專利名稱：用于生產(chǎn)環(huán)狀n－羥基酰亞胺化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。更具體地，它涉及通過使多羧酸或其環(huán)狀酸酐與羥胺或其鹽反應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。這些環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物通常作為用于照相顯影劑的氧化劑、用于合成制備肽的試劑、氧化催化劑、用于合成制備殺蟲劑的中間體、和用于聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是有用的。
背景技術(shù)：
廣泛已知的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法是使環(huán)狀酸酐與羥胺反應(yīng)的方法。日本未審專利申請公開No.2001-233854公開了一種通過使環(huán)狀酸酐與羥胺在羧酸溶劑中反應(yīng)而生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。但該方法據(jù)說在工業(yè)上不令人滿意，因為基于環(huán)狀酸酐的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的產(chǎn)率低至60％至70％。日本專利No.3288682公開了一種通過不加入堿使環(huán)狀酸酐與羥胺鹽在溶劑中反應(yīng)而生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。根據(jù)該方法，環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的產(chǎn)率在40％至90％內(nèi)顯著變化，而且當羥胺鹽的用量為環(huán)狀酸酐摩爾量的兩倍時，實現(xiàn)較高的產(chǎn)率。
如上所述，通過環(huán)狀酸酐和羥胺之間反應(yīng)生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的常規(guī)方法顯示出基于環(huán)狀酸酐的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物產(chǎn)率低和提供低的環(huán)狀酸酐利用率。對此加以改進的可能方案是回收和再使用未反應(yīng)的環(huán)狀酸酐，但這通常帶來額外用于回收裝置的成本，且在經(jīng)濟上是不利的。環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的產(chǎn)率通過使用過量羥胺(相對環(huán)狀酸酐)而增加，但這導(dǎo)致羥胺的利用率下降且在經(jīng)濟上不利。
文件中描述的大多數(shù)用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法使用環(huán)狀酸酐，但很少采用二羧酸作為與羥胺或其鹽反應(yīng)的原料組分。因此，基本上不可能由對轉(zhuǎn)化成環(huán)狀酸酐有抗性的二羧酸得到環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。技術(shù)在二羧酸容易被轉(zhuǎn)化成環(huán)狀酸酐的情況下，也需要提供越過環(huán)狀酸酐而直接由二羧酸生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。該方法避免將二羧酸轉(zhuǎn)化成環(huán)狀酸酐的步驟且通常在裝置成本上非常經(jīng)濟有利。
專利文件1日本未審專利申請公開No.2001-233854專利文件2日本專利No.3288682發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題因此，本發(fā)明的一個目的是提供以良好的產(chǎn)率由任意環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供以高的原料組分利用率生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法。
用于解決問題的方式在為了實現(xiàn)這些目的的深入研究后，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可通過使環(huán)狀多羧酸酐或多羧酸與羥胺或其鹽反應(yīng)同時從反應(yīng)體系中去除水而以良好的產(chǎn)率制造相應(yīng)的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物?；谶@些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
具體地，本發(fā)明提供用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，包括使環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中反應(yīng)，同時進行脫水，由此得到相應(yīng)的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。
環(huán)狀多羧酸酐包括以下式(1)表示的化合物[化學(xué)式1] 其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf彼此相同或不同且各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基(oxycarbonyl)基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、酰基基團、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺酰基(oxysulfonyl)基團、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)，和其中該化合物每分子可具有兩個或多個環(huán)狀酸酐骨架；和n表示0、1或2。
環(huán)狀多羧酸酐可以是，例如，至少一種選自以下的化合物琥珀酸酐、戊二酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸單酐、均苯四酸二酐、1，8-萘二甲酸酐、2，3-萘二甲酸酐、1，4，5，8-萘四甲酸單酐、1，4，5，8-萘四甲酸二酐、2，3，6，7-萘四甲酸單酐、和2，3，6，7-萘四甲酸二酐。
多羧酸包括以下式(2)表示的化合物[化學(xué)式2] 其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf彼此相同或不同且各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、?；鶊F、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)，和其中該化合物每分子可具有兩對或多對能夠形成環(huán)狀酰亞胺骨架的羧基基團；和n表示0、1或2。
多羧酸可以是，例如，選自琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、1，8-萘二甲酸、2，3-萘二甲酸、1，4，5，8-萘四甲酸、和2，3，6，7-萘四甲酸的至少一種化合物。
在該生產(chǎn)工藝中，優(yōu)選能夠與水進行共沸的有機溶劑用作反應(yīng)溶劑的全部或部分和在通過與有機溶劑共沸從反應(yīng)體系中去除水的同時進行反應(yīng)。在這種情況下，共沸餾出物在從中去除水后可再循環(huán)至反應(yīng)體系。有機溶劑可以是，例如，選自羧酸、酯、酮、脂族烴、脂環(huán)族烴、芳族烴、醇、和鹵化烴的至少一種溶劑。
該生產(chǎn)工藝中的反應(yīng)還優(yōu)選在向反應(yīng)體系中連續(xù)或間歇加入含水羥胺溶液的同時進行反應(yīng)。
該生產(chǎn)工藝可包括使環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中反應(yīng)預(yù)定時間而不脫水的第一步驟，和在進行脫水的同時進行反應(yīng)的第二步驟。該實施方案在其中有機溶劑是能夠與羥胺形成脫水縮合產(chǎn)物的溶劑如具有1至8個碳原子的單羧酸的情況下特別有用。
優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明，環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物可以良好的產(chǎn)率由任意環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸制造，且原料組分的利用率可明顯改善。


圖1是顯示用于實施例1至6的反應(yīng)器的示意圖。
圖2是顯示用于對比例1至5的反應(yīng)器的示意圖。
參考數(shù)字1，11燒瓶2，12回流冷凝器3Dean-Stark分餾單元4，14溫度計5，15混合葉輪具體實施方式
[環(huán)狀多羧酸酐、和多羧酸]根據(jù)本發(fā)明，環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物(例如，環(huán)狀多羧酸酐與相應(yīng)的多羧酸的混合物)用作一種原料組分。這些環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸的每種可作為混合物組合使用。當環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸存在光學(xué)異構(gòu)體時，可使用單獨一種光學(xué)異構(gòu)體或多種不同的光學(xué)異構(gòu)體的混合物。
環(huán)狀多羧酸酐不具體限定，只要它是每分子具有至少一個環(huán)狀酸酐骨架的化合物。這些環(huán)狀多羧酸酐通常以下式(I)表示[化學(xué)式3]
其中A是在其主鏈中具有兩個或多個原子的二價有機基團。
多羧酸不具體限定，只要它是每分子具有至少一對能夠形成環(huán)狀酰亞胺骨架的羧基基團(兩個羧基基團)的化合物。這些多羧酸通常以下式(II)表示[化學(xué)式4] 其中A定義如上。
A中的二價有機基團的例子是二價烴基團如亞烷基基團、亞鏈烯基基團、亞芳基基團、和二價脂環(huán)族烴基團；和各自包含這些基團的兩個或多個且有或沒有插入連接基團如氧原子或硫原子的二價基團。
亞烷基基團的例子為各自具有約1至約20個碳原子的直-或支鏈亞烷基基團，如亞甲基、亞乙基、亞丙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、和六亞甲基基團，其中具有約1至約12個碳原子的那些是優(yōu)選的，和具有約2至約4個碳原子的那些是更優(yōu)選的。亞鏈烯基基團的例子為各自具有約2至約20個碳原子的直-或支鏈亞鏈烯基基團，如亞乙烯基和亞丙烯基基團，其中具有約2至約20個碳原子的那些是優(yōu)選的，和具有約2至約4個碳原子的那些是更優(yōu)選的。亞芳基基團的例子是鄰亞苯基和1，8-亞萘基基團。二價脂環(huán)族烴基團包括，例如，環(huán)亞烷基基團如1，2-環(huán)亞戊基和1，2-環(huán)亞己基基團；環(huán)亞烯基基團如1-環(huán)己烯-1，2-亞基(1-cyclohexen-1，2-ylene)和4-環(huán)己烯-1，2-亞基基團；和二價多環(huán)脂環(huán)族基團(橋接基團)如十氫萘-2，3-亞基、十氫萘-1，8-亞基、降冰片-2，3-亞基、和降冰片烯-5，6-亞基基團。
這些二價烴基團如亞烷基基團可各自具有一個或多個取代基。取代基的例子是鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、?；鶊F、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦酰基基團、和取代的或未取代的膦酰氧基基團。
鹵素原子包括碘、溴、氯和氟原子。烷基基團的例子是具有約1至約30個碳原子，和優(yōu)選約1至約20個碳原子的直-或支鏈烷基基團，如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、己基、癸基、十二烷基、十四烷基、和十六烷基基團。鹵代烷基基團的例子為各自具有約1至約30個碳原子，和優(yōu)選約1至約20個碳原子的直-或支鏈鹵代烷基基團，如氯甲基、和三氟甲基基團。
芳基基團包括，例如，苯基、甲苯基、二甲苯基、和萘基基團。芳烷基基團包括，例如、芐基、2-苯基乙基、和1-苯基乙基基團。環(huán)烷基基團包括，例如，環(huán)戊基和環(huán)己基基團。烷氧基基團包括，例如，各自具有約1至約30個碳原子，和優(yōu)選約1至約20個碳原子的烷氧基基團，如甲氧基、乙氧基、異丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、己氧基、辛氧基、癸氧基、十二烷氧基、十四烷氧基、和十八烷氧基基團。
取代的氧代羰基基團包括，例如，C1-30烷氧基-羰基基團如甲氧基羰基、乙氧基羰基、異丙氧基羰基、丁氧基羰基、叔丁氧基羰基、己氧基羰基、癸氧基羰基、和十六烷氧基羰基基團，其中C1-20烷氧基-羰基基團是優(yōu)選的；環(huán)烷氧基羰基基團如環(huán)戊氧基羰基和環(huán)己氧基羰基基團，其中3-至20-元環(huán)烷氧基羰基基團是優(yōu)選的；芳氧基羰基基團如苯氧基羰基和萘氧基羰基基團，其中C6-20芳氧基-羰基基團是優(yōu)選的；芳烷氧基羰基基團如芐氧基羰基基團，其中C7-21芳烷氧基-羰基基團是優(yōu)選的；金屬氧代羰基基團(轉(zhuǎn)化成金屬鹽類的羧基)如鈉代氧代羰基基團。
取代的或未取代的氨基甲?；鶊F包括，例如，氨基甲?；籒-(烴基)-取代的氨基甲?；鶊F和N，N-二(烴基)-取代的氨基甲?；鶊F，如N-甲基氨基甲?；，N-二甲基氨基甲?；?、和N-苯基氨基甲?；鶊F。
?；鶊F包括，例如，脂族飽和或不飽和?；鶊F，包括C1-30脂族?；鶊F如甲?；?、乙酰基、丙?；?、丁酰基、異丁?；?、戊?；⑿挛祯；⒓乎；?、辛酰基、癸酰基、月桂?；?、肉豆蔻?；?、棕櫚?；?、和硬脂?；鶊F，其中脂族C1-20?；鶊F是優(yōu)選的；乙酰乙?；鶊F；脂環(huán)族?；鶊F，包括環(huán)烷烴羰基基團如環(huán)戊烷羰基和環(huán)己烷羰基基團；和芳族?；鶊F如苯甲?；洼刘；鶊F。
酰氧基基團包括，例如，脂族飽和或不飽和酰氧基基團，包括C1-30脂族酰氧基基團如甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基、丁酰氧基、異丁酰氧基、戊酰氧基、新戊酰基氧基、己酰氧基、辛酰氧基、癸酰氧基、月桂酰氧基、肉豆蔻酰氧基、棕櫚酰氧基、和硬脂酰氧基基團，其中脂族C1-20酰氧基基團是優(yōu)選的；乙酰乙酰氧基基團；脂環(huán)族酰氧基基團，包括環(huán)烷烴羰氧基基團如環(huán)戊烷羰氧基和環(huán)己烷羰氧基基團；和芳族酰氧基基團如苯酰氧基和萘酰氧基基團。
取代的氧代磺酰基基團包括，例如，烷氧基磺?；鶊F如甲氧基磺?；鶊F；環(huán)烷氧基磺?；鶊F如環(huán)己氧基磺?；鶊F；芳氧基磺酰基基團如苯氧基磺?；鶊F；芳烷氧基磺?；鶊F如芐氧基磺酰基基團；和金屬氧代磺?；鶊F(轉(zhuǎn)化成金屬鹽類的磺基基團)如鈉代氧代磺?；鶊F。取代的或未取代的氨磺?；鶊F的例子是氨磺酰基；N-(烴基)-取代的氨磺?；鶊F和N，N-二(烴基)-取代的氨磺?；鶊F如N-甲基氨磺酰基、N，N-二甲基氨磺?；⒑蚇-苯基氨磺?；鶊F。取代的或未取代的氨基基團的例子是N-(烴基)-取代的氨基基團和N，N-(烴基)-取代的氨基基團，如甲氨基、乙氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、和苯基氨基基團。取代的或未取代的膦?；鶊F包括，例如，膦?；?；和O-(烴基)-取代的膦?；鶊F如甲基膦?；?、二甲基膦?；?、苯基膦?；?、和二苯基膦?；鶊F。取代的或未取代的膦酰氧基基團包括，例如，膦酰氧基；和O-(烴基)-取代的膦酰氧基基團如甲基膦酰氧基、二甲基膦酰氧基、苯基膦酰氧基、和二苯基膦酰氧基基團；和O-金屬-取代的膦酰氧基基團如O，O’-二鈉代膦酰氧基基團。
當有多個取代基時，該取代基的至少兩個可結(jié)合以與構(gòu)成A的原子形成芳族或非芳族環(huán)。芳族或非芳族環(huán)優(yōu)選為具有約5至約12元的環(huán)，且特別優(yōu)選為具有約6至約10元的環(huán)。該環(huán)可以是雜環(huán)或稠合雜環(huán)但通常是烴環(huán)。這些環(huán)的例子是可被取代的環(huán)烷烴環(huán)，如環(huán)己烷環(huán)；可被取代的環(huán)烯烴環(huán)，如環(huán)己烯環(huán)；可被取代的橋接環(huán)，包括橋接烴環(huán)，如5-降冰片烯環(huán)；和可被取代的芳族環(huán)(包括稠環(huán))，如苯環(huán)和萘環(huán)。該環(huán)通常包括芳族環(huán)。環(huán)可具有一個或多個作為二價烴基團可具有的取代基而列舉的取代基，如烷基基團、鹵代烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、?；鶊F、酰氧基基團、硝基基團、氰基基團、氨基基團、和鹵素原子。
優(yōu)選的環(huán)狀多羧酸酐由式(1)表示。優(yōu)選的多羧酸由式(2)表示。在式(1)和(2)中的Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf中，如上相同的基團可例舉鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、烷氧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、?；鶊F、酰氧基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、和取代的或未取代的膦酰氧基基團。
Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)。芳族或非芳族環(huán)的例子在此包括由A中的二價烴基團可具有的取代基中的至少兩個形成的相同的芳族或非芳族環(huán)。該環(huán)可具有一個或多個如上所述的取代基，如烷基基團、鹵代烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、酰基基團、酰氧基基團、硝基基團、氰基基團、氨基基團、和鹵素原子。
環(huán)狀多羧酸酐的代表性例子是以下式(1a)至(11)表示的化合物[化學(xué)式5]
其中R1至R49各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、酰基基團、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中R1至R49的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)。
在式(1a)至(11)中的R1至R49和由R1至R49的至少兩個與相鄰碳原子或碳鏈形成的芳族或非芳族環(huán)中，如上相同的基團和環(huán)可例舉鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、烷氧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、?；鶊F、酰氧基基團、取代的氧代磺酰基基團、取代的或未取代的氨磺酰基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦酰基基團、和取代的或未取代的膦酰氧基基團。
以式(1a)至(11)表示的化合物的具體例子是琥珀酸酐、戊二酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸單酐、均苯四酸二酐、1，8-萘二甲酸酐、2，3-萘二甲酸酐、1，4，5，8-萘四甲酸單酐、1，4，5，8-萘四甲酸二酐、2，3，6，7-萘四甲酸單酐、和2，3，6，7-萘四甲酸二酐。
多羧酸的代表性例子是以下式(2a)至(21)表示的化合物[化學(xué)式6]
其中R50至R106各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲酰基基團、?；鶊F、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺酰基基團、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中R50至R104的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)。
在式(2a)至(21)中的R50至R106和由R50至R106的至少兩個與相鄰碳原子或碳鏈形成的芳族或非芳族環(huán)中，如上相同的基團和環(huán)可例舉鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、烷氧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲?；鶊F、酰基基團、酰氧基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦酰基基團、和取代的或未取代的膦酰氧基基團。
以式(2a)至(21)表示的化合物的具體例子是琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、1，8-萘二甲酸、2，3-萘二甲酸、1，4，5，8-萘四甲酸、和2，3，6，7-萘四甲酸。
根據(jù)本發(fā)明，羥胺或其鹽用作其它原料組分。羥胺的鹽的例子是強酸的鹽，如鹽酸鹽、氫溴酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、和磷酸鹽。當使用羥胺的鹽時，該鹽可通過在使用之前或在反應(yīng)體系中通過用堿處理鹽而轉(zhuǎn)化成游離(free)羥胺或羥胺的弱酸鹽。堿的例子是堿金屬氫氧化物如氫氧化鉀和氫氧化鈉；堿土金屬氫氧化物如氫氧化鎂和氫氧化鈣；堿金屬碳酸鹽如碳酸鉀和碳酸鈉；堿土金屬碳酸鹽如碳酸鈣；堿金屬碳酸氫鹽如碳酸氫鉀和碳酸氫鈉；堿金屬醇鹽如甲醇鈉和乙醇鈉；堿金屬的羧酸鹽，包括堿金屬乙酸酯如乙酸鉀和乙酸鈉。相對于羥胺的鹽，堿的量一般是1至5當量，優(yōu)選1至2當量，和更優(yōu)選1至1.5當量。
羥胺或其鹽可原樣或以溶液如水溶液或分散體的形式使用。相對環(huán)狀多羧酸酐的酸酐基團或相對多羧酸的能夠形成環(huán)狀酰亞胺骨架的羧基基團對(兩個羧基基團的對)，羥胺或其鹽的量一般是0.5至10當量，優(yōu)選1至2當量，和更優(yōu)選1至1.5當量。當使用環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸的混合物時，羥胺或其鹽的量是相對于酸酐基團和羧基基團對的總量而言。
環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物和羥胺或其鹽之間的反應(yīng)在有機溶劑中進行。有機溶劑的例子是羧酸，包括各自具有約1至約20個碳原子的羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸、和十四酸；醇如甲醇、乙醇、和異丙醇；可被取代的芳族烴，如苯、甲苯、二甲苯、和硝基苯；脂族烴如戊烷、己烷、和庚烷；可被取代的脂環(huán)族烴，如環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷；酯如乙酸乙酯和乙酸丁酯；醚如二乙醚、二烷、和四氫呋喃(THF)；酮如乙基甲基酮；鹵化烴如四氯化碳、氯仿、和二氯甲烷；腈如乙腈；酰胺如N，N-二甲基甲酰胺(DMF)；和這些溶劑的混合物。水可用作用于溶解反應(yīng)原料的溶劑。這些溶劑的量可在對反應(yīng)沒有不利影響的范圍內(nèi)適當選擇且通常是約10至約5000重量份，優(yōu)選約30至約2000重量份，和更優(yōu)選約50至約700重量份，相對100重量份用于反應(yīng)的環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸的總和。
本發(fā)明的一個明顯特征是在進行脫水的同時進行反應(yīng)。所要去除的水包括，例如，用作用于通常溶解反應(yīng)原料的溶劑的水，和在反應(yīng)(包括羥胺鹽和堿之間的中和反應(yīng))中產(chǎn)生的水。脫水方法不具體限定和包括，例如，物理分離和去除水的方法、化學(xué)去除水的方法、和這些的組合。物理分離和去除水的方法包括(a)通過將能夠吸收或吸附水的物質(zhì)放置在反應(yīng)體系中或通過使反應(yīng)混合物在填充有該物質(zhì)的柱或罐中循環(huán)而吸收或吸附在反應(yīng)體系中的水的方法，和(b)單獨地或通過與能夠與水進行共沸的有機溶劑共沸而蒸餾反應(yīng)體系中的水的方法。能夠與水進行共沸的有機溶劑可用作反應(yīng)溶劑的全部或部分?；瘜W(xué)去除水的方法包括，例如，(c)將能夠基本上不可逆地與水反應(yīng)的物質(zhì)放置在反應(yīng)體系的方法。
用于方法(a)的能夠吸收或吸附水的物質(zhì)是分子篩、硅膠、活性炭、和高聚物干燥劑。
用于方法(b)的能夠與水進行共沸的有機溶劑的例子是羧酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、和異戊酸；酯如氯乙酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、甲酸異丙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、甲酸異丁酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、異丁酸甲基酯、乙酸丙酯、乙酸異丙酯、碳酸二乙酯、硝酸異戊酯、甲酸異戊酯、乙酸異丁酯、乙酸丁酯、丁酸丁酯、異丁酸乙酯、異戊酸甲酯、丙酸丙酯、乙酸異戊酯、異戊酸乙酯、丁酸丙酯、己酸甲酯、異丁酸丙酯、異丁酸異丙酯、苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、丁酸異丁酯、異丁酸異丁酯、乙酸芐酯、苯甲酸乙酯、異丁酸異戊酯、肉桂酸甲酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸異丁酯、和苯甲酸異戊酯；酮如乙基甲基酮、2-戊酮、3-戊酮、3-甲基-2-丁酮、和4-甲基-2-戊酮；脂族烴如己烷；脂環(huán)族烴如環(huán)己烷；芳族烴如苯、苯酚、甲苯、間二甲苯、和萘；醇如乙醇、烯丙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、異丁醇、2-丁醇、叔丁醇、糠醇、1-戊醇、異戊醇、2-戊醇、叔戊醇、環(huán)己醇、1-己醇、芐醇、1-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、和異戊醇；鹵化烴如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、順式-1，2-二氯乙烯、反式-1，2-二氯乙烯、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷、1-氯丙烷、2-氯丙烷、1-氯丁烷、1-氯-2-甲基丙烷、和氯苯；醚如表氯醇、乙基醚、甲基丙基醚、1，2-二甲氧基乙烷、異丙基醚、1，2-二乙氧基乙烷、茴香醚、苯乙醚、桉樹腦、和苯基醚；腈如乙腈和丙烯腈；醛和縮醛如三氯乙醛、三聚乙醛、三烷、和黃樟腦；含硫化合物如二硫化碳；硝基化合物如硝基甲烷和硝基苯；含氮雜環(huán)化合物如哌啶、吡啶、3-甲基吡啶、和煙堿；和酚如苯酚。
這些有機溶劑各自可單獨或組合使用。其中，羧酸、酯、酮、脂族烴、脂環(huán)族烴、芳族烴、醇、和鹵化烴通常是優(yōu)選的。
在方法(b)中，優(yōu)選從共沸餾出物中去除水并將殘余有機溶劑再循環(huán)至反應(yīng)體系，以節(jié)省能夠與水進行共沸的有機溶劑的量。在這種情況下，共沸餾出物在例如通過將水與能夠吸收或吸附水的物質(zhì)接觸而從中去除水之后再循環(huán)至反應(yīng)體系。以上例舉的能夠吸收或吸附水的物質(zhì)可在此使用。當能夠與水進行共沸的有機溶劑是在其共沸組合物中分離成有機層和水層的溶劑時，這樣的方法是可接受的，其中將共沸餾出物分離，去除水層，并將有機層單獨再循環(huán)至反應(yīng)體系。能夠與水進行共沸并從水中分離的有機溶劑的例子是環(huán)己烷、甲苯、和二甲苯。
用于方法(c)的能夠基本上不可逆地與水反應(yīng)的物質(zhì)的例子是對應(yīng)于各自具有約1至約12個碳原子的羧酸的鏈狀酸酐(非環(huán)狀酸酐)，如乙酸酐和丙酸酐。
考慮到反應(yīng)速率，反應(yīng)溫度一般是50℃或更高，優(yōu)選70℃或更高，和更優(yōu)選90℃或更高。考慮到產(chǎn)物的穩(wěn)定性，溫度一般是200℃或更低，優(yōu)選180℃或更低，和更優(yōu)選160℃或更低。反應(yīng)壓力不具體限定。當在常壓下具有低沸點的溶劑用作反應(yīng)溶劑時，優(yōu)選將反應(yīng)體系加壓并升高反應(yīng)溫度以增加反應(yīng)速率。
反應(yīng)模式可以是任何模式如間歇模式、半間歇模式和連續(xù)模式。在間歇模式中，將原料、溶劑和其它組分放在反應(yīng)器中，隨后開始反應(yīng)，和將反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)完成之后提取。在半間歇模式中，在將全部或部分原料、溶劑和其它組分的全部或部分連續(xù)加料到反應(yīng)器的同時進行反應(yīng)，并將反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)完成之后提取。在連續(xù)模式中，在將全部或部分原料、溶劑和其它組分加料到反應(yīng)器的同時進行反應(yīng)，和連續(xù)提取反應(yīng)產(chǎn)物(反應(yīng)混合物)。
如果游離羥胺[包括羥胺的弱酸鹽，如乙酸鹽]包含在水溶液中，它對熱敏感并在長時間暴露于熱之后分解。如果游離羥胺的水溶液例如一次性加入反應(yīng)體系中，那么在反應(yīng)的早期存在大量的水。因此，未反應(yīng)的羥胺因為在這些大量水的存在下加熱而分解，且基于羥胺的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的產(chǎn)率通常會下降。因此，游離羥胺的水溶液優(yōu)選逐次地(連續(xù)或間歇)加料到反應(yīng)體系。在這方面，在反應(yīng)早期時的水的量根據(jù)該反應(yīng)體系的脫水能力而變化。
作為反應(yīng)結(jié)果，形成對應(yīng)于反應(yīng)原料的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。例如，以式(I)表示的環(huán)狀多羧酸酐、以式(II)表示的多羧酸、或其混合物(如果用作原料)得到以式(III)表示的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物[化學(xué)式7] 其中A定義如上。
在反應(yīng)完成之后，反應(yīng)產(chǎn)物可例如通過分離手段如過濾、濃縮、萃取、結(jié)晶、重結(jié)晶或柱色譜、或這些的組合而分離和純化。
與常規(guī)方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法可由任意環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸以高產(chǎn)率生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物并明顯改善原料組分的利用率。這些優(yōu)點大概由于以下原因而實現(xiàn)。以由琥珀酸酐或琥珀酸和羥胺生產(chǎn)N-羥基琥珀酰亞胺作為例子，反應(yīng)被假定按照以下圖解所示的反應(yīng)機理而進行。
在作為環(huán)狀酸酐的琥珀酸酐(3)與羥胺(4)反應(yīng)時，琥珀酸酐(3)起始經(jīng)歷開環(huán)以形成在一端具有羧基基團和在另一端具有N-羥基氨基甲?；鶊F的開環(huán)產(chǎn)物(5)。開環(huán)產(chǎn)物(5)的兩個端基分子內(nèi)地形成銨鹽以形成化合物(6)，一個水分子隨后離開化合物(6)，由此形成N-羥基琥珀酰亞胺(7)。如果大量水存在于反應(yīng)體系，那么形成的N-羥基琥珀酰亞胺(7)與水進行逆反應(yīng)和容易通過銨鹽(6)返回至開環(huán)產(chǎn)物(5)。開環(huán)產(chǎn)物(5)進一步與水反應(yīng)形成琥珀酸和羥胺的銨鹽(8)和分解成琥珀酸(9)和羥胺(4)。具體地，在從琥珀酸(9)至N-羥基琥珀酰亞胺(7)的各個步驟中存在平衡，且這些平衡控制N-羥基琥珀酰亞胺(7)的產(chǎn)率?？赡苡捎谠撛颍鄬︾晁狒?3)使用過量羥胺(4)改善基于琥珀酸酐(3)的N-羥基琥珀酰亞胺(7)的產(chǎn)率。
當琥珀酸(9)(其為對應(yīng)于琥珀酸酐(3)的二羧酸)用作起始原料時，建立類似的平衡且反應(yīng)原理與使用琥珀酸酐(3)的反應(yīng)相同。在琥珀酸(9)用作起始原料的情況下，得到N-羥基琥珀酰亞胺(7)的反應(yīng)與琥珀酸酐(3)用作起始原料的情形相比副產(chǎn)生多一分子的水，如圖解所示。水用于進行從產(chǎn)物至原料的平衡。因此，從反應(yīng)機理來看，對于制造N-羥基琥珀酰亞胺(7)，使用琥珀酸(9)作為原料的方法與使用琥珀酸酐(3)作為原料的方法相比更不利。這是因為，前者方法比后者方法副產(chǎn)生更多的水?？赡苡捎谠撛?，文件中描述的大多數(shù)方法使用環(huán)狀酸酐作為原料和很少采用二羧酸。
但在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在從反應(yīng)體系中去除水的同時進行反應(yīng)，且在圖解中的平衡從原料移動至產(chǎn)物。這可能有助于從任何用作原料的環(huán)狀酸酐和多羧酸到目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的高產(chǎn)率。
本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案包括使環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中反應(yīng)預(yù)定時間而沒有脫水的第一步驟，和在進行脫水的同時進行反應(yīng)的第二步驟的實施方案。當產(chǎn)生的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物以在有機溶劑中的溶液的形式使用而沒有分離(例如，當有機溶劑在隨后步驟中用作反應(yīng)溶劑時)和有機溶劑是能夠與羥胺形成脫水縮合產(chǎn)物的溶劑時，那么該實施方案通常是有利的。
能夠與羥胺形成脫水縮合產(chǎn)物的有機溶劑的例子是脂族羧酸如甲酸、乙酸、三氟乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、和癸酸；脂環(huán)族羧酸如環(huán)己烷羧酸；和磺酸如甲磺酸。其中，優(yōu)選各自具有約1至約8個碳原子，優(yōu)選約1至約4個碳原子的單羧酸，如甲酸、乙酸、和丙酸，其中脂族單羧酸是特別優(yōu)選的。
第一步驟中的反應(yīng)溫度與上述反應(yīng)溫度相同。第一步驟中的反應(yīng)時間盡管一般根據(jù)原料組分和有機溶劑的種類而變化，但通常是約0.5至約40小時，優(yōu)選約2至約25小時，和更優(yōu)選約5至約20小時。優(yōu)選，當?shù)谝徊襟E中的目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的產(chǎn)率最大化并增加很少時，該方法移向第二步驟。第二步驟中的反應(yīng)與上述反應(yīng)溫度相同。第二步驟中的反應(yīng)時間盡管一般根據(jù)原料組分和有機溶劑的種類而變化，但通常是約0.5至約40小時，優(yōu)選約1至約15小時，和更優(yōu)選約2至約10小時。
根據(jù)該方法，即使羥胺可與有機溶劑反應(yīng)，羥胺和用作反應(yīng)溶劑的有機溶劑之間的反應(yīng)產(chǎn)物的形成也受到抑制，由此以良好的產(chǎn)率得到目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物并增加羥胺的利用率。這些優(yōu)點可能由于以下原因而得到。根據(jù)由羥胺與多羧酸形成的目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物和羥胺與除多羧酸之外的反應(yīng)性化合物(例如，單羧酸如乙酸)的脫水縮合產(chǎn)物的比較，通常，前者對于自由能(對于熱力學(xué))是穩(wěn)定的，但后者對于焓(對于動力學(xué))是有利的。作為羥胺和多羧酸之間的反應(yīng)結(jié)果形成的鏈狀N-羥基單酰胺在熱力學(xué)上比目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物不穩(wěn)定，但比羥胺和除多羧酸之外的反應(yīng)性化合物之間的脫水縮合產(chǎn)物穩(wěn)定。因此，羥胺與除多羧酸之外的反應(yīng)性化合物的脫水縮合產(chǎn)物容易在反應(yīng)的早期形成，但脫水縮合產(chǎn)物隨著時間的流逝而經(jīng)由鏈狀N-羥基單酰胺轉(zhuǎn)化成目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。該反應(yīng)是平衡反應(yīng)和需要存在水。如果水在反應(yīng)的早期被去除，該平衡反應(yīng)不繼續(xù)進行，且羥胺與除多羧酸之外的反應(yīng)性化合物(在這種情況下是反應(yīng)溶劑)的脫水縮合產(chǎn)物以顯著的比例殘留。但當在反應(yīng)早期不從反應(yīng)體系中去除水而進行反應(yīng)，且脫水過程在平衡反應(yīng)充分進行之后開始時，產(chǎn)生的羥胺與其它反應(yīng)性化合物的脫水縮合產(chǎn)物的量少，和可有效地生產(chǎn)目標環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。
下面將參考以下圖解通過采用由在作為溶劑的乙酸中琥珀酸和羥胺之間的反應(yīng)而制造N-羥基琥珀酰亞胺進行說明。琥珀酸(9)與羥胺(4)反應(yīng)形成在一端具有羧基基團和在另一端具有N-羥基氨基甲酰基基團的化合物(5)(N-羥基琥珀酸單酰胺)，和該化合物又產(chǎn)生N-羥基琥珀酰亞胺(7)。羥胺(4)還與作為溶劑的乙酸(10)反應(yīng)形成N-羥基乙酰胺(11)。焓(ΔH)(kcal/mol)按照(9)+(4)+(10)＞(7)＞(11)＞(5)的順序下降，和自由能(ΔG)(kcal/mol)按照(9)+(4)+(10)＞(11)＞(5)＞(7)的順序下降。具體地，目標N-羥基琥珀酰亞胺(7)在熱力學(xué)上比N-羥基乙酰胺(11)更穩(wěn)定，但后者比前者在動力學(xué)上更容易形成。因此，N-羥基乙酰胺(11)更容易在反應(yīng)的早期形成，且該化合物隨著時間的流逝而經(jīng)由化合物(5)轉(zhuǎn)化成N-羥基琥珀酰亞胺(7)。該反應(yīng)是平衡反應(yīng)和需要存在水。如果脫水在反應(yīng)的早期進行，該平衡反應(yīng)不繼續(xù)進行，且得到顯著量的N-羥基乙酰胺(11)作為最終產(chǎn)物。但通過如上述工藝所述的在沒有脫水的情況下進行反應(yīng)的第一步驟和在進行脫水的同時進行反應(yīng)的第二步驟進行反應(yīng)，可有效地產(chǎn)生N-羥基琥珀酰亞胺(7)，同時減少形成N-羥基乙酰胺(11)。
本發(fā)明根據(jù)以下幾個實施例進一步詳細說明，但這些決不限定本發(fā)明的范圍。
實施例1在如圖1所示配有具有內(nèi)容量20ml和在其頂部具有回流冷凝器的Dean-Stark分餾單元、溫度計、和Teflon(注冊商標)混合葉輪的300-ml三頸燒瓶中放入13.0g鹽酸羥胺、22.0g碳酸鉀、50g乙酸、和3.0g環(huán)己烷，并將Dean-Stark分餾單元用環(huán)已烷填充。溫度在油浴上保持65℃。一小時之后，將17.71g琥珀酸加入燒瓶中的混合物中，并升高油浴的溫度直至在在Dean-Stark的頂部上安裝的回流冷凝器中開始回流。在八小時之后終止加熱。在反應(yīng)中副產(chǎn)生的水與環(huán)已烷進行共沸，并將在回流冷凝器中冷卻的餾出物在Dean-Stark分餾單元中分成兩層，即，有機層和水層。將有機層(環(huán)己烷層)再循環(huán)至燒瓶。反應(yīng)混合物通過高效液相色譜(HPLC)分析發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺濃度為16.4重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為94.7％。
對比例1在如圖2所示的配有回流冷凝器、溫度計和Teflon(注冊商標)混合葉輪的300-ml三頸燒瓶中放入13.0g鹽酸羥胺、22.0g碳酸鉀、和50g乙酸，并將溫度在油浴上保持65℃。一小時之后，將17.71g琥珀酸加入燒瓶中的混合物中，并升高油浴的溫度直至在燒瓶上安裝的回流冷凝器中開始回流。每一小時將反應(yīng)混合物取樣并通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺的濃度在5小時之后停止增加和隨后變得恒定。此時N-羥基琥珀酰亞胺的濃度是8.9重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為10.4％。
實施例2在如圖1所示配有具有內(nèi)容量20ml和在其頂部具有回流冷凝器的Dean-Stark分餾單元、溫度計、和Teflon(注冊商標)混合葉輪的300-ml三頸燒瓶中放入37.41g的50重量％羥胺水溶液、150g乙酸、2.4g環(huán)己烷、和53.1g琥珀酸，并將Dean-Stark分餾單元用環(huán)己烷填充。升高油浴的溫度直至在安裝到Dean-Stark上的回流冷凝器中開始回流。在六小時之后終止加熱。羥胺水溶液中的水和作為反應(yīng)結(jié)果副產(chǎn)生的水與環(huán)已烷進行共沸，并將在回流冷凝器中冷卻的餾出物在Dean-Stark分餾單元中分成兩層，即，有機層和水層。將有機層(環(huán)己烷層)再循環(huán)至燒瓶。反應(yīng)混合物通過HPLC分析發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺濃度為13.4重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為64.9％。
實施例3在如圖1所示配有具有內(nèi)容量20ml和在其頂部具有回流冷凝器的Dean-Stark分餾單元、溫度計、和Teflon(注冊商標)混合葉輪的300-ml三頸燒瓶中放入150g乙酸、2.4g環(huán)己烷、和53.1g琥珀酸，并將Dean-Stark分餾單元用環(huán)己烷填充。升高油浴的溫度直至在Dean-Stark頂部上的回流冷凝器中開始回流。在開始回流的同時，將50重量％的羥胺水溶液在4.0g/小時的流速下使用管狀定量泵加料到燒瓶中。在九小時之后終止加熱。羥胺水溶液中的水和作為反應(yīng)結(jié)果副產(chǎn)生的水與環(huán)已烷進行共沸，并將在回流冷凝器中冷卻的餾出物在Dean-Stark分餾單元中分成兩層，即，有機層和水層。將有機層(環(huán)己烷層)再循環(huán)至燒瓶。反應(yīng)混合物通過HPLC分析發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺濃度為19.2重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為91.9％。
對比例2向如圖2所示反應(yīng)器的具有內(nèi)容量100ml的燒瓶中放入12.34g的50重量％羥胺水溶液、50g乙酸、和17.71g琥珀酸。升高油浴的溫度直至在安裝到燒瓶上的回流冷凝器中開始回流。每一小時將反應(yīng)混合物取樣并通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺的濃度在5小時之后停止增加和隨后變得恒定。此時N-羥基琥珀酰亞胺的濃度是4.5重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為20.8％。
實施例4在如圖1所示的配有Dean-Stark分餾柱(具有內(nèi)容量10ml)的反應(yīng)器的具有內(nèi)容量100ml的燒瓶中放入12.34g的50重量％羥胺水溶液、0.8g環(huán)己烷、50g乙酸、和19.81g戊二酸，并將Dean-Stark分餾單元用環(huán)己烷填充。升高油浴的溫度直至在安裝到Dean-Stark上的回流冷凝器中開始回流。在五小時之后終止加熱。羥胺水溶液中的水和作為反應(yīng)結(jié)果副產(chǎn)生的水與環(huán)已烷進行共沸，并將在回流冷凝器中冷卻的餾出物在Dean-Stark分餾單元中分成兩層，即，有機層和水層。將有機層(環(huán)己烷層)再循環(huán)至燒瓶。反應(yīng)混合物通過HPLC分析發(fā)現(xiàn)N-羥基戊二酰亞胺濃度為4.9重量％。這對應(yīng)于基于戊二酸的產(chǎn)率為36.7％。
對比例3重復(fù)對比例2的步驟，只是使用19.81g戊二酸替代17.71g琥珀酸。N-羥基戊二酰亞胺的濃度在六小時之后停止增加并隨后變得恒定。此時N-羥基戊二酰亞胺的濃度是3.0重量％。這對應(yīng)于基于戊二酸的產(chǎn)率為12.9％。
實施例5重復(fù)實施例2的步驟，只是使用21.92g己二酸替代用于實施例4的19.81g戊二酸。在8小時之后取樣的反應(yīng)混合物中的N-羥基己二酰亞胺的濃度是2.9重量％。這對應(yīng)于基于已二酸的產(chǎn)率為19.7％。
對比例4重復(fù)對比例2的步驟，只是使用21.92g己二酸替代17.71g琥珀酸。N-羥基己二酰亞胺的濃度在六小時之后停止增加并隨后變得恒定。此時N-羥基戊二酰亞胺的濃度是0.8重量％。這對應(yīng)于基于戊二酸的產(chǎn)率為5.4％。
實施例6在如圖1所示的配有Dean-Stark分餾柱(具有內(nèi)容量10ml)的反應(yīng)器的具有內(nèi)容量100ml的燒瓶中放入12.34g的50重量％羥胺水溶液、50g二甲苯、和17.71g琥珀酸，并將Dean-Stark分餾單元用二甲苯填充。升高油浴的溫度直至在安裝到Dean-Stark上的回流冷凝器中開始回流。在八小時之后終止加熱。羥胺水溶液中的水和在反應(yīng)中副產(chǎn)生的水與二甲苯進行共沸，并將在回流冷凝器中冷卻的餾出物在Dean-Stark分餾單元中分成兩層，即，有機層和水層。將有機層(二甲苯層)再循環(huán)至燒瓶。將反應(yīng)混合物冷卻至室溫，和使固體沉淀。將固體過濾，在55℃下在真空中干燥和稱重，發(fā)現(xiàn)重量是14.2g。N-羥基琥珀酰亞胺在該固體中的濃度通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)為48.7重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為40.4％。
對比例5在如圖2所示反應(yīng)器的具有內(nèi)容量100ml的燒瓶中放入12.34g的50重量％羥胺水溶液、50g二甲苯、和17.71g琥珀酸。升高油浴的溫度直至在安裝到燒瓶上的回流冷凝器中開始回流。每1小時將反應(yīng)混合物取樣并通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺的濃度在八小時之后停止增加和隨后變得恒定。將反應(yīng)混合物冷卻至室溫，和使固體沉淀。將固體過濾，在55℃下在真空中干燥和稱重，發(fā)現(xiàn)重量是13.23g。N-羥基琥珀酰亞胺在該固體中的濃度通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)為9.6重量％。這對應(yīng)于基于琥珀酸的產(chǎn)率為7.1％。
實施例7在配有Dean-Stark分餾單元的燒瓶中放入10g均苯四酸酐、90g乙酸、和20g己烷，并將混合物在100℃浴上加熱。在檢查回流開始和反應(yīng)混合物的溫度達到74℃之后，滴加6.66g的50重量％羥胺水溶液。將混合物攪拌2小時，同時將其溫度控制至70℃至74℃范圍內(nèi)和去除水。反應(yīng)混合物通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N，N’-二羥基均苯四酸二酰亞胺以70％的產(chǎn)率而得到，其中均苯四酸酐的轉(zhuǎn)化率是80％。
對比例6在燒瓶中放入10g均苯四酸酐和90g乙酸，并將混合物在80℃浴上加熱。在混合物的溫度達到77℃之后，滴加6.66g的50重量％羥胺水溶液。將混合物攪拌2小時，同時將其溫度控制至77℃至80℃的范圍。反應(yīng)混合物通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N，N’-二羥基均苯四酸二酰亞胺以42％的產(chǎn)率而得到，其中均苯四酸酐的轉(zhuǎn)化率是70％。
實施例8將200-ml三頸燒瓶配以用于加入乙酸的泵、液面計、和Dean-Stark分餾單元。Dean-Stark分餾單元配有用于液體提取的泵。液面計與用于加入乙酸的泵聯(lián)動(gang)并構(gòu)造使得燒瓶中的液面通過加入乙酸而恒定。
在燒瓶中放入54.9g乙酸和50.8g羥胺和琥珀酸之間的鹽(羥胺和琥珀酸的1∶1鹽)，并將混合物在回流下保持10小時。在該時間點，反應(yīng)器中的內(nèi)容物通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺和N-羥基乙酰胺的產(chǎn)率分別為70.1％和9.8％。安裝到Dean-Stark分餾單元上的泵隨后啟動以在10g/小時的速率下提取分餾單元中的混合物，和另外將用于加入乙酸的泵啟動以保持燒瓶中的液面恒定。反應(yīng)器中的內(nèi)容物在5小時之后通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺和N-羥基乙酰胺的產(chǎn)率分別為94.6％和3.7％。
對比例7將與實施例8相同量的乙酸和羥胺和琥珀酸之間的鹽放入與實施例8相同的反應(yīng)器中，并將混合物保持回流。在開始回流時，安裝到Dean-Stark分餾單元上的泵啟動以在10g/小時的速率下提取分餾單元中的混合物，和另外將用于加入乙酸的泵啟動以保持燒瓶中的液面恒定。反應(yīng)器中的內(nèi)容物在十小時之后通過HPLC分析，發(fā)現(xiàn)N-羥基琥珀酰亞胺和N-羥基乙酰胺的產(chǎn)率分別為54.4％和44.5％。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物可以良好的產(chǎn)率由任意環(huán)狀多羧酸酐和多羧酸制造，且原料組分的利用率可明顯改善。所得環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物通常作為用于照相顯影劑的氧化劑、用于合成制備肽的試劑、氧化催化劑、用于合成制備殺蟲劑的中間體、和用于聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是有用的。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，包括使環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中反應(yīng)，同時進行脫水的步驟，由此得到相應(yīng)的環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該環(huán)狀多羧酸酐是以下式(1)表示的化合物[化學(xué)式1] 其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf彼此相同或不同且各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲酰基基團、?；鶊F、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)，和其中該化合物每分子可具有兩個或多個環(huán)狀酸酐骨架；和n表示0、1或2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該環(huán)狀多羧酸酐是選自琥珀酸酐、戊二酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸單酐、均苯四酸二酐、1，8-萘二甲酸酐、2，3-萘二甲酸酐、1，4，5，8-萘四甲酸單酐、1，4，5，8-萘四甲酸二酐、2，3，6，7-萘四甲酸單酐、和2，3，6，7-萘四甲酸二酐的至少一種化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該多羧酸是以下式(2)表示的化合物[化學(xué)式2] 其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf彼此相同或不同且各自表示氫原子、鹵素原子、烷基基團、鹵代烷基基團、芳基基團、芳烷基基團、環(huán)烷基基團、羥基基團、烷氧基基團、羧基基團、取代的氧代羰基基團、取代的或未取代的氨基甲酰基基團、?；鶊F、酰氧基基團、磺基基團、取代的氧代磺?；鶊F、取代的或未取代的氨磺?；鶊F、硝基基團、取代的或未取代的氨基基團、取代的或未取代的膦?；鶊F、或取代的或未取代的膦酰氧基基團，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re和Rf的至少兩個可結(jié)合以與相鄰碳-碳鍵形成雙鍵或與相鄰碳原子或碳鏈形成芳族或非芳族環(huán)，和其中該化合物每分子可具有兩對或多對能夠形成環(huán)狀酰亞胺骨架的羧基基團；和n表示0、1或2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該多羧酸是選自琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、1，8-萘二甲酸、2，3-萘二甲酸、1，4，5，8-萘四甲酸、和2，3，6，7-萘四甲酸的至少一種化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，進一步包括使用能夠與水進行共沸的有機溶劑作為全部或部分反應(yīng)溶劑和在通過與有機溶劑共沸而從反應(yīng)體系中去除水的同時進行反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，進一步包括在從中去除水之后將共沸餾出物再循環(huán)至反應(yīng)體系。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7之一的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該有機溶劑是選自羧酸、酯、酮、脂族烴、脂環(huán)族烴、芳族烴、醇、和鹵化烴的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，進一步包括在向反應(yīng)體系連續(xù)或間歇加入羥胺水溶液的同時進行反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，包括使環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中反應(yīng)預(yù)定時間而不脫水的第一步驟，和在進行脫水的同時進行反應(yīng)的第二步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該有機溶劑是能夠與羥胺形成脫水縮合產(chǎn)物的溶劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用于生產(chǎn)環(huán)狀N-羥基酰亞胺化合物的方法，其中該有機溶劑是具有1至8個碳原子的單羧酸。
全文摘要
環(huán)狀多羧酸酐、多羧酸、或其混合物與羥胺或其鹽在有機溶劑中在脫水條件下反應(yīng)，得到相應(yīng)的環(huán)狀N－羥基酰亞胺化合物。環(huán)狀多羧酸酐可以是琥珀酸酐、戊二酐等。多羧酸可以是琥珀酸、戊二酸、己二酸等。在該方法中，優(yōu)選能夠與水進行共沸的有機溶劑用作反應(yīng)溶劑的全部或部分，并且在通過與有機溶劑共沸而維持除去存在于反應(yīng)體系中的水的同時進行反應(yīng)。根據(jù)該方法，可以令人滿意的產(chǎn)率由環(huán)狀多羧酸酐或多羧酸制造環(huán)狀N－羥基酰亞胺化合物。
文檔編號C07D211/94GK1953963SQ20058001543
公開日2007年4月25日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者梶川泰照 申請人:大賽璐化學(xué)工業(yè)株式會社