制备酰胺化合物的方法

专利名称：制备酰胺化合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备酰胺化合物例如，内酰胺的方法，其用作药物、农药、染料和聚酰胺的起始原料。
背景技术：
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常见的用于制备酰胺化合物的工业方法包括由相应的酮和羟胺制备肟化合物和然后进行厢化合物的贝克曼(Beckmann)重排,例如,一种工业上有用的ε -己内酰胺,其通过环己酮肟的贝克曼重排制得。重排通常使用浓硫酸和发烟硫酸进行，因为需要使用化学计量的或更高量的这些强酸，这会在中和过程产生远大于产物ε -己内酰胺的量的作为副产物的盐，例如硫酸铵盐。换句话说，所述方法因此需要许多设备和大量起始原料以及用于制备例如硫酸的大量辅助原料和处理诸如硫酸铵的副产物的能量。相反的，使用催化剂的液相贝克曼重排反应无需辅助原料并产生较少的副产物，因此，有望用于实际应用。液相贝克曼重排中的催化剂已被广泛研究。例如，公开于专利文献No. I中的一种包含芳环化合物可被使用，其(i)含有至少一个含有离去基的碳原子作为芳香环成员以及(ii)含有至少三个具有吸电子基的杂原子和/或碳原子作为芳香环成员，其中(iii)具有吸电子基的其中两个杂原子和/或碳原子在含有离去基的碳原子邻位或对位的位置。实际使用的贝克曼重排的催化剂例子包括三氯三嗪(也被称为氰脲酰氯、2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪，缩写为"TCT")和六氯磷腈(专利文献No. 13)。专利文件No. 2描述了贝克曼重排反应可使用专利文件No. I中公开的催化剂在非极性溶剂中进行。专利文件No. 3和No. 4描述了使用专利文件No. I中公开的催化剂的类似化合物进行肟化合物的贝克曼重排反应的方法。专利文件No. 5和No. 6公开了使用例如亚硫酰氯的酰基氯作为催化剂的肟化合物的贝克曼重排反应。专利文献Nos. 7和8公开了通过使用专利文献No. I公开的催化剂进行贝克曼重排制备酰胺化合物的具体方法，但未具体描述溶剂等的回收。内酰胺主要用作纱线、纤维、薄膜等的聚合物或共聚物，而且在某些情况下的必须具有满足严格的标准值的纯度。典型标准值的示例包括这些基于吸光度的，例如透光率差异(LT.diff，后续详述)，UV值(在宽度为I Cm的室中测定50 %重量的内酰胺溶液的UV吸光度(波长为290nm)，以及PAN值(ISO标准8660)。作为改进这些标准值中UV值和PAN值的方法，许多技术已被公开,包括对内酰胺产物的蒸馏，溶剂洗涤，结晶/重结晶，酸处理，碱处理，氧化，氢化等。例如，专利文献No. 14描述了 PAN值可通过在镍催化剂上氢化己内酰胺然后通过蒸馏进行纯化时，阻止镍催化剂进入再沸器进行改进。专利文献No. 15公开了以环十二酮为起始原料中的杂质对所要获得的化合物十二内酰胺的透光率差异的影响。已知用于获得较低UV值的方法是在催化剂的存在下氢化内酰胺。例如，专利文献No. 9公开了通过在悬浮的氢化催化剂的存在下，氢化使用贝克曼重排反应制得的己内酰胺。进一步的，专利文献No. 10和11公开了使用活性炭和离子交换树脂处理己内酰胺后氢化己内酰胺的方法。专利文献No. 12公开了在氢化催化剂的存在下氢化由环化水解氨基腈制得的内酰胺的方法。上述技术文件涉及对使用诸如硫酸的强酸通过肟的贝克曼重排制备内酰胺的标准值的改进。它们均未公开用于提高内酰胺的上述标准值的纯化方法，所述内酰胺通过不会产生大量作为贝克曼重排反应的副产物的硫酸铵制造过程制得。并且，上述技术文件显示了处理方法和UV值，PAN值等之间的关系，但未明确导致标准值变劣的物质，或未显示出成因物质(causativesubstances)的浓度和标准值之间的关系。另一方面，上述标准值仅在以下情况下是有效的，即当酰胺化合物中的杂质显示为具有UV吸收或与高锰酸钾反应，而这不能有助于检测其他杂质。出现的内酰胺不是所需的内酰胺并且酰胺化合物不是所需的，因为它们可能会抑制聚合并降低聚合物的物理性能。然而，当其是杂质时，内酰胺和/或酰胺化合物具有不同于产物内酰胺的结构，但上述标准值并不是总是改变，因此有必要建立一种用于检测和分析这些杂质的方法以及用于减少这些杂质的措施。 现有技术文献专利文献专利文献No. I :日本特开专利公开号No. 2006-219470。专利文献No. 2 :国际公开 No. TO 07/125002。专利文献No. 3 :日本特开专利公开号No. 2008-156277。专利文献No. 4 :日本特开专利公开号No. 2008-162935。专利文献No. 5 :日本特开专利公开号No. 1976-041376。专利文献No. 6 :日本审查专利公开号No. 1977-012198。专利文献No. 7 :国际公开 No. WO 08/096873。专利文献No. 8 :国际公开 No. TO 09/069522。专利文献No. 9 :德国专利No. I, 253，716。专利文献No. 10 :德国专利 No. I, 004，616。专利文献No. 11 :东德专利No. 75083。专利文献No. 12 :美国专利 No. 5，496，941。专利文献No. 13 :日本特开专利公开号No. 2009-298706。专利文献No. 14 :日本特开专利公开号No. 2006-528649。专利文献No. 15 :日本特开专利公开号No. 2004-099585。

发明内容
发明要解决的技术问题本发明的目的之一是提供一种通过对肟的贝克曼重排制备酰胺化合物的方法，其中制备得到了高质量的酰胺化合物而没有产生大量的副产物，例如硫酸铵。解决技术问题的手段本发明涉及以下内容。
[I] 一种制备酰胺化合物的方法，包括在有机溶剂的存在下，酮和羟胺反应得到肟(下文中，称之为肟形成步骤)，使用贝克曼重排催化剂对所述肟进行贝克曼重排以得到酰胺化合物(下文中，称之为重排步骤)，和分离所制备的酰胺化合物和所述溶剂，并回收所分离的溶剂至所述肟形成步骤(下文中，称之为溶剂回收步骤)；其中在所述溶剂回收步骤中回收的并回收至所述肟形成步骤中的溶剂中的卤化物、醛类化合物、醇类化合物和腈类化合物的每个的量控制在O. 4mol%或更少，基于作为起始原料的酮。[2]如[I]中所述制备酰胺化合物的方法，其中肟形成步骤中反应溶液中醛肟化合物和偕胺肟化合物每个的量控制在O. 4mol%或更少，基于肟。
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[3]如[I]中所述制备酰胺化合物的方法，其中贝克曼重排催化剂包含卤素原子。[4]如[I]中所述制备酰胺化合物的方法，其中有机溶剂是芳香烃。[5]如[I]中所述制备酰胺化合物的方法，其中酮是环十二酮。[6]内酰胺,包括以重量计15ppm或更少的含双键杂质。[7]如[6]中所述制备内酰胺的方法，包括环酮和羟胺反应以得到式⑴表示的肟
(CH^T^NOH ⑴
W其中m表示等于或大于3的整数；以及使用贝克曼重排催化剂对肟进行贝克曼重排以得到内酰胺；其中所述重排催化剂为具有以下基团的化合物-Z-X (2)其中Z表示P、N、S、B或Si原子，X表示卤素原子，并且Z除了连接X之外还连接至一个或两个或更多个原子或基团，或符合所有以下条件(i)至(iii)的含芳环化合物；和通过氢化和/或结晶纯化一种或多种选自环酮，肟和内酰胺基团的化合物；(i)所述含芳环化合物含有至少一个含有卤素原子作为离去基的碳原子作为芳香环成员，(ii)所述含芳环化合物含有至少三个具有吸电子基的杂原子和/或碳原子作为芳香环成员，和(iii)具有吸电子基的杂原子和/或碳原子中的两个在含有卤素原子作为离去基的碳原子的邻位或对位的位置。[8]如[7]中所述的制备内酰胺的方法，其中环酮通过氢化纯化。[9]如[7]或[8]中所述的制备内酰胺的方法，其中肟通过结晶纯化。[10]如[7]至[9]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中肟通过氢化纯化。
[11]如[7]至[10]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中通过肟的贝克曼重排制备的内酰胺通过氢化纯化。[12]如[7]至[11]任一中所述的制备内酰胺的方法，其中所述内酰胺是十二内酰胺。[13]内酰胺，包含具有环状桥结构的以重量计为50ppm或更少的杂质。[14]如[13]所述的内酰胺，其中具有环状桥结构的杂质是具有双环和/或三环环状结构的内酰胺。[15] 一种通过环烷酮肟的贝克曼重排制备内酰胺的方法，其中贝克曼重排反应溶液中含有的具有环状桥结构的杂质以重量计为300ppm或更少，基于作为所需产物的内酰 胺。[16]如[15]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述具有环状桥结构的杂质是具有双环和/或三环环状结构的酰胺化合物。[17]如[15]或[16]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮肟通过环烷酮与羟胺反应制备。[18]如[17]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮通过丁二烯加成反应制备。[19]如[17]或[18]中所述的制备内酰胺的方法，其中含在所述环烷酮中的具有环状桥结构的酮以重量计为500ppm或更少。[20]如[19]中所述的制备内酰胺的方法，其中所述具有环状桥结构的酮是具有双环环状结构的酮和/或具有三环环状结构的酮。[21]如[17]至[20]任一中所述制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮是具有8至20个碳原子的环烷酮，其通过重结晶纯化。[22]如[15]至[21]任一中所述制备内酰胺的方法，其中所述内酰胺是十二内酰胺。发明的效果根据本发明，通过从溶剂中除去导致贝克曼重排催化剂活性降低的副产物和其前体，可使用少量催化剂制备出高产率的酰胺化合物。并且，根据本发明，具有高纯度的高质量酰胺化合物可通过简便方法获得。
具体实施例方式本发明的贡献在于确定了导致贝克曼重排催化剂活性降低的杂质，导致透光率差异增加的杂质以及导致酰胺化合物聚合率降低的杂质，并发现了可除去这些杂质的方法。本发明涉及一种制备高质量酰胺化合物特别是内酰胺的方法，尤其是根据以下一至三方面。本发明的第一个方面涉及一种用于确定和除去导致贝克曼重排反应转化率降低的杂质。本发明的第二个方面涉及一种用于确定和除去具有双键的杂质，所述杂质作为导致酰胺化合物的透光率差异增加的物质。本发明的第三个方面涉及一种用于除去具有环状桥结构的杂质的方法。
首先，将描述在每个方面中的杂质的特征以及除去它们的方法。关于第一至第三方面有共性的内容将在之后描述。抑制贝克曼重排反应的杂质本发明的第一个方面涉及提供一种用于确定和除去导致贝克曼重排反应转化率降低的杂质。酰胺化合物通过以下制备方法制得，包括(I)用于制备相应的肟的"肟形成步骤"；和(2)使用贝克曼重排催化剂对所述肟进行贝克曼重排以得到酰胺化合物的"重排步骤"。在此，优选进一步进行"溶剂回收步骤"以在贝克曼重排反应后将反应溶液分离为酰胺化合物和溶剂，并将后者回收至肟形成步骤。

我们研究了，重排步骤中用于贝克曼重排反应的反应溶液中的杂质对反应的影 响。结果我们发现醛肟、偕胺肟和醇抑制了贝克曼重排反应(参见实施例A)。当溶剂在贝克曼重排反应后通过溶剂回收步骤回收时，优选避免溶剂中抑制贝克曼重排反应的物质的累积以及避免回收溶剂被这些物质污染。据认为，用于贝克曼重排反应的反应溶液中含有醛肟、偕胺肟和醇是由于以下原因。已知醒I亏和偕胺I亏可分别地通过轻胺与醒和腈反应形成(Kyoritsu ShuppanCo.,Ltd.， " Chemical Dictionary (Kagaku Daiziten)"，缩印本，第 34 期，第 I 卷，6 月 I日，1993, p. 244和p. 418)。已知腈通过醒I亏的脱水反应形成(KyoritsuShuppan Co.,Ltd.," Chemical Dictionary",缩印本，第 34 期，第 2 卷，6 月 I 日，1993, ρ· 99 至 ρ· 100)以及醒通过R-CHCl2 的水解形成(Kyoritsu ShuppanCo. , Ltd. , " Chemical Dictionary"，缩印本，第 34 期，第 I 卷,6 月 I 日，1993, p. 412)。并且对于 R-CHCl2, Kyoritsu ShuppanCo. , Ltd. , " Chemical Dictionary"，袖珍版，第 34 期，第 2 卷，6 月 I H , 1993, p. 1071描述了相应于R-CHCl2的二氯甲苯由甲苯和三氯化磷形成。已知醇可通过R-CH2Cl的水解或醒的碱性分解形成(Kyoritsu Shuppan Co.,Ltd. , " Chemical Dictionary"，缩印本，第 34 期，第 8 卷，6 月 I H , 1993, p. 466) 因此抑制贝克曼重排反应的上述醛肟、偕胺肟和醇可能会从这些反应中形成。实际上，在可用于贝克曼重排反应的催化剂和溶剂的组合中，例如，室温下用甲苯稀释的亚硫酰氯，苄基氯、二氯甲苯和苯甲醛通过气相色谱进行监测。可推断的是在每个形成酰胺化合物的过程中，进行了一系列的形成上述醛肟和偕胺肟的反应。重排步骤和肟形成步骤经常使用共同的溶剂。因此，优选能避免在溶剂回收步骤中醛肟、腈和作为醛肟前体的醛以及例如R-CH2Cl和R-CHCl2的氯化物对回收的溶剂的污染。而且，为防止醇的累积，有必要避免不仅是醇本身还有氯化物和醛对回收的溶剂的污染。通过除去这些化合物，形成上述抑制贝克曼重排反应的物质的路径可被阻断，而且酰胺化合物可使用少量贝克曼重排催化剂稳定制备。可接受的抑制贝克曼重排反应的物质的累积量基于以下因素而变化肟形成步骤中作为起始原料的酮的类型，重排步骤中贝克曼重排催化剂的类型和量，溶剂的类型等。例如，当在肟形成步骤，使用环十二酮作为起始原料的酮时，且在重排步骤，使用亚硫酰氯作为贝克曼重排催化剂以及使用甲苯作为溶剂时，从肟形成步骤进入重排步骤的肟溶液中含有作为副产物的偕胺肟的量优选O. 4mol%或更少，更优选O. Imol %或更少，基于作为起始原料的酮的量。当重排步骤的重排反应溶液中偕胺肟的量太大时，少量催化剂则不能促进重排反应完成，导致残留有肟。可通过增加贝克曼重排催化剂的量来完成贝克曼重排反应，但这是不希望的，因为需要大量的催化剂。醛肟和醇相较于偕胺肟对重排反应具有较小影响，因此只要它们的含量在可接受的偕胺肟的量的相似范围内，可含有它们。如上所述，作为副产物的偕胺肟和醛肟形成于肟形成步骤。因此为了避免影响重排反应，通过溶剂回收步骤回收的溶剂中的氯化物、醛、醇和腈的量各自优选控制在O. 4mol%或更少,更优选O. Imol %或更少,基于I亏-形成中作为起始原料的酮的量。上述副产物可通过下述方法被除去，使得达到可接受的水平。贝克曼重排反应后的反应溶液(下文中，称之为"重排溶液")是经"后处理"的，通常使用分离方法，例如过滤、浓缩、蒸馏、萃取、结晶、重结晶、吸收和柱色谱或其组合(之后详述)，某些上述副产物可通过后处理除去。溶液可用水或碱性物质洗涤，或用酸处理水解以及通过萃取除去上述副产物。例如，腈可用例如硫酸和氢氧化钠的强酸或碱水解，以转化为羧酸。在后处理后，在溶剂回收步骤中，将重排溶液分离为溶剂和酰胺化合物，并将溶剂再循环至肟形成步骤。在溶剂回收步骤，在重排步骤生成的以及溶解于反应溶液的来自贝 克曼重排催化剂的离去基团的成分、残留的贝克曼重排催化剂、副产物等被除去。在溶剂回收步骤，用于分离溶剂和所需的酰胺化合物的方法包括蒸馏、萃取、结晶或重结晶，蒸馏通常被使用。这里，溶剂回收步骤控制了回收的溶剂中杂质的含量至上述可接受的水平范围内。在溶剂回收步骤中，当通过蒸馏收集溶剂和除去杂质，来自溶剂的副产物(例如，苄基氯、二氯甲苯、苯甲醛、苯甲醇、苯并腈等，当溶剂是甲苯)比来自作为反应原料酮的副产物(例如，I-氯十二烷、十二腈、12-氯十二烷腈等，当酮是环十二酮)通常具有更接近于溶剂的沸点，因此防止被来自溶剂的副产物污染是重要的。通过蒸馏对溶剂的收集可通过一个蒸馏流程进行，但更优选可以合并多个蒸馏流程以将包含副产物的馏分返回至之前的蒸馏步骤以防止收集溶剂的损失，以及通过部分地排出副产物来阻止副产物累积以纯化溶齐U。而且，也优选为了方便分离/除去，通过在重排溶液的后处理采用例如，酸处理、碱处理、氧化、还原等，将副产物转化为对重排反应无影响的物质或容易分离的化合物。例如，包括通过酸处理或碱处理将腈水解为羧酸、以及将醛还原为醇。防止透光率差异增加以及导致透光率差异增加的杂质的方法本发明的第二个方面是提供了一种具有透光率差异优选为35 %或更少，更优选小于35%的酰胺化合物及其制备方法。我们也确定了导致透光率差异增加的杂质。酿胺化合物的诱光率差异当酰胺化合物用作聚合物的起始原料时，抑制聚合物质、导致物理性质变劣的物质以及导致退化和染色的物质的存在是不利的。对其评价的尺度包括透光率差异(差异透光率，下文中称之为"LT.diff." )，UV值PAN值。这里，透光率差异是对于酰胺化合物质量的标准值之一，其是包含有样品和无样品的O. 00909N的高锰酸钾的甲醇溶液在410nm的吸光度差异。即使在上述重排溶液的后处理或蒸馏纯化后，酰胺化合物，尤其是内酰胺，可能不具有优选35%或更少，更优选小于35%，进一步优选25%或更少的透光率差异，因此对某些应用来说可能具有令人不满意的质量。而当尝试用酸处理、碱处理、氧化处理、萃取纯化和结晶纯化通常方法来纯化例如内酰胺的酰胺化合物时，未观察到LT. diff.的显著减少。我们推断当下文所述的重排催化剂，尤其是催化剂a或催化剂b (催化剂a和催化剂b将在之后详述)用于重排步骤时，透光率差异的增加是由与催化剂相关形成的杂质的引起，即，肟、溶剂和醛的卤化物、烯烃、醛肟等产生于包括溶剂回收的一系列反应。我们发现首先酰胺化合物，尤其是内酰胺可通过氢化纯化，在蒸馏纯化后或不进行蒸馏纯化，以获得具有35%或更少的LT. diff.的高纯度的内酰胺，尤其是十二内酰胺(参见实施例B)。氢化纯化酰胺化合物的方法将于之后描述。具有双键的杂质
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并且，我们通过气相色谱-质谱对蒸馏纯化得到的十二内酰胺进行分析，并发现具有双键的杂质十二烯酸-12-内酰胺(具有多个异构体)的浓度和透光率差异之间存在对应关系(参见实施例C)。贝克曼重排反应中具有双键的杂质的例子包括当作为起始原料的酮为环十二酮时，杂质是十二烯酸-12-内酰胺，和当酮是环己酮时，杂质为己烯酸-6-内酰胺。通过控制具有双键的杂质的含量，可获得具有透光率差异(LT.diff.)优选为35%或更少的酰胺化合物。酰胺化合物中的这些杂质可接受的水平优选是15ppm或更少，更优选IOppm或更少。如果杂质的浓度高于这个可接受的水平，透光率差异会变得高于35%。制备酰胺化合物的方法包括的如上所述肟形成步骤和重排步骤，以及通常肟形成步骤从作为起始原料的酮得到肟，以及重排步骤从肟得到酰胺化合物(参见以下图表)。我们已发现上述具有双键的杂质不仅可通过酰胺化合物的氢化纯化除去也可通过选自以下至少一种纯化方法降低其到可接受的水平酰胺化合物的氢化纯化、肟的结晶纯化或氢化纯化、和作为起始原料的酮的氢化纯化，这可得到高质量的酰胺化合物。下文将描述酰胺化合物的氢化纯化、酮的氢化纯化、肟的氢化纯化和肟的结晶纯化。酰胺化合物的制备
重排催化剂 羟胺
γ~^γι Piwf"
肟形成步骤重排步骤酿胺化合物的氡化纯化对于酰胺化合物的氢化纯化，通过重排步骤形成的含有酰胺化合物的反应混合物(重排溶液)或经过后处理的重排溶液可用于氢化，所述后处理例如用水洗涤和/或用如以下所述的参考实施例B5所示的碱进行洗涤以除去重排溶液中残留的催化剂和/或催化剂残渣。在该情况下，重排溶剂的存在使得氢化可在较低的温度。当重排溶液未进行后处理而通过氢化纯化时，根据重排催化剂的类型，由于剩余的重排催化剂和/或催化剂残渣氢化催化剂有可能中毒。而且，当包含易于氢化的重排溶剂时，对氢化催化剂的类型和氢化条件的可能存在限制。经过后处理的反应混合物，例如用水洗涤和/或用碱进行洗涤，相较于未经后处理的重排溶液，较少受到重排催化剂和/或催化剂残渣的影响，但它们可能在氢化催化剂的类型和氢化条件等有所限制。可选地，关于酰胺化合物的氢化纯化，除去用于贝克曼重排反应的溶剂后的重排溶液或在除去溶剂后通过蒸馏纯化的反应混合物(即，无溶剂的)可被氢化。蒸馏纯化后的反应混合物不受催化剂残渣的影响，并且氢化催化剂的类型和氢化条件可选自宽泛的范围，因此优选作为氢化的对象。并且，其可溶于耐受氢化还原条件的溶剂中，然后被氢化。合适的溶剂的例子包括具有I至3个碳原子的脂肪醇(例如，甲醇和乙醇)和脂肪烃(例如，己烷、庚烷、辛烷和环十二烷)，并且根据氢化条件，可使用芳香烃(例如，苯、甲苯和二甲苯)。
氢化过程是在氢化催化剂存在下进行。这里，氢化催化剂是以催化剂在系统中是悬浮的悬浮床形式，固定床和其他常用于氢化过程的形式使用。典型地，氢化催化剂可使用本体催化剂、负载催化剂等。合适的氢化催化剂可源自选自以下的一种金属或多种金属的组合铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、金(Au)和钼(Pt)。催化剂载体可选自，例如，活性炭(C)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化错(ZrO2)或氧化锌(ZnO)、氧化韩(CaO)、娃藻土、粘土矿物、氧化镧(La2O3)或诸如氧化铈(Ce2O3)的稀土金属氧化物。进一步的，可使用这些氧化物的混合物或其络合氧化物。进一步的，硅酸盐或镁、铝或硼的磷酸盐可使用作为催化剂载体。氢化催化剂可为颗粒或粉末的，并且作为颗粒催化剂可以是球形、圆柱形、无定形和特殊形状的催化剂。具体例子包括负载于活性炭的钯或钼(Pd/C、Pt/C)、Ni/氧化铝(耐硫NiAl2O3等)和Ni/硅藻土，和所谓的稳定的镍催化剂，其中镍的活性是被控制的(通过对负载于纯化的硅藻土的镍盐进行干燥还原来稳定的催化剂)，其廉价且易于操作，因此是特别优选的催化剂。进一步的，使用经过预处理的，例如预还原的耐硫Ni/Al203等。氢化可使用催化剂仅在一步中进行，也可在多步骤中进行。例如，当重排溶液或经水洗涤或经碱洗涤的反应混合物被氢化，氢化可使用高耐毒，例如硫和氯等催化剂(所谓的"保护催化剂")在反应容器中进行，以及使用通常使用的氢化催化剂在另外的反应容器中进行，这些反应容器串联连接。对于负载型催化剂，催化剂成分的浓度为，以金属重量计，优选O. 01至80%以重量计，更优选O. I至50%以重量计，基于催化剂的总重量。可进一步添加促进催化剂活性的添加剂；例如，锆、镁、铜、铬、钛、钥、鹤、铁或锌。这些添加剂通常以50%以重量计或更少的量加入，优选O. I至10%以重量计，基
于催化活性金属。这些负载型或非负载型催化剂的制备描述于许多文献中。例如Ullmann' sEncyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版,第 A5 卷，pp. 348 至 350。
氢化在大气压或O. I至IOMPa压力下进行，优选O. I至5MPa，更优选O. I至IMPa。通常，氢化温度优选大于等于50°C且小于等于170°C以及进一步优选大于等于70°C且小于等于160°C，因为这样可防止酰胺化合物的聚合。例如，当酰胺化合物是ε -己内酰胺，温度更优选低于160°C。例如，当酰胺化合物是十二内酰胺且氢化在非溶剂系统进行，温度优选高于十二内酰胺的熔点(152°C)。酮化合物的氢化纯化当酮在肟形成步骤作为起始原料时，制备的酮可被具有双键的杂质所污染。例如，当环酮是环己酮时，具有双键的杂质是环己烯酮，和当环酮是环十二酮时，所述杂质是环
十二烯酮。虽然对酮化合物的氢化可使用溶剂进行，但优选在非溶剂体系中直接氢化以避免溶剂氢化。
氢化催化剂可选自那些源自在酰胺化合物的氢化中所述的金属的氢化催化剂，在这些过渡金属中，尤其是钯(Pd)、钌(Ru)和钼(Pt)优选用于除去杂质，由于它们对双键具有良好的选择性氢化性能，而不会导致环酮氢化。这些过渡金属可以盐或溶解于酮的络合物或其溶液，或负载于载体的形式使用。催化剂载体可选自，例如，炭(C)或氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化错(ZrO2)或氧化锌(ZnO)、氧化韩(CaO)、氧化钡(BaO)、娃藻土、粘土矿物、氧化镧(La2O3)或诸如氧化铈(Ce2O3)的稀土金属氧化物。氢化条件根据酮和催化剂类型而不同；例如，当酮是环十二酮和催化剂金属是钯(Pd)和/或钌(Ru)和/或钼(Pt)，催化剂金属/酮的比率优选为O. 001至I %，以重量计，更优选O. 01至O. 5%以重量计，氢气分压优选O. I至20MPa，更优选O. 2至lOMPa，反应温度优选75至200°C，更优选90至150°C，以及反应时间(在连续流装置时的平均驻留时间)优选I分钟至10小时，更优选10分钟至3小时。当上述氢化条件的某些组合使氢化太温和时，不利地保留了杂质。当氢化太剧烈时，酮的氢化导致醇等的产生，导致了较低的产率同时需要使用额外的纯化装置以除去副产物，这是不希望的。肟的氡化纯化用于氢化纯化包含肟的溶液(下文中，称之为"肟油")的方法对于减小内酰胺的透光率差异也是有效的。氢化纯化肟油的催化剂，溶剂和条件如酰胺化合物的氢化中所述。这里，对于溶齐U，在该方法中根据工艺配制优选使用在肟形成步骤中使用的溶剂或重排溶剂。肟的结晶纯化进一步，可对肟进行结晶纯化以除去杂质。对于肟结晶纯化的溶剂没有特别限制，只要其对肟是惰性的并且可适当地溶解肟。例子包括有机酸，例如乙酸、丙酸和三氟乙酸；腈例如乙腈、丙腈和苯并腈；酰胺例如甲酰胺、乙酰胺、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺；脂肪烃例如己烷、庚烷、辛烷和环十二烷；芳香烃例如苯、甲苯和二甲苯；卤代烃例如氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、氯苯和三氟甲苯；硝基化合物例如硝基苯、硝基甲烷和硝基乙烷；酯例如乙酸乙酯和丁酸乙酯；氟代醇例如六氟代丙醇和三氟乙醇；和低级脂肪醇例如甲醇，乙醇和丙醇。
在这些溶剂中，低级脂肪醇例如甲醇、乙醇和丙醇优选作为溶剂，因为杂质可以高溶解度溶解于这些溶剂中以及较少杂质残留于沉淀晶体。然而，低级脂肪醇有可能会与重排催化剂反应，导致贝克曼重排反应活性降低，以及因此基于重排催化剂的选择，结晶的晶体必须进行干燥以除去醇溶剂。具有环状桥结构的杂质及除去其的方法本发明的第三个方面提供了一种确定包含于内酰胺的具有环状桥结构的杂质以及除去其以得到高纯度内酰胺的方法。当内酰胺用作聚合物的起始原料时，抑制聚合的物质、降低物理性能的物质和导致退化和着色的物质的存在，会变得不利。采用透光率差异、UV值和PAN值作为对这些的评价措施。虽然使这些评价参数恶化的具体物质还没有确定，但从与以环烷酮为起始原料的具有以上评价参数的内酰胺的杂质分析结果的比较中，相信它们是具有双键的化合物、具有醛基团的化合物和具有羰基基团的化合物(例如参见，日本特开专利公开号No.2004-99585)。
·
当含有这些杂质时，例如，其可以转化为所需的内酰胺或如第二方面所述的通过氢化可分离的杂质，由于其具有化学活性的官能团或键。我们发现当环烷酮被用作肟形成步骤中制备内酰胺的起始原料时，甚至在上述氢化纯化后仍含有杂质(参见实施例D)。我们使用溶剂提取了可通过气相色谱(GC)进行检测的杂质，在所述溶剂中所需内酰胺具有较低溶解度且其是微溶的，然后对杂质进行浓缩，以及然后用气相色谱-质谱(GC-Mass)对每个杂质进行仔细分析。结果我们检测到分子量比所需内酰胺小2或4以及M/Z片段比所需内酰胺小2或4的多个杂质。大多数的杂质显示，即使在氢化后，在GC(气相色谱)分析的保留时间和GC-质谱分析的母峰和碎片没有变化。该结果暗示了这些酰胺化合物具有环状桥结构的双环或三环环状结构。具有环状桥结构，且不具有其他任何反应键例如官能团和/或双键的酰胺化合物杂质(下文中，称之为"具有桥结构的杂质")，使用上述基于透光率差异等的评价方法未检测到，并且即使在氢化后仍在内酰胺化合物中作为杂质残留。进一步的，如果含有痕量的该杂质，由于难以从内酰胺中分离该杂质，即便用气相色谱对产物内酰胺溶液进行直接分析，也不能有效检测到该杂质。在本发明的第三个方面，这些内酰胺中具有桥结构的杂质的浓度优选50ppm或更少以重量计，进一步优选30ppm或更少以重量计。高浓度的该杂质是利的，因为在这样的内酰胺进行聚合时，难以增加酰胺化合物的聚合度，导致了被含有环状侧链聚合物所污染。我们已分析从环烷酮和羟胺制备的环烷酮肟，以及作为其起始原料的环烷酮，以了解具有环状桥结构的杂质产生的起源。结果我们在作为起始原料的环烷酮中检测到具有相应环状桥结构的酮。关于在作为起始原料的环烷酮中的具有环状桥结构的酮，US专利申请No. 2010/0191018已经描述了其含有具有双环环状结构的酮，这种酮由环状二酮分子内羟醛缩合而形成，且具有双环环状结构的杂质是不能通过蒸馏纯化而除去的杂质。同时，如之后实施例D所述，内酰胺中的主要杂质是具有三环环状结构的酰胺。不仅具有三环环状结构的酰胺的存在是未知的，具有三环环状结构的酮作为前者可能的起始原料也是未知的。然而，例如对于环十二酮，我们可假设一种形成路径在丁二烯的三聚过程中，作为副产物的双环[6，4，O]环十二烷_4，10-二烯的形成，其然后氧化得到二酮，以及之后二酮进行分子内羟醛缩合得到具有三环环状结构的酮。为了减少内酰胺中具有环状桥结构的杂质，有必要对作为起始原料的环烷酮进行纯化以除去具有相应环状桥结构的酮。我们已研究了一种用于纯化起始的环烷酮的方法且已发现一种用于除去起始环烷酮中具有环状桥结构的杂质的方法，这与减少内酰胺中具有环状桥结构的杂质相关。具体地，为了减少内酰胺中具有环状桥结构的杂质，用于反应的环烷酮中具有环状桥结构的酮的量优选500ppm以重量计或更少。下面将描述一种除去内酰胺中具有环状桥结构的杂质的方法。除去环烷酮中具有环状桥结构的酮的方法如上所述，为了除去内酰胺中具有环状桥结构的杂质，除去环烷酮原料中的具有环状桥结构的酮是有效的。在深入研究后，我们已发现环烷酮中作为杂质的具有环状桥结构的酮可通过重结晶从溶剂中除去，在所述溶剂中环烷酮以低溶解度适度溶解。对于所使 用的溶剂没有特别限定，只要其对所处理的环烷酮能以低溶解度适度溶解，且进一步，为对环烷酮是不活泼的，其可选自链状烃、脂环烃、氢化稠合芳香化合物、芳香烃、醚和酯。碱性溶剂例如胺是不理想的，由于其与环烷酮形成希弗碱。基于酮和醇的类型以及工艺条件，醇可形成缩醛或半缩醛，导致对其应用的限制。通常当酮和醇均为空间位阻较小时，必须避免它们在酸性条件下的使用。酮和醛不会影响重结晶自身，但却是不理想的，因为如果溶剂残留，它们可与羟胺反应形成肟而不是所需产物。溶剂的量优选大于等于5%以重量计且小于等于80%，更优选大于等于10%且小与等于50%，基于环烷酮。太少量的溶剂是不理想的，由于杂质溶液残留在纯化的环烷酮的晶体之间，导致残留杂质。太大量的溶剂也是不理想的，由于减少了重结晶的单程产率以及需要用于收集和回收溶剂的大型装置，导致能量浪费。在本发明重结晶中，溶解环烷酮中的温度为环烷酮的熔点或更低。如果温度高于环烷酮的熔点，其在晶体沉淀时熔化了所含有的杂质。沉淀晶体期间的温度可为任何等于或高于溶剂熔点的温度，但温度低于0°c是不理想的，因为这需要使用冷却介质，导致过高成本。对于重结晶溶剂的量没有特别限定，只要其量在溶解温度下，可溶解环烷酮或更多，但是基于改善单程产率优选为最少的所需量。重结晶可在环境压力、加压或减压下进行，但通常在环境压力下进行。通过环烷酮重结晶，作为杂质的具有环状桥结构的酮的含量减少至重结晶前的约1/10至1/50。通过对所获得环烷酮的肟-形成和贝克曼重排，贝克曼重排反应溶液中具有环状桥结构的杂质可控制在300ppm以重量计或更少，基于作为所需产物的内酰胺，得到的产物内酰胺中含有的具有环状桥结构的杂质在50ppm以重量计或更少。将描述用于除去具有环状桥结构的酮的方法，以环十二酮为例。优选的以较低溶解度适当溶解环十二酮的重结晶溶剂，包括链状烃例如η-己烷、η_庚烧、η-辛烧、异辛烧、η-癸烧和η-十二烧；脂环烃例如环己烧、环戍烧和环辛烧；氢化稠合芳香化合物例如四氢化萘和十氢化萘；芳香烃例如苯、甲苯和二甲苯；醚例如二乙醚；和酯例如乙酸乙酯和丁酸乙酯。醇例如甲醇和乙醇也可用于纯化环十二酮。在这些重结晶溶剂中，优选具有6至8个碳原子的链状脂肪烃，例如η-己烷、η-庚烷和η-辛烷；具有5至8个碳原子的脂环烃例如环戊烷、环己烷和环辛烷；和具有I至2个碳原子的脂肪醇例如甲醇和乙醇，从而在重结晶中可获得高的单程产率，就溶剂的收集而言，进一步优选η-庚烷、η_辛烧和甲醇。溶解环十二酮时的温度优选ere (环十二酮的熔点)或更低。如果温度高于环十二酮的熔点，其在晶体沉淀时熔化了所含有的杂质。沉淀晶体期间的温度可为任何等于或更高于溶剂熔点的温度，但温度低于o°c是不理想的，由于需要使用冷却介质，导致过高成本。对于重结晶溶剂的量没有特别限定，只要其量在溶解温度下，可溶解环烷酮或更多，但是为提高单程产率优选最少所需量。例如，当如上所述的链状烃或脂肪醇用作溶剂时，溶剂的量优选15%以重量计或更少，更优选10%以重量计或更少，基于环十二酮和溶剂的总重。重结晶通常在环境压力下进行。通过环十二酮的重结晶，作为杂质的具有环状桥结构的酮的含量减少至重结晶前的约1/10至1/50。通过环十二酮与羟胺反应的肟-形成 和之后的贝克曼重排得到十二内酰胺，其含有的具有环状桥结构的杂质的水平在50ppm以重量计或更少。如上所述制备的十二内酰胺可提供具有高聚合度和改进物理性质的高纯度尼龙12。如上所述，用于制备酰胺化合物或内酰胺的方法根据以下方面，第一方面的主要特征在于回收到肟形成步骤的溶剂中含有的卤化物、醛类化合物、醇类化合物和腈类化合物的每个的量控制在O. 4mol%或更少，基于作为起始原料的酮；第二个方面的主要特征在于选自酮、肟和酰胺化合物的至少一种化合物通过氢化和/或结晶纯化；第三个方面的主要特征在于酮是重结晶的，且这些方面的多个纯化方法可结合。因此，可获得高质量的酰胺化合物或内酰胺。然后，将描述本发明酰胺化合物和用于制备所述酰胺化合物的方法，特别地，用于制备肟的肟形成步骤、使用贝克曼重排催化剂对肟进行贝克曼重排的重排步骤，和通常在重排步骤后的酰胺化合物的纯化步骤。除非其他说明，以下描述共性地适用所述第一至第
二方面。酿胺化合物本发明的酰胺化合物优选，但不限于，内酰胺，更优选以式(3)表示的内酰胺。
O
H Il
-N-C --,、
(3)
——(CH2)n——其中η为3至20，优选3至15。当内酰胺在工业上用于在纱线、纤维、薄膜等中使用的聚合物或共聚物的起始原料时，通常，11是5、7、8、9、10或11。在这些内酰胺中，当η =11时，即十二内酰胺，是特别有用的，由于其提供了表现出优良弹性、抗水性、和抗溶剂性的聚合物。而且，在本发明中，具有η = 7或更大的大环内酰胺适于使用。将描述制备酰胺化合物的每个步骤。肟形成步骤本发明中，肟形成步骤表示制备肟的步骤。通过肟形成步骤制备的肟可基于所要制备的酰胺化合物适当地选择。当要制备的酰胺化合物是内酰胺时，相应其的肟以式(I)表不。
权利要求
1.一种用于制备酰胺化合物的方法，包括 在有机溶剂的存在下，使酮和羟胺反应以得到肟(下文中，称之为肟形成步骤)，使用贝克曼重排催化剂进行肟的贝克曼重排以得到酰胺化合物(下文中，称之为重排步骤)，以及 分离制备的酰胺化合物和溶剂，并回收分离的溶剂至肟形成步骤(下文中，称之为溶剂回收步骤)； 其中在溶剂回收步骤分离并回收至肟形成步骤的溶剂中的卤化物、醛类化合物、醇类化合物和腈类化合物的每个的量控制在O. 4mol%的量或更少，基于作为起始原料的酮。
2.如权利要求I中所述制备酰胺化合物的方法，其中肟形成步骤中反应溶液中醛肟化合物和偕胺肟化合物每个的量控制在O. 4mol%的量或更少，基于所述肟。
3.如权利要求I中所述制备酰胺化合物的方法，其中贝克曼重排催化剂包含卤素原子。
4.如权利要求I中所述制备酰胺化合物的方法，其中有机溶剂是芳香烃。
5.如权利要求I中所述制备酰胺化合物的方法，其中酮是环十二酮。
6.一种内酰胺，包括以重量计15ppm或更少的含双键杂质。
7.一种用于制备如权利要求6中所述的内酰胺的方法，包括 将环酮和羟胺反应以得到式(I)表示的肟(ΟΗ^\=Ν-ΟΚ ⑴ 其中m表示等于或大于3的整数；以及 使用贝克曼重排催化剂对肟进行贝克曼重排以得到内酰胺； 其中所述重排催化剂是具有以下基团的化合物 -Z-X (2) 其中Z表示P、N、S、B或Si原子，X表示卤素原子，以及Z除了连接X之外还连接至一个或两个或更多个原子或基团，或 符合所有以下条件(i)至(iii)的含芳环化合物；以及 通过氢化和/或结晶纯化一种或多种选自由环酮，肟和内酰胺组成的群组的化合物； (i)所述含芳环化合物含有至少一个含有卤素原子作为离去基团的碳原子作为芳香环成员， ( )所述含芳环化合物含有至少三个具有吸电子基的杂原子和/或碳原子作为芳香环成员，和 (iii)所述具有吸电子基的杂原子和/或碳原子中的两个在含有卤素原子作为离去基团的碳原子邻位或对位的位置。
8.如权利要求7中所述的制备内酰胺的方法，其中所述环酮通过氢化纯化。
9.如权利要求7或8中所述的制备内酰胺的方法，其中所述肟通过结晶纯化。
10.如权利要求7至9任一项所述的制备内酰胺的方法，其中所述肟通过氢化纯化。
11.如权利要求7至10任一项所述的制备内酰胺的方法，其中通过肟的贝克曼重排制备的内酰胺通过氢化纯化。
12.如权利要求7至11任一项所述的制备内酰胺的方法，其中内酰胺是十二内酰胺。
13.—种内酰胺，包含具有环状桥结构的，以重量计为50ppm或更少的杂质。
14.如权利要求13所述的内酰胺，其中所述具有环状桥结构的杂质是具有双环和/或三环环状结构的内酰胺。
15.一种用于通过环烷酮肟的贝克曼重排制备内酰胺的方法，其中贝克曼重排反应溶液中含有以重量计300ppm或更少的具有环状桥结构的杂质，基于作为所需产物的内酰胺。
16.如权利要求15中所述制备内酰胺的方法，其中所述具有环状桥结构的杂质是具有双环和/或三环环状结构的酰胺化合物。
17.如权利要求15或16中所述制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮肟通过环烷酮与羟胺反应制备。
18.如权利要求17中所述制备内酰胺的方法，其中所述环烷酮通过丁二烯加成反应制备。
19.如权利要求17或18中所述制备内酰胺的方法，其中环烷酮含有的所述具有环状桥结构的酮以重量计为500ppm或更少。
20.如权利要求19中所述制备内酰胺的方法，其中具有环状桥结构的酮是具有双环环状结构的酮和/或具有三环环状结构的酮。
21.如权利要求17至20任一项所述制备内酰胺的方法，其中环烷酮是具有8至20个碳原子的环烷酮，其通过重结晶纯化。
22.如权利要求15至21任一项所述制备内酰胺的方法，其中内酰胺是十二内酰胺。
全文摘要
本发明涉及一种用于制备高纯度高质量的酰胺化合物，特别是内酰胺的方法。本发明的第一个实施方式的特征在于将回收到肟形成步骤中的溶液中卤化物、醛类化合物、醇类化合物和腈类化合物中每个的量控制在0.4mol％或更少，基于作为起始原料的酮。本发明的第二个实施方式的特征在于通过氢化和/或结晶纯化一种或多种选自环酮，肟和酰胺化合物的化合物以除去含有双键的杂质。本发明的第三个实施方式的特征在于具有环状桥结构的杂质的含量通过使用经重结晶纯化的环烷酮控制。
文档编号C07D225/02GK102892752SQ20118002428
公开日2013年1月23日 申请日期2011年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者钉本纯一, 河井让治, 倭和雄, 冈田昌英, 杉本常实, 松本纮 申请人:宇部兴产株式会社