CN1157364C - 用非均相催化作用制备n-羟烷基取代的氨基炔 - Google Patents

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Abstract

用含有第IB或IIB族金属化合物的催化剂的非均相催化作用，通过炔烃与1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃反应来制备式I的N-羟烷基取代的氨基炔。

Description

用非均相催化作用制备N-羟烷基取代的氨基炔
本发明涉及一种使用非均相铜催化剂通过非均相催化作用制备N-羟烷基取代的氨基炔的方法。
N-羟烷基取代的氨基炔是许多用途的重要工业中间体。其中一些用作制造药物的前体，而且它们也用于电镀，或用作腐蚀抑制剂。
N-羟烷基取代的氨基炔的制备方法已经知道多时，并已在工业上应用。它通常需要适宜的取代炔烃、羰基化合物和胺类在曼尼期类型综合反应中用均相或非均相催化作用进行反应。
这类使用均相催化作用的方法被广泛使用，并被多次描述。例如，CH-A-669 192公开了在使用铜盐和锌盐如CuCl或ZnCl2的均相催化反应中制备有药理学活性的N-芳烷基取代的氨基炔。
US-A 3 496 232公开了通过曼尼斯反应由乙炔制备炔丙基胺。所公开的催化剂是第IB或IIB族金属的盐，如铜的氯化物、乙酸盐和甲酸盐，它们也可为负载催化剂。但是，该反应优选用CuCl2通过均相催化作用进行。这一方法的缺点是，它必需以工业上复杂的方式，用液化的乙炔在高压下进行(25-70大气压)，并且产物的产率不能令人满意。
在用乙炔和均相铜催化剂操作中的一个共同问题是，生成易于爆炸分解的催化活性的铜乙炔化物，它难以用过滤的方法从反应溶液中除去，而且它催化聚炔(一种乙炔聚合的产物)的生成。
为了易于处理铜乙炔化物，可将它们涂覆到惰性载体上，并与铋化合物混合，以便使聚炔的生成量减少。但是，为了得到可接受的时空产率，这样的已知催化剂用于炔烃的氨烷基化(炔烃在反应条件下为气态的)需要高的炔烃分压。当使用乙炔时，(乙炔是一种热稳定性差的气体，甚至在常压下也易于爆炸)，对于所需的压力范围来说，在反应器设计中需要有相当的安全措施，从而使这些方法在经济上不合理。
例如，EP-A-0080794公开了一种用非均相催化作用制备N，N-二(烷基，芳基)取代的丙炔基胺的方法，使用掺杂有氧化铋的铜乙炔化物/硅酸镁载体作为优选的催化剂。反应例如在使用悬浮催化剂的搅拌高压釜中或在固定床中进行。这一方法的缺点是，由于使用的负载催化剂的铜含量低(约5至35％)，它没有令人满意的活性。在这种情况下，乙炔的反应需要高达20大气压或更高的分压。
US-A 3 650985公开了通式(CuC2)w(CH2O)x(C2H2)y(H2O)z的未负载的铜乙炔化物的制备方法，其中1≤W、X、Y＜100、优选W＝4、X＝0.24-4、Y＝0.24-4和Z＝0.67-2.8。这些催化剂还可含有铋化合物，可通过甲醛和乙炔同时作用到颗粒状水不溶性铜化合物上来制备，优选碱性碳酸铜、如合成孔雀石。对于炔属烃类的乙炔化来说，催化剂可作为催化剂的水悬浮液使用。类似的孔雀石催化剂在US-A3560576中公开。
US-A 41 27734公开了铋改性的球形孔雀石的制备，以及它们与乙炔和甲醛反应，制得未负载的乙炔化催化剂。
但是，US-A 3650985和US-A 4127734都未提及这些特定的催化剂用于其他反应。特别是，未涉及使用这些催化剂在非水介质中制备氨基炔的任何可能性。
而且，熟悉本专业的技术人员未发现任何有关制备羟烷基取代的，特别是N-羟烷基取代的氨基炔的文献。
DE-A 2637425公开了在曼尼期缩合反应中，通过甲醛、二烷基胺和炔醇反应来制备二烷基氨基-2-炔-4-醇。但是，为了得到满意的产率，必需使用特定的工艺条件：必需使用酸性溶液、优选pH值为5；特定的催化剂体系，即溴化物、碘化物或碘的组合，在反应混合物中是可溶的；以及可溶性铜(II)化合物。未提及在中性或碱性pH值范围内进行非均相催化作用反应是可能的变通方案。
DE-B 1100617同样公开了用铜的硫酸盐、乙酸盐、硝酸盐或盐酸盐的均相催化作用，通过甲醛、二烷基胺和炔醇在酸性水溶液中，在pH值5-6下反应来制备二烷基氨基-2-炔-4-醇。
在最后提到的两篇专利中都未涉及到制备N-羟烷基取代的氨基炔。
GB-A 839 289公开了炔属乙醇胺及其制备方法。这一方法通过至少有一个活性氢原子的乙炔化合物与下式的噁唑烷反应来实现：
Figure C9712044200071
式中，R1、R2、R4、R5、R6和R7相同或不同的，为氢、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，条件是R1或R2为氢；以及R3为烷基、羟烷基、芳基、烷芳基或芳烷基。
反应在以下条件下进行：没有溶剂或在适合的溶剂中、优选二噁烷或二甲基甲酰胺，0-30℃，在加压或减压下，优选加压，在惰性气体存在下或没有惰性气体。所用的催化剂为均相的铜催化剂，如盐类，如硫酸铜或氯化铜，它们溶于反应混合物中，并与乙炔生成催化活性的配合物。反应完成后，用以下步骤从反应混合物中除去催化剂：首先过滤出沉淀的铜乙炔化物配合物，然后用硫化氢使仍存在于溶液中的铜离子沉淀，在加或不加活性炭的条件下过滤出生成的沉淀。在用现在执行的安全标准有可接受的费用下这一步骤可不再进行。如上所述，US-A 3 496 233公开了这些铜乙炔化物配合物有爆炸分解的倾向以及用过滤的方法难以从反应溶液中除去它们。用硫化氢进行沉淀现在不能经济上合理地实现；硫化氢是一种可燃性高毒性气体，它有令人不愉快的气味，甚至在很低浓度下，而且会使金属严重腐蚀。由此生成的溶解性差的硫化铜必需用昂贵的方法处理或作为重金属废物处理。象文献中描述的借助活性炭的过滤由于产物的吸附，使产率下降。
CH-A 414594公开了在以下条件下通过噁唑烷或四氢-1，3-二噁嗪与乙炔化合物反应来制备N-羟烷基取代的氨基链炔烷：在铜离子源和溶剂优选二噁烷或二甲基甲酰胺存在下，0-30℃，在常压至超过大气压400mmHg下。在这种情况下，仅氯化铜(I)用作均相催化剂。处理完全类似GB-A 839289中公开的方法，因此也同样有上面讨论的缺点。
Shostakovskii等人在J.Org.Chem.USSR(Engl.Trausl.)，6(1970)902中描述了在碱存在下，用3-溴丙炔取代N，N-二取代的氨基乙醇中的基团来制备N-羟乙基取代的氨基丙炔。在这一方法中，不希望的副反应是前体的消耗，生成2-乙烯基噁唑烷和其他有1，4-噁嗪骨架的不饱和化合物，以致在某些情况下产品的产率仅有约50％。
Kukharev等人在J.APPL.CHEM.USSR(Eugl.Transl.)EN，63，8.2，(1990)1736中描述了在二噁烷作为溶剂中，在摩尔比2∶1、19-24℃下，通过N-(2-羟乙基)噁唑烷与乙炔反应来合成N，N，N’，N’-四(2-羟乙基)-1，4-二氨基-2-丁炔。氯化铜用作均相催化剂。但是，最高产率仅45％，并且还总是得到噁唑烷与乙炔的单缩合产物。使用氯化铜作为均相催化剂所涉及到的上述问题同样在这一方法中可出现。
本发明的一个目的是提供这样一种制备N-羟烷基取代的氨基炔的方法，这一方法不再有先有技术中已知的那些缺点。
我们已发现这一目的的可通过这样一种方法来实现，其中通过含有第IB或IIB族金属化合物催化剂的非均相催化作用，使炔与1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃反应。令人吃惊的是，我们发现，当在反应条件下为气态的炔烃如乙炔被使用时，本发明的方法可在低压下进行。
因此，本发明涉及一种制备通式I的N-羟烷基取代的氨基炔的方法
Figure C9712044200081
式中，R1为氢、烷基、卤代烷基、环烷基、芳基、烷氧基、烷氧基烷基、羟烷基或
-CR2R3-NR4-A-OH；
R2和R3各自独立为氢、烷基、卤代烷基、环烷基、芳基、烷氧基、烷氧基烷基或羟烷基；
R4为氢、烷基、卤代烷基、环烷基、芳基、烷氧基、烷氧基烷基或羟烷基；
A为C2-C5亚烷基，它是未取代的或被烷基、卤代烷基、芳基、烷氧基、羟基和羟烷基进行一次或多次取代的；该法包括通过使用含有IB或IIB族金属化合物的催化剂的非均相催化作用使通式II的炔烃和通式III的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃反应，
R1-C≡C-H         (II)
式中，R1有上述含义，
Figure C9712044200091
式中R2、R3、R4和A有上述含义。
对于本发明来说，卤素为氟、氯、溴和碘，特别是氯和溴。
术语“烷基”包括直链和支链烷基。其中优选直链的或支链的C1-C12烷基、特别优选C1-C6烷基。烷基的例子特别是甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1，2-二甲基丙基、1，1-二甲基丙基、2，2-二甲基丙基、1-乙基丙基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、1，1-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-乙基-2-甲基丙基、正庚基、1-甲基己基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、1-丙基丁基、辛基、癸基和十二烷基。
卤代烷基为被一个或多个卤素原子特别是氯和溴卤代的上面定义的烷基，部分卤化或完全卤化，优选用1-3个卤素原子卤化。
上述涉及的烷基适用于烷氧基、烷氧基烷基和羟烷基中的烷基。
环烷基优选C3-C8环烷基，如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基或环辛基，或环戊基甲基、环戊基乙基和环己基甲基和环己基乙基。
芳基优选为苯基或萘基。
非均相催化作用用于本发明的方法是可能的，负载和未负载的催化剂也用于乙炔化反应。优选的非均相催化剂是铜催化剂。
这类负载催化剂在先有技术中是已知的，例如在US-A 4119790和EP-A 80794中公开，在这里作为参考并入。
优选使用含铋的催化剂，催化剂组合物和/或载体用铋掺杂。
优选用于本发明方法的是负载在惰性载体上的周期表第IB或IIB族金属的化合物，特别是负载的铜乙炔化物催化剂，它由含有10-20％(重量)氧化铜、1-5％(重量)氧化铋和氧化硅作为载体材料的前体来制备。特别优选使用的铜乙炔化物由含有约14至15％(重量)氧化铜、约4％(重量)Bi2O3和约80％SiO2的前体制备。
适合的未负载催化剂含有铜乙炔化物配合物，此外还含有铋化合物，如(BiO)2CO3、Bi(NO3)3或BiO(NO3)。优选的催化剂含有约40至70％(重量)Cu和约0.1至10％(重量)Bi。
这类催化剂在先有技术中是已知的，例如在US-A 3650985、US-A3560576和US-A4127734中公开。这些专利的公开内容在这里作为参考并入。
在本发明一优选的实施方案中，所用的催化剂含有至少一种通式IV的铜乙炔化物配合物
(CuC2)w(CH2O)x(C2H2)y(H2O)z      (IV)
其中1≤W，X，Y，Z＜100。
在这里下标优选有以下数值：
W2～6，特别是4，
X0.24-4.00，
Y0.24-2.40，
Z0.67-2.8。
制备这些可能的双掺杂的铜乙炔化物配合物的方法同样在US-A3650985和US-A 4127734中公开。用作本发明未负载非均相催化剂的铜乙炔化物配合物通常通过以下步骤制备：选自氧化铜、硅酸铜、磷酸铜、氢氧化铜和碱性碳酸铜(如天然的、优选合成的孔雀石)的铜化合物，在选自碳酸氧化铋和硝酸铋的铋化合物存在下，在有碱金属碳酸盐或碳酸氢盐存在或没有碱金属碳酸盐或碳酸氢盐存在下，与甲醛和乙炔同时反应。
本发明的方法可在搅拌反应器、管式反应器或环管反应器中进行，为连续过程或间歇过程。反应通常在0-200℃下进行，优选20-150℃、特别优选40-120℃。
反应的pH值由反应物确定，pH值在中性或碱性pH值范围内。
反应可在无溶剂条件下进行或在对反应物是惰性的有机溶剂存在下进行。优选反应在非水介质中进行或在没有稀释剂的条件下进行。适合溶剂的例子是饱和环醚，如四氢呋喃和二噁烷。
在本发明方法的一优选实施方案中，式II的炔烃被反应，其中R1为氢、烷基或羟烷基。
本发明的方法特别适用于在特定的反应温度下为气态的式II的炔烃反应，如乙炔、丙炔、1-丁炔等。乙炔是优选使用的。
如果式II的化合物是乙炔，在本方法的第一个变通方案中，在有或没有溶剂的条件下，将通式III的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃和催化剂一起送入高压釜。注入乙炔，一直到最初压力达到约2至8巴，如约5巴，随后将高压釜加热到反应温度。再次将乙炔注入，一直到达到恒定压力约15至25巴，如约20巴。
在反应条件下为气态的炔烃的反应优选通过本方法的第二个变通方案在低于先有技术方法的压力下进行，即在至多3巴下、优选至多2巴下、特别优选常压下进行。
如果在本方法的第二变通方案中乙炔用作式II的炔烃，那么对于该反应来说，优选既不压缩也不液化。在有或没有溶剂的条件下，将式III的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃与催化剂一起送入装有混合设备的反应器。对于熟悉本专业的技术人员来说，适合的反应器是已知的。它们包括在加压下反应的容器，在Ullmanns Enzyklopadie der Technischen Chemie，第3版，第1卷，第117页及以下数页和769页及以下数页(1951)中描述的。优选将炔烃在液体反应混合物的下方加入，如用滴管或盘管，它有面向或背向反应混合物流方向的锐孔。加入速率由上述要保持的压力范围限制。一种上述未负载的非均相催化剂优选用于本方法的第二变通方案。
在一优选的实施方案中，式III的化合物为式IIIa或IIIb的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃
式中，R2、R3和R4有上述含义，
R5、R6、R7、R8、R9和R10各自独立为氢、烷基、卤代烷基、芳基、烷氧基、羟基或羟烷基。
特别优选的是，R2和R3各自独立为氢或烷基。R2和R3特别优选都为氢。
R4优选为氢、烷基或羟烷基。
在一优选实施方案中，R5、R6、R7、R8、R9和R10各自独立为氢或烷基。在这种情况下，R5、R6、R7、R8、R9和R10中的一个、二个或三个优选为烷基。
对于熟悉本专业的技术人员来说，制备式IIIa的噁唑烷和式IIIb的四氢噁嗪的方法是已知的。例如，GB-A 839 289公开了通过乙醇胺与醛或酮缩合来制备噁唑烷。
CH-A 414 594公开了用类似的方法由未取代的或未取代的乙醇胺和丙醇胺与适合的醛合成噁唑烷和四氢-1，3-噁嗪。这些专利在这里作为参考并入。
本发明用以下非限制性实施例说明。
实施例1
N-甲基-N-(2-羟丙基)-3-氨基丙炔的制备(R1、R2、R3＝H；R4＝CH3；A＝-CH2-CH(CH3)-)
将10.1克(0.1摩尔)3，5-二甲基噁唑烷送入100毫升三颈烧瓶中，然后加入50毫升THF。将1.5克乙炔活化的未负载的铜催化剂(54％铜和5％铋)加到该溶液中；在室温下以6升/小时的速率将乙炔通入悬浮液12小时。用蒸馏法分离单加成物，产率为85％(按杂环化合物计)。
实施例2
N，N-双(2-羟乙基)-3-氨基丙炔(R1、R2、R3＝H；R4＝C2H4OH；A＝-(CH2)2)
将5.85克(0.05摩尔)N-羟乙基-1，3-噁唑烷送入60毫升高压釜中，然后加入30毫升THF。将5克乙炔活化的负载铜催化剂(14-15％CuO、4％Bi2O3、80％SiO2)加到该溶液中。随后将5巴乙炔注入，并将溶液加热到50℃。再注入另外的乙炔，一直到达到恒定的压力20巴为止。用蒸馏法分离N，N-二羟乙基-1，3-氨基丙炔，产率为80％(按杂环化合物计)。作为副产物，分离出18％N，N，N’，N’-四(2-羟乙基)-1，4-二氨基-2-丁炔。
实施例3
N-甲基-N-(3-羟丙基)-3-氨基丙炔的制备(R1、R2、R3＝H；R4＝CH3，A＝-(CH2)3-)
将10.1克(0.1摩尔)N-甲基-1，3-四氢噁嗪送入50毫升二颈烧瓶，然后加入50毫升THF。将1.5克乙炔活化的未负载铜催化剂(54％铜和5％铋)加到该溶液中，然后以6升/小时的速率将乙炔通入该悬浮液12小时。用蒸馏法分离单加成物，产率为78％(按杂环化合物计)。
实施例4
N，N-双(2-羟乙基)-3-氨基丙炔的制备(R1、R2、R3＝H；R4＝C2H4OH；A＝-(CH2)3-)
将11.7克(0.1摩尔)N-羟乙基-1，3-噁唑烷送入100毫升三颈烧瓶中，然后加入50毫升THF。将1.5克乙炔活化的未负载铜催化剂(54％铜和5％铋)加到该溶液中，以6升/小时的速率将乙炔送入悬浮液12小时。用蒸馏法分离单加成物，产率为82％(按杂环化合物计)。

Claims (17)

1.一种制备通式I的N-羟烷基取代的氨基炔的方法
Figure C9712044200021
式中，R1为氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、C3-C8环烷基、苯基、萘基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷氧基-C1-C6烷基、C1-C6羟烷基或
-CR2R3-NR4-A-OH；
R2和R3各自独立为氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、C3-C8环烷基、苯基、萘基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷氧基-C1-C6烷基或C1-C6羟烷基；
R4为氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、C3-C8环烷基、苯基、萘基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷氧基-C1-C6烷基或C1-C6羟烷基；
A为C2-C5亚烷基，它为未取代的或被C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、苯基、萘基、C1-C6烷氧基、羟基和C1-C6羟烷基进行一次或多次取代的；
该法包括用含有第IB或IIB族金属化合物的催化剂非均相催化作用使通式II的炔烃
R1-C≡C-H            (II)
式中R1有上述含义，与通式III的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃反应
Figure C9712044200022
式中R2、R3、R4和A有上述定义。
2.根据权利要求1的方法，其中非均相催化剂为铜催化剂。
3.根据权利要求2的方法，其中非均相铜催化剂为未负载的或负载的催化剂。
4.根据权利要求3的方法，其中使用含铋的催化剂，催化剂组合物和/或载体用铋掺杂。
5.根据权利要求4的方法，其中催化剂组合物含有40-70重量％铜和0.1-10重量％铋。
6.根据权利要求2的方法，其中铜催化剂由孔雀石制得。
7.根据权利要求2的方法，其中铜乙炔化物催化剂用作铜催化剂。
8.根据权利要求7的方法，其中催化剂含有至少一种通式IV的铜乙炔化物配合物
(CuC2)w(CH2O)x(C2H2)y(H2O)z      (IV)
其中1≤W，X，Y，Z＜100。
9.根据权利要求8的方法，其中使用这样一种式IV的配合物，其中
W为2-6，
X为0.24-4.00，
Y为0.24-2.40，
Z为0.67-2.8。
10.根据权利要求1的方法，其中这样一种式II的炔烃被反应，其中R1为氢、C1-C6烷基或C1-C6羟烷基。
11.根据权利要求10的方法，其中在反应温度下为气态的炔烃用作式II的化合物。
12.根据权利要求11的方法，其中乙炔用作式II的化合物，反应在15至25乙炔分压下进行。
13.根据权利要求11的方法，其中乙炔用作式II的化合物，反应在20巴乙炔分压下进行。
14.根据权利要求1的方法，其中所用的式III化合物为式IIIa或IIIb的1-氧杂-3-氮杂杂环烷烃
Figure C9712044200041
式中，R2、R3和R4有上述含义，
R5、R6、R7、R8、R9和R10各自独立为氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、苯基、萘基、C1-C6烷氧基、羟基或C1-C6羟烷基。
15.根据权利要求1的方法，其中反应在0-200℃。
16.根据权利要求1的方法，其中反应在中性或碱性pH值范围内进行。
17.根据权利要求1的方法，其中反应在非水介质中进行或在没有稀释剂的条件下进行。
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