制备酰胺化合物的方法

制备酰胺化合物的方法
【专利说明】制备酿胺化合物的方法
[0001] 本申请为2014年1月13日递交的申请号为201410014561. 7,发明名称为制备酰 胺化合物的方法的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种制备酰胺化合物例如，内酰胺的方法，其用作药物、农药、染料和 聚酰胺的起始原料。
【背景技术】
[0003] 常见的用于制备酰胺化合物的工业方法包括由相应的酮和羟胺制备肟化合物和 然后进行Η亏化合物的贝克曼（Beckmann)重排，例如，一种工业上有用的ε-己内酰胺，其通 过环己酮肟的贝克曼重排制得。重排通常使用浓硫酸和发烟硫酸进行，因为需要使用化学 计量的或更高量的这些强酸，这会在中和过程产生远大于产物ε-己内酰胺的量的作为副 产物的盐，例如硫酸铵盐。换句话说，所述方法因此需要许多设备和大量起始原料以及用于 制备例如硫酸的大量辅助原料和处理诸如硫酸铵的副产物的能量。
[0004] 相反的，使用催化剂的液相贝克曼重排反应无需辅助原料并产生较少的副产物， 因此，有望用于实际应用。液相贝克曼重排中的催化剂已被广泛研究。例如，公开于专利文 献No. 1中的一种包含芳环化合物可被使用，其（i)含有至少一个含有离去基的碳原子作 为芳香环成员以及（ii)含有至少三个具有吸电子基的杂原子和/或碳原子作为芳香环成 员，其中（iii)具有吸电子基的其中两个杂原子和/或碳原子在含有离去基的碳原子邻位 或对位的位置。实际使用的贝克曼重排的催化剂例子包括三氯三嗪（也被称为氰脲酰氯、 2, 4, 6-三氯-1，3, 5-三嗪，缩写为〃TCT〃）和六氯磷腈（专利文献No. 13)。
[0005] 专利文件No. 2描述了贝克曼重排反应可使用专利文件No. 1中公开的催化剂在非 极性溶剂中进行。专利文件No. 3和No. 4描述了使用专利文件No. 1中公开的催化剂的类 似化合物进行肟化合物的贝克曼重排反应的方法。专利文件No. 5和No. 6公开了使用例如 亚硫酰氯的酰基氯作为催化剂的肟化合物的贝克曼重排反应。
[0006] 专利文献Nos. 7和8公开了通过使用专利文献No. 1公开的催化剂进行贝克曼重 排制备酰胺化合物的具体方法，但未具体描述溶剂等的回收。
[0007] 内酰胺主要用作纱线、纤维、薄膜等的聚合物或共聚物，而且在某些情况下的必须 具有满足严格的标准值的纯度。
[0008] 典型标准值的示例包括这些基于吸光度的，例如透光率差异（LT.diff，后续详 述），UV值（在宽度为lcm的室中测定50%重量的内酰胺溶液的UV吸光度（波长为290nm)， 以及PAN值（ISO标准8660)。
[0009] 作为改进这些标准值中UV值和PAN值的方法，许多技术已被公开，包括对内酰胺 产物的蒸馏，溶剂洗涤，结晶/重结晶，酸处理，碱处理，氧化，氢化等。例如，专利文献No. 14 描述了PAN值可通过在镍催化剂上氢化己内酰胺然后通过蒸馏进行纯化时，阻止镍催化剂 进入再沸器进行改进。
[0010] 专利文献No. 15公开了以环十二酮为起始原料中的杂质对所要获得的化合物 十二内酰胺的透光率差异的影响。
[0011] 已知用于获得较低UV值的方法是在催化剂的存在下氢化内酰胺。例如，专利文献 No. 9公开了通过在悬浮的氢化催化剂的存在下，氢化使用贝克曼重排反应制得的己内酰 胺。进一步的，专利文献No. 10和11公开了使用活性炭和离子交换树脂处理己内酰胺后氢 化己内酰胺的方法。专利文献No. 12公开了在氢化催化剂的存在下氢化由环化水解氨基腈 制得的内酰胺的方法。
[0012] 上述技术文件涉及对使用诸如硫酸的强酸通过肟的贝克曼重排制备内酰胺的标 准值的改进。它们均未公开用于提高内酰胺的上述标准值的纯化方法，所述内酰胺通过不 会产生大量作为贝克曼重排反应的副产物的硫酸铵制造过程制得。并且，上述技术文件显 示了处理方法和UV值，PAN值等之间的关系，但未明确导致标准值变劣的物质，或未显示出 成因物质（causativesubstances)的浓度和标准值之间的关系。
[0013] 另一方面，上述标准值仅在以下情况下是有效的，即当酰胺化合物中的杂质显示 为具有UV吸收或与高锰酸钾反应，而这不能有助于检测其他杂质。
[0014] 出现的内酰胺不是所需的内酰胺并且酰胺化合物不是所需的，因为它们可能会抑 制聚合并降低聚合物的物理性能。然而，当其是杂质时，内酰胺和/或酰胺化合物具有不同 于产物内酰胺的结构，但上述标准值并不是总是改变，因此有必要建立一种用于检测和分 析这些杂质的方法以及用于减少这些杂质的措施。
[0015] 现有抟术f献
[0016] 专利f献
[0017] 专利文献No. 1:日本特开专利公开号No. 2006-219470。
[0018]专利文献No. 2:国际公开No.TO07/125002。
[0019] 专利文献No. 3:日本特开专利公开号No. 2008-156277。
[0020] 专利文献No. 4:日本特开专利公开号No. 2008-162935。
[0021] 专利文献No. 5:日本特开专利公开号No. 1976-041376。
[0022] 专利文献No. 6:日本审查专利公开号No. 1977-012198。
[0023]专利文献No. 7:国际公开No.TO08/096873。
[0024]专利文献No. 8:国际公开No.TO09/069522。
[0025] 专利文献No. 9:德国专利No. 1，253, 716。
[0026]专利文献No. 10:德国专利No. 1，004, 616。
[0027] 专利文献No. 11:东德专利No. 75083。
[0028]专利文献No. 12:美国专利No. 5, 496, 941。
[0029] 专利文献No. 13:日本特开专利公开号No. 2009-298706。
[0030] 专利文献No. 14:日本特开专利公开号No. 2006-528649。
[0031] 专利文献No. 15:日本特开专利公开号No. 2004-099585。

【发明内容】

[0032] 发明要解决的技术问题
[0033] 本发明的目的之一是提供一种通过对肟的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法，其 中制备得到了高质量的酰胺化合物而没有产生大量的副产物，例如硫酸铵。
[0034] 解决技术问题的手段
[0035] 本发明涉及以下内容。
[0036] [1] -种制备酰胺化合物的方法，包括：
[0037] 在有机溶剂的存在下，酮和羟胺反应得到肟（下文中，称之为肟形成步骤），
[0038] 使用贝克曼重排催化剂对所述肟进行贝克曼重排以得到酰胺化合物（下文中，称 之为重排步骤），和
[0039] 分离所制备的酰胺化合物和所述溶剂，并回收所分离的溶剂至所述肟形成步骤 (下文中，称之为溶剂回收步骤）；
[0040] 其中在所述溶剂回收步骤中回收的并回收至所述肟形成步骤中的溶剂中的卤化 物、醛类化合物、醇类化合物和腈类化合物的每个的量控制在0. 4mol%或更少，基于作为 起始原料的酮。
[0041] [2]如[1]中所述制备酰胺化合物的方法，其中肟形成步骤中反应溶液中醛肟化 合物和偕胺肟化合物每个的量控制在〇. 4mol%或更少，基于肟。
[0042] [3]如[1]中所述制备酰胺化合物的方法，其中贝克曼重排催化剂包含卤素原子。
[0043] [4]如[1]中所述制备酰胺化合物的方法，其中有机溶剂是芳香烃。
[0044] [5]如[1]中所述制备酰胺化合物的方法，其中酮是环十二酮。
[0045] [6]内酰胺，包括以重量计15ppm或更少的含双键杂质。
[0046] [7]如[6]中所述制备内酰胺的方法，包括：
[0047] 环酮和羟胺反应以得到式（1)表示的肟：
[0048]
[0049] 其中m表示等于或大于3的整数；以及
[0050] 使用贝克曼重排催化剂对肟进行贝克曼重排以得到内酰胺；
[0051] 其中所述重排催化剂为具有以下基团的化合物：
[0052] -Z-X(2)
[0053] 其中Z表示P、N、S、B或Si原子，X表示卤素原子，并且Z除了连接X之外还连接 至一个或两个或更多个原子或基团，或
[0054] 符合所有以下条件（i)至（iii)的含芳环化合物；和
[0055] 通过氢化和/或结晶纯化一种或多种选自环酮，肟和内酰胺基团的化合物；
[0056] (i)所述含芳环化合物含有至少一个含有卤素原子作为离去基的碳原子作为芳香 环成员，
[0057] (ii)所述含芳环化合物含有至少三个具有吸电子基的杂原子和/或碳原子作为 芳香环成员，和
[0058] (iii)具有吸电子基的杂原子和/或碳原子中的两个在含有卤素原子作为离去基 的碳原子的邻位或对位的位置。
[0059] [8]如[7]中所述的制备内酰胺的方法，其中环酮通过氢化纯化。
[0060] [9]如[7]或[8]中所述的制备内酰胺的方法，其中肟通过结晶纯化。
[0061] [10]如[7]至[9]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中肟通过氢化纯化。
[0062] [11]如[7]至[10]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中通过肟的贝克曼重排制 备的内酰胺通过氢化纯化。
[0063] [12]如[7]至[11]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中所述内酰胺是十二内酰 胺。
[0064] [13]内酰胺，包含具有环状桥结构的以重量计为50ppm或更少的杂质。
[0065] [14]如[13]所述的内酰胺，其中具有环状桥结构的杂质是具有双环和/或三环环 状结构的内酰胺。
[0066] [15] -种通过环烷酮肟的贝克曼重排制备内酰胺的方法，其中贝克曼重排反应溶 液中含有的具有环状桥结构的杂质以重量计为300ppm或更少，基于作为所需产物的内酰 胺。
[0067] [16]如[15]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述具有环状桥结构的杂质是具 有双环和/或三环环状结构的酰胺化合物。
[0068] [17]如[15]或[16]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮肟通过环烷酮 与羟胺反应制备。
[0069] [18]如[17]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮通过丁二烯加成反应 制备。
[0070] [19]如[17]或[18]中所述的制备内酰胺的方法，其中含在所述环烷酮中的具有 环状桥结构的酮以重量计为500ppm或更少。
[0071] [20]如[19]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述具有环状桥结构的酮是具有 双环环状结构的酮和/或具有三环环状结构的酮。
[0072] [21]如[17]至[20]任一中所述制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮是具有8至 20个碳原子的环烷酮，其通过重结晶纯化。
[0073] [22]如[15]至[21]任一中所述制备内酰胺的方法，其中所述内酰胺是十二内酰 胺。
[0074] 发明的效果
[0075] 根据本发明，通过从溶剂中除去导致贝克曼重排催化剂活性降低的副产物和其前 体，可使用少量催化剂制备出高产率的酰胺化合物。并且，根据本发明，具有高纯度的高质 量酰胺化合物可通过简便方法获得。
【附图说明】
[0076] 图1显示了酰胺化合物的制备图。
【具体实施方式】
[0077] 本发明的贡献在于确定了导致贝克曼重排催化剂活性降低的杂质，导致透光率差 异增加的杂质以及导致酰胺化合物聚合率降低的杂质，并发现了可除去这些杂质的方法。 本发明涉及一种制备高质量酰胺化合物特别是内酰胺的方法，尤其是根据以下一至三方 面。
[0078] 本发明的第一个方面涉及一种用于确定和除去导致贝克曼重排反应转化率降低 的杂质。
[0079] 本发明的第二个方面涉及一种用于确定和除去具有双键的杂质，所述杂质作为导 致酰胺化合物的透光率差异增加的物质。
[0080] 本发明的第三个方面涉及一种用于除去具有环状桥结构的杂质的方法。
[0081] 首先，将描述在每个方面中的杂质的特征以及除去它们的方法。关于第一至第三 方面有共性的内容将在之后描述。
[0082] 抑制贝克曼重棑反应的杂质
[0083] 本发明的第一个方面涉及提供一种用于确定和除去导致贝克曼重排反应转化率 降低的杂质。
[0084] 酰胺化合物通过以下制备方法制得，包括：
[0085] (1)用于制备相应的肟的"肟形成步骤"；和
[0086] (2)使用贝克曼重排催化剂对所述肟进行贝克曼重排以得到酰胺化合物的"重排 步骤"。在此，优选进一步进行"溶剂回收步骤"以在贝克曼重排反应后将反应溶液分离为 酰胺化合物和溶剂，并将后者回收至肟形成步骤。
[0087] 我们研究了，重排步骤中用于贝克曼重排反应的反应溶液中的杂质对反应的影 响。结果我们发现醛肟、偕胺肟和醇抑制了贝克曼重排反应（参见实施例A)。当溶剂在贝 克曼重排反应后通过溶剂回收步骤回收时，优选避免溶剂中抑制贝克曼重排反应的物质的 累积以及避免回收溶剂被这些物质污染。
[0088] 据认为，用于贝克曼重排反应的反应溶液中含有醛肟、偕胺肟和醇是由于以下原 因。
[0089] 已知醛Η亏和偕胺Η亏可分别地通过轻胺与醛和腈反应形成（KyoritsuShuppan Co.，Ltd.，"ChemicalDictionary(KagakuDaiziten)"，缩印本，第 34 期，第 1 卷，6 月 1日，1993,ρ· 244和ρ· 418)。已知腈通过醛〇亏的脱水反应形成（KyoritsuShuppan Co.，Ltd.，"ChemicalDictionary"，缩印本，第34期，第2卷，6月 1 日，1993,ρ· 99至ρ· 100) 以及酸通过R_CHC12 的水解形成（KyoritsuShuppanCo·,Ltd·,"ChemicalDictionary"， 缩印本，第34期，第1卷，6月1日，1993，口.412)。并且对于1?-〇1(]1 2，1(7〇1'；^811311即卩&11 Co.，Ltd.，"ChemicalDictionary"，袖珍版，第 34 期，第 2 卷，6 月 1 日，1993，p. 1071 描述 了相应于r-chci2的二氯甲苯由甲苯和三氯化磷形成。
[0090] 已知醇可通过R_CH2C1的水解或醛的碱性分解形成（KyoritsuShuppan Co.，Ltd.，"ChemicalDictionary"，缩印本，第 34 期，第 8 卷，6 月 1 日，1993,ρ· 466)。
[0091] 因此抑制贝克曼重排反应的上述醛肟、偕胺肟和醇可能会从这些反应中形成。
[0092] 实际上，在可用于贝克曼重排反应的催化剂和溶剂的组合中，例如，室温下用甲苯 稀释的亚硫酰氯，苄基氯、二氯甲苯和苯甲醛通过气相色谱进行监测。可推断的是在每个形 成酰胺化合物的过程中，进行了一系列的形成上述醛肟和偕胺肟的反应。
[0093] 重排步骤和肟形成步骤经常使用共同的溶剂。因此，优选能避免在溶剂回收步骤 中醛肟、腈和作为醛肟前体的醛以及例如r-ch2ci和r-chci2的氯化物对回收的溶剂的污 染。而且，为防止醇的累积，有必要避免不仅是醇本身还有氯化物和醛对回收的溶剂的污 染。通过除去这些化合物，形成上述抑制贝克曼重排反应的物质的路径可被阻断，而且酰胺 化合物可使用少量贝克曼重排催化剂稳定制备。
[0094] 可接受的抑制贝克曼重排反应的物质的累积量基于以下因素而变化：肟形成步骤 中作为起始原料的酮的类型，重排步骤中贝克曼重排催化剂的类型和量，溶剂的类型等。例 如，当在肟形成步骤，使用环十二酮作为起始原料的酮时，且在重排步骤，使用亚硫酰氯作 为贝克曼重排催化剂以及使用甲苯作为溶剂时，从肟形成步骤进入重排步骤的肟溶液中含 有作为副产物的偕胺肟的量优选〇. 4mol%或更少，更优选0.lmol%或更少，基于作为起始 原料的酮的量。
[0095] 当重排步骤的重排反应溶液中偕胺肟的量太大时，少量催化剂则不能促进重排反 应完成，导致残留有肟。可通过增加贝克曼重排催化剂的量来完成贝克曼重排反应，但这是 不希望的，因为需要大量的催化剂。
[0096] 醛肟和醇相较于偕胺肟对重排反应具有较小影响，因此只要它们的含量在可接受 的偕胺肟的量的相似范围内，可含有它们。
[0097]如上所述，作为副产物的偕胺肟和醛肟形成于肟形成步骤。因此为了避免影响 重排反应，通过溶剂回收步骤回收的溶剂中的氯化物、醛、醇和腈的量各自优选控制在 0. 4mol%或更少，更优选0.lmol%或更少，基于肟-形成中作为起始原料的酮的量。
[0098]上述副产物可通过下述方法被除去，使得达到可接受的水平。
[0099]贝克曼重排反应后的反应溶液（下文中，称之为〃重排溶液〃）是经〃后处理〃的， 通常使用分离方法，例如过滤、浓缩、蒸馏、萃取、结晶、重结晶、吸收和柱色谱或其组合（之 后详述），某些上述副产物可通过后处理除去。溶液可用水或碱性物质洗涤，或用酸处理水 解以及通过萃取除去上述副产物。例如，腈可用例如硫酸和氢氧化钠的强酸或碱水解，以转 化为羧酸。
[0100] 在后处理后，在溶剂回收步骤中，将重排溶液分离为溶剂和酰胺化合物，并将溶剂 再循环至肟形成步骤。在溶剂回收步骤，在重排步骤生成的以及溶解于反应溶液的来自贝 克曼重排催化剂的离去基团的成分、残留的贝克曼重排催化剂、副产物等被除去。
[0101] 在溶剂回收步骤，用于分离溶剂和所需的酰胺化合物的方法包括蒸馏、萃取、结晶 或重结晶，蒸馏通常被使用。这里，溶剂回收步骤控制了回收的溶剂中杂质的含量至上述可 接受的水平范围内。
[0102] 在溶剂回收步骤中，当通过蒸馏收集溶剂和除去杂质，来自溶剂的副产物（例如， 苄基氯、二氯甲苯、苯甲醛、苯甲醇、苯并腈等，当溶剂是甲苯）比来自作为反应原料酮的副 产物（例如，1-氯十二烷、十二腈、12-氯十二烷腈等，当酮是环十二酮）通常具有更接近于 溶剂的沸点，因此防止被来自溶剂的副产物污染是重要的。通过蒸馏对溶剂的收集可通过 一个蒸馏流程进行，但更优选可以合并多个蒸馏流程以将包含副产物的馏分返回至之前的 蒸馏步骤以防止收集溶剂的损失，以及通过部分地排出副产物来阻止副产物累积以纯化溶 剂。而且，也优选为了方便分离/除去，通过在重排溶液的后处理采用例如，酸处理、碱处 理、氧化、还原等，将副产物转化为对重排反应无影响的物质或容易分离的化合物。例如，包 括通过酸处理或碱处理将腈水解为羧酸、以及将醛还原为醇。
[0103] 防lh诱光率差异增加以及导致诱光率差异增加的杂质的方法
[0104] 本发明的第二个方面是提供了 一种具有透光率差异优选为35 %或更少，更优选小 于35%的酰胺化合物及其制备方法。我们也确定了导致透光率差异增加的杂质。
[0105]酰胺化合物的诱光率差异
[0106] 当酰胺化合物用作聚合物的起始原料时，抑制聚合物质、导致物理性质变劣的物 质以及导致退化和染色的物质的存在是不利的。对其评价的尺度包括透光率差异（差异透 光率，下文中称之为〃LT.diff. 〃），UV值PAN值。这里，透光率差异是对于酰胺化合物质量 的标准值之一，其是包含有样品和无样品的〇. 00909N的高锰酸钾的甲醇溶液在410nm的吸 光度差异。
[0107] 即使在上述重排溶液的后处理或蒸馏纯化后，酰胺化合物，尤其是内酰胺，可能不 具有优选35 %或更少，更优选小于35 %，进一步优选25 %或更少的透光率差异，因此对某 些应用来说可能具有令人不满意的质量。而当尝试用酸处理、碱处理、氧化处理、萃取纯化 和结晶纯化通常方法来纯化例如内酰胺的酰胺化合物时，未观察到LT.diff.的显著减少。
[0108] 我们推断当下文所述的重排催化剂，尤其是催化剂a或催化剂b(催化剂a和催化 剂b将在之后详述）用于重排步骤时，透光率差异的增加是由与