EA018345B1

EA018345B1 - Непрерывный способ получения амидов ароматических карбоновых кислот

Info

Publication number: EA018345B1
Application number: EA201001113A
Authority: EA
Inventors: Маттиас Крулль; Роман Моршхойзер; Михаель Зеебах; Ральф Бирбаум; Христоф Кайзер
Original assignee: Клариант Финанс (Бви) Лимитед
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2013-07-30
Also published as: WO2009121484A1; CN101918355B; CN101918355A; MX2010010765A; AU2009231119A1; EA201001113A1; DE102008017217A1; KR20100135721A; EP2274269A1; US20110089019A1; CA2720319A1; BRPI0907793A2

Abstract

Изобретение относится к непрерывному способу получения амидов ароматических карбоновых кислот, согласно которому по меньшей мере одну ароматическую карбоновую кислоту формулы Ar-СООН (I), в которой Ar представляет собой необязательно замещенный арильный радикал, включающий от 5 до 50 атомов, вводят во взаимодействие по меньшей мере с одним амином формулы HNRR(II), в которой Rи Rпредставляют собой независимо водород или углеводородный радикал, включающий от 1 до 24 атомов, с образованием аммониевой соли, и затем указанную аммониевую соль подвергают реакции с образованием амида карбоновой кислоты при облучении микроволнами в реакционной трубке, причем продольная ось трубки ориентирована в направлении распространения микроволн от монотипового микроволнового аппликатора.

Description

(57) Изобретение относится к непрерывному способу получения амидов ароматических карбоновых кислот, согласно которому по меньшей мере одну ароматическую карбоновую кислоту формулы Аг-СООН (I), в которой Аг представляет собой необязательно замещенный арильный радикал, включающий от 5 до 50 атомов, вводят во взаимодействие по меньшей мере с одним амином формулы ΗΝΚ'Κ² (II), в которой К¹ и К² представляют собой независимо водород или углеводородный радикал, включающий от 1 до 24 атомов, с образованием аммониевой соли, и затем указанную аммониевую соль подвергают реакции с образованием амида карбоновой кислоты при облучении микроволнами в реакционной трубке, причем продольная ось трубки ориентирована в направлении распространения микроволн от монотипового микроволнового аппликатора.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области химии амидов, в частности к получению амидов ароматических карбоновых кислот.

Предшествующий уровень техники

Амиды ароматических карбоновых кислот находят различное применение в качестве химического сырья. Например, различные амиды используют в качестве промежуточных соединений для получения фармацевтических препаратов и агрохимикатов. В частности, третичные амиды ароматических карбоновых кислот и в особенности третичные амиды ароматических алкилфенилкарбоновых кислот являются классом соединений, представляющих большой фармакологический и также промышленный интерес. Например, амиды алкилбензойных кислот со вторичными алкиаминами используют в качестве отпугивателей насекомых.

Промышленное получение амидов ароматических карбоновых кислот типично включает взаимодействие реакционноспособного производного карбоновой кислоты, такого как ангидрид, хлорангидрид или эфир, с амином, или обработку с активацией ίη δίΐιι с использованием реагентов сочетания, например, Ν,Ν'-дициклогексилкарбодиимида, или весьма специфических и, следовательно, дорогостоящих катализаторов. Это приводит, во-первых, к высокой стоимости производства, и, во-вторых, к нежелательным сопутствующим продуктам, например, солям или кислотам, которые необходимо удалять и размещать или перерабатывать. Например, синтез по Шоттен-Бауману, которым получают многие карбоксамиды в промышленном масштабе, дает эквимолярные количества хлорида натрия. Однако остатки таких вспомогательных продуктов и побочные продукты, которые остаются в продуктах реакции, в некоторых случаях могут вызывать весьма нежелательные эффекты. Например, галогенид-ионы, а также кислоты приводят к коррозии. Реагенты сочетания и образующиеся при этом побочные продукты являются токсичными, сенсибилизирующими или канцерогенными.

Желательная прямая термическая конденсация ароматических карбоновых кислот с аминами обычными периодическими процессами требует весьма длительного времени реакции при температурах часто выше 300°С и не приводит к удовлетворительным результатам, так как различные побочные реакции снижают выход и неизбежно влекут за собой сложные стадии обработки. Они включают, например, декарбоксилирование карбоновой кислоты и окисление аминогруппы во время длительного нагревания и, в особенности, когда используются вторичные амины, термически индуцированное разложение вторичной аминогруппы. Особенно длительное время реакции до нескольких суток при температурах часто выше 300°С требуется для взаимодействия алкилфенилкарбоновых кислот и вторичных аминов. Количества и типы побочных продуктов, образующихся при таких реакциях, часто требуют сложных стадий обработки.

Другой проблемой такого способа получения является коррозионная активность реакционных смесей кислоты, амина и воды в реакции, которая жестко атакует или растворяет металлические реакторы при требуемых высоких реакционных температурах. Металлическое содержимое, попавшее в результате в продукты реакции, является весьма нежелательным, так как оно не только ухудшает свойства продукта реакции с точки зрения его цвета, но также катализирует реакции разложения и, следовательно, дополнительно снижает выход.

Более современным подходом к синтезу амидов является конверсия карбоновых кислот и аминов в амиды, поддерживаемая микроволновым излучением.

Уахс.|исх-Та1о. 8уп1ей., 1993, 506, раскрывает использование микроволнового излучения в качестве источника тепла для получения амидов из карбоновых кислот и алифатических аминов через соли аммония. Выход реакции ароматических карбоновых кислот с первичными аминами оценивается как умеренный, а в реакции с вторичными аминами как низкий. Синтезы осуществлялись в миллимолярном масштабе.

Се1е1ъ е! а1., Те1тайейтоп Ьейега, 2005, 46(21), 3751-3754, раскрывают множество амидов, которые синтезированы с помощью микроволнового излучения. Реакции карбоновых кислот с оттягивающими электроны заместителями, например, арильным радикалом (бензойная кислота), требуют высоких реакционных температур - 250-300°С и приводят, несмотря на это, только к умеренной конверсии. Особенно проблематичными реакциями являются реакции бензойной кислоты с диалкиламинами. Например, взаимодействие бензойной кислоты с ди(н-пропил)амином при 250°С приводит только к 10% вторичного амида; выход можно повысить, повышая температуру реакции, на 50%. Соответствующее взаимодействие с дибензиламином ведет при 250°С к выходу Ν,Ν'-дибензиламида только 25%; дальнейшее повышение температуры до 300°С приводит в принципе к декарбоксилированию используемой бензойной кислоты, а не к третичному амиду. Такие конверсии являются слишком низкими для промышленных способов. Декарбоксилирование является особенно невыгодным по коммерческим, а также экологическим соображениям, так как образовавшиеся ароматические углеводороды нельзя вернуть в процесс, а их следует вывести из него. Синтезы осуществляли в 10-мл реакторах.

Однако увеличение масштаба таких поддерживаемых микроволновым излучением реакций от лабораторного до промышленного масштаба и, следовательно, разработка установок, подходящих для получения нескольких тонн, например, нескольких десятков, нескольких сотен или нескольких тысяч тонн

- 1 018345 в год, с объемной производительностью, представляющей интерес для применений в промышленном масштабе, на сегодняшний день не достигнуты. Одной из причин этого является глубина проникновения микроволн в реакционную смесь, которая типично ограничена от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и вызывает ограничение небольшими реакторами, в особенности, при реакциях, осуществляемых в периодических процессах, или приводит к слишком длительному времени реакции в реакторах смешения. Появление процессов разрядки и мест образования плазмы основательно ограничивает повышение напряженности поля, которое желательно для облучения больших количеств вещества микроволнами, в особенности, в многотиповых установках, используемых с рабочими характеристиками на данный момент для увеличения масштаба химических реакций. Более того, неоднородность микроволнового поля, которая ведет к локальному перегреву реакционной смеси и вызывается более или менее неконтролируемыми отражениями микроволн, подаваемых в микроволновую печь, от ее стен и реакционной смеси, представляет проблемы при увеличении масштаба в типично используемых многотиповых микроволновых установках. Кроме того, коэффициент поглощения реакционной смеси в микроволновом диапазоне, который часто изменяется во время реакции, представляет трудности с точки зрения безопасности и воспроизводимости режима реакции.

С11сп с1 а1, 1. С11сш. 8ос, Сйет. Соттип., 1990, 807-809, описывают лабораторный микроволновой реактор непрерывного действия, в котором реакционную смесь пропускают через тефлоновый трубчатый змеевик, установленный в микроволновой печи. Подобный лабораторный микроволновой реактор непрерывного действия описывают СаЫе\\'5к| е1 а1., 1. Огд. Сйет., 1994, 59, 3408-3412, для выполнения самых разнообразных химических реакций. Однако ни в одном случае микроволновая установка не позволяет увеличить масштаб до промышленного уровня. Ее эффективность в отношении поглощения реакционной смеси в микроволновом диапазоне является низкой вследствие того, что энергия микроволнового излучения более или менее равномерно распределяется в области аппликатора в многотиповых микроволновых аппликаторах и не фокусируется на змеевике. Существенное повышение мощности подаваемого микроволнового излучения ведет к нежелательным плазменным разрядам. Кроме того, пространственные неоднородности в микроволновом поле, которые изменяются со временем и упоминаются как участки перегрева, делают невозможными безопасность и воспроизводимость режима реакции в крупном масштабе.

Также известны монотиповые или однотиповые микроволновые аппликаторы, в которых используют один тип волны, которая распространяется только в одном из трехмерных направлений и фокусируется на реакторе волноводами точных размеров. Такие приборы делают возможной высокую локальную напряженность поля, но вследствие геометрических требований (например, интенсивность электрического поля является наибольшей на гребнях его волн и приближается к нулю в узлах) должны ограничиваться на данный момент небольшими реакционными объемами (<50 мл) в лабораторном масштабе.

Поэтому ведется поиск способа получения амидов ароматических карбоновых кислот, в котором ароматические карбоновые кислоты и амин также можно будет превращать в амид в промышленном масштабе под воздействием микроволнового излучения. В то же время следует достичь максимальных, т.е., до количественных, степеней конверсии. Способ также должен делать возможным получение карбоксамидов весьма энергосберегающим, что означает, что мощность используемого микроволнового излучения должна поглощаться реакционной смесью, по существу, количественно, и таким образом, способ будет давать высокую энергетическую эффективность. В то же время будут получаться, если будут, только незначительные количества побочных продуктов. Амиды также должны иметь минимальное содержание металлов и слабую собственную окраску. Кроме того, способ должен гарантировать безопасность и воспроизводимый режим реакции.

Сущность изобретения

Неожиданно обнаружено, что амиды ароматических карбоновых кислот можно получать с высоким выходом в промышленно релевантных количествах прямым взаимодействием ароматических карбоновых кислот с аминами в непрерывном процессе с помощью только кратковременного нагревания за счет облучения микроволнами в реакционной трубке, продольная ось которой является направлением распространения микроволн от монотипового микроволнового аппликатора. В то же время энергия микроволнового излучения, подаваемого в микроволновой аппликатор, фактически количественно поглощается реакционной смесью. Способ по изобретению также имеет высокий уровень безопасности при эксплуатации и обеспечивает высокую воспроизводимость установленных условий реакции. Амиды, полученные способом по изобретению, показывают высокую чистоту и слабую собственную окраску, чего нельзя получить при сравнении с традиционными способами получения без дополнительных стадий обработки.

Таким образом, изобретение касается непрерывного способа получения амидов ароматических карбоновых кислот взаимодействием, по меньшей мере, одной ароматической карбоновой кислоты формулы I

Аг-СООН (I), в которой Аг представляет собой необязательно замещенный арильный радикал с 5-50 атомами по меньшей мере с одним амином формулы II

- 2 018345

ΗΝΚ'Κ² (II), в которой К¹ и К² представляют собой, каждый независимо, водород или углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода, причем К¹ или К² или оба радикала необязательно имеют заместители, выбранные из гидроксильной, (С₁-С₅)-алкоксильной, циано-, нитрильной, нитро- и (С₅-С₂₀)-арильной групп и последние имеют один или несколько заместителей, выбранных из атомов галогена, (С₁-С₂₀)-алкила, (С₂С₂₀)-алкенила, гидроксила, (С₁-С₅)-алкокси, сложноэфирных, амидных, циано, нитрильных и/или нитрозамещенных фенильных радикалов; или К¹ и К² вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл; или К¹ и К² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы III

-(К.⁴-О)_п-К⁵ (III), в которой

К⁴ представляет собой алкиленовые группы с 2-6 атомами углерода,

К⁵ представляет собой водород, углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода или группу формулы -ΝΚ¹⁰^¹, η равен целому числу от 2 до 50,

К¹⁰, К¹¹ представляют собой, каждый независимо, водород, алифатический радикал с 1-24 атомами углерода, арильную группу или гетероарильную группу с 5-12 членами цикла, полиоксиалкиленовую группу с 1-50 полиоксиалкиленовыми звеньями, где полиоксиалкиленовые звенья образованы из алкиленоксидных звеньев с 2-6 атомами углерода, или К¹⁰ и К¹¹ вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл с 4, 5, 6 или больше членами цикла, или К¹ и К² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы IV

в которой К представляет собой алкиленовые группы с 2-6 атомами углерода, каждый К представляет собой независимо водород, алкильный или гидроксиалкильный радикал, имеющий до 24 атомов углерода, полиоксиалкиленовый радикал -(К⁴-О)_р-К⁵, где каждый из К⁴, К⁵ имеет значения, указанные выше, и с.| и р равны, каждый независимо, целому числу от 1 до 50, и т равен целому числу от 1 до 20, с образованием аммониевой соли и последующим превращением указанной аммониевой соли в карбоксамид при облучении микроволнами в реакционной трубке, продольная ось которой располагается в направлении распространения микроволн от одномодового микроволнового аппликатора, при необхо димости при повышенных температуре и давлении.

Способ характеризуется тем, что аммониевую соль облучают микроволнами, по существу, в прозрачной для микроволнового излучения реакционной трубке в пределах полого провода, присоединенно го через волноводы к генератору микроволнового излучения.

В способе по изобретения микроволновому аппликатору придают конфигурацию объемного резонатора, в том числе, конфигурацию объемного резонатора отражательного типа.

В предлагаемом способе реакционную трубку располагают аксиально с центральной осью симмет рии полого провода.

Способ характеризуется тем, что аммониевую соль облучают в объемном резонаторе с коаксиаль ным переходом микроволн.

В способе по изобретению объемный резонатор работает по типу Ε_01η, где η равен целому числу от 1 до 200.

В способе Аг представляет собой моно- ди- или трициклическую ароматическую систему. Кроме того, Аг, наряду по меньшей мере с одной карбоксильной группой, может содержать один или несколько других заместителей, выбранных из алкильных, алкенильных и галогенированных алкильных радикалов, гидроксила, гидроксиалкила, алкокси, полиалкокси, галогена, амидной, циано-, нитрильной, нитро- и сульфогрупп.

Облучение микроволнами выполняют при температурах от 150 до 400°С и его выполняют при давлениях, превышающих атмосферное давление.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к непрерывному способу получения амидов ароматических карбоновых кислот взаимодействием, по меньшей мере, одной ароматической карбоновой кислоты формулы I

в которой К¹ и К² представляют собой, каждый независимо, водород или углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода, с образованием аммониевой соли и последующим превращением указанной аммониевой соли в карбоксамид при облучении микроволнами в реакционной трубке, продольная ось которой располагается в направлении распространения микроволн от монотипового микроволнового ап пликатора.

Аг предпочтительно представляет собой арильный радикал, содержащий по меньшей мере одну

- 3 018345 карбоксильную группу, связанную с ароматической системой. Ароматические системы следует понимать как обозначающие циклические свободноконъюгированные системы с (4η + 2)π электронами, в которых η равен целому числу и равен предпочтительно 1, 2, 3, 4 или 5. Ароматическая система может являться моно- или полициклической, например ди- или трициклической. Ароматическая система предпочтительно образована из атомов углерода. В другом предпочтительном воплощении наряду с атомами углерода она содержит один или несколько гетероатомов, например атомов азота, кислорода и/или серы. Примерами таких ароматических систем являются бензол, нафталин, фенантрен, фуран и пиридин. Ароматическая система может содержать наряду с карбоксильной группой один или несколько, например один, два, три или больше, идентичных или различных других заместителей. Подходящими другими заместителями являются, например, алкильный, алкенильный и галогенированный алкильный радикалы, гидроксил, гидроксиалкил, алкокси, полиалкокси, галоген, карбоксил, амидная, циано-, нитрильная, нитро- и/или сульфогруппы. Такие заместители могут быть присоединены по любому положению ароматической системы. Однако арильный радикал содержит самое большее столько заместителей, какую валентность он имеет.

В определенном воплощении арильный радикал Аг в формуле (I) имеет дополнительные карбоксильные группы. Таким образом, способ по изобретению равно подходит для взаимодействия ароматических карбоновых кислот, имеющих, например, две или больше карбоксильных групп. Взаимодействие поликарбоновых кислот с аммиаком или первичными аминами по способу согласно изобретению, в частности, если карбоксигруппы находятся в ароматической системе в орто-положении, также может дать имиды.

Способ по изобретению особенно подходит для амидирования алкиларилкарбоновых кислот, например, алкифенилкарбоновых кислот. Они представляют собой ароматические карбоновые кислоты, в которых арильный радикал Аг, содержащий карбоксильную группу, также дополнительно имеет по меньшей мере один алкильный или алкеленовый радикал. Способ особенно выгоден при амидировании алкилбензойных кислот, содержащих по меньшей мере один алкильный радикал с 1-20 атомами углерода и в особенности с 1-12 атомами углерода, например 1-4 атомами углерода.

Способ по изобретению, кроме того, особенно подходит для амидирования ароматических карбоновых кислот, в которых радикал Аг имеет одну или несколько, например две или три, гидроксильные группы и/или гидроксиалкильные группы. В случае амидирования по меньшей мере эквимолярными количествами амина формулы (II) происходит селективное амидирование карбоксильной группы; эфиры и/или полиэфиры не образуются.

Подходящими ароматическими карбоновыми кислотами являются, например, бензойная кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, различные изомеры нафталинкарбоновой кислоты, пиридинкарбоновая кислота и нафталиндикарбоновая кислота, и также тримеллитовая кислота, тримезитиновая кислота, пиромеллитовая кислота и меллитовая кислота, различные изомеры метоксибензойной кислоты, гидроксибензойная кислота, гидроксиметилбензойная кислота, гидроксиметоксибензойная кислота, гидроксидиметоксибензойная кислота, гидроксиизофталевая кислота, гидроксинафталинкарбоновая кислота, гидроксипиридинкарбоновая кислота и гидроксиметилпиридинкарбоновая кислота, гидрохинолинкарбоновая кислота и также о-толуиловая кислота, п-толуиловая кислота, о-этилбензойная кислота, мэтилбензойная кислота, п-этилбензойная кислота, о-пропилбензойная кислота, м-пропилбензойная кислота, п-пропилбензойная кислота и 3,4-диметилбензойная кислота. Также подходящими являются смеси различных арил- и/или алкиларилкарбоновых кислот.

Способ по изобретению преимущественно подходит для получения вторичных амидов, т.е. для взаимодействия ароматических карбоновых кислот с аминами, в которых В¹ представляет собой углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода и В² представляет собой водород.

Способ по изобретению более подходит для получения третичных амидов, т.е. для взаимодействия ароматических карбоновых кислот с аминами, в которых радикалы как В¹, так и В² представляют собой независимо углеводородные радикалы с 1-100 атомами углерода. Радикалы В¹ и В² могут быть одинаковыми или различными. В особенно предпочтительном воплощении В¹ и В² являются одинаковыми.

В первом предпочтительном воплощении В¹ и/или В² представляют собой, каждый независимо, алифатический радикал. Он имеет предпочтительно 1-24, предпочтительнее 2-18 и в особенности 3-6 атомов углерода. Алифатический радикал может быть линейным, разветвленным или циклическим. Он также может являться насыщенным или ненасыщенным. Углеводородный радикал может иметь заместители, например гидроксил, (С3-С5)-алкоксил, циано-, нитрильную, нитро- и/или (С5-С20)-арильную группы, например, фенильные радикалы. (С5-С20)-Арильные радикалы, в свою очередь, могут быть необязательно замещены атомами галогена, (С3-С20)-алкильными, (С2-С20)-алкенильными, гидроксильными, (С3С5)-алкокси-, например метокси-, амидными, циано-, нитрильными и/или нитрогруппами. Особенно предпочтительными алифатическими радикалами являются метил, этил, гидроксиэтил, н-пропил, изопропил, гидроксипропил, н-бутил, изобутил и трет-бутил, гидроксибутил, н-гексил, циклогексил, ноктил, н-децил, н-додецил, тридецил, изотридецил, тетрадецил, гексадецил, октадецил и метилфенил. В особенно предпочтительном воплощении В¹ и/или В² представляют собой, каждый независимо, водород, (С1-С6)-алкильный, (С₂-С₆)-алкенильный или (С₃-С₆)-циклоалкильный радикал, и в особенности, алкиль- 4 018345 ный радикал с 1, 2 или 3 атомами углерода. Такие радикалы могут иметь до трех заместителей.

В другом предпочтительном воплощении В¹ и В² вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл. Такой цикл предпочтительно имеет 4 или больше, например 4, 5, 6 или больше, членов цикла. Предпочтительными другими членами цикла являются атомы углерода, азота, кислорода и серы. Циклы сами, в свою очередь, могут иметь заместители, например алкильные радикалы. Подходящими циклическими структурами являются, например, морфолинильный, пирролидинильный, пиперидинильный, имидазолильный и азепанильный радикалы.

В другом предпочтительном воплощении В¹ и/или В² представляют собой, каждый независимо, необязательно замещенную (С₆-С₁₂)-арильную группу или необязательно замещенную гетероароматическую группу с 5-12 членами цикла.

В другом предпочтительном воплощении В¹ и/или В² представляют собой, каждый независимо, алкильный радикал, прерываемый гетероатомом. Особенно предпочтительными гетереоатомами являются атомы кислорода и азота.

Например, В¹ и В² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы III

в которой В⁴ представляет собой алкиленовую группу с 2-6 атомами углерода и предпочтительно с 2-4 атомами углерода, например этилен, пропилен, бутилен или их смеси,

В представляет собой водород, углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода или группу формулы -ХВИЛ η равен целому числу от 2 до 50, предпочтительно от 3 до 25 и в особенности от 4 до 10, и

В¹⁰, В¹¹ представляют собой, каждый независимо, водород, алифатический радикал с 1-24 атомами углерода и предпочтительно с 2-18 атомами углерода, арильную группу или гетероарильную группу с 512 членами цикла, полиоксиалкиленовую группу с 1-50 полиоксиалкиленовыми звеньями, где полиоксиалкиленовые звенья образованы из алкиленоксидных звеньев с 2-6 атомами углерода, или В¹⁰ и В¹¹ вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл с 4, 5, 6 или больше членами цикла.

Также предпочтительно В¹ и/или В² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы IV

в которой В⁶ представляет собой алкиленовую группу с 2-6 атомами углерода, и предпочтительно с 2-4 атомами углерода, например этилен, пропилен или их смеси, каждый В⁷ представляет собой независимо водород, алкильный или гидроксиалкильный радикал, имеющий до 24 атомов углерода, например 2-20 атомов углерода, полиоксиалкиленовый радикал -(В⁴О)р-В⁵ или полииминоалкиленовый радикал -[В⁶-Ы(В⁷)]Ч-(В⁷), где каждый из В⁴, В⁵, В⁶ и В⁷ имеет значения, указанные выше, и с.| и р равны, каждый независимо, целому числу от 1 до 50, и т равен целому числу от 1 до 20 и предпочтительно от 2 до 10, например 3, 4, 5 или 6. Радикалы формулы IV предпочтительно содержат 1-50 и в особенности 2-20 атомов азота.

Согласно стехиометрическому соотношению между ароматической карбоновой кислотой (I) и полиамином (IV) одна или несколько аминогрупп, содержащих по меньшей мере один атом водорода, превращаются в карбоксамид. При взаимодействии поликарбоновых кислот с полиаминами формулы IV первичные аминогруппы, в частности, также могут превращаться в имиды.

Для получения первичных амидов по изобретению вместо аммиака предпочтение отдается использованию соединений азота, которые выделяют газ аммиак при нагревании.

Примерами таких соединений азота являются мочевина и формамид.

Примерами подходящих аминов являются аммиак, метиламин, этиламин, этаноламин, пропиламин, пропаноламин, бутиламин, гексиламин, циклогексиламин, октиламин, дециламин, додециламин, тетрадециламин, гексадециламин, октадециламин, диметиламин, диэтиламин, диэтаноламин, этилметиламин, ди-н-пропиламин, диизопропиламин, дициклогексиламин, дидециламин, дидодециламин, дитетрадециламин, дигексадециламин, диоктадециламин, бензиламин, фенилэтиламин, этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, Ν,Ν-диметилэтилендиамин, Ν,Ν-диэтиламинопропиламин, Ν,Ν-диметиламинопропиламин, ИН-(2'-гидроксиэтил)-1.3-пропандиамин. 1-(3-аминопропил)пирролидин и их смеси. Среди перечисленных аминов особое предпочтение отдается диметиламину, диэтиламину, диэтаноламину, ди-н-пропиламину, диизопропиламину, этилметиламину и Ν,Νдиметиламинопропиламину.

Способ особенно подходит для получения Ν,Ν-диметилбензамида, Ν,Ν-диэтилбензамида, Ν,Ν-(2гидроксиалкил)бензамида, Ν,Ν-диметилникотинамида и Ν,Ν-диметилтолуамида.

В способе по изобретению ароматическая карбоновая кислота и амин могут быть введены во взаимодействие друг с другом, как правило, в любых желательных соотношениях. Взаимодействие между карбоновой кислотой и амином предпочтительно осуществляют при молярных отношениях от 10:1 до 1:100, предпочтительно, от 2:1 до 1:10, в особенности, от 1,2:1 до 1:3, основываясь в каждом случае на молярных эквивалентах карбоксильных и аминогрупп. В определенном воплощении карбоновую кислоту и амин используют в эквимолярных количествах. Во многих случаях обнаружено, что выгодно рабо

- 5 018345 тать с избытком амина, т.е. молярных отношениях аминогрупп к карбоксильным группам, по меньшей мере, 1,01:1,00, и в особенности, между 50:1 и 1,02:1, например, между 10:1 и 1,1:1. При этом карбоксильные группы превращаются в амидные фактически количественно. Такой способ особенно выгоден, когда используемый амин является летучим. Летучий в данном случае означает, что амин имеет температуру кипения при стандартном давлении предпочтительно ниже 200°С, например ниже 160°С, и таким образом может удаляться из амида перегонкой.

В случае, когда Я¹ и/или Я² представляют собой углеводородный радикал, замещенный одной или несколькими гидроксильными группами, взаимодействие между ароматической карбоновой кислотой и амином осуществляют при молярных отношениях от 1:1 до 1:100, предпочтительно от 1:1,001 до 1:10 и в особенности от 1:1,01 до 1:5, например от 1:1,1 до 1:2, основываясь в каждом случае на молярных эквивалентах карбоксильных и аминогрупп в реакционной смеси.

В случае, когда арильный радикал Аг имеет одну или несколько гидроксильных групп, взаимодействие между ароматической карбоновой кислотой и амином осуществляют при молярных отношениях от 1:100 до 1:1, предпочтительно от 1:10 до 1:1,001 и в особенности от 1:5 до 1:1,01, например от 1:2 до 1:1,1, основываясь в каждом случае на молярных эквивалентах карбоксильных и аминогрупп в реакционной смеси.

В случае, когда Я¹ и/или Я² представляют собой углеводородный радикал, замещенный одной или несколькими гидроксильными группами, и когда арильный радикал Аг имеет одну или несколько гидроксильных групп, взаимодействие между ароматической карбоновой кислотой и амином осуществляют в эквимолярном отношении, основываясь на молярных эквивалентах карбоксильных и аминогрупп в реакционной смеси.

Получение амидов по изобретению протекает путем взаимодействия ароматической карбоновой кислоты и амина с образованием аммониевой соли и последующего облучения соли микроволновым излучением в реакционной трубке, продольная ось которой располагается в направлении распространения микроволн в монотиповом микроволновом аппликаторе.

Соль предпочтительно облучают микроволнами, по существу, в прозрачной для микроволнового излучения реакционной трубке в пределах полого провода, присоединенного к генератору микроволнового излучения. Реакционную трубку предпочтительно располагают аксиально с центральной осью симметрии полого провода.

Полому проводу, который функционирует как микроволновой аппликатор, предпочтительно придают конфигурацию объемного резонатора. Кроме того, предпочтительно, микроволновое излучение, непоглощенное в полом проводе, отражается от его конца. Конфигурация микроволнового аппликатора как резонатора отражательного типа позволяет достичь увеличения напряженности электрического поля при одной и той же мощности, подаваемой генератором, и улучшенного рационального использования энергии.

Объемный резонатор предпочтительно работает по типу Е_01п, где η равен целому числу и определяет число максимумов поля микроволнового излучения вдоль центральной оси симметрии резонатора. При такой работе электрическое поле направлено в направлении центральной оси симметрии объемного резонатора. Оно имеет максимум в области центральной оси симметрии и снижается до величины 0 к наружной поверхности. Такая конфигурация поля является осевой симметричной около центральной оси симметрии. В соответствии с желательной скоростью течения реакционной смеси через реакционную трубку, требуемой температурой и требуемым временем пребывания в резонаторе выбирают длину резонатора относительно длины волны микроволнового излучения. Предпочтительно η равен целому числу от 1 до 200, предпочтительнее от 2 до 100, в частности от 4 до 50, в особенности от 3 до 20, например 3, 4, 5, 6, 7 или 8.

Энергию микроволнового излучения можно подать в полый провод, который функционирует как микроволновой аппликатор, через отверстия или щели подходящего размера. В воплощении, особенно предпочтительном в соответствии с изобретением, аммониевые соли облучают микроволнами в реакционной трубке, присутствующей в полом проводе с коаксиальным переходом микроволн. Микроволновые приборы, особенно предпочтительные для данного способа, формируют из объемного резонатора, устройств связи для подачи микроволнового поля в объемный резонатор и с одним отверстием на каждой из двух противоположных торцевых стенок для пропускания реакционной трубки через резонатор. Микроволновое излучение предпочтительно подают в объемный резонатор посредством соединяющего стержня, который вдается в объемный резонатор. Соединяющему стержню предпочтительно придают конфигурацию металлической внутренней проводящей трубки, которая функционирует как соединяющая антенна. В особенно предпочтительном воплощении такой соединяющий стержень вставляют в объемный резонатор через одно из торцевых отверстий. Предпочтительнее, реакционная трубка соединяется с внутренней проводящей трубкой коаксиального перехода, и в особенности, проходит через ее полость в объемный резонатор. Реакционная трубка предпочтительно располагается аксиально с центральной осью симметрии объемного резонатора, для чего объемный резонатор предпочтительно имеет одно центральное отверстие на каждой из двух противоположных торцевых стенок для прохода реакционной трубки.

Микроволновое излучение может быть подано на соединяющий стержень или на внутреннюю про

- 6 018345 водящую трубку, которая функционирует как соединяющая антенна, например, с помощью коаксиального провода. В предпочтительном воплощении микроволновое поле подается в резонатор через полый провод, и в таком случае конец соединяющего стержня, вдающийся в объемный резонатор, вводят в полый провод через отверстие в стенке полого провода, и принимает микроволновую энергию из полого провода и подает в резонатор.

В определенном воплощении соль облучают микроволнами в реакционной трубке, прозрачной для микроволнового излучения, которая имеет осевую симметрию в пределах Е_01п вокруг полого провода с коаксиальным переходом микроволн. В таком случае реакционную трубку проводят в объемный резонатор через полость внутренней проводящей трубки, которая функционируют как соединяющая антенна. В другом предпочтительном воплощении соль облучают микроволнами в реакционной трубке, прозрачной для микроволнового излучения, которую проводят через объемный резонатор Е_01п с аксиальной подачей микроволнового излучения, причем длина объемного резонатора такова, что образуются п = 2 или больше максимумов поля микроволнового излучения. В другом предпочтительном воплощении соль облучают микроволнами в реакционной трубке, прозрачной для микроволнового излучения, которая имеет осевую симметрию в пределах круглого цилиндрического объемного резонатора Е_01п с коаксиальным переходом микроволнового излучения, причем длина объемного резонатора такова, что образуются п = 2 или больше максимумов поля микроволнового излучения.

Микроволновые генераторы, например магнетрон, клистрон и гиротрон, известны специалистам в данной области техники.

Реакционные трубки, используемые для выполнения способа по изобретению, предпочтительно производят по существу из прозрачного для микроволнового излучения тугоплавкого материала. Особое предпочтение отдается использованию неметаллических реакционных трубок. В данном случае по существу прозрачный для микроволнового излучения следует понимать как обозначение материала, который поглощает и превращает в тепло минимальное количество энергии микроволнового излучения. Мерой, используемой для оценки способности вещества поглощать энергию микроволнового излучения и превращать ее в тепло, часто является коэффициент диэлектрических потерь 1д δ = ε/ε'. Коэффициент диэлектрических потерь 1д δ определяется как отношение диэлектрических потерь ε к диэлектрической проницаемости ε'. Примеры величин 1д δ различных материалов воспроизводятся, например, в Ό. Водба1, М|сго\гаус-а55151сб Огдаше 8уп111С515. ЕЕсуюг 2005. Для реакционных трубок, подходящих согласно изобретению, предпочтительны материалы с величинами 1д δ, измеренными при 2,45 ГГц и 25°С, менее 0,01, в частности менее 0,005 и в особенности менее 0,001. Предпочтительные прозрачные для микроволнового излучения и термостойкие материалы включают, в первую очередь, материалы на минеральной основе, например кварц, оксид алюминия, оксид циркония и подобные материалы. Другими подходящими для трубок материалами являются термостойкие пластики, такие как, в особенности, фторполимеры, например тефлон, и промышленные пластики, такие как полипропилен или полиарилэфиркетоны, например армированный стекловолокном полиэфирэфиркетон (РЕЕК). Обнаружено, что особенно подходящими в качестве материалов для реакторов являются минеральные материалы, такие как кварц или оксид алюминия, с покрытием из указанных пластиков для того, чтобы противостоять температурным условиям во время реакции.

Реакционные трубки, особенно подходящие для способа по изобретению, имеют внутренний диаметр от 1 мм до приблизительно 50 см, в особенности от 2 мм до 35 см, например от 5 мм до 15 см. В данном описании реакционные трубки обозначают сосуды, в которых отношение длины к диаметру превышает 5, предпочтительно составляет от 10 до 100000, предпочтительнее от 20 до 10000, например от 30 до 1000. В данном случае длина реакционной трубки обозначает длину реакционной трубки, по которой происходит облучение микроволнами. В реакционную трубку могут быть включены дефлекторы и/или другие элементы.

Объемные резонаторы Е₀₁, особенно подходящие для способа по изобретению, предпочтительно имеют диаметр, соответствующий по меньшей мере полуволне используемого микроволнового излучения. Диаметр объемного резонатора предпочтительно составляет 1,0-10 крат, предпочтительнее 1,1-5 крат и в особенности 2,1-2,6 крат от полуволны используемого микроволнового излучения. Объемный резонатор Е01 предпочтительно имеет круглое поперечное сечение, которое также называют полым проводом Е01 круглого сечения. Он предпочтительнее имеет цилиндрическую форму и в особенности круговую цилиндрическую форму.

Реакционные трубки типично снабжаются на входе дозировочным насосом и манометром и на выходе устройством для поддержания давления и теплообменником. Это делает возможным осуществление реакций в пределах очень широкого интервала давления и температуры.

Конверсию амина и карбоновой кислоты в аммониевую соль можно осуществлять непрерывно, периодически или также полунепрерывным способами. Так, получение аммониевой соли можно осуществлять (полу)периодическим способом, например, в реакторе смешивания. Соль аммония предпочтительно получают ίη δίΐιι и не выделяют. В предпочтительном воплощении реагенты амин и карбоновую кислоту, каждый независимо, необязательно разбавляют растворителем и быстро смешивают только перед вводом

- 7 018345 в реакционную трубку. Например, обнаружено, что особенно применимо для гарантированного взаимодействия амина и карбоновой кислоты получение аммониевой соли в зоне перемешивания, из которой соль аммония, необязательно после промежуточного охлаждения, передают в реакционную трубку. Кроме того, предпочтительно реагенты подают в процесс по изобретению в жидкой форме. Для такой цели возможно использование относительно тугоплавких и/или относительно высоковязких реагентов, например, в расплавленном состоянии и/или смешанными с растворителем, например, в форме раствора, дисперсии или эмульсии. Катализатор, если его используют, можно добавить к одному из реагентов или также в смесь реагентов перед вводом в реакционную трубку. Способом по изобретению также возможна конверсия твердых, порошкообразных и гетерогенных систем, и в таком случае только требуются соответствующие промышленные аппараты для перемещения реакционной смеси.

Соль аммония можно загружать в реакционную трубку или с торца, присоединенного через внутреннюю проводящую трубку или с противоположного торца.

Посредством изменения поперечного сечения, длины или зоны облучения (под которой имеется в виду обозначение длины реакционной трубки, где реакционная смесь подвергается воздействию микроволнового излучения), скорости потока, геометрии объемного резонатора, мощности микроволнового излучения и достигаемой температуры устанавливают условия реакции такие, что максимальная температура достигается настолько быстро, насколько возможно, и время пребывания при максимальной температуре остается достаточно кратким, так что побочные реакции или другие реакции происходят на таком низком уровне, на каком возможно.

Для завершения взаимодействия реакционную смесь можно пропустить через реакционную трубку более одного раза, необязательно после промежуточного охлаждения. Во многих случаях обнаружено, что применимо охлаждение продукта реакции сразу же после выхода из реакционной трубки, например, с помощью охлаждающей рубашки или понижения давления. В случае более медленных реакций часто находят, что применима выдержка продукта реакции при температуре реакции в течение некоторого времени после того, как продукт выходит из реакционной трубки.

Преимущества способа по изобретению заключаются в очень равномерном облучении реакционной смеси в центре симметричного микроволнового поля в пределах реакционной трубки, продольная ось которой находится в направлении распространения микроволнового излучения монотипового микроволнового аппликатора и, в особенности, в пределах объемного резонатора Е₀₁, например, в коаксиальном переходе. Конструкция реактора по изобретению допускает осуществление реакций также при очень высоких давлениях и/или температурах. За счет повышения температуры и/или давления наблюдают существенное возрастание степени конверсии и выхода даже в сравнении с известными микроволновыми реакторами, причем это не приводит к нежелательным побочным реакциям и/или изменению цвета. Фактически отсутствует декарбоксилирование арилкарбоновой кислоты и какое-либо элиминирование аминогруппы и даже третичных аминогрупп, и продукты реакции являются почти бесцветными. В особенности в случае амидирования алкиларилкарбоновых кислот, ароматические системы которых содержат по меньшей мере одну карбоксильную группу, дополнительно содержат по меньшей мере одну алкильную группу, наблюдают неожиданно высокую степень конверсии.

В способе по изобретению особенно неожиданно то, что достигается очень высокая эффективность при использовании микроволновой энергии, поданной в объемный резонатор, которая типично составляет более 50%, часто более 80%, в некоторых случаях более 90% и в особых случаях более 95%, например более 98% от поданной микроволновой энергии, и, следовательно, дает экономические, а также экологические преимущества в сравнении с обычными способами получения и также микроволновыми способами известного уровня техники.

Кроме того, способ по изобретению дает возможность для регулируемого, безопасного и воспроизводимого режима реакции. Так как реакционная смесь в реакционной трубке перемещается параллельно направлению распространения микроволн, известные явления перегрева как результат нерегулируемого распределения поля, что приводит к локальному перегреву в результате изменяющейся напряженности поля, например, в гребнях и узлах волн, уравновешиваются течением реакционной смеси. Указанные преимущества также позволяют работать с микроволновым излучением мощностью, например свыше 10 кВт или свыше 100 кВт, и таким образом в сочетании с только кратким временем пребывания в объемном резонаторе достигать получения больших количеств продукта - 100 и более тонн в год на одной установке.

Особенно неожиданным оказалось то, что, несмотря на очень краткое время пребывания аммониевой соли в микроволновом поле в проточной трубке с непрерывным потоком происходит весьма значительное амидирование с конверсией, как правило, превышающей 80%, часто даже превышающей 90%, например более 95%, относительно компонента, используемого в недостаточном количестве, без существенного образования побочных продуктов. В случае соответствующей конверсии таких солей аммония в проточной трубке тех же размеров с нагреванием нагревательным кожухом достижение подходящих температур реакции в том же временном интервале требует исключительно высоких температур стенок, что ведет к образованию неопределенных полимеров и окрашенных продуктов, но к образованию амида только в незначительных количествах. Кроме того, продукты, полученные способом по изобретению,

- 8 018345 имеют очень низкое содержание металлов, и дополнительная обработка сырых продуктов не требуется. Например, содержание металлов в продуктах, полученных способом по изобретению, в расчете на железо как основной элемент типично составляет менее 25 ч/млн, предпочтительно менее 15 ч/млн, в особенности, менее 10 ч/млн, например от 0,01 до 5 ч/млн железа.

Подъем температуры, вызванный микроволновым облучением, предпочтительно ограничивают до максимум 500°С, например, путем регулирования напряженности микроволнового поля скоростью потока и/или путем охлаждения реакционной трубки, например, током азота. Найдено, что особенно применимо осуществление реакции при температурах от 150 и до максимум 400°С и в особенности от 180 и до максимум 300°С, например при температурах от 200 до 270°С.

Длительность облучения микроволнами зависит от различных факторов, например, геометрии реакционной трубки, подаваемой микроволновой энергии, конкретной реакции и желательной степени конверсии. Типично облучение микроволнами проводят в течение периода менее 30 мин, предпочтительно от 0,01 с до 15 мин, предпочтительнее от 0,1 с до 10 мин и в особенности от 1 с до 5 мин, например от 5 с до 2 мин. Интенсивность (мощность) микроволнового излучения регулируют таким образом, чтобы реакционная смесь имела нужную максимальную температуру, когда она выходит из объемного резонатора. В предпочтительном воплощении продукт реакции непосредственно после того как облучение микроволнами закончено, охлаждают так быстро, как только возможно, до температур ниже 120°С, предпочтительно ниже 100°С и в особенности ниже 60°С.

Взаимодействие предпочтительно осуществляют при давлении от 1 до 50000 кПа (от 0,01 до 500 бар), предпочтительнее от 100 кПа (1 бар) (атмосферное давление) до 15000 кПа (150 бар) и в особенности от 150 кПа (1,5 бар) до 10000 кПа (100 бар), например от 300 кПа (3 бар) до 5000 кПа (50 бар). Найдено, что особенно применимо работать при повышенном давлении, что включает работу выше температуры кипения (при стандартном давлении) реагентов или продуктов или любого присутствующего растворителя и/или выше температуры кипения воды, образовавшейся во время реакции. Предпочтительнее регулировать давление до достаточно высокого уровня, когда реакционная смесь во время облучения микроволнами остается в жидком состоянии и не кипит.

Найдено, что для того, чтобы избежать побочных реакций и получить продукты максимальной чистоты, применимо работать с реагентами и продуктами в присутствии инертного защитного газа, например азота, аргона или гелия.

В предпочтительном воплощении реакцию ускоряют или полностью завершают путем работы в присутствии катализаторов дегидратации. Предпочтение отдается работе в присутствии кислотного неорганического, металлоорганического или органического катализатора или смесей двух или большего числа таких катализаторов.

Кислотные неорганические катализаторы в контексте настоящего изобретения включают, например, серную кислоту, фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, гипофосфористую кислоту, гидрат сульфида алюминия, квасцы, гель кремниевой кислоты и кислый гидроксид алюминия. Кроме того, например, в качестве неорганических катализаторов применимы соединения алюминия общей формулы А1(ОВ¹⁵)3 и титанаты общей формулы Тб(ОВ¹⁵)3, где радикалы В¹⁵ могут быть одинаковыми или различными и выбраны, каждый независимо, из (С1-С10)-алкильных радикалов, например, метила, этила, нпропила, изопропила, н-бутила, изобутила, втор-бутила, трет-бутила, н-пентила, изопентила, вторпентила, неопентила, 1,2-диметилпропила, изоамила, н-гексила, втор-гексила, н-гептила, н-октила, 2этилгексила, н-нонила или н-децила, (С3-С12)-циклоалкильных радикалов, например, циклопропила, циклобутила, циклопентила, циклогексила, циклогептила, циклооктила, циклононила, циклодецила, циклоундецила и циклододецила; предпочтение отдается циклопентилу, циклогексилу и циклогептилу. Радикалы В¹⁵ в А1(ОВ¹⁵)3 или Τί(ΟΒ¹⁵)₃ являются предпочтительно одинаковыми и выбираются из изопропила, бутила и 2-этилгексила.

Предпочтительные кислотные металлоорганические катализаторы выбирают, например, из диалкилоксидов олова (В¹⁵)₂8иО, где В¹⁵ имеет значения, указанные выше. Особенно предпочтительным характерным кислотным металлоорганическим катализатором является ди-н-бутилоксид олова, который коммерчески доступен под марками Охо-бш или фаскат®.

Предпочтительными кислотными органическими катализаторами являются органические соединения, например, с фосфатными группами, сульфогруппами, сульфатными группами или группами фосфоновой кислоты. Особенно предпочтительные сульфоновые кислоты содержат по меньшей мере одну сульфогруппу и по меньшей мере один насыщенный или ненасыщенный, линейный, разветвленный и/или циклический углеводородный радикал с 1-40 атомами углерода и предпочтительно с 3-24 атомами углерода. Особенно предпочтительными являются ароматические сульфоновые кислоты, в особенности алкилароматические моносульфоновые кислоты с одним или несколькими (С1-С₂₈)-алкильными радикалами и в особенности кислоты с (С3-С22)-алкильными радикалами. Подходящими примерами являются метансульфоновая кислота, бутансульфоновая кислота, бензолсульфоновая кислота, птолуолсульфоновая кислота, ксилолсульфоновая кислота, 2-мезитиленсульфоновая кислота, 4этилбензолсульфоновая кислота, изопропилбензолсульфоновая кислота, 4-бутилбензолсульфоновая кислота, 4-октилбензолсульфоновая кислота, додецилбензолсульфоновая кислота, дидодецилбензолсуль

- 9 018345 фоновая кислота, нафталинсульфоновая кислота. Также возможно использование в качестве кислотных органических катализаторов ионообменных смол, например, сульфосодержащих полистирольных смол, сшитых примерно 2 мол.% дивинилбензола.

Особое предпочтение для выполнения способа по изобретению отдается борной кислоте, фосфорной кислоте, полифосфорной кислоте и полистиролсульфоновым кислотам. Особенно предпочтительными являются титанаты общей формулы Τί(ΘΚ¹⁵)₄ и, в особенности, тетрабутоксид титана и тетраизопропоксид титана.

Если желательно использование кислотных неорганических, металлоорганических или органических катализаторов согласно изобретению используют 0,01-10 мас.%, предпочтительно 0,02-2 мас.% катализатора. В особенно предпочтительном воплощении катализатор не используют.

В другом предпочтительном воплощении облучение микроволнами осуществляют в присутствии килотных твердых катализаторов. Это включает суспендирование твердого катализатора в аммониевой соли, необязательно смешанной с растворителем, или выгодно пропускание аммониевой соли, необязательно смешанной с растворителем, над катализатором в неподвижном слое и воздействие микроволнового излучения. Подходящими твердыми катализаторами являются, например, цеолиты, силикагель, монтмориллонит и (частично) сшитая полистиролсульфоновая кислота, которые можно, необязательно, объединять с каталитически активными солями металлов. Подходящие кислотные ионообменные смолы на основе полистиролсульфоновой кислоты, которые можно использовать в качестве твердофазных катализаторов, доступны, например, от Войт & Наак под торговым названием ЛшЬсНуЦ®.

Найдено, что применимо работать в присутствии растворителей для того, чтобы, например, уменьшить вязкость реакционной среды и/или ожижить реакционную смесь, если она является гетерогенной. Для такой цели можно использовать, в принципе, все растворители, которые инертны в используемых условиях реакции и не взаимодействуют с реагентами или образовавшимися продуктами. Важным фактором при выборе подходящих растворителей является их полярность, которая, во-первых, определяет свойства растворения и, во-вторых, степень взаимодействия с микроволновым излучением. Особенно важным фактором при выборе подходящих растворителей является их диэлектрические потери ε. Диэлектрические потери ε описывают долю микроволнового излучения, которая превращается в тепло при взаимодействии вещества с микроволновым излучением. Найдено, что последняя величина является особенно важным критерием пригодности растворителя для осуществления способа по изобретению. Найдено, что, в частности, применимо работать с растворителями, которые показывают минимальное поглощение микроволнового излучения и, следовательно, вносят только небольшой вклад в нагревание реакционной системы. Растворители, предпочтительные для способа по изобретению, имеют диэлектрические потери ε, измеренные при комнатной температуре и 2450 МГц, менее 10 и предпочтительно менее 1, например менее 0,5. Обзор по диэлектрическим потерям различных растворителей можно найти, например, в Мюго\\аус ЛпШсЛ. В.Ь. Науек, СЕМ РиЫЬйтд 2002. Подходящими растворителями для способа по изобретению являются, в особенности, растворители с величинами ε менее 10, такие как Νметилпирролидон, Ν,Ν-диметилформамид или ацетон, и в особенности, растворители с величинами ε менее 1. Примеры особенно предпочтительных растворителей с величинами ε менее 1 являются ароматические и/или алифатические углеводороды, например, толуол, ксилол, этилбензол, тетралин, гексан, циклогексан, декан, пентадекан, декалин, а также коммерческие углеводородные смеси, такие как бензиновые фракции, керосин, растворитель нафта, ®8йе1ко1 АВ, ®8о1уекко 150, ®8о1уекко 200, ®Еххко1, ®1кораг и продукты ®8йе11ко1. Смеси растворителей, которые имеют величины ε предпочтительно ниже 10 и в особенности ниже 1, равно предпочтительны для осуществления способа по изобретению.

В принципе способ по изобретению также можно осуществлять в растворителях с более высокими величинами ε, например, 5 или выше, например, с величинами ε 10 или выше. Однако наблюдаемое ускоренное нагревание реакционной смеси требует специальных мер для соответствия с максимальной температурой.

При работе в присутствии растворителей их доля в реакционной смеси составляет предпочтительно от 2 до 95 мас.%, в особенности от 5 до 90 мас.% и в частности от 10 до 75 мас.%, например от 30 до 60 мас.%. Особое предпочтение отдается осуществлению взаимодействия в отсутствии растворителей.

Микроволновое излучение относится к электромагнитному излучению с длиной волны между примерно 1 см и 1 м и частотами между примерно 300 МГц и 30 ГГц. Такой интервал частот подходит в принципе для способа по изобретению. В случае способа по изобретению предпочтение отдается использованию микроволнового излучения с частотами, одобренными для промышленных, научных и медицинских применений, например, с частотами 915 МГц, 2,45 ГГц, 5,8 ГГц или 27,12 ГГц.

Мощность микроволнового излучения, подаваемого в объемный резонатор для осуществления способа по изобретению, в особенности зависит от геометрии реакционной трубки и, следовательно, реакционного объема и от требуемой продолжительности облучения. Она типично составляет от 200 Вт до нескольких сотен кВт и в особенности от 500 Вт до 100 кВт, например от 1 кВт до 70 кВт. Мощность можно генерировать с помощью одного или нескольких генераторов микроволнового излучения.

В предпочтительном воплощении взаимодействие осуществляют в трубке из инертного материала,

- 10 018345 сопротивляющейся нарастанию потока при повышении давления, когда образующаяся при реакции вода и возможно реагенты и растворитель, если он присутствует, приводят к увеличению давления. После завершения реакции повышенное давление можно использовать путем декомпрессии для испарения и удаления воды из реакционной смеси, избытка реагентов и любого растворителя и/или для охлаждения продукта реакции. В другом воплощении образовавшуюся при реакции воду после охлаждения и/или декомпрессии удаляют обычными способами, например, разделением фаз, перегонкой, упариванием, отгонкой и/или абсорбцией.

Найдено, что для завершения конверсии во многих случаях применимо повторное воздействие микроволнового излучения на полученный сырой продукт после удаления воды, образовавшейся при реакции и, если это подходит, выгрузки продукта и/или побочного продукта, в таком случае отношение используемых реагентов может быть необходимо изменить для замены израсходованных или находящихся в недостаточном количестве реагентов.

Типично амины, полученные по изобретению, получают с чистотой, достаточной для дальнейшего использования. Однако для специфических требований их можно очистить обычными способами очистки, например перегонкой, перекристаллизацией, фильтрацией или хроматографическими способами.

Способ по изобретению дает возможность быстро, энергосберегающе и недорого получать амиды ароматических карбоновых кислот с высокими выходами и высокой чистоты в промышленных количествах. В высокой степени равномерное облучение аммониевой соли в центре микроволнового поля с осевой симметрией создает возможность для безопасного, поддающегося регулированию и воспроизводимого режима реакции. В то же время весьма высокая эффективность при использовании энергии падающего микроволнового потока приводит к достижению экономически жизненно важного отчетливого превосходства над известными способами получения. В данном способе не образуется существенных количеств побочных продуктов. Особенно неожиданно наблюдение, что арилкарбоновые кислоты и, в особенности, алкиларилкарбоновые кислоты, например алкилфенилкарбоновые кислоты, не обнаруживают заметного декарбоксилирования в условиях способа по изобретению. Таких быстрых и селективных реакций нельзя достичь обычными методами и нельзя ожидать их достижения только за счет нагревания до высоких температур. Амиды ароматических карбоновых кислот, полученные способом по изобретению, часто настолько чистые, что не требуют дополнительной обработки или дополнительных стадий обработки. Так как в результате такого способа амиды не содержат остатков реагентов сочетания или продуктов их конверсии, их также можно использовать без затруднений в токсикологически чувствительных секторах, например для косметических и фармацевтических препаратов.

Примеры

Конверсию аммония солей при микроволновом облучении осуществляют в керамической трубке (60 х 1 см), которая находится в осевой симметрии в цилиндрическом объемном резонаторе (60 х 10 см). С одного из торцов объемного резонатора керамическая трубка проходит через полость внутренней проводящей трубки, которая функционирует как соединяющая антенна. Микроволновое поле с частотой 2,45 ГГц, генерированное магнетроном, подают в объемный резонатор с помощью соединяющей антенны (объемный аппликатор Е₀₁; монотиповой).

Мощность микроволнового излучения в каждом случае подбирают под время эксперимента таким образом, что нужная температура реакционной смеси на конце зоны облучения остается постоянной. Поэтому мощность микроволнового излучения, указанная в описаниях экспериментов, представляет среднюю величину подаваемого микроволнового излучения со временем. Измерение температуры реакционной смеси проводят непосредственно после того, как смесь покинет реакционную зону (расстояние примерно 15 см в изолированной капиллярной трубке из нержавеющей стали 1 см) с помощью датчика температуры Р1100. Энергия микроволнового излучения, непоглощенная непосредственно реакционной смесью, отражается от торца объемного резонатора в конце, противоположном от соединяющей антенны; микроволновую энергию, которая также не поглощается реакционной смесью на обратном пути и снова отражается в направлении магнетрона, пропускают с помощью системы призм (циркулятор) в сосуд, содержащий воду. Различие между поданной энергией и нагреванием такой водной загрузки используют для вычисления микроволновой энергии, введенной в реакционную смесь.

С помощью насоса высокого давления и подходящего клапана для стравливания давления к реакционной смеси в реакционной трубке применяют такое рабочее давление, которое достаточно всегда для того, чтобы все реагенты или продукты конденсации оставались в жидком состоянии. Аммониевые соли, полученные из карбоновых кислот и амина, прокачивают с постоянной скоростью потока через реакционную трубку, и время пребывания в зоне облучения подбирают, изменяя скорость потока.

Продукты анализируют ¹Н ЯМР-спектроскопией при 500 МГц в СЭСГ. Свойства определяют методами атомной адсорбционной спектроскопии.

Пример 1. Получение Ν,Ν-диметилбензоиламида.

При охлаждении сухим льдом 0,9 кг диметиламина (20 моль) из баллона конденсируют в охлаждаемой ловушке. В 10-л автоклав смешения Бучи (ВиеЫ), снабженный трубкой для подачи газа, мешалкой, внутренним термометром и уравнивателем давления, сначала загружают 2,44 кг бензойной кислоты (20 моль), которую нагревают до 60°С. Содержимое охлаждаемой ловушки постепенно оттаивают, и га

- 11 018345 зообразный диметиламин пропускают через трубку для подачи газа в автоклав смешения. В сильно экзотермической реакции образуется Ν,Ν-диметиламмониевая соль бензойной кислоты.

Полученную таким образом смесь непрерывно прокачивают через реакционную трубку со скоростью 3,5 л/ч при рабочем давлении 3000 кПа (30 бар) и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 2,3 кВт, 88% которого поглощается реакционной смесью. Время пребывания реакционной смеси в зоне облучения составляет приблизительно 49 с. На конце реакционной трубки реакционная смесь имеет температуру 290°С.

Достигают конверсии 88% от теории. Продукт реакции фактически бесцветен и содержит < 2 ч/млн железа. После удаления дистилляцией воды, образовавшейся при реакции, и вакуумной перегонки сырого продукта получают 2,4 кг Ν,Ν-диметилбензоиламида с чистотой 99%.

Пример 2. Получение Ν,Ν-диэтил-м-толуамида.

В 10-литровый автоклав смешения (Бучи) сначала загружают 3,28 кг диэтиламина (45 моль), и при достаточном охлаждении постепенно добавляют 4,08 кг (30 моль) м-толуиловой кислоты. В сильно экзотермической реакции образуется диэтиламмониевая соль м-толуиловой кислоты, которую держат при 50°С.

Полученную таким образом расплавленную соль непрерывно прокачивают через реакционную трубку со скоростью 3 л/ч при рабочем давлении 3500 кПа (35 бар) и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 2,5 кВт, 94% которого поглощается реакционной смесью. Время пребывания реакционной смеси в зоне облучения составляет приблизительно 57 с. На конце реакционной трубки реакционная смесь имеет температуру 295°С.

Достигают конверсии 91% используемой м-толуиловой кислоты. Сырой продукт реакции имеет бледно-желтый цвет и содержит < 2 ч/млн железа. После удаления дистилляцией воды, образовавшейся при реакции, и избытка диэтиламина и вакуумной перегонки сырого продукта получают 4,8 кг Ν,Νдиэтил-м-толуамида с чистотой 99%.

Пример 3. Получение Ν,Ν-дигексил-м-толуамида.

В 10-литровый автоклав смешения (Бучи) сначала загружают 4,63 кг дигексиламина (25 моль), и при охлаждении постепенно добавляют 2,04 кг (15 моль) м-толуиловой кислоты. В сильно экзотермической реакции образуется дигексиламмониевая соль м-толуиловой кислоты, которую держат при 60°С.

Полученную таким образом расплавленную соль непрерывно прокачивают через реакционную трубку со скоростью 3,5 л/ч при рабочем давлении 3500 кПа (35 бар) и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 2,25 кВт, 91% которого поглощается реакционной смесью. Время пребывания реакционной смеси в зоне облучения составляет приблизит. 49 с. На конце реакционной трубки реакционная смесь имеет температуру 280°С.

Достигают конверсии 89% используемой м-толуиловой кислоты. Сырой продукт реакции имеет бледно-желтоватый цвет и содержит < 2 ч/млн железа. После удаления дистилляцией воды, образовавшейся при реакции, и избытка дигексиламина и вакуумной перегонки сырого продукта извлекают 3,8 кг Ν,Ν-дигексил-м-толуамида с чистотой 97%.

Пример 4. Получение никотинамида.

При охлаждении сухим льдом 0,51 кг аммиака (30 моль) из баллона конденсируют в охлаждаемой ловушке. В 10-л автоклав смешения Бучи, снабженный трубкой для подачи газа, мешалкой, внутренним термометром и уравнивателем давления, сначала загружают 2,46 кг никотиновой кислоты (20 моль) и 2 литра ДМФА и нагревают до 60°С. Содержимое охлаждаемой ловушки постепенно оттаивают, и газообразный аммиак пропускают через трубку для подачи газа в автоклав смешения. В сильно экзотермической реакции образуется аммониевая соль никотиновой кислоты.

Полученную таким образом смесь непрерывно прокачивают через реакционную трубку со скоростью 4 л/ч при рабочем давлении 3000 кПа (30 бар) и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 2,5 кВт, 89% которого поглощается реакционной смесью. Время пребывания реакционной смеси в зоне облучения составляет приблизит. 43 с. На конце реакционной трубки реакционная смесь имеет температуру 288°С.

Достигают конверсии 91% используемой никотиновой кислоты. Продукт реакции, который имеет бледно-желтый цвет, содержит < 2 ч/млн железа. После удаления дистилляцией избытка аммиака, воды, образовавшейся при реакции, и растворителя при пониженном давлении извлекают продукт с чистотой 92%.

Пример 5. Получение Ν-н-октилсалициламида.

В 10-литровом автоклаве смешения (Бучи) при нагревании растворяют 2,75 кг (20 моль) 2гидроксибензойной кислоты в 3 л толуола. Затем кислоту постепенно превращают в аммониевую соль, добавляя эквимолярное количество н-октиламина (2,58 кг). После прекращения выделения тепла полученную таким образом аммониевую соль непрерывно прокачивают через реакционную трубку со скоростью 3 л/ч при рабочем давлении примерно 2500 кПа (25 бар) и подвергают воздействию микроволнового излучения средней мощности 2,9 кВт, 91% которого поглощается реакционной смесью. Время пребывания реакционной смеси в зоне облучения составляет приблизит. 57 с. На конце реакционной трубки реакционная смесь имеет температуру 275°С.

- 12 018345

Достигают конверсии 91% от теории. Продукт реакции имеет желтовато-красный цвет. Содержание железа < 2 ч/млн. После удаления дистилляцией толуола и воды, образовавшейся при реакции, и перекристаллизации сырого продукта реакции извлекают 4,2 кг И-н-октил-2-гидроксибензамида.

Пример 6. Получение Ν,Ν-диэтил-м-толуамида термической конденсацией в присутствии железных опилок (пример для сравнения).

В 1-литровый автоклав смешения сначала загружают 500 мл реакционного раствора (для получения образца см. пример 2) вместе с 2 г железных опилок, все нагревают до 290°С в закрытом аппарате при максимальном нагреве на выходе при энергичном перемешивании в пределах 12 мин (температура подаваемого масла 370°С). Затем реакционную смесь перемешивают под давлением в течение 10 мин и затем охлаждают до комнатной температуры посредством циркуляции холодного масла.

Обработанная таким образом реакционная смесь показывает конверсию только в 8% от теоретически возможного выхода (относительно используемой в недостатке м-толуиловой кислоты). По завершении реакции реакционная смесь черновато-коричневая по цвету и имеет явный запах горелого. Анализ на содержание металла в реакционной смеси дает величину 57 ч/млн железа.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Непрерывный способ получения амидов ароматических карбоновых кислот взаимодействием по меньшей мере одной ароматической карбоновой кислоты формулы I

Аг-СООН (I), в которой Аг представляет собой необязательно замещенный арильный радикал с 5-50 атомами по меньшей мере с одним амином формулы II в которой Я¹ и Я² представляют собой, каждый независимо, водород или углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода, причем Я¹ или Я² или оба радикала необязательно имеют заместители, выбранные из гидроксильной, (С1-С₅)-алкоксильной, циано-, нитрильной, нитро- и (С₅-С₂₀)-арильной групп и последние имеют один или несколько заместителей, выбранных из атомов галогена, (С1-С₂₀)-алкила, (С₂С₂₀)-алкенила, гидроксила, (С1-С₅)-алкокси, сложноэфирных, амидных, циано, нитрильных и/или нитрозамещенных фенильных радикалов; или Я¹ и Я² вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл; или Я¹ и Я² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы III в которой Я⁴ представляет собой алкиленовые группы с 2-6 атомами углерода,

Я⁵ представляет собой водород, углеводородный радикал с 1-24 атомами углерода или группу формулы -ИЯ¹⁰Я^П, η равен целому числу от 2 до 50,

Я¹⁰, Я¹¹ представляют собой, каждый независимо, водород, алифатический радикал с 1-24 атомами углерода, арильную группу или гетероарильную группу с 5-12 членами цикла, полиоксиалкиленовую группу с 1-50 полиоксиалкиленовыми звеньями, где полиоксиалкиленовые звенья образованы из алкиленоксидных звеньев с 2-6 атомами углерода, или Я¹⁰ и Я¹¹ вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют цикл с 4, 5, 6 или больше членами цикла, или Я¹ и Я² представляют собой, каждый независимо, радикалы формулы IV в которой

Я⁶ представляет собой алкиленовые группы с 2-6 атомами углерода, каждый Я⁷ представляет собой независимо водород, алкильный или гидроксиалкильный радикал, имеющий до 24 атомов углерода, полиоксиалкиленовый радикал -(Я⁴-О)_р-Я⁵, где каждый из Я⁴, Я⁵ имеет значения, указанные выше, и с.| и р равны, каждый независимо, целому числу от 1 до 50, и т равен целому числу от 1 до 20, с образованием аммониевой соли и последующим превращением указанной аммониевой соли в карбоксамид при облучении микроволнами в реакционной трубке, продольная ось которой располагается в направлении распространения микроволн от одномодового микроволнового аппликатора, при необходимости при повышенных температуре и давлении.
2. Способ по п.1, в котором аммониевую соль облучают микроволнами, по существу, в прозрачной для микроволнового излучения реакционной трубке в пределах полого провода, присоединенного через волноводы к генератору микроволнового излучения.
3. Способ по любому одному или обоим пп.1 и 2, в котором микроволновому аппликатору придают конфигурацию объемного резонатора.
4. Способ по любому одному или нескольким пп.1-3, в котором микроволновому аппликатору придают конфигурацию объемного резонатора отражательного типа.
5. Способ по любому одному или нескольким пп.1-4, в котором реакционную трубку располагают аксиально с центральной осью симметрии полого провода.

- 13 018345
6. Способ по любому одному или нескольким пп.1-5, в котором аммониевую соль облучают в объемном резонаторе с коаксиальным переходом микроволн.
7. Способ по любому одному или нескольким пп.1-6, в котором объемный резонатор работает по типу Ε_01η, где η равен целому числу от 1 до 200.
8. Способ по любому одному или нескольким пп.1-7, в котором Аг представляет собой моно- диили трициклическую ароматическую систему.
9. Способ по любому одному или нескольким пп.1-8, в котором Аг наряду по меньшей мере с одной карбоксильной группой содержит один или несколько других заместителей, выбранных из алкильных, алкенильных и галогенированных алкильных радикалов, гидроксила, гидроксиалкила, алкокси, полиалкокси, галогена, амидной, циано-, нитрильной, нитро- и сульфогрупп.
10. Способ по любому одному или нескольким пп.1-9, в котором облучение микроволнами выполняют при температурах от 150 до 400°С.
11. Способ по любому одному или нескольким пп.1-10, в котором облучение микроволнами выполняют при давлениях, превышающих атмосферное давление.

4^^ Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2