CN102245561A

CN102245561A - β-烷氧基丙酰胺类的制造方法

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Publication number: CN102245561A
Application number: CN2009801496529A
Authority: CN
Inventors: 白木安司; 藤冈东洋藏; 小土井浩一
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-11-16
Also published as: JP5331469B2; WO2010067589A1; EP2374789A1; US8604240B2; EP2374789A4; EP2374789B1; US20110251430A1; JP2010138094A

Abstract

β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，在碱性催化剂的存在下，使下述式（Ｉ）的β-烷氧基丙酸酯与具有2个以上OH基的多元醇进行酯交换反应，而合成β-烷氧基丙酸酯的多元醇酯交换体，接着，使上述多元醇酯交换体与下述式（II）的胺类进行酰胺化反应，而合成下述式（III）的β-烷氧基丙酰胺。

Description

β-烷氧基丙酰胺类的制造方法

技术领域

本发明涉及β-烷氧基丙酰胺类的制造方法。

背景技术

通常酰胺系有机溶剂具有优异的溶解能力和易于溶解于水的性质，因此可以进行利用水的淋洗，并具有作为溶剂或清洗剂所需要的性能。例如，可以用作抗蚀剂剥离剂或聚酰亚胺、聚酰胺之类的难溶性树脂的特殊溶剂。

另外，最近卤系溶剂有造成臭氧层破坏等环境污染的可能，且毒性大、NMP等具有生殖毒性，因此酰胺系有机溶剂可作为它们的替代溶剂来使用。

但是，该酰胺系化合物的现有制造方法由于将价格昂贵的原料作为起始原料，因此有制造成本高、收率低等的问题，人们期望一种高效的制造方法。

专利文献1（日本特开昭49-66623）记载了在用作聚合性单体的α、β-烯烃系不饱和单羧酸的N，N-二烷基丙酰胺类的制造方法中，合成β-烷氧基-N，N-二烷基丙酰胺类作为中间体的方法。

合成该β-烷氧基-N，N-二烷基丙酰胺类的方法，是使β-烷氧基丙酸烷基酯类与二烷基胺类在具有2个邻接羟基的多元醇的存在下反应而进行酰胺化的方法。

在该方法中，不仅反应需要长时间（20～40小时），而且在反应工序的过程中需要中和-分离操作，工艺复杂，难以在工业上制造。

专利文献2中记载了使二烷基丙烯酰胺类与碳原子数为1～4的脂肪族一元醇反应的方法。该方法可在温和的条件下合成。但是，二烷基丙烯酰胺如例如日本特开平10-279545所述、经过3～4工序来制造，且二烷基丙烯酰胺本身价格昂贵，故通过该方法来制造β-烷氧基-N，N-二烷基丙酰胺时，成本变高。

另外，如专利文献3所述，有使二甲胺与烷氧基丙酰氯反应的方法。例如，在二乙醚溶剂存在下使二甲胺与3-乙氧基-丙酰氯反应时，则可合成3-乙氧基-N，N-二甲基丙酰胺。

但是该方法的原料价格昂贵，难说是一种高效的制造方法，难以用于工业制造。

进一步地，专利文献4中记述了由丙烯酸酯类暂先制造β-烷氧基丙酸烷基酯类，接着添加二烷基胺来制造β-烷氧基N，N-二烷基丙酰胺类的方法。在该方法中，由β-烷氧基丙酸烷基酯类来制造β-烷氧基N，N-二烷基丙酰胺类时，并用碱性催化剂和多元醇。专利文献4的方法与专利文献1相比，虽然反应时间变短，但收率并不充分。

另外，这些现有方法中均是一起进行酰胺化反应，例如由β-甲氧基-丙酸甲酯通过酰胺化合成β-甲氧基丙酰胺时，未反应的二甲胺和副产的甲醇共存，由于它们会发生共沸，因此不能完全分离，在工业上不利。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭49-66623号公报

专利文献2：日本特愿2003-300329号

专利文献3：日本特开昭59-020258号公报

专利文献4：日本特愿2007-039383号。

发明内容

本发明的目的在于提供高效的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法。

鉴于上述情况，本发明人等深入研究了高效的制造方法，结果发现，通过将β-烷氧基丙酸酯类用于原料，并使其与多元醇、碱性催化剂反应，而以高选择率地制造β-烷氧基丙酸酯类的多元醇酯交换体，接着通过使胺类与其反应的分开反应，由此可以高效、连续地将β-烷氧基丙酸酯类酰胺化，从而完成了本发明。

根据本发明，可以提供以下的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法。

1.β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，在碱性催化剂的存在下，使下述式（Ｉ）的β-烷氧基丙酸酯与具有2个以上OH基的多元醇进行酯交换反应，而合成β-烷氧基丙酸酯的多元醇酯交换体，

接着，使上述多元醇酯交换体与下述式（II）的胺类进行酰胺化反应，而合成下述式（III）的β-烷氧基丙酰胺，

[化1]

式中，R¹，R²可以相同或不同，为碳原子数为1～8的烷基；R³，R⁴可以相同或不同，为氢、碳原子数为1～6的烷基、碳原子数为1～6的烷氧基、碳原子数为1～8的烷氧基烷基或者缩水甘油基。

2.根据1所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述多元醇是乙二醇、甘油、二甘醇或丙二醇类。

3.根据1或2所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，在上述酯交换反应中，相对于β-烷氧基丙酸酯1摩尔，多元醇为0.5～4摩尔，碱性催化剂为0.001～0.1摩尔。

4.根据1～3中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酰胺化反应中，相对于多元醇酯交换体1摩尔，式（II）的胺类为0.5～4摩尔。

5.根据1～4中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酯交换的反应温度为40～150℃，上述酰胺化的反应温度为30～120℃。

6.根据1～5中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酯交换反应后，不中和分离上述多元醇酯交换体而连续地进行酰胺化反应。

根据本发明，可以提供高效的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法。

具体实施方式

在本发明的方法中，在碱性催化剂的存在下，将下述式（Ｉ）的β-烷氧基丙酸酯与具有2个以上OH基的多元醇混合，以进行酯交换反应，而合成β-烷氧基丙酸酯的多元醇酯交换体。接着，在该多元醇酯交换体中添加下述式（II）的胺类以进行酰胺化反应，而合成下述式（III）的β-烷氧基丙酰胺。

[化2]

式中，R¹、R²可以相同或不同，为碳原子数为1～8的烷基；R³，R⁴可以相同或不同，为氢、碳原子数为1～6的烷基、碳原子数为1～6的烷氧基、碳原子数为1～8的烷氧基烷基或缩水甘油基。

式（Ｉ）中，R¹，R²各自优选为碳原子数1～6的烷基，更优选碳原子数1～4的烷基。

式（II），（III）中，R³、R⁴为氢、碳原子数为1～6的烷基、碳原子数为1～6的烷氧基、碳原子数为1～8的烷氧基烷基或者缩水甘油基。

碳原子数为1～6的烷基优选为甲基、乙基，更优选甲基。

碳原子数为1～6的烷氧基优选为甲氧基、乙氧基。

碳原子数为1～8的烷氧基烷基优选为甲氧基甲基。

例如，使用β-甲氧基丙酸甲酯（MPM）作为β-烷氧基丙酸酯、使用乙二醇（ＥG）作为多元醇、使用二甲胺（DMA）作为胺类、使用NaOCH₃作为碱性催化剂时的反应式如以下所示。

[化3]

如上述反应式所示，具有2个OH基的乙二醇与β-甲氧基丙酸甲酯反应时，可以得到式（1）所示的乙二醇的单酯交换体、和式（2）所示的乙二醇的双酯交换体（（1）∶（2）＝70～90∶30～10）。

这种酯交换体与二甲胺的反应如以下所示。

[化4]

由酯交换体（1）和（2），可以得到作为目标的β-烷氧基丙酰胺类。连续地进行酯交换反应和酰胺化反应时，酰胺化反应中使用的催化剂可用酯交换反应中使用的催化剂来代替。

β-烷氧基丙酸酯类（Ｉ）可以通过公知的方法，例如丙烯酸酯与醇的Michael加成反应而容易地获得。

多元醇可以使用例如甘油、乙二醇、二甘醇或丙二醇类等具有2个以上OH基的多元醇。

碱性催化剂没有特别地限定，可以使用无机碱、有机碱的任一者。无机碱可以列举例如钠、钾、锂等碱金属的氢氧化物等，有机碱可以列举例如上述碱金属的醇盐、叔胺、吡啶、4-甲基氨基吡啶、1，8-二氮杂环（5,4,0）十一碳烯-7等。其中优选碱金属的醇盐，特别优选丁醇钾类、甲醇钠类。

在本发明中，必须并用多元醇和碱性催化剂，仅使用哪一者都会发生不良情况。例如仅使用多元醇时，则反应速度降低，需要长时间的反应。另外，仅使用碱性催化剂时，则反应速度虽提高，但选择性降低，目标物的收率降低。

多元醇和碱性催化剂可以各自使用一种，也可以将2种以上组合使用。

多元醇的使用量相对于β-烷氧基丙酸酯类1摩尔，优选为0.5～4摩尔，更优选0.8～2摩尔。碱性催化剂的使用量相对于β-烷氧基丙酸酯类1摩尔，优选为0.001～0.1摩尔，更优选0.004～0.02摩尔。多元醇的使用量少则选择性下降，过多则不仅不能期待选择性的提高有大的增加，而且分离上需要巨大的费用，而在工业上不优选。另外，碱性催化剂少则反应速度过低，需要长的反应时间，过多则目标物的选择性降低，因此不优选。

该多元醇和碱性催化剂在持续的酰胺化反应中也可以直接使用，可以连续地实施持续的酰胺化反应。当酰胺化反应中产生反应速度下降的不良情形时，每次都可以追加碱性催化剂。

作为在酰胺化反应中使用的胺类，可以使用二甲胺、二乙胺等二烷基胺等，它们可以直接使用，也可以用适当的溶剂稀释来使用。

胺类的使用量相对于β-烷氧基丙酸酯类1摩尔，优选为0.5～4摩尔，更优选0.8～2摩尔。使用量少时，则未反应物的β-烷氧基丙酸酯或多元醇酯交换体残留，过多时，则胺类的回收花费巨大的费用。

多元醇酯交换反应的反应温度优选为40～150℃，更优选60～120℃，进一步优选80～110℃。温度过低则反应速度降低，得到高转化率则需要长时间。相反，温度过高则重质等的副产物变多，收率降低。

酰胺化反应的反应温度优选为30～120℃，更优选40～100℃，进一步优选40～80℃。温度过低则不仅反应速度降低，而且会残留未反应的多元醇酯交换体，分离需要花费巨大的劳力。相反，温度过高则分解物增加而变得不利。

例如，生成β-甲氧基-N，N-二甲基丙酰胺时，分解导致副产二甲基丙烯酰胺（DMAA）等，不仅收率降低，而且由于DMAA的高聚合能，在配管等中还产生堵塞等不良情况。

如本发明所述，由β-烷氧基丙酸酯来制造β-烷氧基丙酰胺类时，首先在多元醇和碱性催化剂的共存下进行多元醇酯交换反应，接着进行利用胺类进行酰胺化反应的所谓分开反应，由此收率变高，同时未反应物（原料、多元醇酯交换体）变少，副产物少，从而形成高选择性。

另外，例如使用β-甲氧基丙酸甲酯和二甲胺时，如果通过分开反应而在酯交换反应后直接回收该反应中副产的甲醇，则对于后面的酰胺化反应中的未反应二甲胺来说，由于没有甲醇共存，因此具有可容易地进行回收等的优点。

并且可在温和的条件下反应，能够不进行生成物的中和·分离等操作而连续地运行，工业上的意义大。

实施例

实施例1

如以下所述，将多元醇酯交换反应和酰胺化反应分开来进行（分开反应）。

在带有压力计和搅拌转子的100ml SUS高压釜中添加β-甲氧基丙酸甲酯（MPM）23.63g（0.2摩尔）、乙二醇18.62g（0.3摩尔）、和作为碱性催化剂的甲醇钠（NaOMe）0.065g（0.0012摩尔），将上述高压釜浸渍在80℃加热下的油浴中开始搅拌。进行4小时搅拌后，将高压釜从油浴中取出，用冰水浴骤冷至室温附近，抽取生成液的一部分，进行气相色谱（GC）分析。

然后，在冷却的高压釜中倒入液化二甲胺（DMA）10.82g（0.24摩尔），再次将高压釜浸渍在60℃加热下的油浴中开始搅拌，进行6小时的搅拌。然后将高压釜从油浴中取出，并用冰水浴冷却至室温后，抽取反应液进行GC分析。

反应液中中除了目标物β-甲氧基-N，N-二甲基丙酰胺（MPA）以外，还副产了未反应的β-甲氧基丙酸甲酯、未反应的酯交换物、下述结构的APA、DMAA、MPAc、其它（轻质、重质）。

[化5]

反应结果示于以下。应予说明，酰胺化反应的结果是酯交换反应-酰胺化反应后的反应成果。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：69.3％

・多元醇酯交换体选择率：93.8％

・其它选择率：6.2％

酰胺化反应

・MPM转化率：97.1％

・选择率：MPA（97.1％），多元醇酯交换体（0.0％），APA（0.8％），DMAA＋MPAc（0.8％），其它（1.3％）

实施例2

除了使用甘油代替乙二醇来作为多元醇、使甘油的添加量为22.1g（0.24摩尔），并在60℃进行4小时的酯交换反应以外，其它按照实施例1来实施。反应结果示于以下。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：56.8％

・多元醇酯交换体选择率：71.5％

・其它选择率：28.5％

酰胺化反应

・MPM转化率：93.7％

・选择率：MPA（95.2％），多元醇酯交换体（0.0％），APA（1.3％），DMAA＋MPAc（1.8％），其它（1.7％）

实施例3

除了使用二甘醇代替乙二醇来作为多元醇，并使二甘醇的添加量为25.47g（0.24摩尔）、酰胺化反应的二甲胺的添加量为16.23g（0.36摩尔）以外，其它按照实施例1来实施。反应结果示于以下。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：52.4％

・多元醇酯交换体选择率：94.2％

・其它选择率：5.8％

酰胺化反应

・MPM转化率：96.3％

・选择率：MPA（97.3％），多元醇酯交换体（0.0％），APA（0.6％），DMAA＋MPAc（1.1％），其它（1.0％）

实施例4

除了使用1，2-丙二醇代替乙二醇来作为多元醇，并使1，2-丙二醇的添加量为18.26g（0.24摩尔）、酰胺化反应的二甲胺的添加量为12.62g（0.28摩尔）以外，其它按照实施例1来实施。反应结果示于以下。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：58.6％

・多元醇酯交换体选择率：78.9％

・其它选择率：21.1％

酰胺化反应

・MPM转化率：95.2％

・选择率：MPA（97.2％）、多元醇酯交换体（0.0％）、APA（0.6％）、DMAA＋MPAc（1.1％）、其它（1.1％）

实施例5

除了使用1，3-丙二醇代替乙二醇来作为多元醇，并使1，3-丙二醇的添加量为18.26g（0.24摩尔）、酰胺化反应的二甲胺的添加量为12.62g（0.28摩尔）以外，其它按照实施例1来实施。反应结果示于以下。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：71.7％

・多元醇酯交换体选择率：80.7％

・其它选择率：19.3％

酰胺化反应

・MPM转化率：97.2％

・选择率：MPA（96.9％），多元醇酯交换体（0.0％），APA（0.7％），DMAA＋MPAc（1.2％），其它（1.2％）

比较例1

实施例1～5中，分别进行了多元醇加成反应和酰胺化反应（分开反应），而比较例1中，在高压釜中同时装入β-甲氧基丙酸甲酯、乙二醇和二甲胺，同时进行多元醇加成反应和酰胺化反应（一起反应）。具体来说，如以下那样来实施。

在带有压力计和搅拌转子的100ml SUS高压釜中，添加β-甲氧基丙酸甲酯23.63g（0.2摩尔）、乙二醇24.83g（0.4摩尔）、和作为碱性催化剂的甲醇钠（NaOMe）0.065g（0.0012摩尔）。在该高压釜中添加液化二甲胺10.82g（0.24摩尔），浸渍于60℃加热下的油浴中开始搅拌。进行8小时搅拌后，将高压釜从油浴中取出，在冰水浴中骤冷至室温附近，抽取生成液进行GC分析。反应结果示于以下。

酰胺化反应

・MPM转化率：96.1％

・选择率：MPA（95.1％），多元醇酯交换体（0.8％），APA（0.4％），DMAA＋MPAc（2.7％），其它（1.0％）

比较例2

除了添加甘油36.84g（0.4摩尔）代替乙二醇来作为多元醇以外，其它按照比较例1来实施。反应结果示于以下。

酰胺化反应

・MPM转化率：91.1％

・选择率：MPA（89.8％），多元醇酯交换体（6.2％），APA（0.9％），DMAA＋MPAc（2.1％），其它（1.0％）

比较例3

除了添加二甘醇25.47g（0.24摩尔）代替乙二醇来作为多元醇，并使二甲胺的添加量为16.23g（0.36摩尔）以外，其它按照比较例1来实施。反应结果示于以下。

酰胺化反应

・MPM转化率：95.8％

・选择率：MPA（92.8％），多元醇酯交换体（1.2％），APA（1.9％），DMAA＋MPAc（2.6％），其它（1.5％）

比较例4

除了不添加作为碱性催化剂的NaOMe、使反应条件为80℃、20小时，并使二甲胺的添加量为16.23g（0.36摩尔）以外，其它按照比较例1来实施。反应结果示于以下。

酰胺化反应

・MPM转化率：83.4％

・选择率：MPA（95.4％），多元醇酯交换体（0.9％），APA（0.7％），DMAA＋MPAc（2.0％），其它（1.0％）

比较例5

除了使用0.20g（0.002摩尔）硫酸（H₂SO₄）代替碱性催化剂NaOMe来作为催化剂，并在110℃进行4小时酯交换反应以外，其它按照实施例2的酯交换反应的方法来实施。反应结果示于以下。

多元醇酯交换反应

・MPM转化率：69.6％

・多元醇酯交换体选择率：58.9％

・其它选择率：41.1％

（分开反应的效果）

对分开反应（将多元醇酯交换反应和酰胺化反应分开进行反应）和一起反应（将多元醇酯交换反应和酰胺化反应一起进行反应）进行比较。

反应成果根据多元醇种类而有所不同，因此对实施例1和比较例1、实施例2和比较例2以及实施例3和比较例3的酰胺化反应的反应成果进行比较。

由表1，2可以判断，分开反应与一起反应相比，MPM转化率和MPA选择率高，收率高。特别地，分开反应中几乎没有多元醇酯交换体的残留。

（多元醇种类的效果）

实施例中使用了5种多元醇，均可以得到高收率，几乎没有多元醇酯交换体的残留。

（催化剂添加的效果）

实施例中使用了NaOMe作为碱性催化剂，但比较例4中没有使用催化剂。

比较例4由于使用乙二醇作为多元醇，因此与同样使用乙二醇、催化剂添加体系的比较例1相比，在无催化剂添加的情况下得到大致同等的选择率需要长时间，并且在20小时的长时间后转化率也低。

（催化剂种类的影响）

专利文献1（日本特开昭49-66623）中，制造多元醇酯中间体时使用了酸催化剂（H₂SO₄）。比较例5使用了该H₂SO₄作为酸催化剂。实施例2是在相同条件下仅改变催化剂而使用了碱性催化剂。

将实施例2和比较例5进行比较，则使用碱性催化剂时与使用酸催化剂的情况相比，转化率稍低，但酯交换体的选择率高，重质之类的副产物量少，反应效率变高。

[表1]

[表2]

产业可利用性

根据本发明的制造方法，可以有效地制造β-烷氧基丙酰胺类。β-烷氧基丙酰胺类作为溶剂是有用的。

以上对几种本发明的实施方式和/或实施例进行了详细说明，但本领域技术人员在实质上不背离本发明的新的教导和效果的情况下，可以容易地对这些例举的实施方式和/或实施例进行多种变化。因此，这些多种变化也包含在本发明的范围内。

本说明书中记载的文献内容全部在这里引用。

Claims

[化6]

Figure 2009801496529100001DEST_PATH_IMAGE001

式中，R¹，R²可以相同或不同，为碳原子数为1～8的烷基；R³，R⁴可以相同或不同，为氢、碳原子数为1～6的烷基、碳原子数为1～6的烷氧基、碳原子数为1～8的烷氧基烷基或缩水甘油基。

2.权利要求1所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述多元醇为乙二醇、甘油、二甘醇或丙二醇类。

3.权利要求1或2所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酯交换反应中，相对于β-烷氧基丙酸酯1摩尔，多元醇为0.5～4摩尔，碱性催化剂为0.001～0.1摩尔。

4.权利要求1～3中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酰胺化反应中，相对于多元醇酯交换体1摩尔，式（II）的胺类为0.5～4摩尔。

5.权利要求1～4中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酯交换的反应温度为40～150℃，上述酰胺化的反应温度为30～120℃。

6.权利要求1～5中任一项所述的β-烷氧基丙酰胺类的制造方法，其中，上述酯交换反应后，不将上述多元醇酯交换体进行中和分离而连续地进行酰胺化反应。