本發(fā)明涉及一種化工材料中間體的合成方法，尤其涉及一種3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法，屬于化工合成
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺(結(jié)構(gòu)式如式Ⅰ所示)，是一種無(wú)色透明溶劑，有酰胺基團(tuán)和烷基基團(tuán)，能夠和多種溶劑混合，能夠高程度溶解聚合物聚酰胺；具有高溶解性、高滲透性、高流動(dòng)性、低粘性、低表面張力等特點(diǎn)，并且對(duì)皮膚沒有刺激性，安全環(huán)保，可以很好地替代傳統(tǒng)溶劑N-甲基吡咯烷酮，被廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、農(nóng)藥、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業(yè)中。如今在競(jìng)爭(zhēng)不斷細(xì)化的安全性溶劑市場(chǎng)，除溶解性外，高揮發(fā)性及低毒也成為溶劑競(jìng)爭(zhēng)的重要籌碼，因此，產(chǎn)品的市場(chǎng)前景廣闊。對(duì)于3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成，現(xiàn)有的方法主要是以3-甲氧基丙酸甲酯和二甲胺為原料，二甘醇為溶劑在醇鈉的催化下合成。然而這種方法中溶劑二甘醇因?yàn)榉悬c(diǎn)245℃太高，回收費(fèi)用較大，無(wú)法重復(fù)使用。且催化劑醇鈉用量較大，需要用硫酸中和，再過濾處理，工藝操作較麻煩，產(chǎn)生大量固體廢渣，不符合綠色環(huán)保的要求。再者，反應(yīng)收率和選擇性不高，而且二甲胺原料需要大大過量，生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生大量二甲胺的廢氣，對(duì)二甲胺廢氣回收系統(tǒng)設(shè)備要求很高，投資很大。反應(yīng)方程式如下：如中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01380019269.8)公開了一種β-烷氧基丙酰胺類的制造方法，該專利中采用β-烷氧基丙烯酸酯類與胺類反應(yīng)制造β-烷氧基丙酰胺類，但是該方法以β-烷氧基丙烯酸酯類為原料，與胺反應(yīng)，反應(yīng)后需要對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行回收，且回收的副產(chǎn)物中含有大量的胺，處理較為困難，且原料本身是經(jīng)丙烯酸酯化、甲氧化所得，過程較為繁瑣，能耗高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的的不足，提供一種低成本、高收率的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法。本發(fā)明上述目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法，所述的合成方法包括將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應(yīng)器中，升溫至80-150℃反應(yīng)得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。本發(fā)明為了避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應(yīng)，需在密閉的空間中反應(yīng)。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)高收率的同時(shí)污染少，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。在本發(fā)明中若反應(yīng)溫度過低，則在酸堿反應(yīng)成鹽后無(wú)法實(shí)現(xiàn)脫水；若反應(yīng)溫度過高，則會(huì)使逆反應(yīng)增多，導(dǎo)致壓力過高，進(jìn)而影響收率和純度。本發(fā)明是以高壓密閉反應(yīng)避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應(yīng)，高壓密閉反應(yīng)下沒有廢氣產(chǎn)生，需要控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力。本發(fā)明中所用的設(shè)備為高壓密閉設(shè)備，如高壓釜、加壓塔式反應(yīng)器、壓力管道反應(yīng)器中的一種或多種，優(yōu)選高壓釜。壓力過大對(duì)設(shè)備要求更高，從而導(dǎo)致投資變大，壓力過小，造成反應(yīng)不完全，收率低。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，密閉反應(yīng)器中的壓力為0.1-10.0MPa。作為優(yōu)選，密閉反應(yīng)器中的壓力為0.5-5.0MPa。再進(jìn)一步優(yōu)選，密閉反應(yīng)器中的壓力為1-2MPa。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，反應(yīng)溫度為90-110℃。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質(zhì)量比為1:1-8。作為優(yōu)選，3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質(zhì)量比為1:1-2。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，所述的3-甲氧基丙酸通過如下方法合成：將丙烯腈、無(wú)水甲醇以及金屬烷氧化物加入到反應(yīng)器中進(jìn)行烷氧化反應(yīng)，再回收未反應(yīng)的無(wú)水甲醇，得3-甲氧基丙腈；再向3-甲氧基丙腈中加入酸性催化劑和水，加熱進(jìn)行水解反應(yīng)，得3-甲氧基丙酸。作為優(yōu)選，所述的金屬烷氧化物為甲醇鈉、乙醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀、甲醇鎂、乙醇鎂、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀中的一種或多種。本發(fā)明采用催化能力強(qiáng)的金屬烷氧化物作催化劑，且金屬烷氧化物的來源方便、易得、成本較低。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的金屬烷氧化物為甲醇鈉、乙醇鈉中的一種或兩種。與其他金屬烷氧化物相比，甲醇鈉與乙醇鈉的活性較強(qiáng)，成本較低，具有更好的競(jìng)爭(zhēng)力。作為優(yōu)選，丙烯腈、無(wú)水甲醇、金屬烷氧化物的物質(zhì)量比為1:(1-50):(0.001-0.05)。物質(zhì)的量過大，會(huì)導(dǎo)致后處理時(shí)甲醇的回收量較大，進(jìn)而造成損耗較大，過小會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)體系中底物的濃度較大，從而造成副反應(yīng)增多，進(jìn)而導(dǎo)致收率降低。進(jìn)一步優(yōu)選，丙烯腈、無(wú)水甲醇、金屬烷氧化物的物質(zhì)量比為1:(5-10):(0.005-0.02)。作為優(yōu)選，烷氧化反應(yīng)的溫度為20-100℃。進(jìn)一步優(yōu)選，烷氧化反應(yīng)的溫度為50-60℃。作為優(yōu)選，水解反應(yīng)的溫度為80-120℃。進(jìn)一步優(yōu)選，水解反應(yīng)的溫度為90-100℃。作為優(yōu)選，3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質(zhì)量比為1:1-15。進(jìn)一步優(yōu)選，3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質(zhì)量比為1:1-3。作為優(yōu)選，所述的酸性催化劑為濃硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或多種。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的酸性催化劑為濃硫酸、鹽酸中的一種或兩種?，F(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)基本為酯與胺反應(yīng)，而酯的來源是由丙烯酸酯化得到丙烯酸酯，再烷氧基化得到β-烷氧基丙烯酸酯，再胺化。本發(fā)明為酸與胺反應(yīng)，可采用價(jià)格較低廉的丙烯腈烷氧基化再水解得到甲氧基丙酸。本發(fā)明中不需要多元醇是因?yàn)闆]有副反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)物本身可以作為溶劑，不需要再稀釋，不用堿性催化劑是因?yàn)榉磻?yīng)屬于酸堿中和反應(yīng)，然后再高溫脫水，很容易進(jìn)行，如果引入堿性催化劑，不但不會(huì)起作用，反而會(huì)消耗甲氧基丙酸，同時(shí)引入雜質(zhì)。再者，本發(fā)明為了避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應(yīng)，需在密閉的空間中反應(yīng)。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)高收率的同時(shí)污染少，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。本發(fā)明的反應(yīng)式如下：其中，3-甲氧基丙酸通過如下反應(yīng)式合成：綜上所述，本發(fā)明采用3-甲氧基丙酸為原料，與二甲胺在密閉反應(yīng)器中高溫脫水即可，不需要多元醇、堿性催化劑，反應(yīng)簡(jiǎn)單易行，且產(chǎn)物收率高、純度高，在實(shí)現(xiàn)高收率的同時(shí)污染少、成本低，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。同時(shí)，本發(fā)明3-甲氧基丙酸以價(jià)廉的丙烯腈為起始原料，丙烯腈烷氧化得甲氧基丙腈，再水解制得，操作簡(jiǎn)單、能耗低。具體實(shí)施方式以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。按表1實(shí)施例1-38以及對(duì)比例3-20中的參數(shù)并采用本發(fā)明如下方法合成3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺：S1、3-甲氧基丙腈的合成：將丙烯腈、無(wú)水甲醇以及金屬烷氧化物加入到反應(yīng)器中先進(jìn)行烷氧化反應(yīng)，再回收未反應(yīng)的無(wú)水甲醇，得3-甲氧基丙腈；S2、3-甲氧基丙酸的合成：向步驟S1中的3-甲氧基丙腈加入酸性催化劑和水，加熱進(jìn)行水解反應(yīng)，得3-甲氧基丙酸；S3、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成：將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應(yīng)器中，升溫反應(yīng)得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。表1：從表1實(shí)施例1-8及對(duì)比例8-11可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中溫度在80-150℃下收率較高，優(yōu)選90-110℃，最佳優(yōu)選100℃，若溫度低于80℃或者高于150℃都會(huì)明顯影響最終產(chǎn)品的收率。從表1實(shí)施例9-14及對(duì)比例3-7可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中密閉反應(yīng)器中的壓力在0.1-10.0MPa范圍內(nèi)收率較高，優(yōu)選0.5-2Mpa，再優(yōu)選1-2MPa，最佳優(yōu)選1.5MPa。從表1實(shí)施例35-38及對(duì)比例20可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質(zhì)量比在1:(1-8)范圍內(nèi)產(chǎn)品收率較高。從表1實(shí)施例15-18及對(duì)比例12-14可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的加熱反應(yīng)溫度在80-120℃下收率較高，優(yōu)選90-100℃，最佳優(yōu)選95℃。從表1實(shí)施例19-24及對(duì)比例15-17可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的攪拌反應(yīng)溫度在20-100℃下收率較高，優(yōu)選50-60℃，最佳優(yōu)選55℃。從表1實(shí)施例25-29及對(duì)比例18可得，3-甲氧基丙酸合成方法中丙烯腈、無(wú)水甲醇、金屬烷氧化物的物質(zhì)量比在1:(1-50):(0.001-0.05)范圍內(nèi)產(chǎn)品收率較高。從表1實(shí)施例30-34及對(duì)比例19可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質(zhì)量比在1:(1-15)范圍內(nèi)產(chǎn)品收率較高。實(shí)施例39-40中采用市購(gòu)得到的3-甲氧基丙酸作原料，將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應(yīng)釜中，升溫后在一定壓力下反應(yīng)得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。進(jìn)一步說明本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成溫度為90-110℃，最佳優(yōu)選100℃；密閉反應(yīng)釜壓力為1-2MPa，最佳優(yōu)選1.5MPa；3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質(zhì)量比在1:(1-2)，最佳優(yōu)選1:1.5。綜上所述，本發(fā)明采用3-甲氧基丙酸為原料，與二甲胺在密閉反應(yīng)釜中高溫脫水即可，不需要多元醇、堿性催化劑，反應(yīng)簡(jiǎn)單易行，且產(chǎn)物收率高、純度高，在實(shí)現(xiàn)高收率的同時(shí)污染少、成本低，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。同時(shí)，本發(fā)明3-甲氧基丙酸以價(jià)廉的丙烯腈為起始原料，丙烯腈烷氧化得甲氧基丙腈，再水解制得，隨機(jī)抽取采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺樣品通過氣相色譜進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)后樣品的氣相色譜分析結(jié)果如表2所示。表2：采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺樣品色譜分析結(jié)果峰號(hào)保留時(shí)間峰面積(uV*s)峰高(uV)純度(％)113.36359.2761390.8060.0388216.427359842.7813579131.25099.9612總計(jì)359902.0573580522.056100.0000從表2可以看出：采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺純度較高，達(dá)到99.9612％。在上述實(shí)施例中金屬烷氧化物可為甲醇鈉、乙醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀、甲醇鎂、乙醇鎂、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀中的一種或多種。酸性催化劑可為濃硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或多種。其中，物質(zhì)的量＝質(zhì)量/分子量，舉例如果實(shí)施例中金屬烷氧化物為甲醇鈉，丙烯腈、無(wú)水甲醇、甲醇鈉的物質(zhì)量比為(m丙烯腈g/53g/mol)：(m甲醇g/32g/mol)：(m甲醇鈉g/54g/mol)，其他實(shí)施例中也用這種換算方式計(jì)算。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管對(duì)本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3