CN110612283A

CN110612283A - 用于从n-甲基葡糖胺出发制备n,n-二甲基葡糖胺的催化方法

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Publication number: CN110612283A
Application number: CN201880007468.XA
Authority: CN
Inventors: E·阿克京; M·林克; S·维尔纳; K·拉布; P·克卢格; K·沙伊岑内德尔; S·克罗伊茨波因特纳
Original assignee: Clariant International Ltd
Current assignee: Clariant International Ltd
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2020511476A; CN110612283B; WO2018172026A1; EP3601211A1; EP3601211B1; PT3601211T; US20210114968A1; ES2852383T3

Abstract

本发明的主题为一种用于制备N,N‑二甲基葡糖胺水溶液的方法，其特征在于，在金属催化剂存在下在氢气压力下将甲醛的溶液计量添加至N‑甲基葡糖胺的溶液。

Description

用于从N-甲基葡糖胺出发制备N,N-二甲基葡糖胺的催化方法

技术领域

本文描述的N,N-二甲基葡糖胺(D-葡萄糖醇、1-脱氧-1-(二甲基氨基)-)是适合于许多商业应用的有价值的化合物。其中包括例如用作润湿剂、清洁剂、增塑剂、增滑剂和润滑剂等中的添加剂。较新的应用领域还有着色剂和漆制备、植物保护、药物和化妆品。基于再生型原料的产品还可以用作温和的中和剂或以质子化形式作为亲水性阳离子使用。对于这种广泛的应用范围而言，必须符合许多的质量要求，这些质量要求在已知的用于制备N,N-二甲基葡糖胺的方法中没有描述。

本文描述的方法能够实现在特别温和的条件下借助于容易操作的一步方法在保持应用所需的品质要求的情况下从容易商购的N-甲基葡糖胺制备N,N-二甲基葡糖胺溶液。

背景技术

为了制备N,N-二甲基葡糖胺，在文献中描述了若干方法，然而这些方法都有一种或更多种不利之处。

EP-0614881描述了N-单烷基多羟基化合物与醛类以1:0.9-1.5或1:1.1-1.03的比例反应，随后通过金属氢化催化剂(例如兰尼(Raney)镍)氢化成二烷基多羟基叔胺。这要求10至150bar的氢气压力和70至150℃的温度。尤其在两个反应步骤中进行反应，其中

a)首先将N-单烷基多羟基仲胺(例如N-甲基葡糖胺)与醛(例如甲醛)以1:0.90至1.5，优选1:1.03至1.1的摩尔比在作为溶剂的水中在15至60℃，优选20至40℃的温度以及大气压力下反应成N-单烷基多羟基胺/醛加合物，以及

b)将在步骤a)中获得的反应产物(基本上由所形成的加合物和水组成)在金属氢化催化剂存在下用氢气在10至150bar，优选30至100bar的压力和70至150℃，优选80至130℃的温度氢化成二烷基多羟基叔胺(例如N,N-二甲基葡糖胺)。

EP-0614881描述了用这种方法可以实现高的产率，然而并没有描述用于纯化反应粗反应溶液的其它信息。该专利文件描述了在水溶液中进行反应，然而除了熔点之外没有找到关于二甲基葡糖胺的品质参数的信息。这意味着，必须进行从反应水溶液中的结晶，结晶产生了产物的良好产率。然而这对于二甲基葡糖胺的商业应用是不利的，因为具有>100℃熔点的固体形式的二甲基葡糖胺比液体更难处理，并且可能有利的是找到在没有纯化步骤的情况下直接产生二甲基葡糖胺在含水介质中的溶液的合成条件。在这种情况下，除了未结晶的二甲基葡糖胺的产率和熔点之外，其它的品质参数也是相关的，例如反应溶液的颜色和起始化合物(如N-甲基葡糖胺、甲醛)或副产物(如酸)的含量，它们在没有重结晶的情况下留在产物中并且因此必须对其进行限制。另一方面，所描述的方法在工业规模下是不利的，因为在将多羟基胺和醛引导到一起之后，氢化作为放热反应不好控制并且具有安全技术方面的问题。

其它方法描述了一步式方法，但是例如DE-2118283要求使用Ag-Pd催化剂并且同样要求100℃至250℃的高温。使用昂贵的催化剂导致更高的生产成本。

EP-A-663 389教导了一种用于制备氨基醇的方法，其特征在于，将羟基羰基化合物与氢气和氨或者伯胺或仲胺在0至300℃的温度和1至400bar的压力下在催化剂存在下反应，所述催化剂的催化活性物质由50至100重量％的钌组成。

另外已知的是，在从仲胺与甲醛和氢气制备叔胺时，只能实现低于90％的差的产率。EP-0142868B1描述了当使用包含在活性炭上的最多10重量％的Ni、Co、Ru、Rh、Pd或Pt的负载催化剂时可以实现更好的结果。常见且价格低廉的氢化催化剂如兰尼(Raney)镍或兰尼钴导致较差的产品品质。在这种方法中也仅确定了气相色谱纯度。

为了即使在这种情况下仍然使用常见的催化剂，例如在GB-908203中建议，从1,3,4,6-四乙酰基-D-葡糖胺出发开始反应或者使用脱水物质如沸石、MgSO₄或CaCl₂(US-4190601)。

这些已知的方法因此仅提供了用于从N-甲基葡糖胺制备N,N-二甲基葡糖胺溶液的不充分的解决方案。因此，所需的品质参数，特别是反应溶液的颜色还有残余镍含量通常无法得到满足(参见对比实施例)或者产率过低。这些已知的方法还导致更高的制造成本，因为它们要么要求多步合成、对粗反应溶液的纯化或者昂贵的初始物质(例如1,3,4,6-四乙酰基-D-葡糖胺或高纯度的N-甲基葡糖胺)，要么必须使用昂贵的催化剂。在这些已知的方法中同样没有描述为了节省成本而再循环催化剂。

因此需要提供成本低廉的催化方法，从成本低廉、工业级或纯的N-甲基葡糖胺制备N,N-二甲基葡糖胺溶液。为了适合商业应用领域，例如着色剂和漆制备、植物保护、药物和化妆品，根据本发明的方法制备的N,N-二甲基葡糖胺及其水溶液必须在颜色和某些副组分的最大含量方面满足某些品质要求，这些是通过现有技术方法无法实现的。

发明内容

已出人意料地发现，在氢气存在下在压力和催化剂作用下在混合初始物质甲醛和N-甲基葡糖胺的情况下获得了改进的产物。

本发明的主题是用于制备N,N-二甲基葡糖胺水溶液的方法，其特征在于，在金属催化剂存在下在10-200bar的氢气压力下将甲醛的水溶液计量添加至N-甲基葡糖胺的水溶液。

一步方法的特征在于，所有组分同时在一个反应器中反应，而没有中间的分离或纯化。

作为催化剂，使用含镍或含钴的催化剂，优选含镍的催化剂，尤其优选兰尼镍。

另外，反应在氢气气氛和计量添加氢气下进行，以使压力在给定的压力范围内保持恒定。所使用的N-甲基葡糖胺水溶液的浓度优选在30-70重量％，优选35-65重量％，尤其优选40-60重量％的范围内。甲醛作为水溶液优选以介于10与60重量％之间，尤其优选介于30与40重量％之间的浓度使用。在此优选的是含有低的甲醇残余含量的甲醛溶液。

除非指明其它百分比基础，否则所有百分比数值都是重量百分比。

在根据本发明的方法中，N-甲基葡糖胺:甲醛的摩尔比优选为1:1至1:1.5，更优选1:1至1:1.2，尤其优选1:1.01至1:1.08。

氢气压力优选为p＝10-200bar，更优选20-180bar，尤其优选70-120bar。

在根据本发明的方法中，反应温度优选为T＝30-100℃，更优选35-65℃，尤其优选40-50℃。

如果用根据本发明的方法制备二甲基葡糖胺溶液，则产生的N,N-二甲基葡糖胺在水中的50％溶液的哈森(Hazen)色号小于800，优选<400，尤其<230。

在根据本发明的方法中，催化剂可以多次使用，优选重复使用多于5次。

基于二甲基葡糖胺的50％溶液计，按照根据本发明的方法制备的溶液含有小于2％，优选小于1％，特别优选<0.25％的初始物质N-甲基葡糖胺。

基于二甲基葡糖胺的50％溶液计，按照根据本发明的方法制备的溶液含有优选<0.1％的甲醛。

在根据本发明的方法中，可以在氢化之后进行用于去除过量水和作为副产物获得的甲醇的蒸馏步骤。在此获得优选<0.1％的甲醇残余含量。

在另一个实施方式中，在根据本发明的方法之后接着是后氢化步骤。为此，在完全添加甲醛溶液并且完成氢吸收之后在60-110℃进行氢化。优选在后氢化之前不对从根据本发明的方法获得的产物进行分离。

按照根据本发明的方法制备的产物提供了以下的品质参数(基于N,N-二甲基葡糖胺在水中的50％溶液计)：

-所述产物具有小于800，优选小于400，尤其小于230的哈森色号。这例如对于在化妆品中或在着色剂和漆中的应用而言是决定性的。

-N-甲基葡糖胺的残余含量(借助GC测定)小于2重量％，优选小于1重量％，尤其小于0.25重量％。提高的值可能导致提高的仲胺份额和潜在的亚硝化可能性，这对于许多应用和配制品而言是有干扰的。

-此外，短时间游离的以及化学结合的单羧酸的存在可能在各种应用中例如由于成盐而造成干扰。在此将甲酸的含量(通过离子色谱法测定)描述为导电物质，关于根据本发明的方法，甲酸小于1重量％，优选小于0.5重量％，尤其小于0.1重量％。

-关于所描述的方法，游离的和化学结合的甲醛的含量低于0.5重量％，优选小于0.1重量％，尤其小于0.05重量％。

-根据本发明的方法提供这样的产物，所述产物具有低含量的不希望的金属杂质，例如铝、钴或镍(通过ICP-OES测定)。镍含量小于50ppm，优选小于20ppm，尤其小于10ppm。

-挥发性有机化合物(例如甲醇)同样对于应用是有干扰的，关于所描述的方法，其含量低于0.7重量％，优选低于0.5重量％，尤其优选低于0.1重量％。

根据本发明的方法优选在搅拌反应器中或者在具有循环泵外部复循环泵(Umpump)且充分混合的环管反应器(Schlaufenreaktor)中进行。将该反应器调温，以任选能够抵御出现的放热或吸热并且在整个反应时间内使温度保持恒定。在反应期间，连续地或逐步地，优选连续地计量添加甲醛，并且在不另外添加甲醛的情况下进行或不进行另外的反应时间。准确的反应时间可以通过取样且在过程控制中确定。

所提及的催化剂(例如兰尼镍)在过滤之后保留在反应器中并且用于另外的合成。这提供了相对于其它方法的决定性的有利之处，在所述其它方法中不能重复使用或者只能以少的次数重复使用催化剂，这导致生产成本的显著提高。由于过滤而可能出现的催化剂材料的损失可以在每次新开始之前进行补充。

为了去除可能存在于反应溶液中的挥发性成分或者为了调节期望的水浓度，可以借助于汽提或蒸馏或本领域技术人员已知的类似方法纯化获得的反应溶液。汽提可以在介于20-100℃之间，优选30-80℃，尤其特别介于40与60℃之间的温度在对应的水的蒸气压添加氮气或水而进行。

根据本发明的方法因此产生了量的比例例如为1:99至99:1，优选30:70至90:10，尤其优选45:55至80:20的N-甲基葡糖胺与水的混合物。

如果对于产物的应用而言希望还更低的金属浓度，则可以通过离子交换剂或本领域技术人员已知的类似方法进行纯化。

另外，按照根据本发明的方法制备的N,N-二甲基葡糖胺溶液还可以作为纯的、结晶的N,N-二甲基葡糖胺制备。这可以通过本领域技术人员已知的纯化方法完成，例如将水馏出或/和从不同溶剂(如醇或醇/水混合物)中结晶，并且这对于药学和医学领域的应用具有重要意义。

对于根据本发明的方法，使用了多聚甲醛或甲醛水溶液。优选地，甲醛水溶液具有30-40％的活性物质含量，特别优选为含有低甲醇含量的那些。

所使用的N-甲基葡糖胺可以作为高纯度的重结晶的物质来使用，然而优选为工业级品质。工业级N-甲基葡糖胺原则上可以根据WO-92/06073从葡萄糖浆制备并且在没有另外纯化的情况下作为大约60％的水溶液出现。

可以通过重结晶将其另外纯化。然而这对于颜色良好的N,N-二甲基葡糖胺而言不是必需的。

根据本发明的方法允许借助于成本低廉且简单的方法生产N,N-二甲基葡糖胺。与此前已知的方法(例如EP-0614881)相比，所述方法易于控制，导致更低的生产成本、更好的产物品质并且因此导致更广泛的技术应用范围。

由于一步方法并不需要中间产物的分离，所以产生了低的生产成本。与EP-614881A1相比，不要求在氢化之前分离加成产物并且因此使得设备占用时间最小化。同样，与要求使用成本密集的催化剂(如Ru、Ag-Pd或Pt)的其它方法相比，所使用的廉价的含镍或含钴的催化剂导致成本降低。通过将催化剂重复用于多个反应循环的可能性，同样明显降低了生产成本。

出人意料地，与US-4190601相反，已发现水的存在并不干扰反应。因此可以将水用作溶剂。在保持所描述的合适浓度的情况下，这在处理中(例如在降低黏度和避免产物在室温或反应温度结晶时)产生了许多有利之处。使用水作为溶剂同样导致成本降低、潜在危险性降低以及避免毒性或危险废料。

在现有技术中描述的已知方法中没有对保持应用所需的品质参数进行充分描述或者这些方法导致较差的品质。对比实施例显示根据本发明的方法在品质参数(特别是产物颜色)方面具有有利之处，并且因此可以避免耗费的纯化。

实施例

n.m.＝不可测量

加德纳(Gardner)色号和哈森色号：

将澄清且无气泡的二甲基葡糖胺水溶液装入10mm的矩形比色皿中。在室温在HachLange公司的LICO 690型的色号测量仪中进行色号测量。

通过酸碱滴定的总胺值：

将在分析天平上准确称量的样品溶于乙酸并且用在乙酸中的0.1摩尔高氯酸和Metrohm公司的滴定处理器滴定。

干物质(105℃/2小时)：

将准确称量的样品在干燥箱中在105℃通过蒸出水而干燥两小时直至恒重并且在干燥后准确称重。

水(Karl-Fischer滴定)：

准确称量的样品的水含量根据Karl Fischer滴定法用Karl Fischer溶剂和KarlFischer滴定剂测定。

N-甲基葡糖胺、N,N-二甲基葡糖胺和山梨醇(GC)：

将样品用极其过量的乙酸酐/吡啶在80℃完全乙酰化。N-甲基葡糖胺、N,N-二甲基葡糖胺和山梨醇的含量的气相色谱法测定在60m-Agilent HP-5-柱上用癸醇作为内标和FID检测器进行。

甲醇(GC)：

甲醇的含量根据气相色谱法对于易挥发物质用异丁醇作为内标和WLD检测器进行测定。

甲醛(游离的和化学结合的)：

将样品用含水硫酸在2,4-二硝基苯肼存在下加热以释放化学结合的甲醛。通过甲醛与2,4-二硝基苯肼的反应形成2,4-二硝基苯腙。随后以液相色谱法通过HPLC测定2,4-二硝基苯腙的含量。将游离甲醛和化学结合的甲醛的含量作为总和记录。

亚硝胺(总NNO)：

按照ATNC(表观亚硝胺总含量)方法研究样品的亚硝胺的总含量。在酸性介质中化学脱亚硝基化的情况下，从亚硝胺中释放了一氧化氮并且随后用非常灵敏的一氧化氮特异性检测器进行定量测定。计算和含量鉴定作为NNO含量(摩尔质量为44g/mol的>N-N＝O)进行。

镍(ICP-OES)：

样品中的镍含量借助于ICP-OES(感应耦合等离子体发光谱)按照DIN EN ISO11885测定。

甲酸(游离的和化学结合的，IC)：

将样品在加热器中的含水碱性介质中预处理，以通过水解释放作为酯和酰胺化学结合的甲酸。在碱性水解之前已经存在的甲酸或其盐的含量以及只有通过碱性水解才释放的甲酸或其盐的含量作为总和通过离子色谱法(IC)进行测定。

对比实施例1：来自EP-0614881的实施例2

在配备有搅拌器、温度计和电加热器的2升玻璃圆底烧瓶中，在常压下通过稀释60％的N-甲基葡糖胺溶液(加德纳色号1.7，哈森色号263)制备1500g的43％的N-甲基葡糖胺水溶液。将43％的N-甲基葡糖胺水溶液在搅拌下升温至35℃。从滴液漏斗中在继续搅拌下在半小时内在35℃滴加总计288.7g的36.5％的甲醛水溶液。到N-甲基葡糖胺-甲醛加合物的反应略微放热。浅黄色澄清N-甲基葡糖胺-甲醛加合物水溶液的加德纳色号为0.8并且哈森色号为151。

在滴加结束之后立即从2升玻璃圆底烧瓶中取出部分量的量为1300g的N-甲基葡糖胺-甲醛加合物水溶液并且在室温将其装入2升搅拌式高压釜。

2升搅拌式高压釜配备有搅拌器、加热器、冷却器、氢气和氮气的供应管线、温度测量器、压力测量器和安全阀。在氮气下将20.4g兰尼镍引入2升搅拌式高压釜中。

将2升搅拌式高压釜封闭。以10bar的氮气加压三次并分别泄压。然后以10bar的氢气加压三次并分别泄压。在密封性检查和泄压之后将搅拌速率调节至800Upm。在继续搅拌下加热至100℃并且随后引入氢气。在对所消耗的氢气进行后续加压的情况下在800Upm、100℃和30bar氢气压力下进行放热的氢化。在明显的氢气吸收结束之后，在100℃和30bar氢气压力下再搅拌两小时。然后冷却至30℃，泄压，用氮气吹扫并且清空2升搅拌式高压釜。通过在氮气下压滤分离兰尼镍催化剂。滤液为暗棕色并且具有加德纳色号8。

将这种暗棕色滤液在旋转蒸发器中在60℃和20mbar压力蒸馏。馏出物主要含有水、少量甲醇和痕量的其它低沸物。经蒸馏的粘稠的N,N-二甲基葡糖胺通过在良好混合的情况下在60℃添加去离子水而调节至51％有效物质含量和49％去离子水含量。分析该产物溶液。除了在清空和纯化时的损失之外，溶解在DMG 50中的N,N-二甲基葡糖胺的产率几乎是定量的。

如下表征所获得的产物：

在20℃的外观：澄清、液态、暗棕色

加德纳色号：9.4

哈森色号：不可测量，因为过暗

总胺值(滴定)：133mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：51.4％(m/m)

水(Karl-Fischer滴定)：49％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：0.91％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：44.5％(m/m)

山梨醇(GC)：0.6％(m/m)

甲醇(GC)：<0.1％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.026％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：35μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.70％(m/m)

对比实施例2：根据EP-0614881的实施例3

在配备有搅拌器、温度计和电加热器的2升玻璃圆底烧瓶中，在常压下通过用去离子水稀释60％的工业N-甲基葡糖胺溶液(加德纳色号1.7，哈森色号263)制备1500g的43％的N-甲基葡糖胺水溶液。

将43％的N-甲基葡糖胺水溶液在搅拌下升温至35℃。从滴液漏斗中在继续搅拌下在半小时内在35℃滴加总计288.7g的36.5％的甲醛水溶液。到N-甲基葡糖胺-甲醛加合物的反应略微放热。然后将澄清的淡黄色反应混合物在35℃另外搅拌一小时。该淡黄色N-甲基葡糖胺-甲醛加合物水溶液的加德纳色号为0.8并且哈森色号为162。

然后从2升玻璃圆底烧瓶中取出部分量的量为1300g的N-甲基葡糖胺-甲醛加合物水溶液并且在室温将其装入2升搅拌式高压釜。

将2升搅拌式高压釜封闭。以10bar的氮气加压三次并分别泄压。然后以10bar的氢气加压三次并分别泄压。在密封性检查和泄压之后将搅拌速率调节至800Upm。在继续搅拌下加热至125℃并且随后引入氢气。在对所消耗的氢气进行后续加压的情况下在800Upm、130℃和100bar氢气压力下进行放热的氢化。在明显的氢气吸收结束之后，在130℃和100bar氢气压力下再搅拌两小时。然后冷却至30℃，泄压，用氮气吹扫并且清空2升搅拌式高压釜。通过在氮气下压滤分离兰尼镍催化剂。滤液为深暗棕色并且具有加德纳色号13.4。

将这种深暗棕色滤液在旋转蒸发器中在60℃和20mbar压力蒸馏。馏出物主要含有水、少量甲醇和痕量的其它低沸物。经蒸馏的粘稠的N,N-二甲基葡糖胺通过在良好混合的情况下在60℃添加去离子水而调节至51％有效物质含量和49％去离子水含量。分析获得的产物溶液。除了在清空和纯化时的损失之外，溶解在DMG 50中的N,N-二甲基葡糖胺的产率几乎是定量的。

如下表征所获得的产物：

在20℃的外观：澄清、液态、深暗棕色

加德纳色号：16.9

哈森色号：不可测量，因为过暗

总胺值(滴定)：133mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：52.6％(m/m)

水(Karl-Fischer滴定)：49％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：6.0％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：35.9？？％(m/m)

山梨醇(GC)：0.6％(m/m)

甲醇(GC)：<0.1％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.012％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：29μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.90％(m/m)

实施例1

在配备有温度测量器、压力测量器、安全阀、充气搅拌器和浸入管的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置4.95kg 60℃热的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和200g水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为28bar。在4小时10分钟的运行中将1.245kg甲醛水溶液(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在59-64℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在25-28bar。在氢气吸收结束之后，在60℃和28bar下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和28bar下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

经过滤的含水N,N-二甲基葡糖胺在60℃和20mbar压力下在旋转蒸发器中蒸馏。馏出物主要包含水、少量甲醇和痕量的其它低沸物。经蒸馏的粘稠的N,N-二甲基葡糖胺通过在良好混合的情况下在60℃添加去离子水而调节至50％有效物质含量和50％去离子水含量。除了浸入管下方的保留在10升搅拌式高压釜中的量和所取试样之外，所溶解的N,N-二甲基葡糖胺的产率几乎是定量的。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、黄色

加德纳色号：2.5

哈森色号：350

总胺值(滴定)：129mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.0％(m/m)

水(Karl-Fischer滴定)：50％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：0.06％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：43.5(m/m)

山梨醇(GC)：1.0％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.015％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：2μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.024％(m/m)

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

实施例2

在浸入管下方具有来自前一装料(实施例1)的含水N,N-二甲基葡糖胺和用过的兰尼镍的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置4.95kg60℃热的液态的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和30g新制的水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为28bar。在3小时50分钟的运行中将1.244kg含水甲醛(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在55-64℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在25-28bar。N-甲基葡糖胺/甲醛加成产物的连续形成及其到N,N-二甲基葡糖胺的连续催化氢化同时进行。在氢气吸收结束之后，在60℃和28bar下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和28bar下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

经过滤的含水N,N-二甲基葡糖胺在60℃和20mbar压力下在旋转蒸发器中蒸馏。馏出物主要包含水、少量甲醇和痕量的其它低沸物。经蒸馏的粘稠的N,N-二甲基葡糖胺通过在良好混合的情况下在60℃添加去离子水而调节至50％有效物质含量和50％去离子水含量。除了所取试样之外，溶解的N,N-二甲基葡糖胺的产率几乎是定量的。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、黄色

加德纳色号：1.1

哈森色号：200

总胺值(滴定)：139mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.1％(m/m)

水(Karl-Fischer滴定)：49.8％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)*：0.08％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：46.7％(m/m)

山梨醇(GC)：1.1％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.021％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：2μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

实施例3

在配备有温度测量器、压力测量器、安全阀、充气搅拌器和浸入管的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置4.97kg 60℃热的液态的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和200g水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为90bar。在3小时15分钟的运行中将1.249kg含水甲醛(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在55-61℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在97-101bar。N-甲基葡糖胺/甲醛加成产物的连续形成及其到N,N-二甲基葡糖胺的连续催化氢化同时进行。通过取样和借助于GC、NMR和滴定分析样品以测定胺值来跟踪转化过程。在氢气吸收结束之后，在60℃和100bar下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和105bar下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、浅黄色

加德纳色号：0.6

哈森色号：105

总胺值(滴定)：133.5mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.2

水(Karl-Fischer滴定)：49.6％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)0.10％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：43.4(m/m)

山梨醇(GC)：1.1％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.024％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：2μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.015％(m/m)，取决于NMG品质

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

实施例4

在浸入管下方具有来自前一装料(实施例3)的含水N,N-二甲基葡糖胺和用过的兰尼镍的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置4.98kg60℃热的液态的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和30g新制的水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为90bar。在3小时50分钟的运行中将1.252kg含水甲醛(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在57-62℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在96-99bar。N-甲基葡糖胺/甲醛加成产物的连续形成及其到N,N-二甲基葡糖胺的连续催化氢化同时进行。通过取样和借助于GC、NMR和滴定分析样品以测定胺值来跟踪转化过程。在氢气吸收结束之后，在60℃和100bar下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和108bar下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、浅黄色

加德纳色号：0.6

哈森色号：115

总胺值(滴定)：132mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：49.9％

水(Karl-Fischer滴定)：50.3％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)*：0.05％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：45.0(m/m)

山梨醇(GC)：1.0％(m/m)

甲醇(GC)：0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.012％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg，取决于NMG品质

镍(ICP-OES)：2μg/g，取决于NMG品质

甲酸(游离的和化学结合的)：0.024％(m/m)，取决于NMG品质

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

对比实施例3(低氢气压力)

在配备有温度测量器、压力测量器、安全阀、充气搅拌器和浸入管的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置5.024kg 60℃热的液态的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和200g水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为3bar绝对压力。在2小时45分钟的运行中将1.263kg含水甲醛(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在54-63℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在2.9-3.2bar绝对压力。N-甲基葡糖胺/甲醛加成产物的连续形成及其到N,N-二甲基葡糖胺的连续催化氢化同时进行。通过取样和借助于GC、NMR和滴定分析样品以测定胺值来跟踪转化过程。在氢气吸收结束之后，在60℃和3.5bar绝对压力下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和3.9bar绝对压力下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、棕色

加德纳色号：9

哈森色号：>1000

总胺值(滴定)：3.54mequ/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.3

水(Karl-Fischer滴定)：49.8％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：0.17％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：44.3％(m/m)

山梨醇(GC)：0.8％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.029％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：62μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.15％(m/m)

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

对比实施例4(低氢气压力)

在浸入管下方具有来自前一装料(实施例5)的含水N,N-二甲基葡糖胺和用过的兰尼镍的10升搅拌式高压釜中，在氮气逆流下预置5.026kg60℃热的液态的57.3％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号0.9，哈森色号158)和30g新制的水润湿的兰尼镍(含有40％水)。用200g去离子水后续冲洗。将10升搅拌式高压釜封闭。将10bar的氮气充入三次并分别泄压。然后将10bar的氢气充入三次并分别泄压。在检查密封性之后将搅拌速率设定为1100Upm，内部温度设定为60℃并且氢气压力设定为3bar绝对压力。在3小时30分钟的运行中将1.264kg含水甲醛(36.8％的甲醛溶解在具有甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至10升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.00比1.05。搅拌速率保持在1100Upm并且内部温度保持在56-63℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在10升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在3.5-3.9bar绝对压力。N-甲基葡糖胺/甲醛加成产物的连续形成及其到N,N-二甲基葡糖胺的连续催化氢化同时进行。通过取样和借助于GC、NMR和滴定分析样品以测定胺值来跟踪转化过程。在氢气吸收结束之后，在60℃和3.9bar绝对压力下再搅拌3小时，加热至90℃并且在90℃和3.8bar绝对压力下搅拌另外3小时。然后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。通过一根没有完全到达底部的浸入管将大部分粗的含水N,N-二甲基葡糖胺缓慢地从10升搅拌式高压釜中压出并且通过压滤与少量悬浮的兰尼镍分离。大部分兰尼镍与浸入管下方的少量含水N,N-二甲基葡糖胺残留物保留在10升搅拌式高压釜中以用于下次装料。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、棕色

加德纳色号：8

哈森色号：>1000

总胺值(滴定)：3.53mequ/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.5％

水(Karl-Fischer滴定)：49.8％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：0.9％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：42.1％(m/m)

山梨醇(GC)：0.8％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.033％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：45μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.13％(m/m)

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

实施例5

在配备有温度测量器、压力测量器、安全阀、充气搅拌器和浸入管的用氮气惰性化的50升搅拌式高压釜中，预置1.9kg水润湿的兰尼镍(含有40％水)。现在将氮气气氛替换为氢气气氛。随后将20.0kg 40℃热的40.0％的N-甲基葡糖胺在水中的溶液(加德纳色号1.4，哈森色号202)计量添加至反应器中。在检查密封性之后开启反应搅拌器，将内部温度设定为40℃并且将氢气压力设定为85bar。在3小时的运行中将3.49kg甲醛水溶液(36.9％的甲醛溶解在带有最多1.5％甲醇的水中)借助于泵连续计量添加至所述50升搅拌式高压釜中。在完成甲醛计量添加之后，N-甲基葡糖胺与所有甲醛的摩尔比为1.05。搅拌速率保持在490Upm并且内部温度保持在39-43℃。消耗的氢气通过引入新鲜的氢气补充，并且因此在50升搅拌式高压釜中的氢气压力保持在80-85bar。在氢气吸收结束之后开始后续反应。为此在搅拌下从40℃和85bar加热1小时到90℃，在90℃继续搅拌1小时，并且从90℃冷却1小时到40℃。在后续反应结束之后冷却至30℃并且停止搅拌器。使兰尼镍沉降一小时。随后在4bar下进行压滤。

经过滤的含水N,N-二甲基葡糖胺在90℃和600mbar压力下以间歇方法蒸馏，直到DMG溶液为50％(DMG-50)。馏出物主要包含水、少量甲醇和痕量的其它低沸物。除了取样之外，溶解的N,N-二甲基葡糖胺的产率几乎是定量的。

如下表征所获得的产物：

外观：澄清、液态、浅黄色

加德纳色号：0.5

哈森色号：81

总胺值(滴定)：132mg KOH/g

干燥物质(105℃/2小时)：50.2％

水(Karl-Fischer滴定)：50.0％(m/m)

N-甲基葡糖胺(GC)：0.13％(m/m)

N,N-二甲基葡糖胺(GC)：45.3％(m/m)

山梨醇(GC)：0.7％(m/m)

甲醇(GC)：<0.01％(m/m)

甲醛(游离的和化学结合的，LC)：0.005％(m/m)

亚硝胺(总NNO)：<50μg/kg

镍(ICP-OES)：0.6μg/g

甲酸(游离的和化学结合的)：0.04％(m/m)

(在碱性水解之后的离子色谱，IC)

从实施例和对比实施例得到了氢化压力对所获得产物的色号的影响。仅在10至200bar氢气压力的压力范围内获得了具有可接受哈森色号的产物。

Claims

1.用于制备N,N-二甲基葡糖胺水溶液的方法，其特征在于，在金属催化剂存在下在10-200bar的氢气压力下将甲醛的水溶液计量添加至N-甲基葡糖胺的水溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属催化剂是兰尼镍。

3.根据权利要求1和/或2所述的方法，其中N-甲基葡糖胺比甲醛的摩尔比为1:1至1:1.5，优选1:1至1:1.2，尤其优选1:1.01至1:1.08。

4.根据权利要求1-3中一项或多项所述的方法，所述方法在10-200bar，优选20-180bar，尤其70-120bar的氢气压力下进行。

5.根据权利要求1-4中一项或多项所述的方法，其中反应温度T为30-100℃，优选35-65℃，尤其优选40-50℃。

6.根据权利要求1-5中一项或多项所述的方法，其中所获得的N,N-二甲基葡糖胺在水中的50重量％溶液的哈森色号为小于800，优选<400，尤其<230。

7.根据权利要求1-6中一项或多项所述的方法，其中将所述氢化催化剂用于多于5个反应批次。

8.根据权利要求1-7中一项或多项所述的方法，其中在搅拌反应器或环管反应器中进行反应。

9.根据权利要求1-8中一项或多项所述的方法，其中N-甲基葡糖胺的残留含量为<2重量％，优选<1重量％，尤其<0.25重量％。

10.根据权利要求1-9中一项或多项所述的方法，其中残留甲醛含量为<0.1重量％。

11.根据权利要求1-10中一项或多项所述的方法，其中在氢化之后接着是用于去除甲醇的蒸馏步骤。

12.根据权利要求1-11中一项或多项所述的方法，其中在35-65℃在计量添加甲醛的情况下氢化之后接着是在70-110℃在没有计量添加甲醛的情况下的另一后氢化步骤。