11-溴代十一烷酸的氨解法的製作方法

2023-04-29 17:53:36 2

專利名稱：11-溴代十一烷酸的氨解法的製作方法
11-溴代十一烷酸的氨解法本發明涉及在能限制產生雜質，特別是仲胺類型雜質的副反應並同時顯著地減少反應時間的條件下進行的11-溴代十一烷酸的氨解法。滷代酸，11-氨基十一烷酸可以分離自蓖麻油，特別是通過在氨存在下進行的反應 (被稱作氨解)。由此獲得的11-氨基十一烷酸特別用作為通過縮合來合成聚醯胺均聚物 (如Rilsan 或PA11)中的單體。Rilsan PA 11是在不同的重要物理領域中提供高等級性能，包括耐化學性和耐烴性、衝擊強度、爆裂強度、耐磨性、抗裂性、撓性、高工作溫度和長期老化的唯一聚合物。當縮合過程中在反應介質中存在的雜質的量超過一定閾值時，這些聚合物的性質被改變。因此希望最大地限制副產物的形成。已知根據用於製備胺的Hoffmann法使滷代酸與氨溶液反應以獲得相應的氨基羧酸。文獻FR 988 699描述了通過對滷代酸施以氨的水溶液、醇溶液或水/醇溶液的作用來製備氨基羧酸的方法。該反應在相對較低的溫度下進行。其速率隨溫度而提高。另一方面， 胺基酸收率隨溫度升高而降低。該文獻中列舉的實施例描述了 10-氨基癸酸的製備方法， 其包括將熔融態的10-溴代十一烷酸引入包含25重量％氨的氨水溶液中，攪拌該混合物並使其保持在大約15°C。該反應在大約6天後完成並顯示出77%的收率。反應溫度的升高還導致形成的雜質的量的不可忽略的提高，這對由該流出物合成的聚醯胺的性質有害。對該流出物施以後繼胺基酸提純和分離處理導致聚醯胺製造成本的不可忽略的提高。Gudadhe等人(// ￡/. Eng. Chem. Process Des. Dev., 1986，25，354-357)已經研究了 11-溴代十一烷酸的胺化反應的動力學。該文獻的表I中呈現的結果表明，反應溫度從30升至50°C導致反應速率提高，這伴隨著11-氨基十一烷酸收率的降低。這歸因於同時形成的雜質的量的增加。在11-溴代十一烷酸的氨解反應過程中，通過降低該介質中11-溴代十一烷酸和 11-氨基十一烷酸的濃度，可以極大限制產生主要雜質(11-羥基十一烷酸HO- (CH2) 10-COOH 和氨基雙i^一烷酸NH[(CH2)1(1-COOH]2)的平行反應。為此，在水性和不均勻介質中進行氨解反應。這使得11-溴代十一烷酸以銨鹽形式溶解在水相中，其在低溫(低於30°c)下的溶解度極低。通過使用極大過量的氨水，可以有利地限制通過11-氨基十一烷酸的11-溴代十一烷酸的氨基分解反應，其產生氨基雙十一烷酸。與11-氨基十一烷酸相比，該介質中氨水的極高比例極大降低11-氨基十一烷酸與11-溴代十一烷酸之間的相遇可能性，極顯著地限制它們的相互反應性。但是，在低溫下進行該反應儘管可以減少副反應和選擇性獲得11-氨基十一烷酸，但也造成極長的反應時間(11-溴代十一烷酸完全消耗)，該時間不適合在工業規模下使用該反應(對於在22°C下的等溫反應而言，95小時)。本發明旨在克服已知的11-溴代十一烷酸的氨解法存在的缺點。本發明的目的是提供可以在生成非常有限的副產物下和在適合工業實施該反應的更短反應時間下獲得11-氨基十一烷酸的11-溴代十一烷酸氨解法。現在已經發現，只有11-溴代十一烷酸的氨解反應的初始溫度決定副產物的形
4成。因此不需要根據低溫等溫進行該反應，而是在觀察到在低溫的起始平穩期(理想地15 至25°C)的同時對該介質施以有規律的升溫。本發明的一個主題是由11-溴代十一烷酸製造11-氨基十一烷酸的方法，包括下列步驟
i)在氨水溶液中分散熔融或非熔融11-溴代十一烷酸的步驟，和
ii)通過11-溴代十一烷酸與過量氨水在攪拌該反應介質和逐漸加熱該反應介質的條件下的反應進行氨解的步驟，所述條件足以在限制氨基雙十一烷酸形成的同時在少於80 小時內獲得11-氨基十一烷酸並完全消耗掉11-溴代十一烷酸。在遞增和非等溫的溫度下進行反應的構成本發明主題的方法表現出在限制形成的雜質的量(主要是氨基雙十一烷酸，其在粗反應產物中的含量小於3500 ppm，優選小於 2500 ppm)和顯著減少反應時間的同時實現向11-氨基十一烷酸的極高轉化率的優點。從下列本發明的溴代十一烷酸氨解法的詳述中和從附圖中看出其它特徵和優點， 其中
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圖1圖解本發明的氨解法的一個實施方案，其中步驟ii)在一組串聯安裝的反應器 Rl, R2,…to，2 < η < 25中連續進行，這些反應器各自獨立地分別保持在恆定並受控的溫度Tl，Τ2, ... Tn下，
-圖2圖解本發明的氨解法的另一實施方案，其中步驟ii)在一組並聯安裝的反應器 R』 1，R』 2，…R』n，2 ^ η ^ 25中連續進行，這些反應器各自承受可變溫度，
-圖3圖解本發明的氨解法的第三實施方案，其中步驟ii)在承受可變溫度Tf的反應器中非連續(分批模式)進行，
-圖4圖解在具有六個平穩期中升溫的本發明的分批試驗中作為時間的函數的溫度變化以及反應動力學(作為時間的函數的反應進程變化)，
-圖5圖解在22°C下等溫進行反應的對比分批試驗中作為時間的函數的溫度變化以及反應動力學(作為時間的函數的反應進程變化)，
-圖6圖解在32°C下等溫進行反應的對比分批試驗中作為時間的函數的溫度變化以及反應動力學(作為時間的函數的反應進程變化)。本發明的主題是11-溴代十一烷酸的氨解法，包括下列步驟
i)在氨水溶液中分散熔融或非熔融11-溴代十一烷酸的步驟，其中氨過量，和
ii)通過11-溴代十一烷酸與氨水在攪拌該反應介質和逐漸加熱該反應介質的條件下反應進行氨解的步驟，所述條件足以在少於80小時內獲得11-氨基十一烷酸並完全消耗掉11-溴代十一烷酸。11-溴代十一烷酸的氨解根據下列反應序列進行 -H"溴代十一烷酸的銨鹽的形成和溶解
Br-(CH2)10-COOHs + NH3aq — Br-(CH2) 10-COO_，NH4+S — Br-(CH2) 10-COO_，NH4 叫
-11-溴代十一烷酸的銨鹽的氨解
Br-(CH2)10-COO-, NH4: + NH3aq — NH2-(CH2) 10-COO_，NH4:
-11-氨基十一烷酸的銨鹽的水解和11-氨基十一烷酸的沉澱
NH2-(CH2)10-COO-, NH/a(1 + H2O — NH2-(CH2)10-COOHaq — NH2-(CH2)10-COOHs
-11-溴代十一烷酸的銨鹽的羥基化Br-(CH2) 10-COO-,NH4+aq + OFaq — HO-(CH2) 10-COO_，NH4 叫 -11-氨基十一烷酸的銨鹽的氨基分解
Br-(CH2)1。-C00—，NH4: + NH2-(CH2) 10-COO_，NH4+a(1 — NH [ (CH2) 10-COOl 22NH4+aq。通過經由注射系統將優選在60°C至100°C溫度下的熔融11-溴代i^一烷酸(下面用縮寫Brll表示)分散在0°C至10°C的相對於Brll過量(即Brll⑶氏摩爾比為1:10和 1 60，優選1 30)的濃氨水(優選20至50重量％)中，進行步驟i)。特有地，11-溴代十一烷酸的氨解反應在特定溫度條件下進行，即該反應在遞增和非等溫的溫度下進行。更具體地，逐漸加熱反應介質(通過升溫程序或通過將反應介質排放到保持分離的一系列反應器中，這些反應器處於固定溫度但兩個連續反應器之間的溫度提高)。由此可以加速反應動力學和以非常顯著的方式減少11-溴代十一烷酸完全消耗時的反應時間，即減至少於80小時，優選減至少於75小時。有利地，本發明的方法能夠降低同時形成的不想要產物的量，特別是氨基雙十一烷酸的量，其在所得粗反應產物中的含量保持低於3500 ppm，優選低於2500 ppm。根據本發明的第一實施方案，如附圖1中所示，步驟ii)有利地在獨立地保持在受控溫度(Tl，T2,…Tn)下的一組串聯的反應器Rl，R2,…foi，2 ^ η ^ 25中連續進行。這組反應器的溫度分布的特徵在於，連續反應器之間的溫度遞增，這可以優選地在15 至25°C之間運行第一反應器(其接收11-溴代十一烷酸在氨水中的分散體)和在沈至40°C 的優選溫度下運行最後的反應器。在這種實施方案中，將反應介質從給定反應器轉移至後繼反應器，各反應器中的平均停留時間為1小時至30小時，能夠完全消耗11-溴代十一烷酸的反應總持續時間為20至80小時。優選通過結合步驟i)過程中成分(11-溴代十一烷酸和氨水)的入口溫度控制、步驟ii)的各反應器中使過量氨脫氣的控制(能夠冷卻該介質的吸熱現象)和用於步驟ii)的反應器的熱調節加熱系統的使用來進行各反應器的溫度控制。根據第二實施方案，如附圖2中所示，步驟ii)在獨立地保持在可變溫度下的一組並聯的反應器Rl，R2,…to，2 < η彡25中進行。各反應器具有在取決於所選溫度的給定時期中的升溫程序。在各反應器中，該程序的初始溫度優選為15至25°C，最終溫度為 26至40°C。根據起始和最終溫度和升溫程序，能夠完全消耗11-溴代十一烷酸的反應持續時間為20小時至80小時不等。為了保持這組反應器入口和出口處的恆定、有規律和連續的進料和出料，各反應器根據加料/反應/排空周期以相當於反應時間除以反應器數的時間長度運行。根據第三實施方案，如附圖3中所示，步驟ii)在保持在可變溫度T/下的反應器中非連續(分批模式)進行。該反應器具有對於在取決於所選溫度的給定時期中經給定數量的平穩期或升溫梯度的升溫程序。該程序的初始溫度優選為15至25°C，該反應器的最終溫度為沈至40°C。根據起始和最終溫度和升溫程序，能夠完全消耗11-溴代十一烷酸的反應持續時間為20小時至80小時。對該氨解法的各實施方案而言，應區分停留時間和反應時間停留時間取決於該設施的構造，例如以反應器的體積和數量、流向、攪拌或流動速率為特徵，而反應時間僅取決於能影響反應動力學的參數，包括溫度和濃度。在其第三變型中，本發明的氨解法還包括在步驟ii)結束時獲得的11-氨基十一烷酸上進行的過濾、洗滌和甩幹的步驟iii)。對由此獲得的反應產物施以附加提純步驟 iv)，優選通過下列操作序列進行再溶解、過濾、結晶、過濾、洗滌和甩幹。根據一個優選實施方案，本發明的方法還包括通過使氨脫氣、液/液萃取、結晶、 過濾和洗滌回收步驟iii)和/或iv)中獲得的各種濾液和洗滌水中的殘留11-氨基十一烷酸的步驟ν)。本發明的氨解法另外包括乾燥在步驟iv)中獲得的11-氨基十一烷酸的最終步驟，任選添加在步驟ν)中獲得的11-氨基十一烷酸。由此獲得的11-氨基十一烷酸含有適中量的雜質，主要為氨基雙十一烷基。其作為縮合反應中的單體的用途能夠獲得品質極好的聚醯胺PAll或Rilsan 。在閱讀下列本發明的非限制性實施例時可更好地理解本發明。本發明的實施例1 在6個平穩期中升溫的分批試驗
將660克3 氨水在0°C下置於配有以400 rpm的速度旋轉的帶有兩個5葉片螺旋槳的攪拌器軸的1升夾套式反應器中。快速滴加在90°C下的110克熔融11-溴代十一烷酸。 該反應在大氣壓下進行。在溴代酸添加完成時，將該介質的溫度設定點提高至22°C，隨後在反應介質上從22°C升溫至32°C，同時觀察到在22°C、M°C、26 V >28°C>30°C和32°C的12小時30分鐘的6個平穩期。反應進程(％AR)是指作為酸的起始量的函數，消耗的11-溴代十一烷酸的量。通過電位測定法(用銀電極和用硝酸銀滴定)定量測定由該反應釋放到該介質中的溴離子，由此測定消耗的溴代酸的量。溫度分布(作為時間的函數的溫度)和反應動力學(作為時間的函數的％AR)顯示在圖4中。最終粗反應產物在這種狀態下以自由流動的懸浮液形式回收，隨後通過加熱脫氣。通過HPLC進行這種粗產物中的氨基雙十一烷酸的定量測定。對比例2 在22°C下的等溫分批試驗
將660克3 氨水在0°C下置於配有以400 rpm的速度旋轉的帶有兩個5葉片螺旋槳的攪拌器軸的1升夾套式反應器中。快速滴加在90°C的110克熔融11-溴代十一烷酸。該反應在大氣壓下進行。在溴代酸添加完成時，將該介質的溫度設定點提高至22°C，隨後保持在22°C直至11-溴代十一烷酸完全消耗。溫度分布(作為時間的函數的溫度)和反應動力學(作為時間的函數的％AR)顯示在圖5中。最終粗反應產物在這種狀態下以自由流動的懸浮液形式回收，隨後通過加熱脫氣。通過HPLC進行這種粗產物中的氨基雙十一烷酸的定量測定。對比例3 在32°C下的等溫分批試驗
將660克3 氨水在0°C下置於配有以400 rpm的速度旋轉的帶有兩個5葉片螺旋槳的攪拌器軸的1升夾套式反應器中。快速滴加在90°C的110克熔融11-溴代十一烷酸。該反應在大氣壓下進行。在溴代酸添加完成時，將該介質的溫度設定點逐漸提高至32°C，隨後保持在32°C直至該溴代酸完全消耗。溫度分布(作為時間的函數的溫度)和反應動力學(作為時間的函數的％AR)顯示在圖6中。最終粗反應產物在這種狀態下以自由流動的懸浮液形式回收，隨後通過加熱脫氣。通過HPLC進行這種粗產物中的氨基雙十一烷酸的定量測定。
結果列在下表I中。A2代表以每千克懸浮液的ppm或毫克氨基雙十一烷酸表示的最終粗反應產物中的氨基雙十一烷酸含量。對比例2和3相當於其中在恆定溫度下進行氨解反應直至11-溴代十一烷酸完全消耗的兩種情況。因此必須使反應介質在22°C下保持6060分鐘以完全消耗11-溴代十一烷酸(實施例2)。根據實施例3，通過使該介質保持在更高溫度(32°C)，可以極大減少反應時間(-77. 4%)，但由此極大提高所形成的氨基雙十一烷酸的量(+87. 6%)。本發明的實施例1相當於在依據22°C至32°C的6個平穩溫度期提高的溫度下進行的氨解反應。與實施例2的比較表明，可以減少反應時間(-25. 9%))，而同時氨基雙十一烷酸僅略微提高大約12. 6%。
權利要求
1.由11-溴代十一烷酸製造11-氨基十一烷酸的方法，包括下列步驟i)在氨水溶液中分散熔融或非熔融的11-溴代十一烷酸的步驟，和ii)通過11-溴代十一烷酸與過量氨水在攪拌該反應介質和逐漸加熱該反應介質的條件下的反應進行氨解的步驟。
2.如權利要求1中所述的方法，其中步驟ii)在一組串聯的反應器Rl，R2,…1 ，2 ^ η ^ 25中連續進行，Rl是接收11-溴代十一烷酸在氨水中的分散體的反應器，這些反應器各自獨立地保持在分別地恆定並受控的溫度Tl，Τ2,…Tn下，這組反應器的溫度在兩個連續反應器之間遞增。
3.如權利要求2中所述的方法，其中反應器Rl的溫度Tl為15至25°C，最後的反應器 Rn的溫度Tn為洸至40°C。
4.如權利要求2或3中所述的方法，其中通過使在步驟i)過程中成分(11-溴代十一烷酸和氨水)的入口溫度的控制、步驟ii)的各反應器中過量氨的脫氣的控制和反應器Rl 至1 的熱調節的加熱系統的使用結合來控制各反應器的溫度。
5.如權利要求2至4任一項中所述的方法，其中將反應介質從給定反應器轉移至後繼反應器，在各反應器中的平均停留時間為1小時至30小時，能夠完全消耗11-溴代十一烷酸的反應總持續時間為20至80小時。
6.如權利要求1中所述的方法，其中步驟ii)在一組並聯的反應器R』1，R』2，… R』n，2 ^ η ^ 25中進行，這些反應器每個承受可變溫度。
7.如權利要求6中所述的方法，其中各反應器的初始溫度為15至25°C，各反應器的最終溫度為洸至40°C。
8.如權利要求6或7中所述的方法，其中各反應器根據加料/反應/排空周期以等於反應時間除以反應器數η的時間長度運行，以保持這組反應器入口和出口處的恆定、有規律和連續的供料和出料。
9.如權利要求1中所述的方法，其中步驟ii)在承受可變溫度Tf的反應器中非連續進行，所述反應器具有對於給定數量的平穩期或其持續時間取決於所選溫度的升溫梯度的升溫程序。
10.如權利要求9中所述的方法，其中該反應器的初始溫度為15至25°C，該反應器的最終溫度為洸至40°C。
11.如權利要求6、7、9和10之一所述的方法，其中根據起始和最終溫度和升溫程序，能夠完全消耗11-溴代十一烷酸的反應持續時間為20小時至80小時。
12.如權利要求9至11之一所述的方法，其中通過遵循在22°C、24°C、26°C、28V、30 V 和32°C的12小時30分鐘的6個平穩期對反應介質施加從22°C至32°C的升溫。
13.如前述權利要求任一項中所述的方法，其另外包括對在步驟ii)結束時獲得的 11-氨基十一烷酸進行的過濾、洗滌和甩幹的步驟iii)。
14.如權利要求13中所述的方法，其另外包括在步驟iii)結束時獲得的11-氨基十一烷酸的提純步驟iv)，優選通過下列操作序列進行再溶解、過濾、結晶、過濾、洗滌和甩幹。
15.如權利要求14中所述的方法，其另外包括通過使氨脫氣、液/液萃取、結晶、過濾和洗滌回收在步驟iii)和/或iv)中獲得的不同濾液和洗滌水中殘留的11-氨基十一烷酸的步驟ν)。
16.如權利要求14或15中所述的方法，其另外包括使在步驟iv)中獲得的11-氨基十一烷酸，其任選添加在步驟ν)中獲得的11-氨基十一烷酸，最終乾燥的步驟。
17.如權利要求1至12任一項中所述的方法，其中所獲得的粗反應產物中的氨基雙 i^一烷酸含量小於3500 ppm，優選小於2500 ppm。
18.如權利要求1至12和17任一項中所述的方法，其中引起11-溴代十一烷酸完全消耗的氨解步驟的持續時間小於75小時。
全文摘要
本發明涉及在能限制產生雜質，特別是仲胺類型的雜質的副反應並同時顯著地減少反應時間的條件下進行的11-溴代十一烷酸的氨解法。根據本發明，該方法包括下列步驟i)在氨水溶液中分散熔融或非熔融的11-溴代十一烷酸的步驟，和ii)通過11-溴代十一烷酸與過量氨在攪拌該反應介質和逐漸加熱該反應介質的條件下的反應的氨解步驟，所述條件足以獲得11-氨基十一烷酸同時完全消耗11-溴代十一烷酸。
文檔編號C07C229/08GK102256934SQ200980151029
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月15日 優先權日2008年12月19日
發明者皮斯 B., 勒布倫 S. 申請人:阿肯馬法國公司