專(zhuān)利名稱：氰基亞氨基碳酸二甲酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈)的新方法。
通過(guò)在無(wú)水條件下由離析出來(lái)的亞氨基碳酸二乙酯和氨腈反應(yīng)制備氰基亞氨基碳酸二乙酯是已知的(Chem.Ber.1967，100，2604)。但是該方法的產(chǎn)率不能令人滿意，致使需要額外的后處理步驟。
此外還已知通過(guò)相應(yīng)的亞氨基碳酸酯和氨腈在含有水和不與水混溶的有機(jī)溶劑如甲苯的兩相體系中反應(yīng)制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(RP-A 0014064)。
此外還已知通過(guò)如下方法制備氰基亞氨基碳酸二甲酯，其中首先將氰化鈉在堿性條件下和甲醇反應(yīng)，隨后通入氯，并在中和反應(yīng)混合物和添加氨腈后，在添加二氯甲烷后從有機(jī)相中獲得所形成的經(jīng)取代的N-氰基亞氨基碳酸酯(DE-A 3225249)。
此外還已知獲得氰基亞氨基碳酸二甲酯的方法，其中首先由甲醇和氯化氰制備相應(yīng)的亞氨基碳酸酯和繼之以與一種酸一起添加到預(yù)先制備的氨腈溶液中(EP-B 0523619)。
上述方法具有以下缺點(diǎn)在它們的工藝過(guò)程中或者產(chǎn)生了危害健康的副產(chǎn)物、必須使用較大量的有機(jī)溶劑(例如甲苯)或者使用了在工業(yè)規(guī)模上難于處理的反應(yīng)劑(例如氯化氰)。
因此存在開(kāi)發(fā)出在工業(yè)規(guī)模上易于實(shí)現(xiàn)的以高產(chǎn)率和高純度提供DCC的方法的任務(wù)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，式(I)的氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈) 可通過(guò)下列步驟獲得，其中在第一步驟中使氰化鈉在氫氧化鈉水溶液中與甲醇和氯氣反應(yīng)，和在第二步驟中中和由此獲得的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯(二甲氧基甲酰亞氨)， 在第三步驟中將如此獲得的經(jīng)中和的式(II)亞氨基碳酸二甲酯加入到氨腈(氨基甲腈)的水溶液中，其中通過(guò)同時(shí)添加酸來(lái)保持pH值為中性。
為進(jìn)行后處理，在第四步驟中在萃取劑的存在下還原起氧化作用的副產(chǎn)物，在第五步驟中通過(guò)澄清除去不含產(chǎn)物的固體顆粒，和在第六步驟中通過(guò)萃取和蒸餾濃縮式(I)的DCC。
令人驚異的是，按照本發(fā)明的方法可以以簡(jiǎn)單的方式以高純度獲得DCC。此外令人驚奇的是，經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯在所選擇的反應(yīng)條件下具有足夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，使得其可以無(wú)產(chǎn)率損失地用于后續(xù)反應(yīng)中。
除此以外，本發(fā)明的反應(yīng)還具有改善的環(huán)境友好特性和反應(yīng)器安全性的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)闊o(wú)需較大量使用損害健康的反應(yīng)劑或者工作介質(zhì)。
原料氰化鈉、氫氧化鈉水溶液、甲醇、氯氣、氨腈和亞硫酸氫鈉是已知的化學(xué)品。
為了在第二步驟中中和亞氨基碳酸二甲酯和在第三步驟中將pH值保持為中性，使用適用于這些目的的酸，特別是鹽酸。
在本發(fā)明方法的工藝過(guò)程的反應(yīng)溫度可以在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。第一步驟通常在溫度為-50℃-0℃，優(yōu)選-25℃-0℃，尤其優(yōu)選在-5℃進(jìn)行。第二步驟通常在溫度為-20℃-0℃，優(yōu)選-10℃-0℃，尤其優(yōu)選在-5℃進(jìn)行。第三步驟通常在溫度為-20℃-+30℃，優(yōu)選-5℃-+20℃下進(jìn)行。
本發(fā)明方法的第一步驟的工藝過(guò)程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.8-1.5mol，優(yōu)選0.9-1.3mol、尤其優(yōu)選1.0-1.2mol氫氧化鈉和2-10mol，優(yōu)選2-5mol、尤其優(yōu)選3-4mol甲醇以及0.8-0.97mol、優(yōu)選0.85-0.95mol、尤其優(yōu)先0.90-0.95mol氯。
為了使所形成的不希望的副產(chǎn)物最小化，氯優(yōu)選以略微欠量使用。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，與通入氯相比，使氯在上方通入獲得了更高且更穩(wěn)定的產(chǎn)率。
本發(fā)明范圍內(nèi)“在上方通入”應(yīng)理解為將氯導(dǎo)入液態(tài)反應(yīng)混合物上方的氣體空間，而“通入”是指將氯通入位于液體表面以下的導(dǎo)管末端。也就是說(shuō)在上方通入避免了氣體導(dǎo)入裝置的濃度峰值。氣體(在此為氯氣)的吸收在反應(yīng)混合物的液體表面上方進(jìn)行。
第一步驟的反應(yīng)時(shí)間不是決定性的并可以為幾分鐘到幾個(gè)鐘頭。取決于批量大小和熱散逸，在上方通入氯氣的時(shí)間為1小時(shí)-20小時(shí)，通常為5小時(shí)-10小時(shí)。
本發(fā)明方法的第二步驟的工藝過(guò)程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.5-1.5mol，優(yōu)選0.6-0.9mol鹽酸。不過(guò)也可以選擇其他的用量比率。
當(dāng)反應(yīng)混合物的pH值達(dá)到pH 6.5-pH 7.5、優(yōu)選pH 6.8-pH 7.2的范圍時(shí)，本發(fā)明方法的第二步驟的工藝過(guò)程的中和完成。
第二步驟中亞氨基碳酸二甲酯的中和優(yōu)選在最大不超過(guò)30分鐘的時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行。
連續(xù)操作方式是有利的，因?yàn)橛纱私?jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯保持足夠穩(wěn)定，使得可以無(wú)產(chǎn)率損失地用于后續(xù)反應(yīng)。間歇式的操作方式原則上也是可行的，但是必然將比連續(xù)操作方式具有較低的產(chǎn)率。
連續(xù)中和在具有循環(huán)體積流和由回路中導(dǎo)出的體積流之間的合適循環(huán)比率的環(huán)管反應(yīng)器中進(jìn)行，以便散除回路中優(yōu)選時(shí)間時(shí)的高中和熱。將鹽酸連續(xù)計(jì)量添加到循環(huán)中可被調(diào)節(jié)，使得整個(gè)中和過(guò)程可以保持在所需的pH值范圍。
本發(fā)明方法的第三步驟的工藝過(guò)程中，通常向每摩爾氰化鈉添加0.6-2.0mol、優(yōu)選0.7-0.9mol氨腈。
在第二步驟中經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯在20-120分鐘內(nèi)、優(yōu)選30-90分鐘內(nèi)計(jì)量添加到氨腈溶液中。
在連續(xù)中和的情況下，在上述時(shí)間段中由中和步驟直接將經(jīng)中和的亞氨基碳酸二甲酯無(wú)需緩沖而計(jì)量加入到氨腈中。
在中和的亞氨基碳酸二甲酯計(jì)量加入到氨腈的過(guò)程中，通過(guò)加入額外的鹽酸保持pH值為中性，優(yōu)選保持在pH 6.5-pH 7.5的范圍，尤其優(yōu)選保持在pH 6.8-pH 7.2的范圍，更尤其優(yōu)選保持pH為7。
本發(fā)明的方法通常在常壓下進(jìn)行。也可以視需要在高壓或者低壓下進(jìn)行。
以下描述后處理工藝(根據(jù)本發(fā)明方法的第四至第六步驟)。
本發(fā)明方法的第四步驟的工藝過(guò)程可以使用所有適合這種反應(yīng)的不與水混溶的有機(jī)溶劑作為萃取劑。對(duì)此優(yōu)選包括芳烴例如苯、甲苯、乙苯、二甲苯或者萘烷；鹵代烴例如氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷或者三氯乙烷。尤其優(yōu)選使用甲苯。此外在第六步驟中也可以使用同樣的萃取劑。
為了在第四步驟中還原有氧化作用的副產(chǎn)物，添加了適合該目的的還原劑，優(yōu)選添加亞硫酸氫鈉。
在后處理中，通常要使得在第三步驟結(jié)束后獲得的DCC懸浮液首先與甲苯混合，然后用亞硫酸氫鈉還原具有氧化作用的副產(chǎn)物，并進(jìn)行澄清以脫除不含產(chǎn)物的固體顆粒。接著進(jìn)行相分離，徹底再萃取水相，并將合并的甲苯相蒸餾以干燥和脫除痕量的氫氰酸。所得到的DCC在甲苯中的溶液優(yōu)選以10％-15％的含量可以直接用于下一步驟，例如活性化合物的合成中(參見(jiàn)下文)。
由于DCC的水解不穩(wěn)定性，上述后處理連續(xù)進(jìn)行以避免產(chǎn)物分解。間歇式后處理也是可行的，但是會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率損失。
按照本發(fā)明方法獲得的DCC是一種已知的用于取代的氰基胍化合物的合成單元，該氰基胍化合物通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為具有殺蟲(chóng)作用的化合物(參見(jiàn)例如EP-A 0235725)。
制備實(shí)施例氰化鈉(95％，169.1g，3.28mol)在635ml水中冷卻到-5℃。然后滴加入氫氧化鈉水溶液(45％，320.0g，3.6mol)和372g甲醇(11.6mol)，隨后在-5℃下10小時(shí)內(nèi)在上方通入氯氣(222.0g，3.13mol)。在-20℃下繼續(xù)攪拌16小時(shí)，然后在約30分鐘內(nèi)用鹽酸(20％)中和直到pH值達(dá)到7.0(380ml，2.3mol鹽酸)。
懸浮液在-5℃在約30分鐘內(nèi)計(jì)量添加到由氨腈(110.0g，2.62mol)和水(233g)組成的溶液中，pH值用鹽酸(20％)保持在pH值為7。隨后在1小時(shí)內(nèi)使溫度升高到+15℃并在此溫度下繼續(xù)攪拌1小時(shí)。在全部再次攪拌時(shí)間內(nèi)將pH值用鹽酸(20％)保持在pH為7。在計(jì)量添加和再次攪拌過(guò)程中所需的鹽酸量(20％溶液)約為150ml。
為了進(jìn)行后處理，向懸浮液中添加甲苯(660g)、Celite 545(6g)和亞硫酸氫鈉(80.4g，39％)。在室溫下攪拌30分鐘，過(guò)濾掉固體，分離各相并用甲苯(每次430g)再萃取水相兩次。隨后對(duì)合并的有機(jī)萃取液通過(guò)蒸餾進(jìn)行干燥并脫除痕量的氫氰酸。
獲得了1646g(13.6％，理論值的75％)的亞氨基碳酸二甲酯(DCC)。
權(quán)利要求
1.用于制備式(I)的氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3-二甲氧基-2-氮雜-2-丙烯腈)的方法， 其特征在于，在第一步驟中使氰化鈉在氫氧化鈉水溶液中與甲醇和氯氣反應(yīng)，和在第二步驟中中和如此獲得的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯(二甲氧基甲酰亞氨基)， 在第三步驟中將如此獲得的經(jīng)中和的式(II)的亞氨基碳酸二甲酯通入氨腈(氨基甲腈)水溶液中，其中通過(guò)同時(shí)添加酸來(lái)保持pH值為中性。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在第四步驟中在萃取劑的存在下還原起氧化作用的副產(chǎn)物，在第五步驟中通過(guò)澄清除去不含產(chǎn)物的固體顆粒，和在第六步驟中通過(guò)萃取和蒸餾濃縮權(quán)利要求1的式(I)的DCC。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在第一步驟中在上方通入氯氣。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，中和和/或后處理連續(xù)地進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，使用鹽酸來(lái)進(jìn)行中和。
6.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，氯氣在上方通入且中和和/或后處理連續(xù)地進(jìn)行。
7.權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在第四步驟中使用亞硫酸氫鈉進(jìn)行還原。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備氰基亞氨基碳酸二甲酯(DCC，3，3－二甲氧基－2－氮雜－2－丙烯腈)的新方法。
文檔編號(hào)C07C261/00GK1787992SQ200480012855
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者H·魏因特里特, M·鮑爾, A·海恩 申請(qǐng)人:拜爾農(nóng)作物科學(xué)股份公司