CN103748066A - 烷基二胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制备高纯度烷基二胺化合物的方法。该方法在还原硝胺过程中利用烷基胺化合物，导致减少了不期望的副产物的浓度。

Description

烷基二胺的制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年6月13日提交的临时申请系列号为61/496，135的优先权，所述临时申请以其全部容通过引用并入本文。
背景技术
本发明总体上涉及高纯度烷基二胺化合物的制备方法。
烷基二胺是发现在很多最终用途产品例如药物、染料、化妆品和农业材料合成中用作中间体的化合物。由于很多这种产品被人类使用甚至消费，因此这些产品的制造者要求烷基二胺具有高纯度。然而，用于制备烷基二胺的已知方法或者不能提供期望水平的纯度，或者太繁琐或复杂而在商业规模上不是成本有效的。
例如，2-甲基-1，2-二氨基丙烷(MDP)是一种具有非常严苛纯度要求的药物中间体。生产高纯度材料的典型方法由于使用了独特而昂贵的试剂而通常非常昂贵，并且经常不适于在工业设备上生产。某些杂质是最终用途医药品制造者特别关注的。特别关注在还原步骤期间常规形成的仲胺杂质的存在(N-甲基-MDP)，因为这种杂质通过常规蒸馏方法难以去除。
本发明解决的问题是提供一种用于制备高纯度烷基二胺例如MDP的商业可行的方法。
发明概述
我们已经发现当通过还原硝胺制备烷基二胺时，在烷基胺化合物的存在下进行还原，产生纯度提高的产品。有利地，该方法简单且商业可行，并且现在可以容易地制备用于具有严苛纯度要求的应用中的烷基二胺化合物。
因此，一方面，提供一种式I的二胺化合物的制备方法：
Figure BPA0000184841440000021
其中，n是1-5的整数；R1和R2独立地是H或C1-C6烷基，或者R1、R2与它们所相连的碳一起形成C3-C12环烷基；R3和R4在每次出现时独立的是H或C1-C6烷基，该方法包括还原相应硝胺合物，其中还原是在式II的烷基胺化合物存在下进行的：
Figure BPA0000184841440000022
其中R5是H或C1-C6烷基，R6是C1-C6烷基。
另一方面，提供一种2-甲基-1，2-二氨基丙烷的制备方法，该方法包括：在氢气、氢化催化剂和正丙胺存在下氢化2-硝基-2-甲基-1-丙胺。
另一方面，提供一种组合物，其包含2-甲基-1，2-二氨基丙烷和小于0.6重量％的其N-甲基化衍生物。
发明详述
除非另外指出，数值范围例如“从2到10”包含限定该范围的数字(如2和10)。
除非另外指出，比例、百分率、份数等都按重量计。
在本说明书使用时，“烷基”包括具有指的碳原子数的直链和支链脂族基团。如果没有指示数值(例如芳基-烷基-)，那么考虑1-6个烷基碳。烷基的例子包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和己基。除非另外指出，所述烷基任选地用1、2或3个、优选1或2个、更优选1个与本文中描述的合成相容的取代基取代。这样的取代基包括但是不限于硝基、卤素、羧酸(例如C0-C6-COOH)和C2-C6烯烃。除非另外指出，前述取代基本身没有被进一步取代。在一些实施方式中，烷基是未取代的。
术语“烷基”是指具有指示的环碳原子数的饱和与部分不饱和的环烃基。如果没有指示数值，那么考虑3到12个碳，优选3到8个碳，更优选3到7个碳。优选的环烷基包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯基、环己基、环己烯基、环庚基和环辛基。除非另外指出，所述环烷基任选地用1、2或3个、优选1或2个、更优选1个与本文中描述的合成相容的取代基取代。这样的取代基包括但是不限于C1-C6烷基、硝基、卤素、羧酸(例如C0-C6-COOH)和C2-C6烯烃。优选的取代基是C1-C6烷基。在一些实施方式中，环烷基是未取代的或仅用C1-C6烷基取代。
在本发明中，式I的烷基二胺是通过还原硝胺化物制备的。还原是在烷基胺化合物存在下进行的。经受还原的硝胺化合物是单硝基单胺，其结构对应于所期望的烷基二胺。因此，硝胺可以用下式表示：
Figure BPA0000184841440000031
其中，n是1-5的整数；R1和R2独立的是H或C1-C6烷基，或者R1、R2与它们所相连的碳一起成C3-C12环烷基；R3和R4在每次出现时独立的是H或C1-C6烷基。前式的硝胺化合物可以是商业可购得的或它们可以由本领域技术人员容易地制备。例如，硝胺化合物可以用甲醛、氨和硝基烷/环烷化合物的反应来制备。示例性合成描述在J.K.N.Jones和T.Urbanski的″Ractions of Nitroparaffins.Part II.The Reaction of2-Nitropropane with Formaldehyde and Ammonia″，J.ChemSoc.1766(1949)，以及美国专利2，408,171中，其通过引用并入本文。
如所述，在本发明中，硝胺的还原是在烷基胺化合物存在下进行的。烷基胺化合物可以用以下式II表示：
Figure BPA0000184841440000032
其中，R5是H或C1-C6烷基，R6是C1-C6烷基。在本发明的某些实施方式中，R5是H。在一些实施方式中，R5是H，R6是甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、或己基。在一些实施方式中，烷基胺化合物是正丙胺。式II的烷基胺化合是商业可购得的或它们可由本领域技术人员容易地制得。
基于硝胺化合物的量，式II的烷基胺化合物的量可以为1-10mol％。在一些实施方式中，所述量为1-3mol％。
在烷基胺存在下，硝胺化合物还原为烷基二胺可以使用能还原脂族硝基的任何试剂来进行。此类还原剂的例子包括与氢化催化剂例如雷尼镍或钴、铂或钯基催化剂(单质形态或作为氧化物的Co、Pt或Pd，有或没有载体如碳)组合的氢气；和其它还原剂包括金属/酸组合，例如铁/乙酸；或铝氢化物，例如VITRIDE。优选的还原剂包括与以下任意催化剂组合的氢气：雷尼镍、铂或钯。硝基的氢化条件是熟知的，例如典型地，温度范围为约30-100℃，压力约700-7000kPa，但是所属领域的技术人员可以很容易的调节这些数值。在一些实施方式中，优选更低的压力和/或温度。例如，在一些实施方式中，压力可以为4100-4240kPa。在一些实施方式中，温度可以为35-55℃，或40-50℃。
作为利用氢气和氢化催化剂的典型过程的具体例子，烷基胺和氢化催化剂被装入高压反应器中，例如Parr高压釜。溶剂如甲醇也可以加入。反应器被密封并用氢气加压。硝胺化合物(其可以是溶液形态例如水溶液)被装入到反应器，并将反应器温度升至所期望的水平。反应进行足够时间后，可以降低温度和压力并将产物混合物从反应器中移出。烷基二胺化合物可以用现有技术中熟知的技术例如蒸馏进行分离。
通过本发明方法形成的烷基二胺为式I化合物：
其中，n是1-5的整数；R1和R2独立的是H或C1-C6烷基，或者R1、和R2与它们所相连的碳一起形成C3-C12环烷基；R3和R4在每次出现时独立的是H或C1-C6烷基。
在一些实施方式中，式I的烷基二胺(及其对应的硝胺)中n是1-4，或1-3，或1-2，或其是1。
在一些实施方式中，式I的烷基二胺(及其对应的硝胺)中R1和R2独立的是C1-C6烷基，或者它们独立的是C1-C4烷基，或者独立的是C1-C2烷基。在一些实施方式中，R1和R2者是甲基。
在一些实施方式中，式I的烷基二胺(及其对应的硝胺)中R1、R2与它们所相连的碳一起形成C3-C12环烷基，或者C4-C7环烷基，或者C5-C6环烷基。在一些实施方式中，R1和R2与它们所相连的碳一起形成环戊基或环己基。
在一些实施方式中，式I的烷基二胺(及其对应的硝胺)中R3和R4在每次出现时独立的是H或C1-C4烷基，或者H或C1-C2烷基。在一些实施方式中，它们在每次出现时都是H。
在一些实施方式中，式I的烷基二胺化合物是2-甲基-1，2-二氨基丙烷(其对应的硝胺化合物是2-硝基-2-甲基-1-丙胺)、1-氨基-环戊基甲胺、1-氨基环己基甲胺、或2-氨基-2-甲基-1-氨基丁烷。
本发明方法提供的式I烷基二胺化合物具有高纯度。特别地，本方法中包含式II的烷基胺化合物提供包含减少量的式I烷基二胺的N-烷基化衍生物副产物，这种副产物通常难以从所期望的产品中去除。相反，烷基胺或它的N-烷基化衍生物更容易去除。
“高纯度”是指本发明方法的产品在经过纯化步骤如蒸馏之前，基于烷基二胺化合物重量，包含少于5，或者少于3，或者少于1，或者少于0.6，或者少于0.3重量％的(烷基二胺的)N-烷基化衍生物。所述量可以很容易的例如通过气相色谱法确定。在一些实施方式中，该产品不含烷基二胺的N-烷基化衍生物(通过气目色谱法测量)。
在一个优选的实施方式中，本发明提供的2-甲基-1，2-二氨基丙烷(MDP)包含少于0.6，或者少于0.3重量％的N-烷基化衍生物，例如N-甲基MDP(N1，2-二甲基丙烷-1，2-二胺)。在一些实施方式中，本发明提供的MDP不含N-烷基化衍生物例如N-甲基MDP。
按本文所述方法制备的烷基二胺化合物可用于多种应用，包括例如在药物化合物合成中作为中间体。
本发明的一些实施方式现在将在下面的实施例中详描述。
实施例
实施例1
高纯度2-甲基-1，2-二氨基丙烷
2-硝基2-甲基-1-丙胺。2-硝基-2-甲基-1-丙胺可以通过任意便利方法制备，如H.G.Johnson在U.S.专利2,408,171中描述的方法。例如将238g的2-甲基-2-硝基-1-丙醇加入钢容器中，然后通过任意方法例如使用固体二氧化碳冷却将其冷却至接近-35℃的温度。当达到所期望温度时，加入340g液氨并密封容器。之后将反应容器加热到约40℃-约80℃，优选约65℃的温度直到反应完成：大约2小时，其取决于温度。之后将氨从反应容器中排出，容器中剩余的2-硝基-2-甲基-1-丙胺水溶液呈黄色液体。
2-甲基-1，2-二氨基丙烷。300ml的Pan高压釜装入甲醇45.2g、正丙胺1.9g、和Grace雷尼镍3.1g。将反应器密封，用纯氢气加压至4080kPa，并以600rpm进行搅拌。然后将2-硝基-2-甲基-1-丙胺水溶液(按上述方法制备)以约0.8g/min的速度泵入加压的反应器中。使反应器温度从环境温度上升到52℃，并通过Parr控制器将温度控制在49-52℃之间。氢气压力通过按需调节器控制并在整个反应期间保持在3944kPa和4185kPa之间。当进料完成时，将21.6g甲醇进料通过泵来进料用以清洗残余硝胺管线。该材料也装入反应器中。当甲醇进料完成时，将混合物保持在52℃，4110kPa下20分钟，然后停止搅拌。
样品从反应器中移出并用气相色谱法(GC)分析，气相色谱显示没有甲基杂质。通过气相色谱分析，该MDP纯度为79.5％，其中含有0.0％N-甲基-MDP。对于显示为杂质的丙胺校正，MDP纯度为87.3％。
实施例2(比较例)
常规方法制备2-甲基-1，2-二氨基丙烷
用基本上相同的条件重复实施例1，除了没有将正丙胺加入反应器。气相色谱显示产品MDP纯度为84.4％，但包含0.6％N-甲基-MDP。
实施例3(预期的)
高纯度1-氨基-环戊基甲胺
高纯度的1-氨基-环戊基甲胺可以通过使用与实施例1基本相同的步骤制备，除了用硝基环戊烷代替作为起始硝基烷，并根据需更进行非关键性的改变。实施例4(预期的)
高纯度1-氨基-环己基甲胺
高纯度的1-氨基-环己基甲胺可以通过使用与实施例1基本相同的步骤制备，除了用硝基环己烷代替作为起始硝基烷，并根据需要进行非关键性的改变。实施例5(预期的)高纯度2 - 氨基-2-甲基-1-氨基丁烷
高纯度的2-氨基-2-甲基-1-氨基丁烷可以通过使用与实施例1基本相同的步骤制备，除了用2-硝基丁烷代替作为起始硝基烷，并根据需要进行非关键性的改变。

Claims (11)

1.一种制备式I的烷基二胺化合物的方法：
Figure FPA0000184841430000011
其中，n是1-5的整数；R1和R2独立地是H或C1-C6烷基，或者R1和R2与它们所相连的碳一起形成C3-C12环烷基；R3和R4在每次出现时独立地是H或C1-C6烷基，所述方法包括还原相应的硝胺化合物，其中所述还原是在式II的烷基胺化合物存在下进行的：
其中R5是H或C1-C6烷基，并且R6是C1-C6烷基。
2.如权利要求1所述方法，其中n是1。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其中R3和R4是H。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中R1和R2独立地是C1-C3烷基。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其中R1和R2与它们所相连的碳一起形成C5-C6环烷基。
6.如权利要求1所述方法，其中式I的烷基二胺化合物是2-甲基-1，2-二氨基丙烷、1-氨基-环戊基甲胺、1-氨基-环己基甲胺、或2-氨基-2-甲基-1-氨基丁烷。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其中R5是H，并且R6是C1-C6烷基。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其中式II的烷基胺化合物是正丙胺。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其中所述还原是用与氢化催化剂组合的氢气来进行的。
10.一种制备2-甲基-1，2-二氨基丙烷的方法，所述方法包括：在氢气、氢催化剂、和正丙胺存在下氢化2-硝基-2-甲基-1-丙胺。
11.一种组合物，其包含2-甲基-1，2-二氨基丙烷及小于0.6重量％的其N-甲基化衍生物。
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