本發(fā)明涉及一種有機(jī)化合物的合成方法及雜質(zhì)處理方法，即N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備方法及雜質(zhì)處理方法。
背景技術(shù)：
N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺(簡稱：TMAEEA)，其結(jié)構(gòu)式如S-1所示，是一類重要的有機(jī)化工中間體，更是一種通用型聚氨酯泡沫合成的發(fā)泡催化劑，適用于各種聚氨酯泡沫的應(yīng)用。
TMAEEA生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)(副產(chǎn)物)為甲酸酯，結(jié)構(gòu)式如S-2所示。
目前文獻(xiàn)報道的TMAEEA的合成主要采用以下方法：
1)、Doege Ulrica,Eger Kurt于Pharmazie(Doege,Ulrica.；Eger,Kurt.A simple HPLC-UV method for the determination of dimenhydrinate and related substances-identification of an unknown impurity.Pharmazie,2007,62(3),174-178)報道了一種以羥乙基乙二胺為原料，在甲醛、甲酸的作用下發(fā)生甲基化反應(yīng)生成N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺，反應(yīng)溫度約100℃，反應(yīng)時間為4小時；產(chǎn)品收率為70％左右。該法副產(chǎn)物多，產(chǎn)品含量低。
2)、CN201610228594.0提供了一種以羥乙基乙二胺、多聚甲醛(或甲醛水溶液)、氫氣為原料，在催化劑的作用下反應(yīng)生成TMAEEA，具體為：在高壓釜內(nèi)加入羥乙基乙二胺、甲醛類物質(zhì)、催化劑及氫氣于密封狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，羥乙基乙二胺:甲醛(甲醛類物質(zhì))的摩爾比為1:3～5，催化劑占羥乙基乙二胺與甲醛類物質(zhì)這兩者質(zhì)量之和的0.5～15.0％，反應(yīng)溫度為80～120℃，用氫氣調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力至1.4～2.2MPa，反應(yīng)時間為3～7小時。
該方法的最高收率可達(dá)92.7％，純度99.8％。但氫氣易燃易爆，對設(shè)備要求高。
3)、van der Stelt,C.；Tersteege,H.M.；Nauta,W.Th.于Arzneimittel-Forschung(van der Stelt,C.；Tersteege,H.M.；Nauta,W.Th.The effect of alkyl substitution in drugs.X.Synthesis and properties of a number of alkyl-substituted diphenylmethyl dialkylaminoethoxyethyl ethers and some related substances.Arzneimittel-Forschung,1964,14(9),1053-5)報道了一種以N,N-二甲基氯乙胺和N-甲基乙醇胺為原料，在路易斯堿的作用下反應(yīng)生成TMAEEA，該法引入鹵素，產(chǎn)生大量的含氯化鈉的廢水。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、常壓下即可進(jìn)行的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法，包括以下步驟：
1)、合成：
在容器(例如三口燒瓶)中加入羥乙基乙二胺、多聚甲醛，攪拌下滴加甲酸，羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的摩爾比為1：3～3.3：3～3.3，反應(yīng)溫度為50～110℃，反應(yīng)時間為1～2小時；反應(yīng)結(jié)束后，減壓(真空度-0.094Mpa)蒸出反應(yīng)生成的水，得反應(yīng)液；
所述反應(yīng)液包括產(chǎn)物TMAEEA(N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺)及副產(chǎn)物(即雜質(zhì)，S-2)N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺；
該步驟中，甲酸參與反應(yīng)(起到還原作用)，生成二氧化碳溢出；
2)、酯交換：
在步驟1)所得的反應(yīng)液中加入醇類物質(zhì)進(jìn)行酯交換反應(yīng)(實現(xiàn)除雜)，得除雜后反應(yīng)液；
該步驟中，將副產(chǎn)物N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺經(jīng)酯交換反應(yīng)生成TMAEEA；
3)、精餾：
將步驟2)所得的反應(yīng)液進(jìn)行減壓(真空度-0.094Mpa)蒸餾，分離出醇類物質(zhì)和N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺(TMAEEA)，醇類物質(zhì)回收套用。
作為本發(fā)明的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法的改進(jìn)：
所述步驟2)的酯交換反應(yīng)中：醇類物質(zhì)與步驟1)中的羥乙基乙二胺的用量比為：80～120g醇類物質(zhì)/1.0mol羥乙基乙二胺；
于回流溫度下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為3～5小時。
作為本發(fā)明的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述醇類物質(zhì)為甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇。
作為本發(fā)明的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法的進(jìn)一步改進(jìn)：
所述步驟1)為：于室溫下將羥乙基乙二胺、多聚甲醛進(jìn)行混合(混合時間為30±10min)，然后升溫至50～110℃于攪拌條件下滴加甲酸，甲酸的滴加時間為60±10min；甲酸滴加完畢后保溫反應(yīng)，反應(yīng)時間為1～2小時。
作為本發(fā)明的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述多聚甲醛：甲酸的摩爾比為1:1。
作為本發(fā)明的N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺的制備法的進(jìn)一步改進(jìn)：反應(yīng)溫度為70～100℃。
本發(fā)明以羥乙基乙二胺(AEEA)、多聚甲醛、甲酸為原料，反應(yīng)生成N,N,N’-三甲基-N’-羥乙基-乙二胺，同時提供了去除副產(chǎn)(雜質(zhì))N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺(即：S-2)的方法。
在本發(fā)明的酯交換步驟中，N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺(S-2)與醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，將S-2轉(zhuǎn)變生成TMAEEA，同時生成相應(yīng)的甲酸醇酯(具體為：甲酸甲醇酯、甲酸乙醇酯、甲酸異丙醇酯、甲酸正丁醇酯)。在本發(fā)明的精餾步驟中，上述甲酸醇酯溶于醇類物質(zhì)中被一起分離，由于甲酸醇酯的含量很少，因此，醇類物質(zhì)能被回收套用；但是，甲酸醇酯的濃度隨著反應(yīng)批次的增加而逐漸增加，因此套用次數(shù)一般不超過5次。超過5次，則應(yīng)對回收的醇類物質(zhì)進(jìn)行精餾分離，從而去除相應(yīng)的甲酸醇酯。
本發(fā)明的反應(yīng)式為：
本發(fā)明將副產(chǎn)物S-2轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，從而使收率和含量得到很大的提升。
本發(fā)明的TMAEEA的制備方法，具有如下技術(shù)優(yōu)勢：
1)、反應(yīng)為常壓反應(yīng)，設(shè)備要求簡單；
2)、原料來源廣，工藝簡單；
3)、提供了一種酯交換反應(yīng)除去雜質(zhì)的方法，得到的產(chǎn)品純度高。
具體實施方式
實施例1、一種TMAEEA合成及雜質(zhì)處理方法，以羥乙基乙二胺、多聚甲醛和甲酸為起始原料，依次進(jìn)行以下步驟：
1)、合成：
在500ml三口燒瓶中加入104g羥乙基乙二胺(1.0mol)、94.7g多聚甲醛(3mol,95％)、攪拌30分鐘，控溫80-90℃滴加156.8g甲酸(3mol，88％)，約1小時滴加結(jié)束，繼續(xù)控溫80-90℃反應(yīng)1小時。減壓蒸出水70g(真空度-0.094MPa，釜溫80℃)。蒸水結(jié)束，進(jìn)行氣相色譜分析，產(chǎn)品含量91.8％，雜質(zhì)S-2(即副產(chǎn)物N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺)8％。
2)、酯交換：
向步驟1)的三口燒瓶中加入100g正丁醇，升溫至120℃回流4小時，從而實現(xiàn)將副產(chǎn)物N,N,N’-三甲基-N’-亞乙基甲酸酯-乙二胺經(jīng)酯交換反應(yīng)生成TMAEEA，經(jīng)氣相色譜分析，雜質(zhì)S-2含量為0.05％，降溫后備用。
3)、精餾提純：
將步驟2)的液體轉(zhuǎn)移至500ml精餾燒瓶中在真空度為-0.094MPa下進(jìn)行減壓蒸餾，62℃的組分為正丁醇及酯交換下來的甲酸正丁醇酯，118℃組分即產(chǎn)品TMAEEA。收集118℃組分139g，收率95.2％，含量99.9％。
蒸餾結(jié)束后，將62℃的組分正丁醇(包含微量的甲酸正丁醇酯)回收套用。
實施例2～實施例7、改變實施例1的步驟1)中的反應(yīng)條件，即反應(yīng)溫度、投料比例，其余等同于實施例1，具體內(nèi)容及最終所得數(shù)據(jù)見表1。
表1
對比例1、將實施例1中羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的投料比(摩爾比)由1:3:3改成1:4:3；其余等同于實施例1。
對比例2、將實施例1中羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的投料比(摩爾比)由1:3:3改成1:4:4；其余等同于實施例1。
對比例3、將實施例1中羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的投料比(摩爾比)由1:3:3改成1:1:1；其余等同于實施例1。該案例無法獲得產(chǎn)物。
對比例4、將實施例1中羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的投料比(摩爾比)由1:3:3改成1:2:3；其余等同于實施例1。該案例無法獲得產(chǎn)物。
上述對比例的收率、純度如表1所示。
對比例5、將實施例1中羥乙基乙二胺：多聚甲醛：甲酸的投料比(摩爾比)由1:3:3改成1:3:4；其余等同于實施例1。
該案例，需要在步驟2)使用200g的正丁醇，才能基本達(dá)到實施例1所述的收率和純度；因此，相對于實施例1而言，該案例存在正丁醇使用量大，生成甲酸正丁醇酯多，從而造成甲酸和正丁醇消耗量大的技術(shù)缺陷。
實施例1-1～實施例1-5、改變實施例1的步驟2)中的正丁醇循環(huán)使用次數(shù)，其余等同于實施例1，具體內(nèi)容及最終所得數(shù)據(jù)見表2。
表2
實施例8～實施例10、將實施例1的步驟2)中的正丁醇改成其它醇類，其余等同于實施例1，具體內(nèi)容及最終所得數(shù)據(jù)見表3。
表3
最后，還需注意的是，以上例舉的僅是本發(fā)明的若干具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還有很許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。