α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物及其制备方法与应用转让专利

申请号 : CN201410004971.3

文献号 : CN103694174B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 郭凯方正李小林曾文波欧阳平凯

申请人 : 南京工业大学

摘要 :

一种由下述通式Ⅰ表示的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物,其中,R1~R5分别独立为H、烷烃、苯基、卤素、羟基、N-取代氨基、硝基和烷氧基中的任意一种,且R1~R5不能同时为H。本发明还公开了上述化合物的制备方法和应用。本发明化合物可用来制备聚酰胺。

权利要求 :

1.一种α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物:

所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物(Ⅰ)结构式如下表:

2.权利要求1所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1)α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐Ⅱ在碱性条件下先与苯甲醛类化合物Ⅲ反应;

(2)步骤(1)的反应液于低温条件下,加入还原剂,反应得到α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物Ⅰ。

3.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的碱性条件为使用与化合物Ⅱ等摩尔的KOH、NaOH、K2CO3或者Na2CO3。

4.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,化合物Ⅱ与化合物(Ⅲ)投料摩尔比为1:1~2.5。

5.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,反应溶剂为甲醇或者乙醇。

6.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,反应温度控制在10~30℃,反应时间为0.5~4小时。

7.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的还原剂为NaBH4或者NaBH3CN;还原剂投料量与化合物Ⅱ的摩尔比为1~2:1。

8.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的低温条件为-10~5℃。

9.根据权利要求2所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,反应时间为0.5~8小时。

10.权利要求1所述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物在制备聚酰胺中的应用。

说明书 :

α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物及其制备方法

与应用

技术领域

[0001] 本发明属于有机合成技术领域,具体涉及α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 聚酰胺俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide(简称PA)是分子主链上含有重复酰胺基团—NHCO—的热塑性树脂总称。主要包括:脂肪族聚酰胺,脂肪—芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺,在五大工程塑料中,其消费量最大、品种最多、资格最老。尼龙的比强度高于金属,机械性能良好,具有良好的耐热性、耐磨损性、阻燃性、耐化性、及自润滑性,摩擦系数低,综合性能优良,加工容易,适宜与玻璃纤维等材料填充、增强改性,广泛应用于汽车、电子电器、包装、机械、运动休闲及日用品等方面。
[0003] 1931年美国杜邦公司的Carothers发明了尼龙,在20世纪70年代以前,尼龙的发展主要以开发新产品为主,如尼龙66,尼龙610,尼龙6,尼龙11,尼龙12,尼龙46等,此外还有尼龙1010,尼龙4,尼龙8,尼龙9,MC尼龙、聚芳酰胺及各种共聚改性尼龙等。20世纪70年代后,主要是尼龙材料的改性研究以及合成一些长碳链尼龙和芳香族尼龙,通过对单纯尼龙材料进行共混、共聚、接枝、填充等方法进行改性,提高了尼龙的综合性能,突出其某项特殊性能,不断扩展尼龙材料的应用领域。在尼龙材料中,尼龙6和尼龙66的用量最大,约占聚酰胺总消费量的90%。尼龙6的最大消费市场是汽车领域,超过总消费量的1/3。汽车上可使用尼龙6及其改性产品制作的部件有空气滤清器、风扇、车轮罩、导流板、车内装饰件、储水器材盖、车内各种电气接插件等;包装薄膜也是尼龙6的一大应用领域,尼龙6薄膜阻透性好、氧气透过率低、透明度高,且耐油、耐高温、耐蒸煮、抗刺穿性能强。尼龙66也主要用于汽车工业,广泛用于散热器、引擎等部件的生产;尼龙12和尼龙11因吸水性低、粘结性能好,多用于汽车软管和热熔胶的生产。
[0004] 当前,人类对环境越来越关注,同时希望减少对石油的依赖性,绿色、环保、经济的尼龙单体的开发,已经成为尼龙开发的一个重要方向。基于此,人们已将化工研究方向转向可再生利用的自然资源进行有关产品的开发研究。目前国内外在生物基尼龙单体制备尼龙的研究及应用开发上也已取得一些成功的先例,相继出现PA610,PA1010和PA1012等生物基工程树脂。根据专利US7977450B2和WO2005/123669A1,α-氨基-ε-己内酰胺由生物发酵产品赖氨酸直接制备,氨基己内酰胺可脱去α-氨基得到尼龙6单体己内酰胺。利用带刚性环状侧链的氨基己内酰胺衍生物作为单体制备尼龙,尚未发现有研发成功的报导。
[0005] 作为制备尼龙6的单体,己内酰胺单体年均用量在日益增多。带有支链基团的己内酰胺衍生物在改性功能聚酰胺上具有一定潜力。此外,在侧链上引入环状刚性结构可提高合成材料的强度和耐热性。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一系列α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物,将α-氨基-ε-己内酰胺与苯甲醛类化合物,通过胺化还原反应引入苯环被取代的苄基结构,制备一系列己内酰胺衍生物。
[0007] 本发明还要解决的技术问题是提供上述α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备工艺。
[0008] 本发明最后要解决的技术问题是提供上述α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的应用。
[0009] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
[0010] 一种由下述通式Ⅰ表示的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物:
[0011]
[0012] 其中,R1~R5分别独立为H、烷烃、苯基、卤素、羟基、N-取代氨基、硝基和烷氧基中的任意一种,且R1~R5不能同时为H。
[0013] 优选的,本发明的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物(Ⅰ)结构式如下表:
[0014]
[0015]
[0016] 上述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物的制备方法,该方法包括如下步骤:
[0017] (1)α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐Ⅱ在碱性条件下先与苯甲醛类化合物Ⅲ反应;
[0018] (2)步骤(1)的反应液于低温条件下,加入还原剂,反应得到α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物Ⅰ。
[0019]
[0020] 其中,R1~R5分别独立为H、烷烃、苯基、卤素、羟基、N-取代氨基、硝基和烷氧基中的任意一种,且R1~R5不能同时为H。
[0021] 步骤(1)中,所述的碱性条件为使用与化合物Ⅱ等摩尔的KOH、NaOH、K2CO3或者Na2CO3。
[0022] 步骤(1)中,化合物Ⅱ与化合物(Ⅲ)投料摩尔比为1:1~2.5。
[0023] 步骤(1)中,反应溶剂为甲醇或者乙醇。
[0024] 步骤(1)中,反应温度控制在10~30℃,反应时间为0.5~4小时。
[0025] 步骤(2)中,所述的还原剂为NaBH4或者NaBH3CN;还原剂投料量与化合物Ⅱ的摩尔比为1~2:1。
[0026] 步骤(2)中,所述的低温条件为-10~5℃。
[0027] 步骤(2)中,反应时间为0.5~8小时。
[0028] 上述的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物在制备聚酰胺中的应用。
[0029] 有益效果:本发明以赖氨酸衍生物α-氨基-ε-己内酰胺为原料合成得到的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物,具有己内酰胺环的主体结构,可开环聚合制备聚酰胺。此外,在该类化合物支链引入环状刚性结构可提高合成材料的强度和耐热性。

具体实施方式

[0030] 根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的内容仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0031] 实施例1:α-(N-(2-羟基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0032]
[0033] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、碳酸钠10.6g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。室温条件下,加入2-羟基苯甲醛18.3g(0.15mol),继续搅拌反应1小时。反应液转移到0℃条件下,加入还原剂硼氢化钠4.54g(0.12mol),反应1小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(2-羟基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺
1
18.5g,产率79%。ESI-MS m/z:(M+H)=235.1434。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.34-1.99(m,6H),3.14-3.34(m,3H),3.94(dd,J1=111.9Hz,J2=8.1Hz,2H),6.46(s,1H),6.75-7.26(m,4H);
13
CNMR(CDCl3):δ(ppm)=28.05,28.75,31.97,41.80,51.46,59.07,116.41, 118.95,122.57,128.60,128.70,158.12,177.01。
[0034] 实施例2:α-(N-(2-氯苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0035]
[0036] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、碳酸钠10.6g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。30℃条件下,加入2-氯苯甲醛16.9g(0.12mol),继续搅拌反应0.5小时。反应液转移到5℃条件下,加入还原剂硼氢化钠3.78g(0.10mol),反应4小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(2-氯苯甲基))氨基-ε-己内酰胺16.18g
1
,产率64.2%。ESI-MS m/z:(M+H)=253.1109。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.53-2.16(m,6H),2.
48(br,1H),3.14-3.33(m,3H),3.90(dd,J1=44.7Hz,J2=8.4Hz,2H),6.40(s,1H),7.16-7.47(
13
m,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=28.07,29.09,31.86,41.96,49.28,59.93,126.75,128.02,
129.30,129.73,133.70,137.87,178.15。
[0037] 实施例3:α-(N-(3-甲基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0038]
[0039] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、氢氧化钠4.0g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。30℃条件下,加入3-甲基苯甲醛21.6g(0.18mol),继续搅拌反应4小时。反应液转移到-5℃条件下,加入还原剂氰基硼氢化钠7.54g(0.12mol),反应8小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用
100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(3-甲基苯甲基))氨基-ε-己
1
内酰胺15.47g,产率66.7%。ESI-MS m/z:(M+H)=233.1659。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.25-
1.99(m,6H),2.17(s,3H),2.34(s,1H),3.20-3.33(m,3H),3.75(dd,J1=45.6Hz,J2=7.8Hz,2H
13
),5.79(s,1H),7.04-7.26(m,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=21.62,27.79,28.88,31.63,41.
68,51.67,59.44,124.91,127.36,128.40,129.82,136.31,138.22,178.15。
[0040] 实施例4:α-(N-(4-溴苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0041]
[0042] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、碳酸钠10.6g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。10℃条件下,加入4-溴苯甲醛27.8g(0.15mol),继续搅拌反应2.5小时。反应液转移到-4℃条件下,加入还原剂氰基硼氢化钠11.31g(0.18mol),反应4小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(4-溴苯甲基))氨基-ε-己内酰胺22.35g,产率75.5%。ESI-MS m/z:(M+H)=297.0591。
1
H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.43-1.99(m,6H),2.35(br,1H),3.13-3.48(m,3H),3.73
13
(dd,J1=52.5Hz,J2=8.1Hz,2H),6.34(s,1H),7.22-7.47(m,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=28.03,29.01,31.95,41.91,51.56,59.74,120.56,129.85,131.34,139.39,178.15。
[0043] 实施例5:α-(N-(4-甲基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0044]
[0045] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、碳酸钾13.8g(0.1mol)和乙醇500ml,搅拌溶解。20℃条件下,加入4-甲基苯甲醛12.0g(0.10mol),继续搅拌反应4小时。反应液转移到0℃条件下,加入还原剂硼氢化钠7.57g(0.20mol),反应3小时。反应完用减压蒸馏的方法除去乙醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(4-甲基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺
1
13.02g,产率56.1%。ESI-MS m/z:(M+H)=233.1659。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.39-1.98(m,
6H),2.32(s,3H),2.37(s,1H),3.15-3.31(m,3H),3.74(dd,J1=39.9Hz,J2=7.8Hz,2H),6.42(
13
s,1H),7.17(dd,J1=34.5Hz,J2=4.8Hz,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=20.81,27.79,28.88,
31.63,41.68,51.67,59.44,127.91,128.76,136.10,137.02,178.15。
[0046] 实施例6:α-(N-(4-氟苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0047]
[0048] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、碳酸钠10.6g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。18℃条件下,加入4-氟苯甲醛24.8g(0.20mol),继续搅拌反应2.5小时。反应液转移到-10℃条件下,加入还原剂硼氢化钠5.67g(0.15mol),反应8小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(4-氟苯甲基))氨基-ε-己内酰胺16.80g,产率71.2%。ESI-MS m/z:(M+H)=237.1388。
1
H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.52-2.00(m,6H),2.35(br,1H),3.14-3.29(m,3H),3.74
13
(dd,J1=49.2Hz,J2=7.8Hz,2H),6.27(s,1H),6.97-7.33(m,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=27.83,28.84,31.74,41.72,51.33,59.54,114.82,129.46,135.83,162.63,177.97。
[0049] 实施例7:α-(N-(4-二甲氨基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0050]
[0051] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、氢氧化钠4.0g(0.1mol)和甲醇500ml,搅拌溶解。室温条件下,加入4-二甲氨基苯甲醛20.9g(0.14mol),继续搅拌反应4小时。反应液转移到0℃条件下,加入还原剂硼氢化钠
4.54g(0.12mol),反应6小时。反应完用减压蒸馏的方法除去甲醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(4-二甲氨基苯甲基))氨
1
基-ε-己内酰胺15.35g,产率58.8%。ESI-MS m/z:(M+H)=262.1919。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.37-1.97(m,6H),2.25(br,1H),2.92(s,6H),3.16-3.32(m,3H),3.69(dd,J1=33.3Hz
13
,J2=7.5Hz,2H),6.13(s,1H),7.70-7.26(m,4H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=27.98,29.17,31.
80,40.77,41.95,51.61,59.47,112.77,128.36,129.15,149.81,178.42。
[0052] 实施例8:α-(N-(2,5-二羟基苯甲基))氨基-ε-己内酰胺的制备。
[0053]
[0054] 将1L的三口烧瓶中加入α-氨基-ε-己内酰胺盐酸盐16.5g(0.1mol)、氢氧化钾5.6g(0.1mol)和乙醇500ml,搅拌溶解。10℃条件下,加入2,5-二羟基苯甲醛34.5g(0.25mol),继续搅拌反应0.5小时。反应液转移到-5℃条件下,加入还原剂硼氢化钠
4.54g(0.12mol),反应4小时。反应完用减压蒸馏的方法除去乙醇,加入500ml二氯甲烷溶解,用100ml蒸馏水洗涤3次,饱和食盐水洗涤一次,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗品。粗品用乙醚重结晶,得到α-(N-(2,5-二羟基苯甲基))氨
1
基-ε-己内酰胺17.02g,产率68.0%。ESI-MS m/z:(M+H)=251.1387。H NMR(CDCl3):δ(ppm)=1.34-1.99(m,6H),3.14-3.34(m,3H),3.94(dd,J1=111.9Hz,J2=8.1Hz,2H),6.46(s,1H
13
),6.75-7.26(m,3H);CNMR(CDCl3):δ(ppm)=28.05,28.75,31.97,41.80,51.46,59.07,
116.41,118.95,122.57,128.60,128.70,158.12,177.01。
[0055] 实施例9~18:I-9~18的合成
[0056] I-9~18参照实施例1方法制得。质谱、核磁分析结果与化合物结构式相符。
[0057]
[0058] 实施例19:上述实施例1~18所得的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物制备聚酰胺的性能测试。
[0059] 本发明采用工业上最常用的常压连续聚合法制备聚酰胺,方法如下:
[0060] 常压连续浊的生产工艺主要有熔融、聚合、铸带切片、热水萃取、干燥等工序。先使结晶的α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物在熔融锅中熔融,并与水及助剂等混合,经预热后送到已加热至260℃的常压聚合塔中。在聚合塔内,α-(N-苄基)氨基-ε-己内酰胺类化合物聚合约10h达到平衡状态,然后,用齿轮泵将熔融的聚合物从管底打出,经铸带、切片后,用热水萃取以除去低分子量聚合物,最后在真空或惰性气体下,在100℃左右干燥,得到聚酰胺产品。
[0061] 表1
[0062]