專利名稱：制備基本上無甲酸的n－烷基－n′－甲基亞烷基脲的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備N-烷基-N’-甲基亞烷基脲的方法，具體地說，本發明涉及一種制備基本上無甲酸的N，N’-二甲基亞丙基-和-亞乙基脲的方法。
N，N’-二甲基亞丙基脲(DMPU)和類似物N，N’-二甲基亞乙基脲(DMEU)在農用化學品和藥物合成中是重要的特定極性非質子溶劑。特別是在與負碳離子或負碳離子等價物進行的反應中，DMPU或DMEU可代替致癌的六甲基磷酰胺。此外，這些N，N’-二甲基亞烷基脲可用于化學工程中，例如在萃取蒸餾中從苯和環己烷的混合物中除去環己烯。
如EP-A0301270所述，所謂的Leuckart-Wallach反應對于制備此類四取代的脲非常重要以及使得亞丙基脲與醛類在甲酸存在下進行反應。
EP-A 0280781描述了N-烷基N’-甲基亞烷基脲的制備方法，特別是制備N，N’-二甲基亞烷基脲諸如DMPU的方法，即在甲酸存在下，由亞丙基脲和甲醛通過所謂Eschweiler-Clark法的變通來制備。
但是，問題在于通過蒸餾除去反應所必需的甲酸，應盡可能進行完全。根據EP-A0280781，為完全除去甲酸，要么加入堿諸如堿金屬或堿土金屬的氫氧化物或碳酸鹽，要么加入低級醇和催化量的無機酸，用作酯化仍然存在的剩余甲酸，然后蒸餾除去酯。
EP-A0356973描述了另一種在反應后基本上完全除去甲酸的可能性。反應后仍存在于反應混合物中的甲酸在此經一熱分解反應，溫度為約120℃～260℃，并采用由叔胺和諸如CuCl的銅鹽組成的催化體系。
本發明的目的，基于現有技術，在于開發一種能制備基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲的方法，具體地說，是能由亞丙基尿和甲醛在Eschweiler-Clark條件下，無需復雜的處理步驟來制備DMPU。
我們發現該目的可通過以下方法來實現，即在甲酸存在下，通過相應的亞烷基脲與單或多聚甲醛反應制備下式所表示的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲， 其中R1=H或CH3，R2=CnH2n+1，n=1-4，x=0或1。獲得基本上無甲酸終產物的方法包括將反應所得的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲和甲酸的混合物送至蒸餾塔的上部，不附加額外步驟進行蒸餾，并在蒸餾塔的下剖排出基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲。設定塔上部的壓力高于塔下部的壓力，上下兩部的壓力差為10～100毫巴；設定塔下部的溫度高于塔上部的溫度，上下兩部的溫度差為40℃～210℃。根據本發明確定的塔中預定濃度梯度能使甲酸保持在塔的上部，而不會進入到以產物形式從塔底部排除的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲中。
優選塔的上部即塔頂，與塔的下部即塔底的壓力差為20～40毫巴，溫度差為80℃～150℃。
N-烷基-N’-甲基亞烷基脲可以氣體形式從塔的下部除去。所用的塔優選含有至少約30塊理論塔板的填料。
反應后仍存在于反應混合物中的甲酸的量為至多35重量％。在本發明目的中，“基本上無甲酸”是指終產物中甲酸的含量小于0．1％。合適的亞烷基脲與甲醛的實際反應可使用單甲醛或聚甲醛，如多聚甲醛來進行。
在本發明的優選實施方案中，合適的亞烷基脲與甲醛和甲酸的反應在溫度為70～150℃下進行。在此方面，大氣壓下反應混合物的回流溫度，相應為約100～110℃，是特別優選的。隨后首先通過蒸餾除去反應中產生的甲酸和水的混合物，接著在另一步驟中從所需的產物中除去殘存的相當量甲酸。
經證明特別適合以兩步法進行反應，第一步中獲得本發明的基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲，第二步中進行最終蒸餾以除去近沸點和高沸點的物質，這提高了時空收率。
本發明特別優選用于制備N，N’-二甲基亞丙基-脲和-亞乙基脲。
第一實施例a)DMPU的一步制備法向一4m3的攪拌容器中加入2000千克的甲酸、875千克亞丙基脲和650千克多聚甲醛，在回流下緩慢加熱至沸騰。在約100℃反應約8小時后，在大氣壓下，容器溫度至多130℃時，蒸餾除去甲酸與水的混合物，并返回至合成中。反應器中的物質在各種情況下均由約63％DMPU、30％甲酸、15％水、2％低沸點物質和3．5％高沸點物質組成，將其冷卻并進行蒸餾。反應后得到的混合物在下文中稱為粗DMPU排出物。b)將a)中所述反應獲得的粗DMPU排出物連續送入一蒸餾塔中，該塔有約60塊理論塔板的松散填料，加入位置在塔的上部，約第45塊理論板處。然后基本上無甲酸的N，N’-二甲基亞丙基脲以氣體形式經第10塊理論板處從塔下剖側出口排出。
設定反應參數使得塔頂壓力為約200毫巴，沿著塔的壓力差為約30毫巴。
進料區的溫度為約170℃，塔頂溫度為107～110℃，第10塊理論板區的溫度為約190℃，塔底溫度為200～202℃。
經側出口排出的終產物具有以下組分＞98％DMPU，＜0．1％甲酸，＜0．1％水。第二實施例DMPU的兩步制備法a)蒸餾步驟1將實施例1a)得到的粗DMPU排出物如實施例1b)所述再送入蒸餾塔中，并在兩步實施方案中進行蒸餾。這使得低沸點物質，如甲酸和水可在第一個蒸餾步驟中除去，近沸點和高沸點物質在第二個蒸餾步驟中從所需終產物中除去。設定的反應參數如下所示蒸餾步驟1進料溫度 150℃頂部溫度 107～110℃底部溫度 225℃頂部真空度200毫巴壓差 20～30毫巴回流／進料1∶1．75底部排出物組分94％DMPU，5％近沸點物質，
＜0．1％甲酸，＜0．1％水b)蒸餾步驟2設定下列蒸餾參數用于第二個蒸餾步驟蒸餾步驟2進料溫度135℃頂部溫度121～125℃底部溫度170℃頂部真空度 200毫巴壓差20～30毫巴回流／進料 1∶1．5側出口終產物組分＞99．5％DMPU，＜0．4％近沸點物質
權利要求
1．在甲酸存在下，通過由相應的亞烷基脲與單或多聚甲醛反應制備下式所示的基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲的方法， 其中R1=H或CH3，R2=CnH2n+1，n=1-4，x=0或1，該方法包括將反應所得的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲和甲酸的混合物送至蒸餾塔的上部，不附加額外步驟進行蒸餾，并在蒸餾塔的下剖排出基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲，設定塔上部的壓力高于塔下部的壓力，塔上下兩部的壓力差為10～100毫巴；設定塔下部的溫度高于塔上部的溫度，塔上下兩部的溫度差為40℃～210℃。
2．權利要求1所述的方法，其中塔的上部與下部間的壓力差為20～40毫巴，溫度差為80℃～150℃。
3．權利要求1所述的方法，其中N-烷基-N’-甲基亞烷基脲以氣體形式從塔的下部除去。
4．權利要求1所述的方法，其中塔為具有至少約30塊理論塔板的填料。
5．權利要求2所述的方法，其中適當的亞烷基脲與甲醛和甲酸在70～150℃下反應，然后將其制得的甲酸與水的混合物首先蒸餾除去。
6．權利要求1所述的方法，用于制備N，N’-二甲基亞丙基脲。
7．權利要求1所述的方法，用于制備N，N’-二甲基亞乙基脲。
8．在甲酸存在下，通過由相應的亞烷基脲與單或多聚甲醛反應制備下式所示的基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲的方法， 其中R1=H或CH3，R2=CH3，x=0，該方法包括將反應所得的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲和甲酸的混合物送至蒸餾塔的上部，不附加額外步驟進行蒸餾，并在蒸餾塔的下部以氣體形式排出基本上無甲酸的N-烷基-N’-甲基亞烷基脲，設定塔上部的壓力高于塔下部的壓力，塔上下兩部的壓力差為20～40毫巴；設定塔下部的溫度高于塔上部的溫度，塔上下兩部的溫度差為80℃～150℃，從而首先蒸餾除去甲酸與水的混合物。
全文摘要
本發明涉及一種在甲酸存在下,通過由相應的亞烷基脲與單或多聚甲醛反應制備下式所示的基本上無甲酸的N－烷基－N’－甲基亞烷基脲的方法,式中各基團的定義如說明書所述,該方法包括:將反應所得的N－烷基－N’－甲基亞烷基脲和甲酸的混合物送至蒸餾塔的上部,不附加額外步驟進行蒸餾,并在蒸餾塔的下部排出基本上無甲酸的N－烷基－N’－甲基亞烷基脲,設定反應參數使得塔上部的壓力高于塔下部的壓力,塔上下兩部的壓力差為10～100毫巴;塔下部的溫度高于塔上部的溫度,塔上下兩部的溫度差為40℃－210℃。
文檔編號C07D239/10GK1283616SQ00122570
公開日2001年2月14日 申請日期2000年6月28日 優先權日1999年6月28日
發明者A·克拉默, M·約翰－彼得, R·海恩茲, R·根特爾, S·沃夫岡, W·漢斯－于爾根 申請人:Basf公司