Dmaea季鹽的連續制備
【專利說明】DMAEA季鹽的連續制備
[0001 ] 本申請是申請日為2011年1月21日，申請號為201180006488.3,發明名稱為"DMAEA 季鹽的連續制備"的發明專利申請的分案申請。
【背景技術】
[0002] 本發明涉及用于連續制備季銨化的（甲基）丙烯酸N，N_二烷基氨基乙酯(DMAEA· MCQ)的方法和裝置。DMAEA · MCQDMAEA · MCQ是在制備陽離子絮凝劑聚合物中使用的重要單 體中間體。已知可通過丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯（DMAEA)在各種條件下反應制備DMAEA · MCQ。美國專利申請12/468，585中描述了合成DMAEA的好方法。由DMAEA制備DMAEA · MCQ的有 效方法包括連續合成，從而避免了分批式制備方法所固有的繁重和昂貴的起始和停止技 術。
[0003] 此前已發展出一些不令人滿意的由DMAEA制備DMAEA · MCQ的方法。日本專利申請 2003/342244、2004/010508和2004/155669使用順序連接的連續攪拌釜式反應器（CSTR)來 連續制備DMAEA · MCQ。然而它們對多個反應器的偏好是繁重且昂貴的。日本專利申請1995/ 206790描述了在薄膜蒸發器反應器中進行合成。不幸的是，該方法使用了相對于本發明通 常與更高的操作成本相關的設備。美國專利6,683,203使用了轉盤攪拌塔的設計，但苦于過 長的停留時間。中國專利申請CN 1296942和CN 1276367使用塔式反應器制備DMAEA · MCQ， 但同樣不理想。
[0004] 因此存在對連續并有效制備DMAEA · MCQ的改良的方法的明確需求和效用。除非明 確如此說明，本部分所述技術不是旨在承認任何此處提及的專利、公開或其它信息是與本 發明有關的"現有技術"。另外，本部分不應被解釋為意味著已進行檢索或不存在其它如 37C.F.R.|1.56(a)中所述的相關信息。
【發明內容】
[0005] 本發明的至少一個實施方式涉及到連續制備QAP的方法。所述方法包含步驟：
[0006] 向CSTR中連續添加反應物，所述反應物包含TAS、水和烷化劑；
[0007]保持CSTR中的條件以保證兩種實質上不同的液相形態，第一相和第二相，所述第 二相比所述第一相更密，所述第二相基本上包含多于80 %的QAP和少于20 %的水，所述第一 相的含量大于反應混合物的約5wt%，并基本上包含TAS和烷化劑；
[0008] 不允許CSTR中的水含量超過被連續添加到CSTR中的反應物的16% ;和
[0009] 從CSTR中連續除去實質上僅第二相的液體。
[0010] 權利要求1的方法，其中所述TAS選自由DMAEA、任何（甲基)丙烯酸N，N-二烷基氨基 乙酯、（甲基)丙烯酰胺和它們的任何組合組成的組中。
[0011] -個或多個另外的實施方式涉及到所述方法，其中：
[0012] 制備的所述QAP可為DMAEA · MCQ。所述燒化基團可選自由氯甲烷、氯化芐、氯代十 六烷、硫酸二甲酯和其它任何通常已知的烷化劑和它們的任何組合組成的組中。可由所述 CSTR的頂部向所述CSTR中加入所述TAS。可由所述CSTR的底部從所述CSTR中除去所述第二 相。可通過使殘留的TAS在塞流反應器中反應和/或通過加入額外的烷化劑促進在所述除去 的第二相中的殘留的TAS的額外反應。可通過使用氣流吹掃所述第二相液體除去所述烷化 劑。可通過將所述烷化劑通過汽提塔除去所述烷化劑，可通過將所述烷化劑通入汽提塔頂 部并在所述汽提塔底部通入氣體而除去所述烷化劑，所述氣體選自由空氣、氮氣、氬氣和它 們的任何組合組成的列表中。所述CSTR中的溫度可保持在40~60°C。在所述CSTR中的停留 時間可在30分鐘至120分鐘的范圍內。所述CSTR內的壓力可保持在30~lOOpsi。所述第一相 與所述第二相的比例可保持在1:1至1:20。可在所述TAS與所述QAP的剪切誘導混合相對低 于所述CSTR內的其它位置的位置從所述CSTR中除去所述第二相液體。所述方法可進一步包 含向制備的所述QAP中添加 BHT、銅、MEHQ和它們的任何組合的步驟。所述制得的QAP可在其 中具有小于300ppm的所述TAS。所述方法可進一步包含步驟：
[0013] 促進所述第二相液體中的任何殘留的TAS的反應；
[0014] 從所述第二相液體中提餾所述烷化劑;和
[0015] 向所述第二相液體中添加水以獲得所需物理性能。
【附圖說明】
[0016] 下文將具體參照附圖對本發明進行詳細描述，其中：
[0017] 圖1說明本發明的烷基化反應。
[0018] 圖2為說明用在本發明的合成反應中的裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 定義
[0020] 為了本申請的目的，這些術語的定義如下：
[0021 ] "BHT"是指根據如下化學式的分子：
[0023] "連續工藝"是指能在無限的時間周期內能連續進行的不間斷的化學工藝，其中可 向反應操作中不斷地加入反應物來連續制備產物。連續工藝和分批工藝相互排斥。
[0024] "CSTR"是指連續攪拌釜式反應器。
[0025] "DMAEA"是指丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯。
[0026] "DMAEA · MCQ"是指季銨化的丙烯酸N，N-二烷基氨基乙酯。
[0027] "DMAEM"是指(甲基)丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯。
[0028] "DMAEM · MCQ"是指季銨化的（甲基)丙烯酸N，N-二烷基氨基乙酯。
[0029] "百分比"或"％"是指重量百分比，除非另作說明。
[0030] "MEQH"是指根據如下化學式的分子：
[0032] "TAS"是指叔胺底物。
[0033] "QAP"是指季胺產物。
[0034] 如果上述定義或在本申請中其它地方所述的定義與字典中常用的或通過引用合 并于本發明中的來源中所述的含義(清楚的或隱含的）不同，本申請和權利要求書的術語應 特別理解為按照本申請中的定義理解，而不應參照常用定義、字典定義或通過引用合并的 定義。
[0035] 詳述
[0036] 在至少一個實施方式中，使用烷基化反應由季銨底物制備烷基化的季銨鹽。通過 烷化劑促進該烷基化反應。在至少一個實施方式中，TAS為選自美國專利申請12/468,585中 所列的一種。如圖1中所示，在至少一個實施方式中，季胺底物為DMAEA，且它被烷化劑氯甲 烷烷基化以形成QAP的季銨鹽DMAEA · MCQ。在至少一個實施方式中，TAS為DAMEM，且其形成 的QAP為季銨鹽DMAEM · MCQ。
[0037] 本發明的反應所固有的一個主要益處是在抑制雜質存在的同時，允許在最終產物 中存在水。由于氨基丙烯酸酯底物的反應性質，例如水解、聚合和其它反應的副反應的發生 速度使得雜質以足夠大的量積聚從而對產物的質量造成負面影響。由于這些副反應由水促 進，因此一種防止該副反應的方法為在無水環境中進行反應。然而，例如DMAEA · MCQ和 DMAEM · MCQ的QAP的物理性質使該方法失敗。具體地，這些QAP的溶解度比需要的更低。當在 運輸中暴露在寒冷天氣下時，它們的含量不可大于溶液的約80%，否則就會從溶液中沉淀 出來。當從溶液中沉淀出來時，QAP變得更難以儲存、運輸和抽吸。本發明的方法在反應產物 中沒有過量的雜質且允許水的存在，從而避免了這些困難。
[0038] 在至少一個實施方式中，烷基化反應物選自有氯甲烷、氯化芐、氯代十六烷、硫酸 二甲酯和其它任何通常已知的烷化劑和它們的任何組合組成的組中。
[0039] 在至少一個實施方式中，季胺底物(TAS)選自由DMAEA、任何（甲基)丙烯酸二烷基 氨基烷基酯、（甲基)丙烯酰胺和它們的任何組合組成的組中。
[0040] 現在參照圖2,說明連續制備烷基化的季銨鹽產物(QAP)(1)的裝置（10)。該裝置 (10)作為整體包含三個部分:反應和相分離部分(11)，后加熱部分(21)和提餾部分(31)。從 來源加入起始原料(TAS、烷化劑和水）。
[0041 ] 在反應部分（11)中，從TAS源(6)連續加入TAS。從烷化劑源(7)向反應部分（11)中 加入烷化劑，并通過水源(8)加入水。根據需要將這些起始原料連續加入CSTR(12)中。
[0042]隨著起始原料在CSTR(12)中反應，形成包含兩個液相的環境。輕相（light phase) (13)主要由反應物、TAS和烷化劑組成。密相(dense phase) (14)主要包含有在濃縮的水溶 液中的QAP產物。
[0043]在至少一個實施方式中，通過在CSTR(12)中施加特定的反應條件來實現該兩種液 相的環境。保持CSTR(12)中的壓力在30~lOOpsi。保持CSTR(12)中的溫度在40~60°C。提供 30~120分鐘的起始原料停留時間。水在被加入到CSTR( 12)中的起始原料中的含量為約 10wt%至小于20wt% (遠低于使QAP最終溶解在其中的20% )。在一些實施方式中，水的含量 在1 Owt %至16wt %之間。將輕相（13)與密相（14)的比例保持穩定并且在所需的比值，例如 1:4，通過在攪拌下對CSTR的較低部分取樣測定。
[0044]該條件使得產物QAP易于形成并包含很少的雜質。向反應器中加入的低量的水允 許所需反應以較快速度發生，并且促進在CSTR中形成兩種溶液相及易于分離。低水分水平 還通過多余的水解副反應降低形成不需要的雜質的速度。由于該環境允許較快的QAP形成 速度和相對慢的雜質形成速度，因此導致含有很少雜質的相對較高純度的QAP的形成。
[0045] 作為連續反應，起始原料被連續加入CSTR(12)中，同時不斷將含有產物的物流從 CSTR(12)中除去。本發明的一個新方面為反應部分同時具有分離裝置和反應裝置的功能， 因此只有密相（14)被連續地除去。這樣可在CSTR中保持較高的反應物濃度以便將反應速度 最大化，同時排出的物流含有豐富的產物且僅包含少量的反應物。在至少一個實施方式中， 反應物出口（15)實際上位于CSTR(12)的底部以利用CSTR可被制造操作使得只有密相位于 該位置的事實。這是由于在反應器底部的剪切引發混合更少，因此一些密相趨于從輕相中 分離并沉淀在該位置。
[0046] 在至少一個實施方式中，使用其它或額外的機械裝置來從CSTR( 12)中分離并除去 密相，可選地使用位于CSTR外部和/或與CSTR相連的裝置。它們包