CN110809571B - 一种长链氨基酸和二元酸的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长链氨基酸和长链二元酸的生产工艺，包括：(1)长链酮基脂肪酸与羟胺反应或使用酮基脂肪酸通过氨肟化反应生成肟基脂肪酸；(2)对肟基脂肪酸进行贝克曼重排，得到两种酰胺脂肪酸的混合物；(3)将混合酰胺脂肪酸水解成长链氨基酸、长链二元酸、短链烷基胺和烷基酸。

Description

一种长链氨基酸和二元酸的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种长链尼龙单体的生产方法，具体地，涉及一种长链氨基酸和二元酸的生产方法。

背景技术

长链饱和脂肪氨基酸、内酰胺和二元酸是长链尼龙和工程塑料的重要单体。尼龙是一类在其主链上含有酰胺键的长链聚合物。长链尼龙是使用最广泛、种类最多、用量最大的一类工程塑料。

长链尼龙因其特殊的分子结构而具有特殊的物理性质，比如机械强度比金属高、低吸湿性、优异的耐油性、耐低温、耐磨损和耐化学腐蚀性，最重要的是易加工性。长链尼龙可以制成多种塑料制品，可以纺丝制成纤维，也可以拉伸制成薄膜。长链尼龙也用于油漆和热熔粘合剂。因此，长链尼龙可以广泛应用于汽车、电气、电信、石化和航空航天等领域。

工业上以长链氨基酸和内酰胺为单体生产尼龙9、尼龙11和尼龙12。

工业上以长链二元酸为起始原料，与二胺缩合生产尼龙610、尼龙612、尼龙510、尼龙512、尼龙1010和尼龙1212。

在目前的生产技术中，尼龙9的单体是9-氨基壬酸，9-氨基壬酸是从油酸或油腈通过一系列的化学反应产生的(详见J.Am.Oil Chemist’s Soc.,1975,Vol.52,No.11,pp473-477)。

尼龙11的单体，也就是11-氨基十一酸，它是由蓖麻油与甲醇通过酯交换、高温裂解、无水溴化氢自由基加成，最后氨解得到(详见A.Chauvel&G.Lefebvfre,PetrochemicalProcesses 2:Major Oxygenated,Chlorinated and NitratedFatty acids,pp 274-278)。总收率不超过55％。

尼龙12的单体，也就是十二内酰胺，它是由1,3-丁二烯通过一系列反应生成的。比如三聚反应得到十二碳三烯，加氢反应得到环十二烷，氧化反应得到环十二酮，然后经贝克曼重排制得(详见A.Chauvel&G.Lefebvfre,Petrochemical Processes 2:MajorOxygenated,Chlorinated and Nitrated Fatty acids,pp 279-286)。

在长链二元酸的工业生产中，壬二酸是由油酸氧化生成的，而葵二酸是由蓖麻油或脂肪酸在高温(200℃-250℃)碱解下生成的，再经过纯化和精制得到产物。

对于重要的十二碳二酸，有两种性质完全不同的工业方法。一种工艺是由1,3-丁二烯催化三聚反应生成十二碳三烯，氢化反应生成环十二烷，氧化反应生成环十二醇或环十二酮，最后用硝酸氧化。另一种生物发酵工艺更受欢迎，例如生物氧化高纯度的十二烷或者十二烷酸末端的甲基官能团。

在用化学合成方法制备这些单体的过程中，目前的工业生产工艺存在一些问题，比如：总收率低(9-氨基壬酸为35％、11-氨基十一酸为55％、葵二酸为80％)、反应条件具有内在危险性并且难以控制。比如，9-氨基壬酸需要用到臭氧，11-氨基十一酸的生产需要用到高温裂解反应。此外，十二内酰胺和十二碳二酸的生产是利用1,3-丁二烯在易燃催化剂在惰性反应条件下的三聚反应，而葵二酸的生产需要蓖麻油的强腐蚀性碱解。

尽管长链烷烃或十二烷酸的发酵氧化反应条件温和，可以通过发酵得到十二碳二酸或其他长链二元酸，但得到的粗产品中含有大量的生物质和降解的短链二元酸。为了得到适合尼龙生产的单体，粗产品必须经过复杂的纯化和提纯过程。已经有大量的文献方法报道了粗产品的精制和纯化工艺。详细过程见以下专利：U.S.Pat.No.6,218,574；U.S.Pat.No.8,729,298；CN104591998A；CN 102476990A；CN 102329224A；CN 103497100A；CN102795989A；CN 104447274A；CN 104447280A；CN 104496793A；CN104529741A；CN104529747A。

本发明人在WO2017088218公开了一种长链氨基酸和二元酸的联产工艺。根据这一公开的工艺，酮基脂肪酸酯或酰胺和羟胺反应生成肟基脂肪酸衍生物，在经过贝克曼重排形成两种酰胺脂肪酸衍生物。将酰胺衍生物的混合物水解，得到长链氨基酸和二元酸的混合物并且可以在高浓度下进行分离。

WO2017088218的工艺从一个不易得到的原料作为起始原料，比如酮基脂肪酸酯或酰胺，都不是商业化原料。此外，在制备肟的过程中，酯是不稳定的，会水解产生大量的肟基脂肪酸的盐，所得的盐呈现皂液状态而导致后处理困难。进一步地，这一杂质会影响贝克曼重排并降低催化剂活性。

根据WO2017088218的制备工艺，在混合酰胺脂肪酸衍生物的水解过程中，得到长链氨基酸和二元酸的同时会产生低级醇，比如甲醇或乙醇。低级醇来源于酯基的水解。低级醇的产生会使得烷基胺的分离变的更复杂，比如己胺。己胺能和水共沸，但这种共沸形式和分离都会很大程度的受到甲醇或乙醇的影响。

此外，还需要分离短链烷基胺和烷基酸，它们也是伴随长链氨基酸和二元酸得到的产物。分离工艺还需具有经济性和环境安全性。

为了解决上述缺点，本发明公开了一种从羟基脂肪酸生产长链氨基酸和二元酸的工艺，尤其是以商业化的并且性质稳定的12-羟基脂肪酸作为起始原料。

发明内容

为了解决现有工业化生产工艺的缺点，本发明公开了一种联产长链氨基酸和二元酸的工艺。与现有工业化的工艺相比，本发明公开的工艺具有温和的反应条件、更高的整体收率，尤其适合于工业化生产。

本发明以商业化原料羟基脂肪酸(Ⅰ)为起始原料生产长链二元酸(Ⅴ)和氨基酸(Ⅵ)，反应流程如图1所示，图示中m是0-10的整数，n是6-20的整数。本发明的工艺按照以下步骤实施：

(1)氧化起始原料，羟基脂肪酸(Ⅰ)转化为酮基脂肪酸(Ⅱ)；

(2)酮基脂肪酸(Ⅱ)与羟胺溶液反应形成肟基脂肪酸(Ⅲ)或者酮基脂肪酸在有机溶剂中通过氨肟化反应得到肟基脂肪酸(Ⅲ)；

(3)肟基脂肪酸(Ⅲ)在一种或者多种催化剂作用下进行贝克曼重排得到酰胺脂肪酸混合物(Ⅳa)和(Ⅳb)；

(4)酰胺脂肪酸混合物(Ⅳa)和(Ⅳb)水解生成长链二元酸(Ⅴ)，长链氨基酸(Ⅵ)，短链一级烷基胺(Ⅶ)和短链烷基酸(Ⅷ)；

(5)通过逐步的中和和酸化处理从相应产物的盐中分离长链氨基酸(Ⅵ)，长链二元酸(Ⅴ)和短链烷基酸(Ⅷ)。

需要注意的是，当m＝5，n＝10时，起始原料是12-羟基硬脂酸。根据本发明公开的工艺，尼龙11的单体，也就是11-氨基十一酸是和十二碳二酸联产的。十二碳二酸是生产尼龙612和尼龙1212的重要单体。

当m＝7，n＝8时，起始原料是10-羟基硬脂酸。根据本发明公开的工艺，尼龙9的单体，9-氨基壬酸是和葵二酸联产的。葵二酸是生产尼龙610和尼龙1010的单体。

当m＝5，n＝12时，起始原料是14-羟基二十碳酸。根据本发明公开的工艺，尼龙13的单体，13-氨基十三酸是和十四碳二酸联产的。

羟基脂肪酸(Ⅰ)通过氧化反应转化为酮基脂肪酸(Ⅱ)可以在次氯酸钠或次氯酸钙的醋酸水溶液中进行，反应温度0℃-40℃，优选地，0℃-20℃。氧化反应完成之后，醋酸通过蒸馏除去，剩余物悬浮在含有氯化钠或氯化钙的水溶液中。酮基脂肪酸(Ⅱ)通过固液分离方式回收。

羟基脂肪酸(Ⅰ)的氧化也可以在过氧化氢/钨或钼化合物催化剂/相转移催化剂体系中进行。羟基脂肪酸用过氧化氢氧化可以在有机溶剂存在的体系中进行，优选地是不用有机溶剂。氧化反应完成之后，熔化状态的酮基脂肪酸可以在50℃-90℃下进行分相分离。

为了得到肟基脂肪酸(Ⅲ)，将酮基脂肪酸(Ⅱ)溶于有机溶剂，然后与羟胺盐的水溶液反应，反应过程中用碱性试剂调节反应体系的pH值。

肟化反应的有机溶剂可以是水溶性也可以是非水溶性的。选择溶剂的原则是能够溶解酮基脂肪酸(Ⅱ)和肟基脂肪酸(Ⅲ)，并且不与原料、产物和羟胺反应。比如，醛类和酮类溶剂都不适合作为肟化反应的溶剂，因为这些溶剂会与羟胺反应。腈类溶剂也不适合作为溶剂，因为氰基能与羟胺反应。胺类溶剂能够与酮反应形成希弗碱，因此也不适宜作为溶剂。

合适的溶剂包括醇、酯、脂肪烃、芳香烃、醚和酰胺。优选溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、环己醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、甲酸异丁酯、苯、甲苯、二甲苯、异丙苯、三氟甲基苯、乙醚、丙醚、丁醚、二异丙基醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四甲基脲、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿，以及两种或以上溶剂的混合物。

最优选地溶剂是甲苯。

本发明人发现肟化反应可以在没有有机溶剂的情况下进行。在用碱性试剂控制反应水溶液pH值时，酮基脂肪酸的油相可以和羟胺盐的溶剂反应。反应完成后，产物可以与水溶液通过简单的分相进行分离，产物进行脱水后可用于下一工段。

羟胺的盐可以是盐酸羟胺、硫酸羟胺和醋酸羟胺。也可以用羟胺水溶液。

用于维持肟化反应pH值的碱性试剂可以是碱金属和铵的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸盐和羧酸盐。碱金属可以是锂、钠、钾或铯。

适合的碱性试剂包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、氨水、氨、碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸钠、乙酸钠、甲酸钾、乙酸钾、磷酸铵、磷酸钠，以及两种或以上碱性试剂的混合物。

最优选地碱性试剂是氨水。

为了肟化反应能够完成，反应体系需要保持合适的pH值。尽管肟化反应可以在pH值为2-10条件进行，但是反应溶液在pH值≥6时会皂化，所以不适宜用太高的pH值。当反应体系pH值≤3时，肟化反应的反应速率非常低。因此优选地反应pH值范围是3-6，最优选地范围是3.5-5.5。

酮基脂肪酸的肟化也可以通过氨肟化反应进行，比如，用过氧化氢在钛催化剂作用下进行氨氧化。酮基脂肪酸溶解于有机溶剂，最优选地的溶剂是甲苯。氨和过氧化氢可以同时加入或依次加入，也可以连续、半连续或分批加入。

肟化反应可以在0℃-100℃进行，也可以通过加压在更高温度下进行。反应优选温度40℃-100℃，常压进行。如果温度降低，反应速度会变慢，而延长反应时间是没有必要的。更优选地反应温度是60℃-80℃。

肟化反应可以在空气中进行，也可以在惰性气体保护下进行，比如氮气、氩气或氦气。

肟化反应完成的时间与反应温度相关，通常在0.5-24h。优选地，反应时间控制在1-6h，反应温度控制在0℃-100℃。如果反应时间太短，残留的酮基脂肪酸偏高，反应收率降低。尽管残留的酮基脂肪酸在后续的处理过程中可以回收，但需要额外的设备。延长反应时间可以减少酮基脂肪酸的残留，但是会增大反应器的体积，这是没有必要的。

化工生产过程中的多种经典反应器均可以用于肟化反应，比如间歇式反应器、半连续反应器、管式反应器或连续反应器。优选地是连续搅拌釜式反应器。如果采用连续搅拌釜式反应器，羟胺水溶液和酮基脂肪酸溶液可以同时加入到一个反应器，然后反应可以在串联反应器中完成。另一方面，两种溶液可以同时、依次、连续、半连续或分批加入间歇式反应器中。

羟胺与酮基脂肪酸的摩尔比可以为0.1-10，优选地为1.0-2.0，最优选地是1.05-1.1，以保证酮基脂肪酸能够完全转化为肟基脂肪酸。

肟化反应完成之后，所得到的肟基脂肪酸溶于有机相，而水相被分走。尽管水在有机相中的溶解度很小，但是微量水分的存在会使贝克曼重排催化剂失活，因此有机相的水分必须除去。为了除去有机相中的微量水分，通常需要干燥剂。优选地，微量的水分可以通过溶剂蒸馏除去。蒸馏出来的溶剂可以直接用于肟化反应，无需干燥。蒸馏后得到的肟基脂肪酸无水溶液可以直接用于贝克曼重排。

对于重排反应，所用溶剂应该对肟基脂肪酸(Ⅲ)和酰胺酸混合物(Ⅳa)和(Ⅳb)都具有良好的溶解性，同时能够溶解贝克曼重排的催化剂并且不与催化剂反应。

用于肟化和贝克曼重排的溶剂必须性质稳定且可回收。许多不同的溶剂都可以用于肟化反应和贝克曼重排，满足每个反应的要求。优选地，选择一种溶剂能够同时符合两个反应的要求，以减少溶剂种类和溶剂的回收量。更优选地，选择非水溶性溶剂以便肟化和重排反应完成后容易分离。反应中溶剂的用量并没有特殊的限制，因为溶剂的唯一作用是溶解反应物和产物。

能够同时满足肟化和贝克曼重排反应要求的溶剂包括酯、脂肪烃、芳香烃和醚。优选地溶剂包括但不仅限于乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯、甲苯、二甲苯、异丙苯、苯甲醚、乙醚、二异丙基醚、丁醚、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、甲基四氢呋喃、石油醚、环己烷、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、三氟甲基苯，以及两种或以上溶剂的混合物。

最优选地溶剂是甲苯。

肟基脂肪酸(Ⅲ)充分干燥之后，在一种或多种催化剂作用下，通过贝克曼重排生成两种酰胺脂肪酸(Ⅳ)混合物。

适合的催化剂包括但不仅限于硫酸、烷基磺酸、芳基磺酸、全氟羧酸和三氟乙酸。

含有氯化氢、溴化氢或酸酐的乙酸也是合适的催化剂。

肟基脂肪酸中的游离羧酸可能会与活性卤素化合物反应，因此这些活性卤素化合物不适合作为肟基脂肪酸贝克曼重排的催化剂。本发明人另外发现这些活性卤素化合物单独或共同与路易斯酸结合使用时，是很好的催化剂。优选地，活性卤素化合物是活性氯化合物。

适合的活性含氯化合物包括但不仅限于氯化亚砜、硫酰氯、氯磺酸、各种有机磺酰氯(比如甲基磺酰氯、对甲苯磺酰氯)、各种羰基酰氯(比如甲酰氯、乙酰氯、苯甲酰氯、草酰氯、光气、双光气、三光气、三氯化硼)、含氯磷化物(比如三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷)、含氯杂环化合物(比如三聚氯氰、六氯环三磷腈)，一种或两种及以上化合物的混合物也可以作为催化剂。

适合的路易斯酸是金属卤代物，比如氯化锌、氯化铁、氯化钴、氯化锡、氯化铝、氯化钛、三氯化硼，以及两种或以上的混合物。

在上述贝克曼重排中，活性含氯化合物使用量为催化量，比如小于肟基脂肪酸摩尔量的10％，优选地0.1％-5％。路易斯酸配合含氯化合物使用，也是催化量，比如小于肟基脂肪酸摩尔量的10％，优选地0.1％-5％。

使用硫酸进行贝克曼重排时，硫酸的使用量可以参照贝克曼重排的现有技术进行选择。

路易斯酸和活性含氯化合物的摩尔比为1:0.01-1:100，优选地1:0.3-1:1.5。

催化剂的量、反应温度、反应压力和反应时间都是相关的。在同一温度下，增大催化剂的量可以缩短反应时间。

肟基脂肪酸的贝克曼重排反应温度没有严格的限制，可以从室温至回流温度。反应也可以在加压下进行高温反应。但是过高的反应温度会导致重排产物的颜色加深，使得后处理更加困难。

贝克曼重排可以在空气氛围下进行也可以在惰性气体保护下进行，比如氮气、氩气或氦气作为保护气体。反应优选地在干燥空气中进行。重排反应的压力没有限制，可以常压、减压或加压。

贝克曼反应的反应容器没有限制。化工行业常用反应容器或管式反应器均可以。反应可以是分批的、半连续或连续的。

贝克曼重排完成之后，所得到的产物是两种酰胺脂肪酸(Ⅳa)和(Ⅳb)的混合物，两种产物的量几乎相同。回收反应溶剂之后，混合物在用于下一步水解之前可以进行纯化以得到纯的酰胺脂肪酸。另一方面，重排反应的粗产物也可以直接用于下一步进行水解，粗产品中的杂质可以在水解之后再除去。实际上，如果肟基脂肪酸的纯度足够纯，得到的重排产物几乎没有杂质。

酰胺脂肪酸混合物的水解可以在酸作用下进行。适合的酸包括硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸或硝酸。一种或两种酸以及多种酸的混合酸也可以用于水解反应。水解反应所用酸的量和反应条件可以参考现有技术报道。为了增加水解体系中酰胺脂肪酸的溶解度，可以加入一些有机溶剂。适合的有机溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、甲酸和乙酸。

水解完成后，长链二元酸和短链烷基酸以羧酸的形式存在，而烷基胺和长链氨基酸以相应盐的形式存在。优选地，水解完成后加入水稀释水解悬浮体系，然后冷却，长链二元酸会析出而烷基酸会以油的形式存在。过滤后，先用大量水洗涤滤饼，然后用低级醇洗涤除去烷基酸，得到长链二元酸湿品。因为短链烷基酸(比如庚酸)在水中不溶，因此短链烷基酸可以从酸性母液中通过分相进行分离。

母液用碱性试剂中和，调节pH值至5.0-7.0以析出长链氨基酸。析出的长链氨基酸通过固液分离方法进行分离，用大量去离子水洗涤。得到的长链氨基酸和二元酸都可以通过重结晶进行纯化，以得到符合纯度要求的产品、分离长链氨基酸之后，其母液是中性的，母液中含有烷基胺盐。为了回收烷基胺，在母液中加入碱性试剂，游离的烷基胺可以从强碱性的溶液中蒸馏回收。

碱性试剂包括氨、氨水、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、醋酸铵、醋酸钠、醋酸钾，以及两种或以上碱性试剂的混合物。

优选地碱性试剂是碱性氢氧化物。最优选地是氢氧化钠。

酰胺脂肪酸(Ⅳa)和(Ⅳb)混合物的水解也可以在碱性试剂作用下进行。碱的量和反应条件可以参考现有技术报道。适合的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钡，以及两种或以上碱的混合物。最优选地是氢氧化钠。

水解反应的溶剂是水，或有机溶剂和水的混合物。适合的有机溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、二氧六环，以及两种或以上溶剂的混合物。

水解反应的温度范围是50℃-200℃，优选地100℃-150℃。水解过程中反应体系压力会自发增大。水解反应可以在空气氛围下进行也可以在惰性气体氛围下进行。

水解反应的时间由碱浓度、反应温度的影响，一般需要1-24h。优选地反应时间是2-4h。如果反应时间太短，水解反应不能完全反应。如果反应时间太长，反应设备体积要增大，增加了设备投资。

水解完成后，有机溶剂(如果有用到)可以通过蒸馏回收。烷基胺(比如己胺)也可以通过蒸馏回收。强碱性溶液含有长链二元酸的盐、烷基酸的盐和长链氨基酸的盐。这三个产物可以逐步通过加酸酸化和中和进行分离。

所选用的酸包括硫酸、盐酸、氢溴酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、苹果酸、乙醇酸、酒石酸、柠檬酸、氨基磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸、甲磺酸、乙磺酸，以及两种或以上酸的混合物。优选地，选用无机酸。

最优选地的酸是硫酸。

首先，将溶液中和至pH值为7-8以析出长链氨基酸，然后长链氨基酸通过固液分离回收。分离后的母液调节pH值至4-5，析出长链二元酸，也通过固液分离回收。最后，再将母液调节pH值至1-3，以得到烷基酸。由于烷基酸不溶于水，可以通过分相分离。另外，烷基酸粗品可以通过蒸馏获得理想纯度的产品。

需要特别强调的是，根据本发明生产的长链二元酸和长链氨基酸具有相当高的纯度，产品中不含其他长链二元酸和长链二元亚胺酸。

附图说明

图1为从羟基脂肪酸生产长链氨基酸和二元酸的反应流程图。

具体实施方式

以下实施例解释了本发明的具体实施过程，但本发明不仅限于实施例范围。

实施例1

本实施例涉及11-氨基十一酸和十二碳二酸的生产。

将90g的12-酮基硬脂酸与200mL水混合，然后加入含有14.5g硫酸羟胺的水溶液(约8％)。混合物在70-85℃下强力搅拌，同时用氨水调节反应溶液的pH并保持pH值为4.5-5.0。HPLC跟踪反应，反应2h后，起始原料完全转化为12-肟基硬脂酸。

肟化反应完成后，混合物静置分相，分走下层水相，上层油相真空干燥。将所得产物溶于500mL 98％的甲磺酸中并加热到140℃，反应4h后完成贝克曼重排。加入500mL水淬灭反应。过滤并用去离子水洗，得到微红色混合酰胺脂肪酸产物。

将混合酰胺脂肪酸和500mL 10％氢氧化钠水溶液加入高压釜，在150℃下搅拌4h。HPLC跟踪水解反应完成。

水解反应溶液进行共沸蒸馏直至上部馏分中不含己胺(上部馏分接近中性)，回收12.8g己胺。

加入500mL水和2g活性炭至上述溶液中，在90℃脱色30分钟。过滤掉活性炭，用硫酸调节滤液pH值至7.5，析出11-氨基十一酸。冷却至室温，过滤析出物，大量去离子水洗涤滤饼，干燥，得到25.8g 11-氨基十一酸。

将分离11-氨基十一酸之后的母液升温至85℃，用硫酸酸化至pH值为4.5，析出大量固体。冷却至室温，过滤分离固体，去离子水洗涤3次，甲醇洗涤一次。干燥，得到29.4g十二碳二酸。

分离十二碳二酸之后的母液浓缩至200mL，过滤掉析出的硫酸钠。母液中加入硫酸调节pH值至1.0，分离得到的油相，得到16.9g庚酸。

实施例2

本实施例涉及9-氨基壬酸和葵二酸的生产。

将90g的10-酮基硬脂酸与200mL水混合，然后加入含有12.5g硫酸羟胺的水溶液(约8％)。混合物在70-80℃下强力搅拌2h，同时用氨水调节反应溶液的pH并保持pH值为4.5-5.0。HPLC跟踪反应，起始原料完全转化为10-肟基硬脂酸。

分走水相，油相真空干燥后溶于100g三氟乙酸和100g乙腈混合物中，反应加热回流8h后完成贝克曼重排。蒸馏回收溶剂后，加入300mL水，析出类白色混合酰胺脂肪酸产物。

固体混合酰胺脂肪酸溶解于200mL醋酸中，再加入200mL 30％盐酸。溶液回流48h后水解完成。在热溶液中加入500mL水，冷却至室温，过滤分离晶体并用去离子水洗涤。干燥，得到34.6g葵二酸。

母液真空减压蒸馏得到油状残留物，与水分馏得到21.8g壬酸。

分离壬酸后的母液用800mL水稀释，加热至80℃，缓慢加入氢氧化钠溶液调节pH值至6.5-7.0。冷却，过滤分离析出的固体，用去离子水洗涤滤饼，干燥，得到25.6g的9-氨基壬酸。

分离9-氨基壬酸后的母液浓缩至200mL，过滤氯化钠固体。滤液加入20mL 50％氢氧化钠，有油相形成。蒸馏油相得到14.6g辛胺。

实施例3

本实施例涉及13-氨基十三酸和十四碳二酸的生产。

将100g的14-酮基花生酸与200mL水混合，然后加入含有16.5g硫酸羟胺的水溶液(约8％)。混合物在70-85℃下强力搅拌2h，同时用氨水调节反应溶液的pH值并保持pH值4.5-5.0。HPLC跟踪反应，起始原料完全转化为14-肟基花生酸。

分走水相，油相真空干燥得到蜡状固体。在100℃下将蜡状固体缓慢加入到300mL98％硫酸中。溶液在100℃搅拌2h后完成贝克曼重排，加入800g冰淬灭反应。过滤水洗得到深色的混合酰胺脂肪酸产品。

将混合酰胺脂肪酸和700mL 8％氢氧化钠水溶液加入高压釜，在150℃下搅拌5h。HPLC跟踪水解反应完成。

水解反应溶液进行共沸蒸馏直至上部馏分中不含己胺(上部馏分接近中性)，回收13.4g己胺。

加入500mL水和2g活性炭至上述溶液中，在90℃脱色30分钟。过滤掉活性炭，用硫酸调节滤液pH值至7.5，析出13-氨基十三酸。冷却至室温，过滤析出物，大量去离子水洗涤滤饼，干燥，得到32.7g 13-氨基十三酸。

将分离13-氨基十三酸之后的母液升温至85℃，用硫酸酸化至pH值4.5，析出大量固体。冷却至室温，过滤分离固体，去离子水洗涤3次，甲醇洗涤一次。干燥，得到40.6g十四碳二酸。

分离十四碳二酸之后的母液浓缩至200mL，过滤掉析出的硫酸钠。母液中加入硫酸调节pH值至1.0，分离得到的油相，得到16.2g庚酸。

实施例4

本实施例涉及12-酮基硬脂酸的氨肟化。将90g的12-酮基硬脂酸溶于500mL甲苯，然后加入20gTS-1催化剂。混合物在70℃强烈搅拌，同时将50mL27.5％双氧水和70mL25％氨水同时缓慢滴加到反应体系中。滴加完毕后继续在75℃搅拌60分钟，HPLC跟踪反应完成。根据实施例1后处理步骤，得到28.2g 11-氨基十一酸和31.9g十二碳二酸。

实施例5

本实施例涉及12-肟基硬脂酸用氯化亚砜和氯化锌体系催化进行贝克曼重排。

将30g 12-肟基硬脂酸加入到400mL乙腈中，加入0.4g氯化锌和1.2g氯化亚砜。混合物回流2h。HPLC跟踪肟基硬脂酸完全转化为混合酰胺脂肪酸。

反应结束后蒸馏回收乙腈，残留物中加入200mL水，室温搅拌30分钟，通过过滤得到混合酰胺脂肪酸。

实施例6

本实施例涉及在醋酸中氧化羟基脂肪酸制备酮基脂肪酸。

将30g 12-羟基脂肪酸溶于600mL 95％醋酸水溶液中，冰浴冷却。在搅拌下缓慢加入100mL 8.0％的次氯酸钠，保持反应温度在5-10℃。加完次氯酸钠后，继续搅拌60分钟，反应完成。蒸馏回收醋酸，向蒸馏残余物中加入300mL水，过滤，得到29.5g 12-酮基硬脂酸。

上述所有实施例、解释和图例仅仅是出于举例的目的。基于本发明技术的各种修饰对于具有熟练化学技术的人员来说是不证自明的，这些修饰都应该包含在本申请的权限和权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种长链二元酸(Ⅴ)和长链氨基酸(Ⅵ)的生产工艺，包括：

(1)下式中酮基脂肪酸(Ⅱ)的反应：

在含或不含有机溶剂的羟胺盐水溶液中或通过氨肟化反应下生成一种肟基脂肪酸(Ⅲ)，如下式：

此处m是0-10的整数，n是6-20的整数；

(2)将肟基脂肪酸(Ⅲ)通过贝克曼重排反应生成混合酰胺脂肪酸(Ⅳa)和(Ⅳb)；

(3)用酸或碱水解混合酰胺脂肪酸，得到长链二元酸(Ⅴ)、长链氨基酸(Ⅵ)、短链烷基胺(Ⅶ)和烷基酸(Ⅷ)的混合物；

(4)通过逐步的酸化或中和操作分离长链二元酸(Ⅴ)、长链氨基酸(Ⅵ)、短链烷基胺(Ⅶ)和烷基酸(Ⅷ)。

2.如权利要求1所述的工艺，肟化反应的pH值范围是3-5。

3.如权利要求1所述的工艺，肟化反应在没有有机溶剂的水溶液中进行。

4.如权利要求1所述的工艺，肟基脂肪酸(Ⅲ)进行贝克曼重排的催化剂包括硫酸、烷基磺酸、芳基磺酸、全氟羧酸、氯化亚砜、硫酰氯、氯磺酸、甲基磺酰氯、对甲苯磺酰氯、乙酰氯、苯甲酰氯、草酰氯、光气、双光气、三光气、三氯化硼、三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷、三聚氯氰、六氯环三磷腈、氯化锌、氯化铁、氯化钴、氯化锡、氯化铝和氯化钛中的一种或两种以上。

5.如权利要求1所述的工艺，混合酰胺脂肪酸用酸水解，得到长链二元酸(Ⅴ)、烷基酸(Ⅷ)和长链氨基酸(Ⅵ)盐、短链烷基胺(Ⅶ)盐。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于长链二元酸(Ⅴ)、烷基酸(Ⅷ)和长链氨基酸(Ⅵ)盐、短链烷基胺(Ⅶ)盐的分离，包括：

(a)用水稀释水解悬浮液并降温结晶长链二元酸，通过固液分离方法分离得到长链二元酸同时得到相应母液；

(b)通过将步骤(a)的母液分相，分离得到烷基酸，同时得到水溶液；

(c)用碱性试剂中和步骤(b)的水溶液到中性，析出长链氨基酸；

(d)过滤步骤(c)中得到的长链氨基酸，产生相应的母液；

(e)向步骤(d)中的母液中加入碱性试剂；

(f)蒸馏步骤(e)的溶液以回收短链烷基胺。

7.如权利要求1所述的工艺，混合酰胺脂肪酸用碱性氢氧化物水解，得到短链烷基胺(Ⅶ)、长链二元酸(Ⅴ)的盐、长链氨基酸(Ⅵ)的盐和烷基酸(Ⅷ)的盐。

8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于短链烷基胺(Ⅶ)、长链二元酸(Ⅴ)的盐、长链氨基酸(Ⅵ)的盐和烷基酸(Ⅷ)的盐的分离，包括：

(a)蒸馏水解后的水溶液以回收短链烷基胺；

(b)用酸中和步骤(a)的溶液至pH值为7-8，析出长链氨基酸；

(c)过滤分离步骤(b)中得到的长链氨基酸，产生相应的母液；

(d)向步骤(c)的母液中加入酸调节pH值至4-5，析出长链二元酸；

(e)过滤分离步骤(d)中得到的长链二元酸，产生相应的母液；

(f)向步骤(e)的母液中加入酸调节pH值至1-3，得到烷基酸。

9.如权利要求1所述的工艺，所用到的酸包括硫酸、盐酸、氢溴酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、苹果酸、乙醇酸、酒石酸、柠檬酸、氨基磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸、甲磺酸和乙磺酸中的一种或两种以上。

10.如权利要求1所述的工艺，所用的酸是硫酸。

11.如权利要求6所述的工艺，所用到的碱性试剂包括氨、氨水、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、醋酸铵、醋酸钠和醋酸钾中的一种或两种以上。

12.如权利要求6所述的工艺，所用的碱性试剂是氢氧化钠。

13.如权利要求1所述的工艺，长链二元酸是癸二酸、十二碳二酸或十四碳二酸。

14.如权利要求1所述的工艺，长链二元酸是十二碳二酸。

15.如权利要求1所述的工艺，长链氨基酸是9-氨基壬酸、11-氨基十一酸或13-氨基十三酸。

16.如权利要求1所述的工艺，长链氨基酸是11-氨基十一酸。

17.如权利要求1所述的工艺，酮基脂肪酸是通过用次氯酸钠、次氯酸钙或过氧化氢来氧化羟基脂肪酸制备的。

18.如权利要求1所述的工艺，用于维持肟化反应pH值的试剂为碱金属和铵的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸盐或羧酸盐，所用的碱金属是锂、钠、钾或铯。

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