由氨基酸与羧酸酐反应水法制备酰氨基羧酸的方法 发明领域
本发明涉及在水中制备酰氨基羧酸的方法。该方法包括四个步骤。步骤(A)包括在150℃-300℃的温度下水解内酰胺生成含氨基酸的混合物；步骤(B)包括冷却步骤(A)生成的反应混合物至温度25℃-100℃；步骤(C)包括羧酸酐与步骤(A)生成的氨基酸反应生成含有机层和水层的反应混合物，该有机层含有酰氨基羧酸；步骤(D)包括将含酰氨基羧酸的有机层与水层分离。水的存在有助于通过相分离进行产物分离和反应物的循环。酰氨基羧酸用于制备洗涤剂的漂白活化剂。
发明背景
酰氨基羧酸是用于制备许多商业用化学药品的工业化学中间产品。酰氨基羧酸是通过内酰胺与羧酸反应来制备。酰氨基羧酸也可通过羧酸、羧酸氯、羧酸酐或羧酸酯与氨基羧酸反应制备，该氨基羧酸是通过内酰胺水解制备的。这些制备酰氨基羧酸的方法被称作酰胺化反应。
众所周知，在水解促进剂，如盐酸存在下通过水解将内酰胺转化成相应的氨基羧酸。然而，不能直接得到纯的氨基酸。在用盐酸作为促进剂的情况下，得到氨基酸盐酸化物，但游离羧酸的分离是不容易的，并且是昂贵的。
US2453234公开了一种用每摩尔内酰胺至少10摩尔的水水解内酰胺来制备氨基羧酸地方法。GB648889公开了一种在每摩尔内酰胺用多于20摩尔水的存在下，通过加热脂族或环脂族内酰胺来制备氨基羧酸的方法。US2956068公开了一种在催化量的水存在下，通过内酰胺与游离羧酸反应来制备酰氨基羧酸的方法。反应产物以固体结晶状物的形式得到，然后将其悬浮于水中并中和。
可是，本发明人意外地发现了一种在水中由内酰胺和羧酸酐制备酰氨基羧酸的方法。意想不到的是酰氨基羧酸可在水存在下通过羧酸酐与氨基酸反应而生成。此外，意想不到的是在氨基酸与羧酸酐反应中，氨基酸的内酰胺前体不与羧酸酐反应。由该方法得到的酰氨基羧酸基本上含有一个氨基酸分子和一个羧酸分子，并且基本上无不需要的副产物。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种制备酰氨基羧酸的方法。
本发明的另一个目的是提供一个在水中制备酰氨基羧酸的方法。
这些和其他目的可通过本发明的一种在水中制备酰氨基羧酸的方法来实现，该方法包括步骤：
(A)在150℃-300℃的温度下使含有下述(1)和(2)的混合物反应2-10小时，生成含氨基酸的反应混合物：
(1)每分子含至少3个碳原子的内酰胺；和
(2)每摩尔内酰胺10-50摩尔的水；
(B)冷却步骤(A)生成的反应混合物至25℃-100℃；
(C)在25℃-100℃的温度下使
(3)1-10摩尔含6-26个碳原子的羧酸酐与步骤(A)生成的氨基酸反应5分钟至1小时，生成含有机层和水层的反应混合物，该有机层含有酰氨基羧酸；和
(D)将含酰氨基羧酸的有机层与水层分离。
发明的叙述
本发明方法包括四个步骤。在第一步骤，步骤(A)中，在一反应器中在150℃-300℃的温度下将水与内酰胺混合2-10小时。反应器必须能被加热并必须具有反应压力，优选的反应器是高压釜。步骤(A)中的反应包括内酰胺水解生成氨基酸。
组分(1)内酰胺，其每分子含有至少3个碳原子。适合的内酰胺单体每分子含有至少3个碳原子，优选每分子含4-7个碳原子。适合的内酰胺单体包括丁内酰胺、戊内酰胺、ε-己内酰胺、β-丙内酰胺、δ-戊内酰胺和类似的内酰胺。这些内酰胺可在氮原子上被含有例如1-3个碳原子的低级烃基取代，例如，可使用甲基己内酰胺。ε-己内酰胺及其取代的衍生物是优选的内酰胺单体。
组分(2)是水，包括自来水和蒸馏水。优选蒸馏水，因为自来水可能含有金属盐，其与羧酸结合可形成表面活性剂，从而抑制产物的分离。水以每摩尔内酰胺10-50摩尔，优选20-40摩尔的量存在，最优选的是，水以每摩尔内酰胺30-35摩尔的量存在。水的量不足会导致内酰胺水解成氨基酸的反应不够。虽然对水的量没有严格的限制，但使用多于50％摩尔的水会出现少的有机相与水相更难分离的现象，并且从回收纯的所需产物的角度来看，这样做将使该方法增加不必要的花费。
步骤(A)的反应可在宽的温度范围内进行，但在温度低于150℃时内酰胺单体水解的反应速度是很慢的。另一方面，通常不希望温度超过300℃，因为内酰胺会发生聚合反应。另外，在这样的高温度下需要更高的操作压力以保持水。因此，在150-300℃之间的温度是令人满意的，在基本上无氧存在下200-250℃的温度是特别合乎需要的。反应时间通常为2-10小时，优选4-8小时。
步骤(A)的反应产物是氨基酸，该氨基酸具有通式NH2(CRR′)nCOOH，其特征在于碱性氨基(NH2)和酸性羧基(COOH)。通式中的字母n为1-26，优选1-10。R和R，基团独立地选自氢、未取代的或取代的直链或支链C1-C20烷基、未取代的或取代的C3-C8环烷基、C3-C8链烯基、C3-C8炔基和C6-C14芳基。
上述未取代的或取代的C3-C8环烷基是指在环中含3-8个碳原子，优选5或6个碳原子的环脂族烃基，和被1或2个C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、羟基或C1-C4链烷醇氧基取代的这些环烷基。
C3-C8链烯基和C3-C8炔基分别代表在链中含有3-8个碳原子并含有碳-碳双键或碳-碳三键的直链或支链烃基。
术语“芳基”用于包括含有多达14个碳原子的碳环芳基，例如，苯基、萘基和被一个和两个选自下列的取代基取代的那些基团，这些取代基是：C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、C1-C4烷氧羰基、C1-C4链烷醇氧基、C1-C4链烷醇氨基、卤素、氰基、C1-C4烷基磺酰基、C1-C4亚烷基-(OH)n、O-C1-C4亚烷基-(OH)n、-S-C1-C4亚烷基-(OH)n、-SO2-C1-C4亚烷基-(OH)n、-CO2-C1-C4亚烷基-(OH)n、SO2N(R17)C1-C4亚烷基-(OH)n、-SO2N(C1-C4亚烷基-OH)2、-CON(R17)C1-C4亚烷基-(OH)n、-CON(C1-C4亚烷基-OH)2、-N(SO2C1-C4-烷基)亚烷基-(OH)n或-N(SO2苯基)-C1-C4亚烷基-(OH)n；其中n是1或2。
术语“芳基”还用于包括杂环芳基，例如含有1个氧原子、和/或1个硫原子、和/或多达3个氮原子的5或6元杂环芳环，该杂环芳环任意地稠合到1或2个苯环或另一个5或6元杂芳环上。这些环系的例子包括：噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、噻唑基、异噻唑基、噁唑基、异噁唑基、三唑基、噻二唑基、噁二唑基、四唑基、噻三唑基、噁三唑基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、噻嗪基、噁嗪基、三嗪基、噻二嗪基、噁二嗪基、二噻嗪基、二噁嗪基、噁噻嗪基、四嗪基、噻三嗪基、噁三嗪基、二噻二嗪基、咪唑啉基、二氢嘧啶基、四氢嘧啶基、四唑并-[1，5-b]哒嗪基、嘌呤基、苯并噁唑基、苯并噻唑基、苯并咪唑基、吲哚基等以及被1或2个在上述对术语“芳基”定义中所列的取代基取代的那些环。
另外，术语“芳基”包括亚芳基。术语“亚芳基”用于代表含多达14个碳原子的二价碳环芳基烃部分，例如，邻-、间-和对-亚苯基，和被1或2个选自C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素基团取代的那些亚芳基。
在第二步骤，步骤(B)中，将步骤(A)生成的反应混合物冷却至25℃-100℃。在间歇法中，步骤(B)可在步骤(A)的同一容器中进行，或者使用间歇法或连续法，步骤(B)可在分开的容器中进行。可用现有技术中已知的方法，如用水、冰或使用冷却套管的外冷却来进行冷却。
在第三步骤，步骤(C)中，组分(3)羧酸酐与步骤(A)生成的氨基酸反应生成含有含酰氨基羧酸的有机层和水层的反应混合物。组分(3)是含有6-26个碳原子，优选8-20个碳原子，最优选8-10个碳原子的羧酸酐。羧酸酐可含有多于一个羧酸基。羧酸酐的例子是：辛酸酐、壬酸酐、癸酸酐、十一烷酸酐、月桂酸酐、棕榈酸酐、硬脂酸酐、油酸酐、亚油酸酐、山嵛酸酐、对苯二酸酐、苯二甲酸酐、异苯二甲酸酐、萘-2，6-二羧酸酐、环己烷二羧酸酐、环己烷二乙酸酐、二苯基-4，4，-二羧酸酐、琥珀酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、壬二酸酐、癸二酸酐等。优选的羧酸酐是癸酸酐和辛酸酐。羧酸酐以每摩尔内酰胺1-10摩尔，优选1-5摩尔的量存在，最优选的是，羧酸酐以每摩尔内酰胺1-2摩尔的量存在。羧酸酐的量不足会导致其与氨基酸的不完全反应。虽然对羧酸酐的量没有严格的限制，但在实践中人们使用的羧酸酐的量将不高于其与所有存在的氨基酸反应所必须的量，因为从通过水解消耗羧酸酐生成了羧酸而不是所需产物的角度来看，这样做将使该方法增加不必要的花费。最优选的是，水、羧酸酐和内酰胺的摩尔比依次为33∶1.5∶1。
步骤(C)的反应可在宽的温度范围内进行，但在温度低于25℃时氨基酸与羧酸酐的反应速度是慢的。另一方面，通常不希望温度超过100℃，因为这将需要更高的操作压力以保持水在反应介质中。因此，在基本上无氧存在下60-80℃的温度是特别合乎需要的。然而，重要的是应注意，反应必须在高于羧酸酐熔点的温度下进行。反应时间通常为5分钟-1小时，优选15-30分钟。
第四步骤，步骤(D)，包括含有羧酸和酰氨基羧酸产物的有机相与含有氨基酸和水的水相的分离。在间歇法中，步骤(D)可在步骤(A)-(D)的同一容器中进行，或者使用间歇法或连续法，步骤(D)可在分开的容器中进行。可用现有技术中已知的方法，如倾析法进行分离步骤。保留在有机相中的羧酸和未反应的内酰胺通过蒸馏或结晶法可容易地与酰氨基羧酸分离，并与水相一起循环。
可将酸催化剂任意地加入到该方法中以提高羧酸酐与氨基酸的反应速度。适合的催化剂包括羧酸如乙酸或无机酸如硫酸。加入很少量的催化剂就足够了，例如，以反应混合物中反应物的重量计加入0.001％-1％。
通过下列实施例将进一步说明本发明的方法，这些实施例是本发明的典型例子。
实施例1
在装有加热罩、搅拌棒和温度计的250毫升的圆底烧瓶中混合下列组分：200克由1443克己内酰胺水解生成的水解产物、7800克水和160克乙酸(相当于10克(0.076摩尔)6-氨基己酸)。搅拌混合物并加热至65℃，同时将1.0当量的癸酸酐加入到烧瓶中。搅拌乳化生成的两相体系。20分钟后完成反应，冷却反应混合物。停止搅拌时产生相分离，将水层与有机层分离。
用液-液相分离法分离出有机层中的产物。未反应的己内酰胺和6-氨基己酸、反应中间产物主要保留在水层中。有机层和水层中化合物的组成和量列于表I和表II中。
实施例2
用辛酸酐/癸酸酐混合物替代实施例1的癸酸酐。反应条件在实施例1中给出。
表I
实施例1中的有机层组成
有机层的克数 47.8克
己内酰胺 6.6克
癸酸 27.5克
氨基己酸 0.8克
酰基己内酰胺 ND
酰氨基己酸 11.0克
二酰氨基己酸 1.9克
*ND表示未检出
有机相的分析表明，生成了癸酰氨基己酸和二酰氨基酸以及不可检出量的不需要的副产物酰基己内酰胺，正如所预料的那样，如果己内酰胺与癸酸酐反应将生成这些产物。大多数未反应的己内酰胺和6-氨基己酸存在于水相中并循环到反应器。
表II
实施例1的水层组成
水层的克数 171.2克
水 153.6克
己内酰胺 12.2克
癸酸 ND
氨基己酸 4.7克
酰基己内酰胺 ND
酰氨基己酸 ND
二酰氨基己酸 ND
*ND表示未检出
根据上面的详细描述本领域的熟练技术人员对本发明可提出许多修改，但所有这些修改都在附加的权利要求的详尽指定的范围内。