TWI798736B - 使用二腈化合物製備腈中間體的方法 - Google Patents

使用二腈化合物製備腈中間體的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI798736B
TWI798736B TW110123993A TW110123993A TWI798736B TW I798736 B TWI798736 B TW I798736B TW 110123993 A TW110123993 A TW 110123993A TW 110123993 A TW110123993 A TW 110123993A TW I798736 B TWI798736 B TW I798736B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
solution
nitrile
dinitrile compound
reaction
nitrile intermediate
Prior art date
Application number
TW110123993A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202210453A (zh
Inventor
丁振生
凱爾 基塞爾
斯科特 G 莫法特
華雲 于
Original Assignee
美商阿散德性能材料營運公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商阿散德性能材料營運公司 filed Critical 美商阿散德性能材料營運公司
Publication of TW202210453A publication Critical patent/TW202210453A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI798736B publication Critical patent/TWI798736B/zh

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C227/00Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C227/26Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton from compounds containing carboxyl groups by reaction with HCN, or a salt thereof, and amines, or from aminonitriles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/08Preparation of carboxylic acid nitriles by addition of hydrogen cyanide or salts thereof to unsaturated compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/30Preparation of carboxylic acid nitriles by reactions not involving the formation of cyano groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/24Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms containing cyano groups and singly-bound nitrogen atoms, not being further bound to other hetero atoms, bound to the same saturated acyclic carbon skeleton
    • C07C255/25Aminoacetonitriles

Abstract

本公開描述用於製備含氮螯合劑、例如甘胺酸衍生物的 反應路徑和條件。特別是,本公開描述以高產率和/或高純度製備腈中間體的方法。此方法包括使二腈化合物與醛和氰化氫反應以形成腈中間體。腈中間體可以然後進一步加工,從而以高產率和/或高純度製備所述螯合劑。

Description

使用二腈化合物製備腈中間體的方法 <優先權>
本申請要求2020年6月30日提交的美國臨時申請No.63/046,245的優先權,其經此引用併入本文。
<領域>
本公開總體涉及含氮螯合劑的製備。特別是,本公開涉及用於以高產率和/或高純度製備含氮螯合劑的反應路徑和條件
螯合劑也稱為螯合試劑,是具有能與金屬原子形成鍵連的結構的有機化合物。因為螯合劑通常與單個中心金屬原子形成兩個或更多個單獨的配位鍵,所以螯合劑可以稱為多齒配體。螯合劑通常包含硫、氮和/或氧原子,這些原子在與金屬原子的鍵連中用作給電子原子。
螯合劑可以用於各種應用中,其中它們與金屬原子形成螯合配合物的傾向是重要的。螯合劑的常規用途包括用於營養補劑中,用於醫用處理中(例如螯合治療以從體內去除有毒的金 屬),用作造影劑(例如在MRI掃描中),用於家用和/或工業清潔劑和/或洗滌劑中,用於催化劑的生產中,用於在水處理期間去除金屬,以及用於肥料中。例如,因為螯合劑可以選擇性地與金屬結合並促進排泄,所以螯合劑在處理鎘或汞中毒方面起到重要作用。
常規的螯合劑包括例如胺基多膦酸鹽、多羧酸鹽、乙二胺四乙酸(EDTA)、二亞乙基三胺五乙酸(DTPA)和次氮基三乙酸(NTA)。但是,這些和其它常規螯合劑顯示許多不期望的性能。一些常規的螯合劑不具有在寬的pH和/或溫度範圍內的充足活性或穩定性。一些常規的螯合劑顯示不可接受的高毒性。一些常規的螯合劑不具有在水性溶劑和/或有機溶劑中的充足溶解性。一些常規的螯合劑具有低的生物降解性並存在高的環境風險。
甘胺酸衍生物,例如丙胺酸-N,N-二乙腈,是一類可顯示這些所需性能的螯合劑。這些螯合劑可以是屬於胺基酸的甘胺酸的結構衍生物,顯示在寬的pH和/或溫度範圍內的足夠(改進)的活性和/或穩定性、低的毒性、充足的溶解性和/或高的生物降解性。不利的是,用於製備甘胺酸衍生物螯合劑的常規方法、例如斯特雷克爾(Strecker)胺基酸合成法一般是低效的。
因此,仍然需要製備腈螯合劑的方法以及用於製備腈螯合劑的中間體的方法,此方法同時實現改進的效率和成本有效性。特別是,仍然需要在不需要單獨的結晶步驟的情況下製備甘胺酸衍生物腈螯合劑。所得的腈螯合劑和中間體應當具有在寬的 pH和/或溫度範圍內的充足的穩定性和活性、低的毒性和合適的生物降解性。
在一些方面,本公開涉及製備腈中間體的方法,此方法包括:使二腈化合物與氰化氫和式R-CHO的醛在水溶液中反應以形成腈中間體,其中R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團;其中在反應期間使用腈中間體種子。在一些情況下,此反應形成作為結晶固體的腈中間體。在一些情況下,此方法不包括結晶步驟。在一些情況下,二腈化合物具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0005-1
其中a是0至5,且b是0至5。在一些情況下,腈中間體是丙胺酸-N,N-二腈。在一些情況下,此反應不形成乳液形式的腈中間體。在一些情況下,腈中間體是以大於70%的產率形成的。在一些情況下,此反應包括提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液。在一些情況下,此反應包括將二腈化合物溶液加熱到在25℃至50℃範圍內的溫度。在一些情況下,此反應包括將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH。在一些情況下,此反應包括將反應混合物的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH。在一些情況下,此反應包括將腈中間體種子加入反應混合物中。在一些 情況下,此反應包括將反應混合物加熱到在30℃至80℃範圍內的溫度。在一些情況下,此反應包括使反應混合物在該溫度下保持30分鐘至180分鐘的時間。在一些情況下,此反應包括:提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液;將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH;加熱二腈化合物溶液;將醛加入經加熱的二腈化合物溶液以形成第一個中間溶液;將腈中間體種子加入第一個中間溶液以形成第二個中間溶液;將氰化氫加入第二個中間溶液以形成第三個中間溶液;並且加熱第三個中間溶液以形成腈中間體。在一些情況下,反應混合物的pH降低至少2.0,這任選地通過加入硫酸進行。在一些情況下,所述反應是在小於5.0的pH下進行。在一些情況下,以1℃/小時至60℃/小時的速率加熱第三個中間溶液。在一些情況下,腈中間體種子的添加量是基於腈中間體的理論產率計為小於1%。在一些情況下,第二個中間溶液包含0.001重量%至1重量%的腈中間體種子。在一些情況下,氰化氫的添加速率是小於1g/min。在一些情況下,腈中間體是以大於90%的產率形成的。在一些情況下,所述反應是在25℃至40℃範圍內的溫度下進行。
在一些方面,本文所述的方法進一步包括從腈中間體形成甘胺酸衍生物。在一些情況下,甘胺酸衍生物具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0007-2
其中:R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團,X是氫、鹼金屬、鹼土金屬或銨,a是0至5,且b是0至5。在一些情況下,R是(C1-C5)烷基,a是1至3,和/或b是1至3。在一些情況下,用於形成甘胺酸衍生物的操作包括使腈中間體進行水解。在一些情況下,水解操作包括使腈中間體與無機氫氧化物反應,所述無機氫氧化物是選自氫氧化銨、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鉀、氫氧化鈉及其組合。在一些情況下,甘胺酸衍生物是丙胺酸-N,N-二乙酸。在一些情況下,以至少60%的產率形成甘胺酸衍生物。
<簡介>
如上所述,本公開描述用於製備含氮螯合劑中間體的特定反應路徑和條件,以及由該中間體製備的螯合劑,例如甘胺酸 衍生物。特別是,本公開描述新的用於以高產率和/或高純度有效地製備腈中間體的反應路徑。腈中間體可以然後進一步加工,從而以高產率和/或高純度製備螯合劑。
本文所述的反應路徑和條件有利地制得結晶形式的腈中間體(結晶固體),例如不需要單獨的結晶步驟。相比之下,常規方法例如斯特雷克爾胺基酸合成法是低效的,並且制得非晶形式的腈中間體,例如作為乳液,其隨後需要進行低效的結晶步驟。這一般通過複雜的機械措施來完成,例如複雜的攪拌工藝。結晶步驟降低了整個反應的效率,並進一步提供損失產物和/或形成雜質的機會。省去結晶操作能有益地提高反應效率。例如,在不需要單獨的結晶步驟的情況下,可以更快速地製備和收集腈中間體。結晶的腈中間體也更好地促進向含氮螯合劑的轉化。另外,省去結晶步驟能降低與製備含氮螯合劑相關的成本。
本公開描述製備腈中間體的方法,其中使二腈化合物與氰化氫和醛(在水溶液中)反應。在此反應中,二腈可以具有以下結構:
Figure 110123993-A0305-02-0008-3
其中a是0至5,且b是0至5;並且醛可以具有式R-CHO,其中R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團。
在此方法中,在反應期間使用腈中間體種子。例如,將 種子加入反應步驟和反應子步驟的一種或多種(中間)反應混合物中。發現使用本文所述的腈中間體種子能有益地促進形成結晶形式的腈中間體(即,作為結晶固體)。結果,驚人地以高純度和/或高產率制得(結晶的)腈中間體。常規方法不使用腈中間體種子,因此需要重要的額外加工以實現結晶,例如進行受控攪拌以獲得晶體。
如下文詳述,二腈化合物、氰化氫和醛進行反應以形成腈中間體的操作可以採取許多形式。此反應可以包括使這些反應物在水溶液中組合並允許進行反應。在一些情況下,這些反應物基本上同時進行組合。在一些情況下,這些反應物按照特定的順序進行組合。
在一些情況下,此反應包括控制反應物(包括種子)的添加以及反應條件。例如,在一些實施方案中,各種反應物可以按照特定的順序加入和/或組合,和可以在整個反應路徑中的特定時刻加入腈中間體種子。根據本發明控制反應可以提供提高的腈中間體的產率和/或純度。
<反應物> 二腈化合物
根據本發明,從二腈化合物(作為反應物)製備腈中間體。對於二腈化合物的結構沒有特別的限制,可以使用任何具有至少2個腈或氰基(-C≡N)官能團的有機化合物。例如,二腈化合 物可以包含具有2個或更多個腈官能團的飽和或不飽和的碳鏈。在一些實施方案中,腈官能團可以是含有一個或多個雜原子例如氧、氮、硫或磷的碳鏈的結構部分。
在一些實施方案中,二腈化合物是在含氮雜原子的碳鏈上具有兩個腈官能團作為結構部分的有機化合物。例如。二腈化合物可以具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0010-11
其中a是0至5,且b是0至5。在一些實施方案中,二腈化合物可以具有以上化學結構,其中a是1,且b是0、1、2、3、4或5。在一些實施方案中,二腈化合物可以具有以上化學結構,其中a是1或2,且b是0、1、2、3或4。在一些實施方案中,二腈化合物可以具有以上化學結構,其中a是1、2或3,且b是1、2或3。示例性的根據以上化學結構的二腈化合物包括:((氰基甲基)胺基)乙腈,((氰基甲基)胺基)丙腈,((氰基甲基)胺基)丁腈,((氰基甲基)胺基)戊腈,((氰基乙基)胺基)乙腈,((氰基乙基)胺基)丙腈,((氰基乙基)胺基)丁腈,((氰基乙基)胺基)戊腈,((氰基丙基)胺基)乙腈,((氰基丙基)胺基)丙腈,((氰基丙基)胺基)丁腈,((氰基丙基)胺基)戊腈,((氰基丁基)胺基)乙腈,((氰基丁基)胺基)丙腈,((氰基丁基)胺基)丁腈,((氰基丁基)胺基)戊腈,((氰基丙基)胺基)乙腈,((氰基丙基)胺基)丙腈,((氰基丙基)胺基)丁腈,以及((氰基丙基)胺基)戊腈。
在一些實施方案中,二腈化合物可以溶解在溶液中,例如二腈化合物可以是二腈化合物溶液中的組分(如下文詳述)。例如,二腈化合物可以與溶劑混合和/或溶解在溶劑中。對於二腈化合物溶液的組成沒有特別的限制,其可以是二腈化合物的任何溶液。在一些實施方案中,例如,二腈化合物溶液可以包含溶解在水性溶劑例如水中、溶解在有機溶劑中、或溶解在水性和有機溶劑二者的溶劑體系中的二腈化合物。
醛可以在寬範圍內變化,許多合適的醛是已知的。特別是,醛可以具有化學式R-CHO,其中R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團。在一些實施方案中,在醛中的R基團是(C1-C10)烷基,例如(C1-C9)烷基、(C1-C8)烷基、(C1-C7)烷基、(C1-C6)烷基或(C1-C5)烷基。在一些實施方案中,在醛中的R基團是(C1-C10)鹵代烷基,例如(C1-C9)鹵代烷基、(C1-C8)鹵代烷基、(C1-C7)鹵代烷基、(C1-C6)鹵代烷基或(C1-C5)鹵代烷基。在一些實施方案中,在醛中的R基團是(C1-C10)鏈烯基,例如(C2-C10)鏈烯基、(C1-C9)鏈烯基、(C2-C9)鏈烯基、(C1-C8)鏈烯基、(C2-C8)鏈烯基、(C1-C7)鏈烯基、(C2-C7)鏈烯基、(C1-C6)鏈烯基、(C2-C6)鏈烯基、(C1-C5)鏈烯基或(C2-C5)鏈烯基。在一些實施方案中,在醛中的R基團是(C1-C10)烷基羧酸酯基團,例如(C1-C9)烷基羧酸酯、(C1-C8)烷基羧酸酯、(C1-C7)烷基羧酸酯、(C1-C6)烷 基羧酸酯或(C1-C5)烷基羧酸酯基團。例如,醛可以包含飽和或不飽和的、直鏈或支化的碳鏈,例如末端羰基官能團。示例性的醛包括乙醛,丙醛,丁醛,戊醛,丙烯醛,丁烯醛,甲醯基乙酸,甲醯基丙酸,以及甲醯基丁酸。
如上所述,醛向其它反應物中的添加順序可以在寬範圍內變化。在一些情況下,將醛加入和/或與二腈化合物(任選地在經加熱的二腈化合物溶液中)反應以形成第一個中間溶液。例如,可以將醛加入二腈化合物溶液,和/或可以將二腈化合物加入醛。在一些情況下,可以將醛加入包含二腈化合物和氰化氫的溶液中。
在一些實施方案中,將腈中間體種子加入和/或與第一個中間溶液反應以形成第二個中間溶液。如上所述,腈中間體種子可以在反應路徑中的其它時刻加入,這種情況的例子如下文詳述。
對於醛在反應中的用量、例如醛在第一個中間溶液或第二個中間溶液中的存在量沒有特別的限制。醛的用量可以基於二腈化合物的量計。在一些實施方案中,例如,醛的添加量使得醛與二腈化合物之間的摩爾比率是0.1:1至10:1,例如0.1:1至8:1,0.1:1至6:1,0.1:1至4:1,0.1:1至2:1,0.2:1至10:1,0.2:1至8:1,0.2:1至6:1,0.2:1至4:1,0.2:1至2:1,0.4:1至10:1,0.4:1至8:1,0.4:1至6:1,0.4:1至4:1,0.4:1至2:1,0.5:1至10:1,0.5:1至8:1,0.5:1至6:1,0.5:1至4:1,0.5:1至2:1,0.8:1至10:1,0.8:1至8:1,0.8:1至6:1,0.8:1至4:1,或0.8:1至2:1。就下限而言,醛與二腈化合物之間的摩爾比率可以大於0.1:1,例如大於0.2:1,大於 0.4:1,大於0.5:1,或大於0.8:1。就上限而言,醛與二腈化合物之間的摩爾比率可以小於10:1,例如小於8:1,小於6:1,小於4:1,或小於2:1。
氰化氫
將氰化氫(HCN)加入一種或多種其它反應物和/或與一種或多種其它反應物反應。氰化氫可以在加入醛之前或之後與二腈化合物組合。在一些實施方案中,醛和氰化氫基本上同時與二腈化合物組合,例如同時組合或在相對於彼此的數分鐘內組合。在一些實施方案中,氰化氫與第一個中間溶液組合,例如包含二腈化合物和醛、但不含腈中間體種子的第一個中間溶液;或與第二個中間溶液組合,例如包含二腈化合物、醛和腈中間體種子的第二個中間溶液。例如,可以將氰化氫加入第一個中間溶液中,和/或可以將第一個中間溶液加入二腈化合物溶液中。在一些實施方案中,例如,可以將氰化氫加入第二個中間溶液(如下文所述)以製備第三個中間溶液。在一些實施方案中,將氰化氫加入二腈化合物溶液和/或與二腈化合物溶液反應。
在一些情況下,HCN可以包含HCN的溶液的形式使用,並且此溶液可以與本文所述的二腈化合物(和醛)反應。
對於氰化氫在反應中的用量、例如加入二腈化合物溶液中的氰化氫的量沒有特別的限制。氰化氫的用量可以是基於二腈化合物的量計。在一些實施方案中,例如,氰化氫的添加量使得 氰化氫與二腈化合物之間的摩爾比率是0.1:1至10:1,例如0.1:1至8:1,0.1:1至6:1,0.1:1至4:1,0.1:1至2:1,0.2:1至10:1,0.2:1至8:1,0.2:1至6:1,0.2:1至4:1,0.2:1至2:1,0.4:1至10:1,0.4:1至8:1,0.4:1至6:1,0.4:1至4:1,0.4:1至2:1,0.5:1至10:1,0.5:1至8:1,0.5:1至6:1,0.5:1至4:1,0.5:1至2:1,0.8:1至10:1,0.8:1至8:1,0.8:1至6:1,0.8:1至4:1,或0.8:1至2:1。就下限而言,氰化氫與二腈化合物之間的摩爾比率可以大於0.1:1,例如大於0.2:1,大於0.4:1,大於0.5:1,或大於0.8:1。就上限而言,氰化氫與二腈化合物之間的摩爾比率可以小於10:1,例如小於8:1,小於6:1,小於4:1,或小於2:1。
腈中間體種子
如上所述,本文公開的方法在反應期間使用腈中間體種子。向一種或多種反應混合物添加腈中間體種子的時刻可以變化。驚人地發現,腈中間體種子的添加顯著改進腈中間體、和隨後甘胺酸衍生物的製備。特別是,腈中間體種子的添加支持形成結晶形式的腈中間體,例如通過二腈化合物、醛和氰化氫的反應。換句話說,在一些情況下,由於在反應期間添加腈中間體種子,本文所述的方法制得結晶的腈中間體。此外,在反應期間在現場形成晶體對改進由該反應得到的腈中間體的產率和純度做出貢獻。
一般而言,腈中間體種子是具有至少兩個腈或氰基官能 團和至少一個羧基官能團的有機化合物。示例性的腈中間體包括:丙胺酸-N,N-二乙腈,丙胺酸-N,N-二丙腈,丙胺酸-N,N-二丁腈,丙胺酸-N-乙腈-N-丙腈,丙胺酸-N-乙腈-N-丁腈,乙基甘胺酸-N,N-二乙腈,乙基甘胺酸-N,N-二丙腈,乙基甘胺酸-N,N-二丁腈,乙基甘胺酸-N-乙腈-N-丙腈,乙基甘胺酸-N-乙腈-N-丁腈,丙基甘胺酸-N,N-二乙腈,丙基甘胺酸-N,N-二丙腈,丙基甘胺酸-N,N-二丁腈,丙基甘胺酸-N-乙腈-N-丙腈,以及丙基甘胺酸-N-乙腈-N-丁腈。
在一些實施方案中,腈中間體種子的化學組成可以根據要通過該反應形成的腈中間體來限定。例如,腈中間體種子可以包含與腈中間體基本上相同的化學結構、例如相同或稍微改變的化學結構。因此,腈中間體的任何組合物(如下文詳述)可以用作腈中間體種子。腈中間體種子可以是腈中間體的固體,或可以是包含腈中間體的液體溶液。在一些實施方案中,例如,腈中間體種子是腈中間體的固體晶體。
在本文所述的方法中,在反應步驟之前和/或期間,將腈中間體種子加入反應混合物中。在一些實施方案中,腈中間體種子可以與二腈化合物組合,例如可以在添加醛和氰化氫之前將腈中間體種子加入二腈化合物溶液中)。在一些實施方案中,在添加醛之後(且在添加氰化氫之前),將腈中間體種子加入反應混合物中。例如,腈中間體種子可以與第一個中間溶液、例如包含二腈化合物和醛的第一個中間溶液組合以製備第二個中間溶液。在一 些實施方案中,在添加氰化氫之後,將腈中間體種子加入反應混合物中。在一些實施方案中,將腈中間體種子基本上與醛和/或氰化氫同時加入反應混合物中。
在一些情況下,僅僅需要少量的腈中間體種子以獲得本文所述的效果,但是可以考慮使用較大的量。加入反應混合物中的腈中間體種子的量可以參照由該反應得到腈中間體的理論產率來描述。在一些實施方案中,加入反應混合物中的腈中間體種子的量是基於由該反應得到腈中間體的理論產率計為小於1%,例如小於0.8%,小於0.5%,小於0.2%,小於0.1%,或小於0.08%。就下限而言,加入反應混合物中的腈中間體種子的量是基於由該反應得到腈中間體的理論產率計為大於0.0001%,例如大於0.0005%,大於0.001%,大於0.005%,或大於0.008%。
加入反應混合物中的腈中間體種子的量也可以參照腈中間體種子在反應混合物中的重量百分比來描述,例如腈中間體種子在第二個中間溶液中的重量百分比。在一些實施方案中,第二個中間溶液包含0.001重量%至1重量%的腈中間體種子,例如0.001重量%至0.5重量%,0.001重量%至0.1重量%,0.001重量%至0.08重量%,0.005重量%至1重量%,0.005重量%至0.5重量%,0.005重量%至0.1重量%,0.005重量%至0.08重量%,0.008重量%至1重量%,0.008重量%至0.5重量%,0.008重量%至0.1重量%,0.008重量%至0.08重量%,0.01重量%至1重量%,0.01重量%至0.5重量%,0.01重量%至0.1重量%,或0.01重量%至 0.08重量%。就上限而言,第二個中間溶液可以包含小於1重量%的腈中間體種子,例如小於0.5重量%,小於0.1重量%,或小於0.08重量%。
反應
如上所述,本文所述方法中的反應步驟可以包括控制反應物的添加以及反應條件。例如,在一些實施方案中,各種反應物可以按照特定的順序加入和/或組合,和可以在整個反應路徑中的特定時刻加入腈中間體種子。本文所述的反應條件可以進一步改進腈中間體的製備,例如腈中間體的純度和/或產率。特別是,本發明人驚人地發現,在本文提供的溫度和pH條件下能通過該反應以本文所述的純度和/或產率獲得腈中間體。
根據本發明控制反應可以提供提高的腈中間體的產率和/或純度。
各組分
在一些實施方案中,此反應包括提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液。例如,此方法可以包括將二腈化合物溶解在溶劑中以製備二腈化合物溶液。對於二腈化合物溶液的組成沒有特別的限制,可以使用二腈化合物的任何溶液。在一些實施方案中,例如,二腈化合物溶液可以包含溶解在水性溶劑、例如水中的二腈化合物。在一些實施方案中,二腈化合物溶液可以包含溶解在 有機溶劑中的二腈化合物。在一些實施方案中,二腈化合物溶液是二腈化合物溶解在水性和有機溶劑二者的溶劑體系中的溶液。
對於二腈化合物溶液的濃度沒有特別的限制。在一些實施方案中,二腈化合物溶液包含5重量%至60重量%的二腈化合物,例如5重量%至55重量%,5重量%至50重量%,5重量%至45重量%,5重量%至40重量%,10重量%至60重量%,10重量%至55重量%,10重量%至50重量%,10重量%至45重量%,10重量%至40重量%,15重量%至60重量%,15重量%至55重量%,15重量%至50重量%,15重量%至45重量%,15重量%至40重量%,20重量%至60重量%,20重量%至55重量%,20重量%至50重量%,20重量%至45重量%,或20重量%至40重量%。就下限而言,二腈化合物溶液可以包含大於5重量%的二腈化合物,例如大於10重量%,大於15重量%,或大於20重量%。就上限而言,二腈化合物溶液可以包含小於60重量%的二腈化合物,例如小於55重量%,小於50重量%,小於45重量%,或小於40重量%。
不受限於任何理論,可以在任何溫度下提供二腈化合物溶液以進行反應,或可以將二腈化合物溶液加熱到目標溫度。在一些實施方案中,在室溫下提供二腈化合物溶液。在一些實施方案中,二腈化合物是約10℃至約30℃,例如約10℃至約29℃,約10℃至約28℃,約10℃至約27℃,約10℃至約26℃,約10℃至約25℃,約12℃至約30℃,約12℃至約29℃,約12℃ 至約28℃,約12℃至約27℃,約12℃至約26℃,約12℃至約25℃,約14℃至約30℃,約14℃至約29℃,約14℃至約28℃,約14℃至約27℃,約14℃至約26℃,約14℃至約25℃,約18℃至約30℃,約18℃至約29℃,約18℃至約28℃,約18℃至約27℃,約18℃至約26℃,約18℃至約25℃,約20℃至約30℃,約20℃至約29℃,約20℃至約28℃,約20℃至約27℃,約20℃至約26℃,約20℃至約25℃,約22℃至約30℃,約22℃至約29℃,約22℃至約28℃,約22℃至約27℃,約22℃至約26℃,或約22℃至約25℃。
在一些情況下,此反應包括調節二腈化合物溶液的溫度。在一些實施方案中,將二腈化合物溶液例如在與醛和氰化氫組合之前加熱到在25℃至50℃範圍內的溫度,例如25℃至48℃,25℃至45℃,25℃至42℃,25℃至40℃,26℃至50℃,26℃至48℃,26℃至45℃,26℃至42℃,26℃至40℃,27℃至50℃,27℃至48℃,27℃至45℃,27℃至42℃,27℃至40℃,28℃至50℃,28℃至48℃,28℃至45℃,28℃至42℃,28℃至40℃,29℃至50℃,29℃至48℃,29℃至45℃,29℃至42℃,29℃至40℃,30℃至50℃,30℃至48℃,30℃至45℃,30℃至42℃,或30℃至40℃。就下限而言,可以將二腈化合物溶液加熱到大於25℃的溫度,例如大於26℃,大於27℃,大於28℃,大於29℃,或大於30℃。就上限而言,可以將二腈化合物溶液加熱到小於50℃的溫度,例如小於48℃,小於45℃,小於42℃, 或小於40℃。
反應物(和/或反應混合物和/或各種中間混合物)的酸度和/或鹼度可以顯著影響反應進程。特別是,本文所述的反應可以需要酸性環境,例如pH小於7。
在一些實施方案中,在大約中性pH下提供二腈化合物溶液,例如pH為5至9,例如6至8,6.5至7.5,或6.75至7.25。因此,在一些情況下,該反應包括改變、例如控制和/調節二腈化合物溶液的pH。在一些實施方案中,pH可以通過添加無機酸來改進,例如鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氫氟酸、氫溴酸、高氯酸或氫碘酸。
在一些實施方案中,將二腈化合物溶液調節到在0.5至4範圍內的pH,例如0.5至3.8,0.5至3.6,0.5至3.4,0.5至3.2,0.5至3.0,0.8至4,0.8至3.8,0.8至3.6,0.8至3.4,0.8至3.2,0.8至3.0,1.0至4,1.0至3.8,1.0至3.6,1.0至3.4,1.0至3.2,1.0至3.0,1.2至4,1.2至3.8,1.2至3.6,1.2至3.4,1.2至3.2,1.2至3.0,1.5至4,1.5至3.8,1.5至3.6,1.5至3.4,1.5至3.2,或1.5至3.0。
在一些情況下,此反應包括調節醛(或含有醛的溶液)的溫度。在一些實施方案中,將醛例如在與二腈化合物溶液組合之前加熱或冷卻到在1℃至40℃範圍內的溫度,例如2℃至35℃,3℃至30℃,或4℃至25℃。在一些情況下,此反應包括例如在與二腈化合物溶液組合之前,將醛的pH改變例如控制和/或調節到0.5 至9的pH。
如上所述,此反應可以包括加入醛(或含有醛的溶液)。對加入醛的方法沒有特別的限制。在一些情況下,例如,可以用注射器、例如液面下(sub-surface)注射器將醛加入二腈化合物溶液中。在一個實施方案中,醛的添加速率是5g/min至25g/min,例如8g/min至22g/min,10g/min至20g/min,或12g/min至15g/min。就下限而言,此添加速率可以大於5g/min,例如大於8g/min,大於10g/min,或大於12g/min。就上限而言,此添加速率可以小於25g/min,例如小於22g/min,小於20g/min,小於18g/min,或小於15g/min。
在一些情況下,此反應包括調節氰化氫(或含有氰化氫的溶液)的溫度。在一些實施方案中,將氰化氫例如在與二腈化合物溶液組合之前加熱或冷卻到1℃至40℃的溫度,例如2℃至35℃,3℃至30℃,或4℃至25℃。在一些情況下,此反應包括例如在與二腈化合物溶液組合之前將氰化氫的pH改變例如控制和/或調節到0.5至9的pH。
如上所述,此反應可以包括加入氰化氫(或含有氰化氫的溶液)。對於加入氰化氫的方法沒有特別的限制。在一些情況下,例如,可以用注射器、例如液面下注射器將氰化氫加入二腈化合物溶液中。在一個實施方案中,氰化氫的添加速率是0.01g/min至1g/min,例如0.02g/min至0.5g/min,0.05g/min至0.3g/min,或0.08g/min至0.2g/min。就下限而言,此添加速率可以大於 0.01g/min,例如大於0.02g/min,大於0.05g/min,或大於0.08g/min。就上限而言,此添加速率可以小於1g/min,例如小於0.5g/min,小於0.3g/min,或小於0.2g/min。
反應條件
在一些情況下,此反應包括將二腈化合物例如二腈化合物溶液、醛、氰化氫和/或腈中間體種子進行組合。在一些實施方案中,所有反應物同時或基本上同時進行組合,例如在相對於彼此的數分鐘內進行組合。在一些實施方案中,這些反應物按照特定的順序進行組合。在一些實施方案中,例如,二腈化合物例如二腈化合物溶液和醛可以在添加氰化氫之前進行組合。在一些實施方案中,二腈化合物例如二腈化合物溶液和氰化氫可以在添加醛之前進行組合。
通過組合兩種或更多種反應物所形成的混合物、例如溶液,例如第一個、第二個或第三個中間溶液,可以稱為反應混合物。
在一些實施方案中,在反應期間控制一種或多種反應混合物的pH。如上所述,本文所述的反應可以在酸性環境中進行。在一些實施方案中,在反應過程中保持pH。例如,可以在組合反應物之後調節反應的pH,例如重新調節,這是因為反應物的組合可以影響反應混合物的pH。在一些實施方案中,可以監控反應混合物的pH,例如使用pH測量儀進行,並且如果測得的pH隨著時 間而增加,則可以將無機酸加入反應混合物中。
在一些實施方案中,使反應混合物保持在0.5至4範圍內的pH,例如0.5至3.8,0.5至3.6,0.5至3.4,0.5至3.2,0.5至3.0,0.8至4,0.8至3.8,0.8至3.6,0.8至3.4,0.8至3.2,0.8至3.0,1.0至4,1.0至3.8,1.0至3.6,1.0至3.4,1.0至3.2,1.0至3.0,1.2至4,1.2至3.8,1.2至3.6,1.2至3.4,1.2至3.2,1.2至3.0,1.5至4,1.5至3.8,1.5至3.6,1.5至3.4,1.5至3.2,或1.5至3.0。
反應混合物的溫度也可以顯著影響反應過程。例如,反應混合物的溫度可以影響反應物在溶液中的溶解性和/或反應速率。所以希望控制反應混合物的溫度。如上所述,例如,可以將每種反應物例如二腈化合物溶液、乙醛和/或氰化氫在組合之間進行加熱。在一些實施方案中,也可以控制或保持反應混合物的溫度。對於控制反應混合物的溫度的方法沒有特別的限制。在一些實施方案中,機械熱控制、例如加熱壁或熱板可以用於控制反應混合物的溫度。
在一些實施方案中,在反應期間控制一種或多種反應混合物的溫度。在一些實施方案中,例如,將二腈化合物例如二腈化合物溶液、醛、氰化氫和腈中間體種子的混合物進行加熱。在一些實施方案中,將反應混合物加熱到在30℃至80℃範圍內的溫度,例如30℃至75℃,30℃至70℃,30℃至65℃,30℃至60℃,32℃至80℃,32℃至75℃,32℃至70℃,32℃至65℃, 32℃至60℃,35℃至80℃,35℃至75℃,35℃至70℃,35℃至65℃,35℃至60℃,38℃至80℃,38℃至75℃,38℃至70℃,38℃至65℃,38℃至60℃,40℃至80℃,40℃至75℃,40℃至70℃,40℃至65℃,40℃至60℃,42℃至80℃,42℃至75℃,42℃至70℃,42℃至65℃,或42℃至60℃。就下限而言,可以將反應混合物加熱到大於30℃的溫度,例如大於32℃,大於35℃,大於38℃,大於40℃,或大於42℃。就上限而言,可以將反應混合物加熱到小於80℃的溫度,例如小於75℃,小於70℃,小於65℃,或小於60℃。在一些情況下,可以將反應混合物加熱到以下溫度:約40℃,約41℃,約42℃,約43℃,約44℃,約45℃,約46℃,約47℃,約48℃,約49℃,約50℃,約51℃,約52℃,約53℃,約54℃,約56℃,約57℃,約58℃,約59℃,約60℃,約61℃,約62℃,約63℃,約64℃,或約65℃。
對於加熱反應混合物的速率沒有特別的限制。在一個實施方案中,例如,反應混合物以1℃/小時至60℃/小時的速率進行加熱,例如1℃/小時至50℃/小時,1℃/小時至40℃/小時,1℃/小時至30℃/小時,1℃/小時至20℃/小時,3℃/小時至60℃/小時,3℃/小時至50℃/小時,3℃/小時至40℃/小時,3℃/小時至30℃/小時,3℃/小時至20℃/小時,6℃/小時至60℃/小時,6℃/小時至50℃/小時,6℃/小時至40℃/小時,6℃/小時至30℃/小時,6℃/小時至20℃/小時,10℃/小時至60℃/小時,10℃/小時至50℃/小時,10℃/小時至40℃/小時,10℃/小時至30℃/小時,10℃/小 時至20℃/小時,10℃/小時至60℃/小時,10℃/小時至50℃/小時,10℃/小時至40℃/小時,10℃/小時至30℃/小時,或10℃/小時至20℃/小時。
可以使反應混合物保持在加熱溫度以確保反應進行至完全。在一些情況下,此反應包括使加熱溫度保持一段時間。在一些實施方案中,例如,可以使反應混合物的加熱溫度保持30分鐘至180分鐘的時間,例如30分鐘至150分鐘,30分鐘至120分鐘,30分鐘至90分鐘,45分鐘至180分鐘,45分鐘至150分鐘,45分鐘至120分鐘,或45分鐘至90分鐘。就下限而言,加熱溫度可以保持至少30分鐘,至少35分鐘,至少40分鐘,至少45分鐘,至少50分鐘,或至少55分鐘。就上限而言,加熱溫度可以保持小於180分鐘,例如小於165分鐘,小於150分鐘,小於135分鐘,小於120分鐘或小於105分鐘。在一些情況下,使加熱溫度保持約45分鐘,約50分鐘,約55分鐘,約60分鐘,約65分鐘,約70分鐘,約75分鐘,約80分鐘,約85分鐘,或約90分鐘。
在一些實施方案中,此反應包括上述條件和參數的一些組合。換句話說,此反應可以包括上述溫度、pH和混合參數的任何組合。在一些實施方案中,例如,此反應可以包括:提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液,將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH,加熱二腈化合物溶液,將醛加入經加熱的二腈化合物溶液以形成第一個中間溶液,將腈中間體種子加入第 一個中間溶液以形成第二個中間溶液,將氰化氫加入第二個中間溶液以形成第三個中間溶液,和/或加熱第三個中間溶液以形成腈中間體。
反應中間體
在一些情況下,二腈化合物、醛和氰化氫的反應可以得到反應中間體。例如,可以通過二腈化合物和醛之間的反應得到反應中間體。在一些實施方案中,反應中間體可以進一步用於製備上述腈中間體。例如,反應中間體可以與一種或多種反應物例如二腈化合物、醛和氰化氫反應以製備腈中間體。在一些實施方案中,反應中間體可以與溶劑、例如水性溶劑反應。例如,反應中間體可以進行水解以製備腈中間體。
對於反應中間體沒有特別的限制,其將根據反應物例如二腈化合物、醛和氰化氫而變化。一般而言,反應中間體是胺基腈,例如具有至少一個胺基官能團和至少兩個腈或氰基官能團的有機化合物。在一些實施方案中,反應中間體是具有以下化學結構的化合物:
Figure 110123993-A0305-02-0026-5
其中a是0至5,b是0至5,並且R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團。特別是,a和b可以與它們在二腈化合物中的相應值對應,並且R可以與其在醛中的相應值對應。示例性的反應中間體包括1-胺基-1-氰基乙烷-N,N-二乙腈,1-胺基-1-氰基乙烷-N,N-二丙腈,1-胺基-1-氰基乙烷-N,N-二丁腈,1-胺基-1-氰基乙烷-N-乙腈-N-丙腈,1-胺基-1-氰基乙烷-N-乙腈-N-丁腈,1-胺基-1-氰基丙烷-N,N-二乙腈,1-胺基-1-氰基丙烷-N,N-二丙腈,1-胺基-1-氰基丙烷-N,N-二丁腈,1-胺基-1-氰基丙烷-N-乙腈-N-丙腈,1-胺基-1-氰基丙烷-N-乙腈-N-丁腈,1-胺基-1-氰基丁烷-N,N-二乙腈,1-胺基-1-氰基丁烷-N,N-二丙腈,1-胺基-1-氰基丁烷-N,N-二丁腈,1-胺基-1-氰基丁烷-N-乙腈-N-丙腈,以及1-胺基-1-氰基丁烷-N-乙腈-N-丁腈。
產物、腈中間體
如上文所述,通過二腈化合物、醛和氰化氫的反應制得腈中間體。對於腈中間體沒有特別的限制,並將根據二腈化合物而變化。一般而言,腈中間體是具有至少兩個腈或氰基官能團和至少一個羧基官能團的有機化合物。在一些實施方案中,腈中間體是具有以下化學結構的化合物:
Figure 110123993-A0305-02-0028-6
其中a是0至5,b是0至5,並且R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團。在一些實施方案中,腈中間體可以具有以上化學結構,其中a是1,且b是0、1、2、3、4或5。在一些實施方案中,腈中間體可以具有以上化學結構,其中a是1或2,且b是0、1、2、3或4。在一些實施方案中,腈中間體可以具有以上化學結構,其中a是1、2或3,且b是1、2或3。在一些實施方案中,在腈中間體中的R基團是(C1-C10)烷基,例如(C1-C9)烷基、(C1-C8)烷基、(C1-C7)烷基、(C1-C6)烷基或(C1-C5)烷基。在一些實施方案中,在腈中間體中的R基團是(C1-C10)鹵代烷基,例如(C1-C9)鹵代烷基、(C1-C8)鹵代烷基、(C1-C7)鹵代烷基、(C1-C6)鹵代烷基或(C1-C5)鹵代烷基。在一些實施方案中,在腈中間體中的R基團是(C1-C10)鏈烯基,例如(C2-C10)鏈烯基、(C1-C9)鏈烯基、(C2-C9)鏈烯基、(C1-C8)鏈烯基、(C2-C8)鏈烯基、(C1-C7)鏈烯基、(C2-C7)鏈烯基、(C1-C6)鏈烯基、(C2-C6)鏈烯基、(C1-C5)鏈烯基或(C2-C5)鏈烯基。在一些實施方案中,在腈中間體中的R基團是(C1-C10)烷基羧酸酯基團,例如(C1-C9)烷基羧酸酯、(C1-C8)烷基羧酸酯、(C1-C7)烷基羧酸酯、(C1-C6)烷基羧 酸酯或(C1-C5)烷基羧酸酯基團。特別是,a和b可以與它們在二腈化合物中的相應值對應,並且R可以與其在醛中的相應值對應。
示例性的腈中間體包括丙胺酸-N,N-二乙腈,丙胺酸-N,N-二丙腈,丙胺酸-N,N-二丁腈,丙胺酸-N-乙腈-N-丙腈,丙胺酸-N-乙腈-N-丁腈,乙基甘胺酸-N,N-二乙腈,乙基甘胺酸-N,N-二丙腈,乙基甘胺酸-N,N-二丁腈,乙基甘胺酸-N-乙腈-N-丙腈,乙基甘胺酸-N-乙腈-N-丁腈,丙基甘胺酸-N,N-二乙腈,丙基甘胺酸-N,N-二丙腈,丙基甘胺酸-N,N-二丁腈,丙基甘胺酸-N-乙腈-N-丙腈,以及丙基甘胺酸-N-乙腈-N-丁腈。
如上文所述,本文所述的方法獲得結晶形式的腈中間體(即結晶固體)。換句話說,通過所述方法獲得腈中間體的晶體,特別是不需要使用單獨的結晶步驟。此外,腈中間體不會形成乳液,所以不需要額外的機械加工、例如攪拌以進行分離。由於不需要額外的步驟(並省去相關的時間和成本),所以結晶形式的腈中間體的形成提高了製備方法的效率。
本文所述的方法以高產率制得腈中間體。在一些實施方案中,腈中間體是以大於70%的產率形成的,例如大於75%,大於80%,大於85%,大於90%。就上限而言,腈中間體可以小於100%的產率形成,例如小於99.9%,小於99.5%,小於99%,或小於98%。
<進一步反應>
如上文所述,本公開也提供反應路徑,這包括從由本文所述方法形成的腈中間體、例如丙胺酸-N,N-二腈製備甘胺酸衍生物,例如丙胺酸-N,N-二乙酸。對於甘胺酸衍生物的結構沒有特別的限制。就如其名稱所示,甘胺酸衍生物可以是屬於胺基酸的甘胺酸的結構衍生物。特別是,甘胺酸衍生物可以是任何具有至少一個羧基官能團和至少一個胺基官能團的有機化合物,其中羧基官能團和胺基官能團被1個碳原子分隔開。在一些實施方案中,用於分隔羧基和胺基官能團的碳原子可以被額外的結構部分改性。在一些實施方案中,胺基官能團的氮原子可以被額外的結構部分改性。
在一些實施方案中,甘胺酸衍生物是這樣的有機化合物:其具有兩個含羧基的官能團作為在胺基官能團的氮原子上的結構部分。例如,甘胺酸衍生物可以具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0030-7
其中a是0至5,b是0至5,並且R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團。特別是,a和b可以與在它們在二腈化合物中的相應值對應,並且R可以與其在醛中的相應值對應。在以上化學結構中,X是氫、鹼金屬、鹼 土金屬或銨。示例性的腈中間體包括丙胺酸-N,N-二乙酸,丙胺酸-N,N-二丙酸,丙胺酸-N,N-二丁酸,丙胺酸-N-乙酸-N-丙酸,丙胺酸-N-乙酸-N-丁酸,乙基甘胺酸-N,N-二乙酸,乙基甘胺酸-N,N-二丙酸,乙基甘胺酸-N,N-二丁酸,乙基甘胺酸-N-乙酸-N-丙酸,乙基甘胺酸-N-乙酸-N-丁酸,丙基甘胺酸-N,N-二乙酸,丙基甘胺酸-N,N-二丙酸,丙基甘胺酸-N,N-二丁酸,丙基甘胺酸-N-乙酸-N-丙酸,以及丙基甘胺酸-N-乙酸-N-丁酸。
在本文所述的方法中,甘胺酸衍生物可以通過將腈中間體的腈官能團轉化成羧基官能團來形成。特別是,甘胺酸衍生物可以通過使腈中間體進行水解來形成。
對於腈中間體的水解沒有特別的限制,和可以使用任何已知的方法。在一些實施方案中,水解是在水溶液中使用強酸進行。在一些實施方案中,水解是在水溶液中使用強鹼進行。合適的強鹼包括無機堿,例如氫氧化銨、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鉀、氫氧化鈉及其組合。
水解以高產率制得甘胺酸衍生物。在一些實施方案中,甘胺酸衍生物是以大於60%的產率形成的,例如大於65%,大於70%,大於85%,大於90%。就上限而言,甘胺酸衍生物可以小於100%的產率形成,例如小於99%,小於98%,或小於95%。
應當理解的是,上文所述的變體以及其它特徵和功能或其替代方案可以組合成許多其它不同的體系或應用。本領域技術 人員可以隨後考慮各種目前未預見或預期的替代方案、改進、變化或改善措施,這些也包含在以下請求項或其等同形式的範圍內。
<實施方案>
在下文中,對於一系列實施方案的任何引用應當理解為獨立地引用這些實施方案的每一項(例如“實施方案1-4”應理解為表示“實施方案1、2、3或4”)。
實施方案1是一種製備腈中間體的方法,此方法包括:使二腈化合物與氰化氫和式R-CHO的醛在水溶液中反應以形成腈中間體,其中R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團;其中在反應期間使用腈中間體種子。
實施方案2是根據實施方案1所述的方法,其中此反應形成作為結晶固體的腈中間體。
實施方案3是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此方法不包括結晶步驟。
實施方案4是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中二腈化合物具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0032-8
其中a是0至5,且b是0至5。
實施方案5是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中腈中間體是丙胺酸-N,N-二腈。
實施方案6是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應不形成作為乳液的腈中間體。
實施方案7是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中腈中間體是以大於70%的產率形成的。
實施方案8是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應包括提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液。
實施方案9是根據實施方案8所述的方法,其中此反應包括將二腈化合物溶液加熱到在25℃至50℃範圍內的溫度。
實施方案10是根據實施方案8所述的方法,其中此反應包括將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH。
實施方案11是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應包括將反應混合物的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH。
實施方案12是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應包括將腈中間體種子加入反應混合物中。
實施方案13是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應包括將反應混合物加熱到在30℃至80℃範圍內的溫度。
實施方案14是根據實施方案13所述的方法,其中此反應包括使反應混合物在該溫度下保持30分鐘至180分鐘的時間。
實施方案15是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應包括:提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液;將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH;加熱二腈化合物溶液;將醛加入經加熱的二腈化合物溶液以形成第一個中間溶液;將腈中間體種子加入第一個中間溶液以形成第二個中間溶液;將氰化氫加入第二個中間溶液以形成第三個中間溶液;並且加熱第三個中間溶液以形成腈中間體。
實施方案16是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中反應混合物的pH降低至少2.0,這任選地通過加入硫酸進行。
實施方案17是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應是在小於5.0的pH下進行。
實施方案18是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中第三個中間溶液是以1℃/小時至60℃/小時的速率進行加熱。
實施方案19是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中腈中間體種子的添加量是基於腈中間體的理論產率計為小於1%。
實施方案20是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中第二個中間溶液包含0.001重量%至1重量%的腈中間體種子。
實施方案21是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中氰化氫的添加速率是小於1g/min。
實施方案22是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中腈中間體是以大於90%的產率形成的。
實施方案23是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中此反應是在25℃至40℃範圍內的溫度下進行。
實施方案24是根據上述實施方案中任一項所述的方法,其中R是(C1-C5)烷基,a是1至3,和/或b是1至3。
實施方案25是根據上述實施方案中任一項所述的方法,還包括從腈中間體形成甘胺酸衍生物。
實施方案26是根據實施方案25所述的方法,其中甘胺酸衍生物具有以下化學結構:
Figure 110123993-A0305-02-0035-9
其中:R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團,X是氫、鹼金屬、鹼土金屬或銨,a是0至5,且b是0至5。
實施方案27是根據實施方案25或請求項26所述的方法,其中用於形成甘胺酸衍生物的操作包括使腈中間體進行水解。
實施方案28是根據實施方案25-27中任一項所述的方法,其中水解操作包括使腈中間體與無機氫氧化物反應,無機氫 氧化物是選自氫氧化銨、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鎂、氫氧化鉀、氫氧化鈉及其組合。
實施方案29是根據實施方案25-27中任一項所述的方法,其中甘胺酸衍生物是丙胺酸-N,N-二乙酸。
實施方案30是根據實施方案25-28中任一項所述的方法,其中甘胺酸衍生物是以至少60%的產率形成的。
<實施例>
下面參考實施例進一步說明本發明。
對比例A
在室溫下將((氰基甲基)胺基)乙腈(13.3g)加入50mL去離子水中以製備二腈化合物溶液。將乙醛(7.8g)加入二腈化合物溶液中。將所得的溶液加熱到25℃。加入硫酸以將pH調節到2.0-2.5。然後,在半小時內加入氰化氫(4.9g)。在添加氰化氫的同時,將該溶液加熱到50℃。在完成氰化氫的添加之後,使該溶液保持在50℃並攪拌3小時。
在3小時後,加入丙胺酸-N,N-二腈的種子(<0.5g)。將該溶液冷卻到5℃並在5℃下保持1小時。在1小時後,該溶液是渾濁的乳液,且沒有觀察到晶體產物。使該溶液在室溫下靜置1星期,該溶液保持為渾濁的乳液。沒有觀察到晶體,且無法計算產率。
實施例1
在室溫下將((氰基甲基)胺基)乙腈(13.3g)加入70mL去離子水中以製備二腈化合物溶液。向二腈化合物溶液加入硫酸以將二腈化合物溶液的pH從7.9調節到2.0。然後,將經酸化的二腈化合物溶液加熱到30-35℃。將乙醛(7.8g)加入二腈化合物溶液以形成第一個中間溶液。將丙胺酸-N,N-二腈的種子(0.031g)加入第一個中間溶液以形成第二個中間溶液。然後,在1小時內將氰化氫(4.9g)加入第二個中間溶液以形成第三個中間溶液。在添加氰化氫的同時,將第三個中間溶液加熱到50℃。在完成氰化氫的添加之後,使第三個中間溶液保持在50℃並攪拌1小時。
在1小時後,使第三個中間溶液冷卻到室溫。在該溶液冷卻的同時,形成結晶的丙胺酸-N,N-二腈(腈中間體)。固體晶體進行過濾並乾燥過夜。在乾燥後,測得丙胺酸-N,N-二腈晶體的重量是19.4g,這對應於粗產率為92%。
如上所述,在對比例A的實驗中在反應期間沒有添加腈中間體種子,而在實施例1的實驗中在反應期間添加腈中間體種子。結果,實施例1的反應獲得了晶體形式的丙胺酸-N,N-二腈產物,而對比例A的反應獲得了不含晶體的渾濁溶液。因為對比例A沒有獲得晶體,所以需要額外的加工、例如專門的攪拌和/或重結晶工藝來收集腈中間體產物。而實施例1的晶體可以簡單的方式收集,例如通過過濾進行。

Claims (13)

  1. 一種製備腈中間體的方法,此方法包括:使二腈化合物與氰化氫和式R-CHO的醛在水溶液中反應以形成腈中間體,其中R是(C1-C10)烷基、(C1-C10)鹵代烷基、(C1-C10)鏈烯基或(C1-C10)烷基羧酸酯基團;其中在反應期間使用腈中間體種子。
  2. 如請求項1的方法,其中腈中間體是結晶固體。
  3. 如請求項1或2的方法,其中二腈化合物具有以下化學結構:
    Figure 110123993-A0305-02-0039-10
    其中a是0至5,且b是0至5。
  4. 如請求項1的方法,其中腈中間體是丙胺酸-N,N-二腈。
  5. 如請求項1的方法,其中此反應還包括:提供包含二腈化合物的二腈化合物溶液;將二腈化合物溶液的pH調節到在0.5至4.0範圍內的pH;加熱二腈化合物溶液;將醛加入經加熱的二腈化合物溶液以形成第一個中間溶液;將腈中間體種子加入第一個中間溶液以形成第二個中間溶液;將氰化氫加入第二個中間溶液以形成第三個中間溶液;和 加熱第三個中間溶液以形成腈中間體。
  6. 如請求項5的方法,其中將二腈化合物溶液加熱到在25℃至50℃範圍內的溫度。
  7. 如請求項5的方法,其中第三個中間溶液是以1℃/小時至60℃/小時的速率進行加熱。
  8. 如請求項1的方法,其中腈中間體種子的添加量是基於腈中間體的理論產率計為小於1%。
  9. 如請求項5的方法,其中第二個中間溶液包含0.001重量%至1重量%的腈中間體種子。
  10. 如請求項1的方法,其中氰化氫的添加速率是小於1g/min。
  11. 如請求項1的方法,其中此反應在小於5.0的pH下進行。
  12. 請如請求項1的方法,其中此反應是在25℃至40℃範圍內的溫度下進行。
  13. 如請求項1的方法,此方法還包括使腈中間體進行水解。
TW110123993A 2020-06-30 2021-06-30 使用二腈化合物製備腈中間體的方法 TWI798736B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063046245P 2020-06-30 2020-06-30
US63/046,245 2020-06-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202210453A TW202210453A (zh) 2022-03-16
TWI798736B true TWI798736B (zh) 2023-04-11

Family

ID=77051180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110123993A TWI798736B (zh) 2020-06-30 2021-06-30 使用二腈化合物製備腈中間體的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210403412A1 (zh)
TW (1) TWI798736B (zh)
WO (1) WO2022006251A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230008538A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-12 Ascend Performance Materials Operations Llc Process for preparing nitrile intermediates for nitrogen-containing chelators

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110004016A1 (en) * 2008-03-03 2011-01-06 Basf Se Method for the production of aminodicarboxylic acid-n,n-diacetic acids
CN107108476A (zh) * 2014-12-23 2017-08-29 阿克苏诺贝尔化学品国际有限公司 丙氨酸n‑乙酸前体的晶体、其制备方法及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110004016A1 (en) * 2008-03-03 2011-01-06 Basf Se Method for the production of aminodicarboxylic acid-n,n-diacetic acids
CN107108476A (zh) * 2014-12-23 2017-08-29 阿克苏诺贝尔化学品国际有限公司 丙氨酸n‑乙酸前体的晶体、其制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022006251A1 (en) 2022-01-06
US20210403412A1 (en) 2021-12-30
TW202210453A (zh) 2022-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5191540B2 (ja) グルタミン酸n,n−二酢酸アミド、グルタミン酸n−酢酸アミドn−アセトニトリル、これらのアルカリ金属塩、それらの調製プロセス及びそれらの使用
EP0745582B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Glycin-N,N-diessigsäure-Derivaten durch Umsetzung von Glycinderivaten oder deren Vorstufen mit Formaldehyd und Cyanwasserstoff oder von Iminodiacetonitril oder Iminodiessigsäure mit entsprechenden Aldehyden und Cyanwasserstoff in wässrig-saurem Medium
CN109134286B (zh) 一种甲基甘氨酸二乙酸三钠盐的制备方法
TWI783559B (zh) 使用四氨基化合物製備腈中間體的方法
TWI798736B (zh) 使用二腈化合物製備腈中間體的方法
JP5802200B2 (ja) シアン化物塩を用いるキレート化剤又はその前駆体の製造方法
JP2992428B2 (ja) アミノポリカルボン酸類およびその製造方法
TW202210451A (zh) 含氮螯合劑的製備
EP0745581B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Glycin-N,N-diessigsäure-Derivaten durch Umsetzung von Glycinderivaten oder deren Vorstufen mit Formaldehyd und Alkalimetallcyanid in wässrig-alkalischem Medium
JP3182464B2 (ja) 1−シアノメチル−4−カルボキシメチル−2−ケトピペラジン、それの塩類、およびそれらの製造
EP1244612B1 (en) Process for preparing alkylene diamine triacetic acid
JP2002356464A5 (zh)
TW202315859A (zh) 製備含氮螯合劑的腈中間體的方法
JPH02101054A (ja) β―アラニンジ醋酸或はそのアルカリ金属塩乃至アンモニウム塩の製造方法
JP3623809B2 (ja) β−アラニン−N,N−二酢酸およびその塩の製造方法
JP3870448B2 (ja) アミノジカルボン酸−n,n−二酢酸塩類の製造法
JP4745581B2 (ja) アルキレンジアミン三酢酸の製造方法
JPH0827097A (ja) アミノスルホン酸−n,n−二酢酸とそのアルカリ金属塩の製造法およびそれらを含む生分解性キレート剤
JPH08268986A (ja) アスパラギン酸− n,n−二酢酸またはその塩類の製造方法
KR930009040B1 (ko) 글리신의 제조방법
JPS585184B2 (ja) n−プロピル−n−プロピリデンアセトアミドの製造方法
JP2004359700A (ja) β−アラニン−N,N−二酢酸およびその塩の製造方法
KR20210152656A (ko) 가도테레이트 메글루민 중간체인 가도테릭산 및 이를 이용한 가도테레이트 메글루민 제조 방법