CN1322718A - N,n'－羰基双内酰胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过光气与至少一种内酰胺反应制备N,N′－羰基双内酰胺的方法,其特征在于叔胺选自非亲核脂族叔胺。由此,不管是在实验室还是工业规模上都能够以高产率制备高纯度N,N′－羰基双内酰胺。

Description

N,N′-羰基双内酰胺的制备方法
本发明涉及N,N′-羰基双内酰胺的制备。本发明特别地涉及一种由内酰胺和光气制备N,N′-羰基双内酰胺的改进方法。
N,N′-羰基双内酰胺的制备方法并不太多，而其中大多数方法使用光气。然后，第二反应物是内酰胺或其衍生物之一如碱性盐或三甲代甲硅烷基衍生物。所有这些方法都不令人满意。
这样，根据H.R.Meyer在1956年的CA52:11781e的摘要所述，当光气与ε-己内酰胺的钠盐反应时，仅得到0.6-40％N,N′-羰基双己内酰胺。
根据文献CA68:104571所述的另一种方法，在非质子性胺例如三乙胺存在下，ε-己内酰胺与光气在20℃然后在40℃下反应。实验室规模的产率稍微更高，大约60％。然而，当重复该实施例时，得到的产率仅为40％。此外，如果使用更大量的反应物，例如适用于50升反应器，此时产率仅为23％。
美国专利5,972,237采用了相同方法制备N,N′-羰基双己内酰胺。使用的胺是二乙基环己基胺。此时所示产率仅为46％。
根据另一种方法(聚合物杂志，1995,27(5)，第449-450页)，首先形成ε-己内酰胺的N-三甲代甲硅烷基衍生物，然后一部分该衍生物与光气反应形成氨基甲酰氯。然后，这两种中间体化合物相互反应以便形成羰基双己内酰胺。这样需要三个步骤。没有提到产率。当重复该方法时，所得产率为51％。
N,N′-羰基双内酰胺是非常有用的化合物，在作为制备聚合物例如聚酰胺或聚酯的助催化剂和活化剂、作为洗涤剂中的无机过氧化物的活化剂或者作为氨基酸合成中间体时尤为如此。它们在大多数应用场合中都必需具备高纯度。
因此，不仅在实验室，而且还在工业规模中，都存在一种以高产率在经济的条件下制备N,N′-羰基双内酰胺的需求。
本发明的目的是得到高纯度的N,N′-羰基双内酰胺。
本发明方法解决了上述问题。本发明方法在于在选自非亲核脂族叔胺的叔胺存在下使光气与至少一种内酰胺反应。
根据该方法得到的N,N′-羰基双内酰胺的产率通常高于70％，纯度通常大于99％。
该方法特别有利地用于转化通式(Ⅰ)的内酰胺其中n表示3-15的整数，优选5-12。得到的N,N′-羰基双内酰胺的通式(Ⅱ)为
Figure A0111744600052
当使用一种内酰胺时，该化合物的两个环是相同的。当使用几种不同内酰胺作为起始化合物时，得到具有相同或不同环的N,N′-羰基双内酰胺的混合物。
光气通常是以化学计量或接近于该数值，即大约每摩尔内酰胺为0.5摩尔光气的量与内酰胺反应。不需要使用摩尔过量明显的光气。优选地，每摩尔内酰胺使用0.5-0.55摩尔光气。
完全出乎意料地，人们发现，胺的性质对于在良好条件下解决为了获得N,N′-羰基双内酰胺所面临的问题是非常重要的。
该胺必需选自非亲核或几乎非亲核的脂族叔胺，也就是说，该脂族叔胺对于亲电体例如羰基是非反应性的或几乎非反应性的。这些胺通常是具有非常庞大的因而阻止氮的自由电子对被接近的自由基的胺。
优选地该胺具有强碱性。
有用的胺特别是通式NR1R2R3表示的胺，其中R1表示甲基或乙基，而相同或不同的R2和R3表示异丙基或异丁基。可以提及的这些胺的实例是二异丙基甲胺、二异丙基乙胺或二异丁基乙胺。优选使用二异丙基乙胺。
一定量足以捕捉反应中形成的氢氯酸的胺的存在是必需的。通常每摩尔内酰胺使用大约1摩尔胺，并且每摩尔内酰胺优选使用0.95-1.05摩尔胺。过量的胺是毫无意义的。
根据其中使用光气的上述现有技术方法，光气是在大约20℃下引入反应介质中。现在发现，通过将光气在大约-10℃至+5℃，优选大约-5℃至0℃下引入反应介质中，本发明的方法被进一步改进。其产率更高，纯度也更高。光气的引入通常持续1到几个小时。
该反应通常在对反应物呈惰性并且其熔点低于引入光气的温度，特别是低于大约-10℃的有机溶剂中进行。该溶剂的沸点优选低于大约160℃。芳族溶剂例如甲苯和二甲苯是非常适合的。
当所有光气都被引入时，使反应在大约40℃-50℃下通常持续进行几个小时。
为了回收得到的N,N′-羰基双内酰胺，通常将形成的胺的氢氯化物例如通过过滤或通过水洗，接着通过沉降回收水相从介质中分离，然后特别是通过减压蒸发去掉溶剂。然后，视具体情况而定，可以向介质中加入一种对于羰基双内酰胺不是溶剂的化合物例如异丙醇、甲醇或水，随后使羰基双内酰胺沉淀。如果需要，该羰基双内酰胺可以通过醇例如甲醇洗涤和/或进行重结晶进一步纯化。
本发明方法得到的产率相对于现有技术的产率显著地提高。这样，实验室中N,N′-羰基双己内酰胺的产率大于80％，工业规模中大于70％。其纯度极高，通常大于99％。
本发明方法是特别经济的，这是由于同时发现了从反应中形成的二异丙基乙基胺的氢氯化物回收高纯度二异丙基乙胺的方法。为此，或者从反应介质中分离氢氯化物之后或者通过向介质中加入水以及例如通过沉降回收水相，形成胺的氢氯化物与水，优选非常纯的水的水溶液，然后将该溶液用无机碱例如氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾，特别是其水溶液中和。氢氧化钠是优选使用的碱。
通常使用的碱量使溶液的最后pH值大约为13。
然后通常在大约83℃-大约91℃在标准压力下对溶液进行共馏。胺通过沉降从回收的混合物中分离。通过GC分析测定的其纯度通常等于或高于99％，并可以用于新的N,N′-羰基双内酰胺制备循环中。
下面的实施例说明本发明，而不限定本发明。
实施例1:N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)(表示为CBC)的制备
将2.1kg甲苯、277g(2.426mol)ε-己内酰胺和318g(2.43mol)二异丙基乙胺(表示为DIEA)加入到装有300转/分钟机械搅拌器的夹套式反应器中。将该混合物冷却到-5℃，并以大约每小时75g的流速将129g(1.3mol)气态光气稳定地加入到混合物中，其间温度保持在-5℃-0℃。
光气加入完毕，将反应介质加热到40-43℃，并在该温度下搅拌5小时。
然后冷却到大约+10℃，并通过过滤分离形成的沉淀物。用499g甲苯、接着402g和491g甲苯冲洗滤饼。此时回收得到447.9g湿DIEA氢氯化物。
合并得到的滤液，由3.629kg单一甲苯相组成。然后，该混合物通过在35℃14-25mmHg压力下蒸馏3.029kg甲苯而浓缩。蒸馏过程中CBC沉淀，但是该介质仍然是可搅拌的。
然后，向介质中加入1.8kg异丙醇并在62-43℃381-133mmHg下蒸馏掉1.875kg异丙醇/甲苯(84/16重量比)混合物。
此时将该介质加热到76℃,CBC重新溶解。将溶液冷却到0℃-5℃,CBC在大约45℃下沉淀。
将该混合物过滤并在0℃-5℃先用53g然后用47g异丙醇洗涤滤饼。然后在烘箱中减压(10mmHg,70℃)干燥得到的白色粗晶体1小时。
这样，就得到了纯度为100％、其中氯化物含量无法检得(HPLC定量测定)的248g N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)(相对于起始ε-己内酰胺产率为81％)，这说明没有杂质例如氨基甲酰氯或Vilsmeier-Haack型有机盐存在。
实施例2：N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)的制备
除了使用300ml甲苯、0.402molε-己内酰胺、0.404molDIEA和0.21mol光气，并且在将反应介质温度保持在10℃-17℃下在30分钟内加入光气以外，按照实施例1进行操作。
得到的N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)的产率为77％，纯度为98％(HPLC定量测定)。
对比实施例：在三乙胺存在下通过光气化作用制备N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)
除了用0.42mol三乙胺代替DIEA以外，按照实施例2进行操作。
此时，得到的N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)的产率仅为14％，纯度为95％(HPLC定量测定)。
实施例3：制备N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)
除了使用400ml甲苯、0.403molε-己内酰胺、0.404molDIEA和0.25mol光气之外，按照实施例1进行操作。
得到的N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)的产率为70％，纯度为98％(HPLC定量测定)。
实施例4：回收和循环实施例1中使用的二异丙基乙胺
将95g蒸馏水和145.7g(0.87mol)实施例1中得到的DIEA氢氯化物加入到装有用于循环下层相的迪安-斯达克装置和用于在-15℃喂入二醇的蛇管式馏出液冷凝器的0.5升夹套式反应器中，20℃下15分钟内完成氢氯化物的溶解。
然后加入114g(0.914mol)32％氢氧化钠水溶液。中和过程吸热。该溶液的最后pH值被调整为13±0.5。
在83-91℃(物料温度为103-109℃)标准压力下进行共馏。此时得到由水相(87g)和DIEA组成的混合物，将该混合物通过沉降分离。这样回收了111.3g纯度为99％(GC分析)的DIEA，其中包括0.14％水而不包括二异丙基胺。相对于起始DIEA氢氯化物的产率为98％。
该DIEA用于根据实施例1的方法制备CBC。这样，得到产率为83％，纯度高于99.7％(HPLC定量测定)的N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)。
实施例5：N,N′-羰基双(ε-己内酰胺)的制备
在20升带搅拌的反应器中将2.2kgε-己内酰胺(19.4mol)悬浮在6.6kg甲苯中(即己内酰胺浓度为25％)。随后在室温下加入2.59kg二异丙基乙胺(DIEA,20.0mol,1.03当量)。将该介质冷却到0℃，然后向该介质中加入1.0kg气态光气(10.1mol,0.52当量)，该反应器的温度保持在低于12℃。加入完毕，将该介质加热到40-50℃，保持两小时，然后在30分钟内在50-40℃下向该介质中加入4.4kg水。DIEA氢氯化物立即溶解。搅拌30分钟后，停止搅拌并在30分钟内沉降均匀相。取出水相(7.8kg)并保存用于再处理DIEA氢氯化物。加热甲苯相并在真空下静置以进行浓缩(35-50℃,80-50nmHg)。1.5小时内蒸馏掉4.8kg甲苯，然后打破真空并向该介质中加入5kg水。CBC结晶。为了彻底地脱除介质中的甲苯，再次将反应器置于真空(65-70℃,450-400mmHg)下以蒸馏掉水/甲苯共沸物。蒸馏3.5小时后，馏出液中共回收960g甲苯和140g水。然后在大气压下向介质中加入4.8kg甲醇，并将该介质在40℃下搅拌1小时。随后冷却到5℃并将悬浮液倒入过滤器中。回收到8.4kg母液，并将滤饼用2.5kg50/50的水和甲醇混合物洗涤(回收到2.55kg洗液)。过滤器中分离出1.9kg湿CBC。干燥6小时(50℃,10mmHg)后，得到纯度高于99.5％(％W/W,HPLC)的1.85kg(产率76％)干CBC，其熔点为115℃。

Claims (12)

1．通过在叔胺存在下光气与至少一种内酰胺反应制备N,N′-羰基双内酰胺的方法，其特征在于叔胺选自非亲核脂族叔胺。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于起始内酰胺用通式(Ⅰ)表示，
Figure A0111744600021
其中n表示3-15的整数。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于胺选自通式NR1R2R3表示的胺，其中R1表示甲基或乙基，相同或不同的R2和R3表示异丙基或异丁基。
4．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于胺是二异丙基乙胺。
5．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于光气在大约-10℃至大约+5℃的温度下被引入反应介质中。
6．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于在引入光气后，将反应混合物加热到大约40℃-大约50℃。
7．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于该反应在一种选自熔点低于大约-10℃的溶剂中进行。
8．根据权利要求4-7中任一项的方法，其特征在于反应完成时，为了回收二异丙基乙胺，通过向反应介质中加入水将形成的二异丙基乙胺氢氯化物溶解在水中，或者在从介质中分离出氢氯化物之后，将得到、必要时已与反应介质分离的水溶液用无机碱中和，然后对该混合物进行共馏。
9．根据权利要求8的方法，其特征在于加入的碱量要使最终pH值大约为13。
10．根据权利要求8或9的方法，其特征在于共馏温度大约为83℃-91℃。
11．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于N,N′-羰基双内酰胺通过在水中结晶来回收。
12．根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于N,N′-羰基双内酰胺通过用醇洗涤来纯化。
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