。
參考文獻(xiàn)(1)Kenzie Nozaki and Richard OGG，Jr.
J.Amer.Chem.Soc.，1941 63 p2583(2)E.Fischer and Spcier Ber.1895 28 p325權(quán)利要求
1.一種富馬酸二甲酯的制造方法，其特征是合成路線為
原料配量的摩爾比為馬來酐∶甲醇∶濃鹽酸=1∶6.5～7.5∶0.09～0.18(或馬來酸)(以Hcl計)。
2.按照權(quán)利要求
1所說的制造方法，其特征在于整個合成反應(yīng)是在同一反應(yīng)器中實施的，即一步法。
3.按照權(quán)利要求
2所說的合成反應(yīng)在同一反應(yīng)器中實施后的母液，經(jīng)蒸餾回收甲醇后得到剩余物，剩余物加水冷卻后過濾可得富馬酸二甲酯和富馬酸一甲酯的混合物，可為下次反應(yīng)用。
4.按照權(quán)利要求
1所說摩爾比中的甲醇是分兩次加入的，第一次為1.5～2摩爾，第二次為5～5.5摩爾。
5.按照權(quán)利要求
1所說的制造方法，其最佳反應(yīng)時間為5.5～11小時。
6.按照權(quán)利要求
4所說的分兩次加入甲醇，第一次加甲醇后最佳反應(yīng)時間為0.5～3小時;第二次加入甲醇后最佳反應(yīng)時間為5～8小時。
7.按照權(quán)利要求
6所說的最佳反應(yīng)時間，第一次加入甲醇后的最佳反應(yīng)溫度為95～105℃;第二次加入甲醇后的最佳反應(yīng)溫度為65～75℃。
專利摘要
本發(fā)明屬于富馬酸二甲酯(DMF)的化學(xué)工業(yè)合成制造技術(shù)。DMF的結(jié)構(gòu)式為 本發(fā)明制造該化合物的方法是以馬來酐(或馬來酸)、甲醇為原料、在濃鹽酸存在下以一定條件進行反應(yīng)而得。用上述方法合成DMF，僅一步反應(yīng)，并采用廉價易得的原料，操作簡便，收率高，產(chǎn)品純度達(dá)99％以上，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本品是較好的防霉劑，對食品、飼料、化妝品及其他工業(yè)品均有防霉作用。
文檔編號C07C69/60GK86106666SQ86106666
公開日1988年4月20日 申請日期1986年10月9日
發(fā)明者鄭之詹, 付曉明, 謝京燕, 張延 , 黃北鷗 申請人:北京市營養(yǎng)源研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan