CN101360726B - 叔胺的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及式(3)的叔胺的制备方法，其特征在于，在式(1)化合物或其聚合物与甲酸的混合物中，添加式(2)化合物。式中，R3表示氢原子、C1～C3的烷基。式中，R1和R2表示C1～C3的烷基。也可由R1、R2和氮原子形成环。式中，R1～R3与上述定义相同。
Description
技术领域
本发明涉及叔胺的制备方法。
背景技术
作为叔胺的制备方法，已知有原料使用醇或环醚等，在伯胺或仲胺与催化剂的存在下，在高温高压下脱水的所谓气相反应(例如专利文献1)。且还提出了将酰胺化合物在高温高压下催化氢化制备叔胺的方法(例如专利文献2)。
专利文献1：特开平04-342578号公报
专利文献2：日本专利第2553049号
该专利文献1和2的方法需要高温反应或高压反应等特殊反应的容器，所以在温和条件下不能实施。
作为温和条件下的反应，有使卤代烷基与仲胺反应的方法。尽管这确实是在常压下的反应，但需要将反应后生成的卤化氢中和，使用的碱与卤代烷基反应以致使收率降低。且生成的叔胺与卤代烷基的反应性一般比仲胺高，因此反应一直进行直至生成季盐，以致反应体系中混合存在仲胺、叔胺、季铵。不仅反应收率差，而且取出收率也大幅降低，因而不优选。且叔胺和仲胺的分离是由利用普通蒸馏的精制来实现的，尤其是在甲基化反应中，叔胺与原料仲胺的沸点差异不太大的化合物有很多，大多会引起取出时的收率降低、工序数增加。
本发明的课题在于，提供在一般的反应装置中，在温和条件下，原料没有残留、定量终止反应的叔胺的制备方法。
发明内容
本发明涉及下述发明。
1. 式(3)的叔胺的制备方法，其特征在于，在式(1)化合物或其聚合物与甲酸的混合物中，添加式(2)化合物。
(式中，R3表示氢原子、C1～C3的烷基。)
(式中，R1和R2表示C1～C3的烷基。也可由R1、R2和氮原子形成环。)
(式中，R1～R3与上述定义相同。)
2. 式(2)化合物为具有吡咯烷环化合物的制备方法。
3. 叔胺为N-甲基吡咯烷的制备方法。
本发明是在式(1)化合物或其聚合物与甲酸的混合物中，添加式(2)化合物的式(3)的叔胺的制备方法。
R3所示的基团具体如下。可举出氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基等，优选为氢原子、甲基。
R1～R2所示的基团具体如下。
作为C1～C3的烷基，可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基等碳数1～3的直链状、支链状或环状的烷基。作为优选烷基，优选为碳数1～3的直链状烷基。也可由R1、R2和氮原子形成5～7的环。具体可例示出吡咯烷、高哌啶、哌啶、哌嗪、吗啉等环。
作为式(1)化合物具体如下。可举出甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、异丁醛、低聚甲醛、低聚乙醛等。且作为其聚合物，可举出低聚甲醛、低聚乙醛等。
作为式(2)化合物具体如下。可举出二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、甲基乙胺、甲基丙胺、乙基丙胺、甲基异丙胺、乙基异丙胺、吡咯烷、高哌啶、哌啶、哌嗪、吗啉等。
作为式(3)的叔胺，例如可举出三甲胺、三乙胺、二乙基甲胺、甲基二丙胺、甲基二异丙胺、乙基二甲胺、二甲基丙胺、乙基甲基丙胺、乙基甲基异丙胺、甲基吡咯烷、乙基吡咯烷、丙基吡咯烷、异丙基吡咯烷、丁基吡咯烷、叔丁基吡咯烷、甲基高哌啶、乙基高哌啶、甲基哌啶、乙基哌啶、二甲基哌嗪、二乙基哌嗪、甲基乙基哌嗪、甲基吗啉、乙基吗啉等。
作为本发明的制备方法具体如下。
在具备回流冷却器的反应容器内，将式(1)化合物和甲酸混合。式(1)化合物和甲酸也可以以水溶液形式使用。尤其是在使用低沸点的甲醛、乙醛时，优选以水溶液形式使用，或以聚合物形式使用。作为甲醛水溶液的浓度，为20～50％，优选为30～40％。作为乙醛水溶液的浓度，为50～95％，优选为70～90％。作为甲酸水溶液的浓度，为60～100％，优选为80％以上。
式(1)化合物和甲酸的混合比例，优选为相对于式(1)化合物1摩尔，甲酸为1.0～5.0摩尔、优选为2.0～4.0摩尔。低于1.0摩尔时，有作为原料的式(2)化合物最终残留的可能，且导致式(2)化合物与烷基亚甲基结合的副产物大量生成。例如式(2)化合物为吡咯烷时，作为副产物大量生成二吡咯烷基甲烷；式(2)化合物为二甲胺时，则大量生成四甲基二氨基甲烷。超过5.0摩尔时，取出时需要大量使用碱，有不仅不经济，而且水层量增加，且目标产物的回收率也下降的可能。
式(2)化合物和式(1)化合物的摩尔比优选为，相对于式(2)化合物1摩尔，式(1)化合物为1.0～3.0摩尔、优选为1.0～2.5摩尔。当低于1.0摩尔时，有作为原料的式(2)化合物最终残留的可能。当高于3.0摩尔时，有未反应的式(1)化合物大量残留，取出时精制变得困难的可能。
然后，加热上述混合物。加热温度优选根据式(1)化合物的种类适当调节，通常优选为40～120℃的范围，特别优选为加热至回流温度。尽管加热温度受使用原料的沸点影响，但为了使添加的胺瞬间反应，优选尽可能在高温下进行。在低温下将3种成分混合后升温的反应模式导致反应剧烈进行，反应热与脱CO2的平衡导致存在暴沸的可能性，非常危险。
然后，在回流下将式(2)化合物添加到上述混合溶液中。添加的仲胺，尤其是只要是低沸点仲胺，既优选以水溶液形式使用。作为浓度，为30～90％，优选为40～80％。对于添加方法，因反应为放热反应，为不致引起剧烈反应，例如可举出滴入法、细流添加方法等。添加时间优选根据混合溶液的量适当调节，通常，相对于添加的仲胺的总量(100％)为5～50％/h、优选为10～30％/h左右。添加速度超过50％/h时，因反应热与脱CO2的平衡存在暴沸的可能性，非常危险。
添加终止后，为使反应进行完全，继续加热回流。反应温度可根据反应混合物的种类适当调节，通常优选为40～120℃的范围，特别优选为回流温度。反应时间可根据混合物的量适当调节，通常为1～24小时，优选为1～12小时，更优选为2～8小时。
反应终止后，将反应溶液冷却到10～50℃。冷却方法优选为水冷。
冷却后添加碱，将有机层和水层分离。作为添加的碱性试剂，可使用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化锂、碳酸锂或它们的水溶液。特别优选为氢氧化钠、氢氧化钾、或它们的水溶液。作为添加的碱量，优选为固体碱浓度/总量＝10～50％。作为添加温度，优选为室温～60℃左右。叔胺被分离到有机层中。添加量少时，不仅2层分离得不充分，而且即使分离成2层，作为目标的胺向有机层的分配率也会下降，因而不优选。根据需要，可用有机溶剂萃取。作为有机溶剂，可使用各种溶剂。一般可举出烃、卤化溶剂、醚类。在萃取后，通过蒸馏得到目标产物。蒸馏时，为容易精制，选择所萃取的胺的沸点与萃取溶剂的沸点的差异大的溶剂。萃取低沸点的胺时，优选高沸点烃溶剂等。而萃取高沸点的胺时，优选低沸点的醚类或卤化溶剂。
具体实施方式
下面根据实施例具体说明本发明，但本发明并不受这些实施例的限制。且在实施例和比较例中，各种物性的测定利用下述方法进行。
叔胺的鉴定
叔胺由1H-NMR的测定结果鉴定。原料的残留量和叔胺的收率由气相色谱法(GC)确定。
1H-NMR：BRUKER 300MHz
GC： SHIMADZU GC14B
使用色谱柱：Amipack 141(GL科学公司制)
实施例1 N-甲基吡咯烷的制备
向装有回流冷却器的1L四颈瓶中装入37％甲醛水溶液(和光纯药工业株式会社制)339.65g(2.95mol)和90％甲酸水溶液377.65g(7.38mol)。升温到回流温度(85℃)。由滴液漏斗用约5小时滴入吡咯烷(Py)175.00g(2.46mol)。滴入在保持回流下进行。滴入结束后，在回流下(104℃)反应6小时(反应收率99％，吡咯烷残留率0.3％)。冷却到室温，在冷却下添加48％NaOH水溶液625g，使内部温度不超过55℃。萃取分离成2层后的有机层(上层)。蒸馏上层214.46g(回收率98％，有机层组成：N-甲基吡咯烷94.7％，Py0.3％，MeOH(甲醛的稳定剂)0.6％，H2O 4.4％)，得到甲醇50ppm以下、吡咯烷50ppm以下、H2O 50ppm以下的N-甲基吡咯烷201.23g(96％)。通过1H-NMR确认目标产物。
1H-NMR(D2O)
δ1.61(m 4H)，2.14(s 3H)，2.34(m 4H)
实施例2～12
使吡咯烷(Py)、甲醛(HCHO)和甲酸(HCOOH)在表1所示比例、滴入时间、反应时间，回流下反应，得到目标产物N-甲基吡咯烷(NMP)。蒸馏后的收率示于表1。并且，在任一实施例中，原料Py的残留量均在50ppm以下。另外，在实施例2中，使用低聚甲醛(和光纯药工业株式会社制)，在实施例3中，减缓Py的添加速度。
表1
实施例13
除了将甲醛(2.95mol)变更为乙醛(和光纯药工业株式会社制，90％制品)(2.95mol)以外，与实施例1同样操作，得到N-乙基吡咯烷(蒸馏后收率95％，吡咯烷50ppm以下)。
比较例1
除了在吡咯烷和甲醛的混合溶液中添加甲酸以外，与实施例1同样操作，制备N-甲基吡咯烷。反应收率为56％，取出收率为20％(确认与吡咯烷的分离性差，取出收率大幅降低，且生成超过20％量的副产物二吡咯烷基甲烷)。
比较例2
除了在吡咯烷和甲酸的混合溶液中添加甲醛以外，与实施例1同样操作，制备N-甲基吡咯烷。反应收率为75％、取出收率为55％(与吡咯烷的分离性差，取出收率大幅降低)。
比较例3
向装有回流冷却器的1L四颈瓶中装入吡咯烷100.00g(1.41mol)和碳酸钾97.17g(0.70mol)、甲醇100ml，冷却到0℃。缓慢滴入碘甲烷209.56g(1.48mol)，使反应温度不超过5℃。滴入结束后，缓慢升温，在25℃下反应10小时，在回流下反应10小时(反应收率40％、吡咯烷残留率27％)。进行了通过蒸馏的精制，但难以与原料完全分离。
产业实用性
根据本发明，可在温和条件下，基本上定量地制备叔胺。
且根据本发明，可使目的产物叔胺中所含的原料式(2)化合物的残留量为微量，例如为100ppm以下，优选为50ppm以下。
Claims (5)
1.式(3)的叔胺的制备方法，其特征在于，在式(1)化合物或其聚合物与甲酸的混合物中，添加式(2)化合物，
式中，R3表示氢原子、C1～C3的烷基，
式中，R1和R2表示C1～C3的烷基；也可由R1、R2和氮原子形成环，
式中，R1～R3与上述定义相同。
2.权利要求1所述的制备方法，其中，式(2)化合物为具有吡咯烷环的化合物。
3.权利要求1所述的制备方法，其中，叔胺为N-甲基吡咯烷。
4.权利要求1～3任一项所述的制备方法，其中，目标产物叔胺中所含的原料式(2)化合物的残留量为100ppm以下。
5.权利要求1～3任一项所述的制备方法，其中，目标产物叔胺中所含的原料式(2)化合物的残留量为50ppm以下。
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