專利名稱：制備脂肪酸烷醇酰胺的連續(xù)方法
制備脂肪酸烷醇酰胺的連續(xù)方法帶有具有親水特性的官能團(tuán)的脂肪酸衍生物廣泛用作表面活性物質(zhì)。一系列重 要的這類表面活性物質(zhì)是非離子型兩親分子，其在很大程度上例如用作金屬加工中的乳化 劑、腐蝕防護(hù)劑、冷卻潤(rùn)滑劑，用作礦物油工業(yè)中的潤(rùn)滑添加劑，用作聚烯烴的抗靜電劑以 及用作生產(chǎn)洗滌劑、清洗濃縮物、清潔劑、化妝品和藥物的原料。在這方面具有特殊意義的是尤其帶有至少一個(gè)烷基的脂肪酸烷醇酰胺，所述烷基 經(jīng)由酰胺基鍵合且本身被至少一個(gè)賦予親水特性的羥基取代。該羥基還可以在實(shí)際使用之 前進(jìn)一步衍生化，例如通過(guò)與氧化烯如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷反應(yīng)，或通過(guò)用適合 的氧化劑氧化。與相應(yīng)的酯相比，這種酰胺具有大大提高的水解穩(wěn)定性。脂肪酸烷醇酰胺的工業(yè)制備迄今為止依靠高成本和/或費(fèi)時(shí)的制備方法，以實(shí)現(xiàn) 商業(yè)上有利的產(chǎn)率。常規(guī)的制備方法需要與帶有羥基的胺(下文稱為烷醇胺)反應(yīng)的活性 羧酸衍生物，例如酸酐、?；u如酰氯、或酯，或者需要通過(guò)使用偶聯(lián)劑例如N，N' - 二環(huán)己 基碳二亞胺進(jìn)行反應(yīng)物的原位活化。這些制備方法部分情況下產(chǎn)生大量不期望的副產(chǎn)物如 醇、酸和鹽，這些副產(chǎn)物必須從產(chǎn)物中分離出來(lái)并清除掉。然而，殘留在產(chǎn)物中的這些次要 產(chǎn)物和副產(chǎn)物的殘留物在部分情況下可能引起非常不期望的效果。例如，鹵素離子以及酸 導(dǎo)致腐蝕；一些偶聯(lián)劑以及由他們形成的副產(chǎn)物部分是毒性的、致敏的或甚至致癌的。值得追求的羧酸與胺的直接熱縮合沒(méi)有帶來(lái)令人滿意的結(jié)果，因?yàn)椴煌母狈磻?yīng) 降低了產(chǎn)率且在某些情況下還損害產(chǎn)品性能。在此，成問(wèn)題的是烷醇胺的雙官能度，其除了 酰胺的形成外還很大程度上引起酯的形成。因?yàn)橥榇及孵ゾ哂胁煌男再|(zhì)，例如顯著更低 的水解穩(wěn)定性和更低的水溶性，它們作為副產(chǎn)物在大多數(shù)應(yīng)用中是不期望的。此外，酯酰胺 (其中氨基和羥基被?；?在表面活性劑溶液中導(dǎo)致不期望的混濁。雖然酯含量可以通過(guò) 熱處理被至少部分轉(zhuǎn)化為酰胺，然而在該過(guò)程中如此制備的烷醇酰胺的顏色和氣味由于為 此所需的長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間而經(jīng)常受損。然而，由于通常物理特性非常相似，酯部分以及酯酰胺部 分的分離是非常困難的或根本不可能的。作為其他不期望的副反應(yīng)，觀察到在為了實(shí)現(xiàn)高 轉(zhuǎn)化率所需的長(zhǎng)期加熱的過(guò)程中例如羧酸的脫羧以及氨基的氧化和消除反應(yīng)。通常，這些 副反應(yīng)(例如通過(guò)胺的氧化)導(dǎo)致了著色的副產(chǎn)物，并且不可能制備黑曾色值(根據(jù)DIN/ ISO 6271)例如低于250的、尤其是對(duì)于化妝品應(yīng)用所期望的無(wú)色產(chǎn)物。后者需要附加工藝 步驟，例如漂白，然而漂泊本身需要添加其他助劑，且常常導(dǎo)致同樣不期望的對(duì)酰胺氣味的 損害，或者導(dǎo)致不期望的副產(chǎn)物如過(guò)氧化物及其降解產(chǎn)物。更近的合成酰胺的方法是羧酸和胺轉(zhuǎn)化為酰胺的微波輔助轉(zhuǎn)化法。例如，Gelens等，Tetrahedron Letters 2005，46 (21)，3751-3754 公開(kāi)了借助微波 輻射來(lái)合成的多種酰胺。這其中也包括苯甲酸單乙醇酰胺，其以66%的產(chǎn)率獲得。該合成 在IOml容器內(nèi)進(jìn)行。Massicot 等，Synthesis 2001 (16)，2441-2444 描述了 以 mmol 規(guī)模合成酒石酸的
二酰胺。在采用乙醇胺的酰胺化中，二酰胺的產(chǎn)率達(dá)到了 68%。EP-A-O 884 305公開(kāi)了在微波輻射下以mmol規(guī)模用2-羥基硬脂酸對(duì)2-氨基-1， 3-十八烷二醇進(jìn)行酰胺化，在該過(guò)程中以約70%的產(chǎn)率產(chǎn)生神經(jīng)酰胺。
但是，迄今為止，仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)將這種微波輔助反應(yīng)的規(guī)模從實(shí)驗(yàn)室按比例放大至 工業(yè)規(guī)模，因此，仍然沒(méi)有開(kāi)發(fā)出適于以對(duì)于工業(yè)規(guī)模應(yīng)用有價(jià)值的時(shí)空產(chǎn)率每年生產(chǎn)數(shù) 噸、例如數(shù)十噸、數(shù)百噸或者數(shù)千噸的設(shè)備。對(duì)此的原因一方面在于通常限于幾毫米至少數(shù) 幾厘米的微波穿透到反應(yīng)物料中的深度，這尤其使得以間歇法進(jìn)行的反應(yīng)只能局限于小容 器；或者在攪拌的反應(yīng)器中造成非常長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。由于隨后出現(xiàn)的放電過(guò)程和等離子體 的形成，使場(chǎng)強(qiáng)度的提高受到嚴(yán)格的限制，而這種提高對(duì)用微波輻射大量物質(zhì)而言是值得 期望的，特別是在迄今為止優(yōu)選用于將化學(xué)反應(yīng)按比例放大的多模設(shè)備中。此外，微波場(chǎng)的 非均勻性在按比例放大時(shí)，在通常所使用的多模微波設(shè)備中帶來(lái)問(wèn)題，所述非均勻性會(huì)導(dǎo) 致反應(yīng)物料局部過(guò)熱，是由或多或少輻射入微波爐中的微波在微波爐的壁上和反應(yīng)物料上 不受控制的反射造成的。此外，在反應(yīng)過(guò)程中經(jīng)常改變的反應(yīng)混合物的微波吸收系數(shù)，會(huì)在 可靠且可重現(xiàn)的反應(yīng)進(jìn)程方面帶來(lái)困難。C. Chen 等，J. Chem. Soc.，Chem. Commun.，1990，807-809 描述了一種連續(xù)的實(shí)驗(yàn)
室微波反應(yīng)器，其中反應(yīng)物料通過(guò)安裝在微波爐中的Teflon蛇形管傳輸。Cablewski等， J. Org. Chem.，1994，59，3408-3412描述了類似的連續(xù)實(shí)驗(yàn)室微波反應(yīng)器，其用于實(shí)施很大 范圍的不同的化學(xué)反應(yīng)。但是，在這兩種情況下，多模運(yùn)行的微波不允許被放大至工業(yè)領(lǐng) 域。它們?cè)诜磻?yīng)物料的微波吸收方面的效率是低的，因?yàn)樵诙嗄Ｎ⒉ㄝ椛淦髦形⒉芰炕?多或少地被均勻分布在的輻射器空間內(nèi)，并沒(méi)有聚焦在所述蛇形管上。在此，顯著提高射入 的微波功率，會(huì)導(dǎo)致不期望的等離子體放電。此外，隨著時(shí)間變化而變化的微波場(chǎng)中的空間 不均勻性(被稱為熱區(qū))，會(huì)使得工業(yè)規(guī)模上安全、可再現(xiàn)性的反應(yīng)方案不可能實(shí)現(xiàn)。單?；騿我荒Ｊ降奈⒉ㄝ椛淦饕彩且阎?，其中采用單波模式工作，其僅僅在一 個(gè)空間方向上傳播，并通過(guò)具有精確尺寸的波導(dǎo)管聚焦到反應(yīng)容器上。雖然這些設(shè)備能獲 得較高的局部場(chǎng)強(qiáng)，但是，由于其幾何要求(例如，電場(chǎng)強(qiáng)度在其波峰處具有最大值，在節(jié) 點(diǎn)處接近于零)，迄今為止，一直被局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小反應(yīng)體積(彡50ml)。因此，找到了一種用于制備脂肪酸烷醇酰胺的方法，其中脂肪酸和烷醇胺還能夠 以工業(yè)規(guī)模在微波輻射下直接轉(zhuǎn)化為烷醇酰胺。同時(shí)，應(yīng)該獲得盡可能大的轉(zhuǎn)化率，即高達(dá) 定量的轉(zhuǎn)化率。尤其，副產(chǎn)物如烷醇胺酯和酯酰胺的比例應(yīng)該盡可能低。該方法另外應(yīng)當(dāng) 盡可能節(jié)能地制備脂肪酸烷醇酰胺，這意味著所使用的微波功率應(yīng)該被反應(yīng)混合物盡可能 定量地吸收且該方法因此提供了高能量效率。烷醇酰胺應(yīng)該還具有盡可能低的固有顏色。 另外，該方法應(yīng)該確保安全且可再現(xiàn)的反應(yīng)進(jìn)程。令人驚訝地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在縱軸處于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管 內(nèi)，通過(guò)僅僅短時(shí)間地借助微波輻射進(jìn)行加熱，通過(guò)脂肪酸與烷醇胺在連續(xù)方法中直接反 應(yīng)，能夠以工業(yè)相關(guān)的量制備脂肪酸烷醇酰胺。同時(shí)，射入到微波輻射器的微波能量幾乎被 反應(yīng)物料定量地吸收。本發(fā)明的方法在實(shí)施過(guò)程中還具有高水平的安全性，并且能提供所 調(diào)節(jié)出的反應(yīng)條件的高再現(xiàn)性。根據(jù)本發(fā)明的方法所制備的烷醇酰胺不含有或者僅僅含有 微小比例的烷醇胺酯和酯酰胺。與不采用其他處理步驟的常規(guī)制備方法相比，本發(fā)明的烷 醇酰胺具有常規(guī)方法所不能獲得的高純度，以及低固有顏色。本發(fā)明提供了制備脂肪酸烷醇酰胺的連續(xù)方法，該方法通過(guò)如下方式進(jìn)行使至 少一種式I的脂肪酸與至少一種式II的烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽，然后在縱軸處于單模微波輻 射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波輻射下，將該銨鹽轉(zhuǎn)化為脂肪酸烷醇酰胺，

R3-COOH (I) 其中R3是具有5-50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基， HNR1R2 (II)其中R1是帶有至少一個(gè)羥基且具有1-50個(gè)碳原子的烴基，以及R2是氫、R1或具有1-50個(gè)碳原子的烴基。本發(fā)明進(jìn)一步提供了氨基酯和酯酰胺的含量低于5mol%的脂肪酸烷醇酰胺，其通 過(guò)如下方式制得使至少一種式I的脂肪酸與至少一種式II的烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽，然后在縱軸處 于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波輻射下，將該銨鹽轉(zhuǎn)化為脂肪酸 烷醇酰胺，R3-COOH (I)其中R3是具有5-50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基，HNR1R2 (II)其中R1是帶有至少一個(gè)羥基且具有1-50個(gè)碳原子的烴基，以及R2是氫、R1或具有1-50個(gè)碳原子的烴基。作為式I的脂肪酸，通常在具有5-50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基上具有至少 一個(gè)羧基的化合物適合的。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，脂族烴基是未被取代的烷基或 烯基。在另一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，脂族烴基是帶有一個(gè)或多個(gè)例如2、3、4或更多個(gè) 其他取代基的取代的烷基或烯基。適合的取代基例如是鹵素原子、鹵化烷基、C1-C5-烷氧基 例如甲氧基、聚(C1-C5-烷氧基)、聚(C1-C5-烷氧基)烷基、羧基、酯基、酰胺基、氰基、腈基、 硝基、磺酸基和/或具有5-20個(gè)碳原子的芳基例如苯基，前提是所述取代基在反應(yīng)條件下 是穩(wěn)定的，且不參與任何副反應(yīng)，例如消除反應(yīng)。C5-C2tl-芳基本身又可以帶有取代基，例如 鹵素原子、鹵化烷基、C1-C2tl-烷基、C2-C2tl-烯基、C1-C5-烷氧基例如甲氧基、酯基、酰胺基、氰 基、腈基和/或硝基。然而，該脂族烴基R3至多帶有與其具有的化合價(jià)一樣多的取代基。在 一個(gè)特定具體實(shí)施方案中，脂族烴基R3帶有其他羧基。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法同樣地適 合于例如具有兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)羧基的多羧酸的酰胺化。利用根據(jù)本發(fā)明的方法的多羧 酸與伯胺的反應(yīng)也能夠形成酰亞胺。在此，特別優(yōu)選的是帶有這樣的脂族烴基的脂肪酸(I)，所述脂族烴基具有6-30 個(gè)碳原子和尤其具有7-24個(gè)碳原子例如具有8-20個(gè)碳原子。它們可以是天然或合成來(lái)源 的。脂族烴基還可以含有雜原子，例如氧、氮、磷和/或硫，但優(yōu)選不超過(guò)一個(gè)雜原子/3個(gè) 碳原子。脂族烴基可以是線性、支化或環(huán)狀的。羧基可以鍵合于伯碳原子、仲碳原子或叔碳 原子。其優(yōu)選鍵合于伯碳原子。烴基可以是飽和或不飽和的。不飽和烴基含有一個(gè)或多個(gè) C = C雙鍵，優(yōu)選一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)C = C雙鍵。在羧基的α，β位上優(yōu)選沒(méi)有雙鍵。例如， 已經(jīng)證明根據(jù)本發(fā)明的方法尤其對(duì)于制備多不飽和脂肪酸的烷醇酰胺是有利的，因?yàn)椴伙?和脂肪酸的雙鍵在根據(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)條件下不被攻擊。優(yōu)選的脂環(huán)族烴基具有至少 一個(gè)含有4、5、6、7、8或更多個(gè)環(huán)原子的環(huán)。適合的脂族脂肪酸是例如己酸、環(huán)己酸、庚酸、辛酸、癸酸、十二烷酸、十三烷酸、
6十四烷酸、12-甲基十三烷酸、十五烷酸、13-甲基十四烷酸、12-甲基十四烷酸、十六烷酸、 14-甲基十五烷酸、十七烷酸、15-甲基十六烷酸、14-甲基十六烷酸、十八烷酸、異十八烷 酸、花生酸、二十二烷酸和二十四烷酸，以及肉豆蔻腦酸、棕櫚油酸、十六碳二烯酸、S-9-順 式十七碳烯酸、油酸、巖芹酸、十八碳烯酸、亞油酸、亞麻酸、鱈烯酸、二十碳-11-烯酸、二十 碳二烯酸、花生四烯酸、鯨蠟烯酸、芥酸、二十二碳二烯酸和二十四碳烯酸以及十二碳烯基 丁二酸、十八碳烯基丁二酸和它們的混合物。另外適合的是由天然脂肪和油例如棉子油，椰 子油，花生油，紅花油，玉米油，棕櫚油，菜子油，橄欖油，芥子油，豆油，向日葵油，以及牛油， 骨油和魚(yú)油所獲得的脂肪酸混合物。同樣地適合于根據(jù)本發(fā)明的方法的脂肪酸或脂肪酸混 合物是妥爾油脂肪酸以及樹(shù)脂酸和環(huán)烷酸。R1帶有優(yōu)選2-20個(gè)碳原子，例如3-10個(gè)碳原子。另外，優(yōu)選地，R1是線性或支化 烷基。該烷基可以插入雜原子例如氧或氮。R1可以帶有一個(gè)或多個(gè)，例如兩個(gè)、三個(gè)或更多 個(gè)羥基。該一個(gè)羥基或該多個(gè)羥基各自存在于烴基的伯或仲碳原子上。在R2也是R1的情 況下，優(yōu)選的是帶有總共至多5個(gè)，尤其1、2或3個(gè)羥基的胺。在一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方案中，R1是式III的基團(tuán)-(B-O)m-H (III)其中B是具有2-10個(gè)碳原子的亞烷基，以及m 是 1-500 的數(shù)。B優(yōu)選是具有2-5個(gè)碳原子的線性或支化亞烷基，特別優(yōu)選是具有2或3個(gè)碳原子 的線性或支化亞烷基，尤其是式-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-和/或-CH(CH3) -CH2-的基團(tuán)。m優(yōu)選是2-300的數(shù)，尤其是3_100的數(shù)。在一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，m 是1或2。在m > 3和尤其是!11 > 5的烷氧基鏈的情況下，該烷氧基鏈可以是具有不同烷氧 基單元，優(yōu)選乙氧基和丙氧基單元的交替嵌段的嵌段聚合物鏈。該烷氧基鏈還可以是具有 烷氧基單元的無(wú)規(guī)次序的鏈，或者均聚物。在一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方案中，R2是氫、C1-C3tl-烷基、C2-C3tl-烯基、C5-C12-環(huán)烷基、 C6-C12-芳基、C7-C30-芳烷基或具有5-12個(gè)環(huán)原子的雜芳族基團(tuán)。所述烴基可以含有雜原 子，例如氧和/或氮，并且任選含有取代基，例如鹵素原子，鹵代烷基，硝基，氰基，腈基和/ 或氨基。在另一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，R2是式IV的基團(tuán)-(B-O)m-R5 (IV)其中B和m具有式(III)所給出的定義，以及R5是具有1-24個(gè)碳原子的烴基，尤其是具有1-24個(gè)碳原子的烷基、烯基、芳基或?；?。R2特別優(yōu)選表示具有1-20個(gè)碳原子，尤其是具有1-8個(gè)碳原子的烷基，以及具有 2-20個(gè)碳原子，尤其是具有2-8個(gè)碳原子的烯基。這些烷基和烯基可以是線性、支化或環(huán) 狀的。適合的烷基和烯基是例如甲基，乙基，丙基，異丙基，正丁基，異丁基，己基，環(huán)己基，癸 基，十二烷基，十四烷基，十六烷基，十八烷基，異硬脂基和油基。在另一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，R2是具有1-4個(gè)碳原子的烷基，例如甲基或 乙基。在一個(gè)特定的具體實(shí)施方案中，R2是氫。
7
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選適合于制備仲脂肪酸烷醇酰胺，即用于脂肪酸與其中R1是 帶有至少一個(gè)羥基且具有1-50個(gè)碳原子的烴基以及R2是氫的烷醇胺的反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的方法特別優(yōu)選適合于制備叔脂肪酸烷醇酰胺，即用于脂肪酸與其中 R1是帶有至少一個(gè)羥基并具有1-50個(gè)碳原子的烴基以及R2是具有1-50個(gè)碳原子的烴基 或帶有至少一個(gè)羥基并具有1-50個(gè)碳原子的烴基的烷醇胺的反應(yīng)。在此，R1和R2的定義 可以是相同的或不同的。在特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，R1和R2的定義是相同的。適合的烷醇胺的粒子是氨基乙醇，3-氨基-1-丙醇，異丙醇胺，N-甲基氨基乙醇， N-乙氨基乙醇，N-丁基乙醇胺，N-甲基異丙醇胺，2-(2-氨基乙氧基)乙醇，2-氨基-2-甲 基-1-丙醇，3-氨基-2，2- 二甲基-1-丙醇，2-氨基-2-羥甲基-1，3-丙二醇，二乙醇胺， 二丙醇胺，二異丙醇胺，二(二甘醇)胺，N-(2-氨基乙基)乙醇胺以及聚(醚)胺如具有 4-50個(gè)氧化亞烷基單元的聚(乙二醇)胺和聚(丙二醇)胺。該方法尤其適合于制備辛酸二乙醇酰胺、月桂酸單乙醇酰胺、月桂酸二乙醇酰胺、 月桂酸二甘醇酰胺、椰子油脂肪酸單乙醇酰胺、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、椰子油脂肪酸二 甘醇酰胺、硬脂酸單乙醇酰胺、硬脂酸二乙醇酰胺、硬脂酸二甘醇酰胺、妥爾油脂肪酸單乙 醇酰胺、妥爾油脂肪酸二乙醇酰胺和妥爾油脂肪酸二甘醇酰胺。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，該脂肪酸優(yōu)選與至少等摩爾量的烷醇胺反應(yīng)，且更優(yōu)選 與過(guò)量的烷醇胺反應(yīng)。烷醇胺與脂肪酸之間的反應(yīng)與此相應(yīng)地優(yōu)選以至少1 1，優(yōu)選 100 1至1.001 1，特別優(yōu)選10 1至1.01 1，例如5 1至1. 1 1的摩爾比進(jìn) 行，在所有情況下以反應(yīng)混合物中的羧基與氨基的摩爾當(dāng)量為基準(zhǔn)計(jì)。在此，羧基幾乎定量 地被轉(zhuǎn)化為酰胺。在特定的具體實(shí)施方案中，脂肪酸和胺以等摩爾量使用。本發(fā)明的酰胺制備方法是按如下方式進(jìn)行的使脂肪酸與烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽， 隨后，在縱軸處于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，用微波輻射所述鹽。優(yōu)選在基本上為微波透明的反應(yīng)管中，用微波對(duì)所述鹽進(jìn)行輻射，所述反應(yīng)管處 于與微波發(fā)生器相連的中空導(dǎo)體中。所述反應(yīng)管優(yōu)選在軸向上與所述中空導(dǎo)體的中心對(duì)稱 軸對(duì)齊。所述起著微波輻射器作用的中空導(dǎo)體優(yōu)選被設(shè)置為空腔諧振器的形式。還優(yōu)選 地，未被所述中空導(dǎo)體吸收的微波在其末端發(fā)生反射。通過(guò)將所述微波輻射器設(shè)置為反 射型諧振器形式，在發(fā)生器所輸送的相同功率下，能局部提高電場(chǎng)強(qiáng)度，以及提高能量利用率?？涨恢C振器優(yōu)選以Etlln模式運(yùn)行，其中η為整數(shù)，表示沿著所述諧振器的中心對(duì)稱 軸的微波的場(chǎng)極大值(Feldmaxima)的數(shù)目。在這種運(yùn)行下，電場(chǎng)指向所述空腔諧振器的中 心對(duì)稱軸的方向。所述電場(chǎng)在中心對(duì)稱軸區(qū)域中具有極大值，在朝著外殼面的方向上降低 至零值。這種場(chǎng)結(jié)構(gòu)以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形式圍繞所述中心對(duì)稱軸存在。視所期望的反應(yīng)物料 通過(guò)反應(yīng)管的流動(dòng)速率、所要求的溫度和所要求的在諧振器中的駐留時(shí)間而定，相對(duì)于所 采用的微波輻射的波長(zhǎng)，選擇諧振器的長(zhǎng)度。η優(yōu)選為1 200的整數(shù)，特別優(yōu)選地為2 100，特別地為4 50，尤其為3 20，例如3，4，5，6，7或8。微波能量可通過(guò)具有適當(dāng)尺寸的孔或狹縫，射入起著微波輻射器作用的中空導(dǎo)體 中。在本發(fā)明的方法的一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，在處于具有微波的同軸通道的中 空導(dǎo)體中的反應(yīng)管中，采用微波對(duì)所述銨鹽進(jìn)行輻射。對(duì)于該方法特別優(yōu)選的微波裝置是由如下部分構(gòu)成的空腔諧振器、用于將微波場(chǎng)耦合到所述空腔諧振器的耦合裝置，在相對(duì) 的兩個(gè)端壁上各自具有一個(gè)開(kāi)口，用于使所述反應(yīng)管穿過(guò)所述諧振器。微波優(yōu)選通過(guò)穿入 所述空腔諧振器中的耦合針，被射入所述空腔諧振器中。優(yōu)選地，所述耦合針被設(shè)置為金屬 內(nèi)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)管優(yōu)選起著耦合天線的作用。在一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，該耦 合針通過(guò)一個(gè)末端開(kāi)口進(jìn)入所述空腔諧振器中。所述反應(yīng)管特別優(yōu)選地連接到所述同軸通 道的內(nèi)導(dǎo)管上，且特別是將所述反應(yīng)管通過(guò)其空腔導(dǎo)入到所述空腔諧振器中。所述反應(yīng)管 優(yōu)選在軸向上與所述空腔諧振器的中心對(duì)稱軸對(duì)齊，為此，所述空腔諧振器優(yōu)選在兩個(gè)相 對(duì)的端壁上各自具有一個(gè)中心開(kāi)口，用于使所述反應(yīng)管通過(guò)。微波可例如通過(guò)同軸連接管，被送入所述耦合針或者送入所述起著耦合天線作用 的內(nèi)導(dǎo)管中。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，微波場(chǎng)通過(guò)中空導(dǎo)體輸送給所述諧振器，在這 種情況下，穿出所述空腔諧振器的耦合針的末端，通過(guò)所述中空導(dǎo)體壁中的開(kāi)孔，被送入位 于所述中空導(dǎo)體中，從所述中空導(dǎo)體抽取微波能量，并將其射入所述諧振器中。在一個(gè)特定的具體實(shí)施方案中，在微波透明反應(yīng)管中，用微波對(duì)所述鹽進(jìn)行輻射， 所述反應(yīng)管軸對(duì)稱地處于具有微波的同軸通道的Etlln圓中空導(dǎo)體中。在這種情況下，所述 反應(yīng)管通過(guò)起著耦合天線作用的內(nèi)導(dǎo)管的空腔，被送入所述空腔諧振器中。在另一個(gè)優(yōu)選 的具體實(shí)施方案中，在微波透明的反應(yīng)管中，用微波對(duì)所述鹽進(jìn)行輻射，使所述反應(yīng)管通過(guò) 具有軸向微波輸入裝置的Etlln空腔諧振器，其中如此設(shè)定所述空腔諧振器的長(zhǎng)度，使得形成 η = 2或多個(gè)微波的場(chǎng)極大值。在另一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，在微波透明的反應(yīng)管中， 用微波對(duì)所述鹽進(jìn)行輻射，所述反應(yīng)管軸對(duì)稱地處于具有微波的同軸通道的圓柱形Etlln空 腔諧振器中，其中如此設(shè)定所述空腔諧振器的長(zhǎng)度，使得形成η = 2或更多個(gè)場(chǎng)極大值。微波發(fā)生器，例如磁控管、速調(diào)管和回旋管，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。用于實(shí)施本發(fā)明的方法的反應(yīng)管，優(yōu)選由基本上為微波透明的、高熔點(diǎn)材料所制 造。特別優(yōu)選地采用非金屬反應(yīng)管。此處，“基本上為微波透明的”，應(yīng)當(dāng)被理解為能吸收 盡可能少量的微波能量并將其轉(zhuǎn)化為熱的材料。作為物質(zhì)吸收微波能量并將其轉(zhuǎn)化為熱的 能力的標(biāo)準(zhǔn)通常采用介電損耗因子tan δ = ε " / ε ‘。所述介電損耗因子tan δ被定義 為介質(zhì)損耗ε “與介電常數(shù)ε ‘的比值。不同材料的tan δ的例子已在，例如D. Bogdal， Microwave-assisted Organic Synthesis, Elsevier 2005 中報(bào)道。對(duì)于適用于本發(fā)明的 反應(yīng)管而言，具有在2. 45GHz和25°C下測(cè)得的小于0. 01，特別地小于0. 005，尤其是小于 0. 001的tan δ值的材料是優(yōu)選的。作為優(yōu)選的微波透明且熱穩(wěn)定的材料，主要考慮礦物質(zhì) 基材料，例如石英、氧化鋁、氧化鋯等。同樣適合作為管材料的是熱穩(wěn)定的塑料，如特別地為 含氟聚合物，例如Teflon，以及工業(yè)塑料如聚丙烯或者聚芳醚酮，例如玻璃纖維增強(qiáng)的聚醚 醚酮(PEEK)。為了經(jīng)受反應(yīng)過(guò)程中的溫度條件，已經(jīng)證明有利的尤其是使用這些塑料涂覆 的礦物質(zhì)如石英或氧化鋁作為反應(yīng)器材料。特別適于本發(fā)明的方法的反應(yīng)管具有Imm 約50cm，尤其是2mm 35cm，例如 5mm 15cm的直徑。此處，反應(yīng)管應(yīng)當(dāng)被理解為是指長(zhǎng)徑比大于5，優(yōu)選為10 100000，特 別優(yōu)選地為20 10000，例如30 1000的容器。此處，反應(yīng)管的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)被理解為這樣的 區(qū)段，所述微波輻射在該區(qū)段上進(jìn)行。在所述反應(yīng)管中，可裝入擾流板/或其他混合元件。特別適于本發(fā)明的方法的Etll空腔諧振器優(yōu)選具有對(duì)應(yīng)于所采用的微波輻射的至 少半波長(zhǎng)的直徑?？涨恢C振器的直徑優(yōu)選為所采用的微波輻射的半波長(zhǎng)的1. 0 10倍，優(yōu)選為1. 1 5倍，尤其是2. 1 2. 6倍。Etll空腔諧振器優(yōu)選具有圓的橫截面，這也被稱為 E01圓中空導(dǎo)體。特別優(yōu)選地，其具有柱狀形狀，特別是圓柱狀。所述反應(yīng)管通常在其入口處裝有計(jì)量泵和壓力計(jì)，在其出口處具有保壓裝置和熱 交換器。這使得反應(yīng)能在非常寬的壓力和溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。胺與脂肪酸生成銨鹽的反應(yīng)，能以連續(xù)法、間歇法或半間歇法的方式進(jìn)行。這樣， 所述銨鹽的制備可采用逆流式(半)間歇法，例如在一個(gè)攪拌容器中實(shí)施。所述銨鹽優(yōu)選 原位獲得，不進(jìn)行分離。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，彼此獨(dú)立地任選用溶劑稀釋胺和脂肪酸 反應(yīng)物，在很快就要進(jìn)入所述反應(yīng)管時(shí)才進(jìn)行混合。例如，已經(jīng)證明特別有利的是如下情 況胺與脂肪酸生成銨鹽的反應(yīng)在混合區(qū)段中進(jìn)行，由該區(qū)段將所述銨鹽，任選在中間冷卻 之后，輸送到反應(yīng)管中。還優(yōu)選地，將反應(yīng)物以液體形式提供給本發(fā)明的方法。為此，能采 用具有較高熔點(diǎn)和/或較高粘度的反應(yīng)物，例如以熔融狀態(tài)和/或與溶劑混合的狀態(tài)，例如 以溶液、分散體或乳液形式?？蓪⒋呋瘎?只要采用)，在進(jìn)入反應(yīng)管之前，加入到反應(yīng)物中 或者也加入到反應(yīng)物混合物中。還能通過(guò)本發(fā)明的方法，將固態(tài)、粉狀和非均相體系轉(zhuǎn)化， 在這種情況下，只需要采用用于傳送反應(yīng)物料的適當(dāng)工業(yè)設(shè)備即可。所述銨鹽既可在通過(guò)內(nèi)導(dǎo)管的末端處，也可在相對(duì)的一端輸入所述反應(yīng)管。通過(guò)改變管的橫截面、輻射區(qū)域的長(zhǎng)度(這應(yīng)當(dāng)被理解為是指反應(yīng)管的區(qū)間，在 該區(qū)間中反應(yīng)物料被暴露于微波輻射)、流動(dòng)速率、空腔諧振器的幾何形狀、射入的微波功 率以及在此獲得的溫度，可如此調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，使得能盡快地獲得最高的反應(yīng)溫度，并且使 得在最高溫度下的駐留時(shí)間如此短，以至于發(fā)生盡可能低水平的副反應(yīng)或其他反應(yīng)。為了 使反應(yīng)進(jìn)行完全，反應(yīng)物料可任選在中間冷卻之后多次地通過(guò)反應(yīng)管。在許多情況下，已經(jīng) 證明有利的是，如果在離開(kāi)反應(yīng)管之后，立即對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，例如通過(guò)水套冷卻或減 壓。在較慢反應(yīng)的情況下，通常證明有利的是，在反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)管之后，將其在反應(yīng)溫 度下保持一定時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，其能在縱軸處于單模微波輻射器，特別是例如具有微波的同 軸通道的Etll空腔諧振器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波場(chǎng)的對(duì)稱中心，非常均勻地 輻射反應(yīng)物料。本發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)計(jì)使得反應(yīng)也能在非常高的溫度和/或壓力下進(jìn)行。通 過(guò)提高溫度和/或壓力，即使與公知的微波反應(yīng)器相比，也能觀察到轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的明顯 提高，同時(shí)又不產(chǎn)生不期望的副反應(yīng)和/或褪色。令人驚訝的是，在被射入到所述空腔諧振 器中的微波能量方面，這能獲得非常高的效率，其典型地為大于50 %，通常為大于80 %，在 一些情況下為大于90 %，在特殊情況下為大于95 %，例如大于98 %的射入的微波功率，因 此，與常規(guī)制備方法以及現(xiàn)有技術(shù)中的微波法相比，具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)方面的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的方法還能實(shí)施可控的、安全且具有再現(xiàn)性的反應(yīng)方案。由于反應(yīng)管中的 反應(yīng)物料與微波的傳播方向平行地運(yùn)動(dòng)，公知的過(guò)熱現(xiàn)象(其是由不受控制的場(chǎng)分布所導(dǎo) 致的，這種場(chǎng)分布會(huì)由于場(chǎng)強(qiáng)度的變化而導(dǎo)致局部過(guò)熱，例如在波峰和節(jié)點(diǎn)處)，會(huì)由于反 應(yīng)物料的這種流動(dòng)方式而抵消。所述的優(yōu)點(diǎn)還能使得在高微波功率下進(jìn)行反應(yīng)，例如大于 IOkW或大于IOOkW ；這樣，其與僅僅在空腔諧振器中的短暫的駐留時(shí)間結(jié)合，使得在一個(gè)工 廠中每年能獲得100和更多噸的大產(chǎn)量。在此特別令人驚訝的是，盡管所述銨鹽在具有連續(xù)流的流動(dòng)管中，僅僅在微波場(chǎng) 停留非常短暫的時(shí)間，卻發(fā)生了轉(zhuǎn)化率一般為大于80%，經(jīng)常地甚至為大于90%，例如大于95% (基于所用較少的組分)的酰胺化反應(yīng)，而沒(méi)有顯著形成副產(chǎn)物。在將這些銨鹽在 具有相同的加熱套的流動(dòng)管中進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)，獲得適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度需要非常高的 壁溫，這種高溫會(huì)導(dǎo)致著色的物質(zhì)的生成，在相同的時(shí)間內(nèi)，只能形成很少的酰胺。優(yōu)選將由微波輻射所引起的溫度升高優(yōu)選限制于最高500°C，例如通過(guò)調(diào)節(jié)微波 強(qiáng)度、流速和/或通過(guò)冷卻反應(yīng)管，例如通過(guò)氮流。已經(jīng)證明特別有利的是在150°C至最高 400°C，尤其180°C至最高300°C，例如在200°C至270°C的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。微波輻射的持續(xù)時(shí)間取決于各種因素，例如反應(yīng)管的幾何結(jié)構(gòu)、射入的微波能量、 特定反應(yīng)和所需轉(zhuǎn)化率。典型地，該微波輻射進(jìn)行的時(shí)間少于30分鐘，優(yōu)選為0. 01秒鐘到 15分鐘，更優(yōu)選0. 1秒鐘到10分鐘，特別是1秒鐘到5分鐘，例如5秒鐘到2分鐘。調(diào)節(jié)微 波輻射的強(qiáng)度(功率)，使得反應(yīng)混合物在離開(kāi)空腔諧振器時(shí)具有所需的最高溫度。在優(yōu) 選的具體實(shí)施方案中，在微波輻射結(jié)束之后，反應(yīng)產(chǎn)物立即盡可能快速地冷卻到在120°C以 下，優(yōu)選在100°C以下，特別是在60°C以下的溫度。反應(yīng)優(yōu)選在0. 01到500巴，更優(yōu)選1巴(大氣壓力)到150巴，特別是1. 5巴到 100巴，例如3巴到50巴的壓力下進(jìn)行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在升高的壓力下操作是特別有用的，這 包括在反應(yīng)物或產(chǎn)物或任何存在的溶劑的沸點(diǎn)(在標(biāo)準(zhǔn)壓力下)以上操作和/或在反應(yīng)過(guò) 程中形成反應(yīng)水以上的溫度操作。更優(yōu)選將壓力調(diào)節(jié)至足夠高的水平，使得反應(yīng)混合物在 微波輻射期間保持在液態(tài)，不沸騰。為了避免副反應(yīng)以及制備最高純度的產(chǎn)物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在惰性保護(hù)氣體例如氮?dú)狻?氬氣或氦氣的存在下處理反應(yīng)物和產(chǎn)物是有用的。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，通過(guò)在脫水催化劑的存在下操作來(lái)加速或完成反應(yīng)。 優(yōu)選在酸性無(wú)機(jī)、有機(jī)金屬或有機(jī)催化劑或這些催化劑的兩種或多種的混合物的存在下操作。在本發(fā)明的意義上的酸性無(wú)機(jī)催化劑包括例如硫酸、磷酸、膦酸、次磷酸、硫化鋁 水合物、明礬、酸性硅膠和酸性氫氧化鋁。另外，例如，通式Al (OR15) 3的鋁化合物和通式 Ti(OR15)4的鈦酸酯可用作酸性無(wú)機(jī)催化劑，其中R15基團(tuán)可以各自是相同或不同的，彼此獨(dú) 立地選自C1-Cltl烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正 戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、1，2_ 二甲基丙基、異戊基、正己基、仲己基、正庚基、正辛基、 2-乙基己基、正壬基或正癸基，C3-C12環(huán)烷基，例如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚 基、環(huán)辛基、環(huán)壬基、環(huán)癸基、環(huán)^^一烷基和環(huán)十二烷基；優(yōu)選的是環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基。 Al (OR15) 3或Ti (OR15) 4中的R15基團(tuán)優(yōu)選各自是相同的，且選自異丙基、丁基和2-乙基己基。優(yōu)選的酸性有機(jī)金屬催化劑為，例如，選自二烷基氧化錫(R15)2SnO,其中R15如上 述定義。特別優(yōu)選的酸性有機(jī)金屬催化劑的代表是二正丁基氧化錫，其以“Oxo-Zirm”或者 Fascat 商標(biāo)商購(gòu)獲得。優(yōu)選的酸性有機(jī)催化劑為具有，例如如下基團(tuán)的酸性有機(jī)化合物磷酸基、磺基、 硫酸基或膦酸基。特別優(yōu)選的磺酸含有至少一個(gè)磺基、乙基至少一個(gè)具有1 40個(gè)碳原子， 優(yōu)選為具有3 24個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的、直鏈、支鏈和/或環(huán)狀的烴基。特別優(yōu)選 地為芳族磺酸，特別是具有一個(gè)或多個(gè)C1-C28烷基的烷基芳族單磺酸E，特別是具有C3-C22 烷基的那些。適當(dāng)?shù)睦訛榧谆撬?、丁磺酸、苯磺酸、?duì)甲苯磺酸、二甲苯磺酸、2-均三甲基 苯磺酸、4-乙基苯磺酸、異丙基苯磺酸、4- 丁基苯磺酸、4-辛基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、二(十二烷基)苯磺酸、萘磺酸。還能采用酸性離子交換劑作為酸性有機(jī)催化劑，例如用約 2mol%的二乙烯基苯交聯(lián)的含磺基的聚(苯乙烯)樹(shù)脂。對(duì)于本發(fā)明的方法的實(shí)施而言，特別優(yōu)選的是硼酸、磷酸、多磷酸和聚苯乙烯磺 酸。特別優(yōu)選地為通式Ti (OR15)4的鈦酸酯，尤其是四丁氧基鈦和四異丙氧基鈦。如果希望采用酸性無(wú)機(jī)、有機(jī)金屬或有機(jī)催化劑，根據(jù)本發(fā)明，采用0. 01 10重 量％，優(yōu)選為0. 02 2重量％的催化劑。在一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，不采用催化 劑。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，微波輻射是在酸性固體催化劑的存在下進(jìn)行的。 這包括將所述固體催化劑懸浮在任選與溶劑混合的銨鹽中，或者有利地，使任選與溶劑混 合的銨鹽從固定床催化劑上通過(guò)，并將其暴露于微波輻射中。適當(dāng)?shù)墓腆w催化劑為，例如， 沸石、硅膠、蒙脫土和(部分)交聯(lián)的聚苯乙烯磺酸，其可任選與催化活性的金屬鹽混合。 可被用作固體相催化劑的、基于聚苯乙烯磺酸的適當(dāng)?shù)乃嵝噪x子交換劑可由，例如Rohm & Haas以Amberlyst*的商標(biāo)名獲得。已經(jīng)證明有利的是在溶劑的存在下進(jìn)行操作，以便例如降低反應(yīng)介質(zhì)的粘度和/ 或使所述反應(yīng)混合物(只要其是非均相的)流化。為此，原則上可采用在所采用的反應(yīng)條 件下為惰性的、并且不與反應(yīng)物或生成的產(chǎn)物反應(yīng)的所有溶劑。在選擇適當(dāng)?shù)娜軇r(shí)的一 個(gè)重要的因素是其極性，這首先決定了溶解性，其次，決定了與微波輻射的相互作用程度。 在選擇適當(dāng)?shù)娜軇r(shí)的一個(gè)特別重要的因素是其介電損耗ε “。介電損耗ε “描述了在 物質(zhì)與微波輻射相互作用中被轉(zhuǎn)化成熱的微波輻射的比例。已經(jīng)證明對(duì)于用于實(shí)施本發(fā) 明的方法的溶劑的適用性而言，后一個(gè)值是一個(gè)特別重要的標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)證明特別有利的是， 在具有盡可能小的微波吸收性，因此對(duì)反應(yīng)體系的加熱僅僅做出少量貢獻(xiàn)的溶劑中進(jìn)行反 應(yīng)。優(yōu)選用于本發(fā)明的方法的溶劑具有在室溫和2450MHz下測(cè)得的為小于10，優(yōu)選為小于 1，例如小于0.5的介電損耗ε “。對(duì)不同溶劑的介電損耗的綜述，可參見(jiàn)，例如B. L.Hayes 的"Microwave Synthesis”，CEM Publishing 2002。適用于本發(fā)明的方法的溶劑特別地為 ε “值小于10的那些，例如N-甲基吡咯烷酮、Ν，Ν_ 二甲基甲酰胺或丙酮，特別地為ε “值 小于1的溶劑。ε “值小于1的特別優(yōu)選的溶劑的例子為芳族和/或脂肪族烴，例如甲苯、 二甲苯、乙苯、萘滿、己烷、環(huán)己烷、癸烷、十五烷、十氫化萘，以及商品烴混合物，如輕質(zhì)汽油 餾分、煤油、溶劑石腦油、Shellsol *AB、Solvesso 150、Solvesso 200、Exxsol 1^lsopar1SW 及Shellsol*產(chǎn)品。具有優(yōu)選為低于10，特別是低于1的ε “值的溶劑混合物，同樣也是 實(shí)施本發(fā)明的方法所優(yōu)選的。原則上，本發(fā)明的方法也能在具有較高ε “值的溶劑中進(jìn)行，例如5或更高，如特 別地具有10或更高的ε “值的溶劑。但是，在此所觀察到的反應(yīng)混合物的加速放熱，需要 用于保持最高溫度的特殊措施。只要在溶劑的存在下操作，其在反應(yīng)混合物中的比例優(yōu)選為2 95重量％，尤其 為5 90重量％，特別地為10 75重量％，例如30 60重量％。特別優(yōu)選地在不采用 溶劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)。微波是指具有約Icm Im的波長(zhǎng)、約300MHz 30GHz的頻率的電磁射線。該頻率 范圍原則上適于本發(fā)明的方法。對(duì)于本發(fā)明的方法而言，優(yōu)選采用具有工業(yè)、科研和醫(yī)療應(yīng) 用場(chǎng)合所認(rèn)可的頻率的微波輻射，例如具有915MHz、2. 45GHz,5. 8GHz或27. 12GHz的頻率。
12
為了實(shí)施本發(fā)明的方法射入空腔諧振器中的微波功率，特別地取決于反應(yīng)管的幾 何形狀，因此也取決于反應(yīng)體積以及所需要的輻射時(shí)間。其典型地為200W至數(shù)百kW，特別 地為500W 100kW，例如IkW 70kW。其可由一個(gè)或多個(gè)微波發(fā)生器產(chǎn)生。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述反應(yīng)是在耐壓的惰性反應(yīng)管中進(jìn)行的，在這 種情況下，形成的反應(yīng)水和可能的反應(yīng)物，以及如果存在的溶劑會(huì)導(dǎo)致壓力形成。在反應(yīng)結(jié) 束之后，可通過(guò)減壓，將所述過(guò)壓用于水、過(guò)量的反應(yīng)物以及任選的溶劑揮發(fā)并分離出來(lái)， 和/或用于冷卻反應(yīng)產(chǎn)物。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在冷卻和/或減壓之后，通過(guò)常規(guī)方 法，例如相分離、蒸餾、汽提、閃蒸和/或吸收，將所形成的反應(yīng)水分離出來(lái)。為了完全轉(zhuǎn)化，在很多情況下，已經(jīng)證明有利的是，在除去反應(yīng)水，以及任選地，排 出產(chǎn)物和/或副產(chǎn)物之后，將獲得的粗產(chǎn)物再次暴露于微波輻射中，在這種情況下，任選地 補(bǔ)充所用的反應(yīng)物的比例，以補(bǔ)充消耗的或不足量的反應(yīng)物。經(jīng)由本發(fā)明途徑制備的烷醇酰胺通常以足夠用于進(jìn)一步用途的純度而獲得。然 而，對(duì)于特定的要求來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)常規(guī)純化方法(例如蒸餾、重結(jié)晶、過(guò)濾或色譜方法)對(duì) 它們進(jìn)行進(jìn)一步純化。本發(fā)明的方法能以高產(chǎn)率和高純度，以工業(yè)規(guī)模的量，非?？斓亍⒐?jié)能地且廉價(jià)地 制備脂肪酸烷醇酰胺。通過(guò)在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的微波場(chǎng)的中心區(qū)域中對(duì)銨鹽進(jìn)行非常均勻的輻 射，能獲得安全的、可控的并且可再現(xiàn)的反應(yīng)進(jìn)程。同時(shí)，通過(guò)在充分利用入射的微波能量 的情況下非常高的效率，獲得了比已知的制備方法明顯要高的經(jīng)濟(jì)可行性。在這種方法中， 不會(huì)產(chǎn)生明顯量的副產(chǎn)物。尤其是，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的烷醇酰胺僅具有低含量的烷醇胺酯和酯酰胺。 其水溶液因此是透明的，與通過(guò)熱縮合制備的相應(yīng)脂肪酸烷醇酰胺相反，沒(méi)有由酯酰胺所 引起的渾濁。根據(jù)本發(fā)明制備的酰胺的固有顏色對(duì)應(yīng)于低于200，在某些情況下低于150， 例如低于100的黑曾色值(根據(jù)DIN/IS0 6271)，而根據(jù)常規(guī)方法低于250的黑曾色值不能 在沒(méi)有附加工藝步驟的情況下獲得。因?yàn)橥ㄟ^(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制備的烷醇酰胺另外不含 由該方法帶來(lái)的偶聯(lián)劑的殘留物或其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，它也能毫無(wú)問(wèn)題地在毒理學(xué)敏感領(lǐng)域例如 化妝品和藥物制劑中使用。基于存在的脂肪酸和脂肪酸衍生物的總和計(jì)，根據(jù)本發(fā)明制備的烷醇酰胺含有優(yōu) 選低于5mol%，尤其低于2mol%，特別是基本上不含由烷醇胺的羥基的?；a(chǎn)生的酯或 酯酰胺?！盎旧喜缓ズ屯榇及孵ァ北焕斫鉃轷ズ王ヵ０返目偤康陀趌mol%并且不能 被常規(guī)分析方法例如1H NMR譜法檢測(cè)到。這種快速和選擇性反應(yīng)不能通過(guò)常規(guī)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且預(yù)計(jì)僅僅通過(guò)加熱到高溫 是不能實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制備的產(chǎn)物常常是如此純的，以至于不需要進(jìn)一步 的后處理或加工步驟。
實(shí)施例在微波輻射下進(jìn)行的銨鹽的轉(zhuǎn)化，是在陶瓷管(60Xlcm)中進(jìn)行的，所述陶瓷管 是以軸對(duì)稱的形式存在于圓柱形空腔諧振器(60X10cm)中的。在所述空腔諧振器的一個(gè) 端面上，陶瓷管通過(guò)起著耦合天線作用的內(nèi)導(dǎo)管的空腔。將具有2. 45GHz的頻率，由磁控管 產(chǎn)生的微波場(chǎng)，通過(guò)耦合天線的方式射入所述空腔諧振器中(Etll空腔加熱器；單模)。
13
在每種情況下，以使得處于輻射區(qū)域末端的反應(yīng)物料的所期望的溫度保持恒定的 方式，隨著時(shí)間的變化，對(duì)微波功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，在實(shí)驗(yàn)說(shuō)明中提及的微波功率表示在 一段時(shí)間內(nèi)射入的微波功率的平均值。反應(yīng)混合物的溫度，是在其離開(kāi)反應(yīng)區(qū)域(在絕緣 不銹鋼毛細(xì)管中大約15cm距離，01cm )后，用PtlOO溫度傳感器直接測(cè)量的。未被反應(yīng) 混合物直接吸收的微波能量，在位于與耦合天線相對(duì)的一端的空腔諧振器的末端面發(fā)生反 射；在返回路徑上仍未被反應(yīng)混合物吸收的微波能量、以及在磁控管的方向上反射回去的 微波能量，借助于棱鏡體系(循環(huán)器)，被導(dǎo)入含水容器中。射入的能量和該水所含的熱量 的差，被用于計(jì)算導(dǎo)入到反應(yīng)物料中的微波能量。通過(guò)高壓泵和適當(dāng)?shù)男箟洪y，反應(yīng)管中的反應(yīng)混合物被置于總是足以使所有的反 應(yīng)物和產(chǎn)物或者縮合產(chǎn)物保持液態(tài)的工作壓力下。將由脂肪酸和胺所制備的反應(yīng)混合物， 以恒定的流速，泵經(jīng)所述反應(yīng)管，通過(guò)改變流速，調(diào)節(jié)在輻射區(qū)域中駐留時(shí)間。反應(yīng)產(chǎn)物用1H NMR波譜儀，在500MHz下，在⑶Cl3中進(jìn)行分析。性質(zhì)通過(guò)原子吸 收光譜法測(cè)定。實(shí)施例1 椰油脂肪酸單乙醇酰胺的制備在10升BUchi攪拌式高壓釜中，預(yù)置5. Ikg熔融的椰油脂肪酸(25mol)，并且在溫 和冷卻的同時(shí)緩慢地用1.5kg的乙醇胺(25mol)對(duì)其進(jìn)行摻混。在放熱反應(yīng)中，形成了椰
油脂肪酸乙醇銨鹽。將如此獲得的銨鹽在熔融狀態(tài)下在120°C和25巴的工作壓力下連續(xù)地以51/h的 流速通過(guò)反應(yīng)管泵送，并暴露于2. 2kff的微波功率，該微波功率的90%被反應(yīng)物料所吸收。 反應(yīng)混合物在輻射區(qū)中的停留時(shí)間為約34秒。在反應(yīng)管的末端，反應(yīng)混合物具有265°C的溫度。達(dá)到了理論值的94%的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)產(chǎn)物是基本上無(wú)色的。在蒸餾除去反應(yīng)水和 過(guò)量乙醇胺之后，獲得6. Okg純度為93. 5%的椰油脂肪酸單乙醇酰胺。如此獲得的椰油脂 肪酸單乙醇酰胺含有總共低于Imol%的氨基酯和酯酰胺。實(shí)施例2 :N-(2-羥乙基)月桂酰胺的制備在10升BUchi攪拌式高壓釜中，預(yù)置4. OOkg熔融的月桂酸(20mol)，并且在冷卻 的同時(shí)緩慢地用1.34kg的乙醇胺(22mol)對(duì)其進(jìn)行摻混。在放熱反應(yīng)中，形成了月桂酸單
乙醇銨鹽。將如此獲得的銨鹽在熔融狀態(tài)下在120°C和25巴的工作壓力下以51/h的流速連 續(xù)地通過(guò)反應(yīng)管泵送，并暴露于2. 2kff的微波功率，該微波功率的92%被反應(yīng)物料所吸收。 反應(yīng)混合物在輻射區(qū)中的停留時(shí)間為約34秒。在反應(yīng)管的末端，反應(yīng)混合物具有270°C的溫度。達(dá)到了理論值的96%的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)產(chǎn)物是淺黃色的。在蒸餾除去反應(yīng)水和過(guò)量 乙醇胺之后獲得了 4. 7kg純度為95%的N-(2-羥乙基)月桂酰胺。如此獲得的月桂酸單乙 醇酰胺含有總共1. 5mol%的氨基酯和酯酰胺。實(shí)施例3 月桂酸與2-(2_氨基乙氧基)乙醇的反應(yīng)在10升BUchi攪拌式高壓釜中，預(yù)置4. OOkg熔融的月桂酸(20mol)，并且在溫和 冷卻的同時(shí)緩慢地用2. Ikg的2-(2_氨基乙氧基)乙醇(20mol)對(duì)其進(jìn)行摻混。在放熱反 應(yīng)中，形成了銨鹽。
14
將如此獲得的銨鹽在熔融狀態(tài)下在90°C和20巴的工作壓力下以41/h的流速連 續(xù)地通過(guò)反應(yīng)管泵送，并暴露于2. 9kff的微波功率，該微波功率的95%被反應(yīng)物料所吸收。 反應(yīng)混合物在輻射區(qū)中的停留時(shí)間為約42秒。在反應(yīng)管的末端，反應(yīng)混合物具有265°C的溫度。達(dá)到了理論值的95 %的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)產(chǎn)物是淺黃色的。在蒸餾除去反應(yīng)水之后，獲 得了 5. 6kg純度為94%的N-月桂?；?2-(2-氨基乙氧基)乙醇酰胺。如此獲得的N-月 桂?；?2-(2-氨基乙氧基)乙醇酰胺含有低于Imol %的氨基酯和酯酰胺。實(shí)施例4 雙(2-羥乙基)油酰胺的制備在10升BUchi攪拌式高壓釜中，預(yù)置5. 65kg工業(yè)級(jí)油酸(20mol)，并且在溫和冷 卻的同時(shí)緩慢地用2. Ikg 二乙醇胺(20mol)對(duì)其進(jìn)行摻混。在放熱反應(yīng)中，形成了油酸二
乙醇銨鹽。將如此獲得的銨鹽在熔融狀態(tài)下在100°C和25巴的工作壓力下以9. 31/h的流速 連續(xù)地通過(guò)反應(yīng)管泵送，并暴露于3. 5kff的微波功率，該微波功率的93%被反應(yīng)物料所吸 收。反應(yīng)混合物在輻射區(qū)中的停留時(shí)間為約18秒。在反應(yīng)管的末端，反應(yīng)混合物具有275°C 的溫度。達(dá)到了理論值的96%的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)產(chǎn)物是淺黃色的。在蒸餾除去反應(yīng)水之后， 獲得了 7. Ikg純度為95%的雙(2-羥乙基)油酰胺。如此獲得的雙(2-羥乙基)油酰胺含 有總共低于Imol%的氨基酯和酯酰胺。就分裂方式和積分而言，產(chǎn)物的烯屬質(zhì)子的1H NMR 信號(hào)與所使用的油酸相比沒(méi)有變化。實(shí)施例5 椰油脂肪酸二乙醇酰胺的制備在10升BUchi攪拌式高壓釜中，預(yù)置5. Ikg熔融的椰油脂肪酸(25mol)，并且在溫 和冷卻的同時(shí)緩慢地用2. 6kg 二乙醇胺(25mol)對(duì)其進(jìn)行摻混。在放熱反應(yīng)中，形成了椰
油脂肪酸二乙醇銨鹽。將如此獲得的銨鹽在熔融狀態(tài)下在110°C和25巴的工作壓力下以51/h的流速連 續(xù)地通過(guò)反應(yīng)管泵送，并暴露于2. Okff的微波功率，該微波功率的92%被反應(yīng)物料所吸收。 反應(yīng)混合物在輻射區(qū)中的停留時(shí)間為約34秒。在反應(yīng)管的末端，反應(yīng)混合物具有270°C的溫度。達(dá)到了理論值的92%的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)產(chǎn)物是基本上無(wú)色的。在蒸餾除去反應(yīng)水和 過(guò)量二乙醇胺之后，獲得了 7. Ikg純度為91%的椰油脂肪酸二乙醇酰胺。如此獲得的椰油 脂肪酸二乙醇酰胺含有總共低于Imol%的氨基酯和酯酰胺。
1權(quán)利要求
制備脂肪酸烷醇酰胺的連續(xù)方法，該方法通過(guò)如下方式進(jìn)行使至少一種式I的脂肪酸與至少一種式II的烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽，然后在縱軸處于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波輻射下，將該銨鹽轉(zhuǎn)化為脂肪酸烷醇酰胺，R3 COOH (I)其中R3是具有5 50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基，HNR1R2(II)其中R1是帶有至少一個(gè)羥基的、具有1 50個(gè)碳原子的烴基，以及R2是氫、R1或具有1 50個(gè)碳原子的烴基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在基本上為微波透明的反應(yīng)管中采用微波對(duì)所述 鹽進(jìn)行輻射，所述反應(yīng)管處于通過(guò)波導(dǎo)管與微波發(fā)生器相連的中空導(dǎo)體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中微波輻射器被設(shè)計(jì)為空腔諧振 器的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中微波輻射器被設(shè)計(jì)為反射型空腔 諧振器的形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)管在軸向上與中空導(dǎo)體 的中心對(duì)稱軸對(duì)齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述鹽的輻射在具有微波的同軸 通道的空腔諧振器中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述空腔諧振器WEtlln模式運(yùn)行， 其中η是1-200的整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R3是具有5-50個(gè)碳原子的未被 取代的烷基。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R3是具有5-50個(gè)碳原子的烴 基，該烴基帶有一個(gè)或多個(gè)選自如下的取代基鹵素原子、鹵化烷基、C1-C5-烷氧基、聚 (C1-C5-烷氧基)、聚(C1-C5-烷氧基)烷基、羧基、酯基、酰胺基、氰基、腈基、硝基、磺酸基和 具有5-20個(gè)碳原子的芳基，其中所述C5-C2tl-芳基可以帶有選自如下的取代基鹵素原子、 鹵化烷基、C1-C20-烷基、C2-C20-烯基、C1-C5-烷氧基、酯基、酰胺基、氰基、腈基、和硝基。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R3包含5-30個(gè)碳原子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R3包含一個(gè)或多個(gè)雙鍵。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R1帶有2-20個(gè)碳原子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R1是式III的基團(tuán) -(B-O)m-H (III)其中B是具有2-10個(gè)碳原子的亞烷基，以及m是1-500的數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R2是C1-C3tl-烷基、C2-C3tl-烯 基、C5-C12-環(huán)烷基、C6-C12-芳基、C7-C3tl-芳烷基或具有5-12個(gè)環(huán)原子的雜芳族基團(tuán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R2是式IV的基團(tuán)-(B-O)m-R5 (IV)其中B是具有2-10個(gè)碳原子的亞烷基， m是1-500的數(shù)，以及 R5是具有1-24個(gè)碳原子的烴基。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-13中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R2是氫。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-15中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中R2表示具有1-20個(gè)碳原子的 烷基或具有2-20個(gè)碳原子的烯基。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中微波輻射在150-500°C的溫度 下進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述微波輻射在高于大氣壓的 壓力下進(jìn)行。
20.氨基酯和酯酰胺的含量低于5mol%的脂肪酸烷醇酰胺，其通過(guò)如下方式制得 使至少一種式I的脂肪酸與至少一種式II的烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽，然后在縱軸處于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波輻射下，將該銨鹽轉(zhuǎn)化為脂肪酸烷醇 酰胺，R3-COOH (I) 其中R3是具有4-50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基， HNR1R2 (II)其中R1是帶有至少一個(gè)羥基、具有1-50個(gè)碳原子的烴基，以及 R2是氫、R1或具有1-50個(gè)碳原子的烴基。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備脂肪酸烷醇酰胺的連續(xù)方法，該方法通過(guò)如下方式進(jìn)行使至少一種式(I)R3-COOH的脂肪酸與至少一種式(II)HNR1R2的烷醇胺反應(yīng)生成銨鹽，然后在縱軸處于單模微波輻射器的微波傳播方向上的反應(yīng)管中，在微波輻射下，將該銨鹽轉(zhuǎn)化為脂肪酸烷醇酰胺，其中R3是含有5-50個(gè)碳原子的任選取代的脂族烴基，其中R1是帶有至少一個(gè)羥基、具有1-50個(gè)碳原子的烴基，R2是氫、R1或具有1-50個(gè)碳原子的烴基。
文檔編號(hào)C07C233/18GK101918353SQ200980102037
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者M·克魯爾, R·莫施霍伊澤 申請(qǐng)人:科萊恩金融(Bvi)有限公司