一种二甲基紫脲酸的纯化方法.pdf

本发明涉及一种二甲基紫脲酸的纯化方法，具体是将一种或一种以上的有机溶剂混合于水中，配成混合溶液，其中有机溶剂占混合溶剂的0.01％-50％，加入二甲基紫脲酸，再加入一定量可溶性锌盐，搅拌、过滤，得纯化好的二甲基紫脲酸固体。所述有机溶剂中，和水混溶的有机溶剂对二甲基紫脲酸的纯化效果最好，可溶性锌盐抑制了杂质在洗涤过程中析出。本发明提高了二甲基紫脲酸的纯度、减少了二甲基紫脲酸中杂质的含量，并且有机溶剂用量少、混合溶液可以循环使用，大大降低了成本，操作简单，易于实现工业化。

1.  一种二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，它包括以下步骤：
将一种或一种以上的有机溶剂混合于水中，配成混合溶液，加入二甲基紫脲酸，再加入可溶性锌盐，搅拌、过滤，得纯化好的二甲基紫脲酸固体；
所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、乙醚、丙酮中的一种；
所述的可溶性锌盐是氯化锌、溴化锌中的一种。

2.  如权利要求1所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为一种有机溶剂与水的混合。

3.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为甲醇和水的混合溶液，其中甲醇占混合溶液的0.01％-50％。

4.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为乙醇和水的混合溶液，其中乙醇占混合溶液的0.01％-50％。

5.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为异丙醇和水的混合溶液，其中异丙醇占混合溶液的0.01％-50％。

6.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为叔丁醇和水的混合溶液，其中叔丁醇占混合溶液的0.01％-50％。

7.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为乙醚和水的混合溶液，其中乙醚占混合溶液的0.01％-50％。

8.  如权利要求1或2所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为丙酮和水的混合溶液，其中丙酮占混合溶液的0.01％-50％。

9.  如权利要求1所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述混合溶液为一种以上有机溶剂和水的混合溶液，即0.01％-50％一种以上有机溶剂的水溶液。

10.  如权利要求1所述的二甲基紫脲酸的纯化方法，其特征是，所述的氯化锌、溴化锌加入量(X)是二甲基紫脲酸的0＜X＜0.2％。

一种二甲基紫脲酸的纯化方法
技术领域
本发明属化工技术领域，具体涉及一种咖啡因合成中的中间体二甲基紫脲酸的纯化方法。
背景技术
二甲基紫脲酸是由6-亚氨基-1，3-二甲基二氢嘧啶-2，4(1H，3H)-二酮(即二甲基CAU)经亚硝化得到的，它是咖啡因合成中的关键中间体。二甲基紫脲酸的纯度和含量直接影响加氢时催化剂的消耗和催化剂的灭活损失，直接关系到咖啡因的纯度和成本。二甲基紫脲酸中的杂质多为水溶性杂质，部分是由于亚硝化时酸的用量过大引起的，部分是由于二甲脲反应中生成的一甲脲在随后的系列反应中生成相应的带一个甲基的杂质。二甲基紫脲酸中所含的杂质会直接影响下一步催化加氢反应时催化剂Raney Ni的用量和活性，增加合成咖啡因的成本。
目前工业上采用的纯化方法是用纯水打浆洗涤，这利用了二甲基紫脲酸常温下在水中的溶解度很小而杂质在水中的溶解度较大的特点。但这种方法存在的问题是二甲基紫脲酸湿固体中有大量的杂质残留，影响了下一步催化加氢反应时催化剂Raney Ni的用量和活性，增加了咖啡因的成本。。
发明内容
本发明为克服现有技术中存在的问题，提供一种二甲基紫脲酸的纯化方法，它能有效地去除二甲基紫脲酸中的杂质、提高二甲基紫脲酸的纯度，工艺简单有效，易于实现工业化。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种二甲基紫脲酸的纯化方法，它包括以下步骤：
将一种或一种以上的有机溶剂混合于水中，配成混合溶液，加入二甲基紫脲酸，再加入一定量可溶性锌盐，搅拌、过滤，得纯化好的二甲基紫脲酸。
所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、乙醚、丙酮中的一种。
所述的可溶性锌盐是氯化锌、溴化锌中的一种。所述的氯化锌、溴化锌加入量(X)是二甲基紫脲酸的0＜X＜0.2％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为一种有机溶剂与水的混合溶液。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为甲醇和水的混合溶液，其中甲醇占混合溶液的0.01％-50％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为乙醇和水的混合溶液，其中乙醇占混合溶液的0.01％-50％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为异丙醇和水的混合溶液，其中异丙醇占混合溶液的0.01％-50％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为叔丁醇和水的混合溶液，其中叔丁醇占混合溶液的0.01％-50％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为乙醚和水的混合溶液，其中乙醚占混合溶液的0.01％-50％。
优选的，二甲基紫脲酸的纯化方法中，所述混合溶液为丙酮和水的混合溶液，其中丙酮占混合溶液的0.01％-50％。
在二甲基紫脲酸打浆洗涤的过程中，加上一定量可溶性锌盐抑制了杂质在洗涤过程中析出，同时一定量的有机溶剂(0.01％-50％)能有效去除二甲基紫脲酸中的杂质，同时也能带走二甲基紫脲酸中的水分。而传统工艺为直接水洗、过滤后的湿二甲基紫脲酸固体含水太多，同时残留杂质太多，导致加氢时催化剂部分失活。本发明方法纯化后的二甲基紫脲酸加氢反应时催化剂的用量比未经此方法纯化时的催化剂的用量节省了五分之一，在催化剂不补加的前提下，循环使用30次以上，催化剂循环使用次数明显大于单用水纯化的二甲基紫脲酸加氢的次数。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
①本发明有效去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，并且去掉了二甲基紫脲酸中的水分。
②本发明使用有机溶剂和水的混合溶液，有机溶剂用量较少，改变了现有技术中只用有机溶剂的方法，大大降低了成本。
③本发明有机溶剂和水的混合溶液可以循环使用，也使成本降低。
④本发明在打浆洗涤的过程中，加上一定量可溶性锌盐抑制了杂质在洗涤过程中析出，提高了二甲基紫脲酸的纯度。
⑤本发明的二甲基紫脲酸的纯化方法工艺简单，适合工业化生产，是发明人经过了大量的实验、验证获得的。溶剂的不同选择和不同配比产生的效果差距很大，本发明是发明人长期实验优选出的方案，与现有技术相比具有突出的效果。
附图说明
图1是实施例1纯化的二甲基紫脲酸液相图谱；
图2是对比实施例纯化的二甲基紫脲酸的液相图谱；
图3对比实施例和实施例1纯化的二甲基紫脲酸的液相图谱对比。
具体实施方式
下面参照附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
实施例1甲醇和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将1000mL甲醇溶于5000mL水中，加入2.5kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量76％，再加入0.35g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例甲醇和水的混合溶液洗涤2次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸2.0kg，外标含量94％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率98.9％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时后反应结束，收率98.2％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用31次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达38次时反应时间由原来的2小时延长至2小时15分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为94％。HPLC方法为：用十八烷基键合硅胶为填充剂；流动相A为纯水，流动相B为色谱纯甲醇，流速为每分钟1.0mL；检测波长为254nm，按流动相A 80％，流动相B20％的比例等度洗脱。
实施例2乙醇和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将850mL乙醇溶于6500mL水中，加入2.8kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量74％，再加入2.07g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例乙醇和水的混合溶液洗涤一次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸2.2kg，外标含量93.5％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率99.3％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时后反应结束，收率98.9％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用30次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达31次时反应时间由原来的2小时延长至2小时20分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为93.5％。HPLC方法同实施例1。
实施例3异丙醇和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将1000mL异丙醇溶于8000mL水中，加入3.5kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量79％，再加入0.28g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例异丙醇和水的混合溶液洗涤1次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸3.0kg，外标含量91.5％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率99.3％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时后反应结束，收率98.9％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用33次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达34次时反应时间由原来的2小时延长至2小时40分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为91.5％。HPLC方法同实施例1。
实施例4叔丁醇和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将1200mL叔丁醇溶于4500mL水中，加入2.6kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量75％，再加入2.34g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例叔丁醇和水的混合溶液洗涤3次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸2.2kg，外标含量87.4％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率98.6％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时后反应结束，收率97.9％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用35次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达36次时反应时间由原来的2小时延长至2小时55分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为87.4％。HPLC方法同实施例1。
实施例5乙醚和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将25mL乙醚溶于4700mL水中，加入2.3kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量80％，再加入3.68g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例乙醚和水的混合溶液洗涤2次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸1.98kg，外标含量91.8％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率98.8％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时20分钟后反应结束，收率98.2％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用32次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达33次时反应时间由原来的2小时20分钟延长至2小时35分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为91.8％。HPLC方法同实施例1。
实施例6乙醇、丙酮和水的混合溶液、氯化锌对二甲基紫脲酸的纯化
将1000mL乙醇和1200mL丙酮溶于5600mL水中，加入3.0kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量77％，再加入1.85g氯化锌，搅拌，过滤。再用上述相同比例乙醇、丙酮和水的混合溶液洗涤2次，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸2.5kg，外标含量91.5％。这种方法去除了二甲基紫脲酸中的杂质，提高了二甲基紫脲酸的纯度，而二甲基紫脲酸几乎没有损失，纯化收率99.0％。过滤后得到的洗涤液还可以用于下一次二甲基紫脲酸的第一次纯化。纯化后的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂20g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时10分钟后反应结束，收率98.8％。回收活性镍催化剂，继续循环使用，对采用该方法纯化好的二甲基紫脲酸催化加氢，在使用回收的活性镍催化剂而不补加新催化剂的条件下回收的活性镍催化剂可循环使用34次，加氢反应时间不增加，也即反应速度没有明显的降低，当到达35次时反应时间由原来的2小时10分钟延长至2小时30分钟。
纯化后的二甲基紫脲酸用HPLC外标法进行定量，含量为91.5％。HPLC方法同实施例1。
对比实施例：
在6000mL水中，加入2.6kg二甲基紫脲酸湿品，外标含量72％，搅拌，过滤。再用相同体积的水洗涤至二甲基紫脲酸显中性，过滤，得纯化的二甲基紫脲酸2.46kg，外标含量76％。将该方法纯化的二甲基紫脲酸125g，溶于1L水中，加入活性镍催化剂25g，在0.36MPa压力下催化加氢，2小时后反应结束，收率97.5％。回收活性镍催化剂，补加1g新催化剂继续循环使用，维持原来的加氢反应时间，也即维持反应速度不降低。当循环使用到达25次时，一共消耗损失镍催化剂25g，相当于第一次加入的25g活性镍催化剂全部失活或损失。
下述表1为对比实施例和实施例1纯化的二甲基紫脲酸的液相图谱中主要杂质和面积归一含量对照。
从图3和表1可看出，实施例1纯化的二甲基紫脲酸只含有6.14min的杂质，而且面积含量0.83％，面积归一二甲基紫脲酸含量99.17％，外标含量94％。
图2是对比实施例纯化的二甲基紫脲酸的液相图谱，从表1和图2明显看出杂质个数达8个，杂质总面积含量达50.37％，面积归一二甲基紫脲酸含量49.63％，外标含量76％。
从图1-3和表1可看出，实施例1把对比实施例中的8个杂质降为1个，即只有6.14min的杂质，实施例1中6.14min的杂质面积含量0.83％，对比实施例中6.14min的杂质面积含量29.67％。从图1-3和表1明显看出本发明实施例1明显降低了二甲基紫脲酸中的杂质，大大提高了二甲基紫脲酸的纯度。