CN113924286A - 制备乙二胺四乙酸 - Google Patents
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Abstract
提供了一种制备乙二胺四乙酸(EDTA)的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供包括乙二胺(EDA)和乙醇腈(GN)的反应混合物(a)，其中按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)包括0重量％到0.1重量％的共轭酸的pKa(PKaH)为13或更高的任何碱；(b)引起或允许反应混合物(a)反应以形成二腈(DN)化合物；(c)使所述DN与pKaH为11或更高的碱的水溶液接触，并引起或允许所得混合物反应以形成二酸化合物(DA)；(d)引起或允许所述DA与额外的GN依次或同时反应以形成产物(Pd)；(e)引起或允许产物(Pd)与pKaH为11或更高的碱反应，以形成EDTA。还提供了一种包括二酸/二腈化合物(DADN)的组合物，其中每个‑R具有以下结构：
Description
乙二胺四乙酸(EDTA)是一种具有许多重要工业用途的化合物，例如作为金属的配体和/或螯合剂。在本发明之前，通常用于生产EDTA的工艺涉及在存在氢氧化钠水溶液的情况下将乙醇腈(GN)添加到乙二胺(EDA)中。这种工艺的一个问题是，除了EDTA之外，它还会产生不期望的副产物次氮基三乙酸(NTA)。NTA是不期望的，因为其被怀疑是一种致癌物质。令人期望的是提供一种改进的制备EDTA的方法以减少NTA的产生。独立地，另一个目标是提供一种制造EDTA的方法，以最大限度地减少有色体的产生。
CN106045867A描述了一种制备乙二胺-N-N′-二乙酸酯(DA)的工艺。第一步，将EDA添加到GN中，以生成EDA的二腈衍生物(DN)，并在随后的步骤中，将DN转化为DA。虽然CN106045867A教导了一种制备DA的方法，但令人期望的是提供一种制备EDTA的方法。
以下是本发明的陈述。
本发明的第一方面是一种制备乙二胺四乙酸(EDTA)的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供包括乙二胺(EDA)和乙醇腈(GN)的反应混合物(a)，其中按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)包括0重量％到0.1重量％的共轭酸的pKa(pKaH)为13或更高的任何碱；
(b)引起或允许反应混合物(a)反应以形成具有结构DN的二腈化合物：
(c)使所述DN与pKaH为11或更高的碱的水溶液接触，并引起或允许所得混合物反应以形成具有结构DA的二酸化合物：
其中每个-R具有以下结构：
其中每个M独立地为氢或碱金属或其混合物；
(d)引起或允许所述DA与额外的GN依次或同时反应以形成产物(Pd)；
(e)引起或允许产物(Pd)与pKaH为11或更高的碱反应，以形成EDTA。
本发明的第二方面是包括具有结构DADN的化合物的组合物：
其中每个-R具有以下结构：
其中每个M独立地为氢或碱金属或其混合物。
以下是对本发明的详细说明。除非上下文另有特别说明，否则本文使用以下定义。
本文呈现的比率如下表征。例如，如果据称比率为3∶1或更大，则该比率可以是3∶1或5∶1或100∶1，但不可以是2∶1。这种表征可以概括地表述如下。当在本文中据称比率为X∶1或更大时，意味着该比率为Y∶1，其中Y大于或等于X。又例如，如果据称比率为15∶1或更小，则该比率可以是15∶1或10∶1或0.1∶1，但不可以是20∶1。一般而言，当在本文中据称比率为W∶1或更小时，意味着该比率为Z∶1，其中Z小于或等于W。
以下缩写在本文中用于表示以下化学结构。在所示的所有结构中，-R具有相同的含义。
注意：对于DA、DN和DADN中的每一种，可能存在不止一种异构体。对于这三种化合物中的每一种，所讨论的化合物可以是任何纯异构体或可以是一种或多种异构体的任何混合物。例如，UEDDA和SEDDA是DA的异构体。
如本文所使用的，术语“极强碱”定义如下。碱是能够与氢原子连接以形成所述碱的共轭酸的化合物。所述共轭酸的解离反应如反应(I)所示：
其中B是碱化合物，H是氢原子，并且HB是所述碱化合物的共轭酸。在一些情况下，例如，如果B-是OH-，则(I)中显示为B-的部分确实带负电荷，如反应(I)中所示。在其它情况下，例如，如果显示为B-的部分是吡啶，则显示为HB的部分实际上是带正电荷的，而显示为B-的部分实际上是中性的。反应(I)的平衡常数的负对数是共轭酸HB的pKa，并且在本文中该量表示为pKaH，以表示该量是所关注碱化合物的共轭酸的pKa。如果该碱化合物的pKaH为13或更高，则该碱化合物在本文中被认为是“极强”碱。如果该碱化合物的pKaH为12或更高并且如果该碱化合物的pKaH小于13，则该碱化合物在本文中被认为是“中等强”碱。如果该碱化合物的pKaH为11或更高并且如果该碱化合物的pKaH小于12，则该碱化合物在本文中被认为是“温和强”碱。
例如，氢氧根离子(OH-)具有14的pKaH并且是极强碱。又例如，EDA的pKaH约为9.9，并且不属于以下类别中的任何一种：温和强碱、中等强碱或极强碱。
当在本文中陈述化合物以“稳定速率”添加到容器中时，其意思是：我们将添加化合物的时间段标记为“T总(Ttotal)”；我们考虑以下任何时间间隔(标记为T10)，其是T总持续时间的10％，并且完全落在时间段T总之内；如果不管T10的选择如何，在T10期间添加的化合物的量是在T总期间添加的所有化合物的总和的5％到15％，则化合物的添加速率是“稳定的”。
本发明的工艺产生EDTA。形成的EDTA可以是酸形式、盐形式或其混合物。即，在上述结构中，每个M可以独立地为氢或可以为碱金属。EDTA分子上的所有四个R基团可以是氢作为M，或者EDTA分子上的所有四个R基团可以是碱金属作为M，或者EDTA分子可以具有其中M是氢的一个或多个R基团和其中M是碱金属的一个或多个R基团。此外，可能存在具有不同数目的其中M是氢的R基团的EDTA分子的混合物。
本发明的工艺涉及提供反应混合物(a)的步骤。除其它化合物外，反应混合物(a)中可能含有乙二胺(EDA)和乙醇腈(GN)。反应混合物(a)含有很少极强碱或不含极强碱。即，反应混合物(a)中不存在极强碱，或者，如果存在任何极强碱，则按反应混合物(a)的重量计，极强碱的总量为0.1重量％或更少。优选地，极强碱的总量为0重量％到0.03重量％；更优选地，0重量％到0.01重量％；更优选地，零。
优选地，在步骤(a)期间，按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)中的中等强碱的量为0重量％到0.1重量％；更优选地，0重量％到0.03重量％；更优选地，0重量％到0.01重量％；更优选地，零。优选地，按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)中温和强碱的量为0重量％到0.1重量％；更优选地，0重量％到0.03重量％；更优选地，0重量％到0.01重量％；更优选地，零。
优选地，反应混合物(a)中存在很少的氢氧根离子或不存在氢氧根离子。即，优选地，按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)中氢氧根离子的量为0重量％到0.1重量％；更优选地，0重量％到0.03重量％；更优选地，0重量％到0.01重量％。
在反应混合物(a)中，GN与EDA的摩尔比优选地为0.1∶1或更高；更优选地，0.3∶1或更高；更优选地，1∶1或更高；更优选地，1.5∶1或更高。在反应混合物(a)中，GN与EDA的摩尔比优选地为3∶1或更低；更优选地，2∶1或更低。
反应混合物(a)可以处于任何温度。优选地，反应混合物(a)处于-10℃、0℃或更高的温度。优选地，反应混合物(a)处于100℃或更低的温度；更优选地，50℃或更低；更优选地，25℃或更低；更优选地，10℃或更低。
反应混合物(a)可以通过任何方法形成。例如，可以将GN(纯的或在水溶液中)置于容器中，然后可以将EDA(纯的或在水溶液中)以稳定的速率逐渐添加到容器中。又例如，在半连续工艺中，可以将GN(纯的或在水溶液中)和EDA(纯的或在水溶液中)同时添加到容器中。在其它实施例(“添加GN”的实施例)中，将EDA(纯的或在水溶液中)置于容器中，然后将GN(纯的或在水溶液中)逐渐(优选地，以稳定的速率)添加到容器中；在这些添加GN的实施例中，优选地，在开始添加GN之前，按容器中EDA的重量计，容器中GN的量为GN的0重量％到0.1重量％；更优选地，0重量％到0.01重量％；更优选地，零。
优选地，GN和EDA以控制所得反应混合物(a)的温度的方式结合在一起。无论是将GN添加到EDA中还是将EDA添加到GN中，或者将两者同时添加到容器中，优选的是，选择条件使得反应混合物(a)的温度(“TA”)不超过值TA-Max。所述条件包含例如以下中的一种或多种：添加速率、机械搅拌和/或通过热交换外部施加的冷却。优选地，TA-Max为40℃或更低；更优选地，30℃或更低；更优选地，20℃或更低；更优选地，15℃或更低；更优选地，10℃或更低。优选地，TA为0℃或更高。
优选地，在使EDA与GN接触以形成反应混合物(a)之前，EDA是纯的或在水溶液中。优选地，EDA在水溶液中，并且优选地，按水溶液的重量计，EDA的浓度为30重量％到100重量％；更优选地，50重量％到100重量％；更优选地，60重量％到100重量％。这里的意思是EDA浓度为100％的水溶液是纯EDA并且不含水。
优选地，在使EDA与GN接触以形成反应混合物(a)之前，GN呈水溶液的形式。优选地，该溶液中GN的浓度为10％或更高；更优选地，20％或更高；更优选地，30％或更高。优选地，该溶液中GN的浓度为70％或更低；更优选地，60％或更低；更优选地，50％或更低。
优选地，按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)中除EDA、GN和水之外的所有化合物的总量为0重量％到3重量％；更优选地，0重量％到1重量％；更优选地，0重量％到0.3重量％；更优选地，0重量％到0.1重量％；更优选地，0重量％到0.03重量％。
反应混合物(a)可以保持在惰性气氛下或可以暴露于空气。
在本发明的实践中，在步骤(b)中，在反应混合物(a)中发生化学反应，其中EDA与GN反应以形成含有上文定义的二腈化合物DN的产物(Pb)的混合物。然后，在步骤(c)中，使DN与含有碱的水溶液接触，所述碱可以是温和强碱(即，pKaH为11或更高且低于12)，也可以是中等强碱(即，pKaH为12或更高且小于13)，或强碱(即，pKaH为13或更高)。该碱在本文中被标记为碱(Bc)。优选地，碱(Bc)是中等强碱或极强碱；更优选地，碱(Bc)是极强碱。
优选地，碱(Bc)是氢氧根离子。优选地，氢氧根离子作为碱金属氢氧化物(优选地，氢氧化钠)的水溶液被引入。也可以使用氢氧化钾。
可以通过任何方法使化合物DN与碱(Bc)的水溶液接触。优选地，在无需进一步纯化或分离的情况下使用步骤(b)中形成的产物(Pb)的混合物。任选地，可以在步骤(c)之前将水添加到产物(Pb)中。在一些实施例中，将碱(Bc)的水溶液逐渐添加到含有DN(纯的或在溶液中或在产物(Pb)中)的容器中。在优选的实施例中，将DN(纯的或在溶液中或在产物(Pb)中)逐渐添加到含有碱(Bc)的水溶液的容器中。
无论与碱(Bc)的水溶液接触的DN的形式如何，在将DN添加到碱(Bc)的水溶液中的实施例中，优选的是，在保持含有DN和碱(Bc)的混合物的温度(“TC”)低于值TC-Max的条件下逐渐(优选地，以稳定的速率)添加DN。条件包含例如DN的添加速率、机械搅拌和/或外部施加的加热和/或冷却中的一种或多种。优选地，TC-Max为90℃或更低；更优选地，70℃或更低；更优选地，60℃或更低；更优选地，45℃或更低。优选地，TC为0℃或更高。
在碱(Bc)的水溶液中，在与DN接触之前，优选地，按水溶液的重量计，碱(Bc)的浓度为10重量％或更多；更优选地，20重量％或更多；更优选地，30重量％或更多。在碱(Bc)的水溶液中，优选地，按水溶液的重量计，碱(Bc)的浓度为75重量％或更少；更优选地，70重量％或更少；更优选地，65重量％或更少；更优选地，55重量％或更少；更优选地，50重量％或更少。
在步骤(c)中，优选地，碱(Bc)与DN的摩尔比为2∶1或更高；更优选地，3∶1或更高；更优选地，4∶1或更高。在步骤(c)中，优选地，碱(Bc)与DN的摩尔比为6∶1或更小；更优选地，5∶1或更小。
优选地，步骤(c)中的化学反应在0℃或更高的温度下进行；更优选地，10℃或更高。优选地，步骤(c)中的化学反应在100℃或更低的温度下进行；更优选地，90℃或更低；更优选地，65℃或更低；更优选地，55℃或更低；更优选地，45℃或更低。
在步骤(c)中，在DN和碱(Bc)已经结合在一起之后，引起或允许所得混合物进行化学反应以形成含有上文定义的二酸化合物DA的产物(Pc)。经考虑，该反应还将产生氨，其可以作为氨气释放到大气中或者可以作为氢氧化铵溶解在水中或者可以是其混合物。优选地，如果氨溶解在水中，则优选地去除氨。去除方法包含例如空气喷射、氮气喷射和真空蒸馏。当执行喷射时，喷射可以在化学反应期间或之后执行。优选地，按形成产物(Pc)的化学反应中产生的氨的重量计，溶解在水中的氨的量为10重量％或更少；更优选地，5重量％或更少；更优选地，2重量％或更少；更优选地，1重量％或更少。
在形成的化合物DA中，与羧基连接的部分M可以是氢、碱金属或其混合物。优选的碱金属是钠或钾。优选地，M为碱金属的DA分子上羧基的摩尔百分比为50％或更多；更优选地，75％或更多；更优选地，90％或更多。
在步骤(c)之后，执行步骤(d)。在步骤(d)中，使化合物DA与GN接触。步骤(d)中使用的部分或全部GN是步骤(a)和(b)中使用的GN的补充。步骤(d)可以通过任何方法执行。在优选的实施例中，使步骤(c)产生的产物(Pc)与GN接触。在与产物(Pc)接触之前，GN优选地呈水溶液的形式。优选地，按水溶液的重量计，所述水溶液中GN的浓度为25重量％或更高；更优选地，35重量％或更高。优选地，按水溶液的重量计，所述水溶液中GN的浓度为55重量％或更低；更优选地，45重量％或更低。
在一些实施例中，将GN(可能呈水溶液的形式)预装在容器中，并将产物(Pc)添加到该容器中。在一些实施例中，将GN(可能呈水溶液的形式)和产物(Pc)都逐渐添加到容器中。在一些实施例中，在将混合流添加到容器中之前，使两个连续流接触，一个含有GN而另一个含有产物(Pc)。在优选的实施例中，产物(Pc)驻留在容器中，并且将GN逐渐添加到该容器中，优选地以稳定的速率，如上所定义。当逐渐添加GN时，GN添加的总时间优选地为30分钟或更长；更优选地，1小时或更长。当逐渐添加GN时，优选地选择条件使得容器中的温度(“TD”)保持等于或大于TD-Min并且保持等于或小于TD-Max。所述条件包含例如添加速率、机械搅拌和/或通过热交换外部施加的加热和/或冷却中的一种或多种。优选地，TDd-Min为40℃或更高；更优选地，60℃或更高；更优选地，80℃或更高；更优选地，90℃或更高。优选地，TD-Max为120℃或更低；更优选地，100℃或更低。
在步骤(d)中，评估GN与DA的摩尔比是有用的。用于评估摩尔比的GN包含在步骤(a)、(b)、(c)和(d)中的任何或所有步骤期间添加的所有GN的总和。优选地，所述摩尔比为3.5∶1或更高；更优选地，4∶1或更高。优选地，所述摩尔比为5∶1或更低；更优选地，4.5∶1或更低；更优选地，4.2或更低；更优选地，4.1或更低。
在步骤(d)的执行中，引起或允许DA和GN反应以产生产物(Pd)。经考虑，除其它化合物外，产物(Pd)可能含有上文定义的二酸/二腈化合物DADN。
在步骤(d)之后，执行步骤(e)。在步骤(e)中，产物(Pd)与pKaH为11或更高的碱的水溶液接触。引起或允许产物(Pd)与pKaH为11或更高的碱反应；经考虑，除其它化合物外，该反应可能会产生EDTA。EDTA可以是酸形式、盐形式或其混合物。经考虑，该反应还将产生氨，其可以作为氨气释放到大气中或者可以作为氢氧化铵溶解在水中或者可以是其混合物。优选地去除溶解在水中的氨，如上文关于步骤(c)所述。
在一些实施例中，形成含有DA、GN和pKaH为11或更高的碱的水溶液的混合物。在此类实施例中，经考虑，DA和GN将反应以形成DADN，并且DADN将进而与pKaH为11或更高的碱反应以形成EDTA。因此，在此类实施例中，步骤(d)将发生，然后步骤(e)将发生，全部在同一容器内。
在一些优选的实施例中，步骤(d)中使用的DA呈来自步骤(c)的产物(Pc)的形式。在此类实施例中，预期通过将GN和产物(Pc)结合在一起形成的混合物将含有一些碱(Bc)。经考虑，碱(Bc)将与DADN反应以产生EDTA。在这些优选实施例中，应注意，虽然发生的化学反应顺序包含步骤(d)和步骤(e)，但步骤(d)和(e)的所有必要反应物都存在于通过将GN和产物(Pc)结合在一起而形成的混合物中。因此，在这些优选的实施例中，步骤(e)无需添加任何额外的反应物即可发生。
在形成的化合物EDTA中，与羧基连接的部分M可以是氢、碱金属或其混合物。优选的是一种或多种碱金属，更优选地，钠、钾或其混合物。优选地，M为碱金属的EDTA分子上羧基的摩尔百分比为50％或更多；更优选地，75％或更多；更优选地，90％或更多。
在步骤(e)结束后，表征所得混合物的组成是有用的，所述所得混合物在本文中被标记为产物混合物(Pe)。基于产物混合物(Pe)的总固体重量，每种化合物的量被表征为重量百分比。产物混合物(Pe)的总固体重量包含水的重量并且不包含氨的重量。优选地，产物混合物(Pe)含有EDTA和ED3A。优选地，EDTA的量为10重量％或更多；更优选地，15重量％或更多；更优选地，20重量％或更多。在一些实施例中，EDTA的量为50重量％或更少。
在产物混合物(Pe)中，优选地，ED3A的量为10重量％或更少；更优选地，5重量％或更少；更优选地，2重量％或更少；更优选地，1重量％或更少。ED3A不是所述工艺的期望产物。此外，在一些实施例中，一些ED3A可以以例如0.1重量％或更多；或0.2重量％或更多的量存在于产物混合物(Pe)中。
在产物混合物(Pe)中，优选地，NTA的量为3重量％或更少；更优选地，2.5重量％或更少。在一些实施例中，在产物混合物(Pe)中，存在一些NTA。最优选地，NTA的量为零。
通过EDTA与NTA的重量比表征产物混合物(Pe)也是有用的。令人期望的是，所述比率尽可能高。优选地，EDTA与NTA的重量比为7∶1或更高；更优选地，8∶1或更高；更优选地，9∶1或更高。
虽然本发明不限于任何特定机制，但预期了关于本发明工艺中减少的NTA产生的以下推理。据认为，GN与极强碱之间的反应会产生NTA。在先前已知的工艺中，在存在苛性碱的情况下将大约四当量的GN(即，EDA上的每个-NH2基团对应两摩尔GN)与EDA混合。相比之下，在本发明的方法中，在步骤(a)和(b)中，大约一半量的GN(即，两当量，EDA上的每个-NH2基团对应一摩尔GN)与EDA反应。大部分或全部GN将与EDA反应以形成DN。因为在步骤步骤(a)和(b)中存在很少的极强碱或没有极强碱，两当量的GN在步骤(b)中用完，因此当DN在存在极强碱的情况下转化为DA时不会产生NTA。即，在本发明的整个工艺中使用的大约一半的GN在其不暴露于极强碱时被消耗。在本发明的工艺后期，在步骤(d)中，一些GN在存在极强碱的情况下确实与氨接触，但总体上本发明减少了与极强碱接触的GN的量，并且GN与极强碱之间接触的减少预计会减少NTA的产生量。
以下是本发明的实例。除非另有说明，否则在室温，也被称为环境温度(约23℃)，下执行操作。
实例1：EDTA的制备
这是本发明工艺的实验室规模演示。将装有不锈钢玻璃料气体喷射器的1-L圆底烧瓶置于液面下方，装入37.4g乙二胺。将反应冷却至5℃，然后在127分钟内添加160.0g40wt％乙醇腈水溶液，同时在300rpm的顶部搅拌下搅拌1-L烧瓶中的溶液。在添加过程中，达到的最高温度为12℃。将溶液在5℃下搅拌一小时，然后在环境温度下搅拌一小时，得到浅黄色溶液。从1-L烧瓶中取出194.1g溶液(98％的质量回收率)并置于加料漏斗中。用水冲洗1-L烧瓶，然后装入236.1g 50wt％氢氧化钠水溶液。将1-L中的苛性碱溶液温热至40℃，然后在145分钟内将二腈溶液从加料漏斗添加到1-L烧瓶中。在添加过程中使用0.6升/分钟的空气喷射通过使用不锈钢玻璃料的溶液到洗涤过的水。放下加热套控制温度，当温度升至42℃以上时暂停添加。达到的最高温度为44℃。所得溶液呈浅橙色。在添加过程中，洗涤器的pH值从4.95增加到5.51，并且在40℃下保持过夜后为5.51。过夜形成黄色固体，由于空气喷射，其爬入冷凝器。空气被关闭。将混合物加热至90℃，将黄色固体溶解在1-L烧瓶中。将温度升高至106℃，并重新建立0.6升/分钟的空气喷射，以提供回流并从冷凝器中冲洗固体材料。添加另外的26.5g水。在固体溶解并冲洗到1-L反应器中后，将温度降至95℃，然后在两小时内添加206.5g 40wt％乙醇腈水溶液。根据温度曲线没有检测到明显的放热。进料期间达到的最高温度为95℃。添加结束时的洗涤器pH为10.02，并且在将红色反应溶液在95℃下保持三小时后为9.95。冷却后，回收并分析551.0g溶液(82.7％的质量回收率)。
实例2：EDTA的制备。
这是本发明工艺的实验室规模演示。将59.5g(0.62摩尔)的63wt％EDA/水混合物预装入1L夹套反应器中。夹套温度设定为20℃。搅拌速度设定为300rpm。在26分钟内通过ISCO泵以5毫升/分钟的速度将129.3mL 40wt％乙醇腈溶液(1.6当量，1摩尔)添加到EDA中。在添加过程中，反应混合物的内部温度从23℃升至32℃。然后将夹套温度设定为40℃，并将反应混合物在该温度下再保持60分钟以确保完全转化。保持结束时的二腈反应混合物为无色至淡黄色。将224.2g(2.8摩尔)的50wt％苛性碱(NaOH)水溶液(4.5当量)和50mL去离子(DI)水装入1L Hastelloy C Parr反应器。然后将二腈(DN)以2.4毫升/分钟的速度送入Hastelloy反应器，同时将反应溶液保持在室温(22℃)。在添加过程中，内部温度从22℃升至27℃。在DN进料期间，将搅拌速度设定为350rpm，并将氮气喷射保持在2.5升/分钟。在添加过程中，洗涤器的pH从8.38变为9.47。将反应器外壳温度设定为95℃，再保持4小时。在保持期间添加200mL DI水以补偿水损失(分离罐中收集到336.2g水)。在这段额外的保持时间内，洗涤器的pH从9.47变为10.0。将反应混合物在搅拌下在85℃下保持过夜，无喷射。在第二次添加乙醇腈之前，将反应器内容物加热至95℃并将氮气喷射设定为2.5升/分钟。将198mL(1.53摩尔)的40wt％乙醇腈通过ISCO泵以2毫升/分钟的速度在99分钟内添加到Parr反应器中。将反应混合物在温度下再保持4小时。最终洗涤器的pH为10.4。在保持期间额外添加280g DI水以补偿水损失。在1升/分钟的空气喷射下，将反应混合物在温度(85℃)下保持过夜。冷却后，回收并分析474.0g最终产物(90％质量保证)。
实例3：EDTA的制备：
这是本发明工艺的实验室规模演示。将59.5g(0.62摩尔)的63wt％EDA/水混合物装入1L夹套反应器中。夹套温度设定为40℃。搅拌速度设定为300rpm。在26分钟内通过ISCO泵以5毫升/分钟的速度将129.3mL 40wt％乙醇腈溶液(1.6当量，1摩尔)添加到EDA中。在添加过程中，反应混合物的内部温度从35℃升至39℃。将反应混合物在温度下再保持60分钟以确保完全转化。保持结束时的二腈反应混合物为无色至淡黄色。将224.2g(2.8摩尔)的50wt％苛性碱水溶液(4.5当量)和50mL DI水装入1L Hastelloy C Parr反应器，然后加热至90℃。然后将DN溶液以1.9毫升/分钟的速度送入Hastelloy C反应器。在整个添加过程中，将搅拌速度设定为350rpm，并将氮气喷射保持在1.0升/分钟。将反应器温度在90℃下再保持4小时。在保持期间添加100mL DI水以补偿水损失(分离罐中收集到110.8g水)。将反应混合物在搅拌下在85℃下保持过夜，无喷射。然后，在第二次添加乙醇腈之前，将反应器内容物加热至90℃，并将氮气喷射设定为2.5升/分钟。将198mL(1.53摩尔)的40％乙醇腈通过ISCO泵以2毫升/分钟的速度在99分钟内添加到Parr反应器中。将反应混合物在温度下再保持4小时。最终洗涤器的pH为10.28。在保持期间额外添加500g DI水以补偿水损失。在1升/分钟的空气喷射下，将反应混合物在温度下保持过夜。冷却后，获得并分析589.0g最终产物(92％质量保证)。
实例4C：EDTA的比较制备
这是先前已知工艺的实验室规模演示，其中从工艺的一开始就存在极强碱。将35g(0.58摩尔)EDA装入1L Hastelloy C Parr反应器中。然后将209.7g(2.62摩尔)的50wt％苛性碱水溶液和21.0g水装入反应器。夹套温度设定至90℃。搅拌速度设定为350rpm。在2.5小时内通过ISCO泵以2毫升/分钟的速度将305.8mL 40wt％乙醇腈溶液(2.36摩尔)添加到反应器内容物中。在添加过程中，反应混合物的内部温度保持在90℃。一旦添加1/3的乙醇腈，就以1升/分钟的速率向反应混合物中喷射氮气。将反应混合物在温度下再保持4小时以确保完全转化，然后在85℃下保持过夜而不喷射。最终洗涤器的pH为10.05。在保持期间额外添加570g DI水以补偿水损失。冷却后，从反应器中取出592.6g最终产物(94％质量保证)并进行分析。
比较实例5C：EDTA的比较制备
这是先前已知工艺的实验室规模演示，其中从工艺的一开始就存在极强碱。使1升圆底烧瓶配备置于液面以下的玻璃料气体喷射器、水冷冷凝器、顶部搅拌器、加料漏斗，并连接到用乙酸酸化的水洗涤器。组装后，将113.1g 50wt％氢氧化钠和20.14g乙二胺装入1-L反应器。将反应升温至95℃，然后在79分钟内添加195g 40wt％乙醇腈水溶液。达到的最高温度为96℃。在反应过程中，使鼓泡通过反应溶液的2.5升/分钟的气流通过水洗涤器。洗涤器中的pH从4.38增加到10.21。看到在1-L反应器的壁上形成了一些固体，通过添加60.5g水将这些固体溶解到反应溶液中。将溶液在95℃至105℃下搅拌2.5小时，然后冷却以卸载316.3g反应溶液。分析结果见表1。
实例6C：EDTA的比较制备
这是先前已知工艺的实验室规模演示，其中从工艺的一开始就存在极强碱。使1升圆底烧瓶配备置于液面以下的玻璃料气体喷射器、水冷冷凝器、顶部搅拌器、加料漏斗，并连接到(用乙酸酸化的)水洗涤器。将133.5g50wt％氢氧化钠、6.8g水和21.15g乙二胺装入反应器，然后将反应器升温至80℃。在达到80℃后，通过连续添加在91分钟内添加206.9g40wt％乙醇腈水溶液。达到的最高温度为86℃。在进料期间中，使鼓泡通过反应溶液的2.5升/分钟的气流通过水洗涤器。洗涤器中的pH从5.42增加到10.28。将溶液在95℃下搅拌过夜，然后冷却以卸载319.4g反应溶液。
实例7：EDTA的制备
这是本发明工艺的实验室规模演示。将1-L圆底烧瓶配备水冷冷凝器、顶部搅拌器和加料漏斗。将***置于氮气气氛下。将97.5g 40wt％乙醇腈水溶液装入反应器，然后冷却至2℃。然后在55分钟内滴加乙二胺(22.5g)。在进料期间，达到的最高温度为9℃。用16.5g水将加料漏斗冲洗到1-L反应器中，然后进料到反应器中。将溶液加热至环境温度，然后将其与19g水一起转移到加料漏斗中。将140.7g 50wt％氢氧化钠水溶液装入1-L烧瓶。将2.5升/分钟的氮气流鼓泡通过反应溶液并通过酸化(乙酸)水洗涤器。将1-L反应器中的溶液加热至36℃。然后在135分钟内将加料漏斗中的溶液添加到1L反应器中，并导致反应温度从36℃升高至44℃。从漏斗进料溶液后，将水(33克)添加漏斗以冲洗侧面，然后添加到1L反应器中。洗涤器中的pH从4.08增加到9.25。将溶液在40℃下搅拌过夜，然后升温至95℃。然后在约3小时内添加128.8g40wt％乙醇腈水溶液。将氮气喷射切换到空气，以进行添加。洗涤器的pH增加到10.48。在95℃下保持另外2小时后，将溶液冷却并卸载，以提供397.2g反应溶液。
实例8：EDTA的制备
这是本发明工艺的实验室规模演示。将1-L圆底烧瓶配备水冷冷凝器、顶部搅拌器和加料漏斗。将168.5g40wt％乙醇腈水溶液装入反应烧瓶中，然后用冰浴冷却。将39.2g乙二胺装入加料漏斗。然后以达到的最高温度为12℃的方式将EDA添加到1L烧瓶中。将溶液加热至40℃，然后装入235.2g 50wt％氢氧化钠水溶液。将2.5升/分钟的空气流喷射通过反应溶液，并使喷射的气体通过酸化(乙酸)水洗涤器以捕获氨。在进料期间，达到的最高温度为48℃。在此期间，洗涤器中的pH也从4.06增加到9.82。将溶液在40℃下搅拌过夜，然后加热回流1小时，然后冷却至85℃。在达到85℃后，在约2小时内添加214.4g40wt％乙醇腈水溶液。在95℃下保持过夜后，将溶液冷却并卸载，以提供649.2g反应溶液。
实例9：EDTA的制备
这是本发明工艺的实验室规模演示。将137.4mL(1.06摩尔)的40wt％乙醇腈水溶液装入1L带夹套的玻璃反应器中。夹套温度设定为0℃。搅拌速度设定为300rpm。将59.5g(0.62摩尔)的63wt％EDA/水混合物通过ISCO泵以1毫升/分钟的速度添加到GN中，这需要大约1小时。在添加过程中，反应混合物的内部温度从3℃升至5℃。将反应混合物在10℃下再保持6小时以确保完全转化。保持结束时的二腈反应混合物为无色至淡黄色。然后将二腈转移到预先装有224.2g(2.8摩尔)50wt％苛性碱水溶液(4.5当量)和60mL DI水的1L夹套反应器中。在进料期间，将反应温度保持在40℃(1.9毫升/分钟)。在反应期间将搅拌设定为350rpm。在整个添加过程中，将空气喷射保持在2.0升/分钟。用空气喷射将反应器温度在40℃下再保持8-10小时。在第二次添加乙醇腈之前，将反应器内容物在95℃至100℃之间蒸馏另外4小时，同时以1.0毫升/分钟的速度进行空气喷射。将189.9mL(1.46摩尔)的40wt％乙醇腈通过ISCO泵以1毫升/分钟的速度在190分钟内添加到反应器中。在1升/分钟的空气喷射下，将反应混合物在85℃下再保持8小时。最终洗涤器的pH为8.15。在保持期间额外添加600g DI水以补偿水损失。冷却后，分析577.2g最终产物(86％质量保证)。
实例10：测试结果。
分析了来自实例1、5C、6C、7和8的产物。检测并报告了以下化合物：EDTA、NTA、SEDDA(对称乙二胺-N-N′-二乙酸＝DA)、UEDDA(非对称乙二胺-N-N′-二乙酸)和ED3A(乙二胺三乙酸)。结果如下。量被示出为基于最终产物总重量的重量百分比。
| <u>实例</u> | <u>备注</u> | <u>SEDDA</u> | <u>UEDDA</u> | <u>ED3</u>A | <u>EDTA</u> | <u>NTA</u> |
| 1 | 0.718 | 0 | 0.90 | 21.27 | 3.25 | |
| 5C | 比较 | 0.67 | 0 | 2.71 | 22.9 | 3.49 |
| 6C | 比较 | 1.08 | 0.19 | 1.77 | 20.0 | 4.65 |
| 7 | 将DN添加到碱 | 1.03 | 0 | 0.63 | 21.8 | 2.22 |
| 8 | 将碱添加到DN | 1.11 | 0 | 0.49 | 22.9 | 2.13 |
所有实例都显示出相对良好的用于制备EDTA的生产率，并且本发明实例的NTA低于比较实例。
据认为，上述实验室规模的实例表明，从制备EDTA的比较方法到制备EDTA的本发明方法的改变导致了可比较的EDTA产率和NTA产量的降低。据认为，这些结果表明，如果在更大的规模(例如，生产规模)上进行相同的比较，将获得NTA产量的显著减少。即，认为在本发明的方法的大规模操作中产生的NTA将少于在比较方法的大规模操作中产生的NTA。
Claims (7)
1.一种制备乙二胺四乙酸(EDTA)的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供包括乙二胺(EDA)和乙醇腈(GN)的反应混合物(a)，其中按反应混合物(a)的重量计，所述反应混合物(a)包括0重量％到0.1重量％的共轭酸的pKa(PKaH)为13或更高的任何碱；
(b)引起或允许反应混合物(a)反应以形成具有结构DN的二腈化合物：
(c)使所述DN与pKaH为11或更高的碱的水溶液接触，并引起或允许所得混合物反应以形成具有结构DA的二酸化合物：
其中每个-R具有以下结构：
其中每个M独立地为氢或碱金属或其混合物；
(d)引起或允许所述DA与额外的GN依次或同时反应以形成产物(Pd)；
(e)引起或允许产物(Pd)与pKaH为11或更高的碱反应，以形成EDTA。
2.根据权利要求1所述的方法，其中反应混合物(a)通过以下方式形成：将步骤(a)中使用的任选地呈水溶液形式的所有EDA放入容器中，其中按所述容器中EDA的重量计，所述容器中GN的量为0重量％到0.1重量％；并且然后将任选地呈水溶液形式的GN添加到所述容器中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过使EDA水溶液与GN水溶液接触而形成反应混合物(a)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)在0℃到10℃的温度下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在反应混合物(a)中，GN与EDA的摩尔比为3∶1或更低。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)结束时，EDTA与次氮基三乙酸的重量比为7∶1或更高。
7.一种组合物，其包括具有结构DADN的化合物：
其中每个-R具有以下结构：
其中每个M独立地为氢或碱金属或其混合物。
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| DE638071C (de) * | 1935-04-05 | 1936-11-09 | I G Farbenindustrie Akt Ges | Verfahren zur Herstellung von Polyaminocarbonsaeurenitrilen, den entsprechenden Saeuren oder deren Abkoemmlingen |
| JPS5459224A (en) * | 1977-10-17 | 1979-05-12 | Showa Denko Kk | Preparation of ethylenediaminetetraacetates |
| CN101622224A (zh) * | 2007-03-01 | 2010-01-06 | 巴斯夫欧洲公司 | 借助eddn生产teta的新方法 |
| CN101959847A (zh) * | 2008-03-03 | 2011-01-26 | 巴斯夫欧洲公司 | 生产氨基二羧酸-n,n-二乙酸的方法 |
| CN106045867A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-10-26 | 河北诚信有限责任公司 | 乙二胺‑n‑n′‑二乙酸二钠的合成工艺 |
-
2020
- 2020-06-03 JP JP2021573721A patent/JP2022536735A/ja active Pending
- 2020-06-03 EP EP20747206.9A patent/EP3983376A1/en active Pending
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE638071C (de) * | 1935-04-05 | 1936-11-09 | I G Farbenindustrie Akt Ges | Verfahren zur Herstellung von Polyaminocarbonsaeurenitrilen, den entsprechenden Saeuren oder deren Abkoemmlingen |
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| CN106045867A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-10-26 | 河北诚信有限责任公司 | 乙二胺‑n‑n′‑二乙酸二钠的合成工艺 |
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