N,n'－羰基雙內醯胺的製備方法
2023-09-13 23:52:30 2
專利名稱：N,n'－羰基雙內醯胺的製備方法
技術領域：
本發明涉及N,N′-羰基雙內醯胺的製備。本發明特別地涉及一種由內醯胺和光氣製備N,N′-羰基雙內醯胺的改進方法。
N,N′-羰基雙內醯胺的製備方法並不太多，而其中大多數方法使用光氣。然後，第二反應物是內醯胺或其衍生物之一如鹼性鹽或三甲代甲矽烷基衍生物。所有這些方法都不令人滿意。
這樣，根據H.R.Meyer在1956年的CA52:11781e的摘要所述，當光氣與ε-己內醯胺的鈉鹽反應時，僅得到0.6-40％N,N′-羰基雙己內醯胺。
根據文獻CA68:104571所述的另一種方法，在非質子性胺例如三乙胺存在下，ε-己內醯胺與光氣在20℃然後在40℃下反應。實驗室規模的產率稍微更高，大約60％。然而，當重複該實施例時，得到的產率僅為40％。此外，如果使用更大量的反應物，例如適用於50升反應器，此時產率僅為23％。
美國專利5,972,237採用了相同方法製備N,N′-羰基雙己內醯胺。使用的胺是二乙基環己基胺。此時所示產率僅為46％。
根據另一種方法(聚合物雜誌，1995,27(5)，第449-450頁)，首先形成ε-己內醯胺的N-三甲代甲矽烷基衍生物，然後一部分該衍生物與光氣反應形成氨基甲醯氯。然後，這兩種中間體化合物相互反應以便形成羰基雙己內醯胺。這樣需要三個步驟。沒有提到產率。當重複該方法時，所得產率為51％。
N,N′-羰基雙內醯胺是非常有用的化合物，在作為製備聚合物例如聚醯胺或聚酯的助催化劑和活化劑、作為洗滌劑中的無機過氧化物的活化劑或者作為胺基酸合成中間體時尤為如此。它們在大多數應用場合中都必需具備高純度。
因此，不僅在實驗室，而且還在工業規模中，都存在一種以高產率在經濟的條件下製備N,N′-羰基雙內醯胺的需求。
本發明的目的是得到高純度的N,N′-羰基雙內醯胺。
本發明方法解決了上述問題。本發明方法在於在選自非親核脂族叔胺的叔胺存在下使光氣與至少一種內醯胺反應。
根據該方法得到的N,N′-羰基雙內醯胺的產率通常高於70％，純度通常大於99％。
該方法特別有利地用於轉化通式(Ⅰ)的內醯胺 其中n表示3-15的整數，優選5-12。得到的N,N′-羰基雙內醯胺的通式(Ⅱ)為 當使用一種內醯胺時，該化合物的兩個環是相同的。當使用幾種不同內醯胺作為起始化合物時，得到具有相同或不同環的N,N′-羰基雙內醯胺的混合物。
光氣通常是以化學計量或接近於該數值，即大約每摩爾內醯胺為0.5摩爾光氣的量與內醯胺反應。不需要使用摩爾過量明顯的光氣。優選地，每摩爾內醯胺使用0.5-0.55摩爾光氣。
完全出乎意料地，人們發現，胺的性質對於在良好條件下解決為了獲得N,N′-羰基雙內醯胺所面臨的問題是非常重要的。
該胺必需選自非親核或幾乎非親核的脂族叔胺，也就是說，該脂族叔胺對於親電體例如羰基是非反應性的或幾乎非反應性的。這些胺通常是具有非常龐大的因而阻止氮的自由電子對被接近的自由基的胺。
優選地該胺具有強鹼性。
有用的胺特別是通式NR1R2R3表示的胺，其中R1表示甲基或乙基，而相同或不同的R2和R3表示異丙基或異丁基。可以提及的這些胺的實例是二異丙基甲胺、二異丙基乙胺或二異丁基乙胺。優選使用二異丙基乙胺。
一定量足以捕捉反應中形成的氫氯酸的胺的存在是必需的。通常每摩爾內醯胺使用大約1摩爾胺，並且每摩爾內醯胺優選使用0.95-1.05摩爾胺。過量的胺是毫無意義的。
根據其中使用光氣的上述現有技術方法，光氣是在大約20℃下引入反應介質中。現在發現，通過將光氣在大約-10℃至+5℃，優選大約-5℃至0℃下引入反應介質中，本發明的方法被進一步改進。其產率更高，純度也更高。光氣的引入通常持續1到幾個小時。
該反應通常在對反應物呈惰性並且其熔點低於引入光氣的溫度，特別是低於大約-10℃的有機溶劑中進行。該溶劑的沸點優選低於大約160℃。芳族溶劑例如甲苯和二甲苯是非常適合的。
當所有光氣都被引入時，使反應在大約40℃-50℃下通常持續進行幾個小時。
為了回收得到的N,N′-羰基雙內醯胺，通常將形成的胺的氫氯化物例如通過過濾或通過水洗，接著通過沉降回收水相從介質中分離，然後特別是通過減壓蒸發去掉溶劑。然後，視具體情況而定，可以向介質中加入一種對於羰基雙內醯胺不是溶劑的化合物例如異丙醇、甲醇或水，隨後使羰基雙內醯胺沉澱。如果需要，該羰基雙內醯胺可以通過醇例如甲醇洗滌和/或進行重結晶進一步純化。
本發明方法得到的產率相對於現有技術的產率顯著地提高。這樣，實驗室中N,N′-羰基雙己內醯胺的產率大於80％，工業規模中大於70％。其純度極高，通常大於99％。
本發明方法是特別經濟的，這是由於同時發現了從反應中形成的二異丙基乙基胺的氫氯化物回收高純度二異丙基乙胺的方法。為此，或者從反應介質中分離氫氯化物之後或者通過向介質中加入水以及例如通過沉降回收水相，形成胺的氫氯化物與水，優選非常純的水的水溶液，然後將該溶液用無機鹼例如氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀，特別是其水溶液中和。氫氧化鈉是優選使用的鹼。
通常使用的鹼量使溶液的最後pH值大約為13。
然後通常在大約83℃-大約91℃在標準壓力下對溶液進行共餾。胺通過沉降從回收的混合物中分離。通過GC分析測定的其純度通常等於或高於99％，並可以用於新的N,N′-羰基雙內醯胺製備循環中。
下面的實施例說明本發明，而不限定本發明。
實施例1:N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)(表示為CBC)的製備將2.1kg甲苯、277g(2.426mol)ε-己內醯胺和318g(2.43mol)二異丙基乙胺(表示為DIEA)加入到裝有300轉/分鐘機械攪拌器的夾套式反應器中。將該混合物冷卻到-5℃，並以大約每小時75g的流速將129g(1.3mol)氣態光氣穩定地加入到混合物中，其間溫度保持在-5℃-0℃。
光氣加入完畢，將反應介質加熱到40-43℃，並在該溫度下攪拌5小時。
然後冷卻到大約+10℃，並通過過濾分離形成的沉澱物。用499g甲苯、接著402g和491g甲苯衝洗濾餅。此時回收得到447.9g溼DIEA氫氯化物。
合併得到的濾液，由3.629kg單一甲苯相組成。然後，該混合物通過在35℃14-25mmHg壓力下蒸餾3.029kg甲苯而濃縮。蒸餾過程中CBC沉澱，但是該介質仍然是可攪拌的。
然後，向介質中加入1.8kg異丙醇並在62-43℃381-133mmHg下蒸餾掉1.875kg異丙醇/甲苯(84/16重量比)混合物。
此時將該介質加熱到76℃,CBC重新溶解。將溶液冷卻到0℃-5℃,CBC在大約45℃下沉澱。
將該混合物過濾並在0℃-5℃先用53g然後用47g異丙醇洗滌濾餅。然後在烘箱中減壓(10mmHg,70℃)乾燥得到的白色粗晶體1小時。
這樣，就得到了純度為100％、其中氯化物含量無法檢得(HPLC定量測定)的248g N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)(相對於起始ε-己內醯胺產率為81％)，這說明沒有雜質例如氨基甲醯氯或Vilsmeier-Haack型有機鹽存在。
實施例2N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)的製備除了使用300ml甲苯、0.402molε-己內醯胺、0.404molDIEA和0.21mol光氣，並且在將反應介質溫度保持在10℃-17℃下在30分鐘內加入光氣以外，按照實施例1進行操作。
得到的N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)的產率為77％，純度為98％(HPLC定量測定)。
對比實施例在三乙胺存在下通過光氣化作用製備N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)除了用0.42mol三乙胺代替DIEA以外，按照實施例2進行操作。
此時，得到的N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)的產率僅為14％，純度為95％(HPLC定量測定)。
實施例3製備N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)除了使用400ml甲苯、0.403molε-己內醯胺、0.404molDIEA和0.25mol光氣之外，按照實施例1進行操作。
得到的N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)的產率為70％，純度為98％(HPLC定量測定)。
實施例4回收和循環實施例1中使用的二異丙基乙胺將95g蒸餾水和145.7g(0.87mol)實施例1中得到的DIEA氫氯化物加入到裝有用於循環下層相的迪安-斯達克裝置和用於在-15℃餵入二醇的蛇管式餾出液冷凝器的0.5升夾套式反應器中，20℃下15分鐘內完成氫氯化物的溶解。
然後加入114g(0.914mol)32％氫氧化鈉水溶液。中和過程吸熱。該溶液的最後pH值被調整為13±0.5。
在83-91℃(物料溫度為103-109℃)標準壓力下進行共餾。此時得到由水相(87g)和DIEA組成的混合物，將該混合物通過沉降分離。這樣回收了111.3g純度為99％(GC分析)的DIEA，其中包括0.14％水而不包括二異丙基胺。相對於起始DIEA氫氯化物的產率為98％。
該DIEA用於根據實施例1的方法製備CBC。這樣，得到產率為83％，純度高於99.7％(HPLC定量測定)的N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)。
實施例5N,N′-羰基雙(ε-己內醯胺)的製備在20升帶攪拌的反應器中將2.2kgε-己內醯胺(19.4mol)懸浮在6.6kg甲苯中(即己內醯胺濃度為25％)。隨後在室溫下加入2.59kg二異丙基乙胺(DIEA,20.0mol,1.03當量)。將該介質冷卻到0℃，然後向該介質中加入1.0kg氣態光氣(10.1mol,0.52當量)，該反應器的溫度保持在低於12℃。加入完畢，將該介質加熱到40-50℃，保持兩小時，然後在30分鐘內在50-40℃下向該介質中加入4.4kg水。DIEA氫氯化物立即溶解。攪拌30分鐘後，停止攪拌並在30分鐘內沉降均勻相。取出水相(7.8kg)並保存用於再處理DIEA氫氯化物。加熱甲苯相併在真空下靜置以進行濃縮(35-50℃,80-50nmHg)。1.5小時內蒸餾掉4.8kg甲苯，然後打破真空並向該介質中加入5kg水。CBC結晶。為了徹底地脫除介質中的甲苯，再次將反應器置於真空(65-70℃,450-400mmHg)下以蒸餾掉水/甲苯共沸物。蒸餾3.5小時後，餾出液中共回收960g甲苯和140g水。然後在大氣壓下向介質中加入4.8kg甲醇，並將該介質在40℃下攪拌1小時。隨後冷卻到5℃並將懸浮液倒入過濾器中。回收到8.4kg母液，並將濾餅用2.5kg50/50的水和甲醇混合物洗滌(回收到2.55kg洗液)。過濾器中分離出1.9kg溼CBC。乾燥6小時(50℃,10mmHg)後，得到純度高於99.5％(％W/W,HPLC)的1.85kg(產率76％)幹CBC，其熔點為115℃。
權利要求
1．通過在叔胺存在下光氣與至少一種內醯胺反應製備N,N′-羰基雙內醯胺的方法，其特徵在於叔胺選自非親核脂族叔胺。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於起始內醯胺用通式(Ⅰ)表示， 其中n表示3-15的整數。
3．根據權利要求1或2的方法，其特徵在於胺選自通式NR1R2R3表示的胺，其中R1表示甲基或乙基，相同或不同的R2和R3表示異丙基或異丁基。
4．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於胺是二異丙基乙胺。
5．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於光氣在大約-10℃至大約+5℃的溫度下被引入反應介質中。
6．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於在引入光氣後，將反應混合物加熱到大約40℃-大約50℃。
7．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於該反應在一種選自熔點低於大約-10℃的溶劑中進行。
8．根據權利要求4-7中任一項的方法，其特徵在於反應完成時，為了回收二異丙基乙胺，通過向反應介質中加入水將形成的二異丙基乙胺氫氯化物溶解在水中，或者在從介質中分離出氫氯化物之後，將得到、必要時已與反應介質分離的水溶液用無機鹼中和，然後對該混合物進行共餾。
9．根據權利要求8的方法，其特徵在於加入的鹼量要使最終pH值大約為13。
10．根據權利要求8或9的方法，其特徵在於共餾溫度大約為83℃-91℃。
11．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於N,N′-羰基雙內醯胺通過在水中結晶來回收。
12．根據上述權利要求中任一項的方法，其特徵在於N,N′-羰基雙內醯胺通過用醇洗滌來純化。
全文摘要
本發明涉及通過光氣與至少一種內醯胺反應製備N,N′－羰基雙內醯胺的方法,其特徵在於叔胺選自非親核脂族叔胺。由此,不管是在實驗室還是工業規模上都能夠以高產率製備高純度N,N′－羰基雙內醯胺。
文檔編號C07D225/02GK1322718SQ0111744
公開日2001年11月21日 申請日期2001年4月28日 優先權日2000年4月28日
發明者H·伯納德, L·菲汝茨, P－Y·利, 羅伊, J－P·斯奈特 申請人:Snpe公司