本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种连续高效生产高纯度n-取代马来酰胺酸的方法。
背景技术：
n-取代马来酰胺酸，是非常重要的精细化工中间体，其本身具有非常好的抑菌杀菌、防霉活性；同时也是合成药物、和高新功能材料的重要单体。n-取代马来酰胺酸一般是通过在适当的有机溶剂中利用n-取代伯胺和马来酸酐进行酰胺化反应得到的。
n-取代马来酰胺酸的纯度，收率将极大地影响后续衍生产品的开发。n-取代马来酰胺酸中的杂质伯胺(如苯胺、环己基胺、以及其他脂肪伯胺等)、2-烷基胺基丁二酸或2-烷基氨基丁二酸酰胺酸、马来酸、富马酸、或其酸酐等，会严重影响到后续的聚合、环化反应的顺利进行，严重影响后续产品的生产成本和环境问题。高纯度n-取代马来酰胺酸是高收率、高选择性合成医药、耐热单体n-取代马来酰亚胺、合成高效防霉抑菌涂层树脂、功能性能纤维材料的关键的单体，其详尽的、可靠的、稳定的合成工艺和纯化技术，一直是产业化的核心关键技术，处于严格的保护中，不予深入报道。
有很多的文献研究报道n-取代马来酰亚胺的合成，但是很少有文献具体报道n-取代马来酰胺酸的合成。崔健在“精细石油化工进展”2001年第二卷第七期中报道了利用苯胺、顺丁烯二酸酐在丙酮和醋酐介质中合成n-苯基马来酰亚胺的方法，但是没有对中间的n-苯基马来酰胺酸进行深入的研究。李訓刚等在“广州化工，2014年42卷第18期”中也只报道了在芳烃甲苯溶剂中利用马来酸酐和苯胺合成n-苯基马来酰亚胺的方法，同样对n-苯基马来酰胺酸合成没有深入的研究报道。日本东亚化学株式会社在us5175309中报道了n-苯基马来酰胺酸脱水环化合成n-苯基马来酰亚胺的方法，但是对原料n-苯基马来酰胺酸的合成未进行深入细致的描述。日本触媒化学在其新申请的专利us9631033(2017年)利用n-取代马来酰亚胺为原料开发新产品中对n-苯基马来酰亚胺中杂质提出了很高的要求，这同样要求更高质量的n-苯基马来酰胺酸进行脱水环合反应。日本中央玻璃公司在ep0627408中报道了n-酰化-n-苯基马来酰胺酸的合成方法，但是其合成过程要求严，过程长，处理比较繁琐。
尽管几乎所有的文献均没有详细介绍n-取代马来酰胺酸合成工艺方法。但是从文献中仍然可以看出，这些文献均是采用马来酸酐和伯胺在有机介质中进行反应，均是采用间歇操作，将苯胺和马来酸酐的溶液加入到反应釜中搅拌反应，一定时间后即认为反应结束了；没有对反应终点做出具体判断，中间产物没有进行分离，也没有说明原料的转化率和纯度；未转化的原料、过程的副产物、以及主产物一同进入到后续的反应体系中，增加后续反应体系的物质组成复杂程度，干扰了后续的化学过程，增大了后续加工的不稳定性和不可控性，当然也增大了后续反应结束后的分离和纯化过程。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供一种连续高效生产高纯度n-取代马来酰胺酸的方法，利用连续生产工艺，采用反应-分离耦合控制技术，可以高效高收率、高选择性得到高纯度的n-取代马来酰胺酸产品。原料的利用率高达98％以上，马来酰胺酸收率高达99％，纯度高达99％以上，完全可以满足后续加工的要求。
技术方案为：
连续高效生产高纯度n-取代马来酰胺酸的方法，包括以下步骤：
(1)在氮气保护氛围中，用惰性的溶剂分别将伯胺、马来酸酐配制成溶液；
伯胺原料、马来酸酐原料配制成一定浓度的溶液，以便于准确计量和输送；配制伯胺溶液的温度在20～50℃，常压即可，只要能保证伯胺溶解即可；马来酸酐溶液的配制，温度在20～80℃之间，保证能快速溶解即可。两种原料溶液的配制必须在氮气氛中进行，以避免原料被氧化，同时也保证溶剂不挥发损失，操作过程的安全性。配制好的溶液均需要冷却至室温，然后计量反应。
(2)将两种溶液按照比例加入到高效混合器中进行混合；伯胺和马来酸酐的摩尔配比为1：1.0～1.5，混合后的原料进入反应器进行酰胺化反应；
两种原料的溶液按照一定的计量比用精确计量泵计量，伯胺和马来酸酐的摩尔配比为1：1.0～1.5，即每摩尔伯胺原料使用1.0～1.5摩尔马来酸酐，马来酸酐过量0％～50％，尤其是过量2％～20％，特别是2％～10％；马来酸酐不过量，伯胺反应不完全，会引起双键的加成副反应；马来酸酐过量超过50％，反应效率低，异构化反应严重。
(3)反应生成的含有酰胺基羧酸的浆液连续进入到固液分离单元，及时快速地分离出产物酰胺基羧酸；
从最后一节反应器出来的物料连续进入到固液分离器。在固液分离器中将固体产物和液相原料进行分离，并用少量的溶剂对固相酰胺酸进行洗涤。固液分离可以采用密闭离心机、也可以采用真空抽滤、或压滤；最好采用密闭离心分离，或真空抽滤；洗涤后固体产物送去真空干燥。
(4)从固液分离单元分离出来的以及分离掉酰胺基羧酸产物后的液相溶液，利用循环计量泵循环用于步骤(1)中伯胺、马来酸酐的溶液配制，重新配制溶液，用于后续的酰胺化反应。
从最后一节反应器出来的物料连续进入到固液分离器。在固液分离器中将固体产物和液相原料进行分离，并用少量的溶剂对固相酰胺酸进行洗涤。固液分离可以采用密闭离心机、也可以采用真空抽滤、或压滤；最好采用密闭离心分离，或真空抽滤；洗涤后固体产物送去真空干燥。滤液循环到配制马来酸酐原料溶液。
在本发明中所有伯胺原料，如果是液体原料，可以直接采用计量泵进行输送；也可以和固体伯胺原料一样先配成一定浓度的胺溶液，再利用计量泵进行输送。伯胺溶液的浓度根据伯胺和选择溶剂的性质而定，一般控制在伯胺质量浓度介于1％～70％，尤其是10％～55％，特别是20％～45％之间；伯胺浓度低于1％，反应速度慢，效率低；伯胺浓度高于70％，副反应尤其是加成副反应、聚合反应增加，对酰胺化反应不利。
其中，步骤(1)所得的伯胺溶液质量浓度为1％～70％，所得的马来酸酐溶液质量浓度为1％～45％。
进一步的，所述的伯胺，为以下物质中一种或者多种混合物：可以是甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、辛胺、壬胺、葵胺、十二烷基伯胺、十四烷基苯胺、十六烷基伯胺、十八烷基伯胺、苄基胺、苯乙胺、苯基丙胺，或者n,n-二取代脂肪烃二胺如n,n-二甲基丙二胺、n,n-二乙基丙二胺、n,n-二甲基丁二胺、n,n-二乙基丁二胺，n,n-二羟乙基丙二胺、n,n-二羟乙基丁二胺等等，也可以是环烷烃胺如环己胺、环丁胺、环戊胺等等；也可以是取代芳香胺包括烷基苯胺如苯胺、对甲基苯胺、邻甲基苯胺、对乙基苯胺、邻乙基苯胺、对异丙基苯胺；烷氧基苯胺比如对甲氧基苯胺、对乙氧基苯胺、对叔丁氧基苯胺；酮基取代芳香胺如对乙酰基苯胺、对丙酰基苯胺；酯基取代苯胺如对甲氧基羰基苯胺、对乙氧基羰基苯胺、对丙氧基羰基苯胺。萘胺及其烷基取代、烷氧基取代、酰基取代萘胺等。
在这些伯胺原料中优选的，是丁胺、辛胺、十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、苄基胺、苯乙胺、苯丙胺、n,n-二甲基丙二胺、n,n-二乙基丙二胺、n,n-二甲基丁二胺、n,n-二乙基丁二胺、环己胺、环戊胺、苯胺、萘胺、甲萘胺、乙萘胺、乙酰基苯基胺、乙酰基苄基胺、对甲氧基苯胺、对甲氧基萘胺，对乙酰基苯胺、对乙酰基萘胺；对苯甲酰基苯胺、对苯甲酰基萘胺。
所述的溶剂是丙酮、丁酮、甲乙酮、苯、甲苯、二甲苯中一种或者混合物。
具体的，伯胺溶液的溶剂，必须是在反应过程中稳定的，是化学惰性的。可以选择的溶剂主要是丙酮、丁酮、甲乙酮、苯、甲苯、二甲苯等，尤其是苯、甲苯、二甲苯，或者他们的混合物。
原料马来酸酐，必须用相应的溶剂溶解成一定浓度的溶液。使用的溶剂可以是和伯胺溶液的溶剂一致，苯、甲苯、二甲苯或者他们的二元、三元混合物做溶剂比较好，尤其是甲苯、二甲苯做溶剂较好。酸酐的溶液浓度控制在1％～45％，尤其是15％～40％，特别是20％～35％较为有利。浓度太低，化学反应速度慢，效率低，回收溶剂能耗大；浓度高，可能造成反应温度条件下酸酐析出，溶解不均匀，副反应增加。
无论是伯胺原料溶解使用的溶剂，还是马来酸酐溶解使用的溶剂，均需要严格控制水分的含量。一般来讲水分控制在1％以下，尤其是0.1％以下。溶剂中水分含量超过1％，会引起马来酸酐水解，或伯胺氧化、加成等副反应。最好是在使用前有机溶剂进行干燥处理，比如用氢化钠、氧化钙、硫酸镁等等进行处理，或者进行重蒸后使用。
酰胺化反应使用反应器为管式反应器、釜式反应器或搅拌反应器；反应器采用并联、串联方式组合。
优选的，酰胺化反应使用反应器是管式反应器-釜式反应器串接；物料在管式反应器和釜式反应器中的停留时间控制在1:1～1：1.5～2.0。
酰胺化反应的温度为20～130℃，反应时间为5分钟～120分钟。优选的，酰胺化反应的温度为20～60℃，反应时间为15分钟～90分钟。反应时间太短，伯胺转化不完全，反应时间太长，合成效率降低。管式反应器中的停留时间最好控制在5～30分钟，釜式反应器反应器中停留时间控制在10～60分钟。
马来酸酐和伯胺在有机溶剂中进行单酰胺化反应生成n-取代马来酰胺酸，是一个放热的化学反应过程，其中除主反应外，双键的麦克尔加成反应，马来酸或马来酸单酰胺的异构化反应等等：
在上述反应体系中伯胺可以发生成盐，双键加成、以及异构化多种副反应；同时如果体系温度、酸碱度控制不适当，还可以发生马来酸、马来酰胺酸等聚合副反应，生产二聚体、三聚体等齐聚物，影响后续产品的分离和纯化。
本发明利用反应-分离耦合控制反应技术，连续高效、高收率、高选择性合成高纯度n-取代马来酰胺酸的方法，采用高效地高效静态混合、严格控制马来酸酐和伯胺的加入方式以及化学反应的停留时间，通过快速反应和快速分离的方式，高选择性得到马来酰胺酸；有效地避免了异构化、和迈克尔加成副反应的发生。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将以具体的合成实施例来表述本专利申请的技术和方法的先进性。
实施例1：
采用两台装有搅拌器、温度计、回流冷凝，容积均为5l的第一反应釜温度为、第二反应釜串联进行操作。
具体过程如图1所示。配制的苯胺甲苯溶液浓度为50％(质量浓度)，马来酸酐甲苯溶液浓度为25％(质量浓度)。利用夹套加热控制第一反应釜温度为30℃，第二反应釜的温度为45℃。浓度为50％的苯胺-甲苯溶液按照125克/分钟，浓度为25％的马来酸酐-甲苯溶液按照250克/分钟，由微计量泵连续输送到第一反应釜搅拌反应，第一反应釜的物料经过溢流管进入第二反应釜继续进行反应；第二反应釜的反应浆料连续通过溢流管进行高速离心机进行分离。液相色谱分析浆液组成，残留苯胺浓度大约1％，第二反应釜出口物料中苯胺转化率为95％，每分钟得到n-苯基马来酰胺酸产品118克，按照苯胺计算，酰胺羧酸收率接近99％。色谱分析表明n-苯基马来酰胺酸纯度98％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量小于1.0％，其余为少量残留溶剂。
实施例2：
采用实施例1的设备和控制方式。仅是浓度50％的苯胺-甲苯溶液的流量调节为100克/分钟，浓度为25％马来酸酐-甲苯溶液流量为250克/分钟。色谱分析苯胺转化率为97％，浆液中苯胺浓度小于0.5％，每分钟生产n-苯基马来酰胺酸98克，按苯胺计算酰胺羧酸收率为99％，色谱分析纯度99％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量小于0.2％，其余为残留的溶剂。
实施例3：
采用类似实施例1的两釜串联装置。仅浓度为50％的苯胺-甲苯溶液流量为120克/分钟，浓度为25％的马来酸酐-甲苯溶液流量为260克/分钟，仅第一反应釜控制温度为35℃，第二反应釜温度控温为55℃。色谱分析表明，第二反应釜出口浆液中苯胺浓度约为0.45％，苯胺转化率为97％，每分钟得到产物n-苯基马来酰胺酸117克，基于苯胺计算，n-苯基马来酰胺酸收率为99％，色谱分析纯度99.1％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量为0.4％，其余为残留的溶剂。
实施例4：
采用类似实施例1的两釜串联装置。第一反应温度控制为35℃，第二反应釜温度控制为45℃。仅将反应的溶剂换成丙酮。浓度为50％的苯胺-丙酮溶液流量为120克/分钟；浓度为25％的马来酸酐-丙酮溶液流量为260克/分钟。色谱分析第二反应釜出口浆液中苯胺浓度小于0.5％，苯胺转化率接近99％，每分钟得到n-苯基马来酰胺酸为119克，基于苯胺计算n-苯基马来酰胺酸收率为99％以上；色谱分析含量为99.2％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量为0.3％，其余为残留溶剂。
实施例5：
采用类似实施例1的两釜串联装置。第一反应温度控制为45℃，第二反应釜65℃，溶剂采用邻二甲苯。浓度为50％的苯胺-邻二甲苯溶液流量为120克/分钟，浓度为25％的马来酸酐-邻二甲苯溶液流量为260克/分钟。色谱分析第二反应釜出口浆料中苯胺浓度小于0.5％，苯胺转化率为99％，每分钟合成n-苯基马来酰胺酸119克，基于苯胺收率的97.5％以上，色谱分析含量99.3％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量为0.4％，其余为残留溶剂。
实施例6：
采用类似实施例1的两釜串联装置。第一反应温度控制为45℃，第二反应釜65℃，溶剂采用混合二甲苯。浓度为50％的苯胺-邻二甲苯溶液流量为120克/分钟，浓度为25％的马来酸酐-邻二甲苯溶液流量为260克/分钟。色谱分析第二反应釜出口浆料中苯胺浓度小于0.4％，苯胺转化率为99％，每分钟合成n-苯基马来酰胺酸119克，基于苯胺收率的97.0％以上，色谱分析含量99.3％，n-苯基2-苯胺基丁二酸单酰胺酸含量为0.6％，其余为残留溶剂。
实施例7：
采用类似实施例1的两釜串联装置。第一反应釜温度控制为35℃，第二反应釜温度控制45℃。溶剂为甲苯，仅用环己基胺代替苯胺原料。浓度为50％的环己胺-甲苯溶液流量为120克/分钟，浓度25％的马来酸酐-甲苯溶液流量为280克/分钟。分析检测第二反应釜出口物料中环己胺浓度为0.8％，环己胺转化率为96％，每分钟生产n-环己基马来酰胺酸114克，基于环己胺的收率为98％，色谱分析纯度为98％，n-环己基-2-环己氨基丁二酸单酰胺酸含量为1.2％，其余为残留溶剂。
实施例8：
采用类似实施例7的操作。仅第一反应釜温度控制为45℃，第二反应釜温度控制为65℃。浓度为50％的环己胺-甲苯溶液流量为120克/分钟，浓度25％的马来酸酐-甲苯溶液浓度为280克/分钟。分析检测第二反应釜出口物料中环己胺浓度为0.4％，环己胺转化率为98％，每分钟合成n-环己基马来酰胺酸115克，基于环己胺的收率为98.6％，色谱分析纯度为98％，n-环己基-2-环己胺基丁二酸单酰胺酸含量为1.5％，其余为溶剂残留。
实施例9：
采用类似实施例4操作。第一反应温度控制为35℃，第二反应釜温度控制为45℃。仅将反应的溶剂换成丙酮。浓度为50％的环己胺-丙酮溶液流量为120克/分钟；浓度为25％的马来酸酐-丙酮溶液流量为260克/分钟。色谱分析第二反应釜出口浆液中环己胺浓度小于0.5％，环己胺转化率接近99％，每分钟得到n-环己基马来酰胺酸为117克，基于环己胺计算n-苯基马来酰胺酸收率为98.7％以上；色谱分析含量为99.1％，n-环己基2-环己胺基丁二酸单酰胺酸含量为0.5％，其余为残留溶剂。
实施例10：
采用类似实施例1操作。第一反应温度控制为35℃，第二反应釜温度控制为45℃。采用甲苯做溶剂，十二烷基伯胺为原料。浓度为50％的十二胺-甲苯溶液流量为200克/分钟；浓度为25％的马来酸酐-甲苯溶液流量为240克/分钟。色谱分析第二反应釜出口浆液中十二胺浓度小于0.8％，十二胺转化率接近96％，每分钟得到n-十二烷基马来酰胺酸为142克，基于十二胺计算n-十二烷基马来酰胺酸收率为97.0％以上；色谱分析含量为98.1％，n-十二烷基2-十二胺基丁二酸单酰胺酸含量为1.5％，其余为残留溶剂。
实施例11～16：
在实施例11～16中伯胺溶液浓度为30％，马来酸酐浓度为25％，控制伯胺流量和马来酸酐溶液的流量，使其伯胺/马来酸酐摩尔比为1.0/1.05，其余反应条件和反应结果均列于下表1中，表中反应温度①、②分别是指第一反应釜温度、第二反应釜的温度。
表1实施例11～16反应条件
注意：n-c14/c16/c18：分别是正构十四伯胺，十六伯胺，十八伯胺
dmpda：n,n-二甲基丙二胺
dmbda：n,n-二甲基丁二胺
实施例17～22：
在实施例17～22中，伯胺浓度为25％，马来酸酸酐浓度为25％，控制伯胺溶液和马来酸酐溶液流量，使其伯胺、酸酐摩尔比为1:1.10，其余反应条件和反应结果列于下表2中，表中反应温度①、②分别是指第一反应釜温度、第二反应釜的温度。
表2实施例17～22反应条件
实施例23：
采用类似实施例1的操作，验证合成反应结束后分离产物的滤液循环利用。苯胺-甲苯溶液浓度为50％(质量浓度)，用产物分离后的滤液配制马来酸酐溶液，浓度仍然控制为25％(质量浓度)。苯胺-甲苯溶液的流量为120克/分钟，马来酸酐溶液流量为250克/分钟，第一反应釜温度为35℃，第二反应釜的温度为45℃；色谱分析苯胺转化率99％，循环滤液中苯胺浓度小于0.2％，每分钟合成n-苯基马来酰胺酸118克/分钟，基于苯胺收率为98.5％,色谱分析纯度为99％，n-苯基-2-苯胺基丁二酸单酰胺羧酸含量0.2％，其余为残留溶剂。
以上实施例充分表明了本专利申请的连续，本发明申请提供的连续高效生产高纯度n-取代马来酰胺酸的方法，通过严格控制伯胺溶液、马来酸酐溶液的流量控制伯胺和马来酸酐的摩尔比，以及分段控制的温度，连续合成马来酰亚胺产物，伯胺转化率高(95％以上)，酰胺酸收率高(96％以上)，副反应得到了有效控制(仅加成副反应产物，含量非常低)；生产效率高，适合规模化生产，是先进的工艺技术。