TW201815746A - Ｎ－烷基（甲基）丙烯醯胺之製法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種藉由使(甲基)丙烯酸酐與對應的烷基胺反應而製備N-烷基(甲基)丙烯醯胺之方法。

Description

N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法
本發明係關於一種藉由使(甲基)丙烯酸酐與對應的烷基胺反應而製備N-烷基(甲基)丙烯醯胺之方法。
N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製備是眾所周知的。Ritter反應用於由腈和可形成三價碳正離子之反應物(例如三級或二級醇)在強無機酸的存在下製備醯胺已經很長一段時間。DE3131096利用此方法。一缺點為：酸(其也充當溶劑)必須被中和且因此得到大量的鹽。此外，該產物含有干擾雜質諸如甲基丙烯醯胺。
DE 4027843描述一種藉由(甲基)丙烯酸烷酯與脂族和芳族胺之轉酯化作用而製備N-取代的(甲基)丙烯醯胺之連續方法。雖然反應未使用觸媒進行，但其在於>150°和約160巴之壓力的苛刻條件下進行。
EP2358664所主張之藉由使甲基丙烯酸酐與異丙胺反應來製備N-異丙基甲基丙烯醯胺的方法，在較佳變體中，需要在惰性有機溶劑的存在下，其係與回收所需要之 純化有關。在無溶劑的變體中，放出大量的熱且會導致該產品的變色。
WO2010/021956揭示同樣從對應的酸酐和烷基胺製備N-烷基(烷基)丙烯醯胺。將酐加到本文中所主張之初進料的胺。此方法變體同樣地與強烈放熱有關，此會導致上述的變色。此外，只有在有限的製程範圍內才沒有嚴重棘手的團塊形成發生。
因此，本發明的一個目的是提供一種沒有上述缺點的N-烷基(甲基)丙烯醯胺之替代製法，且特別是以高產率和高純度製備產物，且這些產物在溫和反應條件(較佳從1到10巴及從20至100℃)下並以無問題的方式獲得。
這些目的以及另外不詳細闡述但可很容易地推論或衍生自先前技術之引言的目的係藉由一種具有申請專利範圍第1項的特徵之方法來達成。申請專利範圍中所保護的本發明方法之有利改良請參考申請專利範圍第1項。
本發明提供一種通式(1)N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法， 其中R1為H或CH3基團，R2和R3為氫或具有從1至12個碳原子之直鏈、支鏈或環狀烷基基團或芳基基團。反應 係藉由使初進料之(甲基)丙烯酸酐與式(2)之烷基胺的水溶液反應而進行，R2R3NH (2)其中R2和R3如上述所定義，並分離出所形成的醯胺。(甲基)丙烯酸酐用語係指甲基丙烯酸酐和丙烯酸酐二者。已經令人驚奇地發現：與WO2010/021956相反，此方法於任何時間點上均不會在反應器壁上產生於團塊或沈積物的形式之不受控制的沈澱物。
可能的一級胺為一級且隨意地經取代之脂族胺，例如甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、十二胺、異丙胺、異丁胺與苯甲胺，以及烯丙胺和氨。此外，可能使用一級環脂族胺，例如環丙胺、環丁胺、環戊胺與環己胺。作為一級芳族胺，可能使用苯胺，異構胺基甲苯(單獨或混合物)，以及異構二甲苯胺(單獨或混合物)。該等化合物可隨意地經一或多個鹵素取代。
作為二級脂族胺，同樣地可能使用可隨意地經一或更多鹵素取代之脂族、環脂族或芳族胺。特佳者為二甲胺、二乙胺、甲基乙胺、二丁胺、二苯甲胺，嗎啉和隨意經取代之哌啶。
因為在本文中製備可聚合的化合物，所以反應必須在聚合抑製劑存在下進行。該反應可在大氣氧或保護氣體下進行。在第一種情況下，必須堅持適當防爆限制和必須使用在大氣氧下作用的抑制劑。因為本發明方法較佳在保護氣體下，特佳在氮下進行，也僅有於不含氧情況下作用之 聚合抑制劑可應用於此情況中。關於此類聚合抑制劑，4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基、N,N’-二苯基-對-苯二胺、三、啡、啡噻、亞甲藍或位阻酚在該技藝中是眾所周知的。此等化合物可個別使用或以混合物形式使用。關於進一步細節，可參照相關技術文獻，尤其是Römpp-Lexikon Chemie；編輯：J.Falbe,M.Regitz；Stuttgart，紐約；第10版(1996)；關鍵詞"Antioxidantien"[抗氧化劑]及其中所引用之參考資料。特佳者為4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基或4-甲基-2,6-二-三級-丁基酚，單獨或混合物)。本文中所用的慣用濃度以總反應混合物計係在從1至2000ppm，較佳從20至200ppm，特佳從40至80ppm的範圍內。
在本發明方法中，(甲基)丙烯酸酐係放在適當攪拌反應器(隨意地具有外部熱交換器和循環泵)中，與聚合抑制劑摻合並冷卻至低於30℃，較佳至從10至-5℃。用保護氣體(較佳氮)沖刷反應器。胺之水溶液係提供於儲存器中且同樣也冷卻至低於30℃，較佳至從10至-5℃。胺在水溶液中之濃度可為從50至90%，較佳從60至80%，特佳從65至75%。(甲基)丙烯酸酐對胺之莫耳比係在從0.8：1.2至1.2：0.8，較佳1：1之範圍內。胺水溶液加至(甲基)丙烯酸酐係以放熱反應的初始反應溫度不超過25℃，較佳不超過15℃的速度之方式進行。後續的添加係以在任何時間點反應器中內部溫度增加(隨著轉化而變化)至40℃的最大值且用於冷卻反應容器之冷卻 液的溫度不低於反應溶液中所形成的胺之結晶溫度的方式進行。反應器壓力應保持在從0.5至6巴(較佳從0至1巴)之範圍。
為了中和，將反應溶液轉移至另一容器，較佳配有攪拌器。中和係使用鹼性溶液(較佳NaOH或KOH溶液，特佳氨溶液)進行。反應溶液可隨意地預先用水或來自離心之母液稀釋。在中和開始之前，將反應溶液冷卻至低於20℃，較佳到低於15℃。鹼性溶液必須以在任何時間點溫度均不超過60℃(較佳50℃)之方式引入。中和之後，將具有沈澱產物晶體的混合物冷卻至低於10℃，較佳至5℃，特佳為-5℃。
為了從經中和之混合物分離出固體，可能使用熟習該項技術者所熟知的固/液分離方法，例如過濾或離心。在本發明方法中，較佳者為離心與隨意預先研磨步驟。為了研磨晶體懸浮液，可能使用(例如)懸浮液磨機或濕磨機(例如來自Fryma)。離心係在低於10℃，較佳低於5℃，特別是低於-5℃之溫度下進行。N-烷基(甲基)丙烯酸酐的產率以N-烷基(甲基)丙烯酸酐計通常在從80至85%的範圍內。
1‧‧‧攪拌反應器
2‧‧‧泵
3‧‧‧計量泵
4‧‧‧儲存容器
5‧‧‧泵
6‧‧‧熱交換器
7‧‧‧鹽水冷卻
8‧‧‧攪拌容器
9‧‧‧緩衝儲存器
10‧‧‧磨機
11‧‧‧離心機
12‧‧‧泵
13‧‧‧容器
14‧‧‧去離子水容器
15‧‧‧NIPMAA儲存器
圖1說明N-異丙基甲基丙烯醯胺(NIPMAA)之製備。
下列實例說明了本發明之方法，但並不以任何方式限制本發明。
實例1：
N-異丙基甲基丙烯醯胺(NIPMAA)之製備係如圖1中所示進行。將800kg的甲基丙烯酸酐放在攪拌反應器(1)中，且在與135g的4-甲基-2,6-二-三級-丁基酚和115g的4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基混合之後，預冷卻至-5℃。用氮沖洗反應器(1)。壓力調節器設定於1.3巴。用泵(2)將437kg的70%濃度異丙胺溶液泵進可被冷卻之儲存器(4)。經由計量泵(3)以反應期間反應溫度在從-5至40℃的範圍之方式將異丙胺引入反應器(1)。在反應期間用泵(5)將反應器之內容物經由熱交換器(6)循環。藉由反應器(1)之鹽水冷卻(7)和熱交換器(6)除去反應之熱。已添加全部異丙胺之後，使後反應在20-40℃(較佳35-40℃)下進行15分鐘。反應之後所形成的NIPMAA在甲基丙烯酸中之漿液用1100kg的去離子水(去礦質水)稀釋以減少黏度。用泵(5)將稀釋混合物轉移到攪拌容器(8)及用355kg的25%濃度氨溶液中和並攪拌。大部份的NIPMAA在中和時沉澱，而所形成之甲基丙烯酸銨殘留在溶液中。為了分離出NIPMAA，經由用於緩衝晶體漿液之緩衝儲存器(9)將該懸浮液排出。將緩衝儲存器(9)冷卻(至最大-5 ℃)。將緩衝懸浮液經由磨機(10)引入離心機(11)。經由去離子水容器(14)提供用於洗滌離心機(11)中的晶體以便獲得必要的純度之冷卻離子水(~5℃)。用泵(12)將除了NIPMAA之外主要含有甲基丙烯酸銨的水性母液抽回(8)或(9)中。離心結束時，將全部母液收集於容器(13)中。在NIPMAA儲存器(15)中的NIPMAA之產率以甲基丙烯酸酐計為84%。
如果反應相中的混合物冷卻太多，則在反應器壁及在熱交換器中形成晶體和沈積物，之後該反應必須停止。另一方面，如果在反應溫度超過所指示的限制，則發生減少品質之變色和產率降低。當初進料適當的胺和(甲基)丙烯酸酐加至其中時，出現類似的問題時。
藉由本發明方法製備的N-烷基(甲基)丙烯醯胺可以本身已知的方法可轉化成聚合物和共聚物而用於各種應用。

Claims (16)

  1. 一種通式(1)N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法， 其中R 1為H或CH 3基團，R 2和R 3為氫或具有從1至12個碳原子之直鏈、支鏈或環狀烷基基團或芳基基團，其特徵在於使初進料之(甲基)丙烯酸酐與式(2)烷基胺之水溶液反應，R 2R 3NH (2)其中R 2和R 3如上述所定義，並分離出所形成的醯胺，其中該反應係在從-5℃至40℃於從0.5至6巴之壓力下進行。
  2. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中該壓力是0至1巴。
  3. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中烷基胺係在反應之前預冷卻至低於30℃。
  4. 根據申請專利範圍第3項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中烷基胺係在反應之前預冷卻至10至-5℃。
  5. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中用水稀釋所得的N-烷基(甲基)丙烯 醯胺和(甲基)丙烯酸之溶液，隨意地離心母液，接著用鹼性溶液中和，及分離出沈澱之N-烷基(甲基)丙烯醯胺。
  6. 根據申請專利範圍第5項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中該鹼性溶液是氨溶液、NaOH或KOH。
  7. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中該反應以及中和與沈澱各自在分開的容器中進行。
  8. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中反應容器的冷卻溫度係高於在反應溶液中之N-烷基(甲基)丙烯醯胺的結晶溫度。
  9. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中將於反應中反應之烷基胺係以50-90%濃度水溶液加至(甲基)丙烯酸酐。
  10. 根據申請專利範圍第9項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中將於反應中反應之烷基胺係以60-80%濃度水溶液加至(甲基)丙烯酸酐。
  11. 根據申請專利範圍第10項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中將於反應中反應之烷基胺係以65-75%濃度水溶液加至(甲基)丙烯酸酐。
  12. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中該反應係於在惰性氣體下作用之水溶性聚合抑制劑的存在下進行。
  13. 根據申請專利範圍第12項之N-烷基(甲基)丙 烯醯胺之製法，其中該反應係於在氮氣下作用之水溶性聚合抑制劑的存在下進行。
  14. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中產物晶體漿液在離心機中分離之前係在磨機中研磨。
  15. 根據申請專利範圍第1項之N-烷基(甲基)丙烯醯胺之製法，其中反應器配備有外部熱交換器和循環泵。
  16. 一種藉由根據申請專利範圍第1-15項中任一項之製法所獲得之N-烷基(甲基)丙烯醯胺用於製造聚合物或共聚物之用途。
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