專利名稱：維生素k的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種維生素K3的制備方法，尤其是合成維生素K3的中間體2-甲基-1，4萘醌的制備方法。
背景技術(shù)：
維生素K3，又名亞硫酸氫鈉甲萘醌，是一種促進(jìn)血漿凝血因子的合成和參與人體鈣代謝的維生素，被廣泛用作醫(yī)藥和飼料添加劑，通常采用2-甲基-1，4萘醌和亞硫酸氫鈉為原料磺化制得。
目前，合成維生素K3的中間體2-甲基-1，4萘醌廣泛采用以β-甲基萘為原料，鉻酸酐或重鉻酸鹽為氧化劑，在硫酸體系中氧化而制得，雖然該工藝方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉易得，但生產(chǎn)過(guò)程中要產(chǎn)生大量含鉻廢液，而造成對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。為解決這一問(wèn)題技術(shù)人員作了不少努力，紛紛提出各種技術(shù)方案，但不是造成準(zhǔn)備產(chǎn)率低下就是造成花費(fèi)巨大。如JP61-221248中公開(kāi)的一種氣相氧化β-甲基萘的方法，反應(yīng)在400℃的溫度下進(jìn)行，2-甲基-1，4萘醌的收率僅為40％，生產(chǎn)率低下；JP60-230990中公開(kāi)的以負(fù)載在石墨電極的金屬氧化物作為催化劑，電解氧化β-甲基萘制備2-甲基-1，4萘醌的方法，轉(zhuǎn)化率和選擇率都較低，收率僅為12％；WO02/079133中公開(kāi)的以雙氧水為氧化劑，在冰醋酸體系中制備2-甲基-1，4萘醌的方法，收率高達(dá)100％，但該方法氧化劑用量大，對(duì)設(shè)備的防腐性能要求高，設(shè)備成本很大，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；US4639298，US4670108，US5705049和US5385648等公開(kāi)的鈰離子在硫酸等酸性介質(zhì)中電解間接氧化有機(jī)化合物的技術(shù)，即以Ce4+氧化β-甲基萘，再以電解手段將Ce3+氧化成Ce4+以循環(huán)使用鈰離子的技術(shù)，但由于在電解中采用了昂貴的離子交換膜和鉑、釕等電極，設(shè)備造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用都相當(dāng)高，而且在這一方法中電解液會(huì)析出晶體，這種呈漿狀的晶體則會(huì)非?？斓囟氯x子交換膜，導(dǎo)致膜處理或更換費(fèi)用上升，這些都在很大程度上限制了維生素K3的生產(chǎn)規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，主要是針對(duì)鈰離子在酸性介質(zhì)中電解間接氧化β-甲基萘的費(fèi)用昂貴和膜易堵塞的不足，本發(fā)明提出了一種新的制備維生素K3的方法，其目的是要解決高產(chǎn)率、低消耗、低污染不能兼得的技術(shù)問(wèn)題，以降低維生素K3的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，先以β-甲基萘為原料，用鈰離子在酸性介質(zhì)中電解間接將β-甲基萘氧化制成2-甲基-1，4萘醌，再將2-甲基-1，4萘醌經(jīng)磺化處理制得維生素K3。其中，對(duì)β-甲基萘進(jìn)行氧化的體系是甲磺酸高鈰——甲磺酸，并將氧化分離后的甲磺酸亞鈰溶液在電解槽內(nèi)采用無(wú)膜電解法進(jìn)行電解，使甲磺酸亞鈰氧化為甲磺酸高鈰后進(jìn)入β-甲基萘氧化體系重復(fù)使用。各反應(yīng)的化學(xué)方程式為對(duì)β-甲基萘的氧化反應(yīng)
對(duì)2-甲基-1，4萘醌的磺化反應(yīng)
甲磺酸亞鈰的電解反應(yīng)陽(yáng)極陰極本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，其中對(duì)甲磺酸亞鈰溶液的電解采用強(qiáng)制循環(huán)方式電解，且電解槽的陰陽(yáng)極極板間距為2～30mm，優(yōu)選陰陽(yáng)極極板間距為3～15mm。進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)的目的是為了加劇電解溶液的湍流程度，以加速溶液中各種物質(zhì)的濃度的均勻，以避免局部濃度過(guò)高而引起的晶體析出。陰陽(yáng)極極板間距過(guò)大，電解液的湍動(dòng)效果差，在極室內(nèi)存在的滯流區(qū)域范圍加大，甚至可能出現(xiàn)死區(qū)和電解液的返混，影響電流效率；陰陽(yáng)極極板間距過(guò)小，電解設(shè)備精度要求增加，設(shè)備加工和安裝困難。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，將甲磺酸亞鈰溶液中的Ce3+濃度調(diào)整為0.1～5.0mol/l，優(yōu)選Ce3+濃度為0.5～2.0mol/l。Ce3+濃度高，在電解后所獲得的Ce4+濃度增大，有利于后序氧化反應(yīng)的生產(chǎn)能力提高，但隨著Ce4+濃度的增高，在電解過(guò)程中部分析出含高鈰化合物，而勢(shì)必會(huì)增強(qiáng)對(duì)極板的沖蝕，從而降低極板的使用壽命，另一方面，固化物的存在對(duì)于電解液的輸送、貯存和使用也增加了新的問(wèn)題；Ce3+濃度低，電解液的使用量多，生產(chǎn)所涉及的設(shè)備龐大，投資費(fèi)用加大。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，將甲磺酸亞鈰溶液中的H+濃度調(diào)整為0.2～6.0mol/l，優(yōu)選H+濃度為0.3～3.5mol/l。酸度過(guò)高，鈰離子的電極電位提高，導(dǎo)致電流效率降低，另外高酸度對(duì)設(shè)備的防腐性能要求增加，設(shè)備投資大；酸度過(guò)低，后序氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇率都降低。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，電解操作的電流密度為3～60A/dm2，電流密度通?？刂圃?0～30A/dm2。在相同條件下，電流密度增大，電極附近氧濃度增加，從而導(dǎo)致Ce3+電解氧化過(guò)程中的電流效率下降。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，先將甲磺酸亞鈰溶液經(jīng)凈化處理。處理方法可以按工業(yè)上常規(guī)進(jìn)行，如加入活性炭、分子篩等吸附劑或用有機(jī)溶劑萃取處理。氧化反應(yīng)分離2-甲基-1，4萘醌后的甲磺酸亞鈰溶液常含有未反應(yīng)的原料，部分或深度氧化副產(chǎn)物，分離不徹底的產(chǎn)物等雜質(zhì)，如果不進(jìn)行處理進(jìn)入電解槽，殘存的有機(jī)物可能在電極表面附聚，而使電極活性下降，繼而導(dǎo)致電流效率下降。
作為成型的反應(yīng)體系，β-甲基萘在甲磺酸高鈰——甲磺酸體系中的氧化反應(yīng)可以按本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的操作方法進(jìn)行。例如，將β-甲基萘熔融或?qū)⑵淙芙庠谶m當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，加入到氧化體系中進(jìn)行反應(yīng)，有機(jī)溶劑如苯、甲苯、1，2-二氯乙烷、三氯甲烷、環(huán)己烷和庚烷等，也可以在反應(yīng)體系中加入適當(dāng)?shù)姆稚Ｍǔ?，可選擇β-甲基萘與Ce4+的摩爾比為1∶5.5～12。優(yōu)選摩爾比為1∶6.0～8.0；β-甲基萘的氧化反應(yīng)溫度為-5～100℃，優(yōu)選15～70℃。
本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法與傳統(tǒng)鉻法氧化制備維生素K3的工藝相比較，由于氧化劑的可再生處理和循環(huán)使用，不但能節(jié)約資源，而且對(duì)環(huán)境污染性??；此外，本發(fā)明的提供的維生素K3的制備方法，在對(duì)鈰離子在酸性介質(zhì)中電解時(shí)，采用無(wú)膜電解，使不存在膜堵塞的問(wèn)題，且工藝簡(jiǎn)單，收率高，原料和生產(chǎn)成本大大降低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1先以β-甲基萘為原料，在甲磺酸高鈰——甲磺酸體系進(jìn)行氧化，經(jīng)分離獲得2-甲基-1，4萘醌和甲磺酸亞鈰，再將2-甲基-1，4萘醌經(jīng)磺化處理制得維生素K3，還將甲磺酸亞鈰在電解槽內(nèi)采用無(wú)膜電解法進(jìn)行電解，使甲磺酸亞鈰氧化為甲磺酸高鈰后進(jìn)入β-甲基萘氧化體系重復(fù)使用。
實(shí)施例2β-甲基萘的氧化按β-甲基萘Ce4+的摩爾比為1∶6.5的比例，在3500rpm的轉(zhuǎn)速和室溫下攪拌反應(yīng)45min，反應(yīng)液過(guò)濾得到2-甲基-1，4萘醌。β-甲基萘轉(zhuǎn)化率為95.6％，收率為74.8％。
2-甲基-1，4萘醌的磺化將氧化得到的2-甲基-1，4萘醌加入到乙醇水溶液中，加亞硫酸氫鈉溶液在45℃下反應(yīng)2小時(shí)，加活性炭脫色過(guò)濾，冷卻結(jié)晶，制得維生素K3。
甲磺酸亞鈰的電解10l含Ce3+濃度為1.3mol/l，H+濃度為2.0mol/l的甲磺酸亞鈰——甲磺酸溶液，用泵在電解槽和儲(chǔ)液槽之間強(qiáng)制循環(huán)1小時(shí)，得到Ce4+濃度為0.93mol/l的甲磺酸高鈰溶液。電解操作參數(shù)如下槽電壓3.0～3.3V；電極——陽(yáng)極為經(jīng)處理的PbO2/鈦篩板，陰極為Pb合金；極板間距4mm；電流密度15A/dm2；電解溫度50℃。本發(fā)明對(duì)于電解過(guò)程中的電解溫度沒(méi)有特別的限定。操作過(guò)程可以在室溫或高于室溫的條件下進(jìn)行。
實(shí)施例3在實(shí)施例2中氧化分離2-甲基-1，4萘醌后的甲磺酸亞鈰溶液用2倍體積的二氯乙烷分3次萃取，萃取后的甲磺酸亞鈰溶液按實(shí)施例2中電解的工藝方法操作，得到的甲磺酸高鈰溶液Ce4+濃度為0.89mol/l。以所獲得的甲磺酸高鈰溶液在按實(shí)施例1中所述的氧化工藝中使用，β-甲基萘轉(zhuǎn)化率為94.3％，2-甲基-1，4萘醌收率為75.2％。
實(shí)施例410l含Ce3+濃度為0.8mol/l，H+濃度為1.2mol/l的甲磺酸亞鈰——甲磺酸溶液，同實(shí)施例2所述電解過(guò)程操作，得到Ce4+濃度為0.51mol/l的甲磺酸高鈰溶液。
以上得到的甲磺酸高鈰溶液與β-甲基萘按實(shí)施例2所述氧化方法操作，進(jìn)行氧化反應(yīng)。β-甲基萘轉(zhuǎn)化率為94.9％，收率為75.2％。
實(shí)施例5按實(shí)施例2所述的電解過(guò)程操作，只是改變電解槽的極板間距為16mm，得到含Ce4+濃度為0.69mol/l的甲磺酸高鈰溶液。氧化過(guò)程同實(shí)施例2，得β-甲基萘轉(zhuǎn)化率為95.2％，收率為72.8％。
實(shí)施例6用實(shí)施例2所得到的甲磺酸高鈰溶液與β-甲基萘進(jìn)行氧化反應(yīng)，在80℃溫度下反應(yīng)30分鐘。β-甲基萘轉(zhuǎn)化率為93.8％，收率為67.4％。
下表列舉了按實(shí)施例2所所得到的甲磺酸高鈰溶液，并與β-甲基萘在不同的氧化條件下進(jìn)行反應(yīng)獲得不同反應(yīng)結(jié)果的實(shí)施方案

權(quán)利要求
1.一種維生素K3的制備方法，先以β-甲基萘為原料，用鈰離子在酸性介質(zhì)中電解間接將β-甲基萘氧化制成2-甲基-1，4萘醌，再將2-甲基-1，4萘醌經(jīng)磺化處理制得維生素K3，其特征在于，對(duì)β-甲基萘進(jìn)行氧化的體系是甲磺酸高鈰——甲磺酸，并將氧化分離后的甲磺酸亞鈰溶液在電解槽內(nèi)采用無(wú)膜電解法進(jìn)行電解，使甲磺酸亞鈰氧化為甲磺酸高鈰后進(jìn)入β-甲基萘氧化體系重復(fù)使用；各反應(yīng)的化學(xué)方程式為對(duì)β-甲基萘的氧化反應(yīng)對(duì)2-甲基-1，4萘醌的磺化反應(yīng)甲磺酸亞鈰的電解反應(yīng)陽(yáng)極陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的維生素K3的制備方法，其特征在于對(duì)甲磺酸亞鈰溶液的電解時(shí)采用強(qiáng)制循環(huán)方式電解，且電解槽的陰陽(yáng)極極板間距為2～30mm。
3.如權(quán)利要求2所述的維生素K3的制備方法，其特征在于電解槽的陰陽(yáng)極極板間距為3～15mm。
4.如權(quán)利要求1所述的維生素K3的制備方法，其特征在于在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，將甲磺酸亞鈰溶液中的Ce3+濃度調(diào)整為0.1～5.0mol/l、H+濃度調(diào)整為0.2～6.0mol/l；電解操作的電流密度為3～60A/dm2。
5.如權(quán)利要求1或4所述的維生素K3的制備方法，其特征在于在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，將甲磺酸亞鈰溶液中的Ce3+濃度調(diào)整為0.5～2.0mol/l、H+濃度調(diào)整為0.3～3.5mol/l；電解操作的電流密度為10～30A/dm2。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的維生素K3的制備方法，其特征在于在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，先將甲磺酸亞鈰溶液經(jīng)凈化處理，除去雜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5所述的維生素K3的制備方法，其特征在于在對(duì)甲磺酸亞鈰溶液進(jìn)行電解時(shí)，先將甲磺酸亞鈰溶液經(jīng)凈化處理除去雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的維生素K3的制備方法，其特征在于β-甲基萘在甲磺酸高鈰——甲磺酸體系中的氧化反應(yīng)中與Ce4+的摩爾比為1∶5.5～12；反應(yīng)溫度為-5～100℃。
9.如權(quán)利要求1或8所述的維生素K3的制備方法，其特征在于β-甲基萘在甲磺酸高鈰——甲磺酸體系中的氧化反應(yīng)中與Ce4+的摩爾比為1∶6.0～8.0；反應(yīng)溫度為15～70℃。
全文摘要
本發(fā)明的提供的維生素K
文檔編號(hào)C07C46/00GK1904141SQ20051006020
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者應(yīng)國(guó)海, 臧武波, 陳紹強(qiáng), 蔡曉東 申請(qǐng)人:浙江愛(ài)迪亞營(yíng)養(yǎng)科技開(kāi)發(fā)有限公司