CN102093296B - 咪唑啉化合物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种咪唑啉化合物的合成方法，以脂肪酸和羟乙基乙二胺为原料，在催化剂作用下和氮气气氛中，加热到80℃～150℃后开始梯度升温至190-220℃进行氮酰化反应，形成烷基酰胺，将形成的烷基酰胺进行梯度减压脱水成环，制备得咪唑啉化合物。该合成方法工艺简单，对生产设备要求不高；采用本发明方法可以大幅度减少副产物双酰胺的生成量，制备的咪唑啉化合物中双酰胺的含量可以降低至0.5％(质量百分含量)以下；同时制备的咪唑啉化合物质量稳定，可以长时间放置而不出现浑浊现象。

Description

咪唑啉化合物的合成方法
技术领域
本发明属于有机化学中表面活性剂的合成技术领域，具体涉及一种咪唑啉化合物的合成方法。
背景技术
咪唑啉表面活性剂的种类较多，应用领域比较广泛。咪唑啉表面活性剂具有以下特点：(1)、无毒，对皮肤及眼睛无刺激性；(2)、高度生物降解，对环境友好；(3)、优良的洗涤性能及酸碱稳定性；(4)、同阴、阳和非离子型表面活性剂配伍性好；(5)、以及良好的乳化力、杀菌力、缓蚀力、调离性、泡沫稳定性和脱臭性能。咪唑啉表面活性剂适用于日化行业高档清洗剂、纺织品柔软剂，并用作缓蚀剂、杀菌剂、乳化剂、分散剂、发泡剂以及工业表面清洗剂等领域。
在咪唑啉表面活性剂制造过程，合成中间体成为公认的难点，合成路线如下：
Figure BDA0000035073830000011
式中：反应物(1)为脂肪酸；
反应物(2)为羟乙基乙二胺；
产物(1)和产物(2)是目标产物；
产物(3)是副产物双酰胺。
以上反应式是氮酰化反应过程，而产物(1)和产物(2)再经减压脱水成环，制得咪唑啉化合物，这种咪唑啉化合物就是用于制造咪唑啉表面活性剂的中间体。
现有咪唑啉化合物的合成方法主要有以下三种：(1)、脂肪酸与羟乙基乙二胺在催化剂作用下发生氮酰化反应，形成烷基酰胺，再经减压脱水成环，制得咪唑啉化合物；(2)、脂肪酸甲酯与羟乙基乙二胺在催化剂作用下发生胺解反应，形成烷基酰胺，再经减压脱水成环，制得咪唑啉化合物；(3)、脂肪酸与羟乙基乙二胺经高温直接发生氮酰化反应，形成烷基酰胺，再经减压脱水成环，制得咪唑啉化合物。
以上方法制得咪唑啉化合物，双酰胺含量均超过1.5％(质量百分比)。双酰胺不能成环，也不能与烷基化剂反应，而且不溶于水。如果双酰胺含量过高，会导致咪唑啉表面活性剂水溶液不透明，或者出现析出沉淀现象，特别是长期放置，咪唑啉表面活性剂水溶液很容易出现浑浊等不稳定现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种咪唑啉化合物的合成方法，该合成方法工艺合理，操作简单，双酰胺含量低。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种咪唑啉化合物的合成方法，以脂肪酸和羟乙基乙二胺为原料，在催化剂作用下和氮气气氛中，加热到80℃～150℃后开始梯度升温至190-220℃进行氮酰化反应，形成烷基酰胺，将形成的烷基酰胺进行梯度减压脱水成环，制备得咪唑啉化合物。
本发明所述的脂肪酸优选为饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、天然脂肪酸、合成脂肪酸、直链脂肪酸、异构脂肪酸和羟基脂肪酸中的一种或几种。
本发明所述的饱和脂肪酸优选为辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸、十六酸和硬脂酸中的一种或几种；所述的不饱和脂肪酸优选为油酸；所述的多不饱和脂肪酸优选为亚油酸；所述的天然脂肪酸优选为棕榈酸、棕榈仁油酸和椰子油酸中的一种或几种；所述的直链脂肪酸优选为辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸、十六酸和硬脂酸中的一种或几种；所述的羟基脂肪酸优选为蓖麻油酸。
本发明所述的催化剂优选为碱性化合物、酸性化合物、氯化亚锡、氧化锡、有机锡类化合物、醋酸锌或氧化锌；所述的碱性化合物优选为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种；所述的酸性化合物优选为磷酸、亚磷酸、次磷酸、对甲苯磺酸、硝酸、高氯酸、草酸和磷钨酸中的一种或几种。
本发明所述的脂肪酸与羟乙基乙二胺的摩尔比优选为1∶1～5。
本发明所述的催化剂的用量优选为脂肪酸和羟乙基乙二胺总重量的0.01～5％。
本发明氮酰化的反应时间优选为2～8h。
本发明氮酰化反应时，反应温度为80℃～220℃，升温梯度优选为0.1～2℃/min。
本发明脱水成环反应时，压力小于6000Pa，减压梯度优选为20～100Pa/min，反应时间优选为1～5h。
本发明脱水成环时反应温度优选为130℃～220℃。
本发明的有益效果是：
①.经优化设计及反复试验研究，合理确定了原料配比、催化剂用量、反应温度、反应时间、等工艺参数和条件；
②.本发明在氮酰化过程采用逐渐提高物料温度的方式，虽然反应速度有所降低，但是可以大幅度减少副产物双酰胺的生成量，双酰胺的含量可以降低至0.5％(质量百分含量)以下；
③.在脱水成环过程，由于反应体系体系中仍残留有少量反应物，仍会生成副产物双酰胺，采用逐渐降低反应压力的方式，可以使脂肪酸反应完全，并且尽量少生成副产物双酰胺；
④.本发明提供的合成方法，工艺简单，对生产设备要求不高，过量的羟乙基乙二胺可回收利用，生产成本较低；
⑤.采用本发明提供的方法，生产的最终产品(咪唑啉表面活性剂)质量稳定，可以长时间放置而不出现浑浊现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不仅限于以下实施例，以下试剂如无特殊说明均为市售。
实施例1
在装有机械搅拌、氮气导入管、温度计及减压蒸馏装置的1升四口烧瓶中，加入月桂酸400克、羟乙基乙二胺270.4克、氢氧化钠3.4克，通氮气，搅拌下升温至130℃。开始计时同时调整加热速度，用4小时升温至200℃，并在此温度下保温反应1小时，馏出反应生成的水。开动真空泵，调节反应体系压力至5000Pa，开始计时同时调整减压速度，用2小时将反应体系压力减至101Pa。物料温度200℃，反应体系压力101Pa条件下，保温反应1小时，馏出反应生成的水和残留的羟乙基乙二胺。停止加热，降温，得到咪唑啉化合物528克。检测所得咪唑啉化合物，双酰胺含量0.37％(质量百分比)，离子交换法。
实施例2
在装有机械搅拌、氮气导入管、温度计及减压蒸馏装置的1升四口烧瓶中，加入十四酸456克、羟乙基乙二胺291.2克、氢氧化钠3.7克，通氮气，搅拌下升温至130℃。开始计时同时调整加热速度，用4小时升温至200℃，并在此温度下保温反应1小时，馏出反应生成的水。开动真空泵，调节反应体系压力至5000Pa，开始计时同时调整减压速度，用2小时将反应体系压力减至101Pa。物料温度200℃，反应体系压力101Pa条件下，保温反应1小时，馏出反应生成的水和残留的羟乙基乙二胺。停止加热，降温，得到咪唑啉化合物583克。检测所得咪唑啉化合物，双酰胺含量0.32％(质量百分比)，离子交换法。
实施例3
在装有机械搅拌、氮气导入管、温度计及减压蒸馏装置的1升四口烧瓶中，加入月桂酸400克、羟乙基乙二胺291.2克、氢氧化钠5.5克，通氮气，搅拌下升温至150℃。开始计时同时调整加热速度，用3小时升温至190℃，并在此温度下保温反应2小时，馏出反应生成的水。开动真空泵，调节反应体系压力至4000Pa，开始计时同时调整减压速度，用3小时将反应体系压力减至202Pa。物料温度190℃，反应体系压力202Pa条件下，保温反应2小时，馏出反应生成的水和残留的羟乙基乙二胺。停止加热，降温，得到咪唑啉化合物535克。检测所得咪唑啉化合物，双酰胺含量0.41％(质量百分比)，离子交换法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：以脂肪酸和羟乙基乙二胺为原料，在催化剂作用下和氮气气氛中，加热到80℃～150℃后开始梯度升温至190～220℃进行氮酰化反应，形成烷基酰胺，将形成的烷基酰胺进行梯度减压脱水成环，制备得咪唑啉化合物，脱水成环反应时，压力小于6000Pa，减压梯度为20～100Pa/min，反应时间为1～5h，
所述的催化剂为碱性化合物，所述的碱性化合物为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种；
所述的催化剂的用量为脂肪酸和羟乙基乙二胺总重量的0.01～5%；
脱水成环时反应温度为130℃～220℃。
2.根据权利要求1所述的咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：所述的脂肪酸为饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、天然脂肪酸、合成脂肪酸、直链脂肪酸和羟基脂肪酸中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：所述的饱和脂肪酸为辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸、十六酸和硬脂酸中的一种或几种；所述的不饱和脂肪酸为油酸；所述的天然脂肪酸为棕榈酸、棕榈仁油酸和椰子油酸中的一种或几种；所述的直链脂肪酸为辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸、十六酸和硬脂酸中的一种或几种；所述的羟基脂肪酸为蓖麻油酸。
4.根据权利要求1所述的咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：脂肪酸与羟乙基乙二胺的摩尔比为1：1～5。
5.根据权利要求1所述的咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：氮酰化反应的时间为2～8h。
6.根据权利要求1所述的咪唑啉化合物的合成方法，其特征是：氮酰化反应时，反应温度为80℃～220℃，升温梯度为0.1～2℃/min。
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