CN101918353B

CN101918353B - 制备脂肪酸烷醇酰胺的连续方法

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Publication number: CN101918353B
Application number: CN200980102037.2A
Authority: CN
Inventors: M·克鲁尔; R·莫施霍伊泽
Original assignee: Clariant Finance BVI Ltd
Current assignee: Clariant Finance BVI Ltd
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: AU2009231120A1; BRPI0909368A2; EA201001118A1; ES2496670T3; KR20110004840A; WO2009121485A8; US20110083956A1; MY159036A; CA2720327A1; DE102008017214B4; EA017153B1; DE102008017214A1; CN101918353A; EP2274272B1; EP2274272A1; WO2009121485A1; MX2010010762A

Abstract

本发明涉及制备脂肪酸烷醇酰胺的连续方法，该方法通过如下方式进行：使至少一种式(I)R³-COOH的脂肪酸与至少一种式(II)HNR¹R²的烷醇胺反应生成铵盐，然后在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管中，在微波辐射下，将该铵盐转化为脂肪酸烷醇酰胺，其中R³是含有5-50个碳原子的任选取代的脂族烃基，其中R¹是带有至少一个羟基、具有1-50个碳原子的烃基，R²是氢、R¹或具有1-50个碳原子的烃基。

Description

制备脂肪酸烷醇酰胺的连续方法

带有具有亲水特性的官能团的脂肪酸衍生物广泛用作表面活性物质。一系列重要的这类表面活性物质是非离子型两亲分子，其在很大程度上例如用作金属加工中的乳化剂、腐蚀防护剂、冷却润滑剂，用作矿物油工业中的润滑添加剂，用作聚烯烃的抗静电剂以及用作生产洗涤剂、清洗浓缩物、清洁剂、化妆品和药物的原料。

在这方面具有特殊意义的是尤其带有至少一个烷基的脂肪酸烷醇酰胺，所述烷基经由酰胺基键合且本身被至少一个赋予亲水特性的羟基取代。该羟基还可以在实际使用之前进一步衍生化，例如通过与氧化烯如环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷反应，或通过用适合的氧化剂氧化。与相应的酯相比，这种酰胺具有大大提高的水解稳定性。

脂肪酸烷醇酰胺的工业制备迄今为止依靠高成本和/或费时的制备方法，以实现商业上有利的产率。常规的制备方法需要与带有羟基的胺(下文称为烷醇胺)反应的活性羧酸衍生物，例如酸酐、酰基卤如酰氯、或酯，或者需要通过使用偶联剂例如N，N′-二环己基碳二亚胺进行反应物的原位活化。这些制备方法部分情况下产生大量不期望的副产物如醇、酸和盐，这些副产物必须从产物中分离出来并清除掉。然而，残留在产物中的这些次要产物和副产物的残留物在部分情况下可能引起非常不期望的效果。例如，卤素离子以及酸导致腐蚀；一些偶联剂以及由他们形成的副产物部分是毒性的、致敏的或甚至致癌的。

值得追求的羧酸与胺的直接热缩合没有带来令人满意的结果，因为不同的副反应降低了产率且在某些情况下还损害产品性能。在此，成问题的是烷醇胺的双官能度，其除了酰胺的形成外还很大程度上引起酯的形成。因为烷醇胺酯具有不同的性质，例如显著更低的水解稳定性和更低的水溶性，它们作为副产物在大多数应用中是不期望的。此外，酯酰胺(其中氨基和羟基被酰化)在表面活性剂溶液中导致不期望的混浊。虽然酯含量可以通过热处理被至少部分转化为酰胺，然而在该过程中如此制备的烷醇酰胺的颜色和气味由于为此所需的长反应时间而经常受损。然而，由于通常物理特性非常相似，酯部分以及酯酰胺部分的分离是非常困难的或根本不可能的。作为其他不期望的副反应，观察到在为了实现高转化率所需的长期加热的过程中例如羧酸的脱羧以及氨基的氧化和消除反应。通常，这些副反应(例如通过胺的氧化)导致了着色的副产物，并且不可能制备黑曾色值(根据DIN/ISO 6271)例如低于250的、尤其是对于化妆品应用所期望的无色产物。后者需要附加工艺步骤，例如漂白，然而漂泊本身需要添加其他助剂，且常常导致同样不期望的对酰胺气味的损害，或者导致不期望的副产物如过氧化物及其降解产物。

更近的合成酰胺的方法是羧酸和胺转化为酰胺的微波辅助转化法。

例如，Gelens等，Tetrahedron Letters 2005，46(21)，3751-3754公开了借助微波辐射来合成的多种酰胺。这其中也包括苯甲酸单乙醇酰胺，其以66％的产率获得。该合成在10ml容器内进行。

Massicot等，Synthesis 2001(16)，2441-2444描述了以mmol规模合成酒石酸的二酰胺。在采用乙醇胺的酰胺化中，二酰胺的产率达到了68％。

EP-A-0 884 305公开了在微波辐射下以mmol规模用2-羟基硬脂酸对2-氨基-1，3-十八烷二醇进行酰胺化，在该过程中以约70％的产率产生神经酰胺。

但是，迄今为止，仍没有实现将这种微波辅助反应的规模从实验室按比例放大至工业规模，因此，仍然没有开发出适于以对于工业规模应用有价值的时空产率每年生产数吨、例如数十吨、数百吨或者数千吨的设备。对此的原因一方面在于通常限于几毫米至少数几厘米的微波穿透到反应物料中的深度，这尤其使得以间歇法进行的反应只能局限于小容器；或者在搅拌的反应器中造成非常长的反应时间。由于随后出现的放电过程和等离子体的形成，使场强度的提高受到严格的限制，而这种提高对用微波辐射大量物质而言是值得期望的，特别是在迄今为止优选用于将化学反应按比例放大的多模设备中。此外，微波场的非均匀性在按比例放大时，在通常所使用的多模微波设备中带来问题，所述非均匀性会导致反应物料局部过热，是由或多或少辐射入微波炉中的微波在微波炉的壁上和反应物料上不受控制的反射造成的。此外，在反应过程中经常改变的反应混合物的微波吸收系数，会在可靠且可重现的反应进程方面带来困难。

C.Chen等，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，1990，807-809描述了一种连续的实验室微波反应器，其中反应物料通过安装在微波炉中的Teflon蛇形管传输。Cablewski等，J.Org.Chem.，1994，59，3408-3412描述了类似的连续实验室微波反应器，其用于实施很大范围的不同的化学反应。但是，在这两种情况下，多模运行的微波不允许被放大至工业领域。它们在反应物料的微波吸收方面的效率是低的，因为在多模微波辐射器中微波能量或多或少地被均匀分布在的辐射器空间内，并没有聚焦在所述蛇形管上。在此，显著提高射入的微波功率，会导致不期望的等离子体放电。此外，随着时间变化而变化的微波场中的空间不均匀性(被称为热区)，会使得工业规模上安全、可再现性的反应方案不可能实现。

单模或单一模式的微波辐射器也是已知的，其中采用单波模式工作，其仅仅在一个空间方向上传播，并通过具有精确尺寸的波导管聚焦到反应容器上。虽然这些设备能获得较高的局部场强，但是，由于其几何要求(例如，电场强度在其波峰处具有最大值，在节点处接近于零)，迄今为止，一直被局限于实验室规模的小反应体积(≤50ml)。

因此，找到了一种用于制备脂肪酸烷醇酰胺的方法，其中脂肪酸和烷醇胺还能够以工业规模在微波辐射下直接转化为烷醇酰胺。同时，应该获得尽可能大的转化率，即高达定量的转化率。尤其，副产物如烷醇胺酯和酯酰胺的比例应该尽可能低。该方法另外应当尽可能节能地制备脂肪酸烷醇酰胺，这意味着所使用的微波功率应该被反应混合物尽可能定量地吸收且该方法因此提供了高能量效率。烷醇酰胺应该还具有尽可能低的固有颜色。另外，该方法应该确保安全且可再现的反应进程。

令人惊讶地已经发现，在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管内，通过仅仅短时间地借助微波辐射进行加热，通过脂肪酸与烷醇胺在连续方法中直接反应，能够以工业相关的量制备脂肪酸烷醇酰胺。同时，射入到微波辐射器的微波能量几乎被反应物料定量地吸收。本发明的方法在实施过程中还具有高水平的安全性，并且能提供所调节出的反应条件的高再现性。根据本发明的方法所制备的烷醇酰胺不含有或者仅仅含有微小比例的烷醇胺酯和酯酰胺。与不采用其他处理步骤的常规制备方法相比，本发明的烷醇酰胺具有常规方法所不能获得的高纯度，以及低固有颜色。

本发明提供了制备脂肪酸烷醇酰胺的连续方法，该方法通过如下方式进行：使至少一种式I的脂肪酸与至少一种式II的烷醇胺反应生成铵盐，然后在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管中，在微波辐射下，将该铵盐转化为脂肪酸烷醇酰胺，

R³-COOH (I)

其中R³是具有5-50个碳原子的任选取代的脂族烃基，

HNR¹R² (II)

其中

R¹是带有至少一个羟基且具有1-50个碳原子的烃基，以及

R²是氢、R¹或具有1-50个碳原子的烃基。

本发明进一步提供了氨基酯和酯酰胺的含量低于5mol％的脂肪酸烷醇酰胺，其通过如下方式制得：

使至少一种式I的脂肪酸与至少一种式II的烷醇胺反应生成铵盐，然后在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管中，在微波辐射下，将该铵盐转化为脂肪酸烷醇酰胺，

R³-COOH (I)

其中R³是具有5-50个碳原子的任选取代的脂族烃基，

HNR¹R² (II)

其中R¹是带有至少一个羟基且具有1-50个碳原子的烃基，以及

R²是氢、R¹或具有1-50个碳原子的烃基。

作为式I的脂肪酸，通常在具有5-50个碳原子的任选取代的脂族烃基上具有至少一个羧基的化合物适合的。在一个优选的具体实施方案中，脂族烃基是未被取代的烷基或烯基。在另一个优选的具体实施方案中，脂族烃基是带有一个或多个例如2、3、4或更多个其他取代基的取代的烷基或烯基。适合的取代基例如是卤素原子、卤化烷基、C₁-C₅-烷氧基例如甲氧基、聚(C₁-C₅-烷氧基)、聚(C₁-C₅-烷氧基)烷基、羧基、酯基、酰胺基、氰基、腈基、硝基、磺酸基和/或具有5-20个碳原子的芳基例如苯基，前提是所述取代基在反应条件下是稳定的，且不参与任何副反应，例如消除反应。C₅-C₂₀-芳基本身又可以带有取代基，例如卤素原子、卤化烷基、C₁-C₂₀-烷基、C₂-C₂₀-烯基、C₁-C₅-烷氧基例如甲氧基、酯基、酰胺基、氰基、腈基和/或硝基。然而，该脂族烃基R³至多带有与其具有的化合价一样多的取代基。在一个特定具体实施方案中，脂族烃基R³带有其他羧基。因此，根据本发明的方法同样地适合于例如具有两个、三个或更多个羧基的多羧酸的酰胺化。利用根据本发明的方法的多羧酸与伯胺的反应也能够形成酰亚胺。

在此，特别优选的是带有这样的脂族烃基的脂肪酸(I)，所述脂族烃基具有6-30个碳原子和尤其具有7-24个碳原子例如具有8-20个碳原子。它们可以是天然或合成来源的。脂族烃基还可以含有杂原子，例如氧、氮、磷和/或硫，但优选不超过一个杂原子/3个碳原子。

脂族烃基可以是线性、支化或环状的。羧基可以键合于伯碳原子、仲碳原子或叔碳原子。其优选键合于伯碳原子。烃基可以是饱和或不饱和的。不饱和烃基含有一个或多个C＝C双键，优选一个、两个或三个C＝C双键。在羧基的α，β位上优选没有双键。例如，已经证明根据本发明的方法尤其对于制备多不饱和脂肪酸的烷醇酰胺是有利的，因为不饱和脂肪酸的双键在根据本发明的方法的反应条件下不被攻击。优选的脂环族烃基具有至少一个含有4、5、6、7、8或更多个环原子的环。

适合的脂族脂肪酸是例如己酸、环己酸、庚酸、辛酸、癸酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、12-甲基十三烷酸、十五烷酸、13-甲基十四烷酸、12-甲基十四烷酸、十六烷酸、14-甲基十五烷酸、十七烷酸、15-甲基十六烷酸、14-甲基十六烷酸、十八烷酸、异十八烷酸、花生酸、二十二烷酸和二十四烷酸，以及肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、十六碳二烯酸、δ-9-顺式十七碳烯酸、油酸、岩芹酸、十八碳烯酸、亚油酸、亚麻酸、鳕烯酸、二十碳-11-烯酸、二十碳二烯酸、花生四烯酸、鲸蜡烯酸、芥酸、二十二碳二烯酸和二十四碳烯酸以及十二碳烯基丁二酸、十八碳烯基丁二酸和它们的混合物。另外适合的是由天然脂肪和油例如棉子油，椰子油，花生油，红花油，玉米油，棕榈油，菜子油，橄榄油，芥子油，豆油，向日葵油，以及牛油，骨油和鱼油所获得的脂肪酸混合物。同样地适合于根据本发明的方法的脂肪酸或脂肪酸混合物是妥尔油脂肪酸以及树脂酸和环烷酸。

R¹带有优选2-20个碳原子，例如3-10个碳原子。另外，优选地，R¹是线性或支化烷基。该烷基可以插入杂原子例如氧或氮。R¹可以带有一个或多个，例如两个、三个或更多个羟基。该一个羟基或该多个羟基各自存在于烃基的伯或仲碳原子上。在R²也是R¹的情况下，优选的是带有总共至多5个，尤其1、2或3个羟基的胺。

在一个优选具体实施方案中，R¹是式III的基团：

-(B-O)_m-H (III)

其中

B是具有2-10个碳原子的亚烷基，以及

m是1-500的数。

B优选是具有2-5个碳原子的线性或支化亚烷基，特别优选是具有2或3个碳原子的线性或支化亚烷基，尤其是式-CH₂-CH₂-、-CH₂-CH₂-CH₂-和/或-CH(CH₃)-CH₂-的基团。

m优选是2-300的数，尤其是3-100的数。在一个特别优选的具体实施方案中，m是1或2。在m≥3和尤其是m≥5的烷氧基链的情况下，该烷氧基链可以是具有不同烷氧基单元，优选乙氧基和丙氧基单元的交替嵌段的嵌段聚合物链。该烷氧基链还可以是具有烷氧基单元的无规次序的链，或者均聚物。

在一个优选具体实施方案中，R²是氢、C₁-C₃₀-烷基、C₂-C₃₀-烯基、C₅-C₁₂-环烷基、C₆-C₁₂-芳基、C₇-C₃₀-芳烷基或具有5-12个环原子的杂芳族基团。所述烃基可以含有杂原子，例如氧和/或氮，并且任选含有取代基，例如卤素原子，卤代烷基，硝基，氰基，腈基和/或氨基。在另一个优选的具体实施方案中，R²是式IV的基团：

-(B-O)_m-R⁵ (IV)

其中

B和m具有式(III)所给出的定义，以及

R⁵是具有1-24个碳原子的烃基，尤其是具有1-24个碳原子的烷基、烯基、芳基或酰基。

R²特别优选表示具有1-20个碳原子，尤其是具有1-8个碳原子的烷基，以及具有2-20个碳原子，尤其是具有2-8个碳原子的烯基。这些烷基和烯基可以是线性、支化或环状的。适合的烷基和烯基是例如甲基，乙基，丙基，异丙基，正丁基，异丁基，己基，环己基，癸基，十二烷基，十四烷基，十六烷基，十八烷基，异硬脂基和油基。

在另一个特别优选的具体实施方案中，R²是具有1-4个碳原子的烷基，例如甲基或乙基。在一个特定的具体实施方案中，R²是氢。

根据本发明的方法优选适合于制备仲脂肪酸烷醇酰胺，即用于脂肪酸与其中R¹是带有至少一个羟基且具有1-50个碳原子的烃基以及R²是氢的烷醇胺的反应。

根据本发明的方法特别优选适合于制备叔脂肪酸烷醇酰胺，即用于脂肪酸与其中R¹是带有至少一个羟基并具有1-50个碳原子的烃基以及R²是具有1-50个碳原子的烃基或带有至少一个羟基并具有1-50个碳原子的烃基的烷醇胺的反应。在此，R¹和R²的定义可以是相同的或不同的。在特别优选的具体实施方案中，R¹和R²的定义是相同的。

适合的烷醇胺的粒子是氨基乙醇，3-氨基-1-丙醇，异丙醇胺，N-甲基氨基乙醇，N-乙氨基乙醇，N-丁基乙醇胺，N-甲基异丙醇胺，2-(2-氨基乙氧基)乙醇，2-氨基-2-甲基-1-丙醇，3-氨基-2，2-二甲基-1-丙醇，2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇，二乙醇胺，二丙醇胺，二异丙醇胺，二(二甘醇)胺，N-(2-氨基乙基)乙醇胺以及聚(醚)胺如具有4-50个氧化亚烷基单元的聚(乙二醇)胺和聚(丙二醇)胺。

该方法尤其适合于制备辛酸二乙醇酰胺、月桂酸单乙醇酰胺、月桂酸二乙醇酰胺、月桂酸二甘醇酰胺、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、椰子油脂肪酸二甘醇酰胺、硬脂酸单乙醇酰胺、硬脂酸二乙醇酰胺、硬脂酸二甘醇酰胺、妥尔油脂肪酸单乙醇酰胺、妥尔油脂肪酸二乙醇酰胺和妥尔油脂肪酸二甘醇酰胺。

在根据本发明的方法中，该脂肪酸优选与至少等摩尔量的烷醇胺反应，且更优选与过量的烷醇胺反应。烷醇胺与脂肪酸之间的反应与此相应地优选以至少1∶1，优选100∶1至1.001∶1，特别优选10∶1至1.01∶1，例如5∶1至1.1∶1的摩尔比进行，在所有情况下以反应混合物中的羧基与氨基的摩尔当量为基准计。在此，羧基几乎定量地被转化为酰胺。在特定的具体实施方案中，脂肪酸和胺以等摩尔量使用。

本发明的酰胺制备方法是按如下方式进行的：使脂肪酸与烷醇胺反应生成铵盐，随后，在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管中，用微波辐射所述盐。

优选在基本上为微波透明的反应管中，用微波对所述盐进行辐射，所述反应管处于与微波发生器相连的中空导体中。所述反应管优选在轴向上与所述中空导体的中心对称轴对齐。

所述起着微波辐射器作用的中空导体优选被设置为空腔谐振器的形式。还优选地，未被所述中空导体吸收的微波在其末端发生反射。通过将所述微波辐射器设置为反射型谐振器形式，在发生器所输送的相同功率下，能局部提高电场强度，以及提高能量利用率。

空腔谐振器优选以E_01n模式运行，其中n为整数，表示沿着所述谐振器的中心对称轴的微波的场极大值(Feldmaxima)的数目。在这种运行下，电场指向所述空腔谐振器的中心对称轴的方向。所述电场在中心对称轴区域中具有极大值，在朝着外壳面的方向上降低至零值。这种场结构以旋转对称的形式围绕所述中心对称轴存在。视所期望的反应物料通过反应管的流动速率、所要求的温度和所要求的在谐振器中的驻留时间而定，相对于所采用的微波辐射的波长，选择谐振器的长度。n优选为1～200的整数，特别优选地为2～100，特别地为4～50，尤其为3～20，例如3，4，5，6，7或8。

微波能量可通过具有适当尺寸的孔或狭缝，射入起着微波辐射器作用的中空导体中。在本发明的方法的一个特别优选的具体实施方案中，在处于具有微波的同轴通道的中空导体中的反应管中，采用微波对所述铵盐进行辐射。对于该方法特别优选的微波装置是由如下部分构成的：空腔谐振器、用于将微波场耦合到所述空腔谐振器的耦合装置，在相对的两个端壁上各自具有一个开口，用于使所述反应管穿过所述谐振器。微波优选通过穿入所述空腔谐振器中的耦合针，被射入所述空腔谐振器中。优选地，所述耦合针被设置为金属内导管结构，所述导管优选起着耦合天线的作用。在一个特别优选的具体实施方案中，该耦合针通过一个末端开口进入所述空腔谐振器中。所述反应管特别优选地连接到所述同轴通道的内导管上，且特别是将所述反应管通过其空腔导入到所述空腔谐振器中。所述反应管优选在轴向上与所述空腔谐振器的中心对称轴对齐，为此，所述空腔谐振器优选在两个相对的端壁上各自具有一个中心开口，用于使所述反应管通过。

微波可例如通过同轴连接管，被送入所述耦合针或者送入所述起着耦合天线作用的内导管中。在一个优选的具体实施方案中，微波场通过中空导体输送给所述谐振器，在这种情况下，穿出所述空腔谐振器的耦合针的末端，通过所述中空导体壁中的开孔，被送入位于所述中空导体中，从所述中空导体抽取微波能量，并将其射入所述谐振器中。

在一个特定的具体实施方案中，在微波透明反应管中，用微波对所述盐进行辐射，所述反应管轴对称地处于具有微波的同轴通道的E_01n圆中空导体中。在这种情况下，所述反应管通过起着耦合天线作用的内导管的空腔，被送入所述空腔谐振器中。在另一个优选的具体实施方案中，在微波透明的反应管中，用微波对所述盐进行辐射，使所述反应管通过具有轴向微波输入装置的E_01n空腔谐振器，其中如此设定所述空腔谐振器的长度，使得形成n＝2或多个微波的场极大值。在另一个优选的具体实施方案中，在微波透明的反应管中，用微波对所述盐进行辐射，所述反应管轴对称地处于具有微波的同轴通道的圆柱形E_01n空腔谐振器中，其中如此设定所述空腔谐振器的长度，使得形成n＝2或更多个场极大值。

微波发生器，例如磁控管、速调管和回旋管，是本领域技术人员所公知的。

用于实施本发明的方法的反应管，优选由基本上为微波透明的、高熔点材料所制造。特别优选地采用非金属反应管。此处，“基本上为微波透明的”，应当被理解为能吸收尽可能少量的微波能量并将其转化为热的材料。作为物质吸收微波能量并将其转化为热的能力的标准通常采用介电损耗因子tanδ＝ε″/ε′。所述介电损耗因子tanδ被定义为介质损耗ε″与介电常数ε′的比值。不同材料的tanδ的例子已在，例如D.Bogdal，Microwave-assisted Organic Synthesis，Elsevier 2005中报道。对于适用于本发明的反应管而言，具有在2.45GHz和25℃下测得的小于0.01，特别地小于0.005，尤其是小于0.001的tanδ值的材料是优选的。作为优选的微波透明且热稳定的材料，主要考虑矿物质基材料，例如石英、氧化铝、氧化锆等。同样适合作为管材料的是热稳定的塑料，如特别地为含氟聚合物，例如Teflon，以及工业塑料如聚丙烯或者聚芳醚酮，例如玻璃纤维增强的聚醚醚酮(PEEK)。为了经受反应过程中的温度条件，已经证明有利的尤其是使用这些塑料涂覆的矿物质如石英或氧化铝作为反应器材料。

特别适于本发明的方法的反应管具有1mm～约50cm，尤其是2mm～35cm，例如5mm～15cm的直径。此处，反应管应当被理解为是指长径比大于5，优选为10～100000，特别优选地为20～10000，例如30～1000的容器。此处，反应管的长度应当被理解为这样的区段，所述微波辐射在该区段上进行。在所述反应管中，可装入扰流板/或其他混合元件。

特别适于本发明的方法的E₀₁空腔谐振器优选具有对应于所采用的微波辐射的至少半波长的直径。空腔谐振器的直径优选为所采用的微波辐射的半波长的1.0～10倍，优选为1.1～5倍，尤其是2.1～2.6倍。E₀₁空腔谐振器优选具有圆的横截面，这也被称为E₀₁圆中空导体。特别优选地，其具有柱状形状，特别是圆柱状。

所述反应管通常在其入口处装有计量泵和压力计，在其出口处具有保压装置和热交换器。这使得反应能在非常宽的压力和温度范围内进行。

胺与脂肪酸生成铵盐的反应，能以连续法、间歇法或半间歇法的方式进行。这样，所述铵盐的制备可采用逆流式(半)间歇法，例如在一个搅拌容器中实施。所述铵盐优选原位获得，不进行分离。在优选的具体实施方案中，彼此独立地任选用溶剂稀释胺和脂肪酸反应物，在很快就要进入所述反应管时才进行混合。例如，已经证明特别有利的是如下情况：胺与脂肪酸生成铵盐的反应在混合区段中进行，由该区段将所述铵盐，任选在中间冷却之后，输送到反应管中。还优选地，将反应物以液体形式提供给本发明的方法。为此，能采用具有较高熔点和/或较高粘度的反应物，例如以熔融状态和/或与溶剂混合的状态，例如以溶液、分散体或乳液形式。可将催化剂(只要采用)，在进入反应管之前，加入到反应物中或者也加入到反应物混合物中。还能通过本发明的方法，将固态、粉状和非均相体系转化，在这种情况下，只需要采用用于传送反应物料的适当工业设备即可。

所述铵盐既可在通过内导管的末端处，也可在相对的一端输入所述反应管。

通过改变管的横截面、辐射区域的长度(这应当被理解为是指反应管的区间，在该区间中反应物料被暴露于微波辐射)、流动速率、空腔谐振器的几何形状、射入的微波功率以及在此获得的温度，可如此调节反应条件，使得能尽快地获得最高的反应温度，并且使得在最高温度下的驻留时间如此短，以至于发生尽可能低水平的副反应或其他反应。为了使反应进行完全，反应物料可任选在中间冷却之后多次地通过反应管。在许多情况下，已经证明有利的是，如果在离开反应管之后，立即对反应产物进行冷却，例如通过水套冷却或减压。在较慢反应的情况下，通常证明有利的是，在反应产物离开反应管之后，将其在反应温度下保持一定时间。

本发明的优点在于，其能在纵轴处于单模微波辐射器，特别是例如具有微波的同轴通道的E₀₁空腔谐振器的微波传播方向上的反应管中，在微波场的对称中心，非常均匀地辐射反应物料。本发明的反应器设计使得反应也能在非常高的温度和/或压力下进行。通过提高温度和/或压力，即使与公知的微波反应器相比，也能观察到转化率和产率的明显提高，同时又不产生不期望的副反应和/或褪色。令人惊讶的是，在被射入到所述空腔谐振器中的微波能量方面，这能获得非常高的效率，其典型地为大于50％，通常为大于80％，在一些情况下为大于90％，在特殊情况下为大于95％，例如大于98％的射入的微波功率，因此，与常规制备方法以及现有技术中的微波法相比，具有经济和生态方面的优势。

本发明的方法还能实施可控的、安全且具有再现性的反应方案。由于反应管中的反应物料与微波的传播方向平行地运动，公知的过热现象(其是由不受控制的场分布所导致的，这种场分布会由于场强度的变化而导致局部过热，例如在波峰和节点处)，会由于反应物料的这种流动方式而抵消。所述的优点还能使得在高微波功率下进行反应，例如大于10kW或大于100kW；这样，其与仅仅在空腔谐振器中的短暂的驻留时间结合，使得在一个工厂中每年能获得100和更多吨的大产量。

在此特别令人惊讶的是，尽管所述铵盐在具有连续流的流动管中，仅仅在微波场停留非常短暂的时间，却发生了转化率一般为大于80％，经常地甚至为大于90％，例如大于95％(基于所用较少的组分)的酰胺化反应，而没有显著形成副产物。在将这些铵盐在具有相同的加热套的流动管中进行相应的转化反应时，获得适当的反应温度需要非常高的壁温，这种高温会导致着色的物质的生成，在相同的时间内，只能形成很少的酰胺。

优选将由微波辐射所引起的温度升高优选限制于最高500℃，例如通过调节微波强度、流速和/或通过冷却反应管，例如通过氮流。已经证明特别有利的是在150℃至最高400℃，尤其180℃至最高300℃，例如在200℃至270℃的温度下进行反应。

微波辐射的持续时间取决于各种因素，例如反应管的几何结构、射入的微波能量、特定反应和所需转化率。典型地，该微波辐射进行的时间少于30分钟，优选为0.01秒钟到15分钟，更优选0.1秒钟到10分钟，特别是1秒钟到5分钟，例如5秒钟到2分钟。调节微波辐射的强度(功率)，使得反应混合物在离开空腔谐振器时具有所需的最高温度。在优选的具体实施方案中，在微波辐射结束之后，反应产物立即尽可能快速地冷却到在120℃以下，优选在100℃以下，特别是在60℃以下的温度。

反应优选在0.01到500巴，更优选1巴(大气压力)到150巴，特别是1.5巴到100巴，例如3巴到50巴的压力下进行。已经发现，在升高的压力下操作是特别有用的，这包括在反应物或产物或任何存在的溶剂的沸点(在标准压力下)以上操作和/或在反应过程中形成反应水以上的温度操作。更优选将压力调节至足够高的水平，使得反应混合物在微波辐射期间保持在液态，不沸腾。

为了避免副反应以及制备最高纯度的产物，已经发现，在惰性保护气体例如氮气、氩气或氦气的存在下处理反应物和产物是有用的。

在优选的具体实施方案中，通过在脱水催化剂的存在下操作来加速或完成反应。优选在酸性无机、有机金属或有机催化剂或这些催化剂的两种或多种的混合物的存在下操作。

在本发明的意义上的酸性无机催化剂包括例如硫酸、磷酸、膦酸、次磷酸、硫化铝水合物、明矾、酸性硅胶和酸性氢氧化铝。另外，例如，通式Al(OR¹⁵)₃的铝化合物和通式Ti(OR¹⁵)₄的钛酸酯可用作酸性无机催化剂，其中R¹⁵基团可以各自是相同或不同的，彼此独立地选自C₁-C₁₀烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、1，2-二甲基丙基、异戊基、正己基、仲己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基或正癸基，C₃-C₁₂环烷基，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基、环十一烷基和环十二烷基；优选的是环戊基、环己基和环庚基。Al(OR¹⁵)₃或Ti(OR¹⁵)₄中的R¹⁵基团优选各自是相同的，且选自异丙基、丁基和2-乙基己基。

优选的酸性有机金属催化剂为，例如，选自二烷基氧化锡(R¹⁵)₂SnO，其中R¹⁵如上述定义。特别优选的酸性有机金属催化剂的代表是二正丁基氧化锡，其以“Oxo-Zinn”或者Fascat

商标商购获得。

优选的酸性有机催化剂为具有，例如如下基团的酸性有机化合物：磷酸基、磺基、硫酸基或膦酸基。特别优选的磺酸含有至少一个磺基、乙基至少一个具有1～40个碳原子，优选为具有3～24个碳原子的、饱和或不饱和的、直链、支链和/或环状的烃基。特别优选地为芳族磺酸，特别是具有一个或多个C₁-C₂₈烷基的烷基芳族单磺酸E，特别是具有C₃-C₂₂烷基的那些。适当的例子为甲磺酸、丁磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸、2-均三甲基苯磺酸、4-乙基苯磺酸、异丙基苯磺酸、4-丁基苯磺酸、4-辛基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、二(十二烷基)苯磺酸、萘磺酸。还能采用酸性离子交换剂作为酸性有机催化剂，例如用约2mol％的二乙烯基苯交联的含磺基的聚(苯乙烯)树脂。

对于本发明的方法的实施而言，特别优选的是硼酸、磷酸、多磷酸和聚苯乙烯磺酸。特别优选地为通式Ti(OR¹⁵)₄的钛酸酯，尤其是四丁氧基钛和四异丙氧基钛。

如果希望采用酸性无机、有机金属或有机催化剂，根据本发明，采用0.01～10重量％，优选为0.02～2重量％的催化剂。在一个特别优选的具体实施方案中，不采用催化剂。

在一个优选的具体实施方案中，微波辐射是在酸性固体催化剂的存在下进行的。这包括将所述固体催化剂悬浮在任选与溶剂混合的铵盐中，或者有利地，使任选与溶剂混合的铵盐从固定床催化剂上通过，并将其暴露于微波辐射中。适当的固体催化剂为，例如，沸石、硅胶、蒙脱土和(部分)交联的聚苯乙烯磺酸，其可任选与催化活性的金属盐混合。可被用作固体相催化剂的、基于聚苯乙烯磺酸的适当的酸性离子交换剂可由，例如Rohm & Haas以Amberlyst

的商标名获得。

已经证明有利的是在溶剂的存在下进行操作，以便例如降低反应介质的粘度和/或使所述反应混合物(只要其是非均相的)流化。为此，原则上可采用在所采用的反应条件下为惰性的、并且不与反应物或生成的产物反应的所有溶剂。在选择适当的溶剂时的一个重要的因素是其极性，这首先决定了溶解性，其次，决定了与微波辐射的相互作用程度。在选择适当的溶剂时的一个特别重要的因素是其介电损耗ε″。介电损耗ε″描述了在物质与微波辐射相互作用中被转化成热的微波辐射的比例。已经证明对于用于实施本发明的方法的溶剂的适用性而言，后一个值是一个特别重要的标准。已经证明特别有利的是，在具有尽可能小的微波吸收性，因此对反应体系的加热仅仅做出少量贡献的溶剂中进行反应。优选用于本发明的方法的溶剂具有在室温和2450MHz下测得的为小于10，优选为小于1，例如小于0.5的介电损耗ε″。对不同溶剂的介电损耗的综述，可参见，例如B.L.Hayes的“Microwave Synthesis”，CEM Publishing 2002。适用于本发明的方法的溶剂特别地为ε″值小于10的那些，例如N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺或丙酮，特别地为ε″值小于1的溶剂。ε″值小于1的特别优选的溶剂的例子为芳族和/或脂肪族烃，例如甲苯、二甲苯、乙苯、萘满、己烷、环己烷、癸烷、十五烷、十氢化萘，以及商品烃混合物，如轻质汽油馏分、煤油、溶剂石脑油、Shellsol

AB、Solvesso

150、Solvesso

200、Exxsol

、Isopar

以及Shellsol

产品。具有优选为低于10，特别是低于1的ε″值的溶剂混合物，同样也是实施本发明的方法所优选的。

原则上，本发明的方法也能在具有较高ε″值的溶剂中进行，例如5或更高，如特别地具有10或更高的ε″值的溶剂。但是，在此所观察到的反应混合物的加速放热，需要用于保持最高温度的特殊措施。

只要在溶剂的存在下操作，其在反应混合物中的比例优选为2～95重量％，尤其为5～90重量％，特别地为10～75重量％，例如30～60重量％。特别优选地在不采用溶剂的条件下进行反应。

微波是指具有约1cm～1m的波长、约300MHz～30GHz的频率的电磁射线。该频率范围原则上适于本发明的方法。对于本发明的方法而言，优选采用具有工业、科研和医疗应用场合所认可的频率的微波辐射，例如具有915MHz、2.45GHz、5.8GHz或27.12GHz的频率。

为了实施本发明的方法射入空腔谐振器中的微波功率，特别地取决于反应管的几何形状，因此也取决于反应体积以及所需要的辐射时间。其典型地为200W至数百kW，特别地为500W～100kW，例如1kW～70kW。其可由一个或多个微波发生器产生。

在一个优选的具体实施方案中，所述反应是在耐压的惰性反应管中进行的，在这种情况下，形成的反应水和可能的反应物，以及如果存在的溶剂会导致压力形成。在反应结束之后，可通过减压，将所述过压用于水、过量的反应物以及任选的溶剂挥发并分离出来，和/或用于冷却反应产物。在另一个具体实施方案中，在冷却和/或减压之后，通过常规方法，例如相分离、蒸馏、汽提、闪蒸和/或吸收，将所形成的反应水分离出来。

为了完全转化，在很多情况下，已经证明有利的是，在除去反应水，以及任选地，排出产物和/或副产物之后，将获得的粗产物再次暴露于微波辐射中，在这种情况下，任选地补充所用的反应物的比例，以补充消耗的或不足量的反应物。

经由本发明途径制备的烷醇酰胺通常以足够用于进一步用途的纯度而获得。然而，对于特定的要求来说，可以通过常规纯化方法(例如蒸馏、重结晶、过滤或色谱方法)对它们进行进一步纯化。

本发明的方法能以高产率和高纯度，以工业规模的量，非常快地、节能地且廉价地制备脂肪酸烷醇酰胺。通过在旋转对称的微波场的中心区域中对铵盐进行非常均匀的辐射，能获得安全的、可控的并且可再现的反应进程。同时，通过在充分利用入射的微波能量的情况下非常高的效率，获得了比已知的制备方法明显要高的经济可行性。在这种方法中，不会产生明显量的副产物。

尤其是，根据本发明的方法制备的烷醇酰胺仅具有低含量的烷醇胺酯和酯酰胺。其水溶液因此是透明的，与通过热缩合制备的相应脂肪酸烷醇酰胺相反，没有由酯酰胺所引起的浑浊。根据本发明制备的酰胺的固有颜色对应于低于200，在某些情况下低于150，例如低于100的黑曾色值(根据DIN/ISO 6271)，而根据常规方法低于250的黑曾色值不能在没有附加工艺步骤的情况下获得。因为通过根据本发明的方法制备的烷醇酰胺另外不含由该方法带来的偶联剂的残留物或其转化产物，它也能毫无问题地在毒理学敏感领域例如化妆品和药物制剂中使用。

基于存在的脂肪酸和脂肪酸衍生物的总和计，根据本发明制备的烷醇酰胺含有优选低于5mol％，尤其低于2mol％，特别是基本上不含由烷醇胺的羟基的酰化所产生的酯或酯酰胺。“基本上不含酯和烷醇胺酯”被理解为酯和酯酰胺的总含量低于1mol％并且不能被常规分析方法例如¹H NMR谱法检测到。

这种快速和选择性反应不能通过常规方法来实现，并且预计仅仅通过加热到高温是不能实现的。通过根据本发明的方法制备的产物常常是如此纯的，以至于不需要进一步的后处理或加工步骤。

实施例

在微波辐射下进行的铵盐的转化，是在陶瓷管(60×1cm)中进行的，所述陶瓷管是以轴对称的形式存在于圆柱形空腔谐振器(60×10cm)中的。在所述空腔谐振器的一个端面上，陶瓷管通过起着耦合天线作用的内导管的空腔。将具有2.45GHz的频率，由磁控管产生的微波场，通过耦合天线的方式射入所述空腔谐振器中(E₀₁空腔加热器；单模)。

在每种情况下，以使得处于辐射区域末端的反应物料的所期望的温度保持恒定的方式，随着时间的变化，对微波功率进行调节。因此，在实验说明中提及的微波功率表示在一段时间内射入的微波功率的平均值。反应混合物的温度，是在其离开反应区域(在绝缘不锈钢毛细管中大约15cm距离，

)后，用Pt100温度传感器直接测量的。未被反应混合物直接吸收的微波能量，在位于与耦合天线相对的一端的空腔谐振器的末端面发生反射；在返回路径上仍未被反应混合物吸收的微波能量、以及在磁控管的方向上反射回去的微波能量，借助于棱镜体系(循环器)，被导入含水容器中。射入的能量和该水所含的热量的差，被用于计算导入到反应物料中的微波能量。

通过高压泵和适当的泄压阀，反应管中的反应混合物被置于总是足以使所有的反应物和产物或者缩合产物保持液态的工作压力下。将由脂肪酸和胺所制备的反应混合物，以恒定的流速，泵经所述反应管，通过改变流速，调节在辐射区域中驻留时间。

反应产物用¹H NMR波谱仪，在500MHz下，在CDCl₃中进行分析。性质通过原子吸收光谱法测定。

实施例1：椰油脂肪酸单乙醇酰胺的制备

在10升Büchi搅拌式高压釜中，预置5.1kg熔融的椰油脂肪酸(25mol)，并且在温和冷却的同时缓慢地用1.5kg的乙醇胺(25mol)对其进行掺混。在放热反应中，形成了椰油脂肪酸乙醇铵盐。

将如此获得的铵盐在熔融状态下在120℃和25巴的工作压力下连续地以5l/h的流速通过反应管泵送，并暴露于2.2kW的微波功率，该微波功率的90％被反应物料所吸收。反应混合物在辐射区中的停留时间为约34秒。在反应管的末端，反应混合物具有265℃的温度。

达到了理论值的94％的转化率。反应产物是基本上无色的。在蒸馏除去反应水和过量乙醇胺之后，获得6.0kg纯度为93.5％的椰油脂肪酸单乙醇酰胺。如此获得的椰油脂肪酸单乙醇酰胺含有总共低于1mol％的氨基酯和酯酰胺。

实施例2：N-(2-羟乙基)月桂酰胺的制备

在10升Büchi搅拌式高压釜中，预置4.00kg熔融的月桂酸(20mol)，并且在冷却的同时缓慢地用1.34kg的乙醇胺(22mol)对其进行掺混。在放热反应中，形成了月桂酸单乙醇铵盐。

将如此获得的铵盐在熔融状态下在120℃和25巴的工作压力下以5l/h的流速连续地通过反应管泵送，并暴露于2.2kW的微波功率，该微波功率的92％被反应物料所吸收。反应混合物在辐射区中的停留时间为约34秒。在反应管的末端，反应混合物具有270℃的温度。

达到了理论值的96％的转化率。反应产物是浅黄色的。在蒸馏除去反应水和过量乙醇胺之后获得了4.7kg纯度为95％的N-(2-羟乙基)月桂酰胺。如此获得的月桂酸单乙醇酰胺含有总共1.5mol％的氨基酯和酯酰胺。

实施例3：月桂酸与2-(2-氨基乙氧基)乙醇的反应

在10升Büchi搅拌式高压釜中，预置4.00kg熔融的月桂酸(20mol)，并且在温和冷却的同时缓慢地用2.1kg的2-(2-氨基乙氧基)乙醇(20mol)对其进行掺混。在放热反应中，形成了铵盐。

将如此获得的铵盐在熔融状态下在90℃和20巴的工作压力下以4l/h的流速连续地通过反应管泵送，并暴露于2.9kW的微波功率，该微波功率的95％被反应物料所吸收。反应混合物在辐射区中的停留时间为约42秒。在反应管的末端，反应混合物具有265℃的温度。

达到了理论值的95％的转化率。反应产物是浅黄色的。在蒸馏除去反应水之后，获得了5.6kg纯度为94％的N-月桂酰基-2-(2-氨基乙氧基)乙醇酰胺。如此获得的N-月桂酰基-2-(2-氨基乙氧基)乙醇酰胺含有低于1mol％的氨基酯和酯酰胺。

实施例4：双(2-羟乙基)油酰胺的制备

在10升Büchi搅拌式高压釜中，预置5.65kg工业级油酸(20mol)，并且在温和冷却的同时缓慢地用2.1kg二乙醇胺(20mol)对其进行掺混。在放热反应中，形成了油酸二乙醇铵盐。

将如此获得的铵盐在熔融状态下在100℃和25巴的工作压力下以9.3l/h的流速连续地通过反应管泵送，并暴露于3.5kW的微波功率，该微波功率的93％被反应物料所吸收。反应混合物在辐射区中的停留时间为约18秒。在反应管的末端，反应混合物具有275℃的温度。

达到了理论值的96％的转化率。反应产物是浅黄色的。在蒸馏除去反应水之后，获得了7.1kg纯度为95％的双(2-羟乙基)油酰胺。如此获得的双(2-羟乙基)油酰胺含有总共低于1mol％的氨基酯和酯酰胺。就分裂方式和积分而言，产物的烯属质子的¹H NMR信号与所使用的油酸相比没有变化。

实施例5：椰油脂肪酸二乙醇酰胺的制备

在10升Büchi搅拌式高压釜中，预置5.1kg熔融的椰油脂肪酸(25mol)，并且在温和冷却的同时缓慢地用2.6kg二乙醇胺(25mol)对其进行掺混。在放热反应中，形成了椰油脂肪酸二乙醇铵盐。

将如此获得的铵盐在熔融状态下在110℃和25巴的工作压力下以5l/h的流速连续地通过反应管泵送，并暴露于2.0kW的微波功率，该微波功率的92％被反应物料所吸收。反应混合物在辐射区中的停留时间为约34秒。在反应管的末端，反应混合物具有270℃的温度。

达到了理论值的92％的转化率。反应产物是基本上无色的。在蒸馏除去反应水和过量二乙醇胺之后，获得了7.1kg纯度为91％的椰油脂肪酸二乙醇酰胺。如此获得的椰油脂肪酸二乙醇酰胺含有总共低于1mol％的氨基酯和酯酰胺。

Claims

1.制备脂肪酸烷醇酰胺的连续方法，该方法通过如下方式进行：使至少一种式I的脂肪酸与至少一种式II的烷醇胺反应生成铵盐，然后在纵轴处于单模微波辐射器的微波传播方向上的反应管中，在微波辐射下，其中微波辐射在150-500℃的温度和1.5-500巴的压力下进行，将该铵盐转化为脂肪酸烷醇酰胺，其中在基本上为微波透明的反应管中采用微波对所述盐进行辐射，所述反应管处于通过波导管与微波发生器相连的中空导体中，

R³-COOH (I)

其中R³是具有5-50个碳原子的脂族烃基，该烃基带有一个或多个选自如下的取代基：卤素原子、卤化烷基、C₁-C₅-烷氧基、聚(C₁-C₅-烷氧基)、聚(C₁-C₅-烷氧基)烷基、羧基、酯基、酰胺基、氰基、硝基、磺酸基和具有5-20个碳原子的芳基，其中所述C₅-C₂₀-芳基可以带有选自如下的取代基：卤素原子、卤化烷基、C₁-C₂₀-烷基、C₂-C₂₀-烯基、C₁-C₅-烷氧基、酯基、酰胺基、氰基、和硝基，

HNR¹R² (II)

其中

R¹选自

a)带有至少一个羟基的、具有1-50个碳原子的烃基，

b)式III的基团：

-(B-O)_m-H (III)

其中

B是具有2-10个碳原子的亚烷基，以及

m是1-500的数，以及

R²选自

a)氢，

b)R¹，

c)具有1-50个碳原子的烃基，

d)具有5-12个环原子的杂芳族基团，

e)式IV的基团：

-(B-O)_m-R⁵ (IV)

其中

B是具有2-10个碳原子的亚烷基，

m是1-500的数，以及

R⁵是具有1-24个碳原子的烃基。

2.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射器被设计为空腔谐振器的形式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中微波辐射器被设计为反射型空腔谐振器的形式。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应管在轴向上与中空导体的中心对称轴对齐。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述盐的辐射在具有微波的同轴通道的空腔谐振器中进行。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述空腔谐振器以E_01n模式运行，其中n是1-200的整数。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中R³是具有5-50个碳原子的未被取代的烷基。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中R³包含5-30个碳原子。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中R³包含一个或多个双键。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中R¹带有2-20个碳原子。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中R²是C₁-C₃₀-烷基、C₂-C₃₀-烯基、C₅-C₁₂-环烷基、C₆-C₁₂-芳基或C₇-C₃₀-芳烷基。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中R²是氢。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中R²表示具有1-20个碳原子的烷基或具有2-20个碳原子的烯基。