季铵盐化合物、其制备方法和作为催化剂在酰氯制备中的用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种结构新颖的季铵盐化合物以及酰氯的制备，具体涉及用于酰氯制 备的新型催化剂，以及采用此类催化剂制备酰氯的新方法。
【背景技术】
[0002] 酰氯是一类非常重要的有机中间体，在精细化工、医药、能源以及高分子材料等方 面有着广泛而重要的应用。常用的酰氯生产方法为羧酸与氯化剂如三氯化磷、五氯化磷、亚 硫酰氯、碳酰氯（亦称光气）等进行反应。三氯化磷和五氯化磷做氯化剂时会有沸点较高 的含磷化合物生成，导致三氯化磷只适用于低沸点的酰氯制备，五氯化磷只适用于高沸点 的酰氯制备。亚硫酰氯和碳酰氯在制备酰氯过程中只有气态副产物生成，便于酰氯产品的 纯化，因此在工业上更具应用价值。
[0003] 亚硫酰氯和碳酰氯作为氯化剂时活性较氯化磷差，因此需引入催化剂以提高反应 速度和转化率，常用的催化剂为酰胺类如N，N-二取代甲酰胺、N-取代吡咯烷酮等以及有机 胺类如三烷基胺、烷基吡咯烷等。N，N-二取代甲酰胺的催化活性较高，因此被广泛用于实际 生产中。有机胺类作为催化剂活性较低，只适用于使用亚硫酰氯作为氯化剂的反应。
[0004] 现有催化剂在应用时都存在一个较严重问题，即催化剂的残留。此问题会导致产 品较浑浊且颜色较深，影响产品品质，含有催化剂及盐的酰氯产品储存后会导致一系列副 反应的发生，导致产品品质进一步大幅度下降，残留的催化剂进入下游产品会带来更大危 害。
[0005] 采用现有工艺进行酰氯制备的另一问题，对于不饱和脂肪酸以及碘值较高的混合 脂肪酸类得到的酰氯产品颜色特别深，必须经过特殊的纯化才能得到较优品质的产品。
[0006] -般可通过蒸馏的方式去除残留物以对酰氯进行纯化，但是蒸馏过程非常耗能且 对设备腐蚀严重，对设备要求极高。且残留的催化剂可随酰氯产品一起蒸出，使得蒸馏效果 大大下降。另外对于高沸点的酰氯难以通过蒸馏的方式提纯，且蒸馏过程中高温也会导致 酰氯自身的变质以至于产生更多的副产物。因此，蒸馏在生产酰氯过程中并不很适用。
[0007] 另外一种纯化酰氯的方式为向粗产品中加入活性炭进行吸附，虽然此方法具有一 定效果，但并不能完全将残留催化剂去除，另一方面活性炭通常含有较多的水分，会使酰氯 水解，导致酰氯中游离脂肪酸超标，且产生的含有酰氯的活性炭废渣属于危险化学品废弃 物，较难处理。
[0008] 因此，采用酰胺类化合物作为催化剂时，酰氯产品色泽较深且纯化难度较大。
[0009] 季铵盐类化合物为重要的相转移催化剂，较广泛的应用于多种有机反应中。化学 试剂，2004, 26 (5)，311首次报道了采用季铵盐作为相转移催化剂进行酰氯的制备，但只报 道了采用氯化亚砜作为氯化剂的反应，应用范围较窄，并且此类反应需在回流条件下反应， 条件苛刻；化学试剂，2009, 31 (5)，367~369报道了采用含有聚醚链的季铵盐作为催化剂 进行酰氯的制备，此类方案同样具有上述缺点；由于季铵盐的活性远远低于N，N-二取代甲 酰胺，在以工业应用较广泛的碳酰氯作为氯化试剂的领域中以及以活性较低的双（三氯甲 基）碳酸酯为氯化试剂时未见报道，因此限制了季铵盐类催化剂的使用范围。
[0010] 因此，开发高效率、无残留且应用较广的催化剂及合成工艺，以得到高品质的酰氯 产品在工业生产中具有重要意义。
【发明内容】
[0011] 发明要解决的问题
[0012] 酰氯在工业生产中最常用且最广泛的制备方式为羧酸与氯化试剂在催化剂作用 下反应，其中活性较高且应用最广泛的催化剂为N，N-二甲基甲酰胺，采用现有工艺及催化 剂生产的酰氯产品通常会有产品较浑浊，颜色较深等缺点。并且酰氯产品长期储存后会出 现一系列副反应的发生导致品质进一步大幅度下降，产生的各种杂质进入下游产品后会带 来更大危害。对于不饱和脂肪酸类或是碘值较高的混合脂肪酸类做原料时上述问题尤为严 重。为得到高品质酰氯产品需对粗酰氯产品进行耗时、耗资的纯化工作。
[0013] 本发明的目的是提供一种结构新颖的化合物及其制备方法，所述化合物可以用作 酰氯制备的催化剂，以及利用所述负载或未负载的化合物作为催化剂制备酰氯的生产方 法，以克服现有酰氯生产工艺中的缺点。新催化剂的催化活性与常用催化剂N，N-二甲基甲 酰胺相当，所得产品在不经纯化的情况下酰氯产品纯度较高，色泽较浅，无浑浊物，储存稳 定性好。
[0014] 用于解决问题的方案
[0015] 在第一方面，本发明提供一种通式（I )所示的化合物：
[0016]
[0017] 其中R1、R2、R3可相同或不同，各自独立地选自C「C 4的直链或支链烷基、C3-C11^ 环烷基、C6-C 1。芳基、C 7_(：12烧芳基或C 7_(：12芳烷基，
[0018] 或者R1、R2、R3中的两个与它们所连接的N原子一起形成C 5-C12^氮杂环，包括含 氮杂单环、桥环，R1、R2、R 3中剩余的一个为C i-C4的直链或支链烷基；
[0019] 或者R\R2、R3与它们所连接的N原子一起形成C 5_(：12含氮杂环，包括含氮杂桥环、 芳环，其中杂环中的碳氮双键视为氮原子上连接两个取代基；
[0020]R4为C fC4的直链或支链烷基、C S-C1。的环烷基、C S-C1。芳基、C 7-c12烷芳基或C 7-c12 芳烷基；
[0021] X为无机酸或有机酸的阴离子，选自氯离子（Cl )、溴离子（Br )、碘离子（I )、氟离 子（F )、对甲苯磺酸根（OTs )、硝酸根（NO3 )、四氟硼酸根（BF4 )、三氟醋酸根（CF3COO )、三 氟甲磺酸根（CF3SO3 )、硫氰酸根（SCN)、甲磺酸根（CH3SO3)以及其它能够在酰氯制备过程 中与含有HC1、酰氯以及氯化试剂环境下发生阴离子交换反应而生成X为Cl的阴离子；
[0022] n 为 1-17 的正整数，SP n 为 1，2,3,4,5,6,7,8,9，10，11，12，13，14，15，16，17。
[0023] 在一优选的实施方式中，Ri、R2、R3各自独立地为Ci-C4的直链或支链烷基、C7_(：12芳 烷基，优选SC1-C4的直链烷基，更优选为甲基、乙基、苯基或苄基；或者R\R2、R3中的三个 与它们所连接的N原子一起形成吡啶环、奎宁环、或三乙烯二胺环；或者R1、R2、R3中的两个 与它们所连接的N原子一起形成C5-C12含氮单环杂环烷基，优选C5-C6含氮单环杂环烷基， 更优选吡咯烷环、吗啉环、哌啶环，或形成C5-C12^氮单环杂芳基，优选吡咯环，R\R2、R3中 剩余的一个基团为甲基。
[0024] 在一优选的实施方式中，1?4为Ci-C4的直链或支链烷基，优选为Ci-C4的直链烷基， 更优选为甲基。
[0025] 在一优选的实施方式中，n为1-10的正整数，优选1-5的正整数，更优选1-2的正 整数。
[0026] 在一优选的实施方案中，所述化合物为：
[0028] 在第二方面，本发明还提供如上所述的化合物的制备方法，所述方法包括以下步 骤：
[0029] 1.其中R1、R2、R3中的任意一个或多个为独立的取代基的催化剂合成路线如下所 述：
[0031] 1)原料氨基醇l_a首先与HX成盐保护氨基，然后将羟基氯化得到化合物1-b ;
[0032] 2)化合物1-b与过量的仲胺NHR1R2反应，经过碱化和蒸馏得到纯化后的化合物 1-c；
[0033] 3)化合物1-c发生甲酰化反应后得到化合物1-d ;
[0034] 4)化合物1-d与R3X发生季铵化反应得到所述通式I的化合物；
[0035] 其中R1、R2、R3可相同或不同，各自独立地选自C「C4的直链或支链烷基、（^-。的 环烷基、C6-C1。芳基、C7-C12烧芳基或C7-(：12芳烷基；或者R1和R2与它们所连接的N原子一 起形成C5-C12^氮杂环，包括含氮杂单环、桥环，R3为Ci-C4的直链或支链烷基。
[0036] 在一优选的实施方式中，R1、!?2、!?3为各自独立地为Ci-C4的直链或支链烷基、C7_C12 芳烷基，优选SC1-C4的直链烷基，更优选为甲基、乙基、苯基或苄基。
[0037] 在一优选的实施方式中，R1和R2与它们所连接的N原子一起形成C5_(：12含氮单环 杂环烷基，优选为吡咯烷基、吗啉环、哌啶环，或形成C5-C12^氮单环杂芳基，例如吡咯环，R3 为甲基。
[0038] 在一优选的实施方式中，1?4为Ci-C4的直链或支链烷基，优选为Ci-C4的直链烷基， 更优选为甲基。
[0039] 在一优选的实施方式中，n为1-10的正整数，优选1-5的正整数，更优选1-2的正 整数。
[0040] 在一优选的实施方式中，所述氨基醇与HX成盐反应，HX为所述反应条件下不与氨 基和羟基发生副反应的无机酸，优选盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸等，更优选盐酸和氢溴酸； 反应温度为0_80°C，优选20-60°C，更优选30-50°C ;HX的加入量为氨基醇摩尔量的1. 0-2. 0 当量，优选1. 2-1. 5当量。
[0041] 在一优选的实施方式中，所述羟基的氯化反应，氯化剂一般为亚硫酰氯和磺酰氯； 反应温度为-10-100°C，优选0-60°C，更优选20-40°C ;氯化剂的加入量为化合物1-a摩尔 量的0. 95-1. 3当量，优选1. 0-1. 1当量。
[0042] 在一优选的实施方式中，所述化合物1-c的制备，其中仲胺NHR1R2的加入量一般为 化合物1-b摩尔量的1. 2-2. 5当量，优选1. 5-2. 0当量；反应温度为0-50°C，优选20-30°C; 中和所用碱可为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾等无机碱；所加入碱量，一般为化合物 1-b摩尔量的2. 0-2. 5当量。
[0043] 在一优选的实施方式中，所述化合物1-d的制备中采用甲酰化反应，其中甲酰化 试剂一般为甲酸及其盐、甲酸酯；甲酰化试剂加入量一般为化合物1-c摩尔量的1. 0-1. 5当 量；当甲酰化试剂为甲酸及其盐时，反应温度一般为80-200°C，优选100-150°C ;当甲酰化 试剂为甲酸酯时，反应温度一般为0-80°C，优选20-50°C。
[0044] 在一优选的实施方式中，所述季铵化反应，R3X加入量为化合物1-c摩尔量的 1. 05-2. 0当量，优选1. 2-1. 6当量；反应温度为20-50°C。
[0045] 2.其中R1、R2、R3中的三个与它们所连接的N原子一起形成C 5-C12^氮杂环，包括 含氮杂桥环、芳环的催化剂的合成路线如下：
[0047] 1)化合物l_b的合成如上所述；
[0048] 2)化合物1-b与过量的叔胺反应，经过碱化、蒸出过量叔胺、重结晶得到化合物 1-e；
[0049] 3)化合物1-e发生甲酰化反应后得到所述通式I的化合物。
[0050] 其中R\R2、R3与它们所连接的N原子一起形成C 5_(：12含氮杂环，包括含氮杂桥环、 芳环，其中杂环中的碳氮双键视为氮原子上连接两个取代基，R 4、X以及n如上所述。
[0051] 在一优选的实施方式中，R1、R2、R3中的三个与它们所连接的N原子一起形成吡啶 环、奎宁环、三乙烯二胺环。
[0052] 在一优选的实施方式中，所述化合物1-e的制备，其中叔胺NR1R2R 3的加入量一 般为化合物l_b摩尔量的1. 2-2. 5当量，优选1. 5-2. 0当量；反应温度为30-90°C，优选 50-70°C;中和所用碱可为