CN102414166B

CN102414166B - α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺以及3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法

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Publication number: CN102414166B
Application number: CN201080019371.4A
Authority: CN
Inventors: 田代裕统; 白木安司; 鹿岛诚
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Anhui Xinminhui New Material Technology Co ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: CN103772226A; EP2664611A1; US20140235894A1; EP2426103A1; US20150225332A1; CN103553953A; EP2426103A4; JP5690720B2; US20120088931A1; JP2014169315A; JPWO2010126086A1; CN102414166A; WO2010126086A1; JP2015166363A; EP2664610A1; US8748659B2

Abstract

本发明涉及以αβ不饱和羧酸为原料高效、大量且廉价地制造适合作为溶剂或清洗剂的酰胺化合物的技术。

Description

α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺以及3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法

技术领域

本发明涉及α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺以及3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，更详细而言，涉及以工业上大量生产的α β不饱和羧酸为原料，高效地制造α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺、3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺、以及作为它们的中间体的化合物的方法。

背景技术

通常，酰胺化合物具有能够溶解各种化合物的特性、以及易溶于水而能够利用水进行淋洗处理的特性。因此，期待酰胺化合物用作溶剂、清洗剂，例如期待其用作抗蚀剂剥离剂或用作聚酰亚胺、聚酰胺等难溶性树脂的特殊溶剂。

特别是，有报道称作为以前广泛使用的溶剂的卤素系溶剂具有破坏臭氧层等环境污染问题、毒性问题，另外有报道称NMP(N-甲基吡咯烷酮)等溶剂具有生殖毒性，因此期待酰胺化合物作为它们的替代溶剂。

另外，若考虑作为溶剂、清洗剂使用的情况，则重要的是能够廉价地获得酰胺化合物，因此期望开发高效、大量且廉价地制造适合这些用途的酰胺化合物的方法。

在制造适合作为溶剂、清洗剂的酰胺化合物(例如3-烷氧基羧酸-N,N-二烷基酰胺)时，α β不饱和羧酸-N,N-二烷基酰胺的制造是重要的技术。

作为目前为止已知的α β不饱和羧酸-N,N-二烷基酰胺的制造方法，例如专利文献1、2和3公开了使用丙烯酸酯的N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)的制造方法。但是，该方法中，最初需要将丙烯酸酯化的步骤，还需要将所得酯化合物的酯基转化为酰胺基的步骤。此外，通常，在由酯基向酰胺基的转化中，需要丙三醇等多元醇化合物作为溶剂，因此在反应结束后需要将生成物从溶剂中分离的步骤。而且，在反应结束时需要从酯化合物中将游离的醇、残留的胺化合物分离的步骤。因此，上述的DMAA的制造方法需要大量的步骤，如果以制造适合作为溶剂、清洗剂的酰胺化合物或其中间体为目的，则在收率、费用方面存在问题。

并且，作为涉及提高收率、效率化的技术，已知各种反应、纯化时所利用的逆流接触方法。例如，专利文献4公开了环状缩甲醛的连续制造方法，专利文献5公开了羧酰胺的纯化方法，专利文献6、7公开了尿素的制造方法。

另外，在使用具有双键的化合物的反应中已知阻止聚合来控制反应的技术。例如，专利文献8公开了直接向蒸馏釜内添加阻聚剂(例如并用吩噻嗪等热阻聚剂和具有亚硝基的化合物)的方法，专利文献9公开了使氮氧化物作为具有阻聚效果的气体在蒸馏中流动的方法，专利文献10公开了向釜或回流部中添加通过分解而产生具有阻聚效果的复合成分的阻聚剂(例如，N-亚硝基苯胲盐)的方法，专利文献11公开了对制品的质量没有影响的、N-取代-(甲基)丙烯酰胺类在蒸馏时的阻聚方法。

专利文献1 ：美国专利第2,451,436号

专利文献2 ：日本特开平4-208258号公报

专利文献3 ：日本特开平6-199752号公报

专利文献4 ：日本特开平11-106382号公报

专利文献5 ：日本特开平9-227476号公报

专利文献6 ：日本特开昭63-126857号公报

专利文献7 ：日本特开昭62-39560号公报

专利文献8 ：日本特开昭49-36607号公报

专利文献9 ：日本特开昭59-7147号公报

专利文献10 ：日本特公平7-49414号公报

专利文献11 ：日本特开2004-107279号公报。

发明内容

本发明是在上述情况下进行的，其涉及用于高效、大量且廉价地制造适合作为溶剂、清洗剂的酰胺化合物(以下有时称为酰胺溶剂)的技术。

为了以工业规模高效、大量且廉价地制造酰胺溶剂，优选不使用酯化合物的制造方法，更优选使用工业上大量生产的物质作为原料的方法。从这些方面出发，可以列举将α β不饱和羧酸作为原料的方法，考虑例如由以下的反应1~4制造酰胺溶剂的方法。即，通过将由以下的反应1~3等得到的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺烷氧基化，能够以高收率、高纯度得到酰胺溶剂。

反应1(胺加成反应)：α β不饱和羧酸+仲胺→N,N二取代β氨基酸

反应2(酰胺化反应)：N,N二取代β氨基酸+仲胺→N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺

反应3(脱胺反应)：N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺→α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺+仲胺

反应4(醇加成反应)：α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺+烷醇→3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺(酰胺溶剂)

但是，在上述一系列反应中，存在如下所述很多问题。

例如，对于反应1，α β不饱和羧酸由于具有双键和羧基，因此与仲胺的反应变得复杂，难以以高收率得到目标的N,N二取代β氨基酸。特别是，有时在生成N,N二取代β氨基酸之前，生成α β不饱和羧酸铵盐，其给N,N二取代β氨基酸的生成带来不良影响。此外，以工业规模进行反应时，需要充分注意中和热。

另外，对于反应2，该反应是平衡反应，其问题在于其平衡常数小。即，为了以工业规模高效、大量且廉价地进行制造，需要将副生成的水排出到体系外而使平衡移动。但是，利用吸附剂除去水是实验室规模的反应中通常使用的方法，但不是适合于工业规模的反应的方法，另外，利用蒸馏除去水时，容易同时除去仲胺，难以使平衡移动。

高效地除去反应体系内存在的水、副产物的技术目前也有报道，例如专利文献4中记载了使烷撑二醇与甲醛反应来制造杂质少的环状缩甲醛的方法。在该方法中，通过使烷撑二醇与甲醛逆流接触，制造未反应甲醛少的、含有水和环状缩甲醛的反应蒸馏液，接着，将该反应蒸馏液供给至蒸馏塔而进行处理，由此制造包含环状缩甲醛和水的共沸混合物，最后，将该共沸混合物供给至共沸蒸馏塔而进行处理，由此能够制造目标纯度的环状缩甲醛。但是，该方法具有步骤复杂的问题。另外，除去水分的步骤是从包含环状缩甲醛和水的共沸混合物中除去水的步骤，不是能够在上述反应2中直接使用的技术。

此外，专利文献5中记载了以高收率制造高纯度的羧酰胺的方法。在该方法中，将粗羧酰胺供给至具有温度梯度的塔型连续晶析装置，并使冷却晶析出的结晶与含粗羧酰胺溶液逆流接触来反复进行结晶的熔融-重结晶，由此进行结晶纯化。但是，该技术也没有解决上述反应2中的问题。

另外，对于反应3，该分解反应是平衡反应，其问题在于其平衡常数小。即，为了以工业规模高效、大量且廉价地进行生产，需要通过将由反应生成的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺和仲胺快速分离来使平衡移动。作为使平衡移动的方法，可以考虑例如在减压条件下进行分解反应，将生成物以气体状态直接分离的方法，但在生成物的沸点低等情况下，难以仅通过冷却进行液化分离，需要在加压条件下进行分离。但是，由于是将减压条件下得到的生成物加压液化，因此生产效率差，导致装置的大型化、耗电的增大，成为大量生产的障碍。

本发明是在上述情况下完成的发明，目的在于提供高效、大量且廉价地制造α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺、3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺、以及作为它们的中间体的化合物的方法。

本发明人反复进行了深入研究，结果发现，通过特定条件下的反应，能够解决上述的问题。

特别是发现，对于上述反应1，通过在特定条件下使α β不饱和羧酸与仲胺反应来提高羧酸转化率，能够以高纯度且高收率制造N,N二取代β氨基酸。

另外发现，对于上述反应2，通过利用生成物、原料和副产物的沸点差而在特定条件下进行高沸点羧酸与低沸点胺的反应，能够高效地制造羧酰胺。

此外还发现，对于上述反应3，通过使用气相用和液相用阻聚剂在特定的温度条件和压力条件下分解N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺，能够在加压条件下进行N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的分解反应，从而能够以高收率制造高纯度的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺。

本申请发明基于上述发现完成。即，本发明涉及：

(1) N,N二取代β氨基酸的制造方法，其是在仲胺中添加α β不饱和羧酸来进行反应的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸与仲胺的摩尔比(仲胺/α β不饱和羧酸)在3~10的范围，反应温度为10~60℃；

(2) 如上述(1)所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸为选自丙烯酸、甲基丙烯酸和丁烯酸中的一种或二种以上的α β不饱和羧酸；

(3) 如上述(1)或(2)所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，仲胺为以下的式(II)所示的仲胺，

[化1]

[式(II)中，R⁴和R⁵各自独立地表示碳原子数1~6的饱和烃基，R⁴和R⁵也可以彼此键合而形成碳原子数2~8的2价饱和烃基]；

(4) 如上述(1)~(3)中任一项所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸的添加速度为3~7ml/分钟；

(5) 羧酰胺的制造方法，其特征在于，使用逆流接触系统使沸点在150℃以上的羧酸与沸点在90℃以下的胺反应；

(6) 如上述(5)所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述羧酸与上述胺的反应的温度为120~200℃；

(7) 如上述(5)或(6)所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述羧酸与上述胺的反应的压力为0.17~0.87MPa；

(8) 如上述5~7中任一项所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述羧酸与上述胺的反应使用选自氧化铝、硅铝、阳离子交换树脂和沸石中的一种或二种以上的催化剂；

(9) 如上述(5)~(8)中任一项所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述羧酸为N,N二取代β氨基酸；

(10) 如上述(9)所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述N,N二取代β氨基酸为选自N,N-二甲基β丙氨酸、N,N-二乙基β丙氨酸、2-甲基-N,N-二甲基β丙氨酸、2-甲基-N,N-二乙基β丙氨酸、3-甲基-N,N-二甲基β丙氨酸和3-甲基-N,N-二乙基β丙氨酸中的一种或二种以上的N,N二取代β氨基酸；

(11) 如上述(5)~(10)中任一项所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述胺为仲胺；

(12) 如上述(11)所述的羧酰胺的制造方法，其中，上述仲胺为选自二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、二异丙胺、正丁基甲基胺、仲丁基甲基胺、叔丁基甲基胺和二丙胺中的一种或二种以上的仲胺；

(13) α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其特征在于，在200~300℃的温度条件下、且在0.15~0.95MPa的压力条件下，使添加了气相用阻聚剂的液相的N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺分解，生成气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺，并在该α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中添加液相用阻聚剂；

(14) 如上述(13)所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，上述气相用阻聚剂为选自N-亚硝基苯胲铵盐、N-亚硝基苯胲铝盐、N-亚硝基苯胲锌盐和N-亚硝基苯胲铁盐中的一种或二种以上的阻聚剂，上述液相用阻聚剂为选自二硫代氨基甲酸铜、吩噻嗪、氢醌、苯醌和氢醌单甲醚中的一种或二种以上的阻聚剂；

(15) 如上述(13)或(14)所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，上述气相用阻聚剂的添加量相对于N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺为0.06~2质量%；

(16) 如上述(13)~(15)中任一项所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，上述液相用阻聚剂的添加量相对于α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺为100~10000质量ppm；

(17) 如上述(13)~(16)中任一项所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，使上述N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺分解时，使用选自氧化铝、硅铝、阳离子交换树脂和沸石中的一种或二种以上的固体酸催化剂；

(18) α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其包括以下步骤I~III：

步骤I：在仲胺中添加α β不饱和羧酸，并在加压下使其反应的步骤；

步骤II：使用逆流接触系统使步骤I的生成物与仲胺反应的步骤；和

步骤III：在步骤II的生成物中添加阻聚剂而进行分解反应的步骤；

(19) 如上述(18)所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，上述步骤I的反应条件为：α β不饱和羧酸与仲胺的摩尔比(仲胺/α β不饱和羧酸)在3~10的范围、反应温度为10~60℃；

(20) 如上述(18)或(19)所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，上述步骤I的生成物为沸点在150℃以上的羧酸，步骤II中使用的仲胺的沸点在110℃以下；

(21) 如上述(18)~(20)中任一项所述的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其中，作为上述步骤III中的阻聚剂，使用气相用阻聚剂和液相用阻聚剂；

(22) 3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其特征在于，使用通过上述(1)~(4)中任一项所述的制造方法得到的N,N二取代β氨基酸作为原料；

(23) 3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其特征在于，使用通过上述(5)~(12)中任一项所述的制造方法得到的羧酰胺作为原料；

(24) 3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其特征在于，使用通过上述(13)~(21)中任一项所述的制造方法得到的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺作为原料。

根据本发明，能够提供：使羧酸转化率提高、并以高纯度且高收率制造N,N二取代β氨基酸的方法；由高沸点羧酸和低沸点胺高效地制造羧酰胺的方法；以及能够在加压条件下进行N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的分解反应、从而以高收率制造高纯度的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的方法。

通过使用这些方法，能够高效、大量且廉价地制造适合用于酰胺溶剂的制造的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺。

附图说明

图1是表示进行逆流接触的装置的图。

图2是表示本发明的脱胺反应中使用的制造装置的一个方式的示意图。

图3是表示APA、DMAA、DMA和水的沸点与压力条件的相关性的图。

符号说明

1：高沸点羧酸

2：低沸点胺

3：生成物(羧酰胺)

4：低沸点胺+水

5：玻璃珠

6：玻璃珠

7：催化剂

8：网

9：网

101：N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺

102：气相用阻聚剂

103：液相用阻聚剂

104：馏出物(A)

105：馏出物(B)

110：反应器

111：催化剂

112：加热套

113：温度传感器

114：冷凝器

115：压力调节机。

具体实施方式

本发明的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法是利用以下的反应1~3的方法。通过使由反应1~3等得到的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺烷氧基化，能够以高收率、高纯度得到酰胺溶剂。

以下对各反应进行说明。

1. 胺加成反应

本发明的胺加成反应是使用α β不饱和羧酸和仲胺制造N,N二取代β氨基酸的反应。

上述胺加成反应中，α β不饱和羧酸可以没有特别限制地使用，例如可以列举以下的式(I)所示的羧酸。

[化2]

式(I)中，R¹~R³各自独立地表示氢原子、碳原子数1~10的烃基、碳原子数1~10的烃基被羧基取代而成的基团和羧基中的任意一种。碳原子数1~10的烃基被羧基取代而成的基团是指，具有羧基来代替烃基的氢原子的基团，通常具有1~3个羧基，优选具有1或2个，更优选具有1个。

在此，碳原子数1~10的烃基、碳原子数1~10的烃基被羧基取代而成的基团中的烃基，优选为碳原子数1~8个的基团，更优选碳原子数1~6个的基团。作为该烃基的例子，可以列举直链状或支链状的烷基、环烷基、芳基、苯基等，优选烷基或苯基。

从适合作为大量生产时的原料出发，R¹~R³优选氢原子或碳原子数为1~10的烷基，更优选氢原子或碳原子数1~5的烷基，特别优选氢原子或甲基。

作为式(I)所示的羧酸的具体例子，可以列举丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、马来酸、富马酸、柠康酸、衣康酸、肉桂酸等。其中，从适合作为大量生产时的原料出发，优选丙烯酸、甲基丙烯酸或丁烯酸。

上述胺加成反应中，仲胺可以没有特别限制地使用，例如可以列举以下的式(II)所示的仲胺。

[化3]

式(II)中，R⁴和R⁵各自独立地表示碳原子数1~6的饱和烃基。通过使R⁴、R⁵的碳原子数在上述范围，在室温附近为液状，且沸点不会变得过高(例如在常压下为110℃以下)，因此对进行反应有利。根据该观点，R⁴、R⁵的碳原子数为1~3，更优选碳原子数为1~2。R⁴和R⁵也可以彼此键合而形成碳原子数为2~6、优选碳原子数为2~5、更优选碳原子数为4或5的2价饱和烃基。

作为上述式(II)中的由R⁴、R⁵表示的饱和烃基，可以列举直链状或支链状的烷基、以及环烷基，优选直链状或支链状的烷基，更优选直链状的烷基。

作为由R⁴、R⁵表示的直链状或支链状的烷基，可以列举例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、各种戊基、各种己基、各种庚基、各种辛基、各种壬基、各种癸基，优选甲基或乙基。

作为由R⁴、R⁵表示的环烷基，可以列举例如环戊基、环己基。

作为R⁴和R⁵彼此键合而形成的2价饱和烃基，可以列举直链状或支链状的亚烷基、以及亚环烷基，优选直链状或支链状的亚烷基。作为该直链状或支链状的亚烷基，可以列举例如具有下述结构的2价基团：在上述由R⁴、R⁵表示的直链状或支链状烷基中各自除去1个氢原子，并使除去了氢原子的碳之间重新键合。

作为式(II)所示的仲胺的具体例子，可以列举二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、二异丙胺、正丁基甲基胺、仲丁基甲基胺、叔丁基甲基胺、二丙胺等。其中，从具有合适的沸点方面出发，优选二甲胺、二乙胺。

上述胺加成反应中，在仲胺中添加α β不饱和羧酸而进行反应。在有机溶剂或无溶剂条件下进行反应时，仲胺与α β不饱和羧酸的中和反应中生成的盐以固体形式析出，有可能阻碍反应器的搅拌。但是，如上述方法所述，通过在仲胺中添加α β不饱和羧酸，能够避免该问题。即，通过在仲胺过量的条件下进行反应，利用加成反应而生成β-氨基酸。所得的β氨基酸由于形成内盐，因此即使在有机溶剂或无溶剂条件下进行反应时也能够避免生成物以固体形式析出。

上述胺加成反应中使用的α β不饱和羧酸与仲胺的摩尔比(仲胺/α β不饱和羧酸)在3~10的范围。

该摩尔比小于3时，容易生成α β不饱和羧酸的铵盐，即使改变温度、时间也难以实现高收率。特别是不使用水作为溶剂时，如上所述由于铵盐以固体形式析出而妨碍搅拌，因此难以稳定地进行反应。其结果是产生安全方面的问题、由于体系内的温度上升而发生α β不饱和羧酸的聚合反应的问题。另外，该摩尔比超过10时，不能得到与添加量相对应的量的生成物，在收率方面存在问题。

从该观点出发，更优选该摩尔比在4~10的范围。通过为4以上，生成物变为更高纯度，可以在后续步骤(例如酰胺化反应等)中直接使用。

对于上述胺加成反应，从反应的稳定性和效率的观点出发，其反应温度为10~60℃，优选为30~40℃。通过使反应温度在10℃以上，可以不花费必要以上时间来进行反应，通过使其在60℃以下，可以避免α β不饱和羧酸的聚合反应。

在上述胺加成反应中，α β不饱和羧酸与仲胺的中和导致产生热，由于利用向过量存在的仲胺中添加α β不饱和羧酸的反应形式，因此，通过控制α β不饱和羧酸的添加速度可以容易地控制所产生的热量。

这样，由反应产生的热量可以通过调节上述添加速度来进行控制，添加α β不饱和羧酸时的反应溶液的温度不仅与添加速度有关，还与混合的溶液的热容量、反应器形状(表面积)、冷却效率等有关。因此，优化反应条件时，优选在使用所要使用的反应器，一边实际测量反应温度，一边确定添加速度。

例如，在使用实施例中列举的反应器时，α β不饱和羧酸的添加速度为1~10ml/分钟，优选为3~7ml/分钟。通过使添加速度在该范围，能够稳定地进行反应，能够避免中和热所带来的异常升温的问题。另外，也可以一并使用冷却装置、冷却剂等来控制温度。

上述胺加成反应中，对于添加α β不饱和羧酸的方法，只要能够将反应温度控制在上述范围就没有特别限制，可以连续地添加，也可以间歇地添加。从温度控制的观点出发，优选间歇的方法，特别优选滴加。

上述胺加成反应中，对于反应压力没有特别限制，但在仲胺为低沸点的情况下，优选加压使其液化。

上述胺加成反应中，对于反应时间没有特别限制。N,N二取代β氨基酸的生成反应是放热反应，由体系内的温度变化能够得知反应的终止时间。需要说明的是，实施例所示的实验中，滴加结束后，在约0.5小时时反应结束。因此认为，如果在滴加结束后持续搅拌1小时左右，则能够将本发明中得到的羧酰胺用于后续步骤。

如上所述，在本发明的胺加成反应中，避免α β不饱和羧酸的铵盐析出而产生的问题。这在反应的均匀性和温度控制方面有利，能提高羧酸转化率，并能够高纯度且高收率地制造N,N二取代β氨基酸。

通过使用由本发明中的胺加成反应得到的N,N二取代β氨基酸，能够以高收率、高纯度得到酰胺溶剂。

作为酰胺溶剂的制造方法，可以列举例如使用以下的步骤的方法。

(酰胺化反应)：N,N二取代β氨基酸+仲胺→N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺

(脱胺反应)：N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺→α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺+仲胺

(醇加成反应)：α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺+烷醇→3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺(酰胺溶剂)

2.酰胺化反应

本发明中的酰胺化反应是使用高沸点羧酸和低沸点胺来制造酰胺化合物的反应。此时的特征为使用逆流接触系统使高沸点羧酸与低沸点胺反应。需要说明的是，本说明书中，高沸点羧酸是指沸点在150℃以上的羧酸，低沸点胺是指沸点在90℃以下的胺。另外，逆流接触系统是指使用图1所记载的装置等进行的反应，具体而言，使液体状态的高沸点羧酸从塔顶流入，并从塔底鼓入气体状态的低沸点胺，使其在塔内进行反应。另外，所生成的羧酰胺在塔内以液体形式存在，并将其从下部的馏出口取出，另一方面，作为副生成的水从上部的馏出口排出。

如上所述，本发明中的酰胺化反应中使用的高沸点羧酸的沸点在150℃以上。通过使沸点在150℃以上，能够适合用于逆流接触系统。从该观点出发，更优选在180℃以上，特别优选在200℃以上。上限值没有特别限制，通常在250℃以下。另外，优选高沸点羧酸在反应条件下不固化，优选熔点在150℃以下。

本发明的酰胺化反应中，高沸点羧酸只要满足关于沸点的上述规定则可以没有特别限制地使用，可以列举例如N,N二取代β氨基酸，由上述胺加成反应得到的生成物也可以作为该酰胺化反应的高沸点羧酸使用。

作为N,N二取代β氨基酸，可以列举式(III)所示的羧酸。

[化4]

式(III)中，R⁶和R⁷各自独立地表示碳原子数1~6的饱和烃基，它们也可以彼此键合而形成碳原子数2~12的2价饱和烃基。R⁸~R¹⁰各自独立地表示氢原子、碳原子数1~10的烃基、碳原子数1~10的烃基被羧基取代而成的基团或者羧基。

对于上述碳原子数1~6的饱和烃基，优选碳原子数为1~3的基团，对于上述碳原子数2~12的2价饱和烃基，优选碳原子数为2~8的基团，更优选碳原子数为4或5的基团。

作为上述式(III)中的由R⁶、R⁷表示的饱和烃基，可以列举直链状或支链状的烷基、以及环烷基，优选直链状或支链状的烷基，更优选直链状的烷基。

作为式(III)中的由R⁶、R⁷表示的饱和烃基的具体例子和优选的基团，可以列举前面对式(II)的R⁴、R⁵进行说明的基团。

对于式(III)中的由R⁸~R¹⁰表示的碳原子数1~10的烃基、碳原子数1~10的烃基被羧基取代而成的基团中的烃基中的烃基，优选为碳原子数1~8个的基团，更优选碳原子数1~6个的基团。作为该烃基的例子，可以列举直链状或支链状的烷基、环烷基、芳基、苯基等，优选烷基或苯基。

作为式(III)中的由R⁸~R¹⁰表示的基团的优选基团，可以列举前面对式(I)的R¹~R³进行说明的基团。

作为式(III)所示的羧酸的具体例子，可以列举N,N-二甲基β丙氨酸、N,N-二乙基β丙氨酸、2-甲基-N,N-二甲基β丙氨酸、2-甲基-N,N-二乙基β丙氨酸、3-甲基-N,N-二甲基β丙氨酸、3-甲基-N,N-二乙基β丙氨酸等。其中，从没有甲基侧链的羧酸的热稳定性优良方面出发，优选N,N-二甲基β丙氨酸、N,N-二乙基β丙氨酸。

如上所述，本发明的酰胺化反应中使用的低沸点胺的沸点在90℃以下。通过使其在90℃以下，能够适合用于逆流接触系统。从该观点出发，更优选在60℃以下，特别优选在10℃以下。下限值没有特殊限制，通常在0℃以上。

本发明的酰胺化反应中，低沸点胺只要满足关于沸点的上述规定则可以没有特别限制地使用，可以列举例如仲胺。作为仲胺，可以列举式(IV)所示的胺。

[化5]

式(IV)中，R¹¹和R¹²各自独立地表示碳原子数1~6的饱和烃基，优选碳原子数1~3。R¹¹和R¹²也可以彼此键合而形成碳原子数为2~12、优选碳原子数为2~8、更优选碳原子数为4或5的2价饱和烃基。

作为上述式(IV)中的由R¹¹、R¹²表示的饱和烃基，可以列举直链状或支链状的烷基、以及环烷基，优选直链状或支链状的烷基，更优选直链状的烷基。

作为上述式(IV)中的由R¹¹、R¹²表示的烷基，可以列举直链状或支链状的烷基，具体而言，可以列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、各种戊基、各种己基、各种庚基、各种辛基、各种壬基、各种癸基，优选甲基或乙基。

作为式(IV)中的由R¹¹、R¹²表示的环烷基，可以列举例如环戊基、环己基。

作为式(IV)中的R¹¹和R¹²彼此键合而形成的2价饱和烃基，可以列举直链状或支链状的亚烷基、以及亚环烷基，优选直链状或支链状的亚烷基。作为该直链状或支链状的亚烷基，可以列举例如具有下述结构的2价基团：在上述由R¹¹、R¹²表示的直链状或支链状烷基中各自除去1个氢原子，并使除去了氢原子的碳之间重新键合。

作为式(IV)所示的胺的具体例子，可以列举二甲胺、二乙胺、甲基乙基胺、二异丙胺、正丁基甲基胺、仲丁基甲基胺、叔丁基甲基胺、二丙胺等。其中，从具有合适的沸点出发，优选二甲胺、二乙胺。

如上所述，本发明的酰胺化反应中，使用逆流接触系统进行酰胺化反应。其结果是能够大大提高反应的效率。

即，该酰胺化反应是如以下所示的平衡反应，为了提高反应的效率，必须使平衡向右偏移。

[数1]

高沸点羧酸 + 低沸点胺羧酰胺 + 水

此时，虽然将副生成的水排出到体系外被认为是有效的方法，但利用吸附剂除去水的方法不是适用于以工业规模制造羧酰胺时的方法，另外，利用蒸馏除去水的方法容易同时除去低沸点胺，难以使平衡移动。

但是，本发明的方法中，由反应器的上部导入液体状态的高沸点羧酸、由反应器的下部导入气体状态的低沸点胺而进行反应。由于作为生成物的羧酰胺通常具有高沸点，因此可以从反应器的塔底回收，副生成的水以气体形式从塔顶排出。其结果是能够使平衡偏移，从而能够提高酰胺化反应的效率。

需要说明的是，如上所述，由于使用逆流接触系统进行反应，因此需要调整反应条件，优选反应压力和反应温度满足以下的条件(1)~(3)。

(1)高沸点羧酸和生成物羧酰胺不气化的范围的压力、温度。

(2)低沸点胺不液化的范围的压力、温度。

(3)水发生气化的范围的压力、温度。

用于满足上述条件的优选反应条件如下。即，优选的反应温度为120~200℃，更优选的反应温度为150~180℃。另外，优选的反应压力为0.17~0.87MPa，更优选的反应压力为0.3~0.6MPa。需要说明的是，本说明书中的压力以绝对压力表示。

作为上述酰胺化反应中的反应器，只要具有高沸点羧酸与低沸点胺接触而达到气液平衡的场所即可，可以列举例如利用塔板(棚段)、填充物来增大接触面积（接地面積）的这种结构。另外，也可以使用催化剂，可以列举例如：γ-氧化铝等氧化铝；高氧化铝、低氧化铝等硅铝；高氟化树脂(Nafion)等阳离子交换树脂；以及丝光沸石、Y型、β型和MFI型等沸石等。

根据上述酰胺化反应，能够由高沸点羧酸和低沸点胺高效地制造羧酰胺。通过使用由该反应得到的羧酰胺，能够以高收率、高纯度得到酰胺溶剂。作为酰胺溶剂的制造方法，例如可以列举以下的步骤。

3.脱胺反应

本发明中的脱胺反应是使N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺分解为α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺和仲胺的反应。该反应的特征在于，在200~300℃的温度条件下、且在0.15~0.95MPa的压力条件下，使添加了气相用阻聚剂的液相的N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺分解，生成气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺，并在该气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中添加液相用阻聚剂。

作为上述的N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺，优选下述式(V)所示的化合物。

[化6]

(式中，R¹³~R¹⁶各自独立地表示碳原子数1~6(优选碳原子数1~3)的饱和烃基，R¹⁷~R¹⁹各自独立地表示氢原子、碳原子数1~10(优选碳原子数1~6)的烃基、碳原子数1~10(优选碳原子数1~6)的烃基被羧基取代而成的基团或者羧基。R¹³和R¹⁴也可以彼此键合而形成碳原子数2~8(优选碳原子数4或5)的2价饱和烃基，R¹⁵和R¹⁶也可以彼此键合而形成碳原子数2~8(优选碳原子数4或5)的2价饱和烃基)。

作为上述式(V)中的由R¹³~R¹⁶表示的饱和烃基，可以列举直链状或支链状的烷基、以及环烷基，优选烷基。

作为上述式(V)中的由R¹⁷~R¹⁹表示的烃基、由R¹⁷~R¹⁹表示的烃基被羧基取代而成的基团中的烃基，可以列举直链状或支链状的烷基、环烷基、芳基等，优选烷基或苯基。

作为上述式(V)中的由R¹³~R¹⁹表示的烷基，可以列举直链状或支链状的烷基，具体而言，可以列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、各种戊基、各种己基、各种庚基、各种辛基、各种壬基、各种癸基，优选甲基或乙基。

作为R¹³与R¹⁴、R¹⁵与R¹⁶彼此键合而形成的2价饱和烃基，可以列举直链状或支链状的亚烷基、以及亚环烷基，优选亚烷基。作为R¹³与R¹⁴、R¹⁵与R¹⁶彼此键合而形成的直链状或支链状的亚烷基的具体例子，可以列举将上述由R¹³~R¹⁶表示的直链状或支链状烷基变成2价基团而成的亚烷基。

作为上述N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的具体例子，可以列举3-N,N-二甲基氨基丙酰二甲胺、3-N,N-二乙基氨基丙酰二乙胺、3-N,N-二甲基氨基-2-甲基丙酰二甲胺、3-N,N-二乙基氨基-2-甲基丙酰二乙胺、3-N,N-二甲基氨基丁酰二甲胺、3-N,N-二乙基氨基丁酰二乙胺，优选3-N,N-二甲基氨基丙酰二甲胺、3-N,N-二乙基氨基丙酰二乙胺等。

上述气相用阻聚剂只要可以作为气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的阻聚剂使用即可，可以适宜使用亚硝基化合物。

作为亚硝基化合物的具体例子，可以列举例如亚硝基胺类、亚硝基胺金属盐类、亚硝基苯类、亚硝基肟类、亚硝基亚胺类、亚硝基酰胺类、亚硝基氨基甲酸酯类、亚硝基萘酚类、亚硝基二烷基氨基苯酚类等。

作为亚硝基胺类，可以列举例如N,N-二甲基对亚硝基苯胺、亚硝基二苯胺、亚硝基二甲胺、亚硝基-N,N-二乙胺、N-亚硝基二-N-丁基胺、N-亚硝基二-N-正丁基-4-丁醇胺、N-亚硝基-二异丙醇胺、N-亚硝基-N-乙基-4-丁醇胺、5-亚硝基-8-羟基喹啉、N-亚硝基吗啉等。

作为亚硝基胺金属盐类，可以列举例如NPH(N-亚硝基苯胲铵盐)、N-亚硝基苯胲铝盐、N-亚硝基苯胲锌盐、N-亚硝基苯胲铁盐等。

作为亚硝基苯类，可以列举例如亚硝基苯、2,4,6-三叔丁基亚硝基苯等。

作为亚硝基肟类，可以列举例如5-亚硝基肟、亚硝基苯基酮类：异亚硝基苯乙酮、α-异亚硝基苯丙酮等。

作为亚硝基亚胺类，可以列举例如N-亚硝基环庚基亚胺等。

作为亚硝基酰胺类，可以列举例如N-亚硝基-N-甲基-对甲苯磺酰胺等。

作为亚硝基氨基甲酸酯类，可以列举例如N-亚硝基-N-甲基氨基甲酸酯、N-亚硝基-N-正丙基氨基甲酸酯等。

作为亚硝基萘酚类，可以列举例如1-亚硝基-2-萘酚、2-亚硝基-1-萘酚、2-亚硝基-1-萘酚-3,6-二磺酸钠、2-亚硝基-1-萘酚-4-磺酸等。

作为亚硝基二烷基氨基苯酚类，可以列举例如2-亚硝基-5-二乙基氨基苯酚盐酸盐、2-亚硝基-5-二甲基氨基苯酚盐酸盐、5-异亚硝基巴比妥酸、4-亚硝基间二羟苯基-1-单甲醚等。

其中，从在工业规模下的获取性的观点出发，优选亚硝基胺金属盐类，更优选NPH(N-亚硝基苯胲铵盐)。

气相用阻聚剂的添加量优选相对于N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺为0.05~10质量%。只要在该范围，就能够将反应器内的重质化物的量抑制在所添加的N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的10质量%以内。从该观点出发，更优选0.5~2质量%，只要在该范围，则几乎检测不到重质物(1质量%以下)。

N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的分解反应可以使用催化剂，也可以不使用催化剂。

作为催化剂，可以列举例如氧化铝、硅铝、阳离子交换树脂、沸石类等固体酸催化剂。

作为上述氧化铝的具体例子，可以列举例如γ-氧化铝等。

作为硅铝的具体例子，可以列举例如高氧化铝、低氧化铝等。

作为阳离子交换树脂的具体例子，可以列举例如高氟化树脂等。

作为沸石类的具体例子，可以列举例如丝光沸石、Y型、β型、MFI型等。

其中，从在工业规模下的获取性的观点出发，优选氧化铝、硅铝，更优选氧化铝，进一步优选γ-氧化铝。

对于上述N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的分解的反应条件，温度条件为200~300℃、优选220~280℃，压力条件为0.15~0.95MPa、优选0.17~0.7MPa。若温度低于200℃，则分解反应不充分，生成物中未反应原料大量残留，因此不符合条件，若超过300℃，则难以抑制生成物α β羧酰胺的聚合性。另外，若压力小于0.15MPa，则除了需要如上所述将反应温度设定为200℃以下之外，在进行所产生的胺气体的收集时还需要加压机、冷却机等附带设备，导致制品价格上升，另外，若超过0.95MPa，则如上所述反应温度超过300℃，因而制品的聚合性成为问题，加热需要大量的热量，因此有可能导致制品价格上升。

图3中示出了作为上述N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的3-二甲基氨基丙酰二甲胺(以下有时简称为APA)、作为上述α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的N,N-二甲基丙烯酰胺(以下有时简称为DMAA)、和后述的作为低沸点胺的二甲胺(以下有时简称为DMA)的沸点与压力的相关性。原料APA不挥发而生成物DMAA能够挥发的条件是优选的范围，生成物的纯度高、能直接投入后续反应的范围是更优选的范围。

作为这样得到的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺，只要是分解N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺而得到的物质则没有特别的限定，但优选在0.1~1.0MPa的压力条件下沸点为200~250℃的物质，具体而言，可以列举N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙酰胺、N,N-二乙基甲基丙酰胺、N,N-二甲基丁烯酰胺和N,N-二乙基丁烯酰胺。

上述液相用阻聚剂只要可以作为液相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的阻聚剂使用即可，作为具体例子，可以列举金属络合物、吩噻嗪类、氢醌类、有机稳定自由基等。

作为金属络合物，可以列举例如CBW(二硫代氨基甲酸铜)等。

作为吩噻嗪类，可以列举例如吩噻嗪、甲氧基吩噻嗪等。

作为氢醌类，可以列举例如氢醌、苯醌、氢醌单甲醚、邻苯二酚、愈创木酚等。

作为有机稳定自由基，可以列举例如二苯基苦基肼、α,γ-双二亚苯基-β-苯基烯丙基(α、γ－ビスジフェニレン－β－フェニルアリール)、加尔万氧基、1,3,5-三苯基四联氮基(１，３，５－トリフェニルバーダジル)、二叔丁基硝基氧化物、2,2,6,6,-四甲基哌啶-1-氧基、2,2,6,6,-四甲基哌啶酮-1-氧基、3-氨基甲酰proxyl(３－カルバモイルブロキシル)、2,2,6,6,-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧基(TEMPO)等。

其中，从在工业规模下的获取性的观点出发，优选金属络合物、吩噻嗪类、氢醌类，更优选二硫代氨基甲酸铜、吩噻嗪、甲氧基吩噻嗪、氢醌、苯醌、氢醌单甲醚、邻苯二酚、愈创木酚，进一步优选二硫代氨基甲酸铜、吩噻嗪、氢醌、苯醌、氢醌单甲醚。

在生成的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中添加的液相用阻聚剂的量相对于α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺为100~10000质量ppm时，重质物量为所添加的原料的1%以下，因此优选，为500~2000质量ppm时几乎检测不到重质物，因此更优选。

液相用阻聚剂可以添加到由分解反应生成的液相或气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中，但优选添加到气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中，更优选将液相用阻聚剂的溶液注入气相的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中的方法。

根据本发明的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，伴随着N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺的分解，副生成低沸点胺。作为该低沸点胺，优选沸点在30℃以下的胺，更优选二甲胺、二乙胺，进一步优选二甲胺。

以下，参照附图对本发明的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法的一个方式进行更具体地说明。

作为本发明的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法的一个方式，可以列举例如使用图2所示的装置的方法。首先，从保持垂直的管状反应器110的下部、用高压泵导入N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺101和气相用阻聚剂102的混合液。将反应器110密闭，并将其整体用加热套112(套形加热器、导热油套等)覆盖。分解反应可以在存在或不存在催化剂111的条件下进行，在使用催化剂111的情况下，为了将催化剂填充层的温度调节到设定温度±5℃以内，优选利用温度传感器113进行测定，以能够控制内部温度。分解反应的压力条件可以通过压力调节机115进行调节。

接着，将由分解反应生成的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺和低沸点胺的气相混合物导入冷凝器114，并使冷凝器114中流过约60℃的温水。此时，液相用阻聚剂103(氢醌等)水溶液向α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺中添加，优选在导入冷凝器114前使用高压泵等进行注入的方法。这样，能够由冷凝器114的馏出口得到含有作为目标的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺和水的馏出物(A)104。

需要说明的是，含有副生成的仲胺、水的馏出物(B)105，例如可以通过在压力调节机115的下游设置收集器、利用干冰-丙酮冷却至-70℃左右以下而收集。

4. 醇加成反应

通过将由上述反应1~3等得到的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺烷氧基化，能够以高收率、高纯度得到酰胺溶剂。

该反应可以由以下的式子表示。

作为醇，没有特别限制，根据目的适当确定即可。例如，可以列举碳原子数为1~10的醇，优选碳原子数为1~6的醇，具体而言，可以列举甲醇、乙醇、正丙醇、仲丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正庚醇、正己醇、环己醇等。

如上所述，本发明中的胺加成反应、酰胺化反应和脱胺反应均有助于各反应的效率和纯度的提高。因此，通过使用其中任意一种反应，都能够高效、大量且廉价地制造α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺、3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺。

特别是，在工业规模下进行生产等情况下，优选在一系列制造步骤中将这些反应组合使用。例如，可以列举包括以下的步骤I~III的α β不饱和羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法。

步骤I：在仲胺中添加α β不饱和羧酸、并在加压下使其反应的步骤；

步骤II：使用逆流接触系统使步骤I的生成物与仲胺反应的步骤；

步骤III：在步骤II的生成物中添加阻聚剂而进行分解反应的步骤。

关于步骤I，作为其反应条件，优选α β不饱和羧酸与仲胺的摩尔比(仲胺/α β不饱和羧酸)在3~10的范围、反应温度为10~60℃。

另外，对于前面说明的胺加成反应的技术也可以在步骤I中使用。

关于步骤II，步骤I的生成物是沸点为150℃以上的羧酸，步骤II中使用的仲胺的沸点优选为110℃以下，更优选为90℃以下。

另外，对于前面说明的酰胺化反应的技术也可以在步骤II中使用。

关于步骤III，作为阻聚剂，优选使用气相用阻聚剂和液相用阻聚剂。

另外，对于前面说明的脱胺反应的技术也可以在步骤III中使用。

实施例

接着，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实例的任何限定。

[胺加成反应]

以下示出实施例和比较例的反应条件。反应后，将生成液(比较例1中为固体)溶解在D₂O中，测定¹H-NMR(日本电子GX-500)。

羧酸转化率通过以下的计算式求出。

羧酸转化率=1-未反应羧酸(mol)/{未反应羧酸(mol)+胺加成物(mol)}

在此，式中的未反应羧酸的物质的量由NMR中得到的归属于双键的信号得到，胺加成物的物质的量由NMR中得到的亚甲基、次甲基信号得到。

胺加成物纯度和胺加成物收率通过以下的计算式求出。

胺加成物纯度=B/(滴加的羧酸(mol)-A)

胺加成物收率=B/(A+B)

A：由归属于原料丙烯酸等的双键的信号得到的原料的物质的量(mol)

B：由胺加成生成的生成物的亚甲基链的信号得到的生成物的物质的量(mol)

需要说明的是，实施例和比较例中，作为耐压容器，使用在東京理化器械(株)制φ60耐压容器中安装了玻璃内容器的容器。

实施例1

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=3)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸16g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时3分钟。

实施例2

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸12g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时3分钟。

实施例3

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸12g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后立即进行分析(反应时间3分钟)。

实施例4

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸12g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应0.5小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为33分钟。

实施例5

[二乙胺与丙烯酸的反应(二乙胺/丙烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二乙胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸7.4g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为7~9ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时3分钟。

实施例6

[二甲胺与甲基丙烯酸的反应(二甲胺/甲基丙烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给甲基丙烯酸14.3g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加甲基丙烯酸、进而使甲基丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时3分钟。

实施例7

[二甲胺与丁烯酸的反应(二甲胺/丁烯酸摩尔比=4)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丁烯酸14.3g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丁烯酸、进而使丁烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时3分钟。

比较例1

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=1)]

向耐压容器中加入二甲胺20g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸32g。此时产生中和热，因此在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸。通过使丙烯酸的滴加速度为3~5ml/分钟，在滴加到22g丙烯酸之前将反应器内部温度保持在25~35℃的范围，进而由于继续滴加丙烯酸，生成固体成分，因而搅拌停止。其结果是反应容器内温度上升而不能控制。在该状态下继续滴加丙烯酸，滴加结束后，在30℃下放置1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时8分钟。

比较例2

[二甲胺与丙烯酸的反应(二甲胺/丙烯酸摩尔比=2)]

向耐压容器中加入二甲胺30g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵供给丙烯酸24g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加丙烯酸、进而使丙烯酸滴加速度为5~7ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时，然后进行分析。从滴加开始的反应时间为1小时5分钟。

[表1]

[酰胺化反应]

反应液的分析利用气相色谱仪(GC)进行。以下示出分析条件。

柱：アジレントテクノロジー株式会社制 HP-1 内径0.32mm长度60m 膜压1.00μm

柱箱：100℃(0分钟)-升温15℃/分钟-250℃(10分钟)

载气：氦气(35cm/秒)

进样：200℃

分流比1：20

检测器：FID(250℃)

尾吹：氮气30ml/分钟

进样量：1.0μL

GC：アジレント6850ネットワークGCシステム

DMBA(N,N-二甲基β丙氨酸)转化率通过以下的方法求出。

DMBA转化率=1-DMBA(摩尔)/(DMBA酰胺(摩尔)+DMBA(摩尔))

GC分析中未检测出副产物。另外，由于认为没有发生聚合反应等产生GC未检测出的副产物的副反应，因此认为反应的酰胺选择率为100%。

对于酰胺收率，由于GC分析中未检测出副产物，物质收支在反应前后也几乎为100%，因此反应的选择率为100%。因此，DMBA转化率和酰胺收率为相同的值。

将这些结果示于第3表。

制造例1(反应器的制造)

图1示出了实施例中使用的反应器的结构。该反应器通过以下的方法制造。

将长度50cm、内径2.4cm的不锈钢制管保持垂直。在管的最下部设置用于防止填充物落下的不锈钢制的金属丝网。在金属丝网上以10cm的高度填充直径为2mm的玻璃珠，并在其上以30cm的高度填充催化剂(氧化铝、日挥化学株式会社制N611N)。在催化剂上放置不锈钢制的网，以10cm的高度填充直径为2mm的玻璃珠，并将管密闭。进而，在反应器的上部介由压力调节机设置气体成分馏出口，在反应器的下部介由压力调节机设置液体成分馏出口。另外，将管整体用加热套(套形加热器或导热油套)覆盖，以能够控制催化剂填充部分的温度。

需要说明的是，实际反应时，使用高压泵将液状的高沸点羧酸从反应器的上部导入，从反应器的下部导入气化的低沸点胺。作为生成物的羧酰胺可由反应器下部的液体成分馏出口得到，作为副产物的水和未反应的低沸点胺由反应器上部的气体成分馏出口排出。

实施例8

在由制造例1得到的反应器中，将2个压力调节机调节至0.3MPa，并将反应器加热至150℃。将DMBA(N,N-二甲基β丙氨酸)加热至100℃而使其熔融，并将其从反应器上部以5ml/分钟(330g/h、2.82mol/h)供给。另外，将气化的DMA(二甲胺)用0.85MPa的氮气加压，并从反应器的下部以3.1ml/分钟(126.5g/h、2.81mol/h)供给(DMA/DMBA摩尔比=1.0)。反应稳定后，在经过30分钟的时刻将由液体成分的馏出口得到的馏出物收集到100ml的甲醇中，并进行GC分析。

实施例9

除了将DMA供给速度变为4.7ml/分钟(191.8g/h、4.15mol/h)以外，进行与实施例8相同的操作(DMA/DMBA摩尔比=1.5)。

实施例10

除了将DMA供给速度变为6.2ml/分钟(253.0g/h、5.61mol/h)以外，进行与实施例8相同的操作(DMA/DMBA摩尔比=1.99)。

实施例11

除了将DMA供给速度变为9.3ml/分钟(379.4g/h、8.42mol/h)以外，进行与实施例8相同的操作(DMA/DMBA摩尔比=2.99)。

比较例3~6

[平衡常数K的计算]

将DMBA 1.00g、40%DMA水溶液3.85g、粉末状氧化铝(日挥化学株式会社制N613N)1g加入到15ml不锈钢制耐压容器中并进行密闭。如此准备3个，浸渍在150℃的油浴中，边搅拌边加热。每8个小时取样进行GC分析。将其结果示于第2表。

本反应由下述的平衡式表示，认为在24小时时已达到平衡。

[数2]

DMBA + DMA DMBA酰胺 + 水

因此，该条件下的平衡转化率为17.2%。另一方面，平衡常数K由下式定义。

K=[DMBA酰胺]×[H₂O]/[[DMBA]×[DMA]]

在此，由[ ]括起的量表示平衡时的摩尔浓度，由于在本实验中为相同体积的均匀溶液，因此[ ]为物质的量也可得到相同的平衡常数。

即，已知平衡时各成分的物质的量，则能够计算平衡常数。在此，如上所述，反应的酰胺选择率为100%，因此可以由DMBA转化率计算每小时各成分的物质的量。第2表中示出了各成分的物质的量。

[表2]

[各原料比中的DMBA转化率的计算]

如上述实验所示，150℃下上述平衡式的平衡常数为0.8062。进而，通过使用所得的平衡常数，能够计算改变原料比时的平衡转化率。将与实施例的原料比相同、但未使用逆流接触系统的情况的DMBA转化率作为比较例3~6示于第3表。

[表3]

[脱胺反应]

实施例12(N,N-二甲基丙烯酰胺的制造)

使用图2所示的装置，将反应器温度设定为250℃，将压力调节机设定为0.3MPa。作为反应器，使用长度50cm、内径2.4cm的不锈钢制管，并填充催化剂(氧化铝、日挥化学株式会社制、N611N)形成40cm的高度。从反应器下部的导入口用高压泵以1毫升/分钟导入添加有2质量%NPH的3-二甲基氨基丙酰二甲胺(以下有时称为原料混合液)。进而，将由分解反应生成的气体和氢醌的0.1质量%水溶液用高压泵注入到冷凝器中(以3-二甲基氨基丙酰二甲胺为基准计1020质量ppm)，并使冷凝器中流过60℃的温水。边调节压力调节机边使其反应5小时，将来自冷凝器的馏出物收集到100毫升的甲醇中(馏出物(A))。另外，在冷凝器的下游设置收集副产物二甲胺和水的收集器，用干冰-丙酮冷却至-70℃以下，得到馏出物(B)。停止注入，从反应器下部的导入口导入空气，将反应器冷却至30℃以下。

使用蒸发器将馏出物(A)的挥发成分分离并计量，并供于气相色谱分析(GC分析)，结果未发现副产物的峰，因此可认为除重质(不挥发成分)外均转化为目标物N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，计算DMAA的收率和纯度。将结果示于第4表。

用0.1摩尔/升硫酸标准溶液进行滴定来定量馏出物(B)中的二甲胺(DMA)量，得到DMA回收率。将结果示于第4表。

进而，取出催化剂并计量在催化剂上附着、或在反应器内堆积的重质成分，由其总量得到反应器内重质量。反应器内部的重质物以反应中使用的3-二甲基氨基丙酰二甲胺的质量为基准进行计算。将结果示于第4表。

以下示出上述GC分析的测定条件。

柱：アジレントテクノロジー株式会社制、HP-1、内径0.32mm、长度60m、膜压1.00μm

柱箱：100℃(0分钟)-升温15℃/分钟-250℃(10分钟)

载气：氦气(35cm/秒)

进样：200℃

分流比：1：20

检测器：FID(250℃)

尾吹：氮气30ml/分钟

进样量：1.0μL

GC：アジレント6850ネットワークGCシステム

以下示出上述DMAA收率、反应器内重质量、馏出物(A)中重质量、DMA回收率和DMAA纯度的计算方法。

DMAA收率(摩尔%)=利用GC分析测定的馏出物(A)中的DMAA量(摩尔)/作为原料使用的3-二甲基氨基丙酰二甲胺的量(摩尔)

反应器内重质量(质量%)=在催化剂上附着、或者在反应器内堆积的重质成分的质量/作为原料使用的3-二甲基氨基丙酰二甲胺的质量

馏出物(A)中重质量(质量%)=由馏出物(A)分离出的重质成分的质量/作为原料使用的3-二甲基氨基丙酰二甲胺的质量

DMA回收率(摩尔%)=通过滴定测定的馏出物(B)中的DMA量(摩尔)/作为原料使用的3-二甲基氨基丙酰二甲胺的量(摩尔)

DMAA纯度(质量%)=利用GC分析测定的馏出物(A)中的DMAA的质量/馏出物(A)的质量(甲醇除外)

实施例13(N,N-二甲基丙烯酰胺的制造)

除了将反应器温度设定为300℃、将压力调节机设定为0.6MPa以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

另外，与实施例12同样地测定DMAA的收率和纯度、馏出物(A)中的重质量、DMA回收率、以及反应器内重质量。在第4表中示出结果。

实施例14

除了将反应器温度设定为200℃、将压力调节机设定为0.18MPa以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

实施例15

除了使NPH量为0.2质量%、并使注入的氢醌水溶液浓度为0.05质量%(以3-二甲基氨基丙酰二甲胺为基准计510质量ppm)以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

实施例16

除了将反应器温度设定为225℃、将压力调节机设定为0.25MPa以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

实施例17

除了使NPH量为0.05质量%、并使注入的氢醌水溶液浓度为0.5质量%(以3-二甲基氨基丙酰二甲胺为基准计510重量ppm)以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

比较例7

除了在3-二甲基氨基丙酰二甲胺中不添加NPH、并且注入水来代替氢醌水溶液(以3-二甲基氨基丙酰二甲胺为基准计0质量ppm)以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

另外，与实施例12同样地测定DMAA的收率和纯度、馏出物馏出物(A)中的重质量、DMA回收率、以及反应器内重质量。在第4表中示出结果。

比较例8

除了将反应器温度设定为200℃、将压力调节机设定为0.1MPa(常压)以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

比较例9

除了将反应器温度设定为250℃、将压力调节机设定为0.1MPa(常压)以外，与实施例12同样地，得到N,N-二甲基丙烯酰胺。

[表4]

认为比较例9未发生反应，而仅仅是蒸馏出了原料。

由上述实施例12~17可知，在反应温度200~300℃、反应压力0.16~0.45MPa下分解反应高效地进行，能够以高收率、高纯度得到DMAA，并且重质物的生成少。而且，由于是正压，因此DMA的回收率也非常好，回收了与分解的原料相等的DMA。

与此相对，对于未使用阻聚剂的比较例7，虽然进行分解但重质化显著，DMAA的收率低。另外，对于在常压下进行分解反应的比较例8和9，DMAA的收率也低。

以上显示，根据本发明，N,N二取代β氨基酸-N’,N’二取代酰胺不需形成负压即可良好地分解而提供相应的α,β不饱和酰胺和仲胺。

[以二甲胺和甲基丙烯酸为初始原料的3-烷氧基-N,N二甲基丙酰胺的制造]

实施例18~21

(1)DMBA(N,N-二甲基β丙氨酸)的制造

向耐压容器中加入二甲胺300g并进行密闭。将反应器的温度设定为20℃，以高压泵从1个供给口供给甲基丙烯酸143g。此时产生中和热，但通过在冰浴中冷却的同时滴加甲基丙烯酸、进而使甲基丙烯酸滴加速度为10~30ml/分钟，将反应器内部温度调节至25~35℃的范围。滴加结束后，使其反应1小时。

反应结束后，将反应器内脱压。然后，用氮气进行微加压，再进行脱压，将上述操作进行3次，除去未反应的二甲胺气体。

由反应器得到反应物(白色固体)229.0g。GC分析的结果确认了白色固体为纯度：99.95%的DMBA。

在该条件下进行20批次的反应，总计得到4.57kg的DMBA。平均产量为228.6g/1批次(收率：99.8%)。纯度为99.92%。

(2)3-二甲基氨基丙酰二甲胺的制造

反应器使用制造例1中制造的反应器。

在该反应器中将2个压力调节机调节至0.3MPa，并将反应器加热至150℃。将上述(1)中合成的DMBA(N,N-二甲基β丙氨酸)加热至100℃而使其熔融，并将其从反应器上部以5ml/分钟(330g/h、2.89mol/h)供给。另外，将气化的DMA(二甲胺)用0.85MPa的氮气加压，并从反应器的下部以3.2ml/分钟(130.2g/h、2.89mol/h)供给 (DMA/DMBA摩尔比=1.0)。各部分的温度在约1小时稳定，之后的1小时体系内稳定化，因此进行运转。然后，用2小时收集来自液体成分馏出口的流出物，得到透明液体639g。

将该液体进行GC分析，结果为纯度99.8%的3-二甲基氨基丙酰二甲胺。

(3)N,N-二甲基丙烯酰胺的制造

反应器使用实施例12中所述的反应器。

用高压泵以1毫升/分钟从反应器下部的导入口导入添加有2质量%NPH的3-二甲基氨基丙酰二甲胺(以下有时称为原料混合液)。进而，将由分解反应生成的气体和氢醌的0.1质量%水溶液用高压泵注入到冷凝器中(以3-二甲基氨基丙酰二甲胺为基准计1020质量ppm)，并使冷凝器中流过60℃的温水。边调节压力调节机边使其反应5小时(总计导入300g添加有2质量%NPH的3-二甲基氨基丙酰二甲胺)。

将来自冷凝器的馏出物收集到100毫升甲醇中，得到馏出物382g 。

对所得馏出物，使用具有10级的塔板式塔的蒸馏装置进行纯化处理。如下所述地改变条件，用2种方法进行纯化。

[纯化处理1]

使用馏出物150g进行蒸馏。

在该蒸馏中，首先，将体系内设为50mmHg的减压度，并将底部的温度从室温缓慢升温至70℃，蒸馏除去甲醇和水。设此时的回流比(R/D)=0/1。然后，将减压度设为20mmHg，边以回流比(R/D)=1/1调节底部温度，边进行蒸馏。在蒸馏塔顶部的温度达到80℃之前作为前馏分收集，从达到80℃开始作为主馏分收集。

将蒸馏结果示于第5表。

[表5]

[纯化处理2]

使用馏出物150g进行蒸馏。

在该蒸馏中，首先，将体系内设为50mmHg的减压度，并将底部的温度从室温缓慢升温至70℃，蒸馏除去甲醇和水。设此时的回流比(R/D)=0/1。然后，将减压度设为20mmHg，边以回流比(R/D)=1/1调节底部温度，边进行蒸馏，在蒸馏塔顶部的温度达到80℃的时刻停止蒸馏，得到105.3g的底层液体。

将该底层液体进行GC分析，结果为纯度99.1%的N,N-二甲基丙烯酰胺。

(4)3-烷氧基-N,N-二甲基丙酰胺的制造

[使用纯化处理1中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的制造(实施例18)]

向具备搅拌装置、热电偶和氮气导入管的100mL三口烧瓶中加入纯化处理1中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺30.00g(0.302摩尔)、甲醇14.50g(0.453摩尔)。向其中导入氮气，边搅拌边在室温下添加含有甲醇钠0.163g(0.00302摩尔)的甲醇溶液3毫升。此时温度上升，因此使用水浴调节至30~40℃，使其反应5小时后，用醋酸中和。

将未反应物用蒸发器蒸馏除去后，得到在133Pa、58℃下馏出的生成物37.9g。将该生成物用GC进行分析，结果为纯度99.2%的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。

[使用纯化处理2中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的制造(实施例19)]

向具备搅拌装置、热电偶和氮气导入管的100mL三口烧瓶中加入纯化处理2中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺30.00g(0.300摩尔)、甲醇14.41g(0.450摩尔)。向其中导入氮气，边搅拌边在室温下缓慢添加含有甲醇钠0.162g(0.00300摩尔)的甲醇溶液3毫升。此时温度上升，因此使用水浴调节至30~40℃，使其反应5小时后，用醋酸中和。

将未反应物用蒸发器蒸馏除去后，得到在133Pa、58℃下馏出的生成物35.7g。将该生成物用GC进行分析，结果为纯度98.9%的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。

[使用纯化处理1中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺的3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺的制造(实施例20)]

向具备搅拌装置、热电偶和氮气导入管的100mL三口烧瓶中加入纯化处理1中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺30.00g(0.302摩尔)、丁醇33.54g(0.453摩尔)。向其中导入氮气，边搅拌边在室温下缓慢添加含有甲醇钠0.163g(0.00302摩尔)的丁醇溶液3毫升。此时温度上升，因此使用水浴调节至30~40℃，使其反应5小时后，用醋酸中和。

将未反应物用蒸发器蒸馏除去后，得到在133Pa、78℃下馏出的生成物48.4g。将该生成物用GC进行分析，结果为纯度99.3%的3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺。

[使用纯化处理2中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺的3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺的制造(实施例21)]

向具备搅拌装置、热电偶和氮气导入管的100mL三口烧瓶中加入纯化处理2中得到的N,N-二甲基丙烯酰胺30.00g(0.300摩尔)、丁醇33.34g(0.450摩尔)。向其中导入氮气，边搅拌边在室温下缓慢添加含有甲醇钠0.162g(0.00300摩尔)的丁醇溶液3毫升。此时温度上升，因此使用水浴调节至30~40℃，使其反应5小时后，用醋酸中和。

将未反应物用蒸发器蒸馏除去后，得到在133Pa、78℃下馏出的生成物46.7g。将该生成物用GC进行分析，结果为纯度99.5%的3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺。

产业实用性

根据本发明，能够以工业上大量生产的α β不饱和羧酸为原料高效、大量且廉价地制造适合作为溶剂、清洗剂的酰胺化合物。

Claims

1.N,N二取代β氨基酸的制造方法，其是在仲胺中添加α β不饱和羧酸来进行反应的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸与仲胺的摩尔比、即仲胺/α β不饱和羧酸在3~10的范围，反应温度为10~60℃。

2.如权利要求1所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸为选自丙烯酸、甲基丙烯酸和丁烯酸中的一种或二种以上的α β不饱和羧酸。

3.如权利要求1或2所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，仲胺为以下的式(II)所示的仲胺，

式(II)中，R⁴和R⁵各自独立地表示碳原子数1~6的饱和烃基，R⁴和R⁵也可以彼此键合而形成碳原子数2~8的2价饱和烃基。

4.如权利要求1或2所述的N,N二取代β氨基酸的制造方法，其中，α β不饱和羧酸的添加速度为3~7ml/分钟。

5.3-烷氧基羧酸-N,N二取代酰胺的制造方法，其特征在于，通过权利要求1~4中任一项所述的制造方法制造N,N二取代β氨基酸，使用该制得的N,N二取代β氨基酸作为原料。