N-一取代的羥基胺製備方法
2023-12-05 20:07:26
專利名稱：N-一取代的羥基胺製備方法
技術領域：
本發明涉及製備硝酮的新方法，尤其是涉及製備N-一取代的羥基胺的方法，其中包括用仲胺形成硝酮(nitrone)的步驟。
已知可用烷基羥基胺作為自由基清除劑和還原劑。這些化合物在處理鍋爐用水的過程中用作聚合抑制劑或防腐劑。與常規防腐劑如肼或亞硫酸鈉相比，烷基羥基胺優點是不僅能夠保護加熱管，而且還能夠保護冷凝系統。因此，可保護加工處理鍋爐用水的整個設備，使其不受腐蝕。
可用各種方法合成N-一取代的烷基羥基胺。EP 147879提出了這些烷基羥基胺製備方法，其中在鉑基或含鉑的氫化催化劑和添加劑如含氮的鹼和三價或五價有機磷化合物存在下使硝基烷烴還原。但這些烷基羥基胺貯存時不穩定(EP 321219)並且用硝基烷烴進行製備的方法的缺點是選擇性很低。
而且，已知硝酮酸解可製成N-一取代的烷基羥基胺。
硝酮是重要的合成中間體並且是優異的自由基清除劑。到目前為止，用仲胺製備硝酮的所有方法都涉及基於過渡金屬的催化劑。因此，在J.Chem.Soc.Commun.，p.874(1984)中，H.MITSUI et al.提出採用30％過氧化氫水溶液和鎢酸鈉在氬氣中0℃下將仲胺氧化成硝酮。然後用二氯甲烷作為溶劑從反應混合物中提取硝酮。
Shun-Ichi MURABASHI et al.(J.Org.Chem.，1990，55，1736-1744)通過在鎢酸鈉存在下用過氧化氫氧化二異丙基胺而獲得了二異丙基硝酮，收率為74％。
按照同一作者所述(Tetrahedron Letters，Vol.28，No.21，p.2383-2386)，在二氧化硒存在下用過氧化氫氧化仲胺也可獲得硝酮。因此，在甲醇中氧化二異丙基胺可獲得二異丙基硝酮，收率為66％。
雜多氧金屬化合物如過氧鎢磷酸鹽(PCWP)也已用於將仲胺氧化成硝酮。在這種情況下，溫度為0℃，溶劑為氯仿(S.SAKAVE et al.，Chemistry Letters，p.289-292(1992))。
按照E.MARCANTONI et al.在Tetrahedron Letters，Vol.36，No.20，3561-3562(1995)中所述，可在基於過渡金屬的催化劑存在下用脲-H2O2(UHP)配合物將仲胺氧化成硝酮。
現已發現以高收率製備硝酮的新方法，該方法的優點是可用水作為溶劑並且不涉及到基於過渡金屬的催化劑。不具有上述缺點的用仲胺製備N-一取代羥基胺的方法也構成本發明的主題。
本發明還有獲得有價值的含羰基的同系產品(醛或酮)的優點。
因此，本發明目的是提出用在至少一個相對於氮的α碳原子上包括至少一個氫原子的仲胺製備硝酮的方法，其特徵在於該仲胺在氧化劑和至少一種選自二氧化碳，碳酸氫鹽和碳酸鹽的化合物存在下氧化。
本發明可用下式仲胺
其中R1和R2相同或不同，表示含有1-8個碳原子的直鏈，支鏈或環狀烷基如甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，叔丁基，戊基，己基或環己基，芳基如苯基或甲苯基或芳烷基如苯甲基。
R1和R2也可相互連起來構成被取代或未被取代的環如吡咯烷，哌啶，六亞甲基亞胺或七亞甲基亞胺。
可有利地用非環狀仲胺，優選R1和R2相同的非環狀仲胺。
尤其優選的R1和R2選自甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基和異丁基。
優選用二異丙基胺。
環狀或非環狀仲胺轉化成硝酮的過程可用下式表示
雖然按照本發明形成硝酮的過程可在不存在溶劑的情況下進行，但該反應優選在溶劑存在下進行。溶劑可為水或極性有機溶劑如甲醇或丙酮。溶劑量可在很寬的範圍內變化。用量一般使溶劑/仲胺之質量比為0.1-10，優選為0.5-1。優選用水作溶劑。
反應在溶劑存在下進行時，仲胺可在引入溶劑之前，之中或之後引入反應器中。
將仲胺和任選的溶劑引入反應器的溫度一般為室溫和70℃之間。優選在室溫下引入仲胺和必要時的溶劑。
本發明方法中所用的氧化劑選自過氧化物，氫過氧化物和過酸。例子可舉出過氧化氫，叔丁基氫過氧化物或間氯過苯甲酸。優選用滴定度或濃度為5-70wt％(重量百分比)的過氧化氫溶液。過氧化氫濃度更優選為30-50wt％。
將仲胺轉化成硝酮所必要的氧化劑量一般使氧化劑/仲胺之摩爾比為1-4，優選為2左右。
按照本發明，氧化劑與至少一種選自二氧化碳，碳酸氫鹽和碳酸鹽的化合物一起應用。該化合物或這些化合物優選在氧化劑之前引入反應介質中。
在碳酸氫鹽中，可舉出碳酸氫銨或鹼金屬碳酸氫鹽如碳酸氫鈉或碳酸氫鉀。
在碳酸鹽中，可舉出碳酸銨或鹼金屬碳酸鹽如碳酸鈉或碳酸鉀。
這些製劑的用量一般使二氧化碳和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽/仲胺之摩爾比為0.1-1，通常為0.1-0.3。
優選的是，二氧化碳與氧化劑一起應用。
將仲胺氧化成硝酮的溫度一般為20-80℃，優選為50-70℃。
雖然仲胺的氧化可在高於大氣壓的壓力下進行，但該反應通常在大氣壓下進行。
本發明方法中獲得的硝酮可以溶液形式保存或用常規方法(蒸餾，萃取)與反應介質分離或直接水解成N-一取代羥基胺。
因此，本發明另一目的是涉及製備N-一取代羥基胺的方法，其中將上述硝酮水解。
按照本發明製備N-一取代羥基胺的方法的特徵在於將用在至少一個相對於氮的α碳原子上包括至少一個氫原子的仲胺在至少一種選自二氧化碳，碳酸氫鹽和碳酸鹽的化合物存在下用氧化劑製成的硝酮氧化。
硝酮水解在無機或有機酸存在下進行。無機酸可有利地選自鹽酸，硫酸或磷酸。優選用乙酸或草酸作為有機酸。
酸用量一般使H+/仲胺之摩爾比為0.9-2，優選1左右。
水解溫度優選同於仲胺氧化階段的溫度，即50-70℃。
硝酮水解一般在低於大氣壓的壓力下進行。也可採用恆定減壓或在水解期間逐漸降低的壓力，以便去除在非環狀硝酮情況下形成的含羰基的同系產品。
形成的N-一取代羥基胺通過減壓蒸發溶劑過程而以鹽形式分離出來。
非環狀硝酮的水解反應可下式表示
尤其優選的N-一取代羥基胺通式為R-NHOH，其中R為甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基或異丁基。有利的是，按照本發明得到異丙基羥基胺。
形成N-一取代羥基胺所需的水可在將硝酮引入反應器之前，之中或之後加入或來源於在硝酮形成階段用作溶劑的水。
而環狀硝酮水解形成包括羰基的官能化的N-一取代羥基胺。
環狀硝酮意指氮原子構成環的一部分的硝酮。
以下實施例詳述本發明。
以便過程向恆溫控制在17-30℃之間的溫度下的反應器中引入水，然後引入待氧化的仲胺。之後向反應器中引入二氧化碳和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽，同時進行攪拌。加料後，在約30分鐘內將反應混合物升溫到50-70℃的溫度下。在化合物達到預定溫度後，在1-3小時內加入氧化劑。
仲胺的轉化和硝酮的形成用氣相色譜法監控(50m ChrompackCPWAX51CB柱，FID探測器並通過溫度程序化和內部標準化進行分析)。
形成的硝酮可在仲胺完全轉化後與反應介質分離或直接水解。對於水解步驟，在仲胺完全消耗並且將反應介質壓力降到300-500毫巴之間的值之後引入酸。2-4小時後，反應介質的壓力再降到20-150毫巴之間的值。
N-一取代羥基胺再通過減壓蒸餾而以鹽形式回收。
實施例1室溫下向恆溫控制的1升反應器中引入86g水和170g二異丙基胺(DIPA，純度99％)。然後向反應器中引入17g CO2(Air Liquide N 45，純度高於99.995％)。將混合物加熱，同時進行攪拌。在混合物溫度達到65℃時，開始加熱45％過氧化氫水溶液，其中在2.5小時內加入255g過氧化氫水溶液。
DIPA完全消耗之後，即約4小時後(從反應開始時刻計算)，分離出二異丙基硝酮。
二異丙基硝酮收率為95％。
實施例2同於實施例1進行，只是二異丙基硝酮並不分離，而是直接水解。
因此，在二異丙基胺完全轉化之後，引入166g 37％的鹽酸。反應器中壓力降到350毫巴以使水解反應中同時生成的丙酮得以蒸餾除去。3小時後，壓力再降到25毫巴。在完全去除水之後，回收170g結晶N-異丙基羥基胺鹽酸鹽。這對應於以初始胺計收率為90％。
實施例3在實施例2所述的同樣條件下進行反應，只是採用下列反應物二乙胺(DEA)125g水 120gCO218g45％H2O2130g37％HCl150g
得到結晶N-乙基羥基胺鹽酸鹽，收率為72％。
實施例4操作條件與實施例2所述相同，只是所用反應器容量為250ml並且用各種酸進行水解。反應物量如下DIPA0.2mol(20g)水 20gCO22g35％H2O220g酸 0.2當量獲得對應的N-異丙基羥基胺(NIPHA)結晶鹽，收率為(NIPHA)2·H2SO4收率91％(NIPHA)·CH3COOH 收率84％(NIPHA)3·H3PO4收率87％(NIPHA)2·H2C2O4收率88％
權利要求
1.用仲胺製備硝酮的方法，其特徵在於在氧化劑和至少一種選自二氧化碳，碳酸氫鹽和碳酸鹽的化合物存在下將在至少一個相對於氮的α碳原子上包括至少一個氫原子的仲胺氧化。
2.權利要求1的方法，其特徵在於氧化劑為過氧化氫。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於反應在溶劑存在下進行。
4.權利要求3的方法，其特徵在於溶劑為水。
5.權利要求1-4中任何一項的方法，其特徵在於仲胺為二異丙基胺。
6.權利要求1-5中任何一項的方法，其特徵在於反應介質溫度為20-80℃。
7.權利要求6的方法，其特徵在於反應介質溫度為50-70℃。
8.權利要求1-7中任何一項的方法，其特徵在於氧化劑/仲胺之摩爾比為1-4。
9.權利要求1-8中任何一項的方法，其特徵在於二氧化碳和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽/仲胺之摩爾比為0.1-1。
10.權利要求9的方法，其特徵在於二氧化碳和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽/仲胺之摩爾比為0.1-0.3。
11.N-一取代羥基胺製備方法，其特徵在於將按照權利要求1-10中任何一項形成的硝酮水解。
12.權利要求11的方法，其特徵在於硝酮的水解在無機或有機酸存在下進行。
13.權利要求12的方法，其特徵在於H+/仲胺之摩爾比為0.9-2。
全文摘要
本發明提出製備硝酮的新方法，尤其是提出製備N-一取代羥基胺的方法，其中包括在氧化劑和至少一種選自二氧化碳，碳酸氫鹽和碳酸鹽的化合物存在下用仲胺形成硝酮的步驟。
文檔編號C07C291/02GK1157816SQ9611670
公開日1997年8月27日 申請日期1996年12月19日 優先權日1995年12月19日
發明者C·卡萊斯, R·泰西埃 申請人:埃勒夫阿託化學有限公司