CN112300018B - 一种n,n-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N,N‑二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，甲酸、乙酸乙酯和二甲胺升温反应制得N,N‑二甲氨基丙烯酸乙酯和水。本发明的N,N‑二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法反应路线短，收率和纯度高，安全风险低。
Description
技术领域
本发明涉及一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，属于化工合成技术领域。
背景技术
N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯是一种用途广泛的季胺类丙烯酸酯，具有酯类、烯烃类、胺类化合物的特性，可用于制备杀菌剂（氟唑菌酰胺、联苯菌胺、吡唑奈菌胺等）的关键中间体3-二氟甲基-1-甲基吡唑-4-羧酸，还可用于合成抗感染药物喹诺酮类化合物（环丙沙星、莫西沙星、左氧氟沙星、诺氟沙星等）。近年来，工业上也把N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯作为纤维处理剂、涂料、离子交换树脂、纸力增强剂、染色改良剂等专用化学品的主要原料。
目前国内外合成N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的方法主要分为以下几种：
（1）羟醛缩合法：以乙酸乙酯和甲酸乙酯为起始原料，在氢化钠的存在下进行反应制得甲酰乙酸乙酯钠盐，再与二甲胺反应得到目标产物。该方法中涉及到的氢化钠因含有矿物油，会影响产品纯度，其在使用过程中存在的安全隐患也较高。另外，甲酸乙酯和乙酸乙酯在使用过程中的损耗较高，不利于VOCs的管控，已然不符合当下日益严格的生态环境监管要求。
（2）硫酸二乙酯法：以N,N-二甲基甲酰胺为原料，与硫酸二乙酯络合后再与丙二酸二乙酯反应，制得N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯。该方法由于用到了N,N-二甲基甲酰胺，其废水生化降解难度很大。另外，硫酸二乙酯的毒性也较大，不利于车间员工的职业卫生防护，故该方法不适合工业化生产。
（3）乙氧基乙炔法：以N,N-二甲基甲酰胺为原料，与乙氧基乙炔在三氟化硼酸酯的催化下，一步法得到目标产品。该方法由于涉及到的乙氧乙炔市场供应紧缺且价格昂贵，三氟化硼酸酯催化剂的回收难度也较大，所以综合生产成本极高，基本没有工业化生产的价值。
（4）亚胺络合法：此方法与硫酸二乙酯法类似，先将N,N-二甲基甲酰胺与硫酸二甲酯络合制得亚胺，再和二甲胺气体反应生成二甲胺取代的亚胺，然后经叔丁醇钾处理后与乙酸乙酯置换得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯。该方法路线长，原子利用率低，同时二甲胺气体在储存和使用上也不方便，故该方法对于工业化生产来说难度也较大。
（5）一氧化碳高压合成法：以一氧化碳作为羰基的来源，在乙醇钠的作用下，与乙酸乙酯在高压釜中反应生成甲酰乙酸乙酯钠盐，再与二甲胺盐酸盐反应制得目标产品。鉴于此路线具有较高的原子利用率、较高的收率以及价廉易得的原料等优点，目前该方法是工业化生产N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的主流工艺。但是，该方法涉及高压反应（2.2 MPa以上），原料上采用了无色无味的剧毒气体一氧化碳，在化工企业安全评价过程中会被评为重大危险源，在实际生产过程中的安全管控成本会非常高。
中国专利文献CN109553543A（申请号：201711476368.5）公开了一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的合成方法，所述方法包括：以乙酸乙酯、一氧化碳与二甲胺为起始原料，在固体碱催化剂的作用下反应生成目标产物N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯；所述固体碱催化剂优选为负载型固体碱催化剂。该方法虽然在工艺上避免了中间产物的产生，但是依旧使用一氧化碳作为羰基的来源，需要制备特定的催化剂较为繁琐，且同样需要用到高压釜加压，在实际生产中仍然存在很大的安全隐患以及消耗较高的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种反应路线短，收率和纯度高，安全风险低的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法。本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：甲酸、乙酸乙酯和二甲胺升温反应制得N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯和水，反应式如下：
上述反应的反应温度为120℃～150℃。
上述反应的反应压力为0.4MPa～0.8MPa。
优选地，上述反应的反应温度为125℃～130℃，反应压力为0.5MPa～0.6MPa。
上述反应通过氮气保护维持压力。
上述二甲胺是浓度为30%～50%的二甲胺水溶液。
上述甲酸、乙酸乙酯和二甲胺的摩尔量之比为1.4～1.6∶1∶1～1.2。
优选地，上述甲酸、乙酸乙酯和二甲胺的摩尔量之比为1.5∶1∶1.1。
上述反应制得的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯通过冷冻干燥得到水分含量≤0.5%的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
上述N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品经过减压精馏得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品。
本发明减压精馏时的真空度为0.095MPa，减压精馏的温度随着精馏的进行可适当提高，开始出馏分的温度为150℃。
本发明具有积极的效果：
（1）本发明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法以甲酸、乙酸乙酯、二甲胺为原料，通过“一锅法”制得N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯，路线短，原料简单易得，原子利用率高，反应体系简单，降低了工人的劳动强度反应条件良好，收率高，安全可控，且产物纯度高，适用于工业化大规模生产。生产成本可低至1.2万元/吨，按市场价3.5万元/吨估算，10000吨/年的产能每年就可创造毛利润23000万元。
（2）本发明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法对一氧化碳高压合成法进行了改良，不必使用剧毒气体一氧化碳作为羰基来源，而是以甲酸分解得到一氧化碳，分解产生的一氧化碳在密闭的反应装置中不断被反应消耗，且反应压力控制在0.4MPa～0.8MPa之间，有效地规避了高压反应和剧毒气体一氧化碳的使用。
（3）本发明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法反应所用的二甲胺为二甲胺水溶液，解决了二甲胺气体储存成本较高的弊端，操作简便，大大降低了生产成本，规避了中间产物和杂质的产生，大幅提高了工业化生产中的毛利润。
（4）本发明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法中经过试验甲酸、乙酸乙酯、二甲胺的摩尔比为1.5∶1∶1.1时，可以使得反应的摩尔收率达到90%以上。
附图说明
图1是本发明实施例1的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品的色谱图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。
本发明所用化学试剂如无特殊说明均为外购试剂，浓度为化学纯。
实施例1
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1237.5kg，11kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（690kg，15kmol）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至125℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.55MPa，然后开始保温密闭反应16h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.55MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1314.2 kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为91.9%，气相色谱纯度为99.52%。N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品的色谱图如图1所示，N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品的色谱分析结果如表1所示。
表1 色谱分析结果表
实施例2
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1350kg，12kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（644kg，14kmoL）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至130℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.6MPa，然后开始保温密闭反应16h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.6MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1281.3kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为89.6%，气相色谱纯度为99.49%。
实施例3
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1125kg，10kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（736kg，16kmol）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至127℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.5MPa，然后开始保温密闭反应16 h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.5MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1278.4kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为89.4%，气相色谱纯度为99.23%。
实施例4
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1237.5kg，11kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（690kg，15kmol）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至128℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.52MPa，然后开始保温密闭反应16 h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.52MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1289.9kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为90.2%，气相色谱纯度为99.43%。
实施例5
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1125kg，10kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（644kg，14kmol）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至127℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.57MPa，然后开始保温密闭反应16 h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.57MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1268.4kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为88.7%，气相色谱纯度为98.87%。
实施例6
本实施例的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法的具体步骤是：
首先将乙酸乙酯（880kg，10kmol)和浓度为40%的二甲胺水溶液（1350kg，12kmol）依次泵入3000L的不锈钢反应釜中，开启电机进行搅拌，待搅拌均匀后泵入甲酸（736kg，16kmol）。投料结束后，往反应釜夹套内通入蒸汽，将釜内温度升温至130℃，此时反应体系压力约为0.2MPa，接着往反应釜内通入氮气加压至0.55MPa，然后开始保温密闭反应16 h。保温期间压力有所下降时，通入氮气以维持压力稳定在0.55MPa。
待到保温结束后，往反应釜夹套内通入循环水，将釜内温度降温至45℃以下。降温完成后，将所得料液转至冷冻干燥机内，通过冻干工艺使生成物中的水分含量低于0.5%，从而得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
待到冻干结束后，将N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品转至精馏釜中，进行减压精馏，真空度为0.095MPa，温度为150℃，得到1284.2kg无色透明的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品，摩尔收率为89.8%，气相色谱纯度为99.01%。
从实施例可以看出，本发明设定了特定的反应条件，从而实现了更为理想和更优的效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：甲酸、乙酸乙酯和二甲胺升温反应制得N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯和水，反应式如下：
所述反应的反应温度为120℃～150℃，所述反应的反应压力为0.4MPa～0.8MPa，所述反应通过氮气保护维持压力。
2.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述反应的反应温度为125℃～130℃，反应压力为0.5MPa～0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述二甲胺是浓度为30%～50%的二甲胺水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述甲酸、乙酸乙酯和二甲胺的摩尔量之比为1.4～1.6∶1∶1～1.2。
5.权利要求4所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述甲酸、乙酸乙酯和二甲胺的摩尔量之比为1.5∶1∶1.1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述反应制得的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯通过冷冻干燥得到水分含量≤0.5%的N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品。
7.根据权利要求6所述的一种N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯的制备方法，其特征在于：所述N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯粗品经过减压精馏得到N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯成品。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曾志玲.喹诺酮类药物关键中间体3-N,N-二甲氨基丙烯酸乙酯合成方法综述.《广东化工》.2012,第39卷(第15期),32-34页. * |
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