CN117964512B - 一种n,n-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法 - Google Patents
一种n,n-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种N,N‑二甲基‑3‑甲氧基丙酰胺的合成方法，合成方法包括：在路易斯酸催化剂的作用下，N,N‑二甲基甲酰胺与乙二醇进行烷基化反应得到N,N‑二甲基‑3‑羟基丙酰胺，N,N‑二甲基‑3‑羟基丙酰胺与甲醇进行甲氧基反应生成N,N‑二甲基‑3‑甲氧基丙酰胺。本发明以N,N‑二甲基甲酰胺和乙二醇为原料，路易斯酸为催化剂，提出一种合成N,N‑二甲基‑3‑甲氧基丙酰胺的新方法，原料毒性小、来源广泛且易运输，适合工业化生产。并且，工艺流程简单、反应收率高，收率可达86.3%。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成的技术领域，具体涉及一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法。
背景技术
N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺是一种无色透明液体，有酰胺官能团和甲氧基团，是一种重要的有机溶剂，由于其良好的溶解性和反应性，它可用作溶剂、中间体和催化剂。能够和多种溶剂混合，能够高程度溶解聚合物聚酰胺；具有高溶解性、高渗透性、高流动性、低粘性、低表面张力等特点，并且对皮肤没有刺激性，安全环保，可以很好地替代传统溶剂N-甲基吡咯烷酮，被广泛应用于电子、医药、农药、颜料、清洗剂、绝缘材料等行业中。如今在竞争不断细化的安全性溶剂市场，除溶解性外，高挥发性及低毒也成为溶剂竞争的重要筹码，因此，产品的市场前景广阔。目前N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法主要有以下几种：
专利CN 106966923中将丙烯腈、无水甲醇以及金属烷氧化物加入到反应器中反应，再回收未反应的无水甲醇，得3-甲氧基丙腈；向3-甲氧基丙腈中加入酸性催化剂和水，加热水解反应，经过滤得3-甲氧基丙酸；将3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密闭反应器中，升温反应得3-甲氧基-N ,N-二甲基丙酰胺。该方法以丙烯腈为起始原料，丙烯腈烷氧化得甲氧基丙腈，再水解得到甲氧基丙酸，然后酸碱反应成盐脱水得到目标产物。但是该方法使用了丙烯腈和二甲胺等原料，具有一定的毒性，同时反应在高压条件下，反应条件苛刻，不利于工业化操作。
专利CN116924909公开了以丙烯酸酯、甲醇为原料，在碱性催化剂存在的条件下进行迈克尔加成反应，得到含3-甲氧基丙酸甲酯，以3-甲氧基丙酸甲酯和二甲胺为原料，二甘醇为溶剂在醇钠的催化下合成。该方法仍然使用低沸点的二甲胺做原料，有很大的局限性。
目前对于N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺合成的相关技术不够成熟，缺少适合于工业化生产的路线，因此，现有技术有待于进一步发展。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，并提供如下技术方案：
一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，合成方法包括：在路易斯酸催化剂的作用下，N,N-二甲基甲酰胺与乙二醇进行烷基化反应得到N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺，N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺与甲醇进行甲氧基反应生成N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺。
进一步的，所述烷基化反应过程中乙二醇向N,N-二甲基甲酰胺进行滴加，滴加时间为5-6h。
进一步的，乙二醇滴加结束后继续反应0.5-1.5h后得到N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺。
进一步的，所述烷基化反应的反应温度为150-190℃。
进一步的，N,N-二甲基甲酰胺与乙二醇的反应摩尔比为1：（1.05-1.2）。
进一步的，所述甲氧基反应过程中甲醇向N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺中进行滴加，滴加时间为2-3h。
进一步的，所述甲氧基反应的反应温度为60-120℃。
进一步的，所述N,N-二甲基甲酰胺与甲醇的摩尔用量比为1：（1.0-2.0）。
进一步的，所述路易斯酸催化剂为AlCl3、BF3、FeBr3、FeCl3、SnCl4、TiCl4、ZnCl2、含路易斯酸的分子筛或含路易斯酸的沸石，所述路易斯酸催化剂的添加量为N,N-二甲基甲酰胺的0.5wt%-5wt%。
进一步的，烷基化反应过程中产生副产物水，副产物水通过常压精馏去除。
有益效果：
1、本发明选择N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇为原料，原料毒性小、来源广泛且易运输，适合工业化生产。
2、本发明中N,N-二甲基甲酰胺在反应过程中氨基不进行反应，而是酰基碳与醇发生烷基化反应，路易斯酸和N,N-二甲基甲酰胺的富电子中心发生配位，形成络合物，活化了酰胺键的碳原子，促进了反应发生。
3、本发明的工艺流程简单，第一步反应结束后，不需要分离提纯，第二步反应直接滴加甲醇原位生成N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺，反应收率高，收率可达86.3%。
附图说明
图1是本发明的反应机理示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
根据本发明实施例，提供了一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，合成方法包括：在路易斯酸催化剂的作用下，N,N-二甲基甲酰胺与乙二醇进行烷基化反应得到N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺，N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺与甲醇进行甲氧基反应生成N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺。本发明以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和乙二醇为原料，路易斯酸为催化剂，发明出一种合成N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的新方法，原料毒性小、来源广泛且易运输，适合工业化生产。并且，工艺流程简单、反应收率高，收率可达86.3%。具体的反应机理如图1所示。
烷基化反应温度控制在150-190℃，乙二醇匀速滴加，缓慢升温，滴加时间5-6h。反应过程严格控制滴加时间，滴加时间过快会导致部分乙二醇自聚合，同时控制反应温度将反应生成的水通过蒸发及时移除，有利于促进反应的进行。第二步脱水成醚反应同样需要控制甲醇的滴加速度有利于控制副反应的发生。
反应结束后通过过滤、精馏等后处理操作，提纯得到含量99%以上的N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺。
过滤以及精馏后在精馏釜的釜底剩余的催化剂，催化剂经回收后可进行循环使用。
以下N,N-二甲基甲酰胺简称为DMF。
实施例1
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和1.5gAlCl3，然后升温至150℃，缓慢滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在5h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间2h，滴加结束缓慢升温至110℃保温2h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺433.5g，含量99.2%，收率82.1%。
实施例2
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和6.0gZSM-5型分子筛，然后升温至180℃，缓慢滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在6h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间3h，滴加结束缓慢升温至110℃保温2h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺455.3g，含量99.4%，收率86.3%。
实施例3
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和10.0g铂型丝光沸石，然后升温至150℃，缓慢滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在5h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间3h，滴加结束缓慢升温至110℃保温2h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺432.3g，含量99.1%，收率81.7%。
实施例4
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和6gZnCl2，然后升温至150℃，缓慢滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在6h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间2h，滴加结束缓慢升温至120℃保温3h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺380.3g，含量99.0%，收率71.8%。
实施例5
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和10.4g回收铂型丝光沸石，然后升温至150℃，缓慢滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在6h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间2h，滴加结束缓慢升温至110℃保温3h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺389.1g，含量99.2%，收率73.6%。
对比例1
准备1L带有磁力搅拌和精馏柱的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和6.0gZSM-5型分子筛，然后升温至180℃，滴加乙二醇273.1g，滴加过程缓慢升温将生成的水分蒸出，滴加时间控制在2h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液。保温结束后温度降至60℃，继续向反应液内滴加甲醇192.2g，滴加时间1h，滴加结束缓慢升温至110℃保温2h，取样检测N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺残留量≤0.5%，停止保温，将反应液进行精馏处理，得到N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺151.8g，含量92.6%，收率26.8%。
对比例2
准备1L带有磁力搅拌的反应釜，向反应容器内加入292.4g DMF和6.0g ZSM-5型分子筛，然后升温至180℃，缓慢滴加乙二醇，滴加过程中气相冷凝后全回流，不将生成的水分蒸出，滴加时间控制在6h，滴加结束后升温至190℃保温1h，得到N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺溶液，取样检测原料转化率4.3%，N ,N-二甲基-3-羟基丙酰胺含量非常低。
由上述实施例1-5可以看出，本发明提供了一种新的N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺合成方法，收率最高可达86.3%，其中催化剂为路易斯酸，含有电子缺陷的路易斯酸和DMF的亲电中心发生配位作用，形成一个复合物，活化了酰胺键的碳原子，促进了反应发生。整个反应过程分为两部分，分别是烷基化和醚化，通过一种催化剂原位催化生成目标产物N ,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺。整个过程操作简单，中间过程不需要提纯，类似于一锅法直接合成，非常适合工业化生产。另外，ZSM-5型分子筛的比表面积较大，催化效果较为突出。
对比例1与实施例2相比较，由于对比例1中滴加乙二醇的滴加时间缩短，滴加速度从而加快，导致了部分乙二醇的自聚合，无法控制副反应的生成。
对比例2与实施例2相比较，由于对比例2中未将反应生成的水通过蒸发及时移除，使得反应的进行受到阻碍，最终N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的收率大大降低。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，合成方法包括：在路易斯酸催化剂的作用下，N,N-二甲基甲酰胺与乙二醇进行烷基化反应得到N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺，N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺与甲醇进行甲氧基反应生成N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺；
所述烷基化反应过程中乙二醇向N,N-二甲基甲酰胺进行滴加，滴加时间为5-6h；
所述甲氧基反应过程中甲醇向N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺中进行滴加，滴加时间为2-3h；
烷基化反应过程中产生副产物水，副产物水通过常压精馏去除。
2.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，乙二醇滴加结束后继续反应0.5-1.5h后得到N,N-二甲基-3-羟基丙酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，所述烷基化反应的反应温度为150-190℃。
4.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，N,N-二甲基甲酰胺与乙二醇的反应摩尔比为1：（1.05-1.2）。
5.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，所述甲氧基反应的反应温度为60-120℃。
6.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，所述N,N-二甲基甲酰胺与甲醇的摩尔用量比为1：（1.0-2.0）。
7.根据权利要求1所述的一种N,N-二甲基-3-甲氧基丙酰胺的合成方法，其特征在于，所述路易斯酸催化剂为AlCl3、BF3、FeBr3、FeCl3、SnCl4、TiCl4、ZnCl2、含路易斯酸的分子筛或含路易斯酸的沸石，所述路易斯酸催化剂的添加量为N,N-二甲基甲酰胺的0.5wt%-5wt%。
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