CN110483442A - 一种n-丙烯酰吗啉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N‑丙烯酰吗啉的制备方法，具体涉及一种缩合法制备N‑丙烯酰吗啉的方法，采用丙烯酸、吗啉为原料，使用脱水剂脱水。具有制备条件温和，提纯工艺简单；产品易分离，不易发生聚合；在产品合成中收率高，产品纯度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及N-丙烯酰吗啉的制备方法，特别涉及一种N-丙烯酰吗啉的缩合制备方法。
背景技术
N-丙烯酰吗啉(ACMO)是一种具有碳碳不饱和双键的水溶性化合物，为无色或淡黄色透明液体，其结构式为：
由于ACMO自身无毒，且具有良好的生物相容性，其均聚物可以作为药物缓释剂、美容支撑剂等；ACMO还是一种性能优异的功能性的单体和活性稀释剂，由于具有双键和吗啉基团，是水、油两性UV固化剂单体，化学性质比较活泼(感度高)，而且不会产生任何刺激性气味(气味极低)，并具有低粘度、固化快、稀释能力强等特点。使用ACMO改性后的UV、EB固化树脂，有很低的吸湿性，并且具有很好的耐酸、耐碱、耐溶剂的特性，使用ACMO作为生产原料，生产过程中将不需要其他挥发性溶剂的存在，其自身为良好的溶剂且会参与固化反应，这将极大的降低生产过程中挥发性有机物(VOC)的排放。同样，以ACMO作为原料应用于油田助剂、油墨助剂、造纸助剂和粘合剂等领域，不仅提高产品综合性能，而且将极大地降低挥发性有机物的排放。
中国专利CN101293880B公开了一种利用丙烯酰氯的酰基化反应法制备丙烯酰吗啉的方法，三氯化磷与丙烯酸酰基化反应后生成丙烯酰氯，丙烯酰氯溶剂化后与吗啉进行酰基化反应得到粗品丙烯酰吗啉，然后在真空条件下对反应液进行精馏，便可以得到高纯度的丙烯酰吗啉，收率和纯度都较高，但中间产物丙烯酰氯稳定性差，其双键比较活泼，容易发生多种副反应，另外反应副产物为盐酸、磷酸，对反应器有腐蚀性较大，产品后处理复杂，增加了生产成本。
日本专利JP11100375A(JP19970279395)公开了一种通过热裂解法合成丙烯酰吗啉的方法，原料是烷基取代丙酰吗啉(吗啉基丙酰吗啉)，加入酸性催化剂并在超过200℃高温的条件下，进行真空热裂解，生成丙烯酰吗啉。该方法的工艺路线简单，但产品易聚合，收率低。专利CN2014100280873在此基础上，进行了改进，将吗啉基换成了二乙胺基，用于解决吗啉基丙酰吗啉不容易与产品丙烯酰吗啉分离的问题。
但是在试验中发现，取代基丙酰吗啉在裂解过程中有一个非常严重的问题，裂解过程均是真空热裂解，在产品提纯的时，产品丙烯酰吗啉和挥发性胺(吗啉、二乙胺)再反应生成3-取代基丙酰吗啉，导致产品中含有3-取代基丙酰吗啉，影响产品纯度不易再次提纯。
宋岩等人在《N-丙烯酰吗啉的合成研究》一文中披露，以吗啉和丙烯酸甲酯为主要原料，经双键保护、催化胺解、催化裂解等过程制得丙烯酰吗啉：首先丙烯酸甲酯在醇钠(甲醇钠)的催化下，与甲醇发生加成反应得到3-甲氧基丙酸甲酯；然后在酯交换催化剂的作用下，再与吗啉发生催化胺解反应得到3-甲氧基丙酰吗啉；最后经过催化裂解得到丙烯酰吗啉。整个反应过程工艺路线较长，反应过程不易控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备条件温和且收率高的N-丙烯酰吗啉的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
1.一种N-丙烯酰吗啉的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应釜中加入适量第一阻聚剂、溶剂和丙烯酸后，在0～50℃温度下滴入吗啉，反应得到固体析出；
(2)将步骤(1)中的固体进行过滤，真空干燥得到吗啉丙烯酸盐；
(3)将所述吗啉丙烯酸盐溶解在极性溶剂中，得到吗啉丙烯酸盐溶液；
(4)将所述吗啉丙烯酸盐溶液加热，分若干次加入脱水剂，进行脱水反应；
(5)将步骤(4)的反应液减压蒸馏，剩余反应液；
(6)使用碱液中和所述反应液，使用有机溶剂萃取中和后的反应液，取有机相；
(7)将所述有机相使用饱和盐水洗涤，干燥，浓缩，得到浓缩有机相；
(8)在所述浓缩有机相中加入第二阻聚剂后，蒸馏，得到所需N-丙烯酰吗啉。
优选的，所述步骤(1)和步骤(8)中的第一阻聚剂和第二阻聚剂分别为对苯二酚、苯醌、吩噻嗪、硝基苯、苦味酸、对羟基苯甲醚、丁基邻苯二酚、对叔丁基苯酚或氯化亚铜中的一种或多种。
优选的，所述步骤(1)和步骤(8)中的第一阻聚剂和第二阻聚剂总量为体系中丙烯酸用量的0.1～4％；所述步骤(1)中丙烯酸与吗啉物质的量比为1:1；所述步骤(1)中溶剂用量为所述丙烯酸和吗啉体积之和的3～10倍。
优选的，所述步骤(1)中溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷，三氯甲烷，乙腈、甲醇或乙醇中的一种或多种。
优选的，所述步骤(3)中极性溶剂用量为丙烯酸和吗啉体积和的3～10倍；所述步骤(3)中极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、N-乙酰吗啉或N-甲酰吗啉中的一种或多种。
优选的，所述步骤(4)中脱水剂为五氧化二磷或乙酸酐；所述步骤(4)中脱水剂用量为所述丙烯酸物质的量的1.05～3倍。
优选的，所述步骤(4)中的脱水反应的脱水温度为100～180℃。
优选的，所述步骤(6)中碱液为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、生石灰或熟石灰中一种或多种的溶液或乳浊液。
优选的，所述步骤(6)中有机溶剂用量为所述中和后的反应液体积1～5倍；所述步骤(6)中萃取次数为2～5次；所述步骤(6)中有机溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或多种。
优选的，所述步骤(7)中饱和盐水为25℃时的饱和氯化钠水溶液；所述步骤(7)中饱和盐水洗涤次数为1～2次；所述步骤(7)中饱和盐水体积为被洗涤的所述有机相的1/5～1/10。
采用上述技术方案，反应化学方程式为：
本发明利用丙烯酸与吗啉中和生成吗啉丙烯酸盐，再利用五氧化磷的强脱水性，脱去一分子水得到N-丙烯酰吗啉。具有制备条件温和，原料易得性强；利用复合型阻聚剂阻聚高效阻聚，提高收率；综合成本低的优点。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
取丙烯酸72.06g(1.0mol)、二氯乙烷350mL、对羟基苯甲醚0.27g,氯化亚铜0.81g倒入1000mL四口烧瓶中，保持25℃。取吗啉87.12g(1.0mol)，控制温度25±2℃，滴加吗啉。反应结束后过滤，滤饼洗涤后，真空干燥，得到黄色固体吗啉丙烯酸盐155.2g。将其加入300mLDMF中，加热到135℃，将69.2g五氧化二磷分三次加入。反应结束后，脱去低沸成分，然后加入20％氢氧化钠溶液中和。加入1,2-二氯乙烷萃取，饱和氯化钠洗涤，合并有机相加入对羟基苯甲醚0.23g，氯化亚铜0.69g，蒸馏回收1,2-二氯乙烷，降低压力，升高温度进一步蒸馏N-丙烯酰吗啉，得到N-丙烯酰吗啉109.52g，收率77.6％，纯度98.7％。
实施例2
取丙烯酸72.06g(1.0mol)、乙醇350mL、吩噻嗪0.27g,丁基邻苯二酚0.51g倒入1000mL四口烧瓶中，保持10℃。取吗啉87.12g(1.0mol)，控制温度10±2℃，滴加吗啉。反应结束后过滤，滤饼洗涤后，真空干燥，得到黄色固体吗啉丙烯酸盐151.5g。将其加入到250mL二甲基亚砜中，加热到135℃，将69.2g乙酸酐分三次加入，反应结束后，脱去低沸成分，然后加入20％碳酸钠溶液中和，加入1,2-二氯乙烷萃取，饱和氯化钠洗涤加入对苯二酚0.2g，苦味酸0.74g，然后蒸馏回收1,2-二氯乙烷，降低压力，升高温度进一步蒸馏N-丙烯酰吗啉，得到N-丙烯酰吗啉103.6g收率73.4％，纯度99.1％。
实施例3
取丙烯酸72.06g(1.0mol)、二氯乙烷350mL、对苯二酚0.27g,氯化亚铜0.81g倒入1000mL四口烧瓶中，保持45℃。取吗啉87.12g(1.0mol)，控制温度45±2℃，滴加吗啉。反应结束后过滤，滤饼洗涤后，真空干燥，得到黄色固体吗啉丙烯酸盐155.4g。将其加入到350mL二氧六环中，加热到160℃，将69.2g五氧化二磷分三次加入，反应结束后，脱去低沸成分，然后加入氢氧化钙乳浊液溶液中和，过滤，滤液加入乙酸乙酯萃取，饱和氯化钠洗涤，叔丁基苯酚0.3g，硝基苯0.3g，然后蒸馏回收乙酸乙酯，降低压力，升高温度进一步蒸馏N-丙烯酰吗啉，得到N-丙烯酰吗啉107.6g收率76.2％，纯度99.0％。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在反应釜中加入适量第一阻聚剂、溶剂和丙烯酸后，在0～50℃温度下滴入吗啉，反应得到固体析出；
(2)将步骤(1)中的固体进行过滤，真空干燥得到吗啉丙烯酸盐；
(3)将所述吗啉丙烯酸盐溶解在极性溶剂中，得到吗啉丙烯酸盐溶液；
(4)将所述吗啉丙烯酸盐溶液加热，分若干次加入脱水剂，进行脱水反应；
(5)将步骤(4)的反应液减压蒸馏，剩余反应液；
(6)使用碱液中和所述反应液，使用有机溶剂萃取中和后的反应液，取有机相；
(7)将所述有机相使用饱和盐水洗涤，干燥，浓缩，得到浓缩有机相；
(8)在所述浓缩有机相中加入第二阻聚剂后，蒸馏，得到所需N-丙烯酰吗啉。
2.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(8)中的第一阻聚剂和第二阻聚剂分别为对苯二酚、苯醌、吩噻嗪、硝基苯、苦味酸、对羟基苯甲醚、丁基邻苯二酚、对叔丁基苯酚或氯化亚铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(8)中的第一阻聚剂和第二阻聚剂总量为体系中丙烯酸用量的0.1～4％；所述步骤(1)中丙烯酸与吗啉物质的量比为1:1；所述步骤(1)中溶剂用量为所述丙烯酸和吗啉体积之和的3～10倍。
4.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷，三氯甲烷，乙腈、甲醇或乙醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中极性溶剂用量为丙烯酸和吗啉体积和的3～10倍；所述步骤(3)中极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、N-乙酰吗啉或N-甲酰吗啉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中脱水剂为五氧化二磷或乙酸酐；所述步骤(4)中脱水剂用量为所述丙烯酸物质的量的1.05～3倍。
7.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的脱水反应的脱水温度为100～180℃。
8.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中碱液为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、生石灰或熟石灰中一种或多种的溶液或乳浊液。
9.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中有机溶剂用量为所述中和后的反应液体积1～5倍；所述步骤(6)中萃取次数为2～5次；所述步骤(6)中有机溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的N-丙烯酰吗啉的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中饱和盐水为25℃时的饱和氯化钠水溶液；所述步骤(7)中饱和盐水洗涤次数为1～2次；所述步骤(7)中饱和盐水体积为被洗涤的所述有机相的1/5～1/10。
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