CN115636765B - N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种N‑羟甲基苯甲酰胺的合成方法。该方法包括以下步骤：将苯甲酰胺和碳酸盐添加至溶剂中溶解，得到第一预混物；将所述第一预混物升温后，滴加甲醛溶液后，保温至反应终点，得到第一反应产物；对所述第一反应产物降温析晶后进行后处理，得到N‑羟甲基苯甲酰胺和第一母液水。本发明的N‑羟甲基苯甲酰胺的合成方法简单易行，原料易于获取，可大幅减少N‑羟甲基苯甲酰胺合成过程中废水的产生量，并且可以大大提高N‑羟甲基苯甲酰胺的收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法，属于化学合成领域。
背景技术
N-羟甲基苯甲酰胺是一种有机中间体，熔点94～96℃，可用于染料、颜料的合成。N-羟甲基苯甲酰胺目前常规的合成方法为以水为溶剂，一次性加入碳酸钾、苯甲酰胺、甲醛，然后在搅拌下缓慢升至一定温度保温至整个反应体系形成澄清溶液，然后降温、结晶、抽滤得到成品，由于N-羟甲基苯甲酰胺在水中的溶解度较大，导致产品收率偏低。
具体地，现有技术中，一种通常使用的合成N-羟甲基苯甲酰胺的方法包括以下步骤：将苯甲酰胺溶解在甲醇中，再加入碳酸钾和甲醛，在室温下搅拌24小时，在反应期间用HPLC检测反应系统，搅拌数小时后，如果苯钾酰胺没有反应完全还可以再加入一些甲醛，反应结束后旋转蒸发，使溶液的体积减少一半。得到的溶液冷却到4℃，在冷却过程中有固体析出，抽滤收集固体。母液流经硅胶柱用甲醇洗脱，得到甲醇溶液旋转浓缩，再冷却得到4℃又有部分固体析出，合并固体进行重结晶，产率53％，产率过低。
合成N-羟甲基苯甲酰胺的方法的反应方程式表示如下：
另有部分文献报道，采用甲醇水溶液、甲醇、四氢呋喃、异丙醇、二氧杂环乙烷等溶剂，用氢氧化钠、碱性氧化铝代替碳酸钾等方法，但都不能有效解决成品收率偏低的问题，反而因使用有机溶剂，导致后处理成本大幅提高，生产安全风险也加大。
发明内容
发明要解决的问题
针对现有技术中存在的技术问题，例如：收率偏低，且不能有效解决成品收率偏低的问题，反而因使用有机溶剂，导致后处理成本大幅提高，生产安全风险也加大的技术问题，本发明首先提供一种N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法，该方法可大幅减少N-羟甲基苯甲酰胺合成过程中废水的产生量，并且可以大大提高N-羟甲基苯甲酰胺的收率。
用于解决问题的方案
本发明提供一种N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法，其包括以下步骤：
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至溶剂中溶解，得到第一预混物；
将所述第一预混物升温后，滴加甲醛溶液后，保温至反应终点，得到第一反应产物；
对所述第一反应产物降温析晶后进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第一母液水。
根据本发明所述的合成方法，其中，利用吸附剂对所述第一母液水进行吸附处理，得到吸附产物；
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至所述吸附产物中溶解，得到第二预混物；
将所述第二预混物升温后滴加甲醛溶液，保温至反应终点，得到第二反应产物；
对所述第二反应产物进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第二母液水。
根据本发明所述的合成方法，其中，所述吸附剂包括活性炭和/或硅藻土。
根据本发明所述的合成方法，其中，所述吸附剂的使用量为第一母液水体积的0.5％～3％，优选1～2％。
根据本发明所述的合成方法，其中，所述第一母液水的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％，优选为95～115％。
根据本发明所述的合成方法，其中，获取所述第一预混物的步骤中，溶剂的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％，优选为95～115％。
根据本发明所述的合成方法，其中，反应体系中，碳酸盐的重量为苯甲酰胺重量的3％～10％，优选4％～5％。
根据本发明所述的合成方法，其中，反应体系中中，甲醛的摩尔量与苯甲酰胺的摩尔量的比值为1.05:1以上，优选1.1～1.3:1。
根据本发明所述的合成方法，其中，所述甲醛溶液为甲醛水溶液，其中甲醛的质量含量为30-37％。
根据本发明所述的合成方法，其中，滴加甲醛的温度为45～80℃，优选55～65℃。
发明的效果
本发明的N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法简单易行，原料易于获取，可大幅减少N-羟甲基苯甲酰胺合成过程中废水的产生量，并且可以大大提高N-羟甲基苯甲酰胺的收率。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。
另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。如无特殊声明，本发明所使用的单位均为国际标准单位，并且本发明中出现的数值，数值范围，均应当理解为包含了工业生产中所允许的误差。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本发明提供一种N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法，其包括以下步骤：
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至溶剂中溶解，得到第一预混物；
将所述第一预混物升温后，滴加甲醛溶液后，保温至反应终点，得到第一反应产物；
对所述第一反应产物降温析晶后进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第一母液水。
本发明通过使用滴加甲醛的方式，可以大大提高N-羟甲基苯甲酰胺的收率。
在一些具体的实施方案中，利用吸附剂对所述第一母液水进行吸附处理，得到吸附产物；
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至所述吸附产物中溶解，得到第二预混物；
将所述第二预混物升温后滴加甲醛溶液，保温至反应终点，得到第二反应产物；
对所述第二反应产物进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第二母液水。
在一些具体的实施方案中，在获取所述第一预混物的步骤中，所述溶剂的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％，优选为95～115％，例如：92％、98％、100％、102％、105％、108％、110％、112％、118％等。当所述溶剂的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％时，能够获得收率高的N-羟甲基苯甲酰胺。进一步，对于溶剂，本发明不作特别限定，可以是本领域中常用的极性溶剂，优选为水。
本发明人发现，通过使用吸附剂对所述第一母液水进行吸附处理后，将得到的吸附产物用于下一批N-羟甲基苯甲酰胺的合成，从而可以大幅减少N-羟甲基苯甲酰胺合成过程中废水的产生量，吸附剂可以吸附第一母液水中的副反应产物，并且还可以大大提高N-羟甲基苯甲酰胺的收率。
进一步，在本发明中，对于所获得的第二母液水，其与第一母液水的处理方式一致，可以按照上述实施方案合成N-羟甲基苯甲酰胺。
在一些具体的实施方案中，所述吸附剂的使用质量为第一母液水体积的0.5％～3％，优选1～2％，例如：0.8％、1.2％、1.5％、1.8％、2.2％、2.5％、2.8％等。在本发明中，如吸附剂量不足，副反应产物不能完全吸附，导致废水仍然较多，吸附剂量过多，不能产生更好的吸附效果，且成本增加。
对于吸附剂，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的吸附剂。具体地，所述吸附剂一般使用固体吸附剂，例如可以包括活性炭和/或硅藻土。
在一些具体的实施方案中，对于第一母液水的使用量，一般可以与溶剂的使用量一致，所述第一母液水的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％，优选为95～115％，例如：92％、98％、100％、102％、105％、108％、110％、112％、118％等。当所述第一母液水的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％时，能够获得收率高的N-羟甲基苯甲酰胺。
在一些具体的实施方案中，在反应体系中，为了使反应能够有效进行，碳酸盐的使用量为苯甲酰胺重量的3％～10％，优选4％～5％，例如：3.5％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％等。该实施方案的反应体系既可以包括使用溶剂将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系，也包括使用第一母液水将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系。当反应体系为使用第一母液水将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系时，由于第一母液水中含有苯甲酰胺和碳酸盐，则只需要补添一些苯甲酰胺和碳酸盐即可，使碳酸盐的使用量为苯甲酰胺重量的3％～10％即可。
另外，对于碳酸盐，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的碳酸盐，例如：碳酸钾、碳酸钠等。
在一些具体的实施方案中，甲醛的摩尔量与苯甲酰胺的摩尔量的比值为1.05:1以上，优选1.1～1.3:1，例如：1.02:1、1.08:1、1.12:1、1.15:1、1.18:1、1.2:1、1.22:1、1.25:1、1.28:1等。本发明通过使用过量的甲醛可以使反应能够达到完全，且所获得的产物的收率较高。该实施方案的反应体系既可以包括使用溶剂将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系，也包括使用第一母液水将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系。当反应体系为使用第一母液水将苯甲酰胺和碳酸盐溶解的反应体系时，由于第一母液水中含有甲醛，则只需要补添一些甲醛即可，并使反应体系中甲醛的摩尔量与苯甲酰胺的摩尔量的比值为1.05:1以上即可。
对于甲醛溶液，本发明不作特具体限定，可以是本领域中常用的甲醛溶液，例如：工业甲醛等。进一步，在本发明中，所述甲醛溶液为甲醛水溶液，其中甲醛的质量含量为30-37％，例如：32％、35％等。当使用质量含量为30-37％时的甲醛水溶液时，有利于反应的进行。
在一些具体的实施方案中，在反应体系中滴加甲醛的温度为45～80℃，优选55～65℃，例如：50℃、60℃、65℃、70℃、75℃等；滴加的时间为0.5h-3h，例如：0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h等。当滴加甲醛的温度为45～80℃时，有利于促进反应的进行，使产物的收率提高。
另外，在本发明中，对于反应终点，一般是采用高效液相色谱检测原料峰＜0.5％为反应终点，对于反应过程中的温度，一般是45～80℃，优选55～65℃，例如：50℃、60℃、65℃、70℃、75℃等。
最后，本发明中对于上述降温析出得到的N-羟甲基苯甲酰胺进行后处理以得到最终的N-羟甲基苯甲酰胺产品。对于降温的温度，一般是降温至15℃以下，优选10℃以下进行析晶。
对于后处理的方式，没有特别的限定，可以使用本领域通常的后处理方法，包括清洗、干燥、分级以及包装等。
所述清洗，可以使用水和/或低沸点的烃类、醇类、醚类、酮类等有机溶剂进行，优选的使用水进行清洗。所述干燥可以在加热和/或减压的条件下进行以得到干燥的产品。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得或者常规制备得到的常规产品。
实施例1：
在250mL四口烧瓶中加入水50g，搅拌下投入碳酸钾2.2g，苯甲酰胺55g，升温至65℃，缓慢滴加甲醛水溶液47.9g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温3h后取样进行高效液相色谱检测，每隔1小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下析晶，抽滤，获得N-羟甲基苯甲酰胺和母液水。对获得的N-羟甲基苯甲酰胺用少量冰水洗涤，得湿品约70g，折干61.5g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为89.65％)，经液相色谱检测纯度为98.56％。
实施例2：
在250mL四口烧瓶中加入水66g，搅拌下投入碳酸钾2.2g，苯甲酰胺55g，升温至55℃，缓慢滴加甲醛水溶液40.6g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温8h后取样进行高效液相色谱检测，每隔2小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下析晶，抽滤，获得N-羟甲基苯甲酰胺和母液水。对获得的N-羟甲基苯甲酰胺用少量冰水洗涤，得湿品约68.5g，折干60.1g左右(理论产量68.6g，即收率为87.73％)，经液相色谱检测纯度为98.73％。
实施例3：
在250mL四口烧瓶中加入实施例1和实施例2的母液水100mL，开启搅拌加入活性炭1g，搅拌吸附0.5h后抽滤收集滤液，并采用酸碱滴定的方法检测其中碳酸钾的含量、采用高效液相色谱外标法检测甲醛的含量，得到吸附产物；在250mL四口烧瓶中加入吸附产物66g(其中含碳酸钾2.1g、含甲醛3.4g)，搅拌下再投入碳酸钾0.65g，苯甲酰胺55g，升温至65℃，缓慢滴加甲醛水溶液31.4g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温3h后取样进行高效液相色谱检测，每隔1小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下析晶，抽滤，获得N-羟甲基苯甲酰胺和母液水。对获得的N-羟甲基苯甲酰胺用少量冰水洗涤，得湿品约75.6g，折干65.9g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为96.06％)，经液相色谱检测纯度为98.33％。
实施例4
在250mL四口烧瓶中加入实施例1-3的母液水100mL，开启搅拌加入硅藻土2g，搅拌吸附0.5h后抽滤收集滤液，并采用酸碱滴定的方法检测其中碳酸钾的含量、采用高效液相色谱外标法检测甲醛的含量，得到吸附产物；在250mL四口烧瓶中加入吸附产物66g(其中含碳酸钾2.1g、含甲醛3.0g)，搅拌下再投入碳酸钾0.1g，苯甲酰胺55g，升温至65℃，缓慢滴加甲醛水溶液32.5g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温3h后取样进行高效液相色谱检测，每隔1小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下，抽滤，获得N-羟甲基苯甲酰胺和母液水。对获得的N-羟甲基苯甲酰胺用少量冰水洗涤，得湿品约75.6g，折干65.4g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为95.33％)，经液相色谱检测纯度为97.95％。
实施例5
在250mL四口烧瓶中加入实施例1-4的母液水100mL，开启搅拌加入硅藻土2g，搅拌吸附0.5h后抽滤收集滤液，并采用酸碱滴定的方法检测其中碳酸钾的含量、采用高效液相色谱外标法检测甲醛的含量，得到吸附产物；在250mL四口烧瓶中加入吸附产物66g(其中含碳酸钾2.0g、含甲醛3.0g)，搅拌下再投入碳酸钾0.35g，苯甲酰胺55g，升温至55℃，缓慢滴加甲醛水溶液39.8g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温3h后取样进行高效液相色谱检测，每隔1小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下，抽滤，获得N-羟甲基苯甲酰胺和母液水。对获得的N-羟甲基苯甲酰胺用少量冰水洗涤，得湿品约75.6g，折干66.2g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为96.50％)，经高效液相色谱检测纯度为98.03％。
对比例1：
在250mL四口烧瓶中加入水60g，搅拌下投入碳酸钾2.2g，苯甲酰胺55g，甲醛水溶液40.6g(其中，甲醛的质量含量约37％)。缓慢升温至60℃保温反应，反应过程中观察物料是否全溶，全溶后继续保温0.5h取样检测直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下，抽滤，少量冰水洗涤，得湿品约58g，折干53.6g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为78.13％)，经高效液相色谱检测纯度为98.07％。
对比例2：
在250mL四口烧瓶中加入对比例1的母液水66g(该母液未经预处理，其中含碳酸钾2.3g、甲醛3.7g)，搅拌下投入碳酸钾0.35g，投入苯甲酰胺55g，升温至65℃，缓慢滴加甲醛水溶液40g(其中，甲醛的质量含量约37％)，约2h滴毕，此温度下保温3h后取样进行高效液相色谱检测，每隔1小时检测一次，直至原料峰＜0.5％为反应终点。反应毕，缓慢降温至10℃以下，抽滤，少量冰水洗涤，得湿品约74.1g，折干65.3g左右(理论产量应当是68.6g，即收率为95.18％)，经高效液相色谱检测纯度为93.09％。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种N-羟甲基苯甲酰胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至溶剂中溶解，得到第一预混物；
将所述第一预混物升温后，滴加甲醛溶液后，保温至反应终点，得到第一反应产物；
对所述第一反应产物降温析晶后进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第一母液水；
利用吸附剂对所述第一母液水进行吸附处理，得到吸附产物；
将苯甲酰胺和碳酸盐添加至所述吸附产物中溶解，得到第二预混物；
将所述第二预混物升温后滴加甲醛溶液，保温至反应终点，得到第二反应产物；
对所述第二反应产物进行后处理，得到N-羟甲基苯甲酰胺和第二母液水。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述吸附剂包括活性炭和/或硅藻土。
3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，所述吸附剂的使用量为第一母液水体积的0.5％～3％。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述吸附剂的使用量为第一母液水体积的1～2％。
5.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，所述第一母液水的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述第一母液水的使用量为苯甲酰胺重量的95～115％。
7.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，获取所述第一预混物的步骤中，溶剂的使用量为苯甲酰胺重量的90％～120％。
8.根据权利要求7所述的合成方法，其特征在于，获取所述第一预混物的步骤中，溶剂的使用量为苯甲酰胺重量的95～115％。
9.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，反应体系中，碳酸盐的重量为苯甲酰胺重量的3％～10％。
10.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于，反应体系中，碳酸盐的重量为苯甲酰胺重量的4％～5％。
11.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，反应体系中，甲醛的摩尔量与苯甲酰胺的摩尔量的比值为1.05:1以上。
12.根据权利要求11所述的合成方法，其特征在于，反应体系中，甲醛的摩尔量与苯甲酰胺的摩尔量的比值为1.1～1.3:1。
13.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，所述甲醛溶液为甲醛水溶液，其中甲醛的质量含量为30-37％。
14.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，滴加甲醛的温度为45～80℃。
15.根据权利要求14所述的合成方法，其特征在于，滴加甲醛的温度为55～65℃。
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| 开链冠醚的合成;冯民;《化学世界》(第9期);第465页左栏 * |
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