TWI255262B - Process for the preparation of tertiary amines from primary amines and nitriles - Google Patents

Description

(i) (i)1255262 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 技術範圍 本發明係關於自一級胺及腈於還原條件下製備三級胺之 方法，及藉此方法製作之產物。 發明背景 化學工業不斷尋求有效率地製備常用或新奇化學品之新 技術。尤其是三級胺之合成方面之任何改進會是高度重要 由於有多種用途。這些用途包括用作生物活性劑，緩衝劑 ，界面活性劑之前體，腐蝕抑制劑，及聚胺酯催化劑。納 Φ 入其他官能性，諸如腈，醇，醯胺，其他三級胺中心，芳 基及氟化烷基，之能力也會是為所歡迎。該其他官能性會 容許納入一種高度官能化之基質至聚合物骨幹中，賦予該 聚合物獨特性質。 在此技藝中已知於還原條件下腈類與胺類反應以形成烷 基化胺產物。例如，當過量二甲胺於催化還原條件下與己 二腈反應時，進行單純還原性胺化作用至每一腈上以得 队队沖，!^-四甲基己二胺（1；.8.5,463，130，1；.8.5,557,011及1].3.籲 5,894,074)。自一種二級胺與一種腈之反應除形成一種三級 胺外，U.S. 3,673,25 1揭示藉一級胺與一種腈反應形成二級 胺。例如，自甲胺與1，Γ-二氰基聯苯-3 J反應可獲得1，1、 二-(Ν-甲基胺甲基）聯苯-3J。然而，迄尚未有一種用於直 接自一種一級胺與一種腈製備一種三級胺之方法之宣 * 告。 . 也需要一種其將有效率地提供雙（氰烷基）胺基烷烴之方 法，由於這些化合物是供作為天然產物之有用前體，供作 1255262 (2) 發明說明續頁 為基質其展示抗腫瘤效能，及供作為聚合物染料點位添加 劑。到目前止，是藉多步驟合成方法，其需要使用一種昂 責鹵烷基腈作為中間物，達成這些目標。例如，俄羅斯研 究人員（Vasil’eva，E.I.; Freidlina，R.Kh· Izvestiya Akademii Nauk SSR, Seriya Khimicheskaya，Νο·2，pp. 237-240，1966二月）揭示 雙（5-氰丁基）胺基甲烷之合成方法，其中曱胺與兩當量之 氰戊腈反應。 由於尚未有直接自一級胺與腈製備三級胺之宣告，會可 用於類似用途之三級胺是無法取得因為沒有商業上可存活 的途徑至這些化合物。需要一種新穎途徑自一級胺與腈製 備已知之三級胺及新穎三級胺，以增加此類型之化合物之 可取得性。 概要說明 揭示於本申請案中者是一種用於製俤至少一種具此式（1) A—R—CH2/N、CH2-R—a 之二級胺產物之方法， 其中R及H，獨立是C1-C12取代基選自I鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族及雜環原子團組成之組群；及 其中A是選自氫，氰基，醯胺，i戒支鏈脂肪族，環脂 肪族，芳香$，雜環族，炫氧基，基，經基，统胺基 ，二烷胺基芳胺基，二芳胺基，鹵劳基，氟化烷基，及矽 烧基原子團級成之組群； 1255262 (3) 其中Af是選自氫，胺基，酸胺，直或支 肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基 ’二烧胺基，芳胺基’二芳胺基’鹵芳基 矽烧基組成之組群。 該方法包含一種具通式（III) H2N—Rf—Af (III) 之一級胺， 其中IV是一個Cl-C 12取代基選自直鏈或 脂肪族，及雜環原子團組成之組群； 其中iV是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或 脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧 基，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳 及矽烧基原子團組成之組群； 與至少一種具通式（II) A—R—CN (II) 之腈， 其中R是一個C1-C12取代基選自直鏈或 脂肪族及雜環原子團組成之組群； 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或 脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧 基，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳 及矽烷基原子團組成之組群； 在氫氣及一種催化劑之存在下於溫度約 於壓力自約100 psig至約1500 psig接觸。 發明說明續頁’ ,^ * sv 八 A f ί - 鏈脂肪族，環脂 ，經基，烧胺基 ，氟化烧基；及 支鏈脂肪族，環 支鏈脂肪族，環 基，羥基，烧胺 基，氟化烧基， 支鏈脂肪族，環 支鏈脂肪族，環 基，羥基，烧胺 基，II化烧基， 50°C至約200°C及 1255262 (4) 發明說明續頁 也宣告藉上述方法製備之三級胺化合物。 本發明且宣告具式（V)，（VI)及（VII) (V)

.OH (VI)

(VII) 之新穎三級胺化合物。 詳細說明 本發明揭示一種用於自一種一級胺與一種腈原子團，於 還原條件下，製備三級胺之方法。進行該方法是藉至少一 種腈化合物與至少一種初級胺化合物接觸。宜以該一級胺 之莫耳過量使用該腈。可以藉方程式A描述該方法。

A—R—CN A， I R· NH2 /S2

A丨RIN \

A (A) 其中R及IT獨立是C1-C12直鏈或支鏈脂肪族，環脂肪族， 或雜環；及 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環，烧氧基，芳氧基，烧胺基，二烧 -10- 發明說明續頁 1255262 (5) 胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化烷基，及矽烷基 組成之組群； 其中AfS選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基，羥基，烷胺基 ，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化烷基，及 A 矽烷基組成之組群。 某些可以藉此方法製備之多種類型之化合物包括單純的 三烷基胺，其中可以改變環繞該氮中心之烷基鏈之身分， 在最簡單的案例中自乙腈與甲胺作成二乙基甲基胺。一種 β 二胺，諸如1，3-二胺基丙烷，也可以以相同方式與乙腈反 應以獲得Ν，Ν,Ν’，Ν’-四曱基-1，3-丙二胺。藉氰基烷醇與一級 胺，在描述於本說明書中之條件下反應，可以形成具内部 三級胺之二元醇。可以藉本發明有效率地獲得之另一門類 之化合物是雙（氰烷基）胺基烷烴，其是藉二腈與一級胺反 應形成。藉變動在該一級胺之官能性及隨後氫化所得之腈 ，可以產製獨特的單體其具一個三級胺及兩個一級胺。然 後可以納入這些獨特的單體至聚合物中以賦予該聚合物獨 · 特物理性質， 某些可以用於本發明之方法中之適當起始腈類是描述於 以下結構（II)中。這些化合物可以是單-或二-式多-官能。 也就是，其可以含一多個腈基，及可以有一或多個其他官 ‘ 能基。該R基團是一個C1至C12直鏈或支鏈脂肪族，環脂肪 1 - 族，或雜環原子團。該Α基團是氫，氰基，醯胺，直鏈或 B 支鏈脂肪族，環脂，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基，羥 -11 - ,， < * V ^ f ^ *· 發明說明續頁 1255262 (6) 基，烧胺基，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，ii芳基，氟 化烷基，或矽烷基原子團。 A—R—CN (II) 供用於本發明之適當起始胺可以是以下結構（III)之單-級 胺或二-級胺，其中IV是一個C1-C12直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，或雜環原子團；及其中A’是氫，胺基，醯胺，直 鏈或支鏈脂烴，環脂，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基， 經基，烧胺基，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基， 氟化烷基，或一個矽烷基原子團。 A?—R'—NH2 (III) 可以使用腈對胺1:1莫耳比進行本發明。宜是過量之腈 對胺，自約2:1至約5:1。最宜是腈對胺比約2:1至約4:1。

一級胺其可以用於本發明中者可以是二胺（具兩個胺基 團，例如，1，2-二胺基環己烷）。同樣地，用於本發明中之 腈可以是一種二腈（具兩個腈基，例如己二腈）。尚有，可 以變動起始胺與起始腈之組配。例如，在本發明之方法中 ，可以使用一種單胺或一種二胺之任何其一與一種單腈或 一種二腈之任何其一。此外，可以使用一或多種一級胺與 腈之一種組配；或一或多種腈與胺之一種組配。使用腈之 一種組配是例舉於以下表1中，但用意不在限制描述於本 說明書中之本發明之範圍。 供用於本發明之適當催化劑包含金屬元素選自鈀，铑， 链，及鈒組成之組群。可取的催化劑是包含le之催化劑。 包含ίε之催化劑之例包括，但不限於，Ιε黑或Ιε在一種載 -12- 發明說明續頁 1255262 (7) 體上，其中在該載體上鈀含量是介於約0.1與10重量％荷載 。該催化劑也可以包含混合金屬成分。例如，該催化劑可 以包含鈀與介於約0.1與1 0%之至少另一種金屬供作為該混 合金屬成分與鈀連同使用以較可取的元素是選自铑，鉑， 銥及釕組成之組群。 也可以使用其他催化劑系統，諸如氧化銅-氧化錯，其 是被知為促進單純還原性胺化反應。 可以使用一種載體物料以支載本發明之催化劑。適當載 體包括，但不限於，活性碳，碳化矽及氧化載體（例如鋁 氧，碎氧，鈦氧，語氧，鎂氧，氧化銅）。 可以以任何所需之形狀，包括但不限於，擠出物，大顆 粒，丸粒，球，泥漿狀物或乾粉末，使用該催化劑。 在氫壓力介於約100與約1500 psig進行本發明之方法。氫 壓力介於約500與1000 psig是最可取。必須維持溫度介於約 50°C與約200°C，以約80°C至約130°C為可取。 不需要溶劑以進行此方法。然而，溶劑諸如水，曱醇， 乙醇，三級-丁基醚，四氫呋喃，及N-曱基吡咯酮及其他 溶劑被知為溶解該起始胺及腈化合物者是適當溶劑。尚有 ，可以以分批式或在連續反應器中進行本發明。可以以習 用方式純化最終烷基化胺產物。 實例說明 以分批方式進行以次之例。 說明： BCPAM指雙（5-氰戊基）胺基甲烷 1255262 (8) 爹明說明續頁 ADN指己二月膏 例1上i里4: 1莫耳比之腈與一級胺以製備譬（5-氧戊基）胺 基曱於以下作為結構（VIIIKIUPAC名稱·· 6-K5-氰戊基） 基m青丄丄.. 加入2.77克之5% Pd/鋁氧粉催化劑（2.3%或42: 1腈對催化 劑），20.8克之40%(w/w)甲胺水溶液（0.27莫耳），及116.0克 之ADN (1·1莫耳）至一個300 cc壓力蚤中。封閉該反應器及 以氮及氫吹驅以移除氧。於110°C在500 psig之氫下進行反 應。自一個1-升容器補充消耗之氫。120分鐘後該反應混合鲁 物包括47% ADN，41% BCPAM及其他產物。成為BCPAM之 選擇性是79%。

NIC u-n3

I I I V

雔又j 備 製 以 胺I 級 一 與 主月 月 之 比 耳 莫 2 用I 使I 2 例I 胺一 \—*. 基戊一

垸j 甲一 基I

稱I 名 C A P U 6

音 月 己 f T— 基 胺 甲 "· \1/ 基 戊I 加入5·46克之5% Pd/鋁氧粉催化劑，41.6克之40%(w/w)甲 胺水溶液（0.54莫耳），及116.0克之ADN (1.1莫耳）至一個3〇〇 φ cc壓力釜中。密封該反應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於 110C在500 psig之氫下進行反應。自一個升容器恆定地補 充消耗之氫。575分鐘後該反應混合物包含6% ADN，67% BCPAM及其他產物。成為BCPAM之選擇性是72%。 ' 例3 :雙（5-氰戊基）胺基丙烷之製備 · _ 加入116.0克之己二腈及15.7毫升之丙胺（4對丨比之二猜對 Λ 一級胺），連同2.8克之催化劑（5重量％ Pd在紹氧粉上）至一 -14- 發明說明續頁 1255262 (9) 個300 cc壓力爸中。於以氮及氫吹驅後，以氫加壓該反應 器至50 psid及開始加熱。不斷補充氫。於溫度達110°C後增 加擾拌速率至1000 rpm及增加氫壓力至500 psig。維持該溫 度及壓力為時1.5小時。該產品混合物包含39%雙（氰戊基） 胺基丙烷及36%未轉化己二腈。 表1中之例4〜8例證揭示之方法使用不同的腈或腈之一種

組配與各種胺。以分批方式進行這些例，使用1份5重量％ Pd/Al203催化劑時20份之起始腈；及維持500 psig之氫壓力 及溫度100°C為時3小時。藉IR (紅外線）使用Perkin Elmer 1600

Series Fourier Transform Infrared Instrument and a Hewlett Packard 5971 Series Mass Selective Detector連同 Hewlett Packard 5890 Series Gas Chromatograph分析例4，6及8之獨特三級胺產物 分析證明製備之獨特三級胺具以次結構： _Μ_結構 (V) ch3

.OH (VI)

-i5 - 發明說明續頁 1255262 (10) 表1 例編號/ 腈對胺 莫耳比 轉化 起始腈 起始胺 三級胺產物 IUPAC名稱 三級胺產率 4 2對1 86% 羥基丙腈 曱胺 雙(3-羥丙基)胺基甲烷 31% 5 4對1 >99% 乙腈 丙二胺 Ν，Ν,Ν’,Ν’-四曱基-1,3-丙二胺 74% 6 2對1 82% 己二腈 2-胺基乙醇 3-雙(氰戊基)胺基乙醇 51% 7 4對1 >99% 乙腈 1，2-二胺基環己烷 Ν，Ν,Ν’-三乙基-1,2-二胺基-環己烷 40% 8 2對1 95% 己二腈與 戊二腈之 1:1混合物 曱胺 三級胺之混合物，包括氰丁基 -氰戊基胺基曱烷 58% 表2中之例證明使用不同的催化劑於揭示之方法中之結 果。以分批方式進行以次之例，使用1份催化劑對20份之 己二腈。在每一實例中曱胺（40重量％水溶液）對己二腈之 莫耳比是1對4。維持500 psig之氫壓力及溫度100°C為時3小 時0 表2 例 使用之催化劑 轉化 三級胺產率 9 5%鈀/碳 >99% 71% 10 4%鈀/1 %鉑在碳上 >99% 58% 11 4.5% Pd/0.5% Ru在碳上 >99% 63% 12 5% Pd/鈦氧 >99% 75% 13 5% Pt/碳 86% 19% 14 5% Rh/碳 >99% 6% 例1 5 :使用1: 1莫耳比之腈對一級胺 加入3.66克之5% Pd/鋁氧粉催化劑，55.8克之40%(w/w)曱 胺水溶液（0.72莫耳），77.7克之己二腈（0·72莫耳）及2.3克之 聯苯（氣體層析分析之内部標準）至一個300 cc壓力蒼中。 1255262 \~:_Ί (11) 發噶說明續頁 密封該反應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於110°C在500 psig 之氫壓力下進行反應。自一個1 -升容裔怪定地補充消耗之 氫。240分鐘後分析該粗產物混合物，其包含13%己二腈， 46% BCPAM。選擇性是 65%。 300分鐘後該粗產物混合物包含4%己二腈，52% BCPAM ，及其他產物。成為BCPAM之選擇性是62%。 例16 : 1:2莫耳比之己二腈對一級胺_ 加入2.74克之5% Pd/鋁氧粉催化劑，83.71克之40%(w/w) 曱胺水溶液（1·1莫耳），58·3克之己二腈（0.54莫耳）及1.7克聯 苯（氣體層析分析之内部標準）至一個300 cc壓力蚤中。密 封該反應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於110°C在500 psig 之氫壓力下進行反應。自一個1 -升容器恆定地補充消耗之 氫。300分鐘後該反應混合物包含12% ADN，29% BCPAM。 選擇性是49%。410分鐘後該反應混合物包含5% ADN，3 1% BCPAM。選擇性是44%。

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Claims (1)

1255262 拾、申請專利範圍 1. 一種用於製備至少一種具此式（I)之三級胺產物之方法， ,α—κιν. Λ 其中R是一個Cl-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族及雜環原子團組成之組群； 其中R’是一個cn-c 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族及雜環原子團組成之組群； 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化 烷基，及矽烷基組成之組群； 其中W是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化 烷基，及矽烷基組成之組群； 該方法包含將至少一種具通式（III)之一級胺 H2N—R 丨一A’ (III) 其中κ是一個C1-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，或雜環原子團組成之組群；及 其中W是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，齒芳基，氟化 烷基，及矽烷基原子團組成之組群； -18- 中請專利範圍續頁 1255262 與至少一種具通式（II)之腈， A—R—CN (II) 其中R是一個C1-C12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族脂及雜環原子團組成之組群；及 其中A是選自氫·，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化 烷基，及矽烷基原子團組成之組群； 附帶條件是當A是Η或直鏈或支鏈脂肪族，及R是直鏈 或支鏈脂肪族，該腈是一種C2-C7腈； 在氫氣及一種催化劑之存在下及於溫度50°C至200°C及 於壓力自100 psig至1500 psig接觸，且其中腈對胺之比是 大於1:1。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該催化劑包含至 少一種選自鈀，銥，铑，及鉑組成之組群之金屬元素。 3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑包含鈀 〇 4. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑包含至 少兩種金屬。 5. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑是支載 在鋁氧，矽氧，鈦氧，锆氧，碳化矽，活性碳，氧化銅 或氧化鎂上。 6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中該催化劑是以該 載體之0.1重量％至10重量％之量存在。 -19· 1255262 申請專利範圍續頁 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中一種以上之腈化 合物與至少一種胺接觸。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中一種以上之胺與 至少一種腈接觸。 9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中一種三級胺產物 是 ch3 VIII. 10. —種根據申請專利範圍第1項之方法製備之化合物。 11. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該胺是曱胺及 該腈是己二腈。 12. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該胺是甲胺及 該腈是羥基丙腈。 13. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該腈是己二腈 ，及其中該胺是2-胺基乙醇。 14. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該胺是曱胺， 及其中該腈是己二腈與戊二腈之1: 1莫耳比之混合物。 15. —種具結構（VI)之三級胺產物 (VI) * 16. —種具結構（VII)之三級胺產物 (VII) ch3 · 17. —種具式（VIII)之化合物 1255262 申請專f範園續頁 NC

CN I ch3 VIII. 18.根據申請專利範圍第1項之方法，其中所得之三級胺是 一種二腈，該方法尚包含氫化該二腈。

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