本發(fā)明涉及(R)-2-氯丙酸的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法。

背景技術(shù)：

2-氯丙酸是合成農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑等的重要中間體之一，它的應(yīng)用涉及許多領(lǐng)域，是一種重要的產(chǎn)品。由于光學(xué)對(duì)映體在生物活性、毒性、藥理性等方面都有所不同，因此單一對(duì)映體的制備極為重要，近年來隨著手性醫(yī)藥市場(chǎng)發(fā)展迅速，對(duì)于單一對(duì)映體藥物的研究和應(yīng)用也越來越重要，因此制備高光學(xué)純度的2-氯丙酸具有重要意義。

目前，(R)-2-氯丙酸的制備方法主要有以下幾種：

（1）將(R)-2-氯丙酸乙酯和甲酸在濃硫酸的催化作用下水解，但由于濃硫酸氧化性和腐蝕性太強(qiáng)，在溫度升高的情況下容易氧化含碳化合物，損耗原料，產(chǎn)生的碳化合物阻礙反應(yīng)進(jìn)行，并且難以處理，污染環(huán)境，且有大量副產(chǎn)物尾料需要進(jìn)行后期處理。而將(R)-2-氯丙酸乙酯和甲酸在氫氧化鈉的催化作用下水解，收率太低，工業(yè)化生產(chǎn)成本高；

（2）工業(yè)上現(xiàn)在用陽(yáng)離子交換樹脂作為催化(R)-2-氯丙酸乙酯和甲酸合成2-氯丙酸的催化劑，但因其允許使用溫度較低（＜120℃），機(jī)械強(qiáng)度低，因而增加了成本；

（3）利用色譜拆分法，主要采用在環(huán)糊精或環(huán)糊精衍生物手性上分離(R)-2-氯丙酸光學(xué)異構(gòu)體，這類方法主要用于分析檢測(cè)，并不適用于工業(yè)生產(chǎn)。

因此，建立一種催化效果好，副反應(yīng)少，成本低，收率高，對(duì)環(huán)境友好的合成(R)-2-氯丙酸的方法是本發(fā)明亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要解決目前(R)-2-氯丙酸的制備方法收率低、工業(yè)成本高，污染環(huán)境等問題，提供一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法。

本發(fā)明的一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法，包括以下步驟：

（1）固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的制備

稱取ZrCl₄和對(duì)苯二甲酸溶于DMF（二甲基甲酰胺）中，所述ZrCl₄和對(duì)苯二甲酸的物質(zhì)的量比為1.1-1.2:1，再將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在110-130℃下反應(yīng)11-13h后，過濾，將沉淀使用DMF和甲醇交替洗滌，再將沉淀置于55-65℃的烘箱內(nèi)烘干12h，得到UIO-66，再用濃度為0.7-0.8mol/L的硫酸將UIO-66浸漬30min，所述硫酸的體積為UIO-66固體粉末體積的20-40倍，過濾烘干后，放入500℃的烘箱中3h即可得到固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66；

（2）(R)-2-氯丙酸的制備

在反應(yīng)器中加入(R)-2-氯丙酸乙酯，邊攪拌邊加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的甲酸及固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66，所述(R)-2-氯丙酸乙酯、甲酸和固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的質(zhì)量比為1:1.5-4:0.01-0.05，將反應(yīng)器接引風(fēng)裝置，在攪拌條件下升溫至95℃，反應(yīng)30-40min后，收集38-42℃的甲酸乙酯餾分，待收集的甲酸乙酯餾分的質(zhì)量為加入(R)-2-氯丙酸乙酯質(zhì)量的0.9-1.1倍時(shí)，繼續(xù)升溫，收集60-80℃的甲酸餾分，餾分收集完后將反應(yīng)器中的反應(yīng)物過濾，分離得到的固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66可以循環(huán)利用；再將濾液置于反應(yīng)器中，連接真空泵，抽真空至-0.095～-0.01MPa，加熱升溫，收集105-115℃未反應(yīng)完的(R)-2-氯丙酸乙酯和氯丙酸酐等餾分，反應(yīng)器中剩余的產(chǎn)物為(R)-2-氯丙酸，將(R)-2-氯丙酸冷卻后進(jìn)行精餾，餾分即為本發(fā)明制備的(R)-2-氯丙酸。

本發(fā)明中所述(R)-2-氯丙酸乙酯、甲酸和固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的優(yōu)選質(zhì)量比為1:2:0.025。

本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)式如下：

本發(fā)明中的UIO-66，化學(xué)式為Zr₆O₄(OH)₄(CO₂)₁₂，它是以四價(jià)金屬鋯為中心、對(duì)苯二甲酸為配體的，具有較高的比表面積和很好的熱穩(wěn)定性，在500℃條件下穩(wěn)定存在，其熱穩(wěn)定性高取決于高度對(duì)稱Zr八面體團(tuán)簇Zr₆O₄(OH)₄，及該無機(jī)團(tuán)簇與配體簇酸中的氧的強(qiáng)相互作用。UIO-66的BET比表面積在1100-1200 m²/g，表面積大能夠附著更多的酸，為SO₄^2-的吸附提供大量的附著位點(diǎn)，進(jìn)而提高固體酸催化劑的酸性，UIO-66還有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在水溶液及強(qiáng)酸溶液中能夠穩(wěn)定存在，以它為基體合成固體酸催化劑具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明采用(R)-2-氯丙酸乙酯與過量的甲酸在固體超強(qiáng)酸的作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，直接生成(R)-2-氯丙酸和甲酸乙酯，過量的甲酸和甲酸乙酯通過蒸餾蒸出，同時(shí)能夠促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，使(R)-2-氯丙酸乙酯反應(yīng)得更徹底，轉(zhuǎn)化率高于98%；

（2）采用UIO-66為基體的固體酸催化劑，該催化劑酸度強(qiáng)，能有效催化合成(R)-2-氯丙酸的酯交換反應(yīng)，副反應(yīng)少，可重復(fù)使用，屬于環(huán)保友好型催化劑；

（3）采用固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66，催化效果好，有效避免了尾料的產(chǎn)生，降低了生成成本的同時(shí)有利于環(huán)保。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例的一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法，包括以下步驟：

（1）固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的制備

稱取0.053g ZrCl₄和0.034g對(duì)苯二甲酸溶于25mL DMF（二甲基甲酰胺）中，再將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)12h后，過濾，將沉淀使用DMF和甲醇交替洗滌，再將沉淀置于60℃的烘箱內(nèi)烘干12h，得到UIO-66，再用1.5mL濃度為1.5mol/L的硫酸將UIO-66浸漬30min后，過濾烘干，放入500℃的烘箱中3h即可得到固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66；

（2）(R)-2-氯丙酸的制備

在反應(yīng)器中加入(R)-2-氯丙酸乙酯，邊攪拌邊加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的甲酸及固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66，所述(R)-2-氯丙酸乙酯、甲酸和固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的質(zhì)量比為1:2:0.025，將反應(yīng)器接引風(fēng)裝置，在攪拌條件下升溫至95℃，反應(yīng)35min后，收集38-42℃的甲酸乙酯餾分，待收集的甲酸乙酯餾分的質(zhì)量等于加入(R)-2-氯丙酸乙酯的質(zhì)量時(shí)，繼續(xù)升溫，收集60-80℃的甲酸餾分，餾分收集完后將反應(yīng)器中的反應(yīng)物過濾，分離得到的固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66可以循環(huán)利用；再將濾液置于反應(yīng)器中，連接真空泵，抽真空至-0.095～-0.01MPa，加熱升溫，收集105-115℃未反應(yīng)完的(R)-2-氯丙酸乙酯和氯丙酸酐等餾分，反應(yīng)器中剩余的產(chǎn)物為(R)-2-氯丙酸，將(R)-2-氯丙酸冷卻后進(jìn)行精餾，餾分即為本實(shí)施例制備的(R)-2-氯丙酸。

本實(shí)施例中(R)-2-氯丙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率為99.84%。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法，包括以下步驟：

（1）固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的制備

稱取0.057gZrCl₄和0.034g對(duì)苯二甲酸溶于25mL DMF（二甲基甲酰胺）中，再將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在110℃下反應(yīng)13h后，過濾，將沉淀使用DMF和甲醇交替洗滌，再將沉淀置于55℃的烘箱內(nèi)烘干13h，得到UIO-66，再用1.1mL濃度為0.7mol/L的硫酸將UIO-66浸漬30min后，過濾烘干，放入500℃的烘箱中3h即可得到固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66；

（2）(R)-2-氯丙酸的制備

在反應(yīng)器中加入(R)-2-氯丙酸乙酯，邊攪拌邊加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的甲酸及固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66，所述(R)-2-氯丙酸乙酯、甲酸和固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的質(zhì)量比為1:1.5:0.01，將反應(yīng)器接引風(fēng)裝置，在攪拌條件下升溫至95℃，反應(yīng)30-40min后，收集38-42℃的甲酸乙酯餾分，待收集的甲酸乙酯餾分的質(zhì)量為加入(R)-2-氯丙酸乙酯質(zhì)量的0.9倍時(shí)，繼續(xù)升溫，收集60-80℃的甲酸餾分，餾分收集完后將反應(yīng)器中的反應(yīng)物過濾，分離得到的固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66可以循環(huán)利用；再將濾液置于反應(yīng)器中，連接真空泵，抽真空至-0.095～-0.01MPa，加熱升溫，收集105-115℃未反應(yīng)完的(R)-2-氯丙酸乙酯和氯丙酸酐等餾分，反應(yīng)器中剩余的產(chǎn)物為(R)-2-氯丙酸，將(R)-2-氯丙酸冷卻后進(jìn)行精餾，餾分即為本實(shí)施例制備的(R)-2-氯丙酸。

本實(shí)施例中(R)-2-氯丙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率為98.54%。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種基于UIO-66的固體酸催化酯交換反應(yīng)合成(R)-2-氯丙酸的方法，包括以下步驟：

（1）固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的制備

稱取0.055gZrCl₄和0.034g對(duì)苯二甲酸溶于25mL DMF（二甲基甲酰胺）中，再將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在130℃下反應(yīng)11h后，過濾，將沉淀使用DMF和甲醇交替洗滌，再將沉淀置于65℃的烘箱內(nèi)烘干11h，得到UIO-66，再用2.2mL濃度為1.5mol/L的硫酸將UIO-66浸漬30min后，過濾烘干，放入500℃的烘箱中3h即可得到固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66；

（2）(R)-2-氯丙酸的制備

在反應(yīng)器中加入(R)-2-氯丙酸乙酯，邊攪拌邊加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的甲酸及固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66，所述(R)-2-氯丙酸乙酯、甲酸和固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66的質(zhì)量比為1: 4: 0.05，將反應(yīng)器接引風(fēng)裝置，在攪拌條件下升溫至95℃，反應(yīng)30-40min后，收集38-42℃的甲酸乙酯餾分，待收集的甲酸乙酯餾分的質(zhì)量為加入(R)-2-氯丙酸乙酯質(zhì)量的1.1倍時(shí)，繼續(xù)升溫，收集60-80℃的甲酸餾分，餾分收集完后將反應(yīng)器中的反應(yīng)物過濾，分離得到的固體酸催化劑SO₄^2-/UIO-66可以循環(huán)利用；再將濾液置于反應(yīng)器中，連接真空泵，抽真空至-0.095～-0.01MPa，加熱升溫，收集105-115℃未反應(yīng)完的(R)-2-氯丙酸乙酯和氯丙酸酐等餾分，反應(yīng)器中剩余的產(chǎn)物為(R)-2-氯丙酸，將(R)-2-氯丙酸冷卻后進(jìn)行精餾，餾分即為本實(shí)施例制備的(R)-2-氯丙酸。

本實(shí)施例中(R)-2-氯丙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率為98.93%。