專利名稱：由酮肟制備酰胺的方法
由酮坊制備酰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備酰胺的方法。特別地，該方法涉及到一種在工
業(yè)規(guī)^t上可進(jìn)行的方法，其中可以依靠貝克曼(Beckmann)重排作用將 酮將轉(zhuǎn)化為環(huán)狀的或者無環(huán)的酰胺。
貝克曼重排作用被用于從酮肟開始來制備酰胺。在工業(yè)規(guī)模上特別 重要的是制備尼龍-6的己內(nèi)酰胺的制備和制備尼龍-12的月桂基內(nèi)酰胺 (lauryllactam )的制備(Beyer Walter, Lehrbuch der organischen Chemie [Textbook of Organic Chemistry],第22版,斯圖加特1991,第546頁)。
該反應(yīng)典型的是在強(qiáng)酸介質(zhì)中在高溫進(jìn)行的，這導(dǎo)致了高的副產(chǎn)物 含量和與此相關(guān)的復(fù)雜的凈化，并降低了產(chǎn)率以及與此相關(guān)的高能源成 本。
有文獻(xiàn)描述了 一種另外的不同的貝克曼重排作用，其使用氰尿酰氯 作為催化劑在溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行(JACS 2005, 127, 11240)。通過這 種方法，無環(huán)的和環(huán)狀的酰胺可以由相應(yīng)的酮肟以良好的產(chǎn)率來合成， 具有在催化量的ZnCl2存在下的加入的催化量的氰尿酰氯。
根據(jù)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，該方法的 一個(gè)缺點(diǎn)是良好的產(chǎn)率僅僅在極性溶劑 例如乙腈和硝基甲烷中獲得，而在非極性溶劑中僅僅達(dá)到低的轉(zhuǎn)化率， 例如9元環(huán)的內(nèi)酰胺僅僅以非常低的產(chǎn)率來獲得。
但是，對(duì)于工業(yè)規(guī)模應(yīng)用來說，在非極性溶劑中的反應(yīng)是需要的， 因?yàn)楦吻绑w是在非極性溶劑中獲得的，并且因此需要復(fù)雜的中間步驟來 改變?nèi)軇?，并且如果該文獻(xiàn)的方法使用氰尿酰氯，則另外的溶劑成本會(huì) 上升。這樣的方法在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用上具有明顯的劣勢。
因此本發(fā)明的 一個(gè)目標(biāo)是提出另外一種依靠貝克曼重排作用來制 備酰胺的方法，無論是否使用氰尿酰氯作為催化劑，其可以無需使用這樣的極性溶劑。^艮顯然在工業(yè)規(guī)模上，從生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來說，本發(fā) 明的方法應(yīng)當(dāng)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的方法。特別的，本方法能夠在較少極性的 溶劑或者溶劑混合物中產(chǎn)生不明顯更差的酮肟轉(zhuǎn)化率，以及不明顯更大 的氰尿酰氯的用量。
目前已經(jīng)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，在通過在氰尿酰氯存在下加熱酮將來/人 相應(yīng)的酮肟制備酰胺的方法中，甚至當(dāng)該反應(yīng)是在具有2 -14的logP值 的非極性有機(jī)溶劑中進(jìn)行時(shí)仍然可以以優(yōu)異的產(chǎn)率來獲得酰胺，并且當(dāng)
氰尿酰氯的用量《5mol。/。時(shí)，該溶劑不能僅由甲苯組成。
這絕不是認(rèn)為與已知本領(lǐng)域的背景技術(shù)相反。特別地，其可以被令
人驚訝的認(rèn)為是僅僅這樣的事實(shí)即，氰尿酰氯在非極性溶劑中用量的 可忽略的低的增加顯然足以擴(kuò)展現(xiàn)有技術(shù)所傳播的教導(dǎo)，即在這種反應(yīng) 中與使用極性和親核溶劑同樣可以成功的使用非極性溶劑。
在本發(fā)明反應(yīng)中所用的底物可以是環(huán)狀的或者無環(huán)的酮將。氰尿酰 氯的量可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)在每種情況中存在的合成問題來調(diào) 整。要考慮來平衡用量的因素包括反應(yīng)速度、時(shí)空產(chǎn)率和/或副產(chǎn)物的形 成。
反應(yīng)優(yōu)選是在基于酮肟為0.5-30moiy。的量的氰尿酰氯存在下進(jìn)行的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氰尿酰氯的加入量可以根據(jù)開鏈或者環(huán)狀酮肟轉(zhuǎn)化的合 成問題來變化。對(duì)于環(huán)狀酮將，可以優(yōu)選采取基于酮坊量的使用量為 0.5-30mol。/。的氰尿酰氯。更優(yōu)選的是使用0.5-20mol%,更優(yōu)選l-5mol% 和特別優(yōu)選1.5-13moP/。的量的氰尿酰氯。
對(duì)于無環(huán)酮肟，可以優(yōu)選采取基于酮肟量的使用量為0.5-30molo/o的 氰尿酰氯。更優(yōu)選的是^f吏用0.5-20mol%,更優(yōu)選l-10mol。/。和特別優(yōu)選 2-6mol。/。的量的氰尿酰氯。
溶劑的極性可以通過所謂的logP值來定義。其定義^為物質(zhì)在辛醇-水中 的分配系數(shù)P的十的對(duì)數(shù)(參考文獻(xiàn)J.Phys .Chem.Ref.Data,第18巻， 第3期，1989)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，溶劑的1ogP值是2-10,更 優(yōu)選是2.5-8和非常優(yōu)選3-7。
明確的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所述反應(yīng)中有用的溶劑是選自下面的溶劑或者 溶劑混合物環(huán)癸烷、環(huán)辛烷、環(huán)庚烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷、正壬烷、正辛烷、正庚烷、正己烷、正戊烷、異辛烷、氫枯烯(hydrocumene)、
環(huán);烷;J氬'枯烯或其混合物。、" '、 、 、 '
盡管還沒有發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的試驗(yàn)中使用助催化劑是必需的，將該助 催化劑的一種加入到所述反應(yīng)中對(duì)于某些合成問題來說可能也是有利 的。有用的助催化劑特別是路易斯酸或者Br加sted酸。這樣的酸可以選 自ZnCl2、 FeCl3、 CoCl2、 PbCl3、 SnCl3、 TiCl2、 ZrCl2,或者HCl、 H2S〇4、 H3P〇4、 HN〇3、對(duì)曱苯磺酸、曱基磺酸等等。非常特別優(yōu)選給出的是使 用弱的Lewis酸例如氯化鋅、氯化鐵、氯化鈷，或者Brdnsted酸例如 HCl、 H2S04、對(duì)甲苯石黃酸。
助催化劑的用量可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)他或者她的知識(shí)來選 擇。在本發(fā)明的情況中，可能的使用量是基于酮肟為0.5-20mol%,優(yōu)選 0.5-10mol。/。和最優(yōu)選l-4mol%。
所述反應(yīng)優(yōu)選是以這樣的方式進(jìn)行開始時(shí)將底物加入到非極性溶 劑中，并將氰尿酰氯加入到該混合物中。隨后將該反應(yīng)混合物加熱，建 立50-250。C的溫度。
反應(yīng)溫度優(yōu)選是80-120°C,最優(yōu)選100-115°C。
根據(jù)反應(yīng)的完成(其在上述溫度通常在至少3h，優(yōu)選2h,更優(yōu)選 <lh和非常特別為〈15min內(nèi)完成)，本領(lǐng)域才支術(shù)人員可以決定混合物的 整理。為此目的，優(yōu)選將溶液冷卻，并使內(nèi)酰胺結(jié)晶出來和濾出；如果 適當(dāng)，產(chǎn)物可以進(jìn)一步通過重結(jié)晶來凈化。
使用5moP/。的氰尿酰氯用于無環(huán)酮肟的反應(yīng)是有利的，并具有 〉85%的酰胺產(chǎn)率。與所述文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)相比，這是極性和非極性溶劑二 者的情況。更低的濃度通常導(dǎo)致更低的轉(zhuǎn)化率；雖然更高的濃度導(dǎo)致 100%的肟轉(zhuǎn)化率，但是副產(chǎn)物形成的危險(xiǎn)可能提高了 。
用于反應(yīng)中的環(huán)狀酮肟優(yōu)選具有6-12,更優(yōu)選7-12和更優(yōu)選7-9或 者更優(yōu)選10 -12的環(huán)尺寸。
具有10-12的環(huán)尺寸的環(huán)狀酮將可以優(yōu)選在氪枯烯或者環(huán)辛烷中進(jìn) 行轉(zhuǎn)化，在該情況中，可以用2-3mol。/。的氰尿酰氯來獲得100%的轉(zhuǎn)化 率和>90%的產(chǎn)率。在極性溶劑例如乙腈中，僅僅lmol。/。的氰尿酰氯濃 度對(duì)于完全轉(zhuǎn)化是足夠的。前體中未轉(zhuǎn)化的酮不破壞所述反應(yīng)。
對(duì)于更小的環(huán)(環(huán)尺寸為6-9,優(yōu)選7-9)的轉(zhuǎn)化，有利的是使用濃度為3-13moiy。的氰尿酰氯。這同樣允許在合適的時(shí)間窗中達(dá)到>85%的轉(zhuǎn)化率。
所述的反應(yīng)可以攪拌槽中分批進(jìn)行或者在管式反應(yīng)器、攪拌槽或者 攪拌槽組中連續(xù)進(jìn)行。
有趣的，本發(fā)明表現(xiàn)出，與可以從所引用的現(xiàn)有技術(shù)得到的教導(dǎo)相 反，甚至在非極性溶劑中使用氰尿酰氯的催化貝克曼重排作用完全有可 能達(dá)到非常高的產(chǎn)率。明確的在JACS出版物中的表1第11條中的實(shí)例
因?yàn)樵谶@里:為溶劑的曱苯提供了僅僅8%的產(chǎn)率。但是，在本發(fā)明的 情況中已經(jīng)表明輕微提高的氰尿酰氯濃度令人驚訝的明顯提高了產(chǎn)物
業(yè)規(guī)模。但是，它因此決不是從現(xiàn)有技術(shù)顯^易見的。、應(yīng)當(dāng)非常特別強(qiáng)制備。
此外，由于加工經(jīng)濟(jì)性與背景技術(shù)相反(此處使用的前體同樣在非 極性溶劑中制備)，非極性溶劑的使用是特別有利的，這是因?yàn)樵谥苽?酰胺和內(nèi)酰胺中的從非極性到極性溶劑的溶劑變化因此可以被避免。
(Organikum， VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 柏林1986, 第 16版第394頁及以下)。 實(shí)施例
在每種情況下，反應(yīng)全部是用在4ml溶劑中2mmol的具體的將來 進(jìn)行的，并加入不同量的氰尿酰氯作為催化劑。全部的溶劑使用分析級(jí) 的。反應(yīng)依靠GC監(jiān)控，并且轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率從面積百分比來確定。每個(gè) 產(chǎn)率是基于所用的肟的量。
實(shí)施例1
在ACN中的苯乙酮肟與lmol。/o的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為61%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為61%。 實(shí)施例2
在ACN中的苯乙酮肟與5mol。/o的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為99%，內(nèi)酰胺產(chǎn)率為99%。 實(shí)施例3在曱苯中的苯乙酮月虧與10mol。/o的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為98%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為60%。 實(shí)施例4
在環(huán)辛烷中的苯乙酮肟與lmoiy。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化
率為5%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為5%。 實(shí)施例5
在環(huán)辛烷中的苯乙酮肟與5mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為99%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為90%。 實(shí)施例6
在環(huán)辛烷中的苯乙酮肟與10molo/。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn) 化率為99%，內(nèi)酰胺產(chǎn)率為60%。 實(shí)施例7
在ACN中的CDON與1.1mol。/。的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例8
在ACN中的CDON與1.6molo/o的CYC在回流下反應(yīng)60mm。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例9
在ACN中的CDON與2.2molo/o的CYC在回流下反應(yīng)120min。轉(zhuǎn) 化率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例10
在曱苯中的CDON與1.6mol。/o的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為18%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為18%。 實(shí)施例11
在曱苯中的CDON與4.3mol。/。的CYC在回流下反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為98%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為98%。 實(shí)施例12
在氬枯烯中的CDON與0.7mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)60mm。轉(zhuǎn)化 率為4%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為4%。 實(shí)施例13
在氫枯烯中的CDON與1.7mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為27%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為27%。實(shí)施例14
在氫枯烯中的CDON與1.9mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為97%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為97%。 實(shí)施例15
在氫枯烯中的CDON與2.1mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例16
在氪枯烯中的CDON與2.6mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)10min。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例17
在氫枯烯中的CDON與2.1mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)15min并加 入2.5。/。的環(huán)十二烷。轉(zhuǎn)化率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例18
在環(huán)辛烷中的CDON與1.6mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)150min。轉(zhuǎn) 化率為28%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為28%。 實(shí)施例19
在環(huán)辛烷中的CDON與2.7mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)20min。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例20
在環(huán)十二烷中的CDON與2.1mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)30min。轉(zhuǎn) 化率為100%，內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例21
在體積比1: 1的氫枯烯和環(huán)辛烷的混合物中的CDON與2.1mol% 的CYC在113。C反應(yīng)30min。轉(zhuǎn)化率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例22
在體積比1: 1的氬枯烯和環(huán)十二烷的混合物中的CDON與2.1mol% 的CYC在13。C反應(yīng)30min。轉(zhuǎn)化率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例23
在20重量％環(huán)癸烷和80重量％環(huán)辛烷的混合物中的CDON與 2.1mol。/。的CYC在13。C反應(yīng)30mm。轉(zhuǎn)化率為100%，內(nèi)酰胺產(chǎn)率為 100%。
實(shí)施例24在正辛烷中的CDON與2.1mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化 率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 實(shí)施例25
在環(huán)辛烷中的CDON與1.6mol。/o的CYC和1.0molo/o硫酸在113。C反 應(yīng)30min。轉(zhuǎn)化率為50%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為20%。 實(shí)施例26
在環(huán)辛烷中的環(huán)辛酮肟與3.1mol。/o的CYC在113。C反應(yīng)30min。轉(zhuǎn) 化率為10%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為10%。 實(shí)施例27
在環(huán)辛烷中的環(huán)辛酮肟與12.5mol。/。的CYC在113。C反應(yīng)30mm。 轉(zhuǎn)化率為95%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為95%。 實(shí)施例28
在環(huán)辛烷中的環(huán)辛酮將和CDON的混合物(58/42mol。/。)與6.3mol% 的CYC(基于肟的總量)在113。C反應(yīng)30min。 CV肟轉(zhuǎn)化率為100%, C12-將轉(zhuǎn)化率為100%， CVd2內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%/100%。
實(shí)施例29
在環(huán)辛烷中的環(huán)辛酮將和CDON的混合物(58/42mol。/。)與12.5mol% 的CYC(基于肟的總量)在113。C反應(yīng)30min。 CV肟轉(zhuǎn)化率為100%, C12-月虧轉(zhuǎn)化率為100%, C8/C12內(nèi)酰胺產(chǎn)率為50%/100%。
實(shí)施例30
在氳枯烯中的環(huán)己酮肟和CDON的混合物(63/37molQ/。)與5.9mol% 的CYC(基于將的總量)在113。C反應(yīng)95min。 CV肟轉(zhuǎn)化率為90%， C12-月虧轉(zhuǎn)化率為90%, C6/C12內(nèi)酰胺產(chǎn)率為20%/50%。
實(shí)施例31
在環(huán)辛烷中的CDON與1.6mol。/。的CYC和4.lmol。/。的氯化鋅在113 。C反應(yīng)60min。轉(zhuǎn)化率為100%,內(nèi)酰胺產(chǎn)率為100%。 工業(yè)規(guī)模并具有連續(xù)合成模式的另外的實(shí)施例。 實(shí)施例1.1
將75g的氫枯烯和25g的CDON的100g的混合物(O. 126mol, MW197.3)和0.50g氰尿酰氯(0.00271mo1， MW184.4)在80。C在115。C的 浴溫進(jìn)行混合，并攪拌30mm。在此過程中，在2-3min之后放熱性開始 高到最大的150°C,并且在6-7mm之后結(jié)束。隨后，將混合物在110-115。C連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。
GC分析0.4面積％的CDON和98.6面積％的月桂基內(nèi)酰胺 冷卻到大約l(TC并濾出沉淀物，減壓下在70。C干燥。 分離產(chǎn)量23.3g，月桂基內(nèi)酰胺=93.2%理論值，MW197.3 實(shí)施例1.2
將19.8g的CDON在開始時(shí)在大約80。C加入到100 ml的環(huán)辛烷(浴 溫115。C)中，并加入0.50g氰尿酰氯。從4min開始，放熱曲線高到130 。C, 8min后其重新下降。反應(yīng)在15min之后結(jié)束并開始冷卻。
GC分析0.06面積％的CDON和99.6面積％的月桂基內(nèi)酰胺
分離產(chǎn)量19.1g，月桂基內(nèi)酰胺=96.5%理論值，MW197.3
實(shí)施例1.3
將25重量％的CDON的環(huán)辛烷溶液(溫度8(TC)[溶液A]和10重量 0/o的氰尿酰氯的環(huán)辛烷溶液(溫度40。C)[溶液B]依靠泵以溶液A為10L/h 和溶液B為0.6L/h的恒定流速來同時(shí)計(jì)量加入到被加熱到115。C的反應(yīng) 盤管(DN25,長度5.6m )中和加熱到100 。C的下游連續(xù)反應(yīng)區(qū)域(DN25 ， 長度2.8m)中。所形成的反應(yīng)溶液然后可以冷卻并送去分離產(chǎn)物，以及 可能的凈化。
這產(chǎn)生了在反應(yīng)區(qū)域中大約15min和在連續(xù)反應(yīng)中大約8min的平 均停留時(shí)間，其對(duì)于完全轉(zhuǎn)化是足夠的。
所形成的反應(yīng)溶液的氣相色語分析給出了 0.08面積％的CDON和 99.2面積％的月桂基內(nèi)酰胺。
分離產(chǎn)量從11個(gè)反應(yīng)溶液中獲得238g粗的、干月桂基內(nèi)酰胺， 其對(duì)應(yīng)于95.2%的理纟侖產(chǎn)率。
縮寫詞
CYC:氰尿酰氯
AC乙腈
CDON-環(huán)十二酮坊
權(quán)利要求
1. 一種從相應(yīng)的酮肟制備酰胺的方法，其在氰尿酰氯存在下加熱酮肟來制備酰胺，特征在于該反應(yīng)是在具有2-14的logP值的非極性有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，并且當(dāng)氰尿酰氯的用量≤5mol％時(shí)，該溶劑不能僅由甲苯組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述反應(yīng)是在基于酰胺為 0.5-30mol。/。的量的氰尿酰氯存在下進(jìn)行的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述溶劑是選自環(huán)辛烷、氫 枯烯和環(huán)十二烷的溶劑或者溶劑混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于將助催化劑 加入到所述反應(yīng)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于所述反應(yīng)是 在50-250。C的溫度進(jìn)行的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述反應(yīng)是以連續(xù)工藝進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備酰胺的方法。特別地，該方法涉及到一種在工業(yè)規(guī)模上可進(jìn)行的方法，其中可以依靠貝克曼重排作用，在非極性有機(jī)溶劑中使用2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪作為催化劑將酮肟轉(zhuǎn)化為環(huán)狀的或者無環(huán)的酰胺。
文檔編號(hào)C07D201/04GK101432260SQ200780015440
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者H·-P·克里默, M·特拉格瑟, M·魯斯, S·肖霍夫 申請(qǐng)人:贏創(chuàng)德固賽有限責(zé)任公司