[发明专利]一种制备咖啡因的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学合成领域，特别涉及一种制备咖啡因的方法。

背景技术

咖啡因，化学名为1，3，7-三甲基黄嘌呤，呈白色或微黄绿色、有丝光的针状结晶，升华精制得六角形棱柱状晶体，其分子式为C₈H₁₀N₄O₂，分子量为194.19，结构式如下所示：

咖啡因对中枢神经系统有较强的兴奋作用，对大脑皮层具有选择性兴奋作用。小剂量的咖啡因能增强大脑皮层兴奋过程、改善思维活动、振奋精神、祛除瞌睡疲劳，使工作敏捷、工作效率提高。大剂量的咖啡因能直接兴奋延脑呼吸中枢及血管运动中枢，使呼吸加快加深、血压升高。临床上咖啡因主要用于对抗中枢性抑制，如因急性感染中毒而引起的呼吸衰竭及心脏衰竭，注射安钠咖可以解救；调节大脑皮层活动，咖啡因与溴化物合用能使大脑皮层的兴奋过程与抑制过程得到调节而恢复平衡。医药上咖啡因可用作心脏和呼吸兴奋剂，也是一种重要的解热镇痛剂，是复方乙酰水杨酸片的主要成分之一，还有一定的利脲作用。

目前咖啡因的制备方法主要有尿素法和二甲脲法，其中，二甲脲法由于收率高、生产成本低操作简便、容易控制，被广泛应用于工业生产。二甲脲法主要工艺步骤为氰乙酸、二甲脲和醋酐发生缩合反应制得二甲基氰乙酰脲，再加入氢氧化钠发生环合反应，然后在亚硝酸钠、硫酸的作用下发生亚硝化反应，在铁粉、氯化钠、硫酸的作用下发生还原反应制得1，3-二甲基-4，5-二氨基脲嗪；然后通过甲酰化制得1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪，再经环合、甲基化制得咖啡因。目前生产中常采用三步分离法，获得纯度较高的咖啡因，第一步分离得到1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪；第二步分离得粗品咖啡因；第三步分离得精品咖啡因。三步分离法步骤繁琐，咖啡因产品收率较低。如果省去分离得到1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪的步骤，可以节省制备工艺、降低生产成本，但是无法有效去除1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪(或茶碱钠盐)中的杂质，咖啡因产品质量不能达标。因此，提供一种收率高、纯度高的制备咖啡因的方法，具有现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种制备咖啡因的方法。该方法通过在闭环后增加氧化剂除去还原性杂质、在咖啡因粗品精制过程中增加还原剂除去氧化性杂质的步骤，提高了产品收率及纯度，省去了对1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪的分离，缩短了生产周期，降低了生产成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种制备咖啡因的方法，包括如下步骤：

步骤1：氰乙酸、过量的二甲脲和过量的醋酐发生缩合反应制得二甲基氰乙酰脲，再加入过量的氢氧化钠发生环合反应，然后在过量的亚硝酸钠、过量的硫酸的作用下发生亚硝化反应，在过量的铁粉、过量的氯化钠及硫酸的作用下发生还原反应制得1，3-二甲基-4，5-二氨基脲嗪；

1，3-二甲基-4，5-二氨基脲嗪与过量的甲酸于90～92℃发生甲酰化反应，制得1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪；

1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪与氢氧化钠于85～87℃发生闭环反应，制得1，3-二甲基黄嘌呤钠盐；所述氢氧化钠的加入量如式IV所示：

其中，C为1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪浓度；

鉴于氢氧化钠既作为反应物参与闭环反应，又参与调节pH值，且受反应系统中1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪浓度、甲酸浓度的影响较大，因此，本发明还提供了闭环反应中氢氧化钠加入量的计算公式，如式IV所示。游离甲酸浓度和1，3-二甲基-4-氨基-5-甲酰胺基脲嗪浓度的检测均按常规方法进行。

步骤2：调整1，3-二甲基黄嘌呤钠盐的pH值为9.2～9.4，加入过量的硫酸二甲酯于38～44℃进行甲化反应，加入酸调整pH值为2.0～2.5，加入高锰酸钾于90～95℃发生氧化反应1～1.5h，第一次纯化后制得咖啡因粗品；所述1，3-二甲基黄嘌呤钠盐与所述高锰酸钾的质量比为100∶0.8～1.0；

步骤3：在咖啡因粗品中加入酸调整pH值为5.0～5.5，加入连二亚硫酸钠于85～90℃进行还原反应30～45min，第二次纯化后制得咖啡因；所述咖啡因粗品和所述连二亚硫酸钠的质量比为100∶0.1～0.15。