甜菜碱的制备方法技术

本发明专利技术涉及通式（Ⅰ）的甜菜碱的制备方法，其中Ｒ↑［１］表示Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２４］烃基，并且Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］独立地表示Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烃基，该方法包含在碱性条件下，在负载的和促进的Ｐｔ催化剂存在的情况下，在室温到７０℃的温度下，使通式（Ⅱ）的乙氧基化季铵化合物的水溶液（其中Ｒ↑［１］，Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］具有上述相同的意义并且Ｘ↑［－］表示合适的阴离子）与氧气或含氧气体反应。优选地，使用Ｐｔ／Ｂｉ／Ｃ催化剂。本发明专利技术的方法特别适于将氯化胆碱转化为可用作动物饲料的甜菜碱。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。甜菜碱是在个人护理产品中有价值的表面活性剂，如作为皮肤清洁剂和作为动物饲料。在本领域，已知几种，包括烷基化法和氧化法。US5,895,823公开了在负载的贵金属催化剂的存在下，在20-100℃的温度下，通过将胆碱盐、特别是氢氧化胆碱的水溶液与氧气反应而制备甜菜碱水溶液的方法。通过使用5％Pd/C作为催化剂，在78℃将氧气通过氢氧化胆碱的水溶液喷雾5.5h，获得胆碱转化率和甜菜碱选择性的最好结果，即US5,895,823的实施例5。US5,895,823方法的缺点在于胆碱转化率和甜菜碱选择性都相对较低，并且反应在相对高的温度下进行延长的一段时间，导致低的时空产率。此外，使用相对高的催化剂量。总而言之，US5,895,823的方法对于在技术规模上以经济的方式进行是没有吸引力的。对于采用贵金属催化剂在工业规模上进行的方法的重要参数是催化剂的稳定性，即导致催化活性降低的昂贵的贵金属的损失以及涉及催化剂的可循环性。业已发现，US5,895,823实施例1和2中所举例的5％Pt/C催化剂具有较差的稳定性/可循环性。因此，基于所有上述理由，在本领域需要一种改进的制备甜菜碱的方法。令人惊奇地，我们已经发现一种方法，该方法不具有上述缺点，并且其中贵金属可以再利用许多次而不显示显著的贵金属损失。本专利技术的方法是一种通式I 其中R1表示C1-C24烃基，R2和R3独立地表示C1-C3烃基，该方法包含在碱性条件下，在负载的和促进的Pt催化剂的存在下，在室温到70℃的温度下，将通式II的乙氧基化季铵化合物的水溶液 其中R1，R2和R3具有上述相同的意义并且X-表示合适的阴离子，与氧气或含氧气体反应。R1可以是直链或支链的饱和或未饱和C1-C24烃基。R2和R3独立地是直链或支链C1-C3烃基。优选地，R1是C1-C22、更优选C1-C18、最优选C1-C3烃基。R2和R3优选是甲基或乙基，最优选是甲基。R1基团的典型例子包括甲基、乙基、己基、辛基、癸基、十二烷基、油基、椰油基(coco)和牛油基。通式II的优选化合物是这样的化合物，其中R1表示C1-C24烃基，R2和R3表示甲基。通式II特别优选的化合物是所谓的胆碱盐，其中R1-R3表示甲基。X-基团可以是任何阴离子并且它典型地产生于被选择用来制备通式II乙氧基化季铵化合物的方法。例如，它可以来源于用卤代烃、如氯甲烷、碘甲烷、烯丙基氯和2-氯乙醇或硫酸二烃酯、如硫酸二甲酯和硫酸二乙酯进行相应叔胺的季胺化。例如，可以通过三甲胺与2-氯乙醇的反应获得氯化胆碱。然而，也可以通过三甲胺盐酸盐与环氧乙烷的反应获得氯化胆碱。或者，阴离子可由阴离子交换反应产生，如通过将氯化胆碱转化成氢氧化胆碱。上述合适的乙氧基化叔胺和导致本专利技术方法起始原料的季胺化方法以及交换反应是本领域技术人员熟知的。优选，阴离子是卤离子，最优选是氯离子。通式II化合物的典型例子包括胆碱盐，如氯化胆碱、柠檬酸二氢胆碱(choline dihydrogen citrate)、柠檬酸三胆碱、酒石酸氢胆碱、乙酸胆碱、磷酸胆碱、硫酸胆碱、碳酸胆碱、碳酸氢胆碱和氢氧化胆碱、N-椰油基N，N-二甲基N-(2-羟乙基)氯化铵、N-牛油基N，N-二甲基N-(2-羟乙基)氯化铵、N-十二烷基N，N-二甲基N-(2-羟乙基)氯化铵和N-油基N，N-二甲基N-(2-羟乙基)氯化铵。特别优选的起始原料是氯化胆碱，如它可以以固体形式(99％和p.a.)和以75wt％水溶液的形式购得。使用本领域技术人员已知的方法和设备可以进行本专利技术的方法。它可以以间歇方式或以连续反应器操作方式进行。优选地，使用装配有涡轮式搅拌器的反应器。在将氧气引入到反应混合物之后开始氧化反应，该反应混合物含有通式II化合物和催化剂，典型地通过开启反应器的搅拌器开始氧化反应(参见如下所述)。在开始进行本专利技术的氧化反应之前，反应混合物中的起始原料即通式II乙氧基化季铵化合物的浓度可以在较宽的范围内变化，典型地为基于反应混合物的总重量的5-75wt％。在氯化胆碱的情况下，10-45wt％的起始浓度是优选的。本专利技术的氧化方法必须在碱性条件下、即在pH大于7的条件下进行。尽管也可以使用其它碱，如三乙胺、三甲胺、和碳酸钠，典型地通过将(碱土)碱金属氢氧化物或其水溶液加入到反应混合物中而达到所述碱性条件。优选使用碱金属氢氧化物，如氢氧化钠，并且本专利技术将就此碱的使用作进一步的描述。由于使用碱金属氢氧化物和通式II的盐，在本专利技术方法中，获得了作为副产物的碱金属盐，如氯化钠。当阴离子是氢氧根或弱酸的阴离子、如乙酸根或碳酸氢根时，尽管另外的碱可以提高反应速率，并不需要另外的碱。在此情况下，不产生碱金属盐。业已发现，当氢氧化胆碱用作起始原料时，产物溶液有颜色并且在每次反应循环之后，催化剂降解越来越多。此外，必须从氯化胆碱通过阴离子交换反应制备的氢氧化胆碱在高度浓缩的形式下并不稳定。碳酸氢胆碱的使用也导致催化剂的失活。典型地，在本专利技术方法中，使用基于通式II的乙氧基化季铵化合物量的约等摩尔量或至多5mole％过量的碱金属氢氧化物。然而，根据如上所解释的阴离子类型或其中要使用本专利技术方法产物的应用，可能需要使用小于等摩尔量的碱。在氯化胆碱用作起始原料的情况下，小于等摩尔量氢氧化钠的使用导致氯化胆碱、甜菜碱和氯化钠混合物的形成，该混合物本身适于用作动物饲料。优选地，在本专利技术方法中，每摩尔氯化胆碱使用0.85-0.95摩尔量的碱金属氢氧化物。其结果是反应并不进行到完全转化，而在大约90％的胆碱转化处停止。业已发现，在这些条件下，催化剂稳定性/可循环性得到改进。然后可以通过向胆碱转化率约为90％的反应产物中加入适量的氯化胆碱，从而获得氯化胆碱、甜菜碱和氯化钠的任意混合物。可以在反应开始之前将所有的碱金属氢氧化物一次性加入或分成几份加入(参见如下所述)。优选地，本专利技术方法在如下的pH条件下进行10-14、更优选11-14、最优选12-13.5。在本专利技术方法的优选实施方案中，在氧化反应开始之前，将如此多的碱金属氢氧化物加入到反应混合物中以获得12-13.5的pH值，同时在通过将氧气引入到反应混合物中并搅拌开始反应之后加入剩余的碱，同时将pH保持在那个恒定数值上。在本专利技术方法中，使用氧气或含氧气体。该方法典型地在环境压力下的纯氧气氛中、即1巴(105Pa绝对压力)的氧气分压下进行。为达到此条件，以氧气置换反应器上部空间的空气，并通过开启搅拌器而开始氧化反应。然而，如需要，本专利技术方法也可以在较低的(如0.2巴或2×104Pa)或更高的(如10巴或106Pa)的氧气分压下进行。氧气也可以和氮气或空气混合。在本专利技术方法的优选实施方案中，将氧气分压保持恒定，特别是保持在大约1巴(105Pa)的数值上。优选地，在整个反应期间，反应混合物、即水相中的氧气浓度保持在100ppm以下，更优选50ppm以下，最优选25ppm以下。调节氧气浓度的一个方法是通过控制搅拌的速率。调节氧气浓度的另一个方法是通过用氮气稀释氧气。测定反应混合物中氧气浓度的方法对本领域技术人员是已知的。业已发现，当通过加入碱金属氢氧化物将反应混合物的pH保持在12-13.5的恒定数值上，同时通过保持氧气分压在1巴(105Pa)的恒定本文档来自技高网...

【技术保护点】
通式Ⅰ的甜菜碱的制备方法：＊＊＊ Ⅰ其中Ｒ↑［１］表示Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２４］烃基，并且Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］独立地表示Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烃基，该方法包含在碱性条件下，在负载的和促进的Ｐｔ催化剂存在的情况下，在室温到７０℃的温度 下，使将通式Ⅱ的乙氧基化季铵化合物的水溶液：＊＊＊ Ⅱ其中Ｒ↑［１］，Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］具有上述相同的意义并且Ｘ↑［－］表示合适的阴离子，与氧气或含氧气体反应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C布劳费尔德，R布鲁塞克，A卡斯藤斯，L艾森赫斯，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]