CN116102439B - 4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种4‑二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺，涉及有机合成和化工原料的制备技术领域。所述制备工艺包括以下步骤：将水、间氨基苯酚混合后得到第一混合溶液，向第一混合溶液中同时滴加卤代丁烷、pH调节剂进行烷基化反应得到第二混合溶液，再依次进行洗涤、脱水得到4‑二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物N，N‑二丁基间氨基苯酚；烷基化反应过程中控制pH为4~6.5。本发明制备得到的4‑二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物收率高且纯度高。

Description

4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺

技术领域

本发明涉及有机合成和化工原料的制备技术领域，具体来讲，涉及一种4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺。

背景技术

N,N-二正丁基-4-氨基-2-羟基-2’-甲酸二苯甲酮（简称BBA）是荧烷类压敏、热敏染料的重要中间体原料。荧烷类作为第三代压、热敏染料是当今世界开发的热压敏染料的主流，具有黑橙红绿等各种色泽，色谱较为齐全。随着社会的飞速发展，我国对热压敏染料的需求量也迅速增长。但国内对荧烷类染料的研究工作起步较晚，生产的压、热敏纸成本高，缺乏竞争力。因此自主研发性能优异的荧烷类染料具有广阔的市场前景。

现有技术BBA烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚（简称DBAP）是将间氨基苯酚与1-氯丁烷按照1:3.5摩尔比混合，升至一定温度和压力后分四次滴加氢氧化钠溶液，四次保温反应生成4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物。现有技术工艺流程参考图1所示。鉴于现有工艺存在烷基化反应杂质较多、烷基化反应物料损失大、产品收率低、纯度低等问题。本申请的目的是对烷基化反应工艺进行优化，提高产品的收率和产品的纯度。

专利公开号为CN108558710B、公开日为2018.09.21的中国发明专利提供了一种N，N-二丁基间氨基苯酚的制备方法，其包括以下步骤，1、将间氨基苯磺酸钠、溶剂、卤代烃和缚酸剂进行烷基化反应，烷基化反应温度为80~200℃，烷基化反应时间为2~5小时，得到烷基化物的溶液；2、将烷基化物的溶液和碱性试剂、水混合进行碱熔反应，碱熔反应温度为200~350℃，反应时间为1~3小时得到烷基化的酚钠盐，然后再加入水；3、将烷基化的酚钠盐与酸性试剂进行酸析反应，反应时间为0.5h~3h，得到粗品N，N-二丁基间氨基苯酚；4、精制得到N，N-二丁基间氨基苯酚；该专利未涉及4-二丁氨基酮酸烷基化反应过程中控制反应酸碱性以及原料用量的改进过程。

发明内容

发明人研究发现：现有技术中将间氨基苯酚与1-氯丁烷按照1:3.5摩尔比混合，升至一定温度和压力后分四次滴加氢氧化钠溶液，四次保温反应生成4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺，存在副产多取代产物含量较高，给产品的提纯带来较大的困难。此外，反应过程氢氧化钠溶液的多次加入，导致反应体系呈现过碱的现象，使得反应速率下降。另外，反应时间长，产能低，能耗高。发明人经过多次试验，从以下几点解决上述问题：①从原料配比、反应时间、反应温度、加料方式等方面展开研究，降低反应能耗、提高原料利用率。②将烷基化反应环境由碱性改为弱酸性，减少了烷基化反应过程中醚化副产物的产生。③在烷基化反应阶段，优化了碱液和卤代丁烷的加料方式，稳定了系统的pH值，使反应过程平稳，易实现工业化。

本发明提供了一种4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：

将水、间氨基苯酚混合后得到第一混合溶液，向第一混合溶液中同时滴加卤代丁烷、pH调节剂进行烷基化反应得到第二混合溶液，再依次进行洗涤、脱水得到4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚。

烷基化反应过程中控制pH为4~6.5。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

（1）与现有技术相比，本发明优化了间氨基苯酚、卤代丁烷的配比，根据反应体系的酸碱性，同时滴加卤代丁烷和pH调节剂，有效缩短了反应时间。

（2）与现有技术相比，本发明4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺降低了卤代丁烷的分解，同时降低了副产多取代杂质的产生。例如，本发明一取代产物含量不高于2%，多取代产物含量不高于2%。

（3）与现有技术相比，本发明4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物纯度不低于95%，收率不低于95%。

（4）与现有技术相比，采用在线pH计，实现实时在线控制反应体系的pH值，有效降低了卤代丁烷的过碱分解现象，减少了pH调节剂的损耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术制备工艺流程图；

图2示出了本发明4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的反应原理图。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的一个示例性实施例中，4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺包括以下步骤：

将水、间氨基苯酚混合后得到第一混合溶液，向第一混合溶液中同时滴加卤代丁烷、pH调节剂进行烷基化反应得到第二混合溶液，再依次进行洗涤、脱水得到4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚。烷基化反应过程中控制pH为4~6.5。

具体的，所述卤代丁烷可以是氟丁烷、氯丁烷、溴丁烷或碘丁烷中的一种。参考图2所示为本发明4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的反应原理图。图2中X代表卤素原子。所述pH调节剂可以是氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氨水中的一种或两种。优选的，所述pH调节剂为30%氢氧化钠溶液。优选的，所述烷基化反应过程pH可以为5~6.5。更优选的，所述烷基化反应过程pH可以为5~6。可以通过在线pH计进行pH随时控制。然而本发明并不限于此。控制pH值的目的是避免卤代丁烷因过碱产生分解，同时防止pH值偏高，体系呈现碱性易生成多取代产物，导致产品纯度降低。

具体的，对第二混合溶液进行取样分析，若多取代产物含量不高于3%时，对第二混合溶液依次进行洗涤、脱水，得到4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚。所述间氨基苯酚与卤代丁烷的摩尔比为1:2~2.6。优选的，所述间氨基苯酚与卤代丁烷的摩尔比为1:2.1~2.4。更优选的，所述间氨基苯酚与卤代丁烷的摩尔比为1:2.1-2.2。所述洗涤包括至少两次碱洗，洗涤体系中的卤化盐。

具体的，采用氯丁烷进行烷基化反应时，将水、间氨基苯酚进行混合后加热升压，控制反应压力为0.2~0.6MPa，反应温度为80~150℃，得到第一混合溶液。优选的，控制反应压力为0.3~0.5MPa，所述温度为90~140℃，可以采用油浴锅进行加热。反应温度与压力是为烷基化反应提供环境，温度和压力偏高则反应会产生较多杂质，容易生成多取代产物；此外，使卤代丁烷容易分解。反应温度与压力偏低则会导致反应速率较低，反应时间长。然后向第一混合溶液中同时滴加1-氯丁烷（简称氯丁烷）以及pH调节剂，控制pH为4~6.5，进行烷基化反应得到第二混合溶液。所述氯丁烷的滴加速率为60~70mg/min。优选的，所述氯丁烷的滴加速率为63~67mg/min，所述pH调节剂的滴加速率根据反应体系的pH值变化进行调节。若氯丁烷的滴加速率过低时，会导致反应体系呈现弱碱性，导致多取代产物含量增多。pH调节剂滴加速率过低时，会导致反应速率变慢。

采用1-溴丁烷（简称溴丁烷）进行烷基化反应时，将水、间氨基苯酚进行混合后缓慢升温至75~85℃，保温1~2h，得到第一混合溶液。然后向第一混合溶液中同时滴加溴丁烷以及pH调节剂，控制pH为4~6.5，进行烷基化反应得到第二混合溶液。所述溴丁烷的滴加速率为500~670mg/min。优选的，所述溴丁烷的滴加速率为550~620mg/min。例如，pH调节剂的滴加速率为20~25g/h，反应过程pH控制4~6.5，并采用在线pH计实时检测pH的变化，当pH偏低时，则适当加大pH调节剂的进料量；反之，当pH值偏高时，则适当降低pH调节剂的进料量。

4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物制备工艺的具体操作可以为：

一、加料阶段。

向反应器中加入水、间氨基苯酚起到初溶的目的，便于后续进行烷基化反应。

二、烷基化反应阶段。

关闭反应器的排空阀门、真空阀门，缓慢用油浴锅加热。当反应器压力升至0.2MPa时，停止加热，此时反应压力控制在0.2~0.6MPa，反应温度控制在80~150℃之间，反应1.5~2.5h。

然后开启碱液增压进料泵，缓慢滴加氯丁烷，滴加速率60~70mg/min，反应器安装在线pH计，同时滴加30%氢氧化钠溶液，滴加速率根据反应体系的pH值进行控制，根据pH值的变化，采用自动调节阀。例如，当pH低于4时，自动调节阀会适当增大氢氧化钠溶液的加入量；反之，pH高于6时，则适当降低氢氧化钠溶液的加入量。保证反应体系的pH值4~6.5之间，滴加完毕，保温1~2h，进行取样分析、洗涤操作。

三、烷基化洗涤，至少包括两次碱洗过程。

例如，第一次洗涤操作可以为：开启进料泵，缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液，根据反应的pH值变化进行氢氧化钠溶液的滴加，滴加完毕，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层备用进行二次洗涤。洗涤体系中的氯化钠盐。

第二次洗涤：开启进料泵，先加入水，然后缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液，根据溶液水相的pH值调节氢氧化钠的加入量，当pH=7时，停止滴加，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层备用进行脱水操作。

四、脱水操作。

开启反应容器的真空，真空度在-0.09MPa，用油浴缓慢升温将反应体系内残留的水分进行真空脱除，最后得到烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚（简称DBAP）。

实施例1

4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺包括以下步骤：

（1）向反应器中加入水100g，间氨基苯酚35g，开启反应器搅拌。

（2）关闭反应器的排空阀门，真空阀门，缓慢用油浴锅加热。当反应器压力升至0.25MPa时，停止加热，此时反应压力控制在0.3MPa，反应温度控制在90℃之间，反应2h。然后开启碱液增压进料泵，缓慢滴加氯丁烷62.42g，滴加速率66.67mg/min，反应器安装在线pH计，同时滴加30%氢氧化钠溶液，滴加速率根据反应体系的pH值进行控制，保证反应体系的pH值为4，滴加完毕，进行保温，取样分析，洗涤操作。

（3）第一次洗涤：开启进料泵，缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液25g，根据反应的pH值变化进行滴加氢氧化钠溶液，滴加完毕，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层进行二次洗涤。

第二次洗涤：开启进料泵，先加入80g水，缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液，根据溶液水相的pH值调节氢氧化钠溶液的加入量，当pH=7时，停止滴加，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层备用，进行脱水操作。

（4）开启反应容器的真空，真空度在-0.09MPa，用油浴缓慢升温将反应体系内残留的水分进行真空脱除，得到DBAP。

将实施例1的制备工艺分别进行6批次实验，4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物DBAP的质量指标如表1所示。参考表1所示，一取代产物含量不高于2%，多取代产物含量不高于2%。

表1 实施例1制备得到的DBAP的质量指标

实施例2

4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺包括以下步骤：

（1）向反应器中加入水90g，间氨基苯酚70g进行搅拌。

（2）采用油浴锅加热，缓慢升温至80℃，保温1.5h。然后滴加溴丁烷200g，溴丁烷滴加速率为500~670mg/min，并同时滴加氢氧化钾溶液，并采用在线pH计实时监测pH的变化，控制反应的pH为6。当pH偏低时，则适当加大氢氧化钾溶液的进料量；反之，当pH值偏高时，则适当降低氢氧化钾溶液的进料量。所述间氨基苯酚与溴丁烷的摩尔比为1:2.28。滴加完毕，进行保温，取样分析，洗涤操作。

（3）第一次洗涤：缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液25g，根据反应的pH值变化进行滴加氢氧化钠溶液，滴加完毕，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层进行二次洗涤。

第二次洗涤：先加入80g水，缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液，根据溶液水相的pH值调节氢氧化钠溶液的加入量，当pH=7时，停止滴加，进行静置分层，下层分入废水储罐，上层备用，进行脱水操作。

（4）开启反应容器的真空，真空度在-0.09MPa，用油浴缓慢升温将反应体系内残留的水分进行真空脱除，得到DBAP。

将实施例2的制备工艺分别进行3批次实验，4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物DBAP的质量指标如表2所示。

表2 实施例2制备得到的DBAP的质量指标

实施例3

在实施例1的基础上，区别在于，间氨基苯酚与氯丁烷的摩尔比为1:2.4，反应压力为0.5MPa，反应温度为120℃，反应体系的pH值为5.3。

对比例1

在实施例1的基础上，区别在于，反应体系的pH值为2。

对比例2

在实施例1的基础上，区别在于，反应体系的pH值为8。

对比例3

4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺，在实施例1的基础上，区别在于：

（1）向反应器中加入水100g，间氨基苯酚35g，1-氯丁烷104g，间氨基苯酚与1-氯丁烷的摩尔比为1:3.5，加料完毕，开启反应器搅拌。

（2）关闭反应器的排空阀门，真空阀门，缓慢用油浴锅加热。当反应器压力升至0.25MPa时，停止加热，油浴温度控制在恒定范围内，此时反应温度控制在110℃。开启碱液增压进料泵，缓慢滴加30%的氢氧化钠溶液15g，滴加速率控制在31.25mg/min，滴加时间大约8h，滴加完毕停止进料泵，保温8h；然后开启进料泵进行第二次滴加反应，氢氧化溶液15g，滴加速率控制在31.25mg/min，滴加时间大约8h，滴加完毕停止进料泵，保温8h；然后开启进料泵进行第三次次滴加反应，氢氧化溶液15g，滴加速率控制在31.25mg/min，滴加时间大约8h，滴加完毕停止进料泵，保温8h；然后开启进料泵进行第四次滴加反应，氢氧化溶液15g，滴加速率控制在31.25mg/min，滴加时间大约8h，滴加完毕停止进料泵，保温8h，进行中控取样，洗涤操作。

将对比例3的制备工艺分别进行6批次实验，烷基化反应中间产物DBAP的质量指标如表3所示。多取代产物含量超过2%。

表3 对比例3烷基化反应中间产物DBAP的质量指标

对比例4

在实施例1的基础上，区别在于，间氨基苯酚与卤代丁烷的摩尔比为1:3.5。

对比例5

在对比例4的基础上，区别在于，反应体系的pH为2。

将上述实施例1-3、对比例1-5中的主要参数以及产品性能指标列于表4。

表4 主要参数以及产品性能指标

参考表4所示，从实施例1-3可以看出，本发明4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物DBAP的制备工艺制备得到的DBAP收率不低于95%，纯度不低于95%。

对比例1与实施例1相比，区别在于反应pH为2时，DBAP的收率下降8.5%，DBAP的纯度下降7.6%。当反应体系的pH过低时，反应速率较慢，使反应时间延长，反应完毕后体系中的氯丁烷含量较高，一取代产物较高，产品纯度降低，产品收率降低。

对比例2与实施例1相比，区别在于反应pH为8时，DBAP收率下降10.9%，纯度下降10.1%。当反应体系的pH过高时，反应完毕后反应体系中的多取代产物含量增高，醚化产物升高，产品收率和纯度下降。

对比例3与实施例1相比，区别在于反应过程氢氧化钠溶液的多次加入，导致反应体系呈现过碱的现象，使得DBAP收率下降7.3%，纯度下降5.6%。

对比例4与实施例1相比，区别在于卤代丁烷含量过高时，在一定程度上能提高收率，但是卤代丁烷过量太多对收率影响不大。反而会导致卤代丁烷在反应体系环境下分解成醇与卤化酸。例如，会导致后续处理过程中氢氧化钠溶液的消耗增大。

对比例5与对比例4相比，区别在于反应pH过酸时，反应完毕后体系中的卤代丁烷含量较高，一取代产物较高，产品纯度降低，产品收率降低。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.4-二丁氨基酮酸烷基化反应中间产物的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：

将水、间氨基苯酚混合后得到第一混合溶液，向第一混合溶液中同时滴加卤代丁烷、pH调节剂进行烷基化反应得到第二混合溶液，再依次进行洗涤、脱水得到4-二丁氨基酮酸烷基化反应的中间产物N，N-二丁基间氨基苯酚；

烷基化反应过程中通过在线pH计随时控制pH为4~6，所述间氨基苯酚与卤代丁烷的摩尔比为1:2.4~2.6；所述pH调节剂为30%氢氧化钠溶液；

所述卤代丁烷为溴丁烷；采用溴丁烷进行烷基化反应时，反应温度为75~85℃；

所述溴丁烷的滴加速率为500~670mg/min。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述烷基化反应过程中控制pH为5~6。