專利名稱：1，3-二烷基-2-咪唑啉酮的制備方法
技術領域：
本發明涉及新的雙脲化合物、該化合物的制備方法和用該雙脲化合物制備下式(2)代表的非質子傳遞極性化合物1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的新方法 式中R是烷基。
式(2)代表的化合物是有用的非質子傳遞極性溶劑和用于藥物和農藥的中間體。特別是，該化合物對高聚物例如聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯基醇、聚苯乙烯、聚氨酯和酚醛樹脂是極佳的溶劑。此外，該化合物能很容易地溶解許多無機化合物并可用作多種特性有機反應的溶劑。
對于式(2)代表的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮 (式中R是烷基)的制備已提出多種方法。例如對于1，3—二甲基—2—咪唑啉酮，已知的方法有使乙二胺與尿素反應，得到2—咪唑啉酮，將其與甲醛進行加成反應，接著用三氯乙酸、甲酸或諸如此類的物質將生成的反應產物還原成相應的N，N′—二甲基化化合物的方法；以上還原方法的改良方法，其中氫化分解用貴金屬催化劑在酸性條件下進行；使N，N′—二甲基乙二胺與光氣或三氯甲酸酯反應同時將其分解成光氣的方法等。
本發明人以前提出了通過將N，N′—二烷基乙二胺與尿素反應以良好收率制備1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的工業方法(U.8.P.4731453)。然而由二氯乙烷和烷基胺制備該原料N，N′—二烷基乙二胺會產生副產物N，N′N″—三烷基二亞乙基三胺。因此，1，3—二烷基—2—咪唑啉酮基于二氯乙烷計的收率在工業上不能令人滿意。例如，1，3—二甲基—2—咪唑啉酮的收率為68％，1，3—二乙基—2—咪唑啉酮的收率為70％，1，3—二丙基—2—咪唑啉酮的收率是82％，1，3—二丁基—2—咪唑啉酮的收率是85％。此外，副產物N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺的大量應用尚未發現，非常需要開發應用。
本發明的第一個目的是提供制備1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的方法。
本發明的第二個目的是提供能有效地利用制備1，3—二烷基—2—咪唑啉酮時生成的副產物N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺的制備方法。
本發明的第三個目的是提供用于制備1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的有用的中間體，即雙脲化合物及該中間體的制備方法。
本發明人為達到上述目的，對1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的制備方法進行了深入的研究，結果發現通過使用N，N′N，″—三烷基二亞乙基三胺作原料可獲得的新物質來制備所述化合物的新方法。
即，本發明包括的方面有1.式(3)代表的雙脲化合物 式中R是烷基；2.制備式(3)代表的雙脲化合物的方法，包括將下式(1)代表的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺與尿素反應 式中R是烷基；3.制備由式(2) 代表的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的方法，式(2)中R是烷基，所述方法包括將式(3)代表的雙脲化合物加熱分解；4.制備式(2)代表的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的方法，它包括將式(1)代表的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺與尿素反應，并不經分離地將生成的雙脲化合物連續加熱分解。
本發明能使無法大量使用并有待開發新用途的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺得到有效的利用，因此本發明具有重大意義。
用在本發明中的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺由上述式(1)表示。此外，由式(3)代表的雙脲化合物可通過使用N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺作原料獲得。此外，1，3—二烷基—2—咪唑啉酮可通過使用雙脲化合物作原料來制得。
式(1)、(2)和(3)中的R是烷基，優選具有1-8個碳原子的烷基，更優選具有1-4個碳原子的烷基。烷基的實例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、叔戊基、正己基、異己基、正辛基和2-乙基己基。
用在本發明方法中的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺最好用反應式(A)所示的反應來制備 該化合物還可以，若有必要，通過將N，N′，N″—二烷基乙二胺在烷基胺共存下與二氯乙烷反應來制備。
在原料N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺的優選的制備中，烷基胺與1，2-二氯乙烷的摩爾比率最好為4至6。高摩爾比率的烷基胺易于增加N，N′，N″—二烷基乙二胺的生成量。
對胺化反應的溫度沒有特別限制，只要該溫度在能提供適當的反應速率的范圍內即可。反應溫度優選在80-150℃范圍內。
胺化反應需要根據反應溫度在加壓條件下進行。
將胺化反應物料用適宜的堿例如氫氧化鈉中和，接著進行蒸餾以回收未反應的烷基胺。將生成的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺通過將殘余物料蒸餾來純化。
如此獲得的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺可用于本發明的制備方法中。
式(3)代表的雙脲化合物可通過將式(1)代表的化合物與尿素反應來制備。
反應溫度優選在100-155℃范圍內，更優選在120—145℃范圍內。反應溫度高于155℃會導致尿素分解。另一方面，當反應溫度低于100℃時，反應速率變得太慢。
在本發明方法中尿素和N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺的用量為每摩爾N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺用尿素1.0-3.0mol，優選1.5-2.5mol。若尿素使用過量，固體雜質例如尿素的加熱分解產物氰尿酸會不利地留在反應體系中。另一方面，小于1.0摩爾比的用量亦不合適，因為副產物的量增加。
反應定量進行。反應的終點可通過測定隨著反應的進行釋出的氨氣來檢測。
式(2)化合物可通過對式(3)化合物進行加熱分解來制備。
所述加熱分解優選在不低于180℃的溫度進行，更優選200-260℃，最優選210-240℃。當反應溫度低于180℃時，反應速率變慢。另一方面，約300℃的反應溫度會不利地帶來加熱方法的問題。
式(2)化合物還可以這樣獲得將式(1)化合物與尿素反應，隨后不經分離地將得到的式(3)代表的化合物加熱分解。
由式(1)化合物開始通過式(3)化合物制備式(2)化合物的系列反應見反應式(B) 在此反應中，反應在一定的反應條件和用于制備式(3)化合物和式(2)化合物的反應溫度下逐步進行。
反應溶劑可以用在由式(1)化合物制備式(3)化合物、由式(3)化合物制備式(2)化合物和不經分離式(3)化合物由式(1)化合物制備式(2)化合物的所有步驟中。可用在這些步驟中的溶劑的實例包括乙醇、甲基異丁基酮、N—甲基—2—吡咯烷酮、1，3—二甲基—2—咪唑啉酮，二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚等。但是，鑒于避免步驟復雜，例如蒸餾去除溶劑，本發明方法也希望在無溶劑的條件下進行反應。
生成的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮用蒸餾法純化。
下面將用實施例對本發明進行進一步詳述。
合成例1向裝有溫度計和攪拌器的5.0升壓力反應器中投入1286.5g(13摩爾)1，2—二氯乙烷和2018.9g(65摩爾)甲胺，并在攪拌下加熱至100℃。然后將胺化反應進行2小時，同時保持溫度不變。
隨后將反應混合物冷卻至室溫并對其進行氣相層析分析。1，2—二氯乙烷的轉化率為100.0％。
然后，投入1072.2g氫氧化鈉片中和反應混合物并用蒸餾法回收剩余的甲胺。將回收的甲胺再用于反應中。蒸餾后，將反應物料中析出的氯化鈉過濾。將濾液蒸餾，得到229.4g N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺。
實施例1(化合物(3)的合成)向裝有回流冷凝器、溫度計和攪拌器的0.5升燒瓶中投入171.3g(1.0mol)合成例1中獲得的N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺和120.1g(2.0mol)尿素，并在攪拌下使其反應3小時，同時將溫度保持在125—140℃。反應完畢后，剛一冷卻，反應物料即在約90℃固化。將固化的物料磨碎，并溶于60℃的甲醇中。向該溶液中加入己烷，產物從溶液中結晶折出。將結晶濾出、洗滌并干燥，得到186.1g雙脲化合物。收率80.2％。該化合物的熔點為145-147℃。
該化合物的化學結構用1HNMR、13CNMR、IR和FAB—MS(NH+/Z＝232)來鑒定。1HNMR、13CNMR和IR的結果如下1H NMR；DMSO-d6 δ＝2.2(s，3H)，2.4(t，4H)，2.8(s，6H)，3.2(t，4H)，5.8(s，br，4H)13C NMR；DMSO-d6δ＝34(q)，42(g)，46(t)，55(t)，159(s).IR；1657cm-1(C＝0)實施例2(由化合物(3)合成化合物(2))向裝有回流冷凝器、溫度計和攪拌器的0.5升燒瓶中投入115.7g(0.5mol)實施例1中獲得的雙脲化合物，并在攪拌下加熱。該雙脲化合物在約145℃的溫度開始熔化，在160℃溫度時完全成為液體。將溫度升至215-225℃，并使該反應在此溫度下進行4小時。反應完畢后，將反應液冷卻，得到1，3—二甲基—2—咪唑啉酮，收率為87.5％(根據氣相層析)。
實施例3向裝有回流冷凝器、溫度計和攪拌器的0.5升燒瓶中投入217.9g(1.5mol)N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺和180.2g(3.0mol)尿素，在攪拌下使其反應4小時，同時將溫度保持在125-140℃，然后，將溫度升至215-225℃，并在該溫度下加熱分解4小時。分解完畢后，根據氣相層析，1，3—二甲基—2—咪唑啉酮的收率為88.0％(基于N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺計)。
隨后將反應混合物進行蒸餾，得到137.0g 1，3—二甲基—2—咪唑啉酮。產物的純度為99.3％，在15mmHg的減壓下的沸點為105℃。
實施例4按實施例3所述的相同方法進行反應和分析，只是將N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺用N，N′，N″—三乙基二亞乙基三胺替換。結果，得到1，3—二乙基—2—咪唑啉酮，收率為85.4％(基于N，N′，N″—三乙基二亞乙基三胺計)。
隨后將反應混合物進行蒸餾，得到163.5g 1，3—二乙基—2—咪唑啉酮。產物的純度為99.4％，在15mmHg的減壓下的沸點為109℃。
實施例5按實施例3所述的相同方法進行反應和分析，只是將N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺用N，N′，N″—三丙基二亞乙基三胺替換。結果，得到l，3—二丙基—2—咪唑啉酮，收率為81.2％(基于N，N′，N″—三丙基二亞乙基三胺計)。
隨后將反應混合物進行蒸餾，得到184.6g 1，3—二丙基—2—咪唑啉酮。產物的純度為99.6％，在5mmHg的減壓下的沸點為110℃。
實施例6按實施例3所述的相同方法進行反應和分析，只是將N，N′，N″—三甲基二亞乙基三胺用N，N′，N″—三丁基二亞乙基三胺替換。結果，得到1，3—二丁基—2—咪唑啉酮，收率為80.3％(基于N，N′，N″—三丁基二亞乙基三胺計)。
隨后將反應混合物進行蒸餾，得到210.1g 1，3—二丁基—2—咪唑啉酮。產物的純度為99.6％，在10mmHg的減壓下的沸點為127℃。
權利要求
1.式(3)代表的雙脲化合物 式中R是烷基。
2.權利要求1的化合物，其中式(3)中的R是具有1-8個碳原子的烷基。
3.權利要求1的化合物，其中式(3)中的R是甲基。
4.式(3)代表的雙脲化合物的制備方法，它包括將式(1)代表的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺與尿素反應；所述式(3)和式(1)如下 式中R是烷基。
5.按照權利要求4的方法，其中反應溫度為100-155℃。
6.按照權利要求4的方法，其中反應在無溶劑存在的條件下進行。
7.按照權利要求4的方法，其中在式(1)和(3)中的R是具有1-8個碳原子的烷基。
8.按照權利要求4的方法，其中在式(1)和(3)中的R是甲基。
9.式(2)代表的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的制備方法，它包括將式(3)代表的雙脲化合物加熱分解；所述式(2)和式(3)如下 式中R是烷基。
10.按照權利要求9的方法，其中加熱分解溫度為不低于180℃。
11.按照權利要求9的方法，其中加熱分解在無溶劑存在的條件下進行。
12.按照權利要求9的方法，其中式(2)和(3)中的R是具有1-8個碳原子的烷基。
13.按照權利要求9的方法，其中式(2)和(3)中的R是具有1—4個碳原子的烷基。
14.式(2)代表的1，3—二烷基—2—咪唑啉酮的制備方法，它包括將式(1)代表的N，N′，N″—三烷基二亞乙基三胺與尿素反應，隨后將生成的雙脲化合物不經分離進行加熱分解；所述式(2)和(1)如下 式中R是烷基。
15.按照權利要求14的方法，其中雙脲化合物在100-155℃生成并在不低于180℃的溫度被加熱分解。
16.按照權利要求14的方法，其中反應在無溶劑存在的條件下進行。
17.按照權利要求14的方法，其中式(1)和(2)中的R是具有1—8個碳原子的烷基。
18.按照權利要求14的方法，其中式(1)和(2)中的R是甲基。
全文摘要
本發明涉及新的雙脲化合物、其制備方法和使用該雙脲化合物的1，3-二烷基-2-咪唑啉酮的制備方法，本發明提供了1，3-二烷基-2-咪唑啉酮的新的制備方法并同時使有效地利用尚無法大量應用而需開發新用途的N，N′，N″-三烷基二亞乙基三胺成為可能。
文檔編號C07C275/14GK1120536SQ9510649
公開日1996年4月17日 申請日期1995年7月7日 優先權日1994年7月7日
發明者成瀨洋, 水田秀樹, 梅田真一, 永田輝幸 申請人:三井東壓化學株式會社