CN115043749A - 一种二酰胺二醇的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二酰胺二醇的制备方法。该方法包括：将氨基醇、二元羧酸或其衍生物和水混合或者将二元胺、羟基酸或其衍生物和水混合，密闭环境下酰胺化反应，降温后分离，干燥。该方法反应体系中没有机溶剂存在，仅有水的加入，适合工业化生产；无单一原料高比例添加，制备过程经济效益高；反应体系中基本没有醇酸缩合物存在，二酰胺二醇纯度较高。

Description

一种二酰胺二醇的制备方法

技术领域

本发明属于聚酯酰胺前驱体的制备领域，特别涉及一种二酰胺二醇的制备方法。

背景技术

聚酯酰胺是一种新型的可生物降解高分子，其主链上既有酰胺键又有酯键，因而具有良好机械性能与降解性能，具有广泛的应用前景。

二酰胺二醇是合成可生物降解聚酯酰胺的重要前驱体之一，如中国专利CN101585915B，CN102234372B、CN102643422A、CN102234372A等由乙醇胺与二元羧酸获得的N,N’-二(2-羟乙基)二酰胺制备了多种聚酯酰胺；又如中国专利CN1256280A利用由乳酸与己内酯获得的双α-羟基丙酰基烷二胺和双ε-羟基已酰基烷二胺制备生物降解聚酯酰胺共聚物。

鉴于合成二酰胺二醇的反应体系总是存在羧基、羟基和氨基官能团，因此在其制备过程中总是酰胺化反应和酯化反应共存，给二酰胺二醇的制备和提纯带来困难。针对这一难题，目前二酰胺二醇一般采用稀溶液法与超过量本体法制备，如美国专利US4343931与US5919893公开了采用高沸点溶剂利用二元胺与乙醇酸或乳酸制备二酰胺二醇的方法，但是大量有机溶剂不利于成本控制及环境保护；同时在反应后期及较高温下，乙醇酸与乳酸等都容易发生自缩反应生成交酯或低聚物，造成原料浪费的同时也给单体后续的精制带来困难。杂志论文(Synthesis of new biobased linear poly(ester amide)s，EuropeanPolymer Journal，2019，121，109314)报道了采用本体法以乙醇胺与二元羧酸为原料制备二酰胺二醇的方法，为了避免羟基与羧基的反应，该方法中乙醇胺与二元羧酸的加料比例为20:1，这一方面容易造成乙醇胺的大量浪费，更是会带来设备容量的浪费及大量能源的消耗。

因此，目前二酰胺二醇尚缺乏经济高效的生产方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二酰胺二醇的制备方法，以克服现有聚酯酰胺的二酰胺二醇前驱体工业化制备困难的缺陷。

本发明提供一种二酰胺二醇的制备方法，包括：

将氨基醇、二元羧酸或其衍生物和水混合或者将二元胺、羟基酸或其衍生物和水混合，密闭环境下酰胺化反应，降温后分离，干燥，得到二酰胺二醇。

优选地，所述二元羧酸或其衍生物选自3～18个碳的二元羧酸或其衍生物。

优选地，氨基醇选自2～12个碳的氨基醇。

优选地，所述二元羧酸衍生物为二元羧酸酐或二元羧酸二酯衍生物。

优选地，所述二元羧酸二酯衍生物包括二酸二甲酯、二酸二乙酯、二酸二丙酯、二酸二丁酯中的一种或几种。

优选地，所述二元胺选自2～18个碳的二元胺。

优选地，所述羟基酸或其衍生物选自2～10个碳的羟基酸或其衍生物。

优选地，所述羟基酸衍生物包括环内酯衍生物或交酯衍生物。

优选地，所述二元羧酸或其衍生物、氨基醇和水或者二元胺、羟基酸或其衍生物和水的摩尔比为1:(1～10):(0.01～30)。

更优选地，所述二元羧酸或其衍生物、氨基醇和水或者二元胺、羟基酸和水的摩尔比为1:(2～10):(0.01～30)。

更优选地，所述二元胺、羟基酸的环内酯衍生物和水的摩尔比为1:(2～10):(0.01～30)。

更优选地，所述二元胺、羟基酸的交酯衍生物和水的摩尔比为1:(1～5):(0.01～30)。

优选地，所述酰胺化反应温度为100-300℃，酰胺化反应时间为0.5-48h。

更优选地，所述酰胺化反应温度为110-260℃，酰胺化反应时间为1-36h。

优选地，所述分离方式包括直接过滤、结晶、盐析、旋蒸中的一种或几种。

现有技术制备二酰胺二醇的问题在于：在二酰胺二醇的制备过程中，尽管氨基与羧基反应生成酰胺的活性较羟基与羧基反应生成酯的活性高，但在酰胺化过程中，难以避免的会有部分酯键结构的生成，这导致了二酰胺二醇纯度不佳。现有获得二酰胺二醇的制备方法中有本体法与溶液法两种方法，其中本体法采用单一单体大比例过量，降低酯化物生成的机率，如杂志论文(Synthesis of new biobased linear poly(ester amide)s，European Polymer Journal，2019，121，109314)”中以乙醇胺与二元羧酸为20:1mol％的加料比例获得高纯度的二酰胺二醇。此种方法乙醇胺大比例过量，造成原料浪费。而溶剂法则需要采用有机溶剂，如杂志论文(Synthesis and characterization of aliphatic poly(ester-amide)s containing symmetrical bisamide blocks，MacromolecularSymposia，1998，130，91-102)中“”利用二元胺与内酯或交酯为原料，采用四氢呋喃作溶剂，制备二酰胺二醇，从溶剂中分离的产物中存在明显的酯化低聚物。此方法采用有机溶剂，不利于工业化生产，单体产物中存在酯化低聚物，需要进一步精制，过程复杂。

针对二酰胺二醇制备的现状难题，发明人经过系统而创新工作以及大量繁杂的实验检证意外发现在添加适量水(酰胺化及酯化副产物)及合适温度下可得到高纯度酰胺化产物。鉴于水是酰胺化的副产物，而酰胺化均是可逆反应，因而正常情况下加水不利于酰胺化反应。但本发明却发现，在适当控制温度等条件下，加水可以很大程度抑制酯化反应而基本不影响酰胺化反应，从而可以高效合成二酰胺二醇。

发明原理：

羧酸的酰胺化反应与酯化反应均为可逆反应，二者反应的副产物均为水，因而水的存在总体上既不利于酰胺化反应，也不利于酯化反应，因而正常进行酰胺化、酯化反应时均需不断排除水分等副产物。本发明则充分利用酰胺化反应的平衡常数一般比酯化反应的平衡常数高1～2个数量级的基本原理，通过对温度与反应时间及水添加量的控制，在密闭条件下因水的存在实现酯化反应的抑制，同时又确保了酰胺化反应的进行，从而得到了高纯度的二酰胺二醇。

本发明对于氨基、羧基和羟基共存的体系，采用添加水并在密闭环境中进行酰胺化反应，得到酯化物含量很低的酰胺化中间体，其基本原理是基于酰胺化反应的平衡常数远高于酯化反应的平衡常数的这一基本规律。由于酰胺化反应的平衡常数比酯化反应的平衡常数高两个数量级或以上，因而水的存在对酰胺化反应及酯化反应的影响完全不同。鉴于酰胺化反应的平衡常数很大(～400)，一定水的存在对酰胺化反应影响甚微，酰胺化还是基本按计量进行；相反，酯化反应的平衡常数很小(～2)，在含有或不含有酯化催化剂存在的情况下，一定水的存在均足以抑制正反应亦即酯化反应的进行，酯化产物很难形成。

有益效果

(1)本发明反应体系中没有机溶剂存在，仅有水的加入，适合工业化生产。

(2)本发明反应体系中产物中基本没有酯化产物存在，二酰胺二醇纯度高、提纯简单。

(3)本发明反应物中无单一原料过量添加，制备过程经济效益高。

附图说明

图1为实施例1的N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的¹H-NMR谱图。

图2为实施例2的N,N’-二(2-羟乙基)己二酰胺的¹H-NMR谱图。

图3为对比例1的N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的¹H-NMR谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例涉及的试剂来源：己二酸、十八烷基二酸、己二酸酐与对苯二甲酸二甲酯，均购自于TCI公司；乙醇胺、6-氨基-1-己醇、12-氨基-1-十二醇，L-乳酸、羟基乙酸、丙交酯、己内酯、乙二胺、丁二胺与1,18-十八烷基二胺，购自于上海泰坦科技有限公司，氘代二甲基亚砜，购自于Sigma-Aldrich公司；

分析技术：

使用Avance-600核磁共振谱仪收集二酰胺二醇的1H NMR，所有化学位移以TMS作为基准，所有单体采用氘代二甲基亚砜作为溶剂溶解。

实施例1

将对苯二甲酸二甲酯(0.5mol)、6-氨基-1-己醇与水按照1:3:20mol％投入反应釜，通入氮气排除空气后将反应釜密闭，加热至180℃反应6h，降温至80℃以下，经乙醇结晶后得到N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺。N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的¹H-NMR图如图1所示，根据¹H-NMR计算N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的纯度为99％。

实施例2

将己二酸(0.5mol)、乙醇胺与水按照1:2:0.01mol％投入反应釜，通入氮气排除空气后将反应釜密闭，加热至180℃反应8h，降温至80℃以下，经甲醇结晶后得到N,N’-二(2-羟乙基)己二酰胺。N,N’-二(2-羟乙基)己二酰胺的¹H-NMR谱图如图2所示，根据¹H-NMR计算N,N’-二(2-羟乙基)己二酰胺的纯度为98.5％。

实施例3

将丙二酸(0.5mol)、乙醇胺与水按照1:3:2mol％投入反应釜，通入氮气排除空气，后将反应釜密闭，加热至100℃反应8h，降温至室温，经盐析后得到N,N’-二(2-羟乙基)丙二酰胺，根据¹H-NMR计算N,N’-二(2-羟乙基)丙二酰胺的纯度为98.3％。

实施例4

将十八烷基二酸(0.5mol)、乙醇胺与水按照1:10:10mol％投入反应釜，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至180℃反应36h，降温至室温，经结晶后得到N,N’-二(2-羟乙基)十八二酰胺，根据¹H-NMR计算N,N’-二(2-羟乙基)十八二酰胺的纯度为96.5％。

实施例5

将己二酸酐(0.5mol)、12-氨基-1-十二醇与水按照1:3:2mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至200℃反应24h，降温至室温，经重结晶后得到N,N’-二(12-羟十二基)己二酰胺，根据¹H-NMR计算N,N’-二(12-羟十二基)己二酰胺的纯度为97.5％。

实施例6

将乙二胺(0.5mol)、L-乳酸与水按照1:2:0.01mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至200℃反应24h，降温至室温，经重结晶后得到双α-羟基丙酰基乙二胺，根据¹H-NMR计算双α-羟基丙酰基乙二胺的纯度为95.5％。

实施例7

将1,18-十八烷基二胺(0.5mol)、α-羟基癸酸与水按照1:3:4mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至300℃反应24h，降温至室温，经结晶后得到双α-羟基癸酰基十八二胺，根据¹H-NMR计算双α-羟基癸酰基十八二胺的纯度为96.3％。

实施例8

将丁二胺(0.5mol)、羟基乙酸与水按照1:10:4mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至180℃反应10h，降温至室温，经重结晶后得到双羟基乙酰基丁二胺，根据¹H-NMR计算双羟基乙酰基丁二胺的纯度为98.6％。

实施例9

将丁二胺(0.5mol)、丙交酯与水按照1:2:20mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至180℃反应10h，降温至室温，经乙醇结晶后得到双α-羟基丙酰基丁二胺，根据¹H-NMR计算双α-羟基丙酰基丁二胺的纯度为98.9％。

实施例10

将丁二胺(0.5mol)、己内酯与水按照1:2:4mol％，通入氮气排除空气后，将反应釜密闭，加热至200℃反应10h，降温至室温，经结晶后得到双6-羟基己酰基丁二胺，根据¹H-NMR计算双6-羟基己酰基丁二胺为99.5％。

对比例1

将对苯二甲酸二甲酯(0.5mol)与6-氨基-1-己醇按照1:6mol％，在反应釜中，在氮气氛围下，加热至180℃反应6h，降温至80℃，加入乙醇后溶解困难，经大量水与乙醇的混合溶剂多次洗涤后得到N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺，N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的核磁谱图如图2所示，根据¹H-NMR计算N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺的纯度为75％。

由图1和图2可知，在不添加水的情况下，获得的N,N’-二(6-羟己基)对苯二甲酰胺，化学位移i与h附近均出现明显杂峰，这是由于产物中存在的部分酯化副产物与双酯化副产物。

Claims (9)

1.一种二酰胺二醇的制备方法，包括：

将氨基醇、二元羧酸或其衍生物和水混合或者将二元胺、羟基酸或其衍生物和水混合，密闭环境下酰胺化反应，降温后分离，干燥，得到二酰胺二醇。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二元羧酸或其衍生物选自3～18个碳的二元羧酸或其衍生物；氨基醇选自2～12个碳的氨基醇。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述二元羧酸衍生物为二元酸酐或二元羧酸二酯衍生物；所述二元羧酸二酯衍生物包括二酸二甲酯、二酸二乙酯、二酸二丙酯、二酸二丁酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二元胺选自2～18个碳的二元胺；羟基酸或其衍生物选自2～10个碳的羟基酸或其衍生物。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述羟基酸衍生物包括环内酯衍生物、交酯衍生物中的一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二元羧酸或其衍生物、氨基醇和水或者二元胺、羟基酸或其衍生物和水的摩尔比为1:(1～10):(0.01～30)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应温度为100-300℃，酰胺化反应时间为0.5-48h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应温度为110-260℃，酰胺化反应时间为1-36h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分离方式包括直接过滤、结晶、盐析、旋蒸中的一种或几种。

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