專利名稱：偶氮甲堿化合物和α－鹵代N－乙酰苯胺的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過苯胺與甲醛供給源(如下文中說述)反應(yīng)來制備偶氮甲堿化合物，還涉及由苯胺制備鹵代N-乙酰苯胺的改進(jìn)方法，該方法是使苯胺與甲醛供給源進(jìn)行反應(yīng)形成偶氮甲堿化合物，然后使偶氮甲堿化合物與酰鹵進(jìn)行反應(yīng)，如果N，N-二取代鹵代N-乙酰苯胺是最終的產(chǎn)物，則再與合適的試劑(例如醇)反應(yīng)。
通常的鹵代N-乙酰苯胺的制備方法在美國專利3,630,716；3,637,847；4,097,262和5,399,759中有描述。
特別是在后面的專利中描述了通過苯胺與甲醛供給源反應(yīng)來制備偶氮甲堿化合物和最終的α-鹵代N-乙酰苯胺(專利中的術(shù)語“甲醛-醇混合物”是在催化劑量堿的存在下，使多聚甲醛與約0.25-3摩爾當(dāng)量具有1-4個碳原子的脂肪醇反應(yīng)制得的)。該專利中所描述的方法為分步反應(yīng)，最終導(dǎo)致α-鹵代N-乙酰苯胺生成的的幾步反應(yīng)既可在分離的反應(yīng)器中進(jìn)行，也可在反應(yīng)裝置中進(jìn)行，甚至可以進(jìn)行“一鍋”操作，即所有的步驟均在單一的反應(yīng)器中進(jìn)行。
美國專利5,399,759中所描述的方法提供了一些優(yōu)于以前技術(shù)的方面，例如甲醛供給源與苯胺之間的快速反應(yīng)，使采用多聚甲醛作為反應(yīng)中的原料成為可能，從而克服了原先所遇到的多聚甲醛的升華和在設(shè)備中沉積的問題等，然而仍有改進(jìn)的空間。
例如，改進(jìn)可通過除去反應(yīng)中的水來進(jìn)行。正如該專利所描述的，通過共沸蒸餾從反應(yīng)產(chǎn)物中除去水。優(yōu)選在反應(yīng)本身開始后的短時間內(nèi)即開始并在反應(yīng)過程的大部分時間里進(jìn)行連續(xù)的蒸餾。為了使反應(yīng)進(jìn)行完全，徹底除去反應(yīng)中的水是有必要的，但按照上述蒸餾方法，完全的去除即使發(fā)生，也需要很長時間。
另外，有必要最大限度地縮短偶氮甲堿化合物生成步驟的反應(yīng)或停留時間，因為不必要的長時間的保留可能導(dǎo)致產(chǎn)品的降解。
本發(fā)明包括在通過苯胺與甲醛供給源反應(yīng)來制備芳香偶氮甲堿化合物的方法中(其中的甲醛是由在催化劑量堿的存在下，使多聚甲醛與約0.25-3摩爾當(dāng)量具有1-4個碳原子的脂肪醇進(jìn)行反應(yīng)制得的)，反應(yīng)步驟包括(a)連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；并(b)從反應(yīng)混合物中連續(xù)蒸除水份。
美國專利5,399,759中描述了反應(yīng)的全部過程，包括偶氮甲堿化合物和最終的α-鹵代N-乙酰苯胺的生成，該發(fā)明在此可作為參考。該專利所描述的制備偶氮甲堿化合物和最終的α-鹵代N-乙酰苯胺的方法是分步進(jìn)行的。在偶氮甲堿步驟中，下述提供的甲醛反應(yīng)活性形式與苯胺反應(yīng)生成偶氮甲堿。
通常苯胺具有下式
其中R代表氫或一或多個相對來講與甲醛不進(jìn)行反應(yīng)的取代基。特別是烷基，烷氧基或鹵素；n的值通常為0-5，優(yōu)選0，1，2，或3。除草劑N-(某)酰苯胺或鹵代N-乙酰苯胺通常是從在鄰位上帶有一或多個這樣的取代基的苯胺來制備的。用來最終制備除草劑N-(某)酰苯胺或鹵代N-乙酰苯胺的一些典型的起始苯胺包括2，6-二甲基苯胺，2，6-二乙基苯胺，2-甲基-6-乙基苯胺，2-甲基-6-叔丁基苯胺，2-叔丁基-6-鹵代苯胺，2，4-二甲基苯胺，2-叔丁基-5，6-二甲基苯胺，2，6-二甲基-3，4，5-三氯苯胺，2-甲基苯胺，2-乙基苯胺，2-甲氧基苯胺及2-乙氧基苯胺。
反應(yīng)產(chǎn)物主要為偶氮甲堿和水，并有各種副產(chǎn)物和雜質(zhì)。
在催化劑量堿的存在下，使固體多聚甲醛與約0.25-3摩爾當(dāng)量具有1-4個碳原子的脂肪醇進(jìn)行反應(yīng)，生成的產(chǎn)物作為甲醛供給源。此反應(yīng)步驟既可在分開的裝置中進(jìn)行，或也可在制備偶氮甲堿化合物的主要反應(yīng)器中<p>表4
當(dāng)然，水是偶氮甲堿化合物的生成步驟中的一個產(chǎn)物，為了使反應(yīng)進(jìn)行完全，有必要除去它。按原來的方法，或是在反應(yīng)過程中或是在反應(yīng)看上去完成后，通過蒸餾除去水。然而，在分步進(jìn)行的偶氮甲堿化合物的制備反應(yīng)中，采用迄今為止所用的除水方法均證明不能完全令人滿意。反應(yīng)或保留時間過長，可能帶來產(chǎn)品降解的風(fēng)險。另外，已證明從反應(yīng)混合物中除去殘留量的水是非常困難的。
根據(jù)本發(fā)明，偶氮甲堿的制備反應(yīng)是連續(xù)而非分步進(jìn)行的，通過連續(xù)的蒸餾除去反應(yīng)中的水，參見下列大量詳細(xì)的描述。
下述內(nèi)容是本發(fā)明一些實例的一般描述。
在第一個實例中，將含有苯胺和甲醛-醇復(fù)合物(任意地在溶劑存在下)的偶氮甲堿反應(yīng)混合物混合，加熱，加到一個或一系列幾個向下流動的溢流式蒸發(fā)器中。系統(tǒng)的反應(yīng)溫度一般為75-105℃，壓力為150-300mmHg。加入的混合物從蒸發(fā)器的頂部導(dǎo)入，以使之與蒸氣建立逆流接觸。從系列蒸發(fā)器的最后一個蒸發(fā)器的底部收集偶氮甲堿化合物，餾出液進(jìn)行循環(huán)用以制備新鮮量的甲醛-醇復(fù)合物。
在第二個實例中，偶氮甲堿的制備步驟是在系列的兩或多個連續(xù)的向下流動的蒸發(fā)器中進(jìn)行的，反應(yīng)溫度一般為75-115℃，壓力為300-760mmHg。在這個實例中，反應(yīng)混合物是從蒸發(fā)器的底部加入，以使液體和蒸氣在每個蒸發(fā)器中建立同向流動。然后，將來自系列蒸發(fā)器中最后一個蒸發(fā)器頂部的液體加到降膜式蒸發(fā)器或向下流動的溢流式蒸發(fā)器中，以除去殘留水份并使反應(yīng)趨于完全。
在第三個實例中，偶氮甲堿的制備或者在向下流動的溢流式蒸發(fā)器或者在連續(xù)的向上流動的蒸發(fā)器中進(jìn)行。需從一或多個蒸發(fā)器的反應(yīng)混合物中除去殘留水份，每個蒸發(fā)器由兩部分組成一上部(其為降膜部分)和下部(其為溢流部分)。這個實例中，大部分蒸氣從每個蒸發(fā)器的降膜部分被除去。每個蒸發(fā)器底部的溢流部分為反應(yīng)進(jìn)行完全提供了額外的保留時間。由于大部分蒸氣在頂部被除去，在底部溢流部分所釋放的蒸氣的量將足夠小，以保持蒸發(fā)器處于流體動力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。
在第四個實例中，偶氮甲堿的制備步驟是在一或多個連續(xù)攪拌的罐反應(yīng)器中進(jìn)行，然后使反應(yīng)產(chǎn)物通過一或多個降膜式蒸發(fā)器，操作溫度一般為95-139℃，壓力為200-760mmHg，和/或一過多個向下流動的溢流式蒸發(fā)器，操作溫度一般為75-105℃，壓力為150-300mmHg。
在上述任意一個實例中，一個或多個蒸發(fā)器可以是填充柱。這種蒸發(fā)器的使用可能導(dǎo)致反應(yīng)混合物的保留時間稍有加長，并使蒸氣-液體的接觸更為充分。當(dāng)填充柱為向下流動的蒸發(fā)器時，填充增加了蒸發(fā)器的流體動力學(xué)穩(wěn)定性，并改善了熱和物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率。盡管在大多數(shù)情況下，由于產(chǎn)品降解的緣故不希望有較長的保留時間，但可使保留時間延長至一定程度以獲得較好的熱和/或物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率。
所用的從偶氮甲堿制備步驟中除去殘留水份的蒸發(fā)器最好包含有液體和蒸氣的反向接觸。
另外，上述實例中的任意一個蒸發(fā)器也可以包含一種向蒸發(fā)器底部噴灑惰性氣體(如氮氣)或惰性可壓縮蒸氣(如二甲苯)的裝置。如果采用二甲苯作為噴霧蒸氣，其可以通過此方法下游二甲苯溶劑的回收和循環(huán)來獲得。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實例中，去除上述水份后，偶氮甲堿化合物可再經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化為α-鹵代N-乙酰苯胺，這一或兩步反應(yīng)可以與前面的反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。
在第二步中，使偶氮甲堿化合物與鹵代乙?；噭?通常為氯代乙酰氯)在合適的溶劑中進(jìn)行反應(yīng)。此反應(yīng)生成了2-或α-鹵代(較好的是氯)N-鹵代甲基(較好的是氯甲基)N-乙酰苯胺，其具有以下通式
其中X為鹵素(通常為氯和溴)，且R1為鹵代甲基(氯代甲基或溴代甲基)。此類型的鹵代N-乙酰苯胺作為除草劑在美國專利3,630,716和3,637,847中有描述。
通過將偶氮甲堿化合物和鹵代乙?；噭┻B續(xù)地加到一個單一或系列的不斷攪拌的罐反應(yīng)器中可連續(xù)實施此步反應(yīng)，操作在常壓下進(jìn)行，溫度范圍從室溫至約80℃。另外，也可將偶氮甲堿化合物和鹵代乙酰化試劑連續(xù)地加到活塞式流動反應(yīng)器或泵反應(yīng)器中。
在最后的步驟中，使N-鹵代甲基產(chǎn)物與合適的脂肪醇反應(yīng)，生成上述具式I的N-烷氧基烷基-α-鹵代N-乙酰苯胺。此步驟也可在一個或一系列連續(xù)的罐反應(yīng)器中連續(xù)進(jìn)行，操作在常壓下進(jìn)行，溫度范圍從室溫至約80℃。使由此系列反應(yīng)器中最后一個反應(yīng)器得到的產(chǎn)物與堿(如氨，三乙胺或三正丁基胺)接觸，然后轉(zhuǎn)移至一個儲罐中或進(jìn)一步連續(xù)攪拌的罐反應(yīng)器中，使之保留更長的時間以使反應(yīng)趨于完全。
應(yīng)注意到，在實施本發(fā)明時，并不需要使制備α-鹵代N-乙酰苯胺的三個步驟連續(xù)進(jìn)行。其僅僅是最好的實例。如果按照原來的技術(shù)，僅使第一步反應(yīng)，即偶氮甲堿化合物的制備反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，而第二和第三步反應(yīng)分步進(jìn)行，也可令人滿意。另外，使此過程中的第一和第二步反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，第三步反應(yīng)分步進(jìn)行，也很方便。
使第一和任意隨后的步驟連續(xù)進(jìn)行的優(yōu)點包括可以采用較小的反應(yīng)器，因而可以節(jié)省費用，此外還有其它已提及的優(yōu)點。
下列實例將進(jìn)一步說明本發(fā)明實例1本實例說明了采用向下流動的溢流式管式蒸發(fā)器制備芳香偶氮甲堿化合物中間體2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代N-乙酰苯胺兩步連續(xù)反應(yīng)的方法。
使用內(nèi)徑為7/16英尺，長度為33英尺的304號不銹鋼管柱，內(nèi)置5mm玻璃小珠，其構(gòu)成了反應(yīng)器/蒸發(fā)器，它們帶有頂置冷凝器和汽壓升降器，以控制和保持管中的液面處于恒定水平。管中頂部的溫度保持在75-90℃，底部溫度為80-100℃。
甲醛-乙醇復(fù)合物的制備按下述方法進(jìn)行，將20摩爾(920g)乙醇和0.6摩爾(61g)三乙胺混合，再加入20摩爾(659g)多聚甲醛小球(91％)，加熱，生成的漿狀物在89-90℃下回流，直至形成澄清的溶液。
加入偶氮甲堿化合物反應(yīng)器中的物質(zhì)有下列組分材料 摩爾重量2-甲基-6-乙基-苯胺 1.0138克二 甲 苯 8.0 848甲醛-乙醇復(fù)合物1.6 128(濃度為79.1g/mole CH2O)
在119個小時內(nèi)(間斷的)，以0.78-3.25g/分鐘的速率將待加物連續(xù)地泵入反應(yīng)器中，使之在反應(yīng)器中的保留時間為12-47分鐘。蒸發(fā)器中的反應(yīng)在100-300mmHg的壓力下進(jìn)行，完全蒸除水份，并通過與蒸氣的反向接觸使偶氮甲堿化合物的反應(yīng)趨于完全。
在各種溫度和壓力條件下收集偶氮甲堿化合物產(chǎn)物。通過衍生化步驟，將樣品轉(zhuǎn)化成2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代N-乙酰苯胺產(chǎn)品。首先與氯代乙酰氯在環(huán)境下反應(yīng)，生成N-氯代甲基-α-氯代N-乙酰苯胺。然后使氯代N-乙酰苯胺與12摩爾當(dāng)量的無水乙醇反應(yīng)15分鐘；加入氨氣，使之pH達(dá)8-9，以使其完全轉(zhuǎn)化成2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺產(chǎn)品。粗品混合物用氣相層析純化。偶氮甲堿化合物產(chǎn)生了較高質(zhì)量的產(chǎn)物，并且得到了相對高的2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代N-乙酰苯胺轉(zhuǎn)化率，分析結(jié)果顯示為95-97％，見表1。
(MEA＝2-甲基-6-乙基苯胺)實例2向300加侖的反應(yīng)器中加入300 lbs.95％多聚甲醛(9.5lb.moles)，437lbs.乙醇(9.5lb.moles)和19 lbs.(0.19lb.moles)三乙胺，用以制備甲醛-乙醇復(fù)合物?；旌衔镌?6℃下加熱，然后加入882 lbs.98％的2，6-甲基乙基苯胺(6.4lb.moles)?；旌衔镌?8℃下回流加熱2小時，然后在常壓下蒸餾除去形成的水份。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到95℃時停止蒸餾。
混合物冷卻后，通過一個50加侖攪動的罐和預(yù)熱器加到降膜式蒸發(fā)器中，該降膜式蒸發(fā)器由3″粗16′長的保溫不銹鋼管組成。蒸氣(主要是水，乙醇和甲醛衍生物)在頂部冷凝并被收集器所收集。收集蒸發(fā)器底部的液體，它是偶氮甲堿化合物產(chǎn)品。
該蒸發(fā)器的操作時間為6.5小時，壓力為22-23mmHg，底部溫度為125-128℃之間。往蒸發(fā)器的進(jìn)料速度在0.28-0.52gpm之間變化。
為評估的目的，將取自偶氮甲堿化合物產(chǎn)物的樣品轉(zhuǎn)化成2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺產(chǎn)品。即用偶氮甲堿與氯代乙酰氯反應(yīng)，生成N-氯代甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺，然后使氯代N-乙酰苯胺與乙醇反應(yīng)，參見美國專利5,399,759(U.S.Patent 5,399,759)中所述的方法。乙氧基甲基N-乙酰苯胺產(chǎn)物的純度為95-98％之間。
實例3本實例按照與實例2相同的條件進(jìn)行，例外的是將加入至反應(yīng)器中的混合物在常壓和110℃下蒸餾，以除去反應(yīng)中的大部分水份。
在此情況下，該蒸發(fā)器的操作時間為28小時，往蒸發(fā)器的加料速度在0.15-0.25gpm之間變化，壓力范圍是20-28mmHg，且底部溫度在107-124℃之間。
同實例2，將降膜式蒸發(fā)器底部流出的偶氮甲堿化合物產(chǎn)品的樣品轉(zhuǎn)化為2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺產(chǎn)品，其純度高達(dá)98.6％，并且非氯甲基化鹵代-N-乙酰苯胺雜質(zhì)的濃度低于0.5％。
實例4本實例描述了在連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器(CSTR)方法中的第二步反應(yīng)。一個50ml玻璃反應(yīng)器裝備有電磁攪拌器，頂置冷凝器，溫度計和加熱浴。以10.2g/分鐘的速度，向該反應(yīng)器中連續(xù)加入24％偶氮甲堿的二甲苯溶液，以2.4g/分鐘的速度，向該反應(yīng)器中連續(xù)加入氯代乙酰氯。將反應(yīng)器在114℃下保溫。N-氯甲基-2-氯-N-乙酰苯胺從反應(yīng)器中的流出速度調(diào)節(jié)為保持停留時間為1.8分鐘。為評估的目的，將留在反應(yīng)器的N-氯甲基-2-氯-N-乙酰苯胺產(chǎn)品的樣品在大量的乙醇中淬滅，以將其轉(zhuǎn)化成2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺。經(jīng)分析，該產(chǎn)品純度為96.8(重量)％。非氯甲基化鹵代-N-乙酰苯胺雜質(zhì)的濃度低于0.7(重量)％。收率(相應(yīng)于在制備偶氮甲堿化合物中所用的甲基乙基苯胺)為92.7％。
實例5本實例描述了在連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器(CSTR)方法中的第三步反應(yīng)。一個500mlCSTR反應(yīng)器裝備有加熱器和溫度控制器。以3.0g/分鐘的速度，向該反應(yīng)器中連續(xù)加入33％N-氯甲基-2-氯-N-乙酰苯胺的二甲苯溶液(制備見美國專利5,399,759實例IV中所述的方法)，調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的體積，使其達(dá)到34分鐘的恒定保留時間。將反應(yīng)器的流出物連續(xù)地加入到中和器中，該中和器是一個裝備有電磁攪拌器和pH控制系統(tǒng)的150mlCSTR玻璃反應(yīng)器。加入中和器中的三丁胺在pH控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，保持中和器中的pH值在7.5-8.5。來自中和器中的2-甲基-6-乙基-N-乙氧基甲基-2-氯代-N-乙酰苯胺產(chǎn)品收集于接受器中，由此取樣，洗滌并在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中汽提。產(chǎn)品的純度為97.2(重量)％，同時非氯甲基化鹵代-N-乙酰苯胺雜質(zhì)的濃度為2.8(重量)％。
權(quán)利要求
1.通過苯胺與甲醛供給源反應(yīng)來制備芳香偶氮甲堿化合物的方法，其中的甲醛是在催化劑量堿的存在下，使多聚甲醛與約0.25-3摩爾當(dāng)量具有1-4個碳原子的脂肪醇進(jìn)行反應(yīng)制得的，反應(yīng)步驟包括(a)連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；及(b)從反應(yīng)混合物中連續(xù)蒸除水份。
2.權(quán)利要求1中所述方法，其中的步驟(a)和(b)如下實施，使反應(yīng)混合物通過一或多個蒸發(fā)器。
3.權(quán)利要求2中所述方法，其中的蒸發(fā)器為逆流接觸蒸發(fā)器。
4.權(quán)利要求1中所述方法，其中的步驟(a)在連續(xù)攪拌的罐反應(yīng)器中進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1中所述方法，其中的步驟(a)和/或(b)在兩個或多個連續(xù)的上流蒸發(fā)器中進(jìn)行。
6.權(quán)利要求1中所述方法，其中的步驟(a)和/或(b)在一個或多個降膜式蒸發(fā)器，向下流動的溢流式蒸發(fā)器，或具有上部降膜式部分和下部溢流式部分的聯(lián)合蒸發(fā)器中進(jìn)行。
7.權(quán)利要求1中所述方法，其中的步驟(a)和/或(b)在一個或多個蒸發(fā)器中進(jìn)行，在這些蒸發(fā)器的底部噴有惰性氣體或可壓縮氣體。
8.權(quán)利要求1中所述方法，其中偶氮甲堿化合物的制備在惰性溶劑的存在下進(jìn)行。
9.權(quán)利要求1中所述方法，其中偶氮甲堿化合物的制備在無惰性溶劑的存在下進(jìn)行。
10.權(quán)利要求1中所述方法，其進(jìn)一步包括使(b)中的偶氮甲堿化合物與鹵代乙?；瘎┻B續(xù)反應(yīng)生成α-鹵代-N-鹵代甲基-N-乙酰苯胺。
11.權(quán)利要求10中所述方法，其進(jìn)一步包括使(b)中的α-鹵代-N-鹵代甲基-N-乙酰苯胺與脂肪醇連續(xù)反應(yīng)生成N-烷氧烷基-α-鹵代N-乙酰苯胺。
全文摘要
在不斷蒸除反應(yīng)殘余水的情況下,通過苯胺與鹵代N－乙酰苯胺連續(xù)反應(yīng)可制備芳香偶氮甲堿化合物。上述芳香偶氮甲堿化合物可以進(jìn)一步與鹵代乙?；噭┘爸敬挤磻?yīng),該反應(yīng)可以是連續(xù)的也可以分步進(jìn)行。
文檔編號C07C1/10GK1196718SQ9619710
公開日1998年10月21日 申請日期1996年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月22日
發(fā)明者K·加吾達(dá)尼, L·A·納迪, P·H·西赫, G·洛德里奎茲 申請人:澤尼卡有限公司