專利名稱：氰基亞氨基碳酸二甲酯的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈)的新方法。
通過在無水條件下由離析出來的亞氨基碳酸二乙酯和氨腈反應制備氰基亞氨基碳酸二乙酯是已知的(Chem.Ber.1967，100，2604)。但是該方法的產(chǎn)率不能令人滿意，致使需要額外的后處理步驟。
此外還已知通過相應的亞氨基碳酸酯和氨腈在含有水和不與水混溶的有機溶劑如甲苯的兩相體系中反應制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(RP-A 0014064)。
此外還已知通過如下方法制備氰基亞氨基碳酸二甲酯，其中首先將氰化鈉在堿性條件下和甲醇反應，隨后通入氯，并在中和反應混合物和添加氨腈后，在添加二氯甲烷后從有機相中獲得所形成的經(jīng)取代的N-氰基亞氨基碳酸酯(DE-A 3225249)。
此外還已知獲得氰基亞氨基碳酸二甲酯的方法，其中首先由甲醇和氯化氰制備相應的亞氨基碳酸酯和繼之以與一種酸一起添加到預先制備的氨腈溶液中(EP-B 0523619)。
上述方法具有以下缺點在它們的工藝過程中或者產(chǎn)生了危害健康的副產(chǎn)物、必須使用較大量的有機溶劑(例如甲苯)或者使用了在工業(yè)規(guī)模上難于處理的反應劑(例如氯化氰)。
因此存在開發(fā)出在工業(yè)規(guī)模上易于實現(xiàn)的以高產(chǎn)率和高純度提供DCC的方法的任務。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，式(I)的氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈) 可通過下列步驟獲得，其中在第一步驟中使氰化鈉在氫氧化鈉水溶液中與甲醇和氯氣反應，和在第二步驟中中和由此獲得的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯(二甲氧基甲酰亞氨)， 在第三步驟中將如此獲得的經(jīng)中和的式(II)亞氨基碳酸二甲酯加入到氨腈(氨基甲腈)的水溶液中，其中通過同時添加酸來保持pH值為中性。
為進行后處理，在第四步驟中在萃取劑的存在下還原起氧化作用的副產(chǎn)物，在第五步驟中通過澄清除去不含產(chǎn)物的固體顆粒，和在第六步驟中通過萃取和蒸餾濃縮式(I)的DCC。
令人驚異的是，按照本發(fā)明的方法可以以簡單的方式以高純度獲得DCC。此外令人驚奇的是，經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯在所選擇的反應條件下具有足夠長時間的穩(wěn)定性，使得其可以無產(chǎn)率損失地用于后續(xù)反應中。
除此以外，本發(fā)明的反應還具有改善的環(huán)境友好特性和反應器安全性的優(yōu)點，這是因為無需較大量使用損害健康的反應劑或者工作介質(zhì)。
原料氰化鈉、氫氧化鈉水溶液、甲醇、氯氣、氨腈和亞硫酸氫鈉是已知的化學品。
為了在第二步驟中中和亞氨基碳酸二甲酯和在第三步驟中將pH值保持為中性，使用適用于這些目的的酸，特別是鹽酸。
在本發(fā)明方法的工藝過程的反應溫度可以在較大的范圍內(nèi)變動。第一步驟通常在溫度為-50℃-0℃，優(yōu)選-25℃-0℃，尤其優(yōu)選在-5℃進行。第二步驟通常在溫度為-20℃-0℃，優(yōu)選-10℃-0℃，尤其優(yōu)選在-5℃進行。第三步驟通常在溫度為-20℃-+30℃，優(yōu)選-5℃-+20℃下進行。
本發(fā)明方法的第一步驟的工藝過程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.8-1.5mol，優(yōu)選0.9-1.3mol、尤其優(yōu)選1.0-1.2mol氫氧化鈉和2-10mol，優(yōu)選2-5mol、尤其優(yōu)選3-4mol甲醇以及0.8-0.97mol、優(yōu)選0.85-0.95mol、尤其優(yōu)先0.90-0.95mol氯。
為了使所形成的不希望的副產(chǎn)物最小化，氯優(yōu)選以略微欠量使用。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，與通入氯相比，使氯在上方通入獲得了更高且更穩(wěn)定的產(chǎn)率。
本發(fā)明范圍內(nèi)“在上方通入”應理解為將氯導入液態(tài)反應混合物上方的氣體空間，而“通入”是指將氯通入位于液體表面以下的導管末端。也就是說在上方通入避免了氣體導入裝置的濃度峰值。氣體(在此為氯氣)的吸收在反應混合物的液體表面上方進行。
第一步驟的反應時間不是決定性的并可以為幾分鐘到幾個鐘頭。取決于批量大小和熱散逸，在上方通入氯氣的時間為1小時-20小時，通常為5小時-10小時。
本發(fā)明方法的第二步驟的工藝過程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.5-1.5mol，優(yōu)選0.6-0.9mol鹽酸。不過也可以選擇其他的用量比率。
當反應混合物的pH值達到pH 6.5-pH 7.5、優(yōu)選pH 6.8-pH 7.2的范圍時，本發(fā)明方法的第二步驟的工藝過程的中和完成。
第二步驟中亞氨基碳酸二甲酯的中和優(yōu)選在最大不超過30分鐘的時間內(nèi)連續(xù)進行。
連續(xù)操作方式是有利的，因為由此經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯保持足夠穩(wěn)定，使得可以無產(chǎn)率損失地用于后續(xù)反應。間歇式的操作方式原則上也是可行的，但是必然將比連續(xù)操作方式具有較低的產(chǎn)率。
連續(xù)中和在具有循環(huán)體積流和由回路中導出的體積流之間的合適循環(huán)比率的環(huán)管反應器中進行，以便散除回路中優(yōu)選時間時的高中和熱。將鹽酸連續(xù)計量添加到循環(huán)中可被調(diào)節(jié)，使得整個中和過程可以保持在所需的pH值范圍。
本發(fā)明方法的第三步驟的工藝過程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.6-2.0mol、優(yōu)選0.7-0.9mol氨腈。
在第二步驟中經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯在20-120分鐘內(nèi)、優(yōu)選30-90分鐘內(nèi)計量添加到氨腈溶液中。
在連續(xù)中和的情況下，在上述時間段中由中和步驟直接將經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯無需緩沖而計量加入到氨腈中。
在中和的亞氨基碳酸二甲酯計量加入到氨腈的過程中，通過加入額外的鹽酸保持pH值為中性，優(yōu)選保持在pH 6.5-pH 7.5的范圍，尤其優(yōu)選保持在pH 6.8-pH 7.2的范圍，更尤其優(yōu)選保持pH為7。
本發(fā)明的方法通常在常壓下進行。也可以視需要在高壓或者低壓下進行。
以下描述后處理工藝(根據(jù)本發(fā)明方法的第四至第六步驟)。
本發(fā)明方法的第四步驟的工藝過程可以使用所有適合這種反應的不與水混溶的有機溶劑作為萃取劑。對此優(yōu)選包括芳烴例如苯、甲苯、乙苯、二甲苯或者萘烷；鹵代烴例如氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷或者三氯乙烷。尤其優(yōu)選使用甲苯。此外在第六步驟中也可以使用同樣的萃取劑。
為了在第四步驟中還原有氧化作用的副產(chǎn)物，添加了適合該目的的還原劑，優(yōu)選添加亞硫酸氫鈉。
在后處理中，通常要使得在第三步驟結(jié)束后獲得的DCC懸浮液首先與甲苯混合，然后用亞硫酸氫鈉還原具有氧化作用的副產(chǎn)物，并進行澄清以脫除不含產(chǎn)物的固體顆粒。接著進行相分離，徹底再萃取水相，并將合并的甲苯相蒸餾以干燥和脫除痕量的氫氰酸。所得到的DCC在甲苯中的溶液優(yōu)選以10％-15％的含量可以直接用于下一步驟，例如活性化合物的合成中(參見下文)。
由于DCC的水解不穩(wěn)定性，上述后處理連續(xù)進行以避免產(chǎn)物分解。間歇式后處理也是可行的，但是會導致產(chǎn)率損失。
按照本發(fā)明方法獲得的DCC是一種已知的用于取代的氰基胍化合物的合成單元，該氰基胍化合物通過進一步反應可以轉(zhuǎn)化為具有殺蟲作用的化合物(參見例如EP-A 0235725)。
制備實施例氰化鈉(95％，169.1g，3.28mol)在635ml水中冷卻到-5℃。然后滴加入氫氧化鈉水溶液(45％，320.0g，3.6mol)和372g甲醇(11.6mol)，隨后在-5℃下10小時內(nèi)在上方通入氯氣(222.0g，3.13mol)。在-20℃下繼續(xù)攪拌16小時，然后在約30分鐘內(nèi)用鹽酸(20％)中和直到pH值達到7.0(380ml，2.3mol鹽酸)。
懸浮液在-5℃在約30分鐘內(nèi)計量添加到由氨腈(110.0g，2.62mol)和水(233g)組成的溶液中，pH值用鹽酸(20％)保持在pH值為7。隨后在1小時內(nèi)使溫度升高到+15℃并在此溫度下繼續(xù)攪拌1小時。在全部再次攪拌時間內(nèi)將pH值用鹽酸(20％)保持在pH為7。在計量添加和再次攪拌過程中所需的鹽酸量(20％溶液)約為150ml。
為了進行后處理，向懸浮液中添加甲苯(660g)、Celite 545(6g)和亞硫酸氫鈉(80.4g，39％)。在室溫下攪拌30分鐘，過濾掉固體，分離各相并用甲苯(每次430g)再萃取水相兩次。隨后對合并的有機萃取液通過蒸餾進行干燥并脫除痕量的氫氰酸。
獲得了1646g(13.6％，理論值的75％)的亞氨基碳酸二甲酯(DCC)。
權(quán)利要求
1.用于制備式(I)的氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈)的方法， 其特征在于，在第一步驟中使氰化鈉在氫氧化鈉水溶液中與甲醇和氯氣反應，和在第二步驟中中和如此獲得的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯(二甲氧基甲酰亞氨基)， 在第三步驟中將如此獲得的經(jīng)中和的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯通入氨腈(氨基甲腈)水溶液中，其中通過同時添加酸來保持pH值為中性。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在第四步驟中在萃取劑的存在下還原起氧化作用的副產(chǎn)物，在第五步驟中通過澄清除去不含產(chǎn)物的固體顆粒，和在第六步驟中通過萃取和蒸餾濃縮權(quán)利要求1的式(I)的DCC。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在第一步驟中在上方通入氯氣。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其特征在于，中和和/或后處理連續(xù)地進行。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，使用鹽酸來進行中和。
6.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，氯氣在上方通入且中和和/或后處理連續(xù)地進行。
7.權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在第四步驟中使用亞硫酸氫鈉進行還原。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3－二甲氧基－2－氮雜－2－丙烯腈)的新方法。
文檔編號C07C261/00GK1787992SQ200480012855
公開日2006年6月14日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者H·魏因特里特, M·鮑爾, A·海恩 申請人:拜爾農(nóng)作物科學股份公司