CN1058584A - 有机酯与酰胺的制备方法及所用的催化剂系统 - Google Patents
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Abstract
一种制备有机酯和酰胺的方法，这方法是使(a)
过量5-60％(摩尔)的某种(取代-4-羟苯基)链烷酸
的酯，与(b)(i)具有一个或更多羟基的C4-C20脂族
醇或硫醚醇，或(ii)通式为(R)2N(CH2)nR的胺，
其中R是氢，C1-7烷基、C5-12环烷基、或是C6-12
芳基，而R是氢或N(R)2，在存在包括碱性无机
化合物与极性的对质子惰性有机化合物的催化剂系
统的条件下进行反应。本方法能提高产物的产率，缩
短反应时间，并减少不需要的旁产物。
Description
本发明涉及由某些有机酯类制备有机酯类和酰胺类的方法。更具体地，本发明涉及使用包括一种碱性无机化合物和一种极性的对质子有惰性有机化合物的催化剂系统，而从（取代的-4-羟苯基）链烷酸的酯类制备有机酯和酰胺的方法。
人们已知，在存在碱性催化剂（如氨基化锂，叔丁醇钠，氢氧化钾和N-甲基-N-苯基氨基化钠）并存在溶剂（如1，2，3，4-四氢化萘或甲苯）的条件下，可以用醇类（如季戊四醇，二季戊四醇dipen-taerythritol，十八烷醇，1，6-己二醇，2，2′-硫二甘醇和新戊二醇），或者用胺类（如N-甲胺，N-环丙胺，乙二胺和四亚甲基二胺）来使酯类（如3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯）发生酯基转移化或酰胺化。
例如，美国专利4，288，297描述了上述丙酸酯在惰性溶剂（如1，2，3，4-四氢化萘）中的酯基转移反应，其中1，2，3，4-四氢化萘是用来帮助去除反应中生成的甲醇副产物的。但是这方法的产率低，并可能导致过氧化物的生成，且在某些情况下导致不溶解的醇或胺的生成。美国专利4，547，858揭示了在存在溶剂和水的条件下，使上述丙酸酯与季戊四醇反应，并在将反应混合物中和之前先将溶剂蒸馏掉的方法。
在美国专利4，681，700揭示的另一种方法中，使用了过量15-50%（摩尔的丙酸酯来代替惰性溶剂以帮助去除甲醇。虽然这方法的产率很好，但反应温度和压力要求十分严厉，例如7毫巴下200℃。
为了获得高的的转化率，需要使这样的反应在较高温度下进行（即约180℃或180℃以上，所得的产物具有显著的脱色），或进行较长的时间，或既用较高温度且进行较长时间。当使用较低温度和较短时间时，转化率降低。
本发明提供一种制备有机酯和酰胺的方法，这方法是使（a）过量5-60%（摩尔）的、具有下列通式的有机酯：
其中R和R′是C1-C12直链或支链烷基，C5-C12环烷基，C5-C12芳基，或者C7-C12烷芳基或芳烷基，它们可以相同或不同;A是C1-6直链或支链亚烷基，或是直接的单键;而R″是甲基或乙基;与（b）（ⅰ）具有一个或更多羟基的C4-C20直链或支链脂族醇或硫醚醇;或（ⅱ）通式为（R′″）2N（CH2）nR″″的胺，其中R′″是氢，C1-7烷基，C5-12环烷基，或C6-12芳基，假设其中一个R′″为氢，而R″″是氢或N（R′″）2，这里的R′″与上面所述相同，且n是0-8的一个数;在存在（碱性无机化合物）/（对质子惰性的极性有机化合物）催化剂系统的条件下，在温度为60°-185℃真空下或在常压的惰性气体流之下进行反应。如果R′″是氢以外的物质，则较好的是甲基或乙基。
虽然在实施本发明时，所用的过量的有机酯可以少到5%（摩尔）或多到60%（摩尔），但较好的是过量15-30%摩尔），最好是过量20-30%（摩尔），以醇中的羟基总数为基准，如果使用胺时，则以胺中的氨基总数为基准。
适用的醇类包括正己醇，正辛醇，十八烷醇，1，6-己二醇，2，2′-硫甘醇（thioglycol），新戊甘醇，季戊四醇，以及二季戊四醇。较好的是季戊四醇。
有用的胺类包括脂肪族单胺，如N-甲胺，N，N-二乙胺和N-环己胺;二胺，如乙二胺，1，3-丙二胺四亚甲基二胺和六亚甲基二胺。以六亚甲基二胺为较好。
可用于实施本发明的碱性无机化合物是碱金属化合物，如碱金属氢化物，碱金属氢氧化物，碱金属醇盐，碱金属氨基化物和碱金属烷基氨基化物。碱性化合物中的碱金属包括锂，钠，和钾。可用于本发明的碱性无机化合物的例子为氢化锂，氢化钠，氢氧化锂，氢氧化钠，氢氧化钾，甲醇钾，甲醇钠，甲醇锂，乙醇钾，乙醇钠，乙醇锂，叔丁醇钾，叔丁醇钠，正丁基锂，苯基钾，苯基钠，氨基化锂，氨基化钾和二异丙基氨基化锂。较好的是氨基化锂。碱性无机化合物的典型用量是每摩尔所用的醇或胺的1-30%（摩尔）。碱性无机化合物的较佳用量是2-15%（摩尔），最好是5-7%摩尔（相对于每摩尔醇或胺）。
为了使极性的对质子有惰性有机化合物在本发明的实施中用作助催化剂，它必须具有足够的极性能在所用反应温度下将使用的特定组分溶解，而且必须能与碱性无机化合物的金属离子配位。这样的极性的质子惰性有机化合物包括N-甲基吡咯烷酮（NMP），1，2-二甲氧基苯（DMR），N，N-二甲基乙酰胺（DMAC），六甲基三磷酰胺，四氢噻吩砜，四乙二醇二甲醚，乙二醇二甲醚，二甲基甲酰胺（DMF），二甲基氨基吡啶（DMAP），N，N，N′，N′-四甲基乙二胺（TMEDA）以及1，3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）。也可以使用二甲亚砜（DMSO），四氢呋喃（THF）和冠醚（如12-冠-4）作为溶剂与助催化剂，这些也包括在本发明最广义的范围内。但是THF是有毒的，并且可能在最终产物中留下杂质，因而不能用来制作使用时与食品，药物，医药用品以及其它食用、口服、静脉注入或局部施用材料相接触的塑料制品。冠醚是剧毒的，因而也具有与THF化合物相同的局限性。较好的是NMP，DMI，DMB和DMAC，而以NMP为最好。
由本发明方法得到的有机酯和酰胺包括β-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸正辛酯，β-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸正十八烷酯，N-环己基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰胺，双-β-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸亚乙酯，1，2-双-（3-（3-甲基-5-异丙基-4-羟苯基）丙酰胺基）乙烷，季戊四醇四-[3-（3′-甲基-5′-叔丁基-4′-羟苯基）丙酸酯]，N，N′-六亚甲基双（3，5-二叔丁基-4-羟基）苯丙酰胺以及季戊四醇四-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸酯。
按照本发明的方法，是将过量的具有上述通式的有机酯与（ⅰ）醇或硫醚醇或（ⅱ）胺，在存在极性的质子惰性有机化合物的条件下和在60-130℃的温度下进行反应。加入碱性无机化合物，并将反应混合物加热至100-185℃，同时在常压下或在真空下连续喷射入惰性气体（如氮气）进行反应。惰性气体或真空可促进副产物的去除。较好的是使过程在常压下并在惰性气体流下进行。
在本发明，“副产物”（by-product）是指在酯基转移化或酰胺合成过程中生成的链烷醇，而“旁产物”（side-product）是指在酯基转移或酰胺合成过程中可能生成的除所需产物以外的任何产物。
在含有酯和醇或胺的反应介质中加入极性的对质子有惰性的有机化合物与碱性无机化合物的次序不是关键性的，因为在全部反应物都放入以前，反应物之间的反应是不会开始的。碱性无机化合物可以在极性的对质子有惰性的有机化合物加入之前放入到反应介质中。但为了降低反应混合物的粘滞度，以首先把极性的对质子有惰性的有机化合物加入反应混合物为宜。
在本发明的实施中，当喷射入惰性气体（如氮气）时，所用的气流率为0.2至1升/分，较好为0.5至1升/分，最好是在环境压力下以约0.2升/分的低气流率通入，直至反应完成了50-70%，然后在其余的反应时间内以0.5至1升/分的较高气流率通入。
当去除副产物是在真空下进行时，压力必须低到足以有效地去除副产物。压力可以为1mmHg至200mmHg，较好为5至150mmHg，最好为10至30mmHg。当使用真空过程时，溶剂回流也起着重要的作用，因为它有助于去除副产物并加速酯基转移化反应。
在去除副产物过程中，最好将反应混合物快速搅动以形成均匀的混合物，从而防止副产物被截留在相当粘滞的反应介质中。在实验室规模的反应中，典型的搅动速率是约450至2000rpm。在工业规模的过程中，则要使用典型的工业用涡轮式混料器，以提供足够快速的混合。
一旦副产物被去除后，随即用一种酸（如冰醋酸）在100-110℃的温度下将反应介质中和。再经过约5-25分钟，反应物质将从甲醇和水中结晶而产生最终产物。
本发明中进行反应的温度范围为60-185℃，较好的是100-155℃。
本发明的方法可以分批进行或连续运行。
本发明可以通过以下的例子来更详细说明。
除非另外指出，全部的份数和百分数都是按重量计算。
实施例1
在一个装有机械搅拌器、温度计、冷凝器、收集器和氮气喷射管的反应器内，加入94.5g（过量60%摩尔）的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯，6.8g季戊四醇，和13ml N-甲基吡咯烷酮（NMP），并加热至120℃。然后在搅拌中加入0.083g氨基化锂，并将反应混合物在大气压力下加热至140℃，同时以1升/分的速率连续喷射入氮气1.5小时。用高压液相色谱法分析，表明得到了99%的四-[3，（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
对照例1
使用实施例1的方法和组分，除了用四氢化萘代替NMP。经过3.5小时后，得到96%的四[3，（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
对照例1A
使用实施例1的方法和组分，除了NMP，换句话说，反应是纯净的（neat）。经过2.5小时后，得到98%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
实施例2
使用实施例1的方法和组分，除了现在使用64.5g（过量10%摩尔）的丙酸酯和9ml的NMP。经过3.0小时后，得到99%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
对照例2
使用实施例2的方法和组分，除了用1，2，3，4-四氢化萘代替NMP。经过6.5小时以后，得到90%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
对照例2A
使用实施例2的方法和组分，除了NMP，换句话说，反应是纯净的。经过2.5小时以后，得到92%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基甲烷（以季戊四醇为基准）。
实施例3
使用实施例1的方法和组分，除了用0.15g的12-冠-4-醚来代替NMP。经过2小时后，得到93%的四[3-3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
如本发明实施例1和2所述，与使用常规溶剂或根本不用溶剂的对照例1、1A、2和2A相比，可以在缩短了的时间内得到高产率的产物。
实施例4
在装有冷凝器、温度计、收集器和机械搅拌器的反应器内，加入76g（过量30%摩尔）的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯，6.8g的季戊四醇和8ml的N，N-二甲基乙酰胺（DMAC），并加热至120℃。然后向反应混合物中加入0.85g氨基化锂。在搅动中和在90mmHg的真空下，将反应混合物加热至140℃，并让DMAC回流。经过2.5小时后，用高压液相色谱法分析，表明得到了96%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
实施例5
在装有冷凝器、温度计、收集器、氮气喷射管和机械搅拌器的反应器内，加入43g（过量10%摩尔）的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯，5g的1，3-二氨基丙烷，和5ml的N-甲基吡咯烷酮（NMP）。然后在搅拌下加入0.1g氨基化锂，将反应混合物在大气压力下加热至100℃，同时以0.3升/分的速率连续用氮气喷入2.5小时。用高压液相色谱法分析，表明得到了90%的1，3-双-[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰胺基]丙烷。
实施例6
在装有冷凝器、温度计、收集器、氮气喷射管和机械搅拌器的反应器内，加入307g（过量5%摩尔）的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯，270.5g工业十八烷醇，以及10%重量的N-甲基吡咯烷酮（NMP）。然后在搅拌中加入2%（摩尔）氨基化锂，将反应混合物在大气压力下加热至115°-155℃，同时以0.5升/分的速率连续用氮气喷入1.5小时。用气相色谱法分析，表明得到了99.9%的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸十八烷酯。
实施例7
在装有机械搅拌器、温度计、冷凝器、收集器和氮气喷射管的反应器内，装入94.5g（过量60%摩尔）的3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酸甲酯、6.8g的季戊四醇、以及13ml的二甲氧基苯（DMB），并加热至100℃。然后在搅拌中加入7%（摩尔）的氨基化锂，并将反应混合物在大气压力下加热至150℃，同时以0.5升/分的速率连续用氮气喷入2小时。用高压液相色谱法分析，表明得到了98.5%的四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟苯基）丙酰氧基甲基]甲烷（以季戊四醇为基准）。
于是本发明的方法缩短了反应时间，并减少了不希望有的旁产品（例如使用季戊四醇时的三重取代产物）的生成。
本发明的方法制备的产物是已知的，可以用作易发生老化的物质（如塑料、橡胶和其它聚合物）中的抗氧化剂。
这里揭示的本发明的其它特点、优点和实施方式，对于阅读了以上所揭示的内容并能运用本领域普通技术的人来说，是显而易见的。在这方面，虽然相当详细地说明了本发明的具体实施方法，但对这些实施方法可以变化和修改，而不背离所说明并提出了权利要求的本发明的精神和范围。
Claims (18)
1、一种制备有机酯和酰胺的方法，其特征在于将(a)过量5-60%(摩尔)的结构式如下的某种有机酯
其中R和R′是C1-C12直链或支链烷基，C5-C12环烷基，C6-C12芳基，或是C7-C12烷芳基或芳烷基，它们可以相同或不同，A是C1-C6直链或支链亚烷基，或者是一直接单键，R″是甲基或乙基；与(b)(ⅰ)具有一个或更多羟基的C4-C20直链或支链脂族醇或硫醚醇，或者(ⅱ)一种通式为(R′″)2N(CH2)nR″″的胺，其中R′″为氢，C1-7烷基，C5-12环烷基，或C6-12芳基，假设一个R′″是氢，而R″″是氢或为N(R′″)2，其中R′″与上面就所述相同，n是等于0-8的数；在存在极性的对质子有惰性的有机化合物和碱性无机化合物催化剂系统的条件下进行反应。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中的（b）是（ⅰ）一种醇。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述脂族醇是选自包括正己醇，正辛醇，十八烷醇，1，6己二醇，新戊甘醇，季戊四醇和二季戊四醇的一组物质。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的醇是季戊四醇。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中的（b）是（ⅱ）一种通式为（R′″）2N（CH2）nR″″的胺，其中R′″是氢，C1-7烷基，C5-12环烷基，或C6-12芳基，假设一个R′″是氢，而R″″是氢或N（R′″）2，其中R′″与上面所述相同，而n等于0至8。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的胺选自包括N-甲胺，N，N-二乙胺，N-环己胺，1，2，乙二胺，1，3-二氨基丙烷，四亚甲基二胺和六亚甲基二胺的一组物质。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的胺是六亚甲基二胺。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述极性的质子惰性有机化合物是选自包括N-甲基吡咯烷酮，1，2-二甲氧基苯，N，N-二甲基乙酰胺，六甲基三磷酰胺，二甲基甲酰胺，二甲基氨基吡啶，四氢噻吩砜，四甲基甘醇二甲醚，甘醇二甲醚，N，N，N′，N′，-四甲基1，2乙二胺，1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，二甲亚砜，四氢呋喃和12-冠-4的一组物质。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于所述极性的质子惰性有机化合物是N-甲基吡咯烷酮。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碱性无机化合物是选自包括碱金属氢氧化物，碱金属醇盐，碱金属氨基化物，碱金属烷基氨基化物和碱金属氢化物的一组物质。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于所述碱性无机化合物是选自包括甲醇钾，甲醇钠，甲醇锂，乙醇钾，乙醇钠，乙醇锂，叔丁醇钾，叔丁醇钠，氨基化锂，正丁基氨基化锂，二异丙基氨基化锂，氨基化钾，氢化锂和氢化钠的一组物质。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于所述碱性无机化合物的氨基化锂。
13、如权利要求1所述的方法，其特征在于其反应温度为60°-185℃。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于它是在真空下进行。
15、如权利要求1所述的方法，其特征在于它是在惰性气流下进行。
16、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碱性无机化合物存在的数量为每摩尔醇或胺1-30%（摩尔）。
17、如权利要求12所述的方法，其特征在于所述碱性无机化合物存在的数量为每摩尔醇或胺的5-7%（摩尔）。
18、如权利要求8所述的方法，其特征在于所述配位剂是1，2-二甲氧基苯。
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