TW200300135A - Process for the preparation of tertiary amines from primary amines and nitriles - Google Patents

Description

200300135 ⑴ 玖、發1說明 實施方式及圖式簡單說明) (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、 技術範圍 條件下製備三級胺之 本發明係關於自一級胺及腈於還原 方法，及藉此方法製作之產物。 化學工業不斷尋 技術。尤其是三級 由於有多種用途。 ，界面活性劑之前 入其他官能性，諸 基及氟化烷基，之 容許納入一種高度 聚合物獨特性質。 發明背景_ 求有效率地製備常用 胺之合成方面之任何 這些用途包括用作生 體，腐蝕抑制劑，及 如腈，醇，酸胺，其 能力也會是為所歡迎 官能化之基質至聚合 或新奇化學品之新 改進會是高度重要 物活性劑，緩齋劑 聚胺酯催化劑&納 他三級胺中心，芳 。該其他官能性會 物骨幹中，賦予該 在此技藝t已知於還原條件下腈類與胺類反應以形祕 基化胺產物。例如，當過量二甲胺於催化還原條件下與一己 二腈反應時，進行單純還原性胺化作用至每一腈上以得 N，N，N，N-四甲基己一胺（U.S. d，463，130，u,S· 5,557,0 1 1 及 U.S. 5,894,074)。自一種二級胺與一種腈之反應除形成一種三級 胺外，U.S. 3,673,25 1揭示藉一級胺與一種腈反應形成二級 胺。例如，自曱胺與1，1’-二氰基聯笨-3,3，反應可獲得^ 二甲基胺甲基）聯笨-3,3，。然而，迄尚未有一種用於、直 接自一種一級胺與一種腈製備一種三級胺之方法之宣 告。 也需要一種其將有效率地提供雙（氰烷基）胺基烷烴之方 法，由於這些化合物是供作為天然產物之有用前體，供作 200300135 (2) 為基質其_展示抗腫瘤效能，及供作為聚合物染料點位添加 劑。到目前止，是藉多步驟合成方法，其需要使闬一種昂 責鹵烷基腈作為中間物，達成這些目標。例如，俄羅斯研 究人員（Vasil’eva，E.I.; Freidlina, R.Kh. Izvestiya Akademii Nauk SSR, Seriya Khimicheskaya, No.2, pp. 237-240, 1966二月）揭示 雙（5-氰丁基）胺基曱烷之合成方法，其中曱胺與兩當量之 氛戊腈反應。 由於尚未有直接自一級胺與腈製備三級胺之宣告，會…可 用於類似用途之三級胺是無法取得因為沒有商業上可存气舌 的途徑至這些化合物。需要一種新穎途徑自一級胺與腈製 備已知之三級胺及新穎三級胺，以增加此類型之化合物之 可取得性。 概要說明 揭示於本申請案中者是一種闬於製備至少一種具此式G) A,

I

Rf (I)

A—R-CH2 xCH2-R-A 之三級胺產物之方法， 其中R及IV獨立是C1-C12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族及雜環原子團組成之組群；及 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直或支鏈脂肪族，環脂_ 肪族，芳香族，雜環族，炫氧基，芳氧基，經基，烧胺基_ ，二烷胺基芳胺基，二芳胺基，產芳基，氟化烷基，及矽 燒基原子團組成之組群， 200300135 發萌巍明磺頁; (3) 其中Ar"是選自氫，胺基，醯胺，直或支鏈脂肪族，環脂 肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基，烷胺基 ，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，-芳基，氟化烧基；及 石夕烧基組成之組群。 該方法包含一種具通式（III) H2N—R，一Af (III) 之一級胺， 其中IV是一個C1-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族r環 脂肪族，及雜環原子團組成之組群； 0 其中Af是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基，烷胺 基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，i芳基，氟化烷基， 及石夕炫基原子團組成之組群； 與至少一種具通式（II) 二 A—R—CN (II) 之腈， 其中R是一個CbC 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族及雜環原子團組成之組群； 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基，烷胺 基，二烧胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化烧基， 及矽烷基原子團組成之組群； 在氫氣及一種催化劑之存在下於溫度約50°C至約200°C及 於壓力自約100 psig至約1 500 psig接觸。 200300135 (4) 發，說既續耳; 也宣告藉上述方法製備之三級胺化合物 本發明且宣告具式（V)，（VI)及（VII)_

.OH (VI)

(VII) 之新穎三級胺化合物。 詳細說明 本發明揭示一種用於自一種一級胺與一種腈原子團，於 還原條件下，製備三級胺之方法。進行該方法是藉至少， 種腈化合物與至少一種初級胺化合物接觸。宜以該一級胺 之莫耳過量使用該腈。可以藉方程式A描述該方法。

A-R—CN A， I R， NH2

A'lRjN A* \

A ㈧ 其中R及R’獨立是Cl-C 12直鏈或支鏈脂肪族，環脂肪族， 或雜環；及 其中A是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基，烷胺基，二烷 -10- 200300135

(5) 胺基，芳'胺基，二芳胺基，S芳基，氟化烷基，及矽烷基 組成之組群； … 其中v是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基，羥基，烷胺基 ，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，S芳基，氟化烷基，及 矽烷基組成之組群。 某些可以藉此方法製備之多種類型之化合物包括單純的 三烷基胺，其中可以改變環繞該氮中心之烷基鏈之身分’， 在最簡單的案例中自乙腈與甲胺作成二乙基甲基胺。3種 二胺，諸如1，3-二胺基丙烷，也可以以相同方式與乙腈反 應以獲得N，N，N’，Nf-四曱基-1，3-丙二胺。藉氰基烷醇與一級 胺，在描述於本說明書中之條件下反應，可以形成具内部 三級胺之二元醇。可以藉本發明有效率地獲得之另一門類 之化合物是雙（氰烷基）胺基烷烴，其是藉二腈與一級胺^反 應形成。藉變動在該一級胺之官能性及隨後氫化所得之腈 ，可以產製獨特的單體其具一個三級胺及兩個一級胺。然 後可以納入這些獨特的單體至聚合物中以賦予該聚合物獨 特物理性質， 某些可以用於本發明之方法中之適當起始腈類是描述於 以下結構（II)中。這些化合物可以是單-或二-式多-官能。 也就是，其可以含一多個腈基，及可以有一或多個其他言 能基。該R基團是一個C1至C 12直鏈或支鏈脂肪族，環脂肪 族，或雜環原子團。該A基團是氫，氰基，醯胺，直鏈或 支鏈脂肪族，環脂，芳香族，雜環，烧氧基，芳氧基，Μ 200300135

基’烧胺基，二烧胺基’方胺基’二芳胺基，基，氟 化烷基，或矽烷基原子團。 A—R—CN (II) 供用於本發明之適當起始胺可以是以下結構（III)之單-級 胺或二-級胺，其中IV是一個C1-C12直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族，或雜環原子團；及其中V是氫，胺基，醯胺，直 鏈或支鏈脂烴，環脂，芳香族，雜環，烷氧基，芳氧基， 羥基，烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，函芳基、 氟化烷基，或一個矽烷基原子團。 e

Af—R*—NH2 (III) 可以使用腈對胺1:1莫耳比進行本發明。宜是過量之腈 對胺，自約2: 1至約5: 1。最宜是腈對胺比約2: 1至約4: 1。

一級胺其可以用於本發明中者可以是二胺（具兩個胺基 團，例如，1，2-二胺基環己烷）。同樣地，用於本發明中％： 腈可以是一種二腈（具兩個腈基，例如己二腈）。尚有，可 以變動起始胺與起始腈之組配。例如，在本發明之方法中 ，可以使用一種單胺或一種二胺之任何其一與一種單腈或 一種二腈之任何其一。此外，可以使用一或多種一級胺與 腈之一種組配；或一或多種腈與胺之一種組配。使用腈之 一種組配是例舉於以下表1中，但用意不在限制描述於本 說明書中之本發明之範圍。 供用於本發明之適當催化劑包含金屬元素選自鈀，铑， 鉑，及銥組成之組群。可取的催化劑是包含鈀之催化劑。 包含鈀之催化劑之例包括，但不限於，鈀黑或鈀在一種載 -12- 200300135 (7) 體上，其—中在該載體上鈀含量是介於約o.i與10重量％荷載 。該催化劑也可以包含混合金屬成分。例如，該催化劑可 以包含鈀與介於約〇. 1與1 〇%之至少另一種金屬供作為該混 合金屬成分與鈀連同使用以較可取的元素是選自铑，鉑， 銥及釕組成之組群。 也可以使用其他催化劑系統，諸如氧化銅-氧化锆，其 是被知為促進單純還原性胺化反應。 可以使用一種載體物料以支載本發明之催化劑。適當'載 體包括，但不限於，活性碳，碳化矽及氧化載體（例如1呂 氧，咳氧，欽氧，錯氧，鎖氧，氧化銅）。 可以以任何所需之形狀，包括但不限於，擠出物，大顆 粒，丸粒，球，泥漿狀物或乾粉末，使用該催化劑。 在氫壓力介於約100與約1500 psig進行本發明之方法。氫 壓力介於約500與1000 psig是最可取。必須維持溫度介於 50°C與約200°C，以約8CTC至約130°C為可取。 不需要溶劑以進行此方法。然而，溶劑諸如水，甲醇， 乙醇，三級-丁基醚，四氫唉°南，及N -曱基叶1: σ各_及其他 溶劑被知為溶解該起始胺及腈化合物者是適當溶劑。尚有 ，可以以分批式或在連續反應器中進行本發明。可以以習 用方式純化最終烷基化胺產物。 實例說明 以分批方式進行以次之例。 說明： BCPAM指雙（5-氰戊基）胺基曱烷 200300135

々〆 命 '«•s'' ' 浐一 , I 愛:畴挑爽讀直；

(8) I ADN指己二月青 例i : jji. 1苴算比之腈與一級胺以1備雙（％氣戊基）胺 I f & α下作為結構（VIIIKIUPAC名稱：6-175-氡戊基） -曱胺基 加入2.77克之5% Pd/鋁氧粉催化劑（2.3%或42:1腈對催化 劑），20.8克之4〇%〇/w)甲胺水溶液（0.27莫耳），及116.0克 之ADN (1·1莫耳）至一個cc壓力蒼中°封閉該反應器及 以氮及氫吹驅以移除氧。於not：在500 psig之氫下進行'反 …·， ， 應。自一個卜升容器補充消耗之氫。120分鐘後該反應fcf合 物包括47% ADN，41% BCPAM及其他產物。成為BCPAM之 選擇性是79% °

ch3 (VIII) 例2 : #用2:1莫耳比之腈輿一級胺以製備雙（5-氰戊基 某甲烷〔IUPAC名稱：6-K5-氰戊基）-曱胺基1-己腈）。 加入5.46克之5%?(1/鋁氧粉催化劑，41.6克之40%卜~)曱 胺水溶液（0.54莫耳），及116.0克之ADN (1.1莫耳）至一個300 · cc壓力爸中。密封該反應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於 110°C在500 psig之氫下進行反應。自一個1-升容器恆定地補 · 充消耗之氫。575分鐘後該反應混合物包含6% ADN，67% BCPAM及其他產物。成為BCPAM之選擇性是72%。 ‘ 例3 :譬（5-氰戊基）胺基丙烷之製備 加入116.0克之己二腈及15·7毫升之丙胺（4對1比之二腈對 一級胺），連同2.8克之催化劑（5重量％ Pd在鋁氧粉上）至一 -14- 200300135 (9) 個3 00 cc壓力爸中。於以氮及氫吹驅後，以氫加壓該反應 器至50 psid及開始加熱。不斷補充氫_。於溫度達110°C後增 加擾拌速率至1000 rpm及增加氫壓力至500 psig。維持該溫 度及壓力為時1.5小時。該產品混合物包含39%雙（氰戊基） 胺基丙烷及36%未轉化己二腈。 表1中之例4〜8例證揭示之方法使用不同的腈或腈之一種 組配與各種胺。以分批方式進行這些例，使用1份5重量％ Pd/AhCh催化劑時20份之起始腈；及維持500 psig之氫壓:力 及溫度100°C為時3小時。藉IR (紅外線）使用Perkin Elmer 17初0 Series Fourier Transform Infrared Instrument and a Hewlett Packard 5971 Series Mass Selective Detector連同 Hewlett Packard 5890 Series Gas Chromatograph分析例4，6及8之獨特三級胺產物 分析證明製備之獨特三級胺具以次結構： _Μ_結構 4 CH3 (V)

.OH (VI)

I ch3 ^ (VII) -15 - 200300135 (ίο) 表1 例編號/ 腈對胺 莫耳比 轉化 起始猜 起始胺 三級胺產物 IUPAC名稱 三級胺產率 4 2對1 86% 羥基丙腈 曱胺 雙(3-羥丙基)胺基曱烷 31% 5 4對1 >99% 乙腈 丙二胺 Ν，Ν，Ν，，Ν’-四甲基-1,3-丙二胺 74% 6 2對1 82% 己二腈 2-胺基乙醇 3-雙(氰戊基)胺基乙醇 51% 7 4對1 >99% 乙腈 [，2-二胺基環己烷 N，N，Nf-三乙基-1,2-二胺基-環己烷 40% 8 2對1 95% 己二腈與 戊二腈之 1:1混合物 曱胺 三級胺之混合物，包括氰丁基 -氰戊基胺基曱烷 58%^' 表2中之例證明使用不同的催化劑於揭示之方法中之結 果。以分批方式進行以次之例，使用1份催化劑對20份之 己二腈。在每一實例中甲胺（40重量％水溶液）對己二腈之 莫耳比是1對4。維持500 psig之氫壓力及溫度100°C為時 時。 表2 例 使用之催化劑 轉化 三級胺產率 9 5%鈀/碳 >99% 71% 10 4%鈀/1°/。鉑在碳上 >99% 58% 11 4.5% Pd/0.5% Ru在碳上 >99% 63% 12 5% Pd/鈦氧 >99% 75% 13 5% Pt/碳 86% 19% 14 5% Rh/碳 >99% 6% 例1 5 :使用1: 1莫耳比之腈對一級胺 加入3.66克之5% Pd/链氧粉催化劑，55.8克之40%(w/w)曱 胺水溶液（0.72莫耳），77·7克之己二腈（0.72莫耳）及2.3克之 聯苯（氣體層析分析之内部標準）至一個300 cc壓力釜中。 200300135 (ii) 奋:輯明取 密封該反_應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於110°C在500 psig 之氫壓力下進行反應。自一個1 -升容器恆定地補充消耗之 氫。240分鐘後分析該粗產物混合物，其包含13%己二腈， 46% BCPAM。選擇性是 65%。 300分鐘後該粗產物混合物包含4%己二腈，52% BCPAM ，及其他產物。成為BCPAM之選擇性是62%。 例1 6 : 1: 2莫耳比之己二腈對一級胺 加入2.74克之5% Pd/鋁氧粉催化劑，83.71克之40%(w/w) 曱胺水溶液（1.1莫耳），58·3克之己二腈（0.54莫耳）及1.7克^聯 苯（氣體層析分析之内部標準）至一個300 cc壓力蚤中。密 封該反應器及以氮及氫吹驅以移除氧。於110°C在500 psig 之氫壓力下進行反應。自一個1-升容器恆定地補充消耗之 氫。300分鐘後該反應混合物包含12% ADN，29% BCPAM。 選擇性是49%。410分鐘後該反應混合物包含5% ADN，3t% BCPAM 0選擇性是44%。 -17-

Claims (1)

1. 200300135 拾、申請專利範圍 1. 一種用於製備至少一種具此式（I)之三級胺產物之方法， A1 I K

   其中R是一個C1-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族，環 脂肪族及雜環原子團組成之組群； 其中IV是一個C1-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族'， 環脂肪族及雜環原子團組成之組群； G 其中Α是選自氫，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，鹵芳基，氟化 烷基，及矽烷基組成之組群； 其中/V是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族y 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，i芳基，氟化 烷基，及矽烷基組成之組群； 該方法包含將至少一種具通式（III)之一級胺 H2N—R，一Af (III) 其中IV是一個Cl-C 12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，或雜環原子團組成之組群；及 、. 其中W是選自氫，胺基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基，_ 烷胺基，二烷胺基，芳胺基，二芳胺基，i芳基，氟化 烷基，及矽烷基原子團組成之組群； 200300135 申観利稱:歷 與至少一種具通式（II)之腈， A—R—CN (II) 其中R是一個C1-C12取代基選自直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族脂及雜環原子團組成之組群；及 其中A是選自氫·，氰基，醯胺，直鏈或支鏈脂肪族， 環脂肪族，芳香族，雜環族，烷氧基，芳氧基，羥基， 烧胺基’二烧胺基’芳胺基，二芳胺基，S芳基，默化 烷基，及矽烷基原子團組成之組群； 附帶條件是當A是Η或直鏈或支鏈脂肪族，及R是直""鏈 或支鏈脂肪族，該腈是一種C2-C7腈； 在氫氣及一種催化劑之存在下及於溫度50°C至200°C及 於壓力自100 psig至1500 psig接觸，且其中腈對胺之比是 大於1:1。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該催化劑包含1 少一種選自鈀，銥，铑，及鉑組成之組群之金屬元素。 3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑包含鈀 〇 4·根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑包含至 少兩種金屬。 5. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該催化劑是支載 在鋁氧，矽氧，鈦氧，锆氧，碳化矽，活性碳，氧化:銅 或氧化鎮上。 6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中該催化劑是以該 載體之0.1重量％至10重量％之量存在。 200300135 申請專韌範圍續頁 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中一種以上之腈化 合物與至少一種胺接觸。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其t 一種以上之胺與 至少一種腈接觸。 9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中一種三級胺產物 是 ch3 VIII. 10. —種根據申請專利範圍第1項之方法製備之化合物。’ 11. 根據申請專利範圍第ίο項之化合物，其中該胺是曱胺 1 該腈是己二腈。 12. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該胺是曱胺及 該腈是羥基丙腈。 13. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該腈是己二腈 ，及其中該胺是2-胺基乙醇。 Z 14. 根據申請專利範圍第10項之化合物，其中該胺是甲胺， 及其中該腈是己二腈與戊二腈之1: 1莫耳比之混合物。 15. —種具結構（VI)之三級胺產物 N CN k/0H ⑽· 16· —種具結構（VII)之三級胺產物 (VII) ch3 · 17. —種具式（VIII)之化合物 -20- 200300135

   VIII. 申:務:專，頁 18.根據申請專利範圍第1項之方法，其中所得之三級胺是 一種二腈，該方法尚包含氫化該二腈。

   -21 - 200300135 陸、（一）、本案指定代表圖為：第__圖 (二)、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 柒、未案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： Α·丨R丨N A e