制备包含单官能和双官能芳族胺的氨基甲酸酯的方法

摘要

本发明的目的是提供一种通过使芳族胺与碳酸二烷基酯反应而制备氨基甲酸酯的方法，其中有机碳酸二烷基酯中的烷基基团具有2-18个碳原子，且所述反应在一种碱的存在下进行。

说明书

本发明提供一种通过使单官能和双官能的芳族胺与一种碳酸二烷基酯反应而高产率、高选择性制备氨基甲酸酯的方法。由此制备的氨基甲酸酯随后可被转化成工业相关的异氰酸酯。

一系列制备氨基甲酸酯的方法是已知的。

在反应中，例如，路易斯酸，如铀盐(US 3,763,217)、铝屑与碘和Hg促进剂(US 4,550,188)、锌盐、铁盐、锑盐和锡盐(US 4,268,683、4,268,684、EP 391473)被用作催化剂。这些方法的工业使用的缺点在于有时转化率低、选择性低或两者均有。

当使用大量过量的碳酸二烷基酯(胺∶碳酸酯为1∶20)时在例如路易斯酸催化的方法(Pb盐作为催化剂)中获得了高选择性和高产率(WO 98/55451、WO 98/56758)。大量过量的碳酸二烷基酯导致大量的循环物流。

在其它情况下，当将氨基甲酸酯化过程中形成的脲通过另外的反应重新热解离为相应的氨基甲酸酯时，可实现氨基甲酸酯的高产率(EP048371(催化剂：铅盐、钛盐、锌盐和锆盐)，EP 391473(催化剂：锌盐))。重新解离需要额外的能量密集型步骤。

使用路易斯酸作为均相催化剂的另一个缺点在于产物中存在残留的催化剂，其不能完全除去。

WO 2007/015852描述了路易斯酸非均相催化剂用于芳族胺类的氨基甲酸酯化的用途。这省去了复杂的均相催化剂去除过程。所得的转化率对于工业规模的应用而言过低，并随着非均相催化剂寿命的增加而与选择性一起降低。

还已知氨基甲酸酯可使用碱性化合物，例如碱金属醇盐或碱土金属醇盐，由芳族胺制备。

DE 3202690描述了通过使苯胺和碳酸二烷基酯在少量金属醇盐催化剂的存在下制备芳族氨基甲酸酯。实施例中描述的转化程度不完全，且所达到的选择性对工业应用而言不足。

Journal of Organic Chemistry，2005，70，2219-2224描述了苯胺与大量过量的碳酸二甲酯(40倍过量)在过量的碱，如甲醇钠(NaOMe)或叔丁醇钾(KOtBu)的存在下的反应。使用NaOMe时，在210分钟的反应时间后获得的选择性为67％。使用KOtBu时，在1分钟后选择性为100％，但是，随着反应时间的增加，由于形成N-甲基苯基氨基甲酸酯副产物，选择性降低至60％。未描述转化率和分离后的收率。

本发明的一个目的是开发一种由单官能和双官能的芳族胺制备氨基甲酸酯的方法，其能够使用低摩尔过量(基于氨基计)的碳酸二烷基酯进行高时空产率和高选择性的氨基甲酸酯化反应。所制备的氨基甲酸酯应随后可进行处理以生成工业上重要的芳族异氰酸酯。

令人惊奇地，已发现，与Journal of Organic Chemistry，2005，70，2219(见第2页第15行)不同，通过使芳族胺与具有含2-18个、优选2-7个碳原子的烷基基团的碳酸二烷基酯在化学计量的量的碱的存在下反应，可在短的反应时间后——即使使用低过量的碳酸二烷基酯——以出色的收率(最高达98％)分离出想要的氨基甲酸酯。

本发明提供一种通过使芳族胺与碳酸二烷基酯——其中有机碳酸二烷基酯的烷基基团具有2-18个、优选2-7个碳原子——反应制备氨基甲酸酯的方法，该反应在一种碱的存在下进行。

芳族胺与碳酸二烷基酯的反应产物优选地与质子化合物反应。

质子化合物应理解为是指可以转移质子的化合物。

质子化合物优选地选自醇、水及两者的混合物。特别优选使用水。

碱优选地以基于氨基计0.8-1.2的摩尔比使用。

碳酸二烷基酯优选地以碳酸二烷基酯与氨基的摩尔比为1∶1至10∶1、更优选2∶1至3∶1使用。

芳族胺与碳酸二烷基酯在碱的存在下的反应优选地在60-150℃、更优选在100-140℃的反应温度进行。在该温度下，芳族胺向相应的氨基甲酸酯的定量转化可在5-60分钟内达到。反应通常在标准压力下进行。

在本发明的方法中，使用优选在芳族基团上不含有任何杂原子的单官能和/或双官能的芳族胺。其代表性实例有，例如苯胺；邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺；邻氯苯胺、间氯苯胺、对氯苯胺及异构体混合物；邻溴苯胺、间溴苯胺、对溴苯胺及异构体混合物；邻三氟甲基苯胺、间三氟甲基苯胺、对三氟甲基苯胺及异构体混合物；2，4-、2，6-、3，4-和3，5-二甲基-、-二氯-、-二溴-和-二乙基苯胺及异构体混合物；对叔丁基苯胺；甲苯二胺(TDA)，尤其是2，4-和2，6-甲苯二胺及其异构体混合物；二氨基苯基甲烷(MDA)，尤其是2，4′-二氨基苯基甲烷、4，4′-二氨基苯基甲烷、2，2′-二氨基苯基甲烷和更高级的同系物(多氨基多苯基甲烷)及其异构体混合物；以及间苯二胺。

优选使用甲苯二胺的异构体和/或二氨基苯基甲烷的异构体。

碳酸二烷基酯的烷基链可为无支链的、有支链的或环状的。烷基链优选为无支链的或有支链的。

在本发明的一个实施方案中，碳酸二烷基酯的烷基链用杂原子改性。杂原子可为卤素原子，优选氟原子和/或氯原子，更优选氟原子。在另一个实施方案中，杂原子为氧原子。它们优选地以醚基的形式存在。

在本发明的一个优选的实施方案中，碳酸二烷基酯选自碳酸二乙酯、碳酸二正丙酯、碳酸二正丁酯、碳酸二-2-甲基丙酯、碳酸二-3-甲基丁酯、碳酸二正戊酯、碳酸双-2-甲氧基乙酯、碳酸双-2-乙氧基乙酯、碳酸双-2，2，2-三氟乙酯、碳酸二异丁酯，优选碳酸二异丁酯和碳酸二正丁酯，更优选碳酸二异丁酯。

碳酸二烷基酯可优选地通过使碳酸亚乙酯与醇反应而制备。

碱优选地包括碱性有机金属化合物，尤其是碱金属化合物。它们可为，例如包含氮原子的化合物，如酰胺，如氨基钠，或者包含硅原子和氮原子的化合物，如六甲基二硅基氨基锂(lithium hexamethyldisilazide)。

碱可优选地包括碱金属的醇盐。

金属醇盐的醇在烷基链上具有2-18个、更优选2-7个碳原子。烷基链可以是无支链的、有支链的或环状的。

在本发明的一个实施方案中，醇盐的相应醇的烷基链用杂原子改性。杂原子可为卤素原子，优选为氟原子和/或氯原子，更优选为氟原子。在另一个实施方案中，杂原子为氧原子。它们优选地以醚基的形式存在。

在本发明方法的一个特别优选的实施方案中，碳酸二烷基酯和金属醇盐基于相同的醇。其优点在于，在本发明的方法中存在更小量的化合物。这降低了方法的复杂性。

芳族胺与碳酸二烷基酯在碱的存在下的反应优选在60-150℃、更优选在100-140℃的反应温度进行。在此温度下，芳族胺的定量转化可在5-60分钟内达到。反应通常在标准压力下进行。

在使用水作为质子化合物的本发明制备氨基甲酸酯的方法的一个优选实施方案中，本发明的方法包括以下步骤：

a)使芳族胺与碳酸二烷基酯在碱的存在下反应，

b)使步骤a)的反应产物与水反应，

c)使步骤b)中形成的产物与含水的碱分离，

d)将步骤c)得到的含水的碱转化成相应的无水的碱，并使其循环回步骤a)，

e)分离出步骤c)中移出的氨基甲酸酯。

该方法优选地可连续实施。

在该方法中，氨基甲酸酯在步骤b)形成。

该实施方案——其中使用水作为质子化合物并用醇盐作为碱——如图1所示。

在这种情况下，氨基甲酸酯可以溶于有机溶剂中的溶液形式分离出，或以熔体或固体形式的纯物质分离出。

步骤b)中形成的产物为氨基甲酸酯并且，在使用醇盐作为碱的情形中，为醇盐。

工艺步骤a)在图1的阶段1中进行，工艺步骤b)在阶段2中进行。在间歇模式中，阶段1和阶段2可在相同的反应器中进行，在连续模式中，优选在不同的反应器中进行。

来自阶段1的产物可不进行进一步处理而转移至阶段2中。

在阶段3中，在阶段2中获得的含水的碱被转化成无水的碱，并且在使用金属醇盐的情形中，氢氧化物被转化成金属醇盐。将其循环回阶段1。在阶段2中获得的过量的醇就地排出，或在工艺过程中的另一点处回收。

来自阶段2的产物，如果其尚未以此形式存在，则被分离成水相和非水相。将该相从包含氨基甲酸酯的有机相中除去并作为固体或熔体分离出，或者直接以此形式用于其它反应阶段，例如在热裂解中生成相应的异氰酸酯。如果需要，所除去的氨基甲酸酯可被纯化，例如通过洗涤纯化。

在本发明方法的一个优选的实施方案中，在步骤a)之前，碳酸二烷基酯通过使碳酸亚乙酯与醇反应而制备。

在本发明方法的另一个优选的实施方案中，步骤e)之后进行步骤f)：使氨基甲酸酯裂解成异氰酸酯和醇。步骤f)中形成的醇可循环回工艺过程中。所述循环可例如进入步骤d)或进入发生于步骤a)之前的碳酸二烷基酯的制备中。

本发明中，已表明本发明的芳族胺与少量过量的碳酸二烷基酯的反应可以以高选择性和高时空产率进行。氨基甲酸酯以高纯度形成，因此无需复杂的后续纯化操作。

本发明将在下文的实施例中详细描述。

实施例1

将224.0g(1.3mol)的碳酸二异丁酯、39.2g(0.32mol)的2，4-TDA和64.8g(0.64mol)异丁醇钠依次称重并加入一个2L的安装有搅拌器(搅拌速度200min^-1)、内部温度计和氩气供给装置的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出TDA的定量转化。烧瓶内容物用1L甲苯稀释，并在25℃计量加入500mL水。相分离后，将有机相用500mL水洗涤3次，随后将有机相用Na₂SO₄干燥，并通过旋转蒸发使甲苯浓缩。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(100.1g)，产率为97％。

实施例2

将22.4g(0.13mol)的碳酸二异丁酯、3.9g(0.032mol)的2，6-TDA和6.5g(0.064mol)异丁醇钠依次称重并加入一个250mL的安装有搅拌器、内部温度计和氩气供给装置的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出TDA的定量转化。烧瓶内容物用0.1L甲苯稀释，并在25℃计量加入50mL水。相分离后，将有机相用50mL水洗涤3次，随后将有机相用Na₂SO₄干燥，并通过旋转蒸发使甲苯浓缩。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(9.4g)，产率为92％。

实施例3

将224g(1.30mol)的碳酸二异丁酯、39.2g(0.32mol)的工业级TDA(2，4/2，6-TDA为80/20的混合物)和64.8g(0.64mol)异丁醇钠依次称重并加入一个250mL的安装有搅拌器、内部温度计和氩气供给装置的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出TDA的定量转化。烧瓶内容物用1L甲苯稀释，并在25℃计量加入500mL水。相分离后，将有机相用500mL水洗涤3次，随后将有机相用Na₂SO₄干燥，并通过旋转蒸发使甲苯浓缩。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(102g)，产率为98％。

实施例4

将224.0g(1.3mol)的碳酸二正丁酯、39.2g(0.32mol)的2，4-TDA和64.8g(0.64mol)正丁醇钠依次称重并加入一个2L的安装有搅拌器(搅拌速度200min^-1)、内部温度计和氩气供给装置的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出2，4-TDA的定量转化。烧瓶内容物用1L甲苯稀释，并在25℃计量加入500mL水。相分离后，将有机相用500mL水洗涤3次，随后将有机相用Na₂SO₄干燥，并通过旋转蒸发使甲苯浓缩。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(103.1g)，产率为99％。

实施例5

将284.1g(1.3mol)的碳酸二异戊酯、39.2g(0.32mol)的2，4-TDA和74.4g(0.65mol)异戊醇钠依次称重并加入一个2L的安装有搅拌器(搅拌速度200min^-1)、内部温度计和氩气供给装置的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出TDA的定量转化。烧瓶内容物用1L甲苯稀释，并在25℃计量加入100mL水。相分离后，将有机相用100mL水洗涤3次，随后将有机相用Na₂SO₄干燥，并通过旋转蒸发使甲苯浓缩。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(106.2g)，产率为94％。

实施例6

将125.4g(0.72mol)的碳酸二异丁酯、34.8g(0.18mol)的4，4′-MDA和36.4g(0.38mol)异丁醇钠依次称重并加入一个500mL的安装有搅拌器(搅拌速度300min^-1)、内部温度计和氩气管线和冷凝器的四颈烧瓶中，该四颈烧瓶浸在预热至120℃的油浴中。30分钟后的薄层色谱分析显示出4，4′-MDA的定量转化。烧瓶内容物用200mL甲苯稀释，并计量加入34.2g水。再搅拌100分钟后，将混合物转移至1000mL的分液漏斗中进行相分离。将有机相浓缩。随后，所得的固体在120℃和0.25mbar下充分干燥。获得纯氨基甲酸酯的浅黄色的晶体(61g)，产率为97％。