合成環(huán)狀亞烷基脲的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及合成環(huán)狀亞烷基脲的方法，該方法包括在堿性催化劑存在下，使具有兩個伯氨基的雙官能胺A，和選自碳酸二烷酯CD和碳酸亞烷酯CA中的脂族有機(jī)碳酸酯組分C反應(yīng)，其中雙官能胺A中伯氨基-NH2的物質(zhì)的量n(-NH2)對碳酸二烷酯CD中碳酸酯基的物質(zhì)的量n(CD)和碳酸亞烷酯CA中碳酸酯基的物質(zhì)的量n(CA)之和n(C)之比為至少大于2，和涉及通過這一方法獲得的產(chǎn)物。
【專利說明】合成環(huán)狀亞烷基脲的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及合成環(huán)狀亞烷基脲的方法，和由這一方法獲得的產(chǎn)品。
[0002]發(fā)明背景
[0003]在文獻(xiàn)和專利中，例如在J.0rg.Chem.1950，第15卷，第471-474頁，和475-480頁中描述了制備環(huán)狀亞烷基脲的各種方法，它涉及由脲和乙二胺，和由乙二醇或乙醇胺和脲，或二氧化碳和氨，來合成亞乙基脲。
[0004]早在1886 年，E.Fischer 和 H.Koch 在 Annalen,第 232 卷，第 227 頁(1886)中即報道了通過在180°C下加熱乙二胺和碳酸二乙酯來制備亞乙基脲。正如其中描述的，這一反應(yīng)在密封管內(nèi)進(jìn)行且要求使用高溫。
[0005]在美國專利2，436，311,2, 504, 431和2，526，757中，以及在專利公布US2010/0261015A1中，公開了通過使1，2-乙二胺與脲反應(yīng)來制備亞乙基脲，其中混合這兩種起始材料并加熱到至少240°C _260°C的溫度。正如這些專利中描述的，這一反應(yīng)似乎通過在100°C至260°C之間的溫度下，在大氣壓或升高的壓力下的一系列的階段進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)混合物達(dá)到100°C至115°C時，開始釋放氨氣，這一反應(yīng)的一種副產(chǎn)物。通過通常繼續(xù)加熱到170°C至240°C的最終溫度，進(jìn)行這一反應(yīng)至完全。根據(jù)這些現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻(xiàn)，可在無水條件下或者在水和/或高沸點(diǎn)溶劑例如乙二醇和二甘醇存在下進(jìn)行所述反應(yīng)，然而，指出并例舉了在顯著地增加產(chǎn)率方面，有益地使用水vs在無水條件下進(jìn)行反應(yīng)，認(rèn)為水造成中間縮合產(chǎn)物更加完全轉(zhuǎn)化成亞乙基脲。如此形成的粗亞乙基脲在水中沒有形成透明溶液，而是導(dǎo)致渾濁的溶液，所述渾濁的溶液明顯是堿性的，而純的亞乙基脲則充分地可溶于水。所需的產(chǎn)物亞乙基脲通 常通過結(jié)晶，以半水合物形式從水溶液中分離，且包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為約5%-15%的水。使用脲作為反應(yīng)物的這一方法的一些缺點(diǎn)是形成水不溶的副產(chǎn)物，需要在較高溫度和較高壓力條件下反應(yīng)，并形成水合的亞乙基脲，該物質(zhì)不是自由流動的粉末，且具有成餅的傾向且形成團(tuán)塊。
[0006]使用有機(jī)碳酸酯作為反應(yīng)物的其他方法包括在先公開的在200°C _290°C的溫度和自生壓力下，環(huán)狀1，2-亞烷基碳酸酯(亦即碳酸亞乙酯或碳酸亞丙酯)與氨的反應(yīng)(US2892843)。
[0007]最近在Applied Catalysis A:General341 (2008),第 133-138 頁的雜志文章描述了使用非均相的堿性金屬氧化物催化劑例如氧化鎂MgO借助酯交換等物質(zhì)量的碳酸亞乙酯和二氨基烷烴，來合成2-咪唑啉酮。
[0008]發(fā)明概述
[0009]已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明以其為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)以化學(xué)計(jì)量過量使用雙官能脂族胺時，在堿性催化劑存在下，雙官能伯脂族胺和有機(jī)碳酸酯組分(它是碳酸二烷酯或碳酸亞烷酯)的反應(yīng)導(dǎo)致以良好的產(chǎn)率形成環(huán)狀亞烷基脲。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是通過使具有兩個伯氨基的雙官能脂族胺A和選自碳酸二烷酯CD和碳酸亞烷酯CA中的脂族有機(jī)碳酸酯組分C反應(yīng)，合成環(huán)狀亞烷基脲的方法，其中雙官能胺A中的伯氨基-NH2的物質(zhì)的量n (-NH2)與碳酸二烷酯CD中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CD)和碳酸亞烷酯CA中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CA)之和n(C)之比為至少大于2。
[0011]在堿性催化劑存在下進(jìn)行這一反應(yīng)，所述堿性催化劑優(yōu)選選自(根據(jù)最近的IUPAC命名法)元素周期體系中第I族的堿金屬的醇鹽、元素周期體系中第2族的堿土金屬的醇鹽、及其混合物。
[0012]在本發(fā)明的上下文中，伯雙官能胺具有恰好兩個伯氨基。
[0013]優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明
[0014]優(yōu)選的雙官能胺A具有連接到直鏈或支鏈或環(huán)狀脂族結(jié)構(gòu)(所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有2-20個碳原子)上的兩個伯氨基。在雙官能胺A的同一分子內(nèi)的這兩個氨基彼此被至少兩個連續(xù)的碳原子隔開。一個或多個碳原子可被醚鍵-C-O-C-內(nèi)的氧原子隔開，其中任何兩個氧原子優(yōu)選被兩個碳原子隔開，從而形成結(jié)構(gòu)-c-o-c-c-o-c-。一個或多個這樣的氧原子可被硫原子替代。優(yōu)選的二伯二胺A是乙二胺，I, 2-二氨基丙烷，I, 3-二氨基丙烷，1，4-二氨基丁烷，2，3-二氨基丁烷，1,5-二氨基戊烷，1,2-二氨基環(huán)己烷，1,6-二氨基己烷，雙-(2-氨基乙基)醚，I, 12- 二氨基-4，9- 二氧雜十二燒，以及2，2, 4-和2，4，4- 二甲基-1，6- 二氨基己烷的混合物。尤其優(yōu)選的雙官能胺是1，2- 二氨基乙烷，1，2-與1，3- 二氨基丙烷，1，4-和2，3- 二氨基丁烷，以及這些的混合物。
[0015]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，胺A具有下述結(jié)構(gòu):
[0016]H2N-CR1R2- (CR3R4) n- (CR5R6) ^CR7R8-NH2,
[0017]其中i范圍為1-8的基團(tuán)Ri任何一個可彼此獨(dú)立地選自下述基團(tuán)中的任何一個:H，具有1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的烷基，具有至少一個烯屬不飽和鍵和1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的鏈烯基，具有1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的烷氧基，或羧基或羧酸酯基，和η與m可獨(dú)立地為O或I。R3, R4, R5和R6中的一個或多個也可以是鹵素原子或羥基。在η和m為O的情況下，C-取代的亞乙基脲是例如4，4- 二烷基亞乙基脲或4，5- 二烷基亞乙基脲，4-乙烯基亞乙基脲或4-甲氧基亞乙基脲反應(yīng)產(chǎn)物。在η為I和m為0，或者η為O和m為I的情況下，獲得C-取代的亞丙基脲，例如4-甲基亞丙基脲，5-鹵素亞丙基脲，5-羥基亞丙基脲，5，5-二甲基亞丙基脲，5-羧基亞丙基脲，亞丙基脲-5-羧酸的乙酯，和5-甲氧基亞丙基脲。若m和η均為1，則獲得C-取代的亞丁基脲，例如5-羥基亞丁基脲，5，6- 二羥基亞丁基脲，4-烷基亞丁基脲，4，5，6，7 —四烷基亞丁基脲，和4，7- 二甲基亞丁基脲。
[0018]脂族有機(jī)碳酸酯組分C可以是碳酸亞烷酯CA或碳酸二烷酯⑶或者這些的混合物。
[0019]碳酸亞烷酯CA是優(yōu)選具有2-6個碳原子的二羥基烷烴的環(huán)酯，例如碳酸亞乙酯，碳酸1，2-和1，3-亞丙酯。有用的碳酸亞烷酯是碳酸亞乙酯和碳酸1，2-亞丙酯，這二者均可商購。
[0020]碳酸二烷酯⑶具有結(jié)構(gòu)Ra-O-CO-O-Rb,其中Ra和Rb可以相同或者可以不同，且可獨(dú)立地選自具有1-12個碳原子的直鏈和支鏈烷基。特別優(yōu)選碳酸二甲酯，和碳酸二乙酯，和這些的混合物。
[0021]已證明可用于本發(fā)明的堿性催化劑優(yōu)選是堿金屬或堿土金屬的醇鹽，尤其優(yōu)選甲醇鋰，甲醇鈉和甲醇鉀，或鋰、鈉和鉀的乙醇鹽，和這些的混合物。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可優(yōu)選在除去水下，例如由烷醇和堿金屬或堿土金屬的氫氧化物，原位生成堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽，或者通過使堿金屬或堿土金屬它們的酰胺或它們的氫化物與烷醇反應(yīng)，生成堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽。
[0022]盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員預(yù)期通過使用化學(xué)計(jì)量量的胺組分和碳酸酯組分，將會實(shí)現(xiàn)所需的環(huán)脲的最好產(chǎn)率，因?yàn)楫?dāng)使用化學(xué)計(jì)量過量的反應(yīng)物之一時，形成線性低聚物將是有利的，但預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn)，使用用量超過化學(xué)計(jì)量量的脂族胺具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如在產(chǎn)率和純度方面。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，脂族胺A中的伯氨基-NH2的物質(zhì)的量n (-NH2)與碳酸酯組分C內(nèi)存在的碳酸二烷酯CD中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CD)和碳酸亞烷酯中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CA)之和n (C)之比n (-NH2) /n (C)為至少大于2:
[0024]n (-NH2) /n (C) =n (-NH2) / [η (CD) +η (CA) ] >2。
[0025]優(yōu)選地，這一比值η (-NH2)/n(C)為至少2.2，尤其優(yōu)選至少2.4，和特別優(yōu)選至少
2.5。當(dāng)該比值為至少3時，也獲得好的結(jié)果，或者更優(yōu)選為至少4。
[0026]當(dāng)在與碳酸酯化合物的反應(yīng)中使用二伯二胺例如乙二胺或1，3- 二氨基丙烷時，形成具有兩個酰胺N-H基的環(huán)脲，在這一情況下，為亞乙基脲或亞丙基脲。
[0027]本發(fā)明的方法優(yōu)選包括下述步驟:
[0028]-引入雙官能胺A和 碳酸酯C二者到反應(yīng)容器中，
[0029]-任選地添加溶劑，所述溶劑選自具有1-18個碳原子的脂族直鏈、支鏈或環(huán)狀醇，具有2-6個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基鏈的脂族二元醇，其中烷基具有1-4個碳原子的任何所述醇的單烷基醚，其中烷基獨(dú)立地具有1-4個碳原子的任何所述二元醇的單烷基醚或二烷基醚，和烷基芳族化合物，和任何這些中的兩種或更多種的混合物，
[0030]-在(TC-250 0C的溫度下保持所述混合物，
[0031 ]-添加堿性催化劑，優(yōu)選在攪拌下，
[0032]-在反應(yīng)過程中，進(jìn)一步保持反應(yīng)混合物在25°C-250°C的溫度下，和
[0033]-分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
[0034]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，溶劑、雙官能胺A和優(yōu)選催化劑的混合物被引入到反應(yīng)器內(nèi)，優(yōu)選在混合條件例如攪拌下，在15分鐘至6小時的時間段內(nèi)添加碳酸酯組分C，或者在管狀環(huán)管或者靜態(tài)混合其內(nèi)循環(huán)所述反應(yīng)混合物，所述管狀環(huán)管包括至少一個混合段，所述混合段可以是設(shè)置在管道內(nèi)的噴嘴。可使用的另一方法因此包括下述步驟:
[0035]-將雙官能胺A和堿性催化劑二者引入到反應(yīng)容器中，
[0036]-任選地添加溶劑，所述溶劑選自具有1-18個碳原子的脂族直鏈、支鏈或環(huán)狀醇，具有2-6個碳原子的直鏈或支鏈的亞烷基鏈的脂族二元醇，其中烷基具有1-4個碳原子的任何前述醇的單烷基醚，其中烷基獨(dú)立地具有1-4個碳原子的任何前述二元醇的單烷基醚或二烷基醚，和烷基芳族化合物，和任何這些中的兩種或更多種的混合物，
[0037]-在(TC-250 0C的溫度下保持所述混合物，
[0038]-在攪拌下添加碳酸酯組分C，
[0039]-在反應(yīng)過程中，在25°C-250°C的溫度下進(jìn)一步保持該反應(yīng)混合物，和
[0040]-分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
[0041]可將雙官能胺A、碳酸酯C和催化劑以任何順序引入到反應(yīng)容器中。若使用溶劑，則可在添加反應(yīng)物和催化劑之前引入溶劑，或者可與這些中的任一種一起引入，或者可最后添加溶劑。優(yōu)選用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w至少部分替代空氣。優(yōu)選加熱所述反應(yīng)混合物，并繼續(xù)，直到反應(yīng)基本上完全，這通過從反應(yīng)混合物中引出的樣品佐證?？蓛?yōu)選通過減壓蒸餾，除去從碳酸酯組分C中釋放的醇和過量的胺A。然后分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
[0042]若使用溶劑，且環(huán)狀亞烷基脲在所使用的溶劑中不可溶，則優(yōu)選在除去過量胺之前或之后，通過過濾以沉淀形式分離反應(yīng)產(chǎn)物，和優(yōu)選通過減壓蒸餾除去醇。然后用進(jìn)一步的醇洗滌沉淀。若使用溶劑，且環(huán)狀亞烷基脲顯著可溶于所述溶劑內(nèi)，則可通過部分或完全除去溶劑，回收環(huán)狀亞烷基脲，或者可通過添加非溶劑，從溶液中沉淀環(huán)狀亞烷基脲，或者這兩種方法的組合。
[0043]若在指定溶劑內(nèi)，在環(huán)境溫度(20°C )下，物質(zhì)不顯著可溶的話，則該物質(zhì)在指定溶劑內(nèi)稱為“不可溶”。“不顯著可溶”是指在與所討論的物質(zhì)處于平衡的溶劑內(nèi)溶解的所討論的物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選不大于10%。
[0044]若不使用溶劑，則用一種或多種所提及的溶劑洗滌在通過減壓蒸餾除去過量胺和醇之后的殘留固體。
[0045]洗滌過的沉淀通常具有大于90%的純度。為了進(jìn)一步純化，可優(yōu)選使用進(jìn)一步的洗滌步驟，重結(jié)晶，熔體結(jié)晶，或在水中溶解環(huán)狀亞烷基脲，形成溶液，所述溶液可通過離子交換或吸附法純化。可通過用離子交換樹脂處理，除去殘留的未反應(yīng)的雙官能胺。
[0046]通過引入胺A、碳酸酯組分C和催化劑到反應(yīng)容器中，任選地添加上文詳述的溶劑，任選地用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w至少部分替代空氣，并在0°C _250°C的反應(yīng)溫度下保持所述混合物，來進(jìn)行最優(yōu)選的工藝。優(yōu)選選擇溫度上限以允許回流，或者支持分餾以分離環(huán)脲與反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0047]可將堿性催化劑與反應(yīng)物一起添加，或者優(yōu)選在10分鐘至60分鐘的時間段期間，在攪拌下，優(yōu)選緩慢地添加堿性催化劑到原樣引入的反應(yīng)物的混合物或者預(yù)熱的反應(yīng)物中。然后繼續(xù)加熱和攪拌所述 反應(yīng)混合物，直到反應(yīng)進(jìn)行到基本完全(這通過由碳酸酯組分C形成的醇或二元醇量顯示)，然后通過減壓蒸餾分離過量的胺A和從碳酸酯組分C中釋放的醇或二元醇，過濾殘?jiān)?，并分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
[0048]在一個變體中,可添加溶劑到反應(yīng)物中,所述溶劑選自具有1-18個碳原子的脂族直鏈、支鏈或環(huán)狀醇(例如正丁醇或異丙醇)，具有2-6個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基鏈的脂族二元醇(例如乙二醇或1，2-丙二醇)，其中烷基具有1-4個碳原子的任何前述醇的單烷基醚，其中烷基獨(dú)立地具有1-4個碳原子的任何前述二元醇的單烷基醚或二烷基醚(例如甲氧基丙醇，乙氧基丁醇或1，4-二甲氧基丁烷)，和烷基芳族化合物或其混合物(例如甲苯，二甲苯，乙苯，和甲基萘)，和任何這些中兩種或更多種的混合物。選擇溶劑對反應(yīng)條件呈惰性，即，使得不與任何起始材料或者與所需的最終產(chǎn)物反應(yīng)。
[0049]在一種方法中，通過例如減壓蒸餾，除去過量的雙官能胺A和在反應(yīng)中形成的醇。一旦冷卻，則亞烷基脲通常硬化，或者從溶劑中分離，若存在溶劑的話。選擇這種溶劑，以僅僅輕微地溶解亞烷基脲或者根本不溶。若環(huán)狀亞烷基脲形成固體，則在冷卻之后，也可通過從反應(yīng)混合物中過濾，分離環(huán)狀亞烷基脲與未反應(yīng)的胺和所形成的醇。脂族醚，例如二甲氧基乙烷或烷基芳族化合物，例如甲苯或二甲苯或這些和任選地與1，3，5-三甲基苯和枯烯的混合物(它以“溶劑石腦油”形式銷售)是尤其合適的。然后在固體產(chǎn)物的情況下，通過過濾，最好地進(jìn)行分離，所述分離留下固體亞烷基脲，它最多僅僅輕微可溶于所述溶劑。已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)洗滌所分離的環(huán)狀亞烷基脲時，在反應(yīng)過程中不可能用作溶劑的酮例如丙酮和甲基異丁基酮是有用的。
[0050]要求保護(hù)的方法的重要優(yōu)點(diǎn)是，在反應(yīng)中基本上不存在水，所述反應(yīng)導(dǎo)致最終產(chǎn)物內(nèi)低水平的水。在其中環(huán)狀脲在環(huán)境溫度(20°C )下為固體，例如亞乙基脲和亞丙基脲的情況下，這一方法允許獲得自由流動固體形式的環(huán)狀脲，和自由流動顆粒形式的環(huán)狀脲，且很少或者沒有形成聚集體的傾向。在最終產(chǎn)物內(nèi)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5%，和發(fā)現(xiàn)優(yōu)選不大于1%。
[0051]通過下述實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，所述實(shí)施例不打算為限制本發(fā)明。
[0052]使用下述分析工具:
[0053]13C-NMR:以溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液形式，將樣品溶解在D2O內(nèi)以供分析。在Bruker Avance II400NMR分光計(jì)上，使用 IOmm PABBO探針，利用〃quant2_45〃 方法和從 IOs增加到30s的Dl延遲，得到羰基峰的較好量化，從而獲得NMR光譜。
[0054]GC/MS條件:將樣品溶解在乙腈中，以制備溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的溶液。注射端口的溫度為225°C，柱溫最初為175°C，以20K/min升溫，直到達(dá)到200°C。使用lmL/min的恒定的氦氣流量。
[0055]FTIR:使用安裝在Digilab7000e FTIR分光計(jì)的樣品室內(nèi)的DuraScope單反射金剛石ATR配件，獲得紅外光譜。
實(shí)施例
[0056]在這些實(shí)施例中，以及在其余的說明書中，采用下述定義:
[0057]“純度”是所需產(chǎn)品的質(zhì)量與所使用(當(dāng)用作起始材料時)或者所得(當(dāng)存在于反應(yīng)產(chǎn)物內(nèi)時)的材料的質(zhì)量之比，通常以〃%〃，或cg/g為單位測量。
[0058]“濃度(Strength) ”是在溶液S內(nèi)溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB，以溶質(zhì)B的質(zhì)量mB和溶液ms的質(zhì)量之比計(jì)算，通常以〃%〃，或cg/g為單位測量。
[0059]產(chǎn)率是在化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)工藝中獲得的所需反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量和在沒有因副反應(yīng)導(dǎo)致的任何損失或者在其分離過程中損失產(chǎn)物的情況下預(yù)期的反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)量之比。
[0060]實(shí)施例1
[0061]根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:
[0062]在氮?dú)獯祾呦?，?20.6g(2mol)乙二胺(純度為 99.5%)和 45.45g(0.5mol)碳酸二甲酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C)下混合。在混合下，將
10.8g(0.05mol) 25%濃度的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液緩慢地加入到反應(yīng)混合物中。觀察到放熱，并且記錄到在不存在外部冷卻的情況下溫度升高到60°C。在I小時混合之后，溫度逐漸升高到115°C，并保持I小時。在這一時間段期間，收集蒸餾物物流。一旦冷卻反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物，以除去甲醇和其他揮發(fā)性材料，并用丙酮洗滌沉淀。通過13C-NMR分析所得產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)純度為94%且產(chǎn)率為80%的亞乙基脲。所分離的產(chǎn)物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1% (這通過KarlFischer滴定來測定)，和殘留的乙二胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250mg/kg (這通過GC-MS來測定)。
[0063]實(shí)施例2
[0064]根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:[0065]在氮?dú)獯祾呦拢瑢?6.48g(l.6mol)乙二胺(純度為 99.5%)，36.36g(0.4mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，和25.05g(0.4mol)乙二醇引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C )下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到63°C。在I小時之后，在攪拌下，將7.2g(0.04mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液緩慢地加入到反應(yīng)混合物中，并且逐漸升溫到95°C，并保持2小時。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，來濃縮反應(yīng)混合物，除去甲醇和其他揮發(fā)性材料，并用丙酮洗滌沉淀。通過13C-NMR分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)純度為89%和產(chǎn)率為81%的亞乙基脲。
[0066]實(shí)施例3
[0067]根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:
[0068]在氮?dú)獯祾呦拢瑢?6.48g(l.6mol)乙二胺(純度為 99.5%), 36.36g (0.4mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，和36.36g(0.4mol)乙二醇二乙醚引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C)下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到55°C。在I小時之后，在攪拌下，將
7.2g(0.04mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液緩慢地加入到反應(yīng)混合物中，并且逐漸升溫到95°C，并保持2小時，然后升高到110°C，并收集蒸餾物。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，來濃縮反應(yīng)混合物，以除去甲醇和其他揮發(fā)性材料，并用丙酮洗滌沉淀。通過紅外光譜法分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率為80%和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%的亞乙基脲。
[0069]實(shí)施例4
[0070] 根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:
[0071]在氮?dú)獯祾呦?，?20.6g(2mol)乙二胺(純度為99.5%), 45.5g(0.5mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，和46.5g(0.5mol)甲苯和10.8g(0.05mol)濃度為25%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到56°C。在I小時之后，逐漸升高溫度到95°C，并保持2小時，然后升高到110°C，并收集蒸餾物，然后進(jìn)一步升高溫度到120°C，并保持2小時。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，來濃縮反應(yīng)混合物，以除去甲醇和其他揮發(fā)性材料，并用丙酮洗滌沉淀。
[0072]通過13C-NMR光譜法，分析所分離的產(chǎn)物，且發(fā)現(xiàn)為亞乙基脲。其熔融溫度為1350C，且通過Karl Fischer-滴定，發(fā)現(xiàn)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%。產(chǎn)率為90%。
[0073]實(shí)施例5
[0074]通過下述工序制備本發(fā)明的產(chǎn)物:
[0075]在氮?dú)獯祾呦?，?0.3g (Imol)乙二胺(純度為99.5%), 45.45g(0.5mol)碳酸二甲酯(純度為99%),92.93g(Imol)甲苯和4.5g(0.025mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到53°C。在I小時之后，逐漸升高溫度到90°C，并收集蒸餾物，然后逐漸升高溫度到120°C，保持2小時，在此期間，收集蒸餾物。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。用甲苯洗滌該產(chǎn)物。通過13C-NMR分析所分離的產(chǎn)物且發(fā)現(xiàn)為亞乙基脲。
[0076]實(shí)施例6
[0077]通過下述工序制備本發(fā)明的產(chǎn)物:
[0078]在氮?dú)獯祾呦?，?0.3g (Imol)乙二胺(純度為99.5%), 45.45g(0.5mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，92.93g (Imol)甲苯和4.5g(0.025mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C)下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到55°C。在I小時之后，逐漸升高溫度到90°C，并在回流下保持2小時。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色固體。過濾該產(chǎn)物并用甲苯洗滌。通過13C-NMR分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)純度為97%且水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%(這通過Karl Fischer-滴定測量)的亞乙基脲。發(fā)現(xiàn)殘留的乙二胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150mg/kg。亞乙基脲的熔融溫度為135°C。產(chǎn)率為90%。一旦用丙酮額外洗滌這一產(chǎn)物，則獲得純度為99.9%且殘留的乙二胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100mg/kg的產(chǎn)物。該產(chǎn)物是自由流動的固體。
[0079]實(shí)施例7
[0080]通過下述工序制備本發(fā)明的產(chǎn)物: [0081]在氮?dú)獯祾呦拢瑢?20.6g(2mol)乙二胺(純度為99.5%)，90.91g (Imol)碳酸二甲酯(純度為99%)，9.0g (0.05mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到60°C。在I小時之后，逐漸升高溫度到95°C，并保持2小時，然后升高到110°C，并收集蒸餾物，然后升高溫度到120°C，并保持2小時。一旦冷卻該反應(yīng)混合物,則形成白色沉淀。過濾該產(chǎn)物并用丙酮洗滌。通過13C-NMR分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)純度超過97%的亞乙基脲。
[0082]實(shí)施例8
[0083]根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:
[0084]在氮?dú)獯祾呦?，?2.36g(l.2mol)乙二胺(純度為 99.5%)，36.36g (0.4mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，和42.83g(0.4mol) 二甲苯引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。沒有觀察到放熱，和在室溫(23°C )下I小時之后，緩慢地添加4.32g(0.02mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液。觀察到放熱，并且記錄溫度升高到65°C。在I小時之后，逐漸升高溫度到95°C，并保持2小時，然后升高到110°C。在97.5°C下，反應(yīng)混合物開始回流，然后在回流下保持所述混合物2小時，然后一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，來濃縮反應(yīng)混合物，以除去甲醇和其他揮發(fā)性材料，并用甲基異丁基酮洗滌該沉淀。通過GC/MS分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)為亞乙基脲。
[0085]實(shí)施例9
[0086]根據(jù)本發(fā)明，通過下述工序制備產(chǎn)物:
[0087]在氮?dú)獯祾呦拢瑢?20.6g(2mol)乙二胺(純度為99.5%)和44.44g(0.5mol)碳酸亞乙酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。沒有觀察到放熱，和在I小時之后，在攪拌下，緩慢地添加10.8g(0.05mol)濃度為25%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液到該反應(yīng)混合物中，并逐漸升高溫度到95°C且保持2小時。一旦冷卻該反應(yīng)混合物，則形成白色淤漿。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物，通過過濾分離該產(chǎn)物并用丙酮洗滌。
[0088]通過13C-NMR分析所分離的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)存在殘留乙二醇的亞乙基脲。
[0089]實(shí)施例10 (對比)
[0090]在氮?dú)獯祾呦?，?41.2g(4mol)乙二胺(純度為99.5%)和90.91g (Imol)碳酸二甲酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C )下混合。在I小時混合之后，逐漸升高溫度到115°C并保持I小時。在這一時間段期間，收集蒸餾物物流。冷卻該反應(yīng)混合物后沒有形成沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物，并用丙酮洗滌沉淀。通過紅外光譜法分析該產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)包括僅僅非顯著量的亞乙基脲。這一產(chǎn)物顯示出超過200°C的熔融溫度，且與實(shí)施例1的產(chǎn)物不同，僅僅部分可溶于水，而亞乙基脲容易地可溶于水。
[0091]實(shí)施例11 (對比)
[0092]根據(jù)下述工序，制備產(chǎn)物:
[0093]在氮?dú)獯祾呦?，?0.15g(0.5mol)乙二胺(純度為99.5%)，和90.91g (Imol)碳酸二甲酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C )下混合。在攪拌下，緩慢地添加4.32g (0.01mol)濃度為25%的甲醇鈉在甲醇內(nèi)的溶液到反應(yīng)混合物中。沒有觀察到放熱，在I小時之后，逐漸升高溫度到77°C的回流溫度。在該溫度下攪拌2小時之后，逐漸加熱該反應(yīng)混合物到90°C，并除去蒸餾物。此刻燒瓶充滿白色固體，并且不可能攪拌。用丙酮稀釋這一材料并過濾。通過紅外光譜法分析殘留的固體化合物，且發(fā)現(xiàn)沒有顯著量的亞乙基脲。與實(shí)施例1的產(chǎn)物不同，這一產(chǎn)物僅僅部分可溶于水，且熔融溫度為150°C以上。
[0094]實(shí)施例12(對比):
[0095]根據(jù)下述工序，制備產(chǎn)物:[0096]在氮?dú)獯祾呦?，?2.06g(0.2mol)乙二胺(純度為 99.5%)，20.0Og (0.22mol)碳酸二甲酯(純度為99%)，和181.9g甲苯引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C )下混合。在混合下，緩慢地添加4.32g(0.1mol)在甲醇內(nèi)的甲醇鈉到反應(yīng)混合物中。觀察到放熱，并記錄升溫到58°C。在I小時之后，溫度升高到80°C，并且回流過量的碳酸二甲酯。在另外2小時之后，收集蒸餾物。一旦冷卻該反應(yīng)混合物到室溫，則形成白色沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物，并用丙酮洗滌殘留的固體。通過紅外光譜法分析該產(chǎn)物，沒有發(fā)現(xiàn)亞乙基脲。該產(chǎn)物僅僅部分可溶于水，熔融溫度為250°C。
[0097]實(shí)施例13 (對比)
[0098]根據(jù)下述工序，制備產(chǎn)物:
[0099]在氮?dú)獯祾呦?，?20.6g (2mol)乙二胺(純度為99.5%), 44.44g (0.5mol)碳酸亞乙酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C)下混合。沒有觀察到放熱，和升溫到50°C。在反應(yīng)I小時之后，溫度逐漸升高到120°C。在這一溫度下另外2小時混合之后，和隨后冷卻后不存在沉淀。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物。殘留的產(chǎn)物是水溶性的且部分丙酮可溶。通過紅外光譜法分析該產(chǎn)物，沒有發(fā)現(xiàn)亞乙基脲。
[0100]實(shí)施例14 (對比)
[0101]通過〃AppliedCatalysis〃A: general341, (2008),第 133-138 頁中描述的工序，制備產(chǎn)物:
[0102]在氮?dú)獯祾呦?，?8.0g (0.3mol)乙二胺(純度為99.5%)，26.4g(0.3mol)碳酸亞乙酯(純度為99%)和118.35g(2.57mol)乙醇與3.96g(0.lmol)MgO引入到反應(yīng)容器中，并在40°C下混合。在I小時之后，溫度逐漸升高到95°C，并保持2小時。通過熱濾，分離固體反應(yīng)產(chǎn)物。通過GC/MS分析該產(chǎn)物，且發(fā)現(xiàn)僅僅5%的亞乙基脲產(chǎn)率。
[0103]實(shí)施例15 (對比)
[0104]通過Fischer, Koch, Ann.232 (1886) 227 中描述的工序，制備產(chǎn)物:
[0105]在氮?dú)獯祾呦?，?0.3g(lmol)乙二胺(純度為99.5%)和119.19g(lmol)碳酸二乙酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C )下混合。沒有觀察到放熱。在50°C下保持該反應(yīng)混合物I小時，然后逐漸升高溫度到120°C，并在回流下保持該反應(yīng)混合物I小時。當(dāng)在88°C -110°C的溫度間隔內(nèi)蒸餾時該溶液變渾濁。然后升高溫度到120°C并保持2小時。該溶液變透明，且不存在沉淀，和溶液保持透明。通過在95°C下減壓(25kPa)蒸餾，濃縮反應(yīng)混合物。通過紅外光譜法，分析殘留的產(chǎn)物，且沒有發(fā)現(xiàn)亞乙基脲。這一反應(yīng)的產(chǎn)物是水不溶的，但可溶于丙酮。
[0106]實(shí)施例16 (對比)
[0107]根據(jù)下述工序制備化合物:
[0108]在氮?dú)獯祾呦?，?0.3g(Imol)乙二胺(純度為99.5%)和119.19g(lmol)碳酸二乙酯(純度為99%)引入到反應(yīng)容器中，并在室溫下混合。沒有觀察到放熱。I小時之后，在攪拌下，將21.6g(0.1mol)濃度為25%的甲醇鈉在甲醇中的溶液緩慢地加入到該反應(yīng)混合物中，且觀察到放熱。在50°C下保持該反應(yīng)混合物I小時，然后逐漸升高溫度到90°C，于是在回流下保持該反應(yīng)混合物I小時。一旦在88°C -110°C的溫度下蒸餾，則開始形成白色沉淀。然后升高溫度到120°C，并保持2小時。形成幾乎不含溶劑的白色沉淀。殘留的產(chǎn)物是水不溶的，但丙酮可溶，且熔融溫度超過200°C。沒有發(fā)現(xiàn)顯著量的亞乙基脲。
[0109]實(shí)施例17
[0110]根據(jù)下述工序，制備本發(fā)明的產(chǎn)物:
[0111]在氮?dú)獯祾呦?，?4.49g(l.0mol)純度為99.5%的1，3- 二氨基丙烷，45.45g(0.5mol)純度為99%的碳酸二甲酯和4.5g(0.05mol)濃度為30%的甲醇鈉在甲醇中的溶液引入到反應(yīng)容器中，并在室溫(23°C)下混合。觀察到放熱，在不超過55°C的溫度下冷卻，保持該反應(yīng)混合物 。然后緩慢地升高溫度到90°C，并保持4小時。形成由亞丙基脲(三亞甲基脲，3，4，5，6-四氫-2 (IH)-嘧啶酮)組成的白色沉淀，這通過它的NMR光譜證實(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種合成環(huán)狀亞烷基脲的方法，包括在堿性催化劑存在下通過使具有兩個伯氨基的雙官能脂族胺A和選自碳酸二烷酯CD和碳酸亞烷酯CA中的脂族有機(jī)碳酸酯組分C反應(yīng)，其中雙官能胺A中伯氨基-NH2的物質(zhì)的量n (-NH2)與碳酸二烷酯CD中碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CD)和碳酸亞烷酯CA中碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CA)之和n (C)之比為至少大于2。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在選自元素周期系統(tǒng)中第I族堿金屬的醇鹽和元素周期系統(tǒng)中第2族堿土金屬的醇鹽中的堿性催化劑存在下進(jìn)行所述方法。
3.權(quán)利要求2的方法，其中原位生成醇鹽。
4.權(quán)利要求3的方法，其中通過使烷醇和選自堿金屬氫氧化物、堿金屬氫化物、堿金屬酰胺、堿土金屬氫氧化物、堿土金屬氫化物和堿土金屬酰胺中的化合物反應(yīng)，生成醇鹽。
5.權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，雙官能胺A具有連接到具有2-20個碳原子的直鏈或支鏈或環(huán)狀脂族結(jié)構(gòu)上的兩個伯氨基。
6.權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，脂族有機(jī)碳酸酯組分C包括具有結(jié)構(gòu)Ra-O-CO-O-Rb的碳酸二烷酯⑶，其中1^和Rb相同或者不同，且獨(dú)立地選自具有1-12個碳原子的直鏈和支鏈烷基。
7.權(quán)利要求6的方法，其中碳酸二烷酯⑶選自碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，和這些的混合物。
8.權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，脂族有機(jī)碳酸酯組分C包括其中亞烷基具有2-6個碳原子的碳酸亞烷酯CA。
9.權(quán)利要求8的方法，其中碳酸亞烷酯選自碳酸亞乙酯和碳酸1，2-亞丙酯。
10.權(quán)利要求1-9任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A具有下述結(jié)構(gòu):
H2N-CR1R2- (CR3R4) n- (CR5R6) ^CR7R8-NH2, 其中i范圍為1-8的基團(tuán)Ri任何一個可彼此獨(dú)立地選自下述基團(tuán)中的任何一個:H，鹵素原子，羥基，具有1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的烷基，具有至少一個烯屬不飽和鍵和1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的鏈烯基，具有1-8個碳原子且為直鏈、支鏈或環(huán)狀的烷氧基，或羧基或羧酸酯基，R3、R4、R5和R6中的一個或多個也可以是鹵素原子或羥基，和η與m可獨(dú)立地為O或I。
11.權(quán)利要求ι-?ο任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，堿性催化劑是選自甲醇鋰，乙醇鋰，甲醇鈉，乙醇鈉，甲醇鉀，和乙醇鉀以及這些的混合物中的堿金屬醇鹽。
12.權(quán)利要求1-11任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，脂族雙官能胺A中的伯氨基-NH2的物質(zhì)的量n (-NH2)與碳酸二烷酯CD中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CD)和碳酸亞烷酯CA中的碳酸酯基的物質(zhì)的量η (CA)之和n(C)之比為至少2.2。
13.權(quán)利要求1-12任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，包括下述步驟: -引入雙官能胺A和碳酸酯組分C 二者到反應(yīng)容器中， -任選地添加溶劑，所述溶劑選自具有1-18個碳原子的脂族直鏈、支鏈或環(huán)狀醇，具有2-6個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基鏈的脂族二元醇，其中烷基具有1-4個碳原子的任何前述醇的單烷基醚，其中烷基獨(dú)立地具有1-4個碳原子的任何前述二元醇的單烷基醚或二烷基醚，和烷基芳族化合物，和任何這些中的兩種或更多種的混合物， -在0°C _250°C的溫度下保持所述混合物， -在攪拌下，添加堿性催化劑，-在反應(yīng)過程中，進(jìn)一步保持反應(yīng)混合物在25°C -250°C的溫度下，和 -分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
14.權(quán)利要求1-12中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，包括下述步驟: -將雙官能胺A和堿性催化劑二者引入到反應(yīng)容器中， -任選地添加溶劑，所述溶劑選自具有1-18個碳原子的脂族直鏈、支鏈或環(huán)狀醇，具有2-6個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基鏈的脂族二元醇，其中烷基具有1-4個碳原子的任何前述醇的單烷基醚，其中烷基獨(dú)立地具有1-4個碳原子的任何前述二元醇的單烷基醚或二烷基醚，和烷基芳族化合物，和任何這些中的兩種或更多種的混合物， -在0°C _250°C的溫度下保持所述混合物， -在攪拌下添加鈣碳酸酯組分C， -在反應(yīng)過程中，進(jìn)一步保持反應(yīng)混合物在25°C _250°C的溫度下，和 -分離所形成的環(huán)狀亞烷基脲。
15.通過權(quán)利要求1-14任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法獲得的環(huán)狀亞烷基脲，它具有小于5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水。
16.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A選自乙二胺，1，2-二氨基丙烷，1，3- 二氨基丙烷，1，4- 二氨基丁烷，1，3- 二氨基丁烷，1，2- 二氨基丁烷，和2，3- 二氨基丁烷。
17.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A是乙二胺，和所形成的反應(yīng)產(chǎn)物是亞乙基脲。
18.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)`或多項(xiàng)的方法，其中胺A是1，3-丙二胺，和所形成的反應(yīng)產(chǎn)物是亞丙基脲。
19.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A是2-羥基-1，3-丙二胺，和所形成的反應(yīng)產(chǎn)物是5-羥基亞丙基脲。
20.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A是2-羥基一1，4-二氨基丁烷，和所形成的反應(yīng)產(chǎn)物是5-羥基亞丁基脲。
21.權(quán)利要求1-15任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中胺A是2，3-二羥基-1，4- 二氨基丁烷，和所形成的反應(yīng)產(chǎn)物是5，6- 二羥基亞丁基脲。
22.通過權(quán)利要求1-21任何一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法獲得的環(huán)狀亞烷基脲，它是自由流動的固體。
【文檔編號】C07D233/34GK103732580SQ201280035712
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月20日
【發(fā)明者】R·古普塔, I·科拜蘭斯卡, U·特里休爾, L·弗勒德 申請人:湛新美國股份有限公司