CN115160171A

CN115160171A - 一种异丁酰胺的制备方法

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Publication number: CN115160171A
Application number: CN202210929184.4A
Authority: CN
Inventors: 王庆超; 袁小二; 刘西林; 王爽; 徐坤; 范金凤
Original assignee: Xinxiang Richful Lube Additive Co ltd
Current assignee: Xinxiang Richful Lube Additive Co ltd
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本公开提供了一种异丁酰胺的制备方法，涉及化工生产技术领域。该方法主要包括：将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应；将反应生成的混合液浓缩结晶，冲洗，干燥后得到粗异丁酰胺；粗异丁酰胺溶解在醇溶剂中，重结晶，得到高纯异丁酰胺。本公开的异丁酰胺的制备方法采用常见的化工原料快速高效的合成异丁酰胺，且产物具有产率高纯度高的特点，反应过程简单高效，废弃物易于处理，设备维护成本低。

Description

一种异丁酰胺的制备方法

技术领域

本公开涉及化工生产技术领域，特别涉及一种异丁酰胺的制备方法。

背景技术

异丁酰胺作为一种重要的化工原料和医药中间体，可以选择性诱导人g-珠蛋白基因转录，由于异丁酰胺具有无毒性和在血浆中的半衰期较长的特点，使异丁酰胺在治疗β-地中海贫血和镰刀型贫血中有理想的效果。异丁酰胺也是合成治疗艾滋病治疗药物利托那韦的重要中间体。因此，异丁酰胺的制备方法成为了当前领域研究的热点问题。目前，常用的异丁酰胺制备方法主要有生物法和利用异丁酰氯进行酰胺化的方法。

US5523485公开了一种高纯度异丁酰氯的制备方法，但由于异丁酰氯极易与水发生反应，反应原料需要进行严格的除水处理，对反应设备要求也较高，需要严格密封，同时异丁酰氯与氨反应过程较为剧烈，需要严格控制反应条件。反应过程中会产生氯化氢，对设备腐蚀严重，不利于环保要求，增加了生产成本。且该制备方法过程复杂，产品收率较低。

专利CN102212566和CN106399409均公开了一种使用腈水合酶催化异丁腈水解制备异丁基酰胺的制备方法。反应原料使用了对环境危害极大的异丁腈，使用容易失活的生物酶——腈水合酶作为催化剂，对提取和反应条件具有严格的要求，产物的产量和质量受菌种影响较大；理论上可以直接在发酵液中加入异丁腈，由含腈水合酶的微生物直接分解，但实际操作中由于异丁腈浓度过高会导致微生物活性降低，因此微生物及异丁腈的浓度均不能太高(异丁酰胺最高浓度约30％)，制约了单釜合成效率；由于酶具有专一性，因此高活性的异丁腈-腈水合酶需要对菌种进行定向培育和筛选，使得异丁酰胺的制备过程变得复杂，增加了生产成本；腈水合酶基因与酰胺酶基因一般同时表达，因此腈水合酶中通常会含有少量的酰胺酶，使得产物中含有羧酸类物质，降低了异丁酰胺纯度，也不利于异丁酰胺的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本公开的目的是为了提供一种使用叔丁基二硫醚、氨和水制备异丁酰胺的方法。

为了实现上述目的，本公开采用了以下的技术方案：

本公开提供了一种异丁酰胺的制备方法，包括如下步骤：

S1、将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应；

S2、将反应生成的混合液浓缩结晶，冲洗，干燥后得到粗异丁酰胺；

S3、上述粗异丁酰胺溶解在醇溶剂中，重结晶，得到高纯异丁酰胺。

在一些实施方式中，将叔丁基二硫醚、氨和水混合的条件为无氧环境。

在一些实施方式中，将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应的过程中，使用钛作为催化剂。

在一些实施方式中，上述将叔丁基二硫醚、钛催化剂、氨和水混合，进行反应的反应条件为150～230℃下反应1～10小时。

在一些实施方式中，上述将叔丁基二硫醚、钛催化剂、氨和水混合，进行反应的反应条件为150～200℃下反应1～8小时。

在一些实施方式中，叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1.0～7)：(1.0～1.3)

在一些实施方式中，叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1～7)：(1.1～1.05)。

在一些实施方式中，采用石油醚进行冲洗。

在一些实施方式中，采用120#溶剂油进行冲洗。

在一些实施方式中，上述醇溶剂为乙醇溶剂。

本公开提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本公开的异丁酰胺的制备方法，使用叔丁基二硫醚、氨和水制备异丁酰胺。本公开使用的原料叔丁基二硫醚是高压法硫化异丁烯生产中的轻馏分，由于其极压性能较差，通常会被舍弃，得不到良好的利用，因此，使用叔丁基二硫醚具有原料易得、充分利用化工生产的副产物、成本较低的优点；反应过程中过量的氨和催化剂易于回收，回收后可以循环使用；采用本公开的方法制备异丁酰胺具有产物纯度高产率高，反应过程简单高效，设备维护成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本公开实施例提供的成品1的核磁共振碳谱；

图2为本公开实施例提供的成品1的核磁共振氢谱。

具体实施方式

为了更好的理解本公开，下面通过实施例对本公开做进一步说明，应理解，这些详细说明只是对本公开的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本公开的范围。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

下面本公开做进一步的详细描述：

本公开提供了一种异丁酰胺的制备方法，包括如下步骤：

S1、将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应。

在一些实施方式中，在高压反应釜中，加入叔丁基二硫醚、氨和水，同时，加入钛作为催化剂，升温至150～230℃，保温反应1～10个小时，使高压反应釜变为室温常压后，放出高压反应釜内的气体，得到混合液。

优选的，叔丁基二硫醚、氨和水的反应条件为150～200℃下反应1～8个小时。更优选的，叔丁基二硫醚、氨和水的反应条件为170～180℃下反应1.5～3个小时。

进一步地，叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1.0～7)：(1.0～1.3)。优选的，叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1.1～7)：(1.0～1.05)。

进一步地，在投料的过程中，可以单独使用氨和水，也可以使用氨水作为反应原料，其中，水和氨的比例取决于氨水的浓度。在满足上述叔丁基二硫醚与氨的投料比的条件下，因氨水浓度受温度影响较大，更适于选用浓度较高的氨水。可选的，在满足上述投料比的条件下，氨水可以选用市售浓度10～28％的任意规格。优选的，氨水的浓度可以选择25％～28％。

进一步地，为了防止物料逸散，在向高压反应釜内加入原料及催化剂的同时，可以保持高压反应釜内为无氧环境。本公开对保持无氧环境的具体措施以及原料和催化剂的投料顺序不做限定。作为示例，可以使用设计压力6mpa，容量250ml的高压反应釜。

进一步地，催化剂对化学反应有着重要作用，反应体系中加入合适的催化剂，可以大大调整反应速度。本公开中的钛催化剂可以使用普通商业纯钛和/或钛合金。钛催化剂在反应完成后经过分离后可以再次使用。反应原料与钛催化剂的表面积比>0.01cm²/g。作为示例，为了增加催化剂的比表面积，可以使用多孔结构或泡沫状钛催化剂，从而减少催化剂的用量。

S2、将反应生成的混合液浓缩结晶，冲洗，干燥后得到粗异丁酰胺。

在一些实施方式中，将S1得到的混合液浓缩结晶，得到浓缩物，使用石油醚或者120#溶剂油对浓缩物冲洗后进行干燥，得到粗异丁酰胺。其中，混合液中包括水和异丁酰胺，还包括硫化铵或游离氨或二者的混合物。

优选地，可以采用与浓缩物的质量相同的石油醚或120#溶剂油进行冲洗；干燥方式可以选用真空干燥。

在一些实施方式中，将粗异丁酰胺使用乙醇进行溶解，重结晶，得到高纯异丁酰胺。其中，高纯异丁酰胺的纯度大于99.5％。

在本公开的化学反应中，原料及催化剂的添加量超过上述化学计量比过多的情况下，并不会影响化学反应的进行，因而不作为本公开的异丁酰胺的制备方法的投料比例。

在一些实施方式中，本公开的异丁酰胺的制备方法，可以采用间歇或连续的生产方式。

在一些实施方式中，反应式如下所示，

其中，过量的氨和反应过程中产生的硫化氢气体可以通过蒸馏和吸收的方法分离回收。氨可以在反应中循环使用，硫化氢可以应用于其他途径。这种含氨和硫化氢的废水/废气的回收工艺已十分成熟，在此不作说明。

具体地，可以采用不同硫醚类型的二叔丁基硫醚或单硫醚作为反应原料在钛催化下制备异丁酰胺，制备方法如下：

分别在5个250ml高压反应釜内，均放入环形钛金属环作为催化剂，总面积170cm²，分别投入一定量的不同硫醚类型的二叔丁基硫醚、19.8g纯水，氮气置换3次后，充入20g氨。升温到160℃，反应4小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用石油醚冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到5种成品。

反应中所用的二叔丁基硫醚由高售高压法硫化异丁烯通过减压蒸馏的方法分离并纯化为硫含量不同的硫醚(纯度≥99％)。硫醚类型是指根据硫醚中硫原子数不同，反应中使用的二叔丁基硫醚包括二叔丁基一硫醚、二叔丁基二硫醚、二叔丁基三硫醚、二叔丁基四硫醚、二叔丁基五硫醚，反应用量与反应结果如下表所示，

跟据上表数据，反应中使用二叔丁基一硫醚时，原料利用率较低，得到产物少；反应中使用二叔丁基二硫醚、二叔丁基三硫醚、二叔丁基四硫醚、二叔丁基五硫醚时，得到产物量相近。同时，由于其它硫醚有专有用途，而叔丁基二硫醚和单硫醚因性能不好，一般是反应的副产物，因此具有较高经济性可以用来生产异丁酰胺。而单硫醚仅含一个硫，可转化为1个异丁酰胺；二硫醚可以转化为2个异丁酰胺。因此在考虑原料来源和转化情况下，本公开选用二叔丁基二硫醚即叔丁基二硫醚作为合成异丁酰胺的原料。

下面通过具体实施例进行详细说明：

样品元素检测使用FlashSmart EA CHNS/O型元素分析仪。

样品纯度检测：

仪器：高效液相色谱仪(安捷伦C1260型)，检测条件：INERTSUSTAIN C18色谱柱，流动相为水：乙腈＝0.1：0.9，流速1ml/min，紫外检测器，分析方法为面积归一法。

本公开对步骤S2反应中干燥条件不作限制，实施例中干燥条件均为100℃，-0.090Mpa，干燥1h。

实施例1

在250ml高压反应釜内，放入规则环形钛金属环作为催化剂，总面积170cm²，原料：催化剂表面积＝1.37cm²/g，投入85.5g二叔丁基二硫醚、19.8g纯水，氮气置换3次后，充入18.7g氨，原料合计124g。升温到160℃，压力为2.90Mpa，反应4小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用石油醚冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到78.41g成品1。

产品元素含量：碳54.98％、氢10.33％、氧18.30％、氮15.91％；纯度99.67％，以叔丁基二硫醚计收率93.75％。

实施例2

在250ml高压反应釜内，放入1g比表面积15cm²/g的球形海绵钛颗粒作为催化剂，原料：催化剂表面积＝0.089cm²/g，投入89.18g二叔丁基二硫醚，氮气置换3次后，充入78.8g氨水(氨的浓度为28％，含氨22.1g，含水56.7g)，原料合计167.98g。升温到180℃，压力为3.05Mpa，反应1.0小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用120#溶剂油冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到83.64g成品2。

产品元素含量：碳55.21％、氢10.26％、氧18.13％、氮15.89％；纯度99.90％，以叔丁基二硫醚计收率96％。

实施例3

使用实施例2中回收中催化剂，制备方法和其余条件与实施例2保持相同。最终得到84.51g成品3。

产品元素含量：碳55.03％、氢10.19％、氧18.22％、氮15.95％；纯度99.81％，以叔丁基二硫醚计收率97％。

实施例4

在250ml高压反应釜内，放入规则环形钛金属环作为催化剂，总面积1.91cm²，原料：催化剂表面积＝0.01cm²/g，，投入83.82g二叔丁基二硫醚、90g纯水，氮气置换3次后，充入17g氨，原料合计190.82g。升温到150℃，压力为2.90Mpa，反应6小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用120#溶剂油冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到78.40g成品4。

产品元素含量：碳55.11％、氢10.30％、氧18.30％、氮15.92％；产品纯度99.60％，以叔丁基二硫醚计收率95.73％。

实施例5

在250ml高压反应釜内，放入规则环形钛金属环作为催化剂，总面积170cm²，原料：催化剂表面积＝1.35cm²/g，，投入85.60g二叔丁基二硫醚、20.40g纯水，氮气置换3次后，充入19.80g氨，原料合计125.80g。升温到230℃，压力为2.90Mpa，反应8小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用120#溶剂油冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到74.92g成品5。

产品元素含量：碳54.93％、氢10.28％、氧18.331％、氮15.97％；产品纯度99.71％，以叔丁基二硫醚计收率89.58％。

实施例6

在250ml高压反应釜内，放入规则环形钛金属环作为催化剂，总面积9.81cm²，原料：催化剂表面积＝0.078cm²/g，，投入85.60g二叔丁基二硫醚、20.4g纯水，氮气置换3次后，充入19.8g氨，原料合计125.80g。升温到230℃，压力为2.90Mpa，反应10小时后降温并卸压，放出全部反应液，常温下蒸发浓缩结晶得到浓缩物，使用120#溶剂油冲洗浓缩物后，真空干燥得到粗异丁酰胺。将粗异丁酰胺溶解在乙醇中，重结晶后得到75.69g成品6。

产品元素含量：碳55.06％、氢10.21％、氧18.19％、氮15.94％；产品纯度99.77％，以叔丁基二硫醚计收率90.50％。

对比例1

反应中不放钛催化剂，制备方法和其余条件与实施例1保持相同。得到粗产品1.55g。

对比例2

反应时升温至140℃，制备方法和其余条件与实施例1保持相同。最终未得到产品。

对比例3

使用500ml压力反应釜，将2.7mol硫磺和2.25mol浓度为25％的氨水，加入到高压反应釜中，加热到170℃，恒温1小时，再加入2.25mol异丁烯，反应过程中反应压力不超过9Mpa，170℃搅拌反应1小时后，冷却到室温。分离无机相过滤并进行常压蒸馏，得到的粗异丁酰胺用水进行重结晶操作，最终得到异丁酰胺晶体5.6g，以异丁烯计收率2.8％。

对成品1采用核磁共振仪进行检测，得到的谱图如图1和图2所示，其中，图1是成品1的核磁共振碳谱，图2是成品1的核磁共振氢谱，可以发现，图1与图2的谱图显示的化学位移峰与公开资料中异丁酰胺的化学位移峰数据基本一致。具体的，在图2的核磁共振氢谱中可以发现5.941/5.607的双峰应归属于酰胺上的氢的化学位移，受羰基影响，原单峰分裂成双峰，因核磁条件的可变因素较多，导致该峰与文献中峰的形态表现出一定的差异。

根据上述实施例与对比例及检测结果可以发现，采用本公开的制备方法制备异丁酰胺，反应过程简单高效，粗产品的产量远高于生物法，且生产过程产生的废弃物易于回收，可达到节能降耗的效果；本公开的制备方法得到的产品纯度较高，产品收率较高；反应过程中使用的钛催化剂可以循环使用，不增加生产成本和分离难度。同时，反应过程中使用的原料均为大宗化工产品，易于保存运输，无需对现有产品规格提高更高要求或预处理，即可直接使用，反应过程为有机合成方法，原料与产物浓度不受生物因素影响，生产效率高。

以上说明书中描述的只是本公开的具体实施方式，各种举例说明不对本公开的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本公开的实质和范围。

Claims

1.一种异丁酰胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应；

S3、所述粗异丁酰胺溶解在醇溶剂中，重结晶，得到高纯异丁酰胺。

2.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述将叔丁基二硫醚、氨和水混合的条件为无氧环境。

3.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述将叔丁基二硫醚、氨和水混合，进行反应的过程中，使用钛作为催化剂。

4.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述将叔丁基二硫醚、钛催化剂、氨和水混合，进行反应的反应条件为150～230℃下反应1～10小时。

5.根据权利要求4所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述将叔丁基二硫醚、钛催化剂、氨和水混合，进行反应的反应条件为150～200℃下反应1～8小时。

6.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1.0～7)：(1.0～1.3)。

7.根据权利要求6所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述叔丁基二硫醚与水与氨的摩尔比为(0.47～0.5)：(1.1～7)：(1.0～1.05)。

8.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，采用石油醚进行冲洗。

9.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，采用120#溶剂油进行冲洗。

10.根据权利要求1所述的异丁酰胺的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂为乙醇溶剂。