專利名稱：一種制備1,4-二噁烷酮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備l， 4-二噁垸酮的方法。
背景技術(shù)：
1， 4-二噁烷酮(p陽dioxanone)(或者稱1， 4-二氧環(huán)己酮、對二噁烷酮)是一種重 要的用途很廣的有機化學產(chǎn)品，它不僅用于有機合成，而且在高分子合成上應(yīng)用也相當廣 泛。它是合成聚l， 4-二噁垸酮和聚l， 4 - 二噁垸酮共聚物的單體，它的均聚物或者共聚 物都是非常重要的生物可降解醫(yī)用材料，這些材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療器械的生產(chǎn)上， 因而對l， 4-二噁烷酮的快速、低成本、無重金屬的合成顯得尤為重要。
1, 4-二噁垸酮的合成方法主要有兩種 一種是以二甘醇(diethylene glycol)(或者稱 一縮二乙二醇)為原料的催化氧化脫氫制備方法，另外一種是以乙二醇、氯乙酸或者氯乙 酸鹽為原料的有機合成制備方法。目前這兩種方法都在使用，但各有其優(yōu)劣。前一種方法 主要使用氧化鋁作為催化劑的載體，其它催化活性組分以及助催化劑擔載上面復(fù)合而成。 催化劑主要有銅鉻鋅，助催化劑主要有堿金屬和堿土金屬。早期的專利反映出二甘醇在催 化氧化脫氫的過程中，催化劑性能不夠好，造成l， 4-二噁垸酮產(chǎn)物的選擇性差，收率低 等特點，如美國專利US2142033, US2807629, US2900395， US3119840，英國專利GB497668 等。近期的專利在催化劑的配方上做了大量地改進，在產(chǎn)物的選擇性和收率方面都有很大 地提高，1, 4-二噁烷酮的選擇性達到90%以上，如US5310945， US5391707等。盡管這 些方法具有簡便、快速的優(yōu)點，產(chǎn)物的選擇性也提高了，但是催化劑使用壽命短、產(chǎn)物中 由催化劑帶來的重金屬含量高而難于除去，因而難以獲得用于合成生物醫(yī)用材料的高品質(zhì) 1， 4-二噁烷酮單體同時相對于常規(guī)有機合成路線來說，催化脫氫反應(yīng)過程中的高溫給 對熱不穩(wěn)定的l, 4-二噁烷酮來說確實不是一個很好的條件，為了獲得更高選擇性的l， 4 -二噁烷酮，反應(yīng)必須在惰性氣體保護的氣氛中進行，從而在反應(yīng)過程中使用特殊的高壓 氣體設(shè)備，這無疑將增大實際生產(chǎn)中的投入和安全風險。以乙二醇、氯乙酸或者氯乙酸鹽 為原料的有機合成制備方法雖然合成路線較長，但是由于整個合成過程不使用含有重金屬 元素的催化劑，反應(yīng)不在高溫中進行，也不需要高壓氣體設(shè)備，可以獲得不含有重金屬元 素的高品質(zhì)的1, 4-二噁垸酮。
以乙二醇、氯乙酸或者氯乙酸鹽為起始原料的有機合成制備l, 4-二噁烷酮的方法， 通常采用乙二醇與堿金屬、堿土金屬、以及它們的氫化物或者氫氧化物中的一種反應(yīng)制得 乙二醇鹽，分離純化后再用該乙二醇鹽與氯乙酸或者相應(yīng)氯乙酸鹽反應(yīng)制備P-羥乙氧基醋
酸鹽；p-羥乙氧基醋酸鹽經(jīng)過無機酸酸化后得到P-羥乙氧基醋酸，該酸在堿式碳酸鎂的作 用下加熱成環(huán)生成l， 4-二噁垸酮。美國專利US4052988， US6384241以及EP1138664和 中國專利01117887. 6都報道了該路線的合成方法。然而對于這條合成路線，這些專利都 采用分步制備目標產(chǎn)物l， 4-二噁烷酮的中間體辦法，步驟冗長，耗時太多，不經(jīng)濟。而 且有些中間體如乙二醇鹽的純化和儲存又比較困難，這無疑給目標產(chǎn)物的合成帶來更大的
生產(chǎn)成本和安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述以乙二醇為原料合成路線過程中的缺陷，提供一種更 為快速、簡潔地合成l, 4-二噁烷酮方法，該方法不僅縮短了反應(yīng)時間，而且還減少了生 產(chǎn)步驟，大大地降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明提供的一次法合成l， 4-二噁垸酮的中間體p-羥乙氧基醋酸鹽是將乙二醇鹽的 制備和P-羥乙氧基醋酸鹽的生成兩步反應(yīng)合為一起，不再對乙二醇鹽進行分離純化，避免 了產(chǎn)物損失，提高了產(chǎn)物收率。
1. (3-羥乙氧基醋酸鹽和氯化物鹽固體混合物的制備
在一鍋法合成P-羥乙氧基醋酸鹽中，乙二醇鹽的制備是在惰性氣體保護下乙二醇與金 屬或者金屬化合物加熱攪拌反應(yīng)制得。反應(yīng)溫度控制在50 15(TC，反應(yīng)時間大于3小時。
上述使用金屬或者金屬化合物是堿金屬(如鈉、鉀)、堿土金屬(如鎂、鈣)、氫化物 (如氫化鈉、氫化鉀、氫化鈣)、堿(如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣)、碳酸鹽(如碳 酸鈉、碳酸鉀)、堿金屬以及堿土金屬氧化物(如氧化鈣、氧化鈉、氧化鉀)當中的任何一 種。
上述制備的乙二醇鹽相應(yīng)的為乙二醇鈉、乙二醇鉀、二乙二醇鈣。 上述反應(yīng)中反應(yīng)物用量為
當金屬元素為一價時，乙二醇與上述任何一種反應(yīng)物的比例為>60ml/mol;當金屬元 素為二價時，乙二醇與上述任何一種反應(yīng)物的比例為〉120ml/mo1。
當使用堿和乙二醇反應(yīng)制備乙二醇鹽時，使用甲苯或者二甲苯作為帶水劑，其使用量 為乙二醇的1/8 1/1 (體積比)。
在一次法合成l3-羥乙氧基醋酸鹽中，p-羥乙氧基醋酸鹽制備是在制備乙二醇鹽的同一 反應(yīng)體系中進行，在惰性氣體保護下繼續(xù)攪拌加入計量的氯乙酸或者氯乙酸鹽，反應(yīng)溫度 控制在40 12(TC，反應(yīng)時間大于l小時。
上述反應(yīng)中反應(yīng)物用量為
當為一價的乙二醇鹽時，氯乙酸使用量為理論乙二醇鹽的0.40 0.50 (摩爾比)；
當為二價的乙二醇鹽時，氯乙酸使用量為理論乙二醇鹽的0.20 0.25 (摩爾比)； 當為一價的乙二醇鹽時，氯乙酸鹽使用量為理論乙二醇鹽的0.80 1.0 (摩爾比)； 當為二價的乙二醇鹽時，氯乙酸鹽使用量為理論乙二醇鹽的0.40 0.50 (摩爾比)。 P-羥乙氧基醋酸鹽和氯化物鹽固體混合物的制備，是在上述固液混合物中采用減壓蒸 出過量的乙二醇，若有惰性溶劑先分離除去。所得的P-羥乙氧基醋酸鹽和氯化物鹽固體的 漿狀物使用丙酮分次洗滌，除去殘留的乙二醇，得到白色的P-羥乙氧基醋酸鹽和氯化物鹽 固體混合物。
2. P-羥乙氧基醋酸溶液的制備
(3-羥乙氧基醋酸的制備是在甲醇或者乙醇液體中攪拌下加入P-羥乙氧基醋酸鹽和氯化 物鹽固體混合物，混勻后，緩慢加入計量的無機酸。攪拌1小時后，濾出無機鹽，得到含 有P-羥乙氧基醋酸的溶液。
上述反應(yīng)中甲醇或者乙醇的使用量甲醇或者乙醇/(3-羥乙氧基醋酸鹽和氯化物鹽固體 混合物為〉1升/公斤；加入無機酸的量以溶液的酸性為PH=1 ~3為止；
上述反應(yīng)中所使用的無機酸為氫鹵酸(優(yōu)選鹽酸)、硫酸、磷酸當中的任何一種。
3.1， 4-二噁烷酮的制備
將上述2.中所得的(3-羥乙氧基醋酸溶液中加入堿式碳酸鎂或者碳酸鎂，加熱反應(yīng)， 并收集210 214'C餾分(725mmHg)，該餾分即為1, 4 - 二噁烷酮。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點
由于本發(fā)明提供了一次法制備(3-羥乙氧基醋酸鹽，減少了原始合成路線中乙二醇鹽的 單獨制備和純化，同時也消除了對反應(yīng)活性很高的乙二醇鹽儲存帶來的困難和安全隱患； 縮短了化學反應(yīng)時間，減少了反應(yīng)過程中溶劑的使用量，從而大大地降低了l， 4-二噁烷 酮的生成成本。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方案將通過下面具體實施例做進一步地詳細說明。 實施例1
(1) p-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物的制備
將825g純度為97%的氫氧化鈉在攪拌下加入到有4L乙二醇和1.5L 二甲苯的反應(yīng)器 中，并在氮氣保護下在130 145。C反應(yīng)4小時，通過水分離器收集反應(yīng)生成的水。反應(yīng)結(jié) 束后，攪拌加入925g氯乙酸，并在60 100。C之間反應(yīng)1小時。反應(yīng)停止后，分離出上層
的二甲苯，下層的固液混合物進行減壓蒸餾，蒸出大部分未反應(yīng)完的乙二醇，得到(3-羥乙 氧基醋酸鈉和氯化鈉漿狀混合物，該混合物用丙酮洗滌過濾，得到白色的固體混合物，經(jīng) 干燥后得到1950g p-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物。
(2) p-羥乙氧基醋酸溶液的制備
將在上述1950g p-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物中加入2L無水乙醇，攪拌混 勻，然后緩慢加入濃鹽酸直到反應(yīng)體系的酸性為PH:2為止。減壓濾出固體氯化鈉，得到 p-羥乙氧基醋酸溶液。該溶液經(jīng)過減壓蒸出大量乙醇后得到濃縮的P-羥乙氧基醋酸溶液。
(3) 1， 4-二噁烷酮的制備
在上述(2)所得的濃縮的(3-羥乙氧基醋酸溶液中，加入lg堿式碳酸鎂，加熱反應(yīng)， 并收集210 214'C餾分(725mmHg)，共計920gl， 4-二噁烷酮，其產(chǎn)品經(jīng)過氣相色譜測定 純度為97.5%，以氯乙酸計，產(chǎn)品收率為94.5%。 實施例2
(1) P-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物的制備
將460g金屬鈉沙粒在攪拌下加入到有5L乙二醇的反應(yīng)器中，并在氮氣保護下在60~80 。C反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，攪拌加入950g氯乙酸，并在50 100。C之間反應(yīng)1小時。反應(yīng)停止 后，固液混合物進行減壓蒸出大部分未反應(yīng)完的乙二醇，得到P-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉 槳狀混合物，該混合物用丙酮洗滌過濾，得到白色的固體混合物，經(jīng)干燥后得到1997g p-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物。
(2) (3-羥乙氧基醋酸溶液的制備
將在上述1997g (3-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物中加入2L無水乙醇，攪拌混 勻，然后緩慢加入硫酸直到反應(yīng)體系的酸性為PH-3為止。減壓濾出固體氯化鈉和硫酸鈉， 得到p-羥乙氧基醋酸溶液。該溶液經(jīng)過減壓蒸出大量乙醇后得到濃縮的(3-羥乙氧基醋酸溶 液。
(3) 1， 4-二噁烷酮的制備
在上述(2)所得的濃縮的p-羥乙氧基醋酸溶液中，加入1.2§堿式碳酸鎂，加熱反應(yīng)， 并收集210 214。C餾分(725ramHg)，共計971 g 1， 4 - 二噁垸酮，其產(chǎn)品經(jīng)過氣相色譜測定 純度為97.8%，以氯乙酸計，產(chǎn)品收率為95.2%。 實施例3
(1) p-羥乙氧基醋酸鈣和氯化鈣固體混合物的制備
將525g含量為80%的氫化鈣顆粒在攪拌下加入到有5L乙二醇的反應(yīng)器中，并在氮氣
保護下在60 100'C反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，攪拌加入950g氯乙酸，并在50 100。C之間反應(yīng)1 小時。反應(yīng)停止后，固液混合物進行減壓蒸出大部分未反應(yīng)完的乙二醇，得到(3-羥乙氧基 醋酸鈣和氯化鈣漿狀混合物，該混合物用丙酮洗滌過濾，得到白色的固體混合物，經(jīng)干燥 后得到2020g p-羥乙氧基醋酸轉(zhuǎn)和氯化鈣固體混合物。
(2) P-羥乙氧基醋酸溶液的制備
將在上述2020g (3-羥乙氧基醋酸鈣和氯化鈣固體混合物中加入2L無水乙醇，攪拌混 勻，然后緩慢加入濃鹽酸直到反應(yīng)體系的酸性為PH:1為止。減壓濾出固體氯化鈣和硫酸 鈣，得到(3-羥乙氧基醋酸溶液。該溶液經(jīng)過減壓蒸出大量乙醇后得到濃縮的(3-羥乙氧基醋 酸溶液。
(3) 1， 4-二噁垸酮的制備
在上述(2)所得的濃縮的P-羥乙氧基醋酸溶液中，加入0.6g堿式碳酸鎂，加熱反應(yīng)， 并收集210 214。C餾分(725mmHg)，共計984gl， 4 - 二噁烷酮，其產(chǎn)品經(jīng)過氣相色譜測定 純度為96.8%，以氯乙酸計，產(chǎn)品收率為96.5%。 實施例4
(1) (3-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物的制備
將413g純度為97%的氫氧化鈉在攪拌下加入到有3L乙二醇和1.0L 二甲苯的反應(yīng)器 中，并在氮氣保護下在130 145'C反應(yīng)4小時，通過水分離器收集反應(yīng)生成的水。反應(yīng)結(jié) 束后，攪拌加入1189g氯乙酸鈉，并在50 100。C之間反應(yīng)1小時。反應(yīng)停止后，分離出上 層的二甲苯，下層的固液混合物進行減壓蒸出大部分未反應(yīng)完的乙二醇，得到p-羥乙氧基 醋酸鈉和氯化鈉漿狀混合物，該混合物用丙酮洗滌過濾，得到白色的固體混合物，經(jīng)干燥 后得到2080g (3-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物。
(2) p-羥乙氧基醋酸溶液的制備
將在上述2080g P-羥乙氧基醋酸鈉和氯化鈉固體混合物中加入2L無水乙醇，攪拌混 勻，然后緩慢加入濃鹽酸直到反應(yīng)體系的酸性為PH:2為止。減壓濾出固體氯化鈉，得到 p-羥乙氧基醋酸溶液。該溶液經(jīng)過減壓蒸出大量乙醇后得到濃縮的P-羥乙氧基醋酸溶液。
(3) 1， 4-二噁垸酮的制備
在上述(2)所得的濃縮的P-羥乙氧基醋酸溶液中，加入1.0g堿式碳酸鎂，加熱反應(yīng)， 并收集210 214'C餾分(725ramHg)，共計967 gl， 4-二噁烷酮，其產(chǎn)品經(jīng)過氣相色譜測定 純度為96.5%，以氯乙酸計，產(chǎn)品收率為94.8%。
權(quán)利要求
1.一種制備1，4-二噁烷酮的方法，它是以乙二醇、氯乙酸或氯乙酸鹽為原料，其特征在于采用一次法合成1，4-二噁烷酮的中間體β-羥乙氧基醋酸鹽，該鹽在醇溶劑下經(jīng)過無機酸酸化得到β-羥乙氧基醋酸，該酸進一步經(jīng)過加熱成環(huán)得到1，4-二噁烷酮。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種制備1， 4-二噁垸酮的方法，其特征在于 P-羥乙氧基醋酸鹽是(3-羥乙氧基醋酸鈉、p-羥乙氧基醋酸鉀、P-羥乙氧基醋 酸鈣中的任一種。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種制備1， 4-二噁烷酮的方法，其特征在于 使用的氯乙酸鹽是氯乙酸鈉、氯乙酸鉀、氯乙酸鈣中的任一種；使用的醇 溶劑是甲醇、乙醇中的任何一種；使用的無機酸是氫鹵酸、硫酸、磷酸中 的任何一種。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種制備1， 4-二噁垸酮的方法，其特征在于 P-羥乙氧基醋酸鹽是通過相應(yīng)的乙二醇鹽與氯乙酸或相應(yīng)的氯乙酸鹽反應(yīng) 而得，乙二醇鹽的制備和(3-羥乙氧基醋酸鹽的生成都是在一次反應(yīng)中進行 的，使用過量的乙二醇作為溶劑，其它惰性溶劑為帶水劑。
5、 按照權(quán)利要求4所述的一種制備1， 4-二噁烷酮的方法，其特征在于 乙二醇鹽是通過相應(yīng)的金屬、金屬氫化物堿、碳酸鹽當中的一種與乙二醇 反應(yīng)制備。
6、 按照權(quán)利要求1或4所述的一種制備1， 4 - 二噁垸酮的方法，其特征 在于p-羥乙氧基醋酸鹽是乙二醇鈉與氯乙酸或相應(yīng)的氯乙酸鈉反應(yīng)得到的 (3-羥乙氧基醋酸鈉，乙二醇鈉使用金屬鈉、氫化鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉當 中的一種與乙二醇反應(yīng)制備得到。
7、 按照權(quán)利要求4所述的一種制備1， 4-二噁垸酮的方法，其特征在于惰性溶劑為苯、甲苯、二甲苯、氯苯、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷當中的一 種。
8、按照權(quán)利要求4所述的一種制備1， 4-二噁垸酮的方法，其特征在于 反應(yīng)溫度為50 150°C。
全文摘要
一種制備1，4-二噁烷酮的方法，本發(fā)明提供一種高收率、快速、無重金屬離子的制備高純度1，4-二噁烷酮的方法。它是以乙二醇、氯乙酸或氯乙酸鹽為原料，其特征在于采用一次法合成1，4-二噁烷酮的中間體β-羥乙氧基醋酸鹽，然后再酸化、成環(huán)得到1，4-二噁烷酮。該方法采用一次法合成β-羥乙氧基醋酸鹽，大大地縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)收率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C07D319/00GK101367789SQ20081014569
公開日2009年2月18日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者張志萍, 張盛藍, 慶 李, 熊成東, 陳棟梁 申請人:中國科學院成都有機化學有限公司