CN1616434A - 1,3－二甲基－2－咪唑啉酮的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种1，3－二甲基－2－咪唑啉酮的生产方法，包括以下工艺流程：(1)以乙二胺和尿素为原料，加入水作为溶剂，合成2－咪唑啉酮，乙二胺、尿素、水的摩尔比是1∶0.5～3∶0.1～20。(2)、以2－咪唑啉酮、甲醛、甲酸为原料，合成1，3－二甲基－2－咪唑啉酮；2－咪唑啉酮、甲醛、甲酸的摩尔比是1∶0.2～9∶0.5～15。本发明具有以下优点：1.收率高，合成2－咪唑啉酮的收率为95％，合成1，3－二甲基－2－咪唑啉酮的收率为90％。2.所用原料均为常见的化工原料，来源广，价格低。3.所用溶剂和过量的甲酸等反应物经处理后可循环再用，转化率高，三废少。
Description
技术领域：
本发明是涉及一种化学合成方法，主要是一种以乙二胺、尿素、甲醛(多聚甲醛)、甲酸为原料合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法。
背景技术：
1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，又称二甲基乙烯脲，简称DMI，是一种极性溶剂，它具有高沸点、高闪点、低溶点、极低毒性、极低污染和强溶解性，它具有极强的稳定性，耐强酸、强碱，耐水、耐光、耐氧。作为一种有机溶剂和化工原料，它广泛应用于医药、农药、染料、液晶材料等领域。目前的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产合成方法有一步法和两步法，但无论是哪一合成线路，在生产中都存在明显的缺陷：产品收率低(≤80％)，或是产品纯度不高(≤98％)，或是原料成本太高。
发明内容：
本发明要解决上述所述的不足，提供一种产品收率高，纯度高，副产物少，流程简单，生产成本低，适合工业生产的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法。本发明采用水作溶剂，操作比以传统上以乙二醇作溶剂简单、生产清洁，无污染；不但溶剂本身成本大大降低，同时又简化了生产设备，降低了投资成本，有利于工业化生产。
本发明的工艺流程的工序是：合成2-咪唑啉酮、合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、回收提纯未反应的原料；达到了收率高，纯度高，生产成本低的目的。
这种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，主要包括合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、提纯1，3-二甲基-2-咪唑啉酮二个步骤；
(1)以乙二胺和尿素为原料，加入水作为溶剂，合成2-咪唑啉酮，乙二胺、尿素、水的摩尔比是1∶0.5～3∶0.1～20；反应温度为100～300℃，反应时间为5～30小时，搅拌速率为50～1000转/分钟；冷却、结晶，过滤，用水或丙酮、乙醇、乙醚、石油醚洗涤滤饼2～5次，去除固体表面的原料，得白色固体即为2-咪唑啉酮，滤液循环使用；
(2)以2-咪唑啉酮、甲醛(多聚甲醛)、甲酸为原料，合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮；其中甲醛和甲酸的浓度分别为20～99％、25～98％；2-咪唑啉酮、甲醛、甲酸的摩尔比是1∶0.2～9∶0.5～15；反应温度为50～200℃，回流反应6～30小时；待反应完成后，常压或减压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，蒸馏温度为20～200℃(最高温度不超过去时200℃)；，所得母液即为1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗品液；回收来的甲醛、甲酸和水的混合物用甲酸酯进行共沸精馏，或2-异丙醚作溶剂萃取精馏，提纯后继续利用；
(3)向1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗品液中加催化剂，即氯化亚铜和叔胺，加热搅拌反应。其中2-咪唑啉酮、氯化亚铜、叔胺的摩尔比是1∶0.01～1∶0.01～1，升温20～200℃，搅拌回流反应2～8小时；待反应结束后，冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集80～200℃的馏分，产品含量达95～99％；
(4)脱水：向产品液中加入质量比为1∶0.5～5的脱水剂，搅拌2～6小时，离心，所得离心液即为含量≥99.0％的合格产品，脱水剂经高温脱水处理后再次利用。
本发明所采用的技术方案还可以进一步完善。配比可以进一步优化为：乙二胺、尿素、水的摩尔比是1∶0.8～1.5∶5～10，2-咪唑啉酮、甲醛(多聚甲醛)、甲酸的摩尔比是1∶0.3～4∶2～10，2-咪唑啉酮、氯化亚铜、叔胺的摩尔比是1∶0.1～1∶0.1～1；甲醛、甲酸的浓度分别为36～99％、60～98％。
合成2-咪唑啉酮的反应温度为120～180℃，反应时间为12～24小时；合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的反应温度为80～150℃，反应时间为8～20小时；加入氯化亚铜和叔胺的反应温度为60～180℃，反应时间为4～12小时，过滤，蒸馏，收集100℃以上的馏分。所述的甲酸酯采用甲酸甲酯或甲酸乙酯或甲酸丁酯。所述的叔胺采用三甲胺或三乙胺。所述的脱水剂是无水氯化钙或无水碳酸钠或无水硫酸钠。
本发明具有以下优点：
1、收率高，合成2-咪唑啉酮的收率为95％，合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的收率为90％。
2、所用原料均为常见的化工原料，来源广，价格低。
3、所用溶剂和过量的甲酸等反应物经处理后可循环再用，转化率高，三废少。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步介绍：
实施例1：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水549Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品432Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、36％甲醛1300Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜50Kg，三乙胺13Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮375Kg。经分析，产品含量为99.51％，水分含量是0.10％。
实施例2：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水275Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品512Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、36％甲醛1300Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜50Kg，三乙胺13Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮295Kg。经分析，产品含量为97.58％，水分含量是0.18％。
实施例3：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水840Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品372Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、36％甲醛1300Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜50Kg，三乙胺13Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮370Kg。经分析，产品含量为99.48％，水分含量是0.12％。
实施例4：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水549Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品430Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、98％三聚甲醛478Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜50Kg，三乙胺13Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮374Kg。经分析，产品含量为99.53％，水分含量是0.11％。
实施例5：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水549Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品434Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、36％甲醛1300Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜50Kg，三乙胺13Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮370Kg。经分析，产品含量为99.51％，水分含量是0.10％。
实施例6：
在3000升的反应釜中加入乙二胺305Kg、尿素391Kg、水549Kg，搅拌溶解后，在100～160℃，反应15小时后，冷却、结晶、过滤，滤饼用水洗涤3次，得2-咪唑啉酮粗品431Kg。
在5000升的反应釜中加入2-咪唑啉酮344Kg、80％甲酸1800Kg、36％甲醛2600Kg，搅拌溶解后，在120℃，反应16小时后，常压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，再加氯化亚铜122Kg，三乙胺43Kg，在120℃，搅拌反应6小时；冷却至常温，过滤，取滤液，蒸馏，收集100℃以上的馏分，加无水氯化钙，搅拌，过滤；得1，3-二甲基-2-咪唑啉酮364Kg。经分析，产品含量为99.31％，水分含量是0.17％。
综合上述实例：本发明中采用水溶液作溶剂，最佳比例是：乙二胺∶尿素∶水(摩尔比)＝1∶1.28∶6.5，2-咪唑啉酮、甲醛、甲酸(摩尔比)约为1∶5∶6；甲醛、甲酸的浓度分别为36％、80％。
Claims (6)
1、一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：主要包括合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、提纯1，3-二甲基-2-咪唑啉酮二个步骤；
(1)以乙二胺和尿素为原料，加入水作为溶剂，合成2-咪唑啉酮，乙二胺、尿素、水的摩尔比是1∶0.5～3∶0.1～20；反应温度为100～300℃，反应时间为5～30小时，搅拌速率为50～1000转/分钟；冷却、结晶，过滤，用水或丙酮、乙醇、乙醚、石油醚洗涤滤饼2～5次，得白色固体即为2-咪唑啉酮，滤液循环使用；
(2)以2-咪唑啉酮、甲醛、甲酸为原料，合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮；其中甲醛和甲酸的浓度分别为20～99％、25～98％；2-咪唑啉酮、甲醛、甲酸的摩尔比是1∶0.2～9∶0.5～15；反应温度为50～200℃，回流反应6～30小时；常压或减压蒸出混合液中未反应的甲醛、甲酸和水，蒸馏温度为20～200℃，所得母液即为1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗品液；回收来的甲醛、甲酸和水的混合物用甲酸酯进行共沸精馏，或2-异丙醚作溶剂萃取精馏，提纯后继续利用；
(3)向1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗品液中加氯化亚铜和叔胺，其中2-咪唑啉酮、氯化亚铜、叔胺的摩尔比是1∶0.01～1∶0.01～1，升温20～200℃，搅拌回流反应2～8小时；蒸馏，收集80～200℃的馏分，产品含量达95～99％；
(4)脱水：向产品液中加入质量比为1∶0.5～5的脱水剂，搅拌2～6小时，离心，所得离心液即为含量≥99.0％的合格产品，脱水剂经高温脱水处理后再次利用。
2、根据权利要求1所述的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：乙二胺、尿素、水的摩尔比是1∶0.8～1.5∶5～10，2-咪唑啉酮、甲醛、甲酸的摩尔比是1∶0.3～4∶2～10，2-咪唑啉酮、氯化亚铜、叔胺的摩尔比是1∶0.1～1∶0.1～1；甲醛、甲酸的浓度分别为36～99％、60～98％。
3、根据权利要求1或2所述的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：合成2-咪唑啉酮的反应温度为120～180℃，反应时间为12～24小时；合成1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的反应温度为80～150℃，反应时间为8～20小时；加入氯化亚铜和叔胺的反应温度为60～180℃，反应时间为4～12小时，过滤，蒸馏，收集100℃以上的馏分。
4、根据权利要求1所述的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：所述的甲酸酯采用甲酸甲酯或甲酸乙酯或甲酸丁酯。
5、根据权利要求1或2所述的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：所述的叔胺采用三甲胺或三乙胺。
6、根据权利要求1所述的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的生产方法，其特征在于：所述的脱水剂是无水氯化钙或无水碳酸钠或无水硫酸钠。
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