專利名稱：氨基化鋰的制備方法以及由所述方法可得的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備氨基化鋰的方法以及由所述方法可得的組合物。
氨基化鋰是無機(jī)強(qiáng)堿，在有機(jī)合成化學(xué)中用作試劑(Encyclopaediaof Reagents for Organic Synthesis，第5卷，3031，L.A.Paquette，JohnWiley 1995)。
已知有多種制備氨基化鋰的方法。一種公知方法包括使金屬鋰和氣態(tài)氨在通常為400℃左右的高溫下反應(yīng)。
低溫方法也是公知的，其中金屬鋰被溶解在液態(tài)氨中，隨后在過渡金屬化合物的催化作用下反應(yīng)(例如，US4206191記載了使用鈷，而Gmelin，Lithium，Supplementary Volume 20，279中記載了使用硝酸鐵(III))。
US 5486343描述了制備氨基化鋰的方法，其中金屬鋰在溶劑存在下溶解于氨中形成鋰青銅，鋰青銅隨后熱分解形成氨基化鋰、氫氣和氨。
這些方法的每一種都有如下缺點(diǎn)，即以反應(yīng)副產(chǎn)物的形式生成了大量的氫氣。
在EP 1238944中，描述了其中通過二烯或芳基烯烴的存在來抑制生成氫氣的方法。但是，以申請(qǐng)人掌握的情況來看，發(fā)現(xiàn)根據(jù)EP1238944所述方法制備的氨基化鋰缺乏活性，尤其當(dāng)用于涉及通過某些羧酸酯的脫質(zhì)子化作用來制備烯醇化物和反應(yīng)烯醇化物的反應(yīng)中時(shí)。
本發(fā)明的目標(biāo)在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，尤其在于提供制備活性氨基化鋰同時(shí)改善氣態(tài)氫生成的方法。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了制備氨基化鋰組合物的方法，其中，在第一步中使金屬鋰和氨接觸以形成鋰青銅，在第二步中使鋰青銅在溶劑存在下和1，3-二烯或者芳基烯烴反應(yīng)，其中溫度維持在氨的沸點(diǎn)或以下。
在第一步中金屬鋰和氨的接觸可以通過將金屬鋰裝到氨中來進(jìn)行。更優(yōu)選地，通過將氨裝到金屬鋰中使金屬鋰和氨接觸。
優(yōu)選的1，3-二烯或者芳基烯烴是丁二烯、異戊二烯、1，3-戊二烯、二甲基丁二烯、己二烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯、萘或者蒽。
第一反應(yīng)步驟可以在沒有溶劑的條件下進(jìn)行。但是，在第一反應(yīng)步驟中也優(yōu)選在溶劑中進(jìn)行操作。優(yōu)選的溶劑包括無環(huán)或者環(huán)狀脂族烴、芳香烴、醚或其混合物。合適溶劑的例子包括戊烷、環(huán)戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、枯烯、乙基苯、1，2，3，4-四氫化萘、二乙醚、四氫呋喃(THF)、2-甲基-THF、四氫吡喃、二異丙醚、二丁醚、二烷、甲基·叔丁基醚或者乙二醇醚。
用于所述反應(yīng)的金屬鋰的尺寸和物理形式可以在寬范圍里變化。鋰可以以得自分散工藝的粉末形式、顆粒形式(有時(shí)稱作砂?；蛘呱⒘?，具體取決于尺寸)、或者大塊金屬形式使用，意味著可以是任何市售形式鋰的一部分。
無水氨的用量是1-10或以上當(dāng)量每摩爾當(dāng)量金屬鋰。優(yōu)選1-6當(dāng)量氨，最優(yōu)選4-5等量。盡管可以采用10或以上當(dāng)量的氨，但這對(duì)轉(zhuǎn)化和測(cè)定似乎并沒有明顯的好處，并會(huì)導(dǎo)致需要回收和循環(huán)利用的大量過量氨。
引入氨的方法并不重要。氨可以引入到反應(yīng)器中溶劑-鋰相的表面上方或者下方。將氨引入到溶劑-鋰相的下方，產(chǎn)生了對(duì)反應(yīng)混合物的有用攪拌。
優(yōu)選地，在兩個(gè)反應(yīng)步驟中溫度均保持在-33℃至-78℃，更優(yōu)選-35℃至-65℃。最優(yōu)選地，溫度保持在-40℃。
第一反應(yīng)步驟中，可以例如通過調(diào)整向鋰中加入氨的速率來控制反應(yīng)熱。
當(dāng)在第一反應(yīng)步驟中采用溶劑時(shí)，由鋰和氨反應(yīng)形成的鋰青銅浮在溶劑上，并可以任選地分離開以便純化。
第二反應(yīng)步驟中，可以例如通過調(diào)整向鋰青銅中裝入1，3-二烯或者芳基烯烴的速率來控制反應(yīng)熱。形成的氨基化鋰不溶解并比反應(yīng)溶液重。1，3-二烯或芳基烯烴氫化形成的副產(chǎn)物通常溶于反應(yīng)溶劑。
通常，每摩爾當(dāng)量鋰采用0.5當(dāng)量的1，3-二烯或者芳基烯烴。但是，對(duì)于具有多個(gè)烯鍵的某些芳基烯烴例如二乙烯基苯而言，通常要求0.25當(dāng)量的芳基烯烴。
過量的氨可以任選地以氣體形式排放，通常，過量的氨被循環(huán)利用或者回收。過量氨的排放優(yōu)選在-33℃至-78℃通過減壓蒸餾實(shí)施。
氨基化鋰組合物通常以溶劑漿料的形式隔離。有利的是，可以通過本發(fā)明第一方面的方法獲得的氨基化鋰組合物的活性得到改善，并可直接用于有機(jī)反應(yīng)中。例如，可通過本發(fā)明第一方面的方法獲得的氨基化鋰組合物在對(duì)醋酸叔丁酯進(jìn)行脫質(zhì)子化處理時(shí)，活性水平提高。通過觀察在用氨基化鋰處理等份醋酸叔丁酯后形成的烯醇化物自縮合產(chǎn)物的量，可以很容易比較氨基化鋰組合物(來自各種來源)對(duì)形成烯醇化物的活性。
可通過本發(fā)明第一方面的方法獲得的氨基化鋰組合物優(yōu)選包含氨基化鋰、氨并任選地包含一種或多種溶劑。
氨基化鋰組合物中的氨可以以游離氨的形式存在，或者可以是以和氨基化鋰締合的某種形式，例如以配合物形式存在。
任選的溶劑包括本發(fā)明第一方面中描述的那些溶劑，也包括通過1，3-二烯或者芳基烯烴的氫化形成的副產(chǎn)物。
優(yōu)選地，可通過本發(fā)明第一方面的方法形成的氨基化鋰組合物包含摩爾比大于1∶0.5的氨基化鋰∶氨(LiNH2∶NH3)，更優(yōu)選包含摩爾比大于1∶1的氨基化鋰∶氨(LiNH2∶NH3)。
通過下列實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說明。
實(shí)施例1鋰青銅的形成以及轉(zhuǎn)化成氨基化鋰(在THF中的4％重量/重量鋰，采用苯乙烯)1、用氬氣吹掃反應(yīng)容器(1L的套層容器)，以去除空氣并防止冷卻時(shí)出現(xiàn)冷凝。
2、冷卻到-65℃。
3、將所需的THF(60.90g)裝入容器。
4、用氬氣沖洗容器和裝料管線，以創(chuàng)建惰性氣氛。(注意由于鋰青銅和N2反應(yīng)，所以需要?dú)鍤?。
5、將鋰(4.0g)在幾分鐘內(nèi)逐步裝入容器。
6、打開閥門，用以將氨加入容器。
7、使所需的氨冷凝進(jìn)入容器，以完成鋰青銅(39g)的制備。(注意在反應(yīng)混合物上表面上形成青銅層。有明顯放熱。溫度不允許超過-33℃)。
8、一旦加氨完成后，停止供給氨。(溫度維持在-40℃)。
9、將10％的苯乙烯等分部分(3-33ml的99％苯乙烯)經(jīng)由注射泵以0.8ml/min裝入容器。(請(qǐng)注意放熱峰表明形成了氨基化鋰；這一放熱峰比由于NH3冷凝出現(xiàn)的放熱峰大)。
10、如果沒有檢測(cè)到放熱峰，則打開氨的進(jìn)料閥并進(jìn)一步冷凝氨，直到開始形成氨基化鋰為止(即，一般需要1-2g才能檢測(cè)到放熱峰)。
11、一旦開始形成氨基化鋰，則關(guān)閉所述對(duì)氨的進(jìn)料閥和主閥。
12、經(jīng)由注射泵以0.8ml/min向容器中進(jìn)一步裝入30.00ml的99％苯乙烯(請(qǐng)注意形成了灰色懸浮液。預(yù)計(jì)有明顯的放熱，并伴有溫度上升。添加速率由容器的傳熱性質(zhì)決定，以便保持溫度接近-40℃)。
實(shí)施例2鋰青銅的形成以及轉(zhuǎn)化成氨基化鋰(在己烷中的1％重量/重量鋰，采用二乙烯基苯)1、用氬氣吹掃反應(yīng)容器以防止在1L的套層容器中冷凝。
2、冷卻到-65℃。
3、將所需的己烷(171.8g)裝入容器。
4、用氬氣沖洗容器和裝料管線，以創(chuàng)建惰性氣氛。(注意由于鋰青銅和N2反應(yīng)，所以需要?dú)鍤?。
5、將鋰(2.0g)在幾分鐘內(nèi)逐步裝入容器。
6、打開閥門，用以將氨加入容器。
7、使所需的氨冷凝進(jìn)入容器，以完成鋰青銅(20g)的制備。(注意在反應(yīng)混合物上表面上形成青銅層。有明顯放熱。溫度不允許超過-33℃)。
8、一旦加氨完成后，停止供給氨。(溫度維持在-40℃)。
9、將10％的二乙烯基苯等分部分(1.27ml的80％二乙烯基苯)經(jīng)由注射泵以0.4ml/min裝入容器。(請(qǐng)注意放熱峰表明形成了氨基化鋰；這一放熱峰比由于NH3冷凝出現(xiàn)的放熱峰大。二乙烯基苯有兩個(gè)反應(yīng)鍵，所以和苯乙烯相比，需要一半的量)。
10、如果沒有檢測(cè)到放熱峰，則打開氨的進(jìn)料閥并進(jìn)一步冷凝氨，直到開始形成氨基化鋰為止(即，一般需要1-2g才能檢測(cè)到放熱峰)。
11、一旦開始形成氨基化鋰，則關(guān)閉所述對(duì)氨的進(jìn)料閥和主閥。
12、經(jīng)由注射泵以0.4ml/min向容器中進(jìn)一步裝入11.4ml的80％二乙烯基苯(請(qǐng)注意形成了白色懸浮液。預(yù)計(jì)有明顯的放熱，并伴有溫度上升。添加速率由容器的傳熱性質(zhì)決定，以便保持溫度接近-40℃)。
對(duì)比實(shí)施例1在己烷中采用苯乙烯形成鋰青銅并轉(zhuǎn)化成氨基化鋰(如EP 1238944所述)1、用氬氣吹掃反應(yīng)容器(1L的套層容器)以去除空氣并防止冷卻時(shí)出現(xiàn)冷凝。
2、確保反應(yīng)容器保持為20℃。
3、將己烷(153.2g)裝入容器。
4、用氬氣沖洗容器和裝料管線，以創(chuàng)建惰性氣氛。(注意由于鋰青銅和N2反應(yīng)，所以需要?dú)鍤?。
5、將鋰(4.0g，0.576mol)在幾分鐘內(nèi)逐步裝入容器。
6、打開閥門，用以將氨加入容器。
7、將氨鼓入容器，在三小時(shí)內(nèi)完成鋰青銅(40g，2.35mol，4.07當(dāng)量)的制備。(注意在反應(yīng)混合物上表面上形成青銅層。有明顯放熱)8、一旦加氨完成后，停止供給氨。
9、將苯乙烯等分部分(33.3ml的99％苯乙烯)經(jīng)由注射泵以0.28ml/min裝入容器。(請(qǐng)注意放熱峰表明形成了氨基化鋰；這一放熱峰比由于NH3冷凝出現(xiàn)的放熱峰大。形成了灰色懸浮液。預(yù)計(jì)有明顯的放熱，并伴有溫度上升。)。
氨基化鋰的活性測(cè)試——醋酸烷基酯烯醇化物的自縮合向氨基化鋰中加入醋酸烷基酯以形成烯醇化物的過程，能夠在混合時(shí)間內(nèi)有效完成。少量的未反應(yīng)醋酸烷基酯對(duì)所述自加成反應(yīng)(self-addition)起到催化作用，這是因?yàn)樗玫漠a(chǎn)物比初始烯醇化物的酸性強(qiáng)(參見方案)。因而，加熱到環(huán)境溫度時(shí)的所述自加成產(chǎn)物和游離TBA的比值表明了該烯醇化物的活性。
方案1醋酸烷基酯烯醇化物的自縮合方法將TBA(1.05當(dāng)量)加入到氨基化鋰漿料(1當(dāng)量)中。取1等份加入水中，用醋酸乙酯萃取并通過GCMS進(jìn)行分析。通過和已知標(biāo)準(zhǔn)以及記錄的峰面積比進(jìn)行比較，對(duì)化合物進(jìn)行鑒定。
A、氨基化鋰購自FisherTM。(在-40℃和20℃測(cè)試等份試樣)結(jié)果沒有檢測(cè)到TBAA。
B、氨基化鋰購自FisherTM。在添加TBA之前，將氨基化鋰懸浮在1當(dāng)量的液氨中。
結(jié)果沒有檢測(cè)到TBAA。
C、氨基化鋰來自對(duì)比實(shí)施例1。
結(jié)果沒有檢測(cè)到TBAA。
D、來自對(duì)比實(shí)施例1的氨基化鋰。在添加TBA之前，加入另外的氨(4當(dāng)量)，靜置1小時(shí)。
結(jié)果檢測(cè)出痕量的TBAA。
E、氨基化鋰來自實(shí)施例1。將1等份試樣保持在-40℃，加入TBA，立刻測(cè)試TBAA是否存在。
結(jié)果TBA∶TBAA是2.5∶1。
F、氨基化鋰來自實(shí)施例2。將1等份試樣保持在-40℃，加入TBA，立刻測(cè)試TBAA是否存在。
結(jié)果TBA∶TBAA是2.5∶1。
權(quán)利要求
1.制備氨基化鋰組合物的方法，其中在第一步驟中金屬鋰和氨接觸以形成鋰青銅，在第二步驟中在溶劑存在下所述鋰青銅和1，3-二烯或者芳基烯烴反應(yīng)，其中溫度保持在氨的沸點(diǎn)或以下。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述第一步驟中，通過將所述氨進(jìn)料到金屬鋰中實(shí)現(xiàn)所述金屬鋰和氨的接觸。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述1，3-二烯或者芳基烯烴是丁二烯、異戊二烯、1，3-戊二烯、二甲基丁二烯、己二烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯、萘或者蒽。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述1，3-二烯或芳基烯烴是苯乙烯、甲基苯乙烯或二乙烯基苯。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中所述溶劑是戊烷、環(huán)戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、枯烯、乙基苯、1，2，3，4-四氫化萘、二乙醚、四氫呋喃(THF)、2-甲基-THF、四氫吡喃、二異丙醚、二丁醚、二烷、甲基·叔丁基醚或者乙二醇醚。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中在所述第一步驟中，存在著4-5當(dāng)量的無水氨/摩爾當(dāng)量金屬鋰。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中兩個(gè)反應(yīng)步驟的溫度都保持在-33至-78℃，更優(yōu)選-35至-65℃，最優(yōu)選為-40℃。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中過量的氨在-33℃至-78℃通過減壓蒸餾排放，和其中所得氨基化鋰組合物包含摩爾比大于1∶0.5(LiNH2∶NH3)的氨基化鋰∶氨，更優(yōu)選包含摩爾比大于1∶1(LiNH2∶NH3)的氨基化鋰∶氨。
9.可通過權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法制備的氨基化鋰組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了制備氨基化鋰組合物的方法，其中在第一步驟中金屬鋰和氨接觸以形成鋰青銅，在第二步驟中在溶劑存在下所述鋰青銅和1，3－二烯或者芳基烯烴，比如丁二烯、異戊二烯、1，3－戊二烯、二甲基丁二烯、己二烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯、萘或者蒽發(fā)生反應(yīng)，和其中溫度保持在氨的沸點(diǎn)或以下。溶劑的例子包括戊烷、環(huán)戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、枯烯、乙基苯、1，2，3，4－四氫化萘、二乙醚、四氫呋喃(THF)、2－甲基－THF、四氫吡喃、二異丙醚、二丁醚、二噁烷、甲基·叔丁基醚或者乙二醇醚?？赏ㄟ^本方法制備的氨基化鋰組合物的活性提高，尤其在涉及形成烯醇化物的反應(yīng)中活性提高。
文檔編號(hào)C01B21/092GK1922105SQ200580005398
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者I·V·J·阿徹爾, N·A·哈米爾 申請(qǐng)人:艾夫西亞藥品有限公司