專(zhuān)利名稱(chēng)：一種尿囊素的合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)品的合成工藝，具體是指尿囊素的合成工藝。
背景技術(shù)：
尿囊素化學(xué)名稱(chēng)為1-脲基間二氮雜茂烷-2，4-二酮，是一種重要的精細(xì)化學(xué)品，廣泛用于醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)業(yè)、生物工程等領(lǐng)域。天然尿囊素存在于某些動(dòng)物的排泄物及一些植物中，但因含量太低，從自然界中提取無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前尿囊素制備以化學(xué)合成法為國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)方法，《四川化工》2003年第1期第4-7頁(yè)，雷虹、向均在″尿囊素生產(chǎn)及市場(chǎng)綜述″中提到的尿囊素合成工藝過(guò)程為以乙二醛氧化得到乙醛酸，由酸催化下乙醛酸進(jìn)一步與尿素反應(yīng)得到尿囊素。該工藝由于采用硫酸、鹽酸和硝酸等無(wú)機(jī)液體酸作催化劑，存在產(chǎn)率低(50％左右)，產(chǎn)品質(zhì)量差，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，后處理復(fù)雜及污染環(huán)境等缺點(diǎn)。
專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?3135047.X的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“尿囊素合成新工藝”中公開(kāi)了一種尿囊素的合成新工藝，在攪拌狀態(tài)下用乙二醛與含適量金屬鹽催化劑或樹(shù)脂負(fù)載的金屬催化劑的雙氧水溶液反應(yīng)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(yīng)得到尿囊素，但其金屬催化劑中含金屬離子與氧化劑污染，收率低。
固體酸作為綠色催化劑已受到人們普遍關(guān)注，近年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)表了采用多種雜多酸固體超強(qiáng)酸，應(yīng)用于合成尿囊素的報(bào)道?！逗幽匣ぁ?997年第11期第14～15頁(yè)，王天貴、張永戰(zhàn)在″用固體超強(qiáng)酸催化合成尿囊素的研究″中提到采用SO42-/Fe2O3，SO42-/TiO2固體超強(qiáng)酸作催化劑，得到產(chǎn)率為45.0％；《日用化學(xué)工業(yè)》2000年第6期第10～12頁(yè)，趙景聯(lián)、張國(guó)華在″固體超強(qiáng)酸SO42-/TiO2催化合成尿囊素的研究″中采用同樣催化劑，得到產(chǎn)率為57.4％?！侗本┕ど檀髮W(xué)學(xué)報(bào)》2002年第2期第16～19頁(yè)，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(chǎn)率僅為27.22％?！痘瘜W(xué)研究與應(yīng)用》1996年第4期第535～537頁(yè)，王為清、辛艷鳳等在″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(chǎn)率達(dá)68.5％，但尿素用量過(guò)多，上述兩篇文獻(xiàn)中對(duì)磷鎢雜多酸催化劑重復(fù)使用未做報(bào)道。
化學(xué)工業(yè)出版社，1983年出版、夏篤編寫(xiě)的《離子交換樹(shù)脂》第214～215頁(yè)、第162頁(yè)中提到陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作為固體酸，已在縮合反應(yīng)中得到了應(yīng)用。采用樹(shù)脂固體酸催化劑，從研究的角度可以測(cè)定原料乙醛酸濃度在反應(yīng)過(guò)程中變化規(guī)律，從生產(chǎn)的角度可以避免液體催化劑分離困難的缺陷，大大減少?gòu)U酸量，并且具有催化劑可反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。在乙醛酸與尿素縮合反應(yīng)中，國(guó)外僅有一篇文獻(xiàn)報(bào)道《綠色化工》2003年第5期第275～277頁(yè)，Carlos Cativiela在″Heterogeneous catalysis in the synthesisand reactivity of allantoin.″一文中提到采用Dowex 50W×8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂應(yīng)用于尿囊素合成，產(chǎn)率達(dá)92％，但反應(yīng)時(shí)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(lái)的51％。Dowex 50W×8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是一種苯乙烯-二乙烯基苯共聚磺化樹(shù)脂，以交聯(lián)度和粒度區(qū)分，Dowex 50W×8含有8％的二乙烯基苯，雖然采用了陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作催化劑，仍存在反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，催化劑用量過(guò)多，催化劑失活速度過(guò)快等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)時(shí)間短、催化劑用量少并可再生使用、適宜工業(yè)化生產(chǎn)的尿囊素合成工藝。
本發(fā)明的合成工藝為(1)在反應(yīng)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(kāi)始反應(yīng)；(2)反應(yīng)2～9h后，停止加熱與攪拌，將反應(yīng)混合物冷卻至室溫后進(jìn)行抽濾，分離催化劑，將尿囊素粗品重結(jié)晶、干燥，得到尿囊素成品；所述的催化劑為凝膠型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或大孔型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，分別在于兩者聚苯乙烯骨架結(jié)構(gòu)不同；前者不具有物理孔結(jié)構(gòu)，而后者則具有物理孔結(jié)構(gòu)。
催化劑優(yōu)化選用大孔型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，根據(jù)其體積(或質(zhì)量)交換容量有各類(lèi)品種。
所述的催化劑強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可加入ZnCl2溶液或SnCl4溶液進(jìn)行改性，制備成金屬離子修飾的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
本發(fā)明與已有的尿囊素合成方法比較，具有明顯優(yōu)勢(shì)工藝流程簡(jiǎn)單，直接由乙醛酸與尿素反應(yīng)得到，避免了反應(yīng)過(guò)程中廢酸的排放；與文獻(xiàn)中使用的催化劑相比，本法采用強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑，減少污染；本法合成尿囊素的合成收率可達(dá)45％以上，高的可達(dá)69.6％，與無(wú)機(jī)酸催化劑相比，最高收率提高近20％；本發(fā)明使用的催化劑通過(guò)水洗干燥的簡(jiǎn)單再生，可重復(fù)使用。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施時(shí)選用的樹(shù)脂生產(chǎn)廠家及牌號(hào)如表1，但不僅限于只能選用下列廠家及牌號(hào)。
表1樹(shù)脂生產(chǎn)廠家及牌號(hào)

實(shí)施例1在反應(yīng)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(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)4h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為50.1％。
實(shí)施例2在反應(yīng)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(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)5h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為62.0％。
實(shí)施例3在裝有機(jī)械攪拌、冷凝器和溫度計(jì)的250ml反應(yīng)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(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)4h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為54.9％。
實(shí)施例4把催化劑R3加入1mol·L-1的ZnCl2溶液，恒溫下浸泡16h，用去離子水、乙醚洗滌，然后在100℃干燥得R3-Zn改性樹(shù)脂。
在裝有機(jī)械攪拌、冷凝器和溫度計(jì)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(shù)脂催化劑，加熱至70℃開(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)4h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為47.3％。
實(shí)施例5把催化劑R3加入1mol·L-1的SnCl4溶液，恒溫下浸泡16h，用去離子水、乙醚洗滌，然后在100℃干燥得R3-Sn改性樹(shù)脂。
在裝有機(jī)械攪拌、冷凝器和溫度計(jì)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(shù)脂催化劑，加熱至70℃開(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)4h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為45.1％。
實(shí)施例6將實(shí)施例2所使用的催化劑R2在反應(yīng)結(jié)束后水洗、干燥處理，然后重復(fù)利用。
在反應(yīng)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(guò)一次并經(jīng)處理后的催化劑R2，加熱至70℃開(kāi)始攪拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間9h。重復(fù)使用兩次的尿囊素產(chǎn)率分別為67.0％，66.0％，活性下降不明顯。連續(xù)使用六次后經(jīng)簡(jiǎn)單酸洗，尿囊素產(chǎn)率為67.7％，說(shuō)明催化劑完全可以重復(fù)使用。
實(shí)施例7在反應(yīng)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(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂001×7型，加熱至70℃開(kāi)始攪拌反應(yīng)。約90min后出現(xiàn)白色渾濁，此后白色沉淀逐漸增多。反應(yīng)4h后，停止加熱與攪拌。將反應(yīng)液、產(chǎn)物、催化劑的混合物冷卻至室溫、抽濾。利用尿囊素溶于熱水的性質(zhì)，使尿囊素粗品與催化劑顆粒分離。將尿囊素粗品重結(jié)晶，干燥，分析得尿囊素產(chǎn)率為34.1％。
權(quán)利要求
1.一種尿囊素的合成工藝，包括(1)在反應(yīng)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(kāi)始反應(yīng)；(2)反應(yīng)2～9h后，停止加熱與攪拌，將反應(yīng)混合物冷卻至室溫后進(jìn)行抽濾，分離催化劑，將尿囊素粗品重結(jié)晶、干燥，得到尿囊素成品；所述的催化劑為凝膠型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或大孔型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿囊素的合成工藝，其特征在于所述的催化劑選用大孔型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尿囊素的合成工藝，其特征在于所述的大孔型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的尿囊素的合成工藝，其特征在于所述的催化劑為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂加入ZnCl2溶液或SnCl4溶液進(jìn)行改性形成金屬離子修飾的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種尿囊素合成工藝，包括(1)在反應(yīng)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(hào)C07D233/88GK1765888SQ20051006148
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者吳素芳, 靳麗敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)