CN1190412C - 连续制备（甲基）丙烯酸二烷基氨基烷基酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的制备方法，其中使(甲基)丙烯酸甲酯或乙酯与氨基醇进行酯基转移反应。上述酯基转移反应的催化剂可以是钛酸四丁基酯，四乙基酯与四(2-乙基己基)酯，在90-120℃的装有搅拌的反应器中进行反应，然后把反应的未经加工的混合物送入去重质物塔(C1)中，把从该塔顶流出的物料送入截顶塔(C2)中，然后把从该塔底流出的物料送入最后的精馏塔(C3)中。用上述方法可制得高纯度的(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯。
Description
本发明涉及一种连续制备具有如下化学式(I)的(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的方法
式中，R1是一个氢原子或甲基；
A是一个C1-C5的直链型的或支链型的亚烷基；
R2与R3彼此可以是相同或不同的，
各自分别为C1-C4的烷基，
在该方法中，使具有如下化学式(II)的化合物与具有如下化学式(III)的化合物在装有搅拌的反应器中进行反应反应中用钛酸四烷基酯作为酯基转移作用的催化剂，并至少加入一种聚合反应的抑制剂，在反应过程中不断地移走化合物(III)/R4OH的共沸混合物：
式中，A，R2与R3具有上述化学式(I)中相同的定义，
式中R1如上述化学式(I)的相同定义，
R4是一个具有1或2个碳原子的直链型烷基，
法国专利文献FR 1544542描述了丙烯酸二甲基氨基乙基酯的制备，其中以H2C＝CHCOOCH(CH3)2或H2C＝CHOOCH2CH(CH3)2与醇作为反应原料，而且以钛酸正丙基酯、异丙基酯、异丁基酯与钛酸聚丁基酯作为反应的催化剂。然而，该反应存在缺点，即上述钛酸酯可以与反应中释放的轻质醇或与原有的醇发生酯基转移作用，使得在反应混合物中形成杂质，从而使得制得的丙烯酸酯的纯化过程更加复杂。
为了解决上述问题，法国专利FR 2617840提出制备上式化合物(I)的方法。其中在温度为20-120℃，压力为常压或低于常压，以及有至少一种聚合反应抑制剂参与的反应条件下，使(甲基)丙烯酸乙酯与上述具有化学式(II)的氨基醇进行反应。其中(甲基)丙烯酸乙酯/化学式(II)氨基醇的摩尔比为1.5-5，而且以钛酸四乙基酯作为反应的催化剂。在反应过程中移注过滤乙醇-(甲基)丙烯酸乙酯的共沸混合物，并在反应结束时分离所生成的化合物(I)。
问题的关键在于工业规模地连续生产高纯度的化合物(I)。例如设法制备出含有少于100ppm的丙烯酸乙酯(AE)与少于300ppm二甲基氨基醇(DMAE)的丙烯酸二甲基氨基乙基酯(ADAME)。
欧洲专利文献EP-B-0160427描述了一种制备ADAME的方法，其过程如下：
(1)
催化剂的制备：
(化合物A)
而且x+y＝1
(2)通过丙烯酸甲酯参与的催化交换反应达到ADAME的合成：
化合物B*：是被来自丙烯酸甲酯的配位体CH3OH部分改性的化合物A。
然后，通过闪蒸馏过程从反应的未加工混合物中分离出化合物B，并蒸馏从该操作反应中出来的含有ADAME与过剩的未反应掉的丙烯酸甲酯的轻质相层，以便分离出纯的ADAME。
(3)
化合物A的再生：
通过闪蒸馏过程可以将化合物A从含有甲醇与DMAE的轻质相层中分离出来，并将化合物A再循环到步骤(2)，接着蒸馏该轻质相层以便使甲醇从DMAE相中分离出来，并再循环到步骤(3)。
上述专利文献叙述的制备方法虽然可以连续地进行，但没有具体的已知数的温度，也没有提供具体的蒸馏压力，因此仍然相当困难。
巴西专利PI8701337描述了轻质丙烯酸酯(甲酯，没有明确重质醇可以是DMAE)的连续的酯基转移作用，其中用与蒸发器相结合的管式反应器作为反应器。在蒸发器中生成的汽态流出物被送到一个蒸馏塔中，以便分离出。
·塔顶中的轻质的丙烯酸酯/轻质醇的共沸混合物，
·塔底中的重质丙烯酸酯，重质醇，以及少量的轻质丙烯酸酯。
把后一个的流出物送到一个净化塔中，并把从塔顶流出的富有重质醇的物料再循环到反应器(截顶，除去头馏分)，而钛酸盐(催化剂)与重质丙烯酸酯从该塔底部流出。并把该流出物送到后一个塔中，从该塔顶流出纯的重质丙烯酸酯，从该塔底流出催化剂。
上述方法并不能制得，在合成ADAME情况下，能符合前述要求的生成物。
巴西专利PI 8701338描述了，在同一个反应过程中(总是没有明确提出氨基醇是重质醇)使用了一个蒸馏塔。在其塔上部送入重质醇与催化剂(钛酸丁酯)，而在塔下部供入轻质丙烯酸酯。从塔顶流出的物料富有轻质醇，并含有轻质丙烯酸酯与重质醇；分离出该轻质丙烯酸酯，并再循环到塔中，从塔底流出的物料富有重质丙烯酸酯(例如丙烯酸2-乙基己基酯)，并含有重质醇与轻质丙烯酸酯。
本申请公司现在发现，通过对前述的(甲基)丙烯酸烷基酯(III)与前述的氨基醇(II)的酯基转移作用所生成的反应的未加工的混合物的处理，即首先进行去重质物过程(equeutage，除掉催化剂与重质产物)，其次进行除去头馏分(截顶)过程，最后进行精馏过程，我们就能够以工业规模制备出高纯度的(甲基)丙烯酸酯(I)。
本发明的第一个目的是如前述的连续制备(甲基)丙烯酸酯(I)的方法，其特征在于该酯基转移反应的催化剂选自钛酸四丁基酯、四乙基酯与四(2-乙基己基)酯。在装有搅拌的反应器中的反应温度是90-120℃，该方法包括以下步骤：
—减压下把反应的未加工的混合物送到第一个蒸馏塔(C1)中，该混合物含有欲得的重质酯(I)，作为轻质产物的没有反应掉的化合物(II)与化合物(III)，以及作为重质产物的催化剂、聚合反应的抑制剂与重质的反应产物。在该第一个蒸馏塔(C1)的蒸馏过程中可得到：
·在塔顶，可得到基本上由重质酯(I)与轻质产物组成的流出物，其中含有重质产物的少数馏分，然而没有或基本上没有催化剂；
·在塔底可得到含有重质酯(I)的少数馏分与催化剂的重质产物；
-把从第一个蒸馏塔(C1)顶出来的物料，降压下输送到第二个蒸馏塔(C2)中，在该塔的蒸馏过程中可得到：
·在塔顶，可得含有重质酯(I)的少数馏分的轻质产物流，
·在塔底，可得到含少量轻质产物、重质的反应产物与一种或多种聚合反应抑制剂的重质酯(I)；
-降压下，把从第二个蒸馏塔(C2)底出来的物料输送到第三个蒸馏塔(C3)中，在该塔中进行精馏，以获得：
·在塔顶，所欲得的重质酯(I)；
·在塔底，主要是一种或多种聚合反应抑制剂。
通常，我们把摩尔比例为1.1-3，优选1.7-2.2的(甲基)丙烯酸烷基酯(III)/氨基醇(II)在反应器(R)中进行反应。其中每摩尔的氨基醇(II)使用10-4-10-2摩尔的催化剂，并以1×10-3～8×10-3摩尔为宜；反应器(R)中的操作压力是6.5×104帕斯卡(650毫巴)与常压之间。
此外，上述的稳定剂可以是吩噻嗪，叔丁基邻苯二酚，氢醌甲醚，氢醌，以及它们的任一比例的混合物，它们的使用量为反应进料量的100-5000ppm，同样地可以向塔(C2)中加入如吩噻嗪的稳定剂。
上述的氨基醇(II)可以是二甲基氨基乙醇(DMAE)，二甲基氨基丙醇与二乙基氨基乙醇。
根据本发明方法的特征来说，
·第一蒸馏塔(C1)中的压力是3.73×103-1.04×104帕斯卡(28-78mm汞柱)，塔底的温度是100-115℃；
·第二蒸馏塔(C2)中的压力是9.33×103-1.07×104帕斯卡(70-80mm汞柱)，塔底的温度是110～125℃；
·把从塔(C1)底流出的经过膜式蒸发器净化后的物料，以及从塔(C2)顶流出的物料再循环送到反应器(R)中；
·精馏塔(C3)中的压力是3.73×103-70.7×103帕斯卡(28-53mm汞柱)，温度为82-94℃。
—下述实施例进一步详述了本发明，但并不构成对本发明范围的限制。在每一个实例中，实施不同的操作结果，其中都采用重量百分比例。
使用了如附图中的图示塔(C1)，塔(C2)与塔(C3)。图中的反应器(R)与上述三个塔都各自分别在顶上置有回流罐(RP)。上述塔中的操作压力与温度如上述指定的那样。
实施例1：ADAME的合成
把从DMAE与丙烯酸乙酯的连续反应(其中以吩噻嗪作为聚合反应抑制剂，以钛酸乙基酯作为催化剂)生成的反应的未经加工的混合物1，其中对于100％(重量)，含：
-ADAME 50-55％
-丙烯酸乙酯 20-30％
-DMAE 15-25％
-重质反应产物，催化剂与吩噻嗪 1.2-2.5％
然后将其连续地输送到去重质物塔(C1)中。
把从该塔(C1)底2流出的，经过膜式蒸发器净化后的物料输送到反应塔中。
在上述塔(C1)的项部回收已去除催化剂的流出物料3，其重量比例为：
ADAME 50-55％
丙烯酸乙酯 20-30％
DMAE 15-20％
重质反应产物与吩噻嗪 1-5％
把被吩噻嗪稳定后的物料3输送到截顶(除去头馏分)塔(C2)中。
该塔(C2)的顶部4中具有如下组分(％重量)的组合物：
-ADAME 5-10％
-丙烯酸乙酯 40-60％
-DMAE 25-45％
把该组合物再循环送到反应器中。
该塔(C2)的底部5中具有如下组分(％重量)的组合物：
-ADAME 99.8-99.9％
-丙烯酸乙酯 0-10ppm
-DMAE 50-150ppm
-吩噻嗪 500-600ppm
把该组合物送到塔(C3)中，从该塔顶部(6)可获得具有如下组分(％重量)的纯ADAME：
-ADAME 99.8％
-丙烯酸乙酯 ＜10ppm
-DMAE 120-150ppm
-吩噻嗪 ＜1ppm
实施例2(对比)
如上述同样的操作过程，即历经去重质物塔(C1)与截项塔(C2)的处理后，可获得纯的ADAME，其滴定组分(％重量)为：
ADAME 99.5％
AE 500ppm
DMAE 1000-2000ppm
Claims (14)
1、连续制备具有如下化学式(1)的(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的方法，
式中，R1是一个氢原子或甲基；
A是一个C1-C5的直链型或支链型的亚烷基；
R2与R3可以是相同或不同的，各自分别为C1-C4的烷基，
在该方法中，使具有如下化学式(II)的化合物与具有如下化学式(III)的化合物在装有搅拌的反应器中进行反应该反应中用钛酸四烷基酯作为酯基转移作用的催化剂，并至少加入一种聚合反应的抑制剂，在反应过程中不断地移走化合物(III)/R4OH的共沸混合物：
式中，A，R2与R3具有上述化学式(I)相同的定义，
式中R1如上述化学式(I)相同的定义，
R4是一个具有1或2个碳原子的直链型烷基，
其特征是上述酯基转移反应的催化剂选自钛酸四丁基酯、四乙基酯与四(2-乙基己基)酯，在搅拌反应器(R)中的反应温度是90-120℃，然后进行下列步骤：
一减压下把反应的未加工的混合物送到第一个蒸馏塔(C1)中，该混合物含有欲得的重质酯(I)与作为轻质产物的没有反应掉的化合物(II)与化合物(III)，以及作为重质产物的催化剂、聚合反应的抑制剂与重质的反应产物，在该第一个蒸馏塔(C1)的蒸馏过程中获得：
·在塔顶，基本上由重质酯(1)与轻质产物组成的流出物，其中含有重质产物的少数馏分，然而不含或基本上不含有催化剂；
·在塔底，含有重质酯(I)的少数馏分与催化剂的重质产物；
—把从第一个蒸馏塔(C1)顶出来的物料，降压下输送到第二个蒸馏塔(C2)中，在该塔的蒸馏过程中获得：
·在塔顶，含有重质酯(1)的少数馏分的轻质产物；
·在塔底，含少量轻质产物，重质的反应产物与聚合反应抑制剂的重质酯(I)；
—降压下，把从第二个蒸馏塔(C2)底出来的物料输送到第三个蒸馏塔(C3)中，在该塔中进行精馏以获得：
·在塔顶，所欲得的重质酯(I)；
·在塔底，主要是一种或多种聚合反应抑制剂。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征是在该反应器(R)中进行反应的(甲基)丙烯酸烷基酯(III)与氨基醇(II)的摩尔比例是1.1-3。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征是在该反应器(R)中进行反应的(甲基)丙烯酸烷基酯(III)与氨基醇(II)的摩尔比例是1.7-2.2。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征是每摩尔的氨基醇(II)使用10-4-10-2摩尔的催化剂。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征是每摩尔的氨基醇(II)使用1×10-3-8×10-3摩尔的催化剂。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征是每摩尔的氨基醇(II)使用10-4-10-2摩尔的催化剂。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征是每摩尔的氨基醇(II)使用1×10-3-8×10-3摩尔的催化剂。
8、根据权利要求1-7中之一所述的方法，其特征是反应器(R)中的操作压力是在6.50×104帕斯卡与常压之间；上述聚合反应的抑制剂选自吩噻嗪，叔丁基邻苯二酚，氢醌的甲醚，氢醌，以及它们的任一比例的混合物，它们的用量为反应进料量的100-5000ppm；二甲基氨基乙醇，二甲基氨基丙醇或二乙基氨基乙醇用作上述的氨基醇(II)。
9、根据权利要求1-7中之一所述的方法，其特征是第一蒸馏塔(C1)中的操作压力是3.73×103-1.04×104帕斯卡，塔底的温度为100-115℃；第二蒸馏塔(C2)中的操作压力是9.33×103-1.07×104帕斯卡，塔底的温度是110-125℃。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征是第一蒸馏塔(C1)中的操作压力是3.73×103-1.04×104帕斯卡，塔底的温度为100-115℃；第二蒸馏塔(C2)中的操作压力是9.33×103-1.07×104帕斯卡，塔底的温度是110-125℃。
11、根据权利要求1-7中之一所述的方法，其特征是把从第一蒸馏塔(C1)底流出的经过膜式蒸发器净化后的物料，以及从第二蒸馏塔(C2)顶流出的物料再循环送到反应器(R)中。
12、根据权利要求10所述的方法，其特征是把从第一蒸馏塔(C1)底流出的经过膜式蒸发器净化后的物料，以及从第二蒸馏塔(C2)顶流出的物料再循环送到反应器(R)中。
13、根据权利要求1-7中之一所述的方法，其特征是第三蒸馏塔(C3)中的操作压力是3.73×103-70.7×103帕斯卡，温度为82-94℃。
14、根据权利要求12所述的方法，其特征是第三蒸馏塔(C3)中的操作压力是3.73×103-70.7×103帕斯卡，温度为82-94℃。
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