本發(fā)明涉及一種化工材料中間體的合成方法，尤其涉及一種3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法，屬于化工合成
技術領域：
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背景技術：
：3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺(結構式如式Ⅰ所示)，是一種無色透明溶劑，有酰胺基團和烷基基團，能夠和多種溶劑混合，能夠高程度溶解聚合物聚酰胺；具有高溶解性、高滲透性、高流動性、低粘性、低表面張力等特點，并且對皮膚沒有刺激性，安全環(huán)保，可以很好地替代傳統(tǒng)溶劑N-甲基吡咯烷酮，被廣泛應用于電子、醫(yī)藥、農(nóng)藥、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業(yè)中。如今在競爭不斷細化的安全性溶劑市場，除溶解性外，高揮發(fā)性及低毒也成為溶劑競爭的重要籌碼，因此，產(chǎn)品的市場前景廣闊。對于3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成，現(xiàn)有的方法主要是以3-甲氧基丙酸甲酯和二甲胺為原料，二甘醇為溶劑在醇鈉的催化下合成。然而這種方法中溶劑二甘醇因為沸點245℃太高，回收費用較大，無法重復使用。且催化劑醇鈉用量較大，需要用硫酸中和，再過濾處理，工藝操作較麻煩，產(chǎn)生大量固體廢渣，不符合綠色環(huán)保的要求。再者，反應收率和選擇性不高，而且二甲胺原料需要大大過量，生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生大量二甲胺的廢氣，對二甲胺廢氣回收系統(tǒng)設備要求很高，投資很大。反應方程式如下：如中國專利(申請?zhí)枺?01380019269.8)公開了一種β-烷氧基丙酰胺類的制造方法，該專利中采用β-烷氧基丙烯酸酯類與胺類反應制造β-烷氧基丙酰胺類，但是該方法以β-烷氧基丙烯酸酯類為原料，與胺反應，反應后需要對副產(chǎn)物進行回收，且回收的副產(chǎn)物中含有大量的胺，處理較為困難，且原料本身是經(jīng)丙烯酸酯化、甲氧化所得，過程較為繁瑣，能耗高。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中存在的的不足，提供一種低成本、高收率的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法。本發(fā)明上述目的通過如下技術方案實現(xiàn)：3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法，所述的合成方法包括將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應器中，升溫至80-150℃反應得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。本發(fā)明為了避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應，需在密閉的空間中反應。本發(fā)明在實現(xiàn)高收率的同時污染少，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。在本發(fā)明中若反應溫度過低，則在酸堿反應成鹽后無法實現(xiàn)脫水；若反應溫度過高，則會使逆反應增多，導致壓力過高，進而影響收率和純度。本發(fā)明是以高壓密閉反應避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應，高壓密閉反應下沒有廢氣產(chǎn)生，需要控制反應器內的壓力。本發(fā)明中所用的設備為高壓密閉設備，如高壓釜、加壓塔式反應器、壓力管道反應器中的一種或多種，優(yōu)選高壓釜。壓力過大對設備要求更高，從而導致投資變大，壓力過小，造成反應不完全，收率低。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，密閉反應器中的壓力為0.1-10.0MPa。作為優(yōu)選，密閉反應器中的壓力為0.5-5.0MPa。再進一步優(yōu)選，密閉反應器中的壓力為1-2MPa。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，反應溫度為90-110℃。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質量比為1:1-8。作為優(yōu)選，3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質量比為1:1-2。在上述3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中，所述的3-甲氧基丙酸通過如下方法合成：將丙烯腈、無水甲醇以及金屬烷氧化物加入到反應器中進行烷氧化反應，再回收未反應的無水甲醇，得3-甲氧基丙腈；再向3-甲氧基丙腈中加入酸性催化劑和水，加熱進行水解反應，得3-甲氧基丙酸。作為優(yōu)選，所述的金屬烷氧化物為甲醇鈉、乙醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀、甲醇鎂、乙醇鎂、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀中的一種或多種。本發(fā)明采用催化能力強的金屬烷氧化物作催化劑，且金屬烷氧化物的來源方便、易得、成本較低。進一步優(yōu)選，所述的金屬烷氧化物為甲醇鈉、乙醇鈉中的一種或兩種。與其他金屬烷氧化物相比，甲醇鈉與乙醇鈉的活性較強，成本較低，具有更好的競爭力。作為優(yōu)選，丙烯腈、無水甲醇、金屬烷氧化物的物質量比為1:(1-50):(0.001-0.05)。物質的量過大，會導致后處理時甲醇的回收量較大，進而造成損耗較大，過小會導致反應體系中底物的濃度較大，從而造成副反應增多，進而導致收率降低。進一步優(yōu)選，丙烯腈、無水甲醇、金屬烷氧化物的物質量比為1:(5-10):(0.005-0.02)。作為優(yōu)選，烷氧化反應的溫度為20-100℃。進一步優(yōu)選，烷氧化反應的溫度為50-60℃。作為優(yōu)選，水解反應的溫度為80-120℃。進一步優(yōu)選，水解反應的溫度為90-100℃。作為優(yōu)選，3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質量比為1:1-15。進一步優(yōu)選，3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質量比為1:1-3。作為優(yōu)選，所述的酸性催化劑為濃硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或多種。進一步優(yōu)選，所述的酸性催化劑為濃硫酸、鹽酸中的一種或兩種?，F(xiàn)有技術中的反應基本為酯與胺反應，而酯的來源是由丙烯酸酯化得到丙烯酸酯，再烷氧基化得到β-烷氧基丙烯酸酯，再胺化。本發(fā)明為酸與胺反應，可采用價格較低廉的丙烯腈烷氧基化再水解得到甲氧基丙酸。本發(fā)明中不需要多元醇是因為沒有副反應的發(fā)生，產(chǎn)物本身可以作為溶劑，不需要再稀釋，不用堿性催化劑是因為反應屬于酸堿中和反應，然后再高溫脫水，很容易進行，如果引入堿性催化劑，不但不會起作用，反而會消耗甲氧基丙酸，同時引入雜質。再者，本發(fā)明為了避免高溫條件下原料胺的揮發(fā)而發(fā)生可逆反應，需在密閉的空間中反應。本發(fā)明在實現(xiàn)高收率的同時污染少，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。本發(fā)明的反應式如下：其中，3-甲氧基丙酸通過如下反應式合成：綜上所述，本發(fā)明采用3-甲氧基丙酸為原料，與二甲胺在密閉反應器中高溫脫水即可，不需要多元醇、堿性催化劑，反應簡單易行，且產(chǎn)物收率高、純度高，在實現(xiàn)高收率的同時污染少、成本低，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。同時，本發(fā)明3-甲氧基丙酸以價廉的丙烯腈為起始原料，丙烯腈烷氧化得甲氧基丙腈，再水解制得，操作簡單、能耗低。具體實施方式以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。按表1實施例1-38以及對比例3-20中的參數(shù)并采用本發(fā)明如下方法合成3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺：S1、3-甲氧基丙腈的合成：將丙烯腈、無水甲醇以及金屬烷氧化物加入到反應器中先進行烷氧化反應，再回收未反應的無水甲醇，得3-甲氧基丙腈；S2、3-甲氧基丙酸的合成：向步驟S1中的3-甲氧基丙腈加入酸性催化劑和水，加熱進行水解反應，得3-甲氧基丙酸；S3、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成：將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應器中，升溫反應得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。表1：從表1實施例1-8及對比例8-11可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中溫度在80-150℃下收率較高，優(yōu)選90-110℃，最佳優(yōu)選100℃，若溫度低于80℃或者高于150℃都會明顯影響最終產(chǎn)品的收率。從表1實施例9-14及對比例3-7可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中密閉反應器中的壓力在0.1-10.0MPa范圍內收率較高，優(yōu)選0.5-2Mpa，再優(yōu)選1-2MPa，最佳優(yōu)選1.5MPa。從表1實施例35-38及對比例20可得，本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成方法中3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質量比在1:(1-8)范圍內產(chǎn)品收率較高。從表1實施例15-18及對比例12-14可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的加熱反應溫度在80-120℃下收率較高，優(yōu)選90-100℃，最佳優(yōu)選95℃。從表1實施例19-24及對比例15-17可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的攪拌反應溫度在20-100℃下收率較高，優(yōu)選50-60℃，最佳優(yōu)選55℃。從表1實施例25-29及對比例18可得，3-甲氧基丙酸合成方法中丙烯腈、無水甲醇、金屬烷氧化物的物質量比在1:(1-50):(0.001-0.05)范圍內產(chǎn)品收率較高。從表1實施例30-34及對比例19可得，3-甲氧基丙酸合成方法中的3-甲氧基丙腈與酸性催化劑的物質量比在1:(1-15)范圍內產(chǎn)品收率較高。實施例39-40中采用市購得到的3-甲氧基丙酸作原料，將3-甲氧基丙酸和二甲胺加入到密閉反應釜中，升溫后在一定壓力下反應得3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺。進一步說明本發(fā)明3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺的合成溫度為90-110℃，最佳優(yōu)選100℃；密閉反應釜壓力為1-2MPa，最佳優(yōu)選1.5MPa；3-甲氧基丙酸和二甲胺的物質量比在1:(1-2)，最佳優(yōu)選1:1.5。綜上所述，本發(fā)明采用3-甲氧基丙酸為原料，與二甲胺在密閉反應釜中高溫脫水即可，不需要多元醇、堿性催化劑，反應簡單易行，且產(chǎn)物收率高、純度高，在實現(xiàn)高收率的同時污染少、成本低，符合現(xiàn)代化工綠色合成的要求。同時，本發(fā)明3-甲氧基丙酸以價廉的丙烯腈為起始原料，丙烯腈烷氧化得甲氧基丙腈，再水解制得，隨機抽取采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺樣品通過氣相色譜進行檢測。檢測后樣品的氣相色譜分析結果如表2所示。表2：采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺樣品色譜分析結果峰號保留時間峰面積(uV*s)峰高(uV)純度(％)113.36359.2761390.8060.0388216.427359842.7813579131.25099.9612總計359902.0573580522.056100.0000從表2可以看出：采用本發(fā)明方法合成得到的3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺純度較高，達到99.9612％。在上述實施例中金屬烷氧化物可為甲醇鈉、乙醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀、甲醇鎂、乙醇鎂、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀中的一種或多種。酸性催化劑可為濃硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或多種。其中，物質的量＝質量/分子量，舉例如果實施例中金屬烷氧化物為甲醇鈉，丙烯腈、無水甲醇、甲醇鈉的物質量比為(m丙烯腈g/53g/mol)：(m甲醇g/32g/mol)：(m甲醇鈉g/54g/mol)，其他實施例中也用這種換算方式計算。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術領域：
的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。當前第1頁1 2 3